Méthode de Monte-Carlo Symbolique pour la cartographie fonctionnelle du cerveau
Recrutement: 
Recrutement en cours/passé: 
Recrutement en cours
Periode: 
2022
Contact: 
Bruno MONTCEL bruno.montcel@univ-lyon1.fr Laurent MAHIEU-WILLIAME mahieu@creatis.insa-lyon.fr Mathieu GALTIER mathieu.galtier@insa-lyon.fr Maxime ROGER maxime.roger@insa-lyon.fr

Dans un contexte de résection de tumeurs cérébrales, il est nécessaire de localiser certaines zonesfonctionnelles de première importance du cerveau (motricité, langage ou zone somato-sensorielle).Cette information permet au neurochirurgien d’identifier les neurones à épargner et ceux demoindre importance qui peuvent être sacrifiés pour accéder à la tumeur. Cette cartographiefonctionnelle du cerveau peut être obtenue par imagerie optique en mesurant les variations spatio-temporelles de concentrations d’hémoglobines oxygénée et désoxygénée. Sous un éclairement ducerveau par une lumière blanche, ces variations se traduisent par une changement de couleur de lasurface cérébrale sur l’image détectée par une caméra hyperspectrale.Pour remonter du flux lumineux mesuré aux variations de concentrations d’hémoglobines, il estnécessaire de modéliser et de simuler la propagation du rayonnement dans le cerveau. Celui-ci estcomposé de matière grise et de vaisseaux sanguins de tailles diverses (allant de quelques μm àplusieurs millimètres) et constitue donc un milieu hétérogène complexe. Pour simuler lapropagation des photons dans ce type de milieux complexes, les méthodes Monte-Carlo font officed’outils de référence.Pour réaliser ces cartographies, le cerveau est fréquemment considéré comme un milieu homogèneéquivalent. Il a été montré que cette hypothèse peut induire des erreurs de l’ordre de 10 à 20 % surles concentrations d’hémoglobines. Aussi, un besoin de représenter finement l’hétérogénéité ducerveau en distinguant les vaisseaux sanguins de la matière grise s’avère primordial. Toutefois, ladiversité des géométries pouvant être rencontrées (enfouissements, tailles des vaisseaux) nécessiteautant de simulations que de configurations physiques et rend le recours aux simulations parméthodes de Monte Carlo rapidement fastidieux voire impossible.Pour répondre à cette limite, les méthodes de Monte-Carlo Symboliques représentent un outilprometteur. En gardant sous forme symbolique certains paramètres, ces méthodes permettentd’exprimer les flux mesurés comme des fonctions simples (polynômes) de ces paramètres. End’autres termes, une seule simulation - comparable en temps de calcul à un Monte-Carlo classique -permet, sans biais, d’exprimer une observable sur tout un espace paramétrique. Ainsi, il devientpossible de simuler rapidement la propagation du rayonnement dans le cerveau pour une grandediversité de configurations. L’objectif de ce stage est d’utiliser les méthodes de Monte-Carlo Symboliques dans ce contexte decartographie fonctionnelle du cerveau. Des acquisitions expérimentales sur des fantômes optiquessimulant les propriétés du cerveau seront effectuées pour valider les résultats des simulations.L’impact des variations de propriétés radiatives du cerveau liées à la longueur d’onde, auxconcentrations d’hémoglobine et surtout aux paramètres géométriques des vaisseaux sera étudiédans un cadre méthodologique exploratoire et innovant.Le stage s’effectuera dans 2 laboratoires : le laboratoire CREATIS (pour les acquisitionsexpérimentales) et le laboratoire CETHIL (pour les simulations) au campus de la Doua àVilleurbanne.