Spectroscopie par résonance magnétique à haut (3 Tesla) et très haut champ (7 Tesla) : développements méthodologiques et applications à la sclérose en plaques

MR spectroscopy imaging at high (3 Tesla) and ultra high (7 Tesla) field : methodological development and clinical application on multiple sclerosis

• Auteur / Autrice : Maxime Donadieu
• Direction : Jean-Philippe Ranjeva
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 13/12/2017
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de résonance magnétique biologique et médicale (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Maxime Guye
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maxime Guye, Julien Valette, Isabelle Berry, Thomas Troalen, Hélène Ratiney
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Julien Valette, Isabelle Berry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sodium

Imagerie par résonance magnétique

imagerie diagnostique

Sclérose en plaques

Analyse spectrale

méthodes

Imagerie tridimensionnelle

métabolisme

Cerveau

Mots clés libres

Sclérose en Plaques

Irm

Spectroscopie

Cerveau

Metabolisme

Haut champ

IRM du 23Na

Multiple Sclerosis

Mri

Spectroscopy

Brain

Metabolism

High field

23Na MRI

Résumé

La spectroscopie par résonance magnétique permet de manière non invasive, de caractériser et suivre l'évolution du métabolisme cérébral in vivo chez l’Homme. Néanmoins, de nombreux biais empêchent l’obtention d’une caractérisation métabolique cérébrale complète, un prérequis essentiel pour mieux comprendre une pathologie diffuse comme la Sclérose en Plaques (SEP).Mon premier projet a donc consisté à transposer une technique de spectroscopie rapide en 3 dimensions, acquise dans deux orientations spatiales. Cette comparaison a mis en évidence des diminutions de métabolites reliés à la viabilité et à l’activité neuronale, dans des régions fonctionnelles motrices et cognitives, mais également une activité gliale accrue dans les lésions de substance blanche mais aussi en dehors. La deuxième étude a visée à caractériser d'un point de vue métabolique, les accumulations cérébrales de sodium observées chez les patients atteints de SEP par IRM du 23Na. Nous avons pu mettre en évidence des corrélations significatives entre les accumulations de sodium et les diminutions de NAA mettant en lumière un lien fort entre ces accumulations et les phénomènes de souffrance neuronale.Enfin, le dernier projet a eu pour but d'améliorer la résolution spatiale de l'imagerie spectroscopique du proton en tirant partie des avantages d'un imageur clinique 7 Tesla. Après avoir corrigé différents problèmes comme les inhomogénéités B0 et B1 ainsi que l’artefact de déplacement chimique, nous avons obtenu le profil du NAA, de la Choline et de la Créatine pour 4 gros noyaux thalamiques. De plus, l’analyse statistique a mis en évidence des différences métabolique entre les noyaux Thalamiques.

Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS) allows to characterize, in vivo and non-invasively, the cerebral metabolism in Human. Nevertheless, use MRS in clinical routine is marginal and it is impossible to obtain whole brain metabolic topography, mandatory step in order to understand diffuse pathology like Multiple Sclerosis (MS).First of all, we aimed to transpose a fast 3D-MRSI sequence acquired in two different orientations. We observed significant decrease in metabolites linked with neuronal health and activity, in important motor and cognitive areas, and also increase in glial activation, inside white matter T2 lesions but also outside in normal appearing white and grey matter.Secondly, we aimed to characterize the metabolic counterpart of cerebral sodium accumulations observed, using 23Na MRI, in MS patients. We observed significant correlations between sodium accumulations and decrease in NAA highlighting a strong link between sodium accumulations and neuronal suffering.Finally, we attempted to improve spatial resolution of proton MR spectroscopy using 7 Tesla scanner. We also addressed ultra-high field artifacts like B0 and B1 inhomogeneities as well as chemical shift displacement error. We obtained metabolic profiles of NAA, Choline and Creatine for 4 big thalamic nuclei. Moreover, statistical analysis evidencing metabolic differences between nuclei in same hemisphere but also for some nuclei left/right differences.