AnnonceAnnonce journée thématique organisée conjointement par :
le GDR ISIS, Thème B : " Image et Vision".
le GDR Stic-Santé, Thème B: "Signaux et Images en santé".
" L’IRM, une modalité d’imagerie quantitative ? »
Date : 29 Juin 2009, 10h-17h, ENST, 46 rue Barrault, 75013 Paris
Organisateurs de la journée : Guylaine Collewet, Jérôme Idier, Laure Blanc-Féraud, Françoise Peyrin.
Objectif de la journée :
L’objectif de cette journée est de favoriser les contacts entre les communautés « biomédicales » et « traitement du signal » autour de l'exploitation quantitative de données IRM afin de faire émerger des problématiques en traitement signal spécifiques à ce thème et susciter des collaborations interdisciplinaires.
Ce thème regroupe l’ « IRM quantitative », c’est-à-dire le calcul des paramètres RMN (temps de relaxation, coefficients de diffusion) mais aussi, plus généralement, la mesure de grandeurs physiques telles que des volumes de structures, des quantités de tissus, des porosités, des teneurs en eau, en matière grasse, des vitesses de déplacement, ou encore l’étude de la corrélation du niveau de gris avec l’évolution d’une pathologie.
Ce thème inclut plusieurs problématiques :
- Correction des artefacts
- Débruitage
- Imagerie parallèle
- Validations in-vivo, ex-vivo ou par simulation.
- Etudes inter-scannners
- Evaluation des incertitudes de mesure
- Intégration de la physique de l’IRM (volumes partiels, inhomogénéités spatiales, déplacement chimique, …)
Cette journée, destinée à la fois aux membres de la communauté Stic-Santé et GDR ISIS devrait permettre d’échanger des idées et de susciter de nouvelles collaborations entre les deux communautés.
Orateurs invités
- Hervé Saint-Jalmes (Université de Rennes 1) : L’IRM, une modalité quantitative ? »
- François Rousseau (LSIIT Strasbourg) : « Détection de changements dans des images IRM dans le contexte de la sclérose en plaques. »
- Jean-Michel Franconi (Université de Bordeaux) : « Utilisation de phénomène de déplacement chimique comme outil de quantification en imagerie cellulaire ou en perfusion »
- Fawzi Boumezbeur (CEA-Neurospin) : « Quantification des agents de contraste en IRM »
- Alexandre Krainik, Jan Warnking (GIN, Université Grenoble) :« IRMf quantitative ; problèmes posés en pratique clinique »
Un appel à communication est ouvert. Les applications de la quantification par IRM au domaine médical et biologique seront les bienvenues.
Les propositions de communication (1 page maximum) sont à adresser dès que possible et avant le 5 Juin 2009 à Guylaine Collewet [guylaine.collewet@cemagref.fr] et Jérôme Idier [Jerome.Idier@irccyn.ec-nantes.fr].
Programme10h-10h30 : « L’IRM, une modalité quantitative ? » par Hervé Saint-Jalmes, LTSI, Inserm - Université de Rennes 1
10h30-11h : « IRMf quantitative ; problèmes posés en pratique clinique » Alexandre Krainik, Jan Warnking (GIN, Université Grenoble)
11h-11h30 : «Comparaison d’images : analyse longitudinale d'IRM cérébrales» par François Rousseau, LSIIT Strasbourg
11h30-12h : « Utilisation de phénomène de déplacement chimique comme outil de quantification en imagerie cellulaire ou en perfusion » par Jean-Michel Franconi, université de Bordeaux
12h-12h30 : « Quantification des agents de contraste en IRM » par Fawzi Boumezbeur CEA-Neurospin
REPAS
14h00-14h30 : « Imagerie quantitative de la susceptibilité par IRM : un problème inverse du champ aux sources magnétiques » par Ludovic de Rochefort, Laboratoire des maladies neurovégétatives, CEA-Fontenay aux Roses
14h30-15h00 : « Débruitage et correction du biais non multiplicatif en IRM pondérée T1 » par Guylaine Collewet Cemagref
15h00-15h30 : « Reconstruction régularisée non-supervisée dans l'espace ondelettes en IRM parallèle » par Lotfi Chaâri CEA-Neurospin
PAUSE
15h45-16h15 : « « Modèle de transport de molécules dans le foie : application à l’IRM dynamique » par Johanne Bézy-Wendling, LTSI, Inserm - Université de Rennes 1
16h15-16h45 : « Quantification du dépôt d’aérosols dans les voies aériennes :
Comparaison SPECT-CT et IRM de l’hélium-3 hyperpolarisé » par Mathieu Sarracanie, UR2M2, université Paris Sud
16h45-17h15 : « Suivi quantitatif de l’évolution d’une tumeur sous traitement thérapeutique à partir des IRM multi séquences » par Su Ruan, Laboratoire CReSTIC, université de Reims
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Titre -- L’IRM, une modalité quantitative ?
