Étude du développement cérébral par irm conventionnelle, irm de diffusion et irm fonctionnelle

Étude du développement cérébral par IRM conventionnelle,

IRM de diffusion et IRM fonctionnelle

Jessica Dubois

Unité de Neuro-imagerie Anatomique et Fonctionnelle

Service Hospitalier Frédéric Joliot, CEA, Orsay

JJC. 2 décembre 2003. J. Dubois

Étude du développement cérébral par IRM

La RMN pour l’exploration du cerveau

3 niveaux possibles :• Biochimie (Spectroscopie par RMN)• Morphologie (IRM conventionnelle, IRM de diffusion)• Cognition (IRM fonctionnelle)

Plan

• Principes des différentes modalités d’IRM• Applications pour l’étude du développement cérébral



L’Imagerie par Résonance Magnétique

• Atome d’hydrogène• Corps : eau• Résolution spatiale ~ mm• Résolution temporelle ~ s ou min

L’imageur RMN

• Aimant : B0 (1.5T)

• Antenne radiofréquence : B1 (~10-6T, 64MHz)

• Bobines de gradients : Gx, Gy, Gz (~10-3T.m-1)



Codage spatial du signal : sélection d’une coupe

• Rappel : la fréquence de résonance dépend du champ magnétique statique

• Gradient de champ magnétique

la fréquence de résonance varie dans l’espace

fréq

uenc

e

position

zGzBB z

)( 0

• Onde radiofréquence de fréquence donnée excitation et résonance des spins d’une coupe

• Enregistrement du signal des spins de la coupe



Mécanismes de contraste en IRM

• Densité de protons

*2/Tte

)cos( 0tM t

• Retour à l’état d’équilibre (relaxation) après excitation par l’onde radio-fréquence B1

- Décroissance de l’aimantation transversale : T2, T2*

- Repousse de l’aimantation longitudinale : T1



L’IRM conventionnelle

• Types d’images

• Anatomie :

matière grise (noyaux gris centraux, cortex : sillons / gyri), matière blanche, ventricules (liquide céphalo-rachidien) …

Densité de protons T1 T2*T2



Exemples d’applications

Image 2D

Rendu d’une section oblique

Détection automatique des sillons

Rendu surfacique du cortex



L’IRM de diffusion

• Mouvements aléatoires des molécules d’eau

• Diffusion dans le tissu cérébral• Signal RMN de diffusionD : coefficient de diffusion, b : pondération de diffusion

mxmsT 17:50212

DbeSS 0

• Sensibilité à l’orientation des fibres myélinisées de la matière blanche



L’imagerie du tenseur de diffusion (DTI)

Dxx Dxy Dxz

DyzDyy

Dzz

T2

z

y

x



Cartes DTIDiffusion moyenne Anisotropie

Orientations codées en couleurs



Suivi de faisceaux de fibres (tracking)

• Principe : utiliser l’information d’orientation dans chaque pixel et se propager de proche en proche pour construire une « fibre » d’un faisceau de matière blanche



Tracking de fibres



L’IRM fonctionnelle

• Localisation des activations cérébralesEx : stimulation visuelle

Hémichamp gauche Hémichamp droitChamp de vue entier



Activations cérébrales

Phénomènes physiologiques accompagnant l’activité neuronale :

• Changements métaboliques– Consommation de glucose

– Consommation en oxygène

• Changements hémodynamiques– Volume sanguin

– Débit sanguin

Augmentation de la saturation en oxygène du sang



L’effet BOLD et le signal RMN

• Hémoglobine : atome de fer • Comportement magnétique :

porteuse d’oxygène : diamagnétique

non porteuse d’oxygène : paramagnétique

• Déoxyhémoglobine : - modifications des lignes de champ magnétique - effet sur le T2*- effet sur le signal RMN

Effet BOLD (Blood Oxygen Level Dependant)



L’effet BOLD et les activations cérébrales

Lors d’une activation cérébrale : • Augmentation de la saturation en oxygène du sang• Diminution de la concentration en déoxyhémoglobine• Augmentation du T2*

Signal

t

Augmentation du signal RMN



Étude en IRM conventionnelle

I : 1mois II : 2mois III : 3-6mois IV : 7-9mois V : >9mois

Paus et al, Brain Res Bull 2001

• Évolution des temps de relaxation avec l’âge Myélinisation de la matière blanche vue en T1



Étude de la formation des sillons et gyri

Collaboration SHFJ / Hôpital Necker, Paris / HSR, Milan Scifo et al, HBM 2003

• Imagerie pré-natale : « plissements » du cortex

• Application potentielle : détection précoce de pathologies du développement cortical



Étude en IRM de diffusion

Neil et al., NMR Biomed. 2002

T1diffusion moyenne

anisotropie

26sem

40sem

7ans

• Sensibilité à l’orientationdes faisceaux de fibres avant la fin de la myélinisation

• Sensibilité à l’anisotropie initiale du cortex

• Sensibilité au processus de myélinisation des fibres de matière blanche



Organisation des faisceaux chez le bébé

Collaboration en cours SHFJ / Hôpital Necker, Paris

Vue sagittale

Vue axiale

Vue coronale

• Quel est l’état d’« organisation » des réseaux de matière blanche chez le bébé de 3 mois ?



Étude en IRM fonctionnelle

Assymétrie en faveur de l’hémisphère gauche

Paroles à l’endroit vs paroles à l’envers

Bébés éveillés vs bébés endormis

Activations aux sonsDehaene-Lambertz et al, Science 2002

Langage

• Quel est l’état de « fonctionnement » du cerveau (matière grise) chez le bébé de 3 mois ?



Études en cours

• Vision : le nouveau-né « voit-il » ?

Chez l’adulte : région spécifique à la vision des visages, assymétrie en faveur de l’hémisphère droit

Chez le bébé de 3 mois ?

• Langage : mémorisation d’une phrase écoutée par le bébé de 3 mois ?



Conclusion

• L’IRM appliquée à l’étude du développement : anatomie / fonctions, quels liens ?

• La RMN : 1946• L’IRM : 1973• L’IRM fonctionnelle : 1992• L’IRM de diffusion appliquée

au tracking : 1999

Étude du développement cérébral par irm conventionnelle, irm de diffusion et irm fonctionnelle

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