Vieillissement et hypersignaux de la substance blanche : Détection automatique et application à l'analyse de grandes cohortes

Aging and White Matter Hyperintensities : automated detection and application to the analysis of large databases

• Auteur / Autrice : Pauline Maillard
• Direction : Bernard Mazoyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Recherche clinique, innovation, technologie, santé publique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neuroanatomie

Traitement d'images -- Techniques numériques

Cerveau -- Vieillissement

Imagerie par résonance magnétique

Résumé

Le vieillissement de la population dans les pays industrialisés au cours de ce dernier siècle a accru de façon considérable l’incidence de la survenue de démence. Cette augmentation place l’identification des mécanismes du vieillissement cérébral comme un enjeu majeur des neurosciences. Parmi eux, les hypersignaux de la substance blanche (HSB) cérébrale constituent donc un marqueur important des maladies vasculaires cérébrales et expliquent, en partie, le déclin cognitif observé chez le sujet âgé de plus de 65 ans. Nous avons développé un algorithme automatique de détection, quantification, localisation et cartographie des HSB à partir d’IRM T1, T2 et DP (densité de protons) et l’avons appliqué aux IRM de plus de 2500 sujets âgés issus de l’enquête épidémiologique EVA (Etude du Vieillissement Artériel) et de l’étude longitudinale 3C (Etude des 3 Cités). Afin de valider la méthode, les résultats de l’étude EVA ont été confrontés à l’évaluation visuelle d’un expert et aux données de la littérature. Les effets de facteurs de risque connus pour être impliqués dans la prévalence d’HSB ont été vérifiés. De plus, une étude multicentrique entre les résultats des études EVA et 3C a permis de montrer la reproductibilité de la méthode et sa robustesse quand aux paramètres des images. En vue d’une application longitudinale, la méthode a été modifiée pour le suivi individuel des HSB permettant de distinguer deux phénomènes distincts : le développement des HSB existants et l’apparition de nouveaux HSB entre les deux sessions d’examens. Les résultats de l’analyse longitudinale ont montré d’une part que les volumes d’HSB de la substance blanche profonde ne variaient pas entre les deux sessions contrairement aux volumes d’HSB juxtaventriculaire et périventriculaire, soulignant que la dichotomisation des HSB à partir de critères physiologiques avait un intérêt étiologique. D’autre part, cette étude a également permis de montrer que le développement des HSB existants s’accélérait avec l’âge, et particulièrement chez les hommes, tandis que l’émergence de nouveaux HSB semblait garder une vitesse constante avec l’âge. Cette approche originale offre de nouvelles pistes pour expliquer l’étiologie des HSB, encore largement inconnue, et pour en préciser les conséquences cognitives et motrices sur la population âgée.

The increase of life expectancy during the last century has led to a growing number of dementia cases in the aging population. This incidence has reinforced the importance of characterizing the mechanisms of the normal brain aging. Among them, White Matter Hyperintensities (WMH) are a strong marker of vascular diseases and explain, in parts, cognitive decline observed in individuals aged 65 years and over. We have developed an automated algorithm for the detection, quantification, localization and mapping WMH using T1-, T2- and PD- (proton density) weighted MRI. This algorithm was applied to the analysis of two large MRI databases: EVA (Etude du Vieillissement Artériel) and 3C (Etude des 3 Cités). The reliability of the whole procedure was assessed by the comparison of WMH load estimated with a conventional visual inspection approach and by investigating whether previously reported associations still hold with the WMH load detected by our algorithm. We finally tested the inter-centre reproducibility the method by comparing WMH distributions and loads in the two samples and its robustness to different MRI parameters. In order to apply to longitudinal data, the method has been optimized to study individually the emergence of new WMH between the two trials and the development of WMH already existing at baseline. This study suggested that load of deep WMH was constant between the two sessions, contrary to juxtaventricular or periventricular WMH underlying that dichotomization of WMH based on physiological determinants has an etiological relevance. The results also indicated that development of existing WMH was larger with age, particularly in men, contrary to the emergence of new WMH that kept constant with aging. This original approach offer new possibilities to investigate the aetiology of WMH, still largely unknown, and to make their cognitive and motor consequences on aging population clearer.