Développements méthodologiques pour l'imagerie cérébrale de diffusion in vivo chez l'homme

Methodological developments for in vivo cerebral diffusion imaging

• Auteur / Autrice : Stéren Chabert
• Direction : Denis Le Bihan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie biomédical
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Compiègne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nerf optique

Distribution gaussienne inverse

Anisotropie

Imagerie par résonance magnétique

Exploration fonctionnelle

Imagerie par résonance magnétique

Mots clés libres

Kurtosis

Résumé

L'IRM de diffusion est une méthode d'exploration in vivo dont l'utilité et la finesse ne sont plus à démontrer. Sa sensibilité à la structure dynamique des tissus à l'échelon microscopique lui permet d'apporter une information précieuse sur l'état des tissus étudiés. En particulier les fibres de matière blanche présentent une structure anisotrope, anisotropie que la diffusion permet de quantifier à l'aide d'index directement liés au bon état de ces structures. Néanmoins les techniques actuelles ne permettent pas d'avoir accès à l'ensemble des régions du corps humain de par la présence d'artéfacts inhérents à l'imagerie écho planaire. Une première partie de ce travail a porté sur l'utilisation d'une séquence originale, FSE non CPMG, pour mesurer l'anisotropie de diffusion dans le nerf optique in vivo chez l'homme. Les résultats obtenus montrent le potentiel de cette approche pour le diagnostic, la compréhension et le suivi des pathologies du nerf optique. Il reste cependant que l'interprétation exacte du signal de diffusion est encore sujette à caution. De nombreux groupes ont rapporté la présence simultanée de plusieurs coefficients de diffusion apparents dont l'origine est controversée. L'attribution de coefficients lents et rapides aux compartiments intra et extracellulaire ou à des phénomènes de diffusion restreinte par les membranes cellulaires n'est pas résolue. L'objectif de la seconde partie du travail a été de caractériser par le formalisme q-space la distribution in vivo des déplacements de l'eau afin d'en étudier la déviation par rapport à une distribution gaussienne, correspondant à une diffusion libre. L'index retenu est l'index de kurtosis. L'écart à la gaussienne est plus marqué dans les faisceaux de matière blanche orientés perpendiculairement à la direction de mesure, suggérant la présence d'effets de restriction. Cette méthodologie originale apparaît très prometteuse pour mieux cerner les effets structuraux pouvant affecter les processus de diffusion.

Methodological developments for in vivo cerebral diffusion imaging ABSTRACT Diffusion MRI is an in vivo exploration tool well-known for its usefulness and precision. Its high sensitivity to tissue dynamical microstructure brings precious information on tissue state. This is specially true in the case of white matter fibers that present an anisotropic structure. Diffusion permits to quantify this anisotropy through indices directly linked to the structure state. Yet actual methods do not allow to access certain regions of the human body due to the artifacts inherent to the echo planar imaging techniques. The first part of this thesis consists in using an original sequence, non-CPMG FSE, to measure diffusion anisotropy in the human optic nerve in vivo. This approach could potentially improve diagnostic and management of optic nerve diseases. However, exact interpretation of the diffusion signal is still subject to questions. Several groups have reported more than one apparent diffusion coefficient, whose origin remains unknown. Attribution of these slow and fast diffusion coefficients to intra and extracellular compartments or to restricted diffusion phenomena through cellular membranes is not clear Jet. The purpose of the second part of this work is to characterize in vivo water displacement distribution through q-space formalism in order to study its deviation froID a gaussian distribution, corresponding to free diffusion. For this, the kurtosis index was chosen. Deviation froID a gaussian is measured to be more important in white matter fibers oriented perpendicular to diffusion weighting direction, suggesting the importance of restriction phenomena. This is a promising approach for a better understanding of structural matters that could affect diffusion phenomena.