Tractographie cérébrale par IRM de tenseur de diffusion : influence des paramètres d'acquisition et de la méthode de tractographie sur la reproductibilité et la plausibilité anatomique des résultats dans la perspective d'une application en routine clinique

Diffusion tensor MRI fibre tracking : influence of acquisition parameters and fibre tracking method on results plausibility and reproducibility in a clinical perspective

• Auteur / Autrice : Perrine Clarisse
• Direction : Pierre Celsis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Radiophysique et imagerie médicales
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cerveau

Imagerie par résonance magnétique

Substance blanche

Imagerie du tenseur de diffusion

Mots clés libres

Irm

Tenseur de diffusion

Tractographie cérébrale

Neuroimagerie

Tractus Pyramidal

Routine clinique

Résumé

La tractographie cérébrale par imagerie tensorielle de diffusion (DTI) est la seule technique non invasive permettant de déterminer la trajectoire des faisceaux de la substance blanche in vivo. La fiabilité des méthodes de tractographie déterministes n'a jamais été systématiquement étudiée dans la perspective d'une application en clinique. L'objectif de ce travail a été d'évaluer les stratégies de suivi de fibres en termes de schéma d'acquisition des images en conjonction avec une méthode de tractographie utilisée en clinique (Tensor Deflection Algorithm). Nous avons d'abord mené une étude su fantôme homogène, en réalisant une exploration systématique des principaux paramètres d'acquisition, afin d'évaluer leur influence sur la qualité des images DTI. Nous avons ensuite mené une étude sur 14 sujets sains pour réaliser la tractographie du faisceau pyramidal, l'un des principaux tractus. Une analyse quantitative et qualitative des résultats a permis d'évaluer la reproductibilité de la méthode et des schémas d'acquisition et de vérifier la plausibilité anatomique des faisceaux obtenus. Les analyses qualitatives ont montré une bonne plausibilité anatomique. La reproductibilité de la méthode de tractographie a été évaluée à environ 65% en intra examen et à 30% uniquement en inter examen. Comparé aux différences constatées lors de la mesure de la reproductibilité inter examen, l'effet du schéma d'acquisition sur les résultats semble minime. Malgré sa faible reproductibilité, la tractographie cérébrale apporte des informations sur la position des tractus utiles pour la planification chirurgicale. Cette méthode doit donc être utilisée avec précaution et demande à être améliorée.

