Online orientation distribution function reconstruction in constant solid angle and its application to motion detection in high angular resolution diffusion imaging

The di usion orientation distribution function (ODF) can be reconstructed from q-ball imaging (QBI) to map the complex intravoxel structure of water di usion. As acquisition time is particularly large for high angular resolution di usion imaging (HARDI), fast estimation algorithms have recently been proposed, as an on-line feedback on the reconstruction accuracy. Thus the acquisition could be stopped or continued on demand. We adapt these real-time algorithms to the mathematically correct de nition of ODF in constant solid angle (CSA), and develop a motion detection algorithm upon this reconstruction. Results of improved ber crossing detection by CSA ODF are shown, and motion detection was implemented and tested in vivo. Key-words: On-line model estimation, high angular resolution di usion imaging (hardi), q-ball imaging (qbi), orientation distribution function (odf), motion estimation. ∗ Équipe-Projet Odyssée, INRIA Sophia Antipolis Méditerranée † Department of Electrical and Computer Engineering, University of Minnesota, Minneapolis, MN, USA ‡ Center for Magnetic Resonance Research, University of Minnesota, Minneapolis, MN, USA in ria -0 04 32 95 9, v er si on 1 17 N ov 2 00 9 Reconstruction en ligne de la fonction de distribution d'orientation en angle solide constant et application à la détection du mouvement en imagerie de di usion à haute résolution angulaire Résumé : La fonction de distribution d'orientation de di usion (ODF) peut être reconstruite à partir d'imagerie Q-ball et permet alors de cartographier la structure complexe de la connectivité cérébrale par tractographie à partir de l'imagerie par résonance magnétique de di usion (IRMd). Pour répondre efcacement aux problémes liés au temps d'acquisition des séquences d'images IRMd, particulièrement long pour l'imagerie à haute résolution angulaire, des algorithmes d'estimation et de reconstruction en temps réel de l'ODF ont été récemment proposés. Dans ce rapport de recherche, nous adaptons notre précédente contribution sur l'estimation temps réel de l'ODF au cas de l'ODF calculée en angle solide constant et on montre comment tirer pro t de notre formalisme à base de ltrage de Kalman pour l'estimer en temps-réel et l'utiliser pour détecter d'éventuels mouvement opérés par un patient au cours de l'acquisition. L'algorithme de détection de mouvement fait plein usage des résultats intermédiaires fournis par la reconstruction de l'ODF par ltrage de Kalman et permet de décider en temps réel de la nécessité de continuer ou de stopper l'acquisition en cours. Une expérience a été menée pour tester et valider cette approche. Nous montrons sur nos résultats que les croisements de faisceaux de bres sont mieux détectés par l'ODF en angle solide constant, et que l'approche proposée permet e ectivement de bien détecter le mouvement opéré par un patient. Cette approche o re de nouvelles perspectives dans l'amélioration des protocoles d'acquisition d'IRM de Di usion. Mots-clés : Estimation temps-réel, imagerie de di usion à haute résolution angulaire, imagerie q-ball, fonction de distribution d'orientation, estimation de mouvement, ltrage de Kalman. in ria -0 04 32 95 9, v er si on 1 17 N ov 2 00 9 Online CSA ODF reconstruction and motion detection in HARDI 3