IRM de diffusion cérébrale à haute résolution : développements des méthodes de reconstruction et de post-traitement

par Yann Bihan-Poudec

Thèse de doctorat en Imagerie médicale

Sous la direction de Bassem Hiba et de Suliann Ben Hamed.

Soutenue le 17-12-2019

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale Neurosciences et Cognition (NSCo) , en partenariat avec Institut de sciences cognitives (Lyon) (laboratoire) et de Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était François Cotton.

Le jury était composé de Bassem Hiba, Suliann Ben Hamed, Pierrick Coupé.

Les rapporteurs étaient Gwenaëlle Catheline, Olivier Balédent.


  • Résumé

    L'imagerie de diffusion (IRMd) est une méthode unique permettant d'étudier la microstructure cérébrale et la connectivité du cerveau de manière non-invasive. Cependant, la faible résolution et la qualité de cette imagerie restreint son utilisation dans certaines applications. L'objectif de cette thèse est de développer l'IRMd cérébrale à très haute résolution sur un modèle de macaque anesthésié au moyen d'une séquence d'imagerie 3D écho-planaire segmentée (3D-msEPI) à 3T. Après une étape de développement de la reconstruction et du post-traitement des données, nous avons réalisé des images de diffusion sur le cerveau de macaque à une résolution spatiale isotrope de 0.5mm. Cette résolution nous a permis de délimiter et caractériser les structures fines comme les sous-couches de l'hippocampe ou la matière blanche superficielle, qui sont indétectables avec des séquences classiques. Cependant, cette méthode se révèle vulnérable aux mouvements élastiques des tissus cérébraux induits par les pulsations cardio-vasculaires. Une stratégie de synchronisation de l'acquisition sur celle-ci nous a permis de caractériser leurs effets sur l'IRMd à très haute résolution chez le singe anesthésié. Ces effets se caractérisent par des artefacts de ghosting et des pertes de signal qui corrompent les images, le tenseur et la tractographie dans des zones spécifiques du cerveau. La synchronisation nous a ainsi permis de réaliser une imagerie de diffusion cérébrale de macaque à des résolutions spatiales et des pondérations en diffusion très élevées jamais atteintes auparavant. Ces résultats préliminaires démontrent le potentiel de notre méthode pour les applications neuroscientifiques et médicales chez l'homme

  • Titre traduit

    High-Resolution Diffusion MRI of the brain : developments in reconstruction and post-processing methods


  • Résumé

    Diffusion imaging (dMRI) is a unique method for studying brain microstructure and brain connectivity in a non-invasive way. However, the low resolution and quality of this imaging restricts its use in some applications. The aim of this thesis is to develop very high resolution cerebral MRI on an anesthetized macaque model on a 3T scanner using a segmented 3D echo-planar 3D imaging sequence (3D-msEPI). After a stage of development of the reconstruction and post-processing of the data, we made diffusion images on the macaque brain at an isotropic spatial resolution of 0.5mm. This resolution allowed us to delineate and characterize fine structures such as hippocampal sublayers or superficial white matter, which are undetectable with classical sequences. However, this method is vulnerable to the elastic movements of the brain tissue induced by the cardiovascular pulsations. A strategy of synchronization of the acquisition on this one allowed us to characterize their effects on the very high resolution MRI in the anesthetized monkey. These effects are characterized by ghosting artifacts and signal losses that corrupt images, tensor, and tractography in specific areas of the brain. The synchronization allowed us to realize macaque brain diffusion imaging at spatial resolutions and very high diffusion weights never reached before. These preliminary results demonstrate the potential of our method for neuroscientific and medical applications in humans

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