Auteur -- Hervé Saint-Jalmes
Affiliation -- LTSI, Inserm - Université de Rennes 1
L’imagerie par résonance magnétique (IRM) a spectaculairement progressé durant ces 30 dernières années. Les méthodes d’imagerie successivement proposées expliquent en partie ces progrès. Les avancées technologiques et conceptuelles faites dans le domaine instrumental participent également pour une bonne part à cette amélioration tant de la vitesse d’acquisition des images que de leur qualité. Malgré tout, la difficulté constante en Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) demeure la faible interaction avec le milieu observé et donc un très faible rapport signal sur bruit de la mesure. Ainsi, passer d’une analyse qualitative du signal ou de l’image à une extraction précise de données quantitative nécessite d’une part un gain significatif en sensibilité toutes choses étant égales par ailleurs, mais également une maîtrise fine des procédures de calibration et de contrôle des appareils d’imagerie par RMN. Ce n’est qu’à ce prix qu’une « métrologie par IRM » sera envisageable.
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Titre -- IRMf quantitative ; problèmes posés en pratique clinique
Auteur -- Alexandre Krainik, Jan Warnking
Affiliation -- GIN, Université de Grenoble
In clinical practice, BOLD fMRI is the most frequently used neuroimaging technique to map functional areas of the brain before surgical resection of neoplasm to avoid permanent neurological deficit. Moreover, fMRI is widely used to study cortical reorganization after brain damage. Despite obvious coherent results when compared to electrical and magnetic stimulations, clinical evidence showed impaired activation in the vicinity of the lesions. Thus, the indirect evaluation of neural activity relies on BOLD signal that reflects local changes in perfusion and oxygenation.
To better quantify functional changes of the brain, the calibration of the perfusion has been proposed. Indeed brain microvasculature modulates perfusion via three functional properties according to different stimuli: neurovascular coupling to neural activity, autoregulation to perfusion pressure, and vasoreactivity to circulating gases. Modulation of arterial gas tension and quantitative dynamic measurements of perfusion changes, alone or combined with BOLD fMRI, can provide quantification of local changes in oxygen consumption and of vasoreactivity. These methods are particularly suitable for patient studies, where disease and medication may alter the functional properties of brain microvasculature.
Such new approaches may help to better interpret functional imaging techniques based on perfusion changes such as BOLD fMRI, to better estimate vascular adaptation to steno-occlusive disease, and to further investigate vascular pathophysiology in neurodegenerative diseases such as Alzheimer's and Parkinson's diseases, seizure, neurooncology, and psychiatry.
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Titre -- Comparaison d’images : analyse longitudinale d'IRM cérébrales
Auteur -- François Rousseau
Affiliation -- LSIIT Strasbourg
Dans cet exposé, nous traiterons du problème du suivi longitudinal dans des séquences d'IRM cérébrales dont le but est de détecter et de quantifier des processus évolutifs. Au travers de quelques exemples seront montrés les principaux problèmes rencontrés dans ce contexte médical pour comparer des images (notamment les pré-traitements nécessaires). L'exposé sera principalement axé sur le choix d'une mesure et les critères de décision associés. Le problème de comparaisons multiples sera notamment abordé dans ce contexte. Enfin, nous conclurons sur quelques problématiques de recherche en traitement d'images qui demeurent ouverts dans le contexte du suivi longitudinal.
