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Technique et Science Informatiques

0752-4072
Revue des sciences et technologies de l'information
 

 ARTICLE VOL 31/3 - 2012  - pp.375-396  - doi:10.3166/tsi.31.375-396
TITRE
De l’estimation locale par imagerie q-ball à la tractographie des croisements de fibres

TITLE
From local q-ball imaging estimation to fiber crossing tractography

RÉSUMÉ

Le croisement de fibres est un problème important dans la plupart des algorithmes de suivi de fibres basés sur l’imagerie du tenseur de diffusion (DTI). Pour surmonter les limites du DTI, des techniques d’IRM à haute résolution angulaire (HARDI) comme l’imagerie par q-ball (QBI) ont été introduites. Le but de cet article est de présenter un état de l’art des techniques de reconstruction HARDI existantes ainsi que des algorithmes de suivi de fibres (tractographie) basés sur le HARDI. Ensuite, nous décrivons une solution analytique utilisant l’imagerie par q-ball pour reconstruire la distribution d’orientation (ODF) de la diffusion des molécules d’eau et nous proposons une méthode de déconvolution sphérique pour transformer l’ODF de diffusion en une ODF de fibres. Enfin, nous proposons deux nouveaux algorithmes basés sur cette ODF de fibres : un algorithme déterministe et un algorithme probabiliste. Nous montrons que l’ODF de diffusion et l’ODF de fibres permettent de retrouver des croisements de fibres sur des données simulées, sur un fantôme biologique ainsi que sur des données réelles. L’ODF de fibres améliore la résolution angulaire du QBI de plus de 15◦ et améliore grandement les résultats de la tractographie dans des régions complexes présentant des croisements et des embranchements de faisceaux de fibres.



ABSTRACT

Fibre crossing is an important problem for most existing diffusion tensor imaging (DTI) based tractography algorithms. To overcome limitations of DTI, high angular resolution diffusion imaging (HARDI) techniques such as q-ball imaging (QBI) have been introduced. The purpose of this article is to first give an extensive state of the art review of the existing local HARDI reconstruction techniques as well as the existing HARDI-based tractography algorithms. Then, we describe our analytical QBI solution to reconstruct the diffusion orientation distribution function (ODF) of water molecules and we propose a spherical deconvolution method to transform the diffusion ODF into a sharper fibre ODF. Finally, we propose a new deterministic and a new probabilistic algorithm based on this fibre ODF. We show that the diffusion ODF and fibre ODF can recover fibre crossing in simulated data, in a biological phantom and in real datasets. The fibre ODF improves angular resolution of QBI by more than 15◦ and greatly improves tractography results in regions of complex fibre crossing, fanning and branching.



AUTEUR(S)
Maxime DESCOTEAUX

MOTS-CLÉS
tractographie, imagerie du tenseur de diffusion (DTI), imagerie de diffusion à haute résolution angulaire (HARDI), imagerie par q-ball (QBI), fonction de distribution des orientations (ODF), déconvolution sphérique.

KEYWORDS
fiber tractography, diffusion tensor imaging (DTI), high angular resolution diffusion imaging (HARDI), q-ball imaging (QBI), spherical deconvolution (SD), orientation distribution function (ODF).

LANGUE DE L'ARTICLE
Français

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