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