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Titre -- Utilisation de phénomène de déplacement chimique comme outil de quantification en imagerie cellulaire ou en perfusion
Auteur -- S Miraux, P Mellet, P Massot, E Ribot, E Parzy, P Voisin, JM Franconi, E Thiaudière
Affiliation -- UMR 5536 CNRS /Université Victor Segalen Bordeaux 2
Après le décodage du génome, la Biologie et la Médecine sont entrée dans une nouvelle phase, celle de la compréhension du rôle des produits d’expression de gènes. Il est pour cela indispensable de disposer d’outils permettant de caractériser les systèmes vivants dans une démarche intégrative. Parmi ces outils les techniques d’imagerie in vivo et en particulier l’IRM, occupent une place de choix. Ces techniques participent aussi activement aux développements de nouvelles stratégies diagnostiques pronostiques et thérapeutiques. L’évolution de l’IRM initialement axée sur l’examen anatomique morphologique vers l’exploration fonctionnelle et moléculaire s’accompagne du développement d’outils de quantification. Nous décrirons rapidement dans la présentation deux pistes de réflexion conduites au Centre de Résonance Magnétique des Systèmes Biologiques (UMR 5536 CNRS /Université Victor Segalen Bordeaux 2) pour évaluer quantitativement grâce à l’IRM des phénomènes physiologiques ou métaboliques (perfusion tissulaire, activité enzymatique)
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Titre -- Imagerie moléculaire quantitative en IRM
Auteur -- Fawzi Boumzebeur
Affiliation -- CEA- Neurospin
L'Imagerie et la Spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire (IRM/SRM) constituent un moyen non-invasif unique pour le diagnostic précoce, l'évaluation préclinique des thérapeutiques ou l'exploration des mécanismes physiopathologiques. Mais leur développement est freiné par la faible sensibilité intrinsèque de la RMN au regard des concentrations de biomarqueurs pertinents (métabolites, peptides,...).
Outre l'élévation de l'intensité du champ magnétique statique, une stratégie envisageable est l'utilisation d'agents de contraste (13C hyperpolarisé, USPIO, complexes de Gd, nanoparticules 19F et CEST) qui permettent d'améliorer indirectement la sensibilité de la RMN à la présence de biomarqueurs. Enfin, l'établissement de cartes de concentrations en agent de contraste reste un challenge qui nécessite l'élucidation de leur comportement physico-chimique en milieu biologique.
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Titre -- Imagerie quantitative de la susceptibilité par IRM : un problème inverse du champ aux sources magnétiques
Auteur -- Ludovic de Rochefort
Affiliation -- CEA- Fontenay aux roses
La susceptibilité magnétique des tissus varie en fonction de la présence de calcium, de fer et d'agents de contraste. Le champ magnétique B en est modifié. Il est directement mesurable sur la phase φ de l’aimantation nucléaire : φ = γTE B0 χD. Ces effets sur le champ magnétique statique sont non-locaux : χD est le produit de la convolution de la distribution spatiale de traceurs magnétiques (χ), avec le champ créé par un dipôle unitaire. Cette information peut être utilisée pour quantifier la susceptibilité via un problème inverse. Ce problème mal posé requiert le développement de méthodes de reconstruction basées sur de la régularisation. Nous présenterons des méthodes de résolution par ajout d'informations issues de l'image en module. Ces approches, validées sur fantôme et sur patients, sont appliquées pour déterminer la fonction d’entrée artérielle lors d’une injection de Gadolinium, pour mesurer la susceptibilité de l'os, pour cartographier la susceptibilité dans des hémorragies cérébrales et pour quantifier le marquage avec agent de contraste dans des cellules.
