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IMAGERIE EN TENSEUR DE IMAGERIE EN TENSEUR DE DIFFUSION (IRMTD) DIFFUSION (IRMTD)
ET NEUROTRACTOGRAPHIE DU ET NEUROTRACTOGRAPHIE DU ET NEUROTRACTOGRAPHIE DU ET NEUROTRACTOGRAPHIE DU DEUXIÈME NEURONE VISUELDEUXIÈME NEURONE VISUEL
A. ISTOC1,2, A. ABANOU2, C. HABAS2, T.H. NGUYEN2, M.T. IBA-ZIZEN2, J. L. STIEVENART2, M. YOSHIDA4, L. BELLINGER2, E.A. CABANIS1,2,3
1-Université Pierre et Marie Curie Paris 6, UFR 927 Sciences de la Vie, École Doctorale de Physiologie &
JFR 2009, Paris, 16 - 20 octobre
1-Université Pierre et Marie Curie Paris 6, UFR 927 Sciences de la Vie, École Doctorale de Physiologie & Physiopathologie, CNRS UMR 6569, France
2-Service de neuro-imagerie et radiologie, Centre Hospitalier National d'Ophtalmologie des XV-XX, 28 rue de Charenton, 75571, Paris Cédex 12, France
3-Académie Nationale de Médecine, France4-Jikei University School of Medicine, Dept of Ophthalmology, 3-25-5 Nishi-Shinbashi, Minato-ku, Tokyo 105-846, Japon
• années ’80 - les premiers appareils médicaux de IRM
• années ’90 - l’imagerie de diffusion (IRMD), sensible au
mouvement microscopique des molécules d’eaumouvement microscopique des molécules d’eau
• vers les années 2000 - les séquences en tenseur de
diffusion (IRMTD) sont de plus en plus employées,
désormais couplées à la tractographie (post- traitementdésormais couplées à la tractographie (post- traitement
informatique), qui reconstruit, à partir de données de
diffusion, la géométrie tridimensionnelle des faisceaux
étudiés
Le mouvement brownien (Robert Brown1827, Albert Einstein 1905) peut êtredécrit comme une marche aléatoire,influencée notamment par les interactionsentre les particules et les collisionsmoléculaires.
IMAGERIE DE IMAGERIE DE DIFFUSIONDIFFUSION
moléculaires.
Eau intra / extracellulaire =
ANISOTROPIEANISOTROPIE
Eau « libre » =
ISOTROPIEISOTROPIE
La mobilité des molécules d'eau dans les tissus biologiques estinfluencée par la microstructure des tissus. Différentscomposants de la microstructure des tissus ou des cellules,comme la membrane cytoplasmique, la myéline, le cytosqueletteou les organites cellulaires, constituent des obstacles physiquesqui limitent et contraignent la mobilité des molécules d'eau.
Pour modéliser le mouvement de diffusion des molécules d’eau
IMAGERIE EN IMAGERIE EN TENSEUR DE TENSEUR DE DIFFUSION DIFFUSION
(IRMTD)(IRMTD)
Pour modéliser le mouvement de diffusion des molécules d’eau
au sein d’un milieu biologique (ex. axone) on utilise un tenseur
représenté par une matrice 3 X 3, symétrique (Dij = Dji) :
- valeurs propres
v1, v2, v3 - vecteurs propres
IMAGERIE EN IMAGERIE EN TENSEUR DE TENSEUR DE DIFFUSION DIFFUSION
(IRMTD)(IRMTD)
FA (anisotropie fractionnelle), mesure l'écart-type des trois
où est la moyenne des
3 valeurs propres ( )
FA (anisotropie fractionnelle), mesure l'écart-type des trois
valeurs propres comprises entre 0 (isotropie) et 1 (maximum
d’anisotropie) :
3 valeurs propres ( )
Carte d’anisotropie Carte d’anisotropie
L’anisotropie est habituellement, mais non exclusivement,
visualisée par une carte colorée
IMAGERIE EN IMAGERIE EN TENSEUR DE TENSEUR DE DIFFUSION DIFFUSION
(IRMTD)(IRMTD)
sans codage des couleurs
avec codage des couleurs
rouge (R) - Droit ↔ Gauche
vert (V) - Ant. ↔ Post.
bleue (B) - Sup. ↔ Inf.
