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Étude du développement cérébral par IRM conventionnelle, IRM de diffusion et IRM fonctionnelle Jessica Dubois Unité de Neuro-imagerie Anatomique et Fonctionnelle.

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1 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

2 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM La RMN pour lexploration du cerveau 3 niveaux possibles : Biochimie (Spectroscopie par RMN) Morphologie (IRM conventionnelle, IRM de diffusion) Cognition (IRM fonctionnelle) Plan Principes des différentes modalités dIRM Applications pour létude du développement cérébral

3 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM LImagerie par Résonance Magnétique Atome dhydrogène Corps : eau Résolution spatiale ~ mm Résolution temporelle ~ s ou min Limageur RMN Aimant : B 0 (1.5T) Antenne radiofréquence : B 1 (~10 -6 T, 64MHz) Bobines de gradients : G x, G y, G z (~10 -3 T.m -1 )

4 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Codage spatial du signal : sélection dune coupe Rappel : la fréquence de résonance dépend du champ magnétique statique Gradient de champ magnétique la fréquence de résonance varie dans lespace fréquence position Onde radiofréquence de fréquence donnée excitation et résonance des spins dune coupe Enregistrement du signal des spins de la coupe

5 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Mécanismes de contraste en IRM Densité de protons Retour à létat déquilibre (relaxation) après excitation par londe radio-fréquence B 1 - Décroissance de laimantation transversale : T2, T2* - Repousse de laimantation longitudinale : T1

6 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM LIRM conventionnelle Types dimages Anatomie : matière grise (noyaux gris centraux, cortex : sillons / gyri), matière blanche, ventricules (liquide céphalo-rachidien) … Densité de protonsT1T2 * T2

7 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Exemples dapplications Image 2D Rendu dune section oblique Détection automatique des sillons Rendu surfacique du cortex

8 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM LIRM de diffusion Mouvements aléatoires des molécules deau Diffusion dans le tissu cérébral Signal RMN de diffusion D : coefficient de diffusion, b : pondération de diffusion Sensibilité à lorientation des fibres myélinisées de la matière blanche

9 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Limagerie du tenseur de diffusion (DTI) D xx D xy D xz D yz D yy D zz T2 z y x

10 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Cartes DTI Diffusion moyenneAnisotropie Orientations codées en couleurs

11 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Suivi de faisceaux de fibres (tracking) Principe : utiliser linformation dorientation dans chaque pixel et se propager de proche en proche pour construire une « fibre » dun faisceau de matière blanche

12 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Tracking de fibres

13 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM LIRM fonctionnelle Localisation des activations cérébrales Ex : stimulation visuelle Hémichamp gaucheHémichamp droitChamp de vue entier

14 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Activations cérébrales Phénomènes physiologiques accompagnant lactivité neuronale : Changements métaboliques –Consommation de glucose –Consommation en oxygène Changements hémodynamiques –Volume sanguin –Débit sanguin Augmentation de la saturation en oxygène du sang

15 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Leffet BOLD et le signal RMN Hémoglobine : atome de fer Comportement magnétique : porteuse doxygène : diamagnétique non porteuse doxygène : paramagnétique Déoxyhémoglobine : - modifications des lignes de champ magnétique - effet sur le T2* - effet sur le signal RMN Effet BOLD (Blood Oxygen Level Dependant)

16 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Leffet BOLD et les activations cérébrales Lors dune 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

17 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Étude en IRM conventionnelle I : 1moisII : 2moisIII : 3-6moisIV : 7-9moisV : >9mois Paus et al, Brain Res Bull 2001 Évolution des temps de relaxation avec lâge Myélinisation de la matière blanche vue en T1

18 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM 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

19 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Étude en IRM de diffusion Neil et al., NMR Biomed T1 diffusion moyenne anisotropie 26sem 40sem 7ans Sensibilité à lorientation des faisceaux de fibres avant la fin de la myélinisation Sensibilité à lanisotropie initiale du cortex Sensibilité au processus de myélinisation des fibres de matière blanche

20 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Organisation des faisceaux chez le bébé Collaboration en cours SHFJ / Hôpital Necker, Paris Vue sagittale Vue axiale Vue coronale Quel est létat d« organisation » des réseaux de matière blanche chez le bébé de 3 mois ?

21 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Étude en IRM fonctionnelle Assymétrie en faveur de lhémisphère gauche Paroles à lendroit vs paroles à lenvers Bébés éveillés vs bébés endormis Activations aux sons Dehaene-Lambertz et al, Science 2002 Langage Quel est létat de « fonctionnement » du cerveau (matière grise) chez le bébé de 3 mois ?

22 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Études en cours Vision : le nouveau-né « voit-il » ? Chez ladulte : région spécifique à la vision des visages, assymétrie en faveur de lhémisphère droit Chez le bébé de 3 mois ? Langage : mémorisation dune phrase écoutée par le bébé de 3 mois ?

23 JJC. 2 décembre J. Dubois Étude du développement cérébral par IRM Conclusion LIRM appliquée à létude du développement : anatomie / fonctions, quels liens ? La RMN : 1946 LIRM : 1973 LIRM fonctionnelle : 1992 LIRM de diffusion appliquée au tracking : 1999


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