Bio-Ingénierie

Enjeux de l’IRM de diffusiondans la cartographie du cerveau

Romain ChionJosua GuéridSarah Spagnesi

Sommaire

Introduction

Principe de l’IRM de diffusion

Application aux troubles neurologiques

Imagerie multimodale

Conclusion

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PROBLEMATIQUE

- La cartographie du cerveau par IRM.

- Avantages et limites de la méthode

- Utilisations

Introduction

IRM de diffusion

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Rappels sur l’IRM

Introduction

IRM de diffusion

- Cours de bio-ingénierie de M. Hernigou

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L’IRM fonctionnelle

Introduction

IRM de diffusion

- Désoxyhémoglobine: Hémoglobine ne fixant pas d’oxygène. L’hémoglobine est la protéine des globules rouges du sang assurant le transport de l’oxygène. Définition Larousse

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Limites des IRM conventionnelles

Introduction

IRM de diffusion

Type d’IRM IRM IRM f IRM d

Visualisation Spatiale

Oui Oui Non

Etude fonctionnelle

Non Oui Non

Liens entre les parties du cerveau

Non Non Oui

Utilisation Morphologie Fonctionnelle Connectivité, Lésions

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Principe de l’IRM de diffusion

Introduction

IRM de diffusion

Troubles du cerveau

¿ 𝑿 ²>¿𝟐∗𝑫∗𝑻 𝒅

𝑨=𝒆𝒙𝒑 (−𝒃∗𝑫 )

D Coefficient de diffusion

Td Durée de diffusion

<X²> moyenne des déplacements au carré

A Atténuation du signal

b « b facteur »

- Myéline: Substance formant une gaine autour de certaines fibres nerveuses accélérant la conduction des messages. Définition Larousse.

- Matière blanche: Couche interne du cerveau composé principalement de faisceaux de fibres neuronales. Définition Larousse.

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Cartographie du cerveau

Représentation par ellipsoïdes du tenseur de diffusion, Le Bihan et Al. (2011)

Introduction

IRM de diffusion

Troubles du cerveau

𝑫=𝑫𝒙𝒙 𝑫 𝒙𝒚 𝑫𝒙𝒛

𝑫𝒙𝒚 𝑫 𝒚𝒚 𝑫𝒚𝒛

𝑫𝒙𝒛 𝑫𝒚𝒛 𝑫𝒛𝒛

Le tenseur de diffusion

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IRM Quantitative

- Les méthodes utilisant des outils statistiques et d’analyse pour décrire et prévoir le comportement de certains phénomènes par des variables mesurables.

Introduction

IRM de diffusion

Troubles du cerveau

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Illustration aux troubles neurologiques

- Deux études qui démontreront- Utilité de l’IRMd- Nécessité d’utiliser d’autres méthodes

IRM de diffusion

Troubles du cerveau

Imagerie multimodale

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Schizophrénie : Bio-marqueurs

- L’étude : déterminer des bio-marqueurs dans la

détection précoce de la schizophrénie

- IRM de diffusion

- 2 modèles

- Harmoniques sphériques

- Modèle à deux tenseursIRM de diffusion

Troubles du cerveau

Imagerie multimodale

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Schizophrénie : Bio-marqueurs

• Les paramètres– FA, GFA– N, GN

• Les résultats

IRM de diffusion

Troubles du cerveau

Imagerie multimodale

Mesures de diffusivités. Yogesh et al 2010

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Dégénérescence du cerveau

- Etude de Romero et al (2010) : remodelage cellulaire

- Dégénérescence du cerveau

- IRM (volume cerveau) + examens sanguins

- Etude multimodale

IRM de diffusion

Troubles du cerveau

Imagerie multimodale

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IMR de diffusion et l’imagerie multimodale

Enjeux actuels : Quelles performances pour l’imagerie multimodale ?

= Observation des phénomènes et structures sous jacents.

Deux exemples : - Le développement du cerveau chez le fœtus (R. Nossin-Manor et

al, 2012)- Le dimorphismes entre les sexes (Delia-Lisa et al 2013)

Troubles du cerveau

Imagerie multimodale

Conclusion

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Le développement neurologique prénatal

Troubles du cerveau

Imagerie multimodale

Conclusion

Les enfants grands prématurés : • Né avant 32 semaines de gestation• Développement du cerveau : à partir du second trimestre• Evolution les plus flagrantes : après la 20e semaines = Fort risque de lésions cérébrales

Le développement du cerveau : un processus séquentiel

. Selon la région et l’étape

Objectifs : Réussir à avoir un suivi temporel du développement du cerveau pour établir des

indicateurs des lésions potentielles d’un enfant grand

prématuré

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Le développement neurologique prénatal

Troubles du cerveau

Imagerie multimodale

Conclusion

Population d’une cinquantaine de nouveaux nés grands prématurés sains

• Paramètres mesurés : IRM : T1, T2 ; IRM de diffusion : Anisotropie fractionnelle, diffusivité moyenne, latérale et axiale Durant la grossesse jusqu’à 2 semaines après la naissance

Avantages : La combinaison de plusieurs paramètres

permet d’interpréter des phénomènes plus complexe

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Le développement neurologique prénatal

Troubles du cerveau

Imagerie multimodale

Conclusion

Les résultats : • Développement neurologique compatible avec l’histologie• Des précisions sur les microstructures :

Ventricule thalamiqueCorps calleux

Les futurs objectifs : Etude sur des sujets pathologiques

Vue du thalamusSource: Wikipédia

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Le dimorphisme sexuel

Troubles du cerveau

Imagerie multimodale

Conclusion

Différence anatomiques entre le cerveau féminin et masculin connu (taille, proportion de matière grise/blanche )

Objectif : Montrer les performances de l’imagerie multimodale pour créer une classification automatique

L’étude : 121 sujets, mesures de T1, T2 et d’anisotropie fractionnelle

Rassemblement des paramètres et calcul d’une classification femme/homme à partir de l’image du cerveau

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Le dimorphisme sexuel

Troubles du cerveau

Imagerie multimodale

Conclusion

Résultat : Meilleur sensibilité, spécificité et résultats du modèle comparé

aux techniques uni modales.

Tableau issu de l’article de Delia-Lisa et al, 2013

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Conclusion

L’IRM de diffusion : des nouveaux paramètres mesurés à interpréter

Vers L’IRM quantitative et l’automatisation des diagnostiques.

IRM multimodale

Conclusion