Techniques:
• IRM - Signa HDx 3.0T (GE Healthcare)
• cerveau, plan neuro-oculaire (PNO)
MATÉRIELS ET MATÉRIELS ET MÉTHODESMÉTHODES
• cerveau, plan neuro-oculaire (PNO)
• IRMTD (IRM en Tenseur de Diffusion)
• tractographie (2 catégories d’algorithmes) :
1. - algorithme « déterministe » (type streamline) :
- VolumeOne (Y. Masutani, Japon)
- MrDiffusion (B.A. Wandell et coll., Stanford University, USA) - MrDiffusion (B.A. Wandell et coll., Stanford University, USA)
- MedINRIA (P. Fillard, N. Toussaint, INRIA Sophia Antipolis, France)
- DTIStudio (S. Mori et coll., Johns Hopkins University, Baltimore, USA)
2. - algorithme « probabiliste » :
- FSL, module FDT, (Oxford, UK)
ANATOMIEANATOMIE
Dejerine J, Dejerine-Klumpke: Anatomie des centres nerveux. T.I,méthodes générales d’étude - embryogénie - histogénèse et histologie. Anatomie ducerveau. T.Ii, f.1, anatomie du cerveau (suite) - rhombencéphale. J. Rueff et Cie Ed.,1895, rééd. Masson, 1980
Crosby EC, Humphrey T, Lauer EW: Correlative anatomy of theCrosby EC, Humphrey T, Lauer EW: Correlative anatomy of thenervous system. The Mac Millan Company, New-York, 1962
House EL, Pansky B: A functional approach to neuroanatomy. 2nd Ed.McGraw-Hill Book Company, Inc, New-York, 1967
Truex R, Carpenter M: Human neuroanatomy. 6th Ed., The Williams &Wilkins Cy, Baltimore, 1969
Brodal A: Neurological anatomy. In relation to clinical medicine. Second Edition,Brodal A: Neurological anatomy. In relation to clinical medicine. Second Edition,Oxford Univ. Press, New-York, London, Toronto, 1969
Gluhbegovic N, Williams T: The human brain: A photographic guide,Harper & Row, Publishers, Inc. Hagerstown, 1980
SchmahmannJD, PandyaDN: Cerebral white matter-historical evolution offacts and notions concerning the organization of the fiber pathways of the brain, 2007
Les informations visuelles sonttransmises de la rétine au cortexcérébral.
1° les fibres de la rétine nasales croisentla ligne médiane dans le chiasmaoptique, tandis que les fibres de la rétinetemporale restent de côté ipsilateral. Cestemporale restent de côté ipsilateral. Cesfibres pré chiasmatiques constituent lesnerfs optiques.
2° les fibres post chiasmatiques (régionoptique), passent autour dumésencephale et font synapseprincipalement avec le noyau géniculélatéral (CGL).
3° de ces noyaux thalamiques émanentdes fibres appelées les radiationsoptiques qui se dirigent dans lasubstance blanche profonde cérébralevers le cortex visuel primaire dans lelobe occipital (autour de la scissurecalcarine). http://commons.wikimedia.org
pôle postérieur &
tête du NOtête du NO
nerfnerf optiqueoptiquenerfnerf optiqueoptique&&
chiasmachiasma optiqueoptique
chiasma optiquechiasma optique& &
tractus optiquetractus optiqueDD
chiasma optiquechiasma optique
codage directionnel codage directionnel
DD chiasma optiquechiasma optique
codage en couleur uniforme (bleue)codage en couleur uniforme (bleue)
relais relais colliculairescolliculaires& &
corps géniculé corps géniculé latéral (CGL)latéral (CGL)
*
latéral (CGL)latéral (CGL)*
D
**
corps corps géniculé géniculé
latéral (CGL) latéral (CGL) & &
radiaradiationstionsrad. optiquerad. optique
chiasma optiquechiasma optique
DD
radiaradiationstionsoptiquesoptiques
DD
CGLCGL
chiasma optiquechiasma optique
CGLCGL
rad. optiquerad. optique
Tractographie déterministe: mrDiffusionTractographie déterministe: mrDiffusion
D
nerf optiquenerf optique
Tractographie probabiliste: FSLTractographie probabiliste: FSL
tractus optiquetractus optique
radiation optiqueradiation optique
D
C… Marie Pierre, C… Marie Pierre, F 36 ans, F 36 ans,
neuropathie neuropathie optique droiteoptique droite
DD
D
-- tractus optique G tractus optique G --127127 trajets reconstruits trajets reconstruits
-- tractus optique D tractus optique D --102102 trajets reconstruitstrajets reconstruits
• La neurotractographie: méthode qui permet une segmentationanatomique in vivo de la substance blanche cérébrale.
• Les principaux composants de la voie visuelle ont été
DISCUSSIONDISCUSSION
• Les principaux composants de la voie visuelle ont étéreconstruits en tractographie à savoir: les nerfs optiques, lechiasma optique, les tractus et les radiations optiques. De plus, il
a été possible de voir la décussation de fibres dans le chiasmaoptique. De possibles voies directes hypothalamiques etthalamiques ont été également identifiées.
• La visualisation du tenseur de diffusion de plus en plusemployée constitue une technologie prometteuse pourl'amélioration du diagnostic des maladies neurologiques.
• La comparaison des différentes techniques contribue àoptimiser la meilleure méthode d’analyse en imagerie de diffusion
en routine.
DISCUSSIONDISCUSSION
en routine.
• Fusion des données de neurotractographie avec celles de l’IRMf=> neurotractographie fonctionnelle.
• Facteurs limitants :- la résolution spatiale basse
- le temps d’acquisition et un post-traitement long