IRM fonctionnelle cérébrale BOLD · Bennett CM, Baird AA, Miller MB, and Wolford GL. Neural correlates of interspecies perspective taking in the post-mortem Atlantic Salmon: an

CHU Grenoble / UJF – [email protected]

IRM fonctionnelle cérébrale BOLDPratiques cliniques et perspectives

Pr Alexandre Krainik

Clinique Universitaire de Neuroradiologie et IRM, CHU Grenoble, Grenoble – France

UMS IRMaGe – Plateforme IRM, Grenoble - France

Inserm U836 – Grenoble Institut des Neurosciences, Grenoble – France

CHU Grenoble / UJF – [email protected] CHU Grenoble / UJF – France

Miller. Science 2008Belliveau et al. Science 1991


IRMf de l’émotion du saumon

… mort Bennett CM, Baird AA, Miller MB, and Wolford GL. Neural correlates of interspecies perspective taking in the post-mortem Atlantic Salmon: an argument for

multiple comparisons correction. 15th Annual Meeting of the Organization for Human Brain Mapping, San Francisco, CA, June 2009

Faux positifs correction pour comparaisons multiples

Bennett, IgNobel 2012


ACTION

REST

Cantin, EMC 2011



• Susceptibilité magnétique χ

– Proportion de « tissu magnétisé » sous B0 : ΔB = χ B0

– Gradient de champ entre tissus

• [dHb] modifie la SM du sang = contraste endogène– Composante intra-vasculaire

– Composante extra-vasculaire

Bases physiologiques du signal BOLD

B0

Ogawa, MRM 1990

dHb HbO2

B0



• Activité neuronale variation [dHb]

• Réponse métabolique

• Glycolyse

• (CMRGlc): +20-40%

• CMRO2

• Délai : <1 sec

• [dHbart ] = 0% [Hbtot]

• CMRO2 = 40% [Hbtot]

• [dHbven] = 40% [Hbtot]

• Réponse hémodynamique

• Délai : >1 sec

• ↑ débit sanguin cérébral (DSC) : +20-70%

• ↑ volume sanguin cérébral (VSC) : +5-30%

Iadecola, Nat Rev Neurosci 2004

Couplage neurovasculaire


CMRO2

Neural activity

BOLD signal

[dHb]vox

OEF

Cerebralblood flow

arteriolar

Neurovascular coupling

Cerebral bloodvolume

venular

Post-stimulusundershoot

Sig

nal

BO

LD

[%

]

Time [s]

1

2

3

0

-1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Post-stimulus undershoot

Plateau

Plateau

Initial dip

Initial dip

a/c/v: 21/33/46% Harrison, 2002

CBVCMRO2

CBFBOLD



• BOLD : relation linéaire avec B0 … 1-5%

– ≥ 1.5T

• Res. Contraste : sensibilité [dHb]

– T2*-EG > T2-SE

• TE : 30-50 msec

• + : temps d’acquisition, faible diffusion

• - : perte de signal à la base du crâne

• Res. Temporelle : secondes…

– EPI, spiral,…

• [TR : 2000-5000 msec] x n

• + : temps d’acquisition

• - : distorsion spatiale

• Res. Spatiale : < 1cm ?

– Vox : 2-4 mm de coté

– Matrice : 64²-1282

Cantin, EMC 2011

Repos Action

Acquisition : cahier des charges


Krainik, in Brain Mapping , Springer-Verlag 2011

Acquisition : procédure clinique


Krainik, Neurology 2001


• PET Ramsey, JCBF 1996

• MEG Stippich, Neuroreport 1998

• Stimulations electriques per-opératoires Lehericy, J Neurosurg 2000

• Wada test Hertz-Panier, Neurology 1997

• Lesions de l’AMS Krainik, Neurology 2001; Krainik, Neurology 2003; Krainik, Neurology 2004

• Intervale de 1 cm autour du COM Bartos, Acta Neurochir 2009

• Reproductibilité intra-sujets et inter-centres Zou, Neuroimage 2005

Résultats validés et reproductibles


Preop Postop

IRMf épilepsie chronique (87 patients) : modification de la PEC 20% des patients (Kherraf et al. SFNR 2012)


Cartographie pré-opératoire


Les résolutions

temporelles et

spatiales de l’IRMf

n’ont rien à voir avec

celles de l’activité

neuronale

L’IRMf ne cartographie

pas l’activité neuronale

directement

• Validation de la procédure

• Qualité et position des images

• Surveillance des performances

• Réduire les mouvements de la tête

• Evaluer les modifications de la perfusion

L’IRMf cartographie

les variations

fonctionnelles

d’oxygénation et de

perfusion cérébrale

Points-clés de l’interprétation de l’IRMf BOLD


• Paradigmes et analyses validés

• Qualité image et artéfacts de susceptibilité magnétique

• Exécution de la tâche

• Mouvements

• Fonction de perfusion

Critères de qualité d’une IRMf


Artéfacts de Susceptibilité magnétique : IRMf BOLD

Cavernome précentral G : vide de signal


Artéfacts de Susceptibilité magnétique : IRMf BOLD

Epilepsie post-chirurgicale : lèvres

T2*EG

T2 SE : - sensible à SM et au BOLD !


