Hola fpalomar:
Interesante pregunta
:
Se me ocurre que la imágen de sustitución esté invisible con una posición absoluta dentro de la imágen, y en ésta poner un mapa con un área con una función en el evento onmouseover que cambie la visibilidad de la imágen de sustitución:
Trataré de hacer un ejemplo.
Saludos