Chapitre 3. Maturation du cortex
B. Définition d’un indice de maturation en imagerie pondérée en T2
B.2 Correction des inhomogénéités ou « biais » dans l’image
En étudiant le rapport du signal du cortex au LCR, nous avons relevé une asymétrie du signal dans le LCR. Puisque ce tissu, essentiellement composé d’eau, est supposé avoir un signal constant [Luoma, 1993], l’asymétrie de son signal provenait vraisemblablement en grande partie du biais dans l’image IRM. Cette hypothèse a été confirmée en mesurant une forte corrélation entre cette asymétrie et celle du cortex dans la région de Broca (Figure 47). Cette corrélation était très probablement causée par une asymétrie du biais. En effet, en appliquant une méthode de correction de biais [Mangin, 2000], la corrélation disparaissait. A ce stade, il semblait donc nécessaire d’effectuer une correction préalable du biais dans l’image.
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Figure 47. Corrélation entre l’asymétrie du signal du cortex et l’asymétrie du signal du LCR (losanges bleus). Les inhomogénéités, ou biais, dans l’image sont vraisemblablement responsables de cette corrélation.
En appliquant une méthode de correction de biais, la corrélation disparait (points rouges).
Le risque de la correction de biais est de faire disparaître les variations du signal du cortex, dues à la maturation, en même temps que les inhomogénéités du signal. Nous avons supposé que les fronts de maturation sont encore assez localisés à cet âge. Selon cette hypothèse, ils auraient une moindre amplitude spatiale que les inhomogénéités, supposées à variations plus lentes à travers l’image [Mangin, 2000]. Nous pensions donc pouvoir corriger le biais et préserver les variations du signal du cortex en utilisant un modèle de biais à courbure faible.
Nous avons choisi le signal du LCR pour évaluer la qualité de la correction de biais. Comme ce tissu est supposé avoir un signal constant [Luoma, 1993], le biais dans l’image serait supprimé quand les variations résiduelles du signal du LCR seraient faibles. Comme nous sommes intéressés par les asymétries de maturation du cortex, nous avons choisi l’asymétrie du signal du LCR comme critère d’évaluation. Nous avons donc cherché la correction de biais minimale mais suffisante pour que l’asymétrie du LCR soit négligeable devant les asymétries de maturation (estimées de 1 à 2% après une première analyse). Au cours de cette évaluation, nous avons en outre retiré le LCR très proche des interfaces avec les autres tissus afin de garantir un signal homogène, sans effet de volume partiel (à l’aide d’une érosion morphologique de 1 voxel).
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Nous avons fixé un seuil maximal de 1% à l’asymétrie du signal du LCR. Nous avons appliqué successivement trois méthodes de correction de biais. Une première correction faible a permis d’abaisser l’asymétrie globale moyenne en dessous de ce seuil (méthode [Mangin, 2000], répétée 2 fois, Kr=80). Une seconde correction moyenne a abaissé l’asymétrie globale par nourrisson en dessous du seuil. Enfin, une correction forte a diminué l’asymétrie par nourrisson et par région en dessous du seuil (même méthode pour les corrections moyenne et forte, mais les paramètres sont différents par nourrisson).
Les résultats ont été décevants : plus on corrige le biais, plus l’asymétrie du signal LCR diminue, mais plus l’asymétrie du signal du cortex se réduit (Figure 48). Dans la région centrale, par exemple, l’asymétrie du LCR reste supérieure à l’asymétrie du cortex jusqu’à la plus forte correction. Pour une correction forte, l’asymétrie du signal du cortex est fortement affaiblie dans l’ensemble des régions. La correction préalable du biais dans l’image nous a semblé un échec. Notre hypothèse, selon laquelle on peut filtrer le biais en préservant les fronts de maturation, est vraisemblablement fausse. Il est possible que les variations du signal du cortex à travers le cerveau soient plus complexes que supposées initialement, et qu’il y ait un recouvrement important avec les variations du biais. Comme le remarquent Vovk et coll. [2007] :
« Quand les propriétés des tissus varient également lentement à travers l’anatomie, [..], en imitant les inhomogénéités de l’intensité, [..], le problème de la correction devient plus compliqué qu’il n’est généralement admis. »
Figure 48. Effets du niveau de correction de biais sur les asymétries du signal (moyenne sur les nourrissons). L’asymétrie du signal du LCR (due au biais) diminue à mesure que la correction augmente.
Cependant, nous ne sommes pas parvenus à corriger l’asymétrie du LCR sans atténuer les asymétries du signal du cortex (maturation). Dans la région centrale, par exemple, l’asymétrie du LCR reste supérieure à l’asymétrie du cortex jusqu’à la plus forte correction. Pour une correction forte, l’asymétrie du signal du cortex est fortement affaiblie dans l’ensemble des régions.
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Comment éviter une correction de biais préalable de l’image, puisqu’elle ne préserve pas les variations du signal du cortex ? En examinant de nouveau les trois normalisations envisagées au début de notre démarche, nous avons entrevu une solution. Le signal du LCR présente un avantage important par rapport au signal des yeux et au bruit dans l’image : il vient d’une région voisine du cortex si bien que les inhomogénéités de l’intensité sont comparables localement entre le LCR et le cortex. Par ailleurs, le biais est habituellement modélisé par un facteur multiplicatif du signal sous-jacent [Guillemaud, 1997]. Par conséquent, le biais devrait théoriquement s’annuler en rapportant le signal du cortex au signal du LCR voisin. Ce rapport, basé sur le signal du LCR local, présente donc un double avantage : il nous évite une correction préalable, qui nous paraissait insoluble, et représente la normalisation la plus sensible à l’âge des nourrissons. Un must !