Parasites, spikes,… : BOLD

Translation

BOLDDyn 100

Dyn 132




– Visualisation des T2* natives (contrôle qualité)

– Superposition des activations sur les natives


• Mouvements







– Explication des tâches avant l’examen

– Re-explication des tâches pendant l’examen

– Renforcement positif

– Etude comportementale

– IRMf temps-réel

• Mouvements







• Mouvements




Mouvements périodiques





• Mouvements

– Explication

– Contention

– Confort

– Prévenir avant chaque dialogue

– Post-traitement







• Mouvements


– Perfusion basale

– Vasoréactivité cérébrale



OEF

dHb

T2* (BOLD)

CMRO2

Neural

activity

venular

venular

pressure

CBV

a/c/v: 21/33/46% Harrison, 2002

Resp

O2CO2

CVR

arteriolar

CBF

NVC

MTT

perfusion

pressure

arterial

pressure

AR

Intracranial

pressure


• ↓ activations périlésionnelles

interprétation difficile Holodny

2000, Schreiber 2000, Fujiwara 2004, Ulmer 2004, Liu 2005,

Ludemann 2006, Chen 2008

• Perfusion basale

DSCMain Gauche Main Droite

A B C D

Hypercapnie


Cohen, JCBF 2002

Perfusion basale


Krainik, Stroke 2005

Vasoréactivité cérébrale


Jiang, Neuroimage 2010




Preop

Lèvres

Preop

Hypercapnie

Postop

Hypercapnie

Postop

Lèvres



EEG X

BOLD

modéliséActivation

Déactivation

F. Grouiller, O David – GIN

Perspectives : IRMf-EEG


F. Grouiller, L. Vercueil, O David – GIN

IRMf-EEG


p<0.01 (FDR)

Grouiller, HBM 2009

Epilepsie absence

Perspectives : IRMf-EEG optimisation de la HRF


DMN – ICA (Melodic – FSL)

Murphy, Neuroimage 2013

PlosOne 2011

?

Resting state: BOLD MRI


Murphy, Neuroimage 2013

Resting state: BOLD MRI


• D’un problème vers une solution (serendipity)

• IRMf évaluer la réponse de perfusion à un stimulus vasomoteur

• Cartographier le couplage neurovasculaire

• Cartographier la vasoréactivité cérébrale en clinique

– Pathologie sténo-occlusive

– Neuro-oncologie

– Epilepsie

– Pathologie neurodégénérative,….

Perspectives : vers l’IRMf de perfusion


Woman 42 yoWatershed stroke due to left ICA SIAS

meningioma left cavernous sinus

MTT

CBF

CBV

↓PP

(↑MTT)

↑ CBV

CBF ≈ cst

SIAS

Autoregulation

Stroke rec.

?

CVR

CVR ↓

(LI=-0.45)

Surgical

bypass


Attye Hum Brain Map 2014 No recurrence of stroke events 2 years after PTAS


Perfusion basale Vasoréactivité

AD

Doppler Trans-crânienApnée

Silvestrini, Stroke 2006

Xenon CTAcetazolamide

Oishi, J Clin Neurosci 1999

ASL

Johnson, Radiology 2005

ASL

Du, Neurology 2006

Etude des modifications physio-pathologiques : Alzheimer


Vasoréactivité BOLD (CVP-)

IRMf de perfusion M. Alzheimer

Cantin, Neuroimage 2011


Krainik, Diagn Interv Imaging 2013

Krainik, Mov Dis 2013Cantin, Neuroimage 2011

AD

MCI-a

Park off

Park on

CVR and neurodegenerative diseases


Castriota-Scanderbeg, Neuroimage 2005 Le Bihan, Phys Med Biol 2007

Pour conclure,…


• Consider BOLD fMRI as it is, a functional imaging technique

– Map functional change in perfusion and oxygenation to particular stimuli

– Pros and cons of functional stimulus: relevance, perception, performance

– Pros and cons of this imaging technique: resolutions, artifacts

• To be useful in medicine, remain a radiologist

– Knowledge in medicine

– Knowledge in anatomy

– Knowledge in pathophysiology

– Knowledge in imaging

– Knowledge in postprocessing

– Master examination workflow

• Don’t stay alone and ask for help and advices

Pour conclure,…


Collaborations

• Neuroradiology and MR unit– Sylvie Grand– Jean-François Le Bas– Arnaud Attyé– Irène Troprès– Laurent Lamalle– Emilie Cousin– Assia Jaillard– Technicians

• Neurosurgery– Dominique Hoffmann– Eric Seigneuret– Olivier Palombi– Stephan Chabardes– Emmanuel Gay

• Neurology– Olivier Moreaud– Armelle Memin– Laurent Vercueil– Paul Krack– Lorella Minotti– Philippe Kahane

• GIN5– Marjorie Villien– Julien Bouvier– Olivier David– Jan Warnking– Emmanuel Barbier

• GIN6– Pierre Deman– Jean-François Adam– François Estève

• Clinatec …– François Berger– Alim-Louis Benabid



Monti, NEJM 2010

Evaluation de la conscience

Documents

IRM fonctionnelle cérébrale BOLD · Bennett CM, Baird AA, Miller MB, and Wolford GL. Neural correlates of interspecies perspective taking in the post-mortem Atlantic Salmon: an