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Titre -- Débruitage et correction du biais non multiplicatif en IRM pondérée T1
Auteurs -- Guylaine Collewet (1) et Jérôme Idier (2)
Affiliation -- (1) : Cemagref , (2) IRCCyN
Résumé -- Nous proposons une méthode pour réduire le bruit dans les images IRM et éliminer les effets des inhomogénéités spatiales des antennes d'émission et de réception de la radiofréquence (RF). Nous traitons particulièrement le cas des images pondérées T1 acquises en IRM bas-champ. Le biais engendré par l'inhomogénéité spatiale de la RF en émission dépend du tissu imagé. Il ne peut être considéré comme purement multiplicatif et indépendant du contenu de l'image. Afin de le corriger, nous considérons que chaque voxel contient un mélange des tissus susceptibles d'être présents dans l'image. Le signal IRM est modélisé par la somme pondérée des signaux de chaque tissu. Le nombre de tissus ainsi que certaines caractéristiques RMN des tissus sont supposés connus. Plusieurs images, acquises avec des paramètres d'acquisition différents, sont nécessaires. Un critère des moindres carrés pénalisé est utilisé afin d'estimer les inhomogénéités de la RF en émission, en réception ainsi que la proportion des tissus. La minimisation de ce critère est réalisée à l'aide du gradient conjugué utilisé dans un schéma itératif de type Gauss-Seidel par blocs. Des résultats obtenus sur des images simulées puis réelles sont présentés.
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Titre -- Reconstruction régularisée non-supervisée dans l'espace ondelettes en IRM parallèle
Auteurs -- Lofti Chaâri (1,2), Philippe Ciuciu (1), Jean-Christophe Pesquet (2), Amel Benazza-Benyahia (3)
Affiliation -- (1) CEA Neurospin (2) université Marne la Vallée (3) SUP'COM Tunis.
L'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) ne cesse de profiter des progrès réalisés au niveau de différentes disciplines telles que la Physique, d'informatique et le Traitement du signal st des images. Ces progrés ont fait de l'IRM une technique d'imagerie puissante et compétitive par rapport aux autres modalités d'acquisition. Cependant, le temps d'acquisition en IRM anatomique ou la résolution spatio-temporelle en IRM fonctionnelle peuvent être améliorées en profitant de l'émergence des techniques d'acquisition parallèle. L'IRM parallèle, inventée par Karl Pruessmann, est apparue il y a une dizaine d'années et permet d'acquérir simultanément sur un réseau d'antennes aux sensibilités complémentaires un ensemble d'images sous-échantillonées spatialement donc présentant un certain nombre d'artéfacts. L'imagerie SENSE consiste finalement à reconstruire l'image à champ de vue complet à partir de ces images sous-échantillonnées et requiert la résolution d'un problème inverse linéaire dont l'opérateur dépend de la position de l'espace. Cette technique permet des reconstructions de bonne qualité pour des facteurs de sous-échantillonnage faibles (typiquement R=2) à 1.5 T mais s'avère inopérante pour des facteurs plus élevées. Les techniques de régularisation de Tikhonov opérant dans l'espace image ne permettent pas d'atténuer suffisamment les artéfacts. Pour dépasser de tels facteurs d'accélération, nous proposons un schéma de régularisation dans l'espace des coefficients d'ondelettes. Nous montrons que cette approche permet d'utiliser tant sur des séquences d'IRM anatomique que fonctionnelle des facteurs de R=4 à 1.5 Tesla.
