Sous-échantillonner pour Réduire le temps d'acquisition
L’arrivée des IRM à très haut champ permet l’obtention d’images du corps humain, et notamment du cerveau, à des résolutions spatiales jusque-là inégalées. Mais ces résolutions se font au prix d’un temps d’acquisition considérablement long. Pour pallier cette contrainte, des chercheurs de l’équipe
MIND (ex-PARIETAL,
NeuroSpin) et de
BAOBAB (NeuroSpin) ont déjà développé une méthode basée sur un procédé mathématique, l’acquisition comprimée (compressed sensing en anglais), pour reconstruire des images complètes à haute résolution à partir d'une acquisition minimale, reconstruction qui a par ailleurs bénéficié de la collaboration de cette équipe avec le laboratoire
Cosmostat (CEA-Irfu) au cours du projet COSMIC.
SPARKLING, c’est son nom, a déjà montré tout son potentiel sur l’imagerie à deux dimensions (IRM à haute résolution : comment ne pas y passer des heures ?). Les chercheurs ont étendu la méthode à l’imagerie 3D, utilisée pour atteindre une haute résolution dans les trois directions de l’espace. L’imagerie 3D est encore peu usitée en clinique, pourtant elle offre un gain en rapport signal sur bruit particulièrement utile pour l’imagerie à haute résolution ou l’imagerie hétéronucléaire (l’imagerie du sodium par exemple) à ultra-haut champ magnétique (7 teslas, 7 T). Mais plus facile à dire qu’à faire, car l’espace d’acquisition des données de l’imagerie 3D est lui-même plus complexe (un volume de Fourier) que celui de l’imagerie à 2D (un plan de Fourier).
OPÉRER DANS LES TROIS DIMENSIONS DE L'ESPACE DE FOURIER
Jusqu’ici pour faire de l’IRM 3D, SPARKLING procédait à un sous-échantillonnage en deux dimensions, plan à plan, et empilait ensuite les plans, limitant ainsi l’accélération selon la troisième dimension ; les temps de calculs pour reconstituer l’image 3D étaient longs. Dans un article publié dans
IEEE Transactions on Medical Imaging, la même collaboration entre MIND et BAOBAB a permis d’établir un nouvel algorithme capable d’opérer un véritable sous-échantillonnage en 3D de l’espace de Fourier. SPARKLING 3D utilise des méthodes multipolaires rapides (Fast Multipolar Method en anglais, FMM), développées au départ en astronomie pour accélérer le calcul des forces de longue portées dans les « problèmes à N corps ». Grâce à ces techniques, la génération des trajectoires du schéma de sous-échantillonnage ne prend plus que 6 à 10 heures selon la résolution cible des images, au lieu de plusieurs semaines dans une tentative initiale.
C’est ainsi que les chercheurs ont conçu des modèles avec jusqu’à 10 millions d’échantillons de l’espace de Fourier. Grâce à des études rétrospectives et prospectives sur un fantôme et des acquisitions in vivo à 3 teslas (3 T), ils montrent que cette nouvelle optimisation surpasse les stratégies 3D actuelles (notamment celles qui procèdent par empilement de plans de Fourier).
Dans l'ensemble, la méthode permet de réduire de 2,5 à 3,75 fois le temps d’acquisition des données à 3 T sans compromettre la qualité de l'image, par rapport à une imagerie parallèle déjà accélérée d’un facteur 4 comparativement à une acquisition complète de l’espace de Fourier. Les prémices démontrées à 7 T, notamment en imagerie du sodium, laissent entrevoir des accélérations jusqu’à un facteur 64. Affaire à suivre...
Contact CEA-Joliot :
Financement européen
Ce travail a bénéficié du programme européen
NUMERICS pour le financement d'une thèse en simulation numérique.
[1] L'IRM pondérée en T2* (séquence en écho de gradient T2) est une modalité d'IRM classiquement utilisée en clinique.