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Titre -- Modèle de transport de molécules dans le foie : application à l’IRM dynamique
Auteurs -- Johanne Bézy-Wendling, Muriel Mescam
Affiliation -- LTSI, Inserm - Université de Rennes 1
L’analyse d’images est une méthode non invasive utilisée dans la définition du diagnostic des lésions du foie. En complément de l’analyse visuelle effectuée par les radiologues, certaines méthodes quantitatives, telles que l’analyse de texture peuvent donner des résultats encourageants dans la caractérisation des tumeurs. Nous proposons de coupler un modèle bi-niveau du foie, prenant en compte des paramètres physiologiques et pathologiques, avec un modèle d’acquisition d’IRM, dans le but de comprendre certaines relations entre les caractéristiques de l’image et le développement tumoral. Un modèle pharmacocinétique basé physiologie (PBPK) distribué axialement et adapté au foie, permet de simuler la distribution de molécules d’agents de contraste spécifiques au foie. Il est couplé à un modèle macroscopique de l’organe et de sa vascularisation. Ce modèle multi-échelle permet la simulation de modifications d’ordre pathologique liées au développement du carcinome hépatocellulaire, et la simulation des images IRM correspondantes.
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Titre -- Quantification du dépôt d’aérosols dans les voies aériennes :
Comparaison SPECT-CT et IRM de l’hélium-3 hyperpolarisé
Auteurs -- Mathieu Sarracanie (1), Xavier Maître (1), Soulé Coulibaly1 Kyle Hill (1,2), José Manuel Pérez Sánchez (1), Lionel Martin (1), Emmanuel Durand (1), Luc Darrasse (1), and Jacques Bittoun (1)
(1) Unité de Recherche en Résonance Magnétique Médicale (UMR 8081), Univ Paris-Sud, CNRS, Orsay, France
(2) Radiology Research Group, Oxford MRI Centre, Univ Oxford, Oxford, United-Kingdom
Affiliation -- UR2M2, université de Paris Sud
Les thérapies inhalées présentent de nombreux avantages pour l’administration d’agents thérapeutiques, mais nos connaissances quant à leurs mécanismes de transport et de dépôts dans les voies aériennes sont encore extrêmement réduites. La plupart des études déjà réalisées portent sur le dépôt d’aérosols dans les voies extra-thoracique et ont été menées en médecine nucléaire au moyen d’aérosols radioactifs. Cette modalité d’imagerie présente l’avantage d’une haute sensibilité de détection mais dispose d’une faible résolution spatiale et temporelle, un centimètre en quelques dizaines de secondes. L’imagerie par résonance magnétique (IRM) de l’hélium-3 hyperpolarisé (HP) atteint par contre le millimètre en quelques centaines de millisecondes et a montré un important potentiel dans l’exploration du poumon sain ou malade tant sur le plan anatomique que fonctionnel. Nous présentons dans ce travail une comparaison entre la modalité scintigraphique de référence et l’imagerie de l’hélium-3 hyperpolarisé dans un modèle réaliste des voies aériennes extra-thoraciques.
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Titre -- Suivi quantitatif de l’évolution d’une tumeur sous traitement thérapeutique à partir des IRM multi séquences
Auteurs -- Su Ruan
Affiliation -- CReSTIC, université de Reims
Bien que les différentes sources d’information permettent de donner des informations complémentaires pour relever des ambigüités, en même temps elles introduisent certaines informations redondantes. Pour fusionner ces données, notre idée est d’en extraire de l’information utile pour une classification efficace. Nous proposons d’effectuer la sélection des caractéristiques les plus pertinentes dans l’espace de haute dimension issue d’un noyau du SVM, car la sélection peut se faire linéairement dans cet espace. Cela permet de réduire la dimension des données afin d’obtenir à la fois une classification meilleur et une réduction significative du temps de calcul. Cette approche est utilisée pour classer une tumeur cérébrale à partir de trois types d’images IRM (T2, Densité de Protons et Flair). Le système de suivi effectue un apprentissage manuel sur le premier examen. Pour les examens suivants, l’apprentissage se fait ensuite automatiquement en utilisant les résultats précédents. Deux patients qui sont atteints d’une tumeur cérébrale ont été suivis par notre système. Nos résultats montrent qu’il y a une amélioration pour le patient un, par contre la situation du patient 2 n’est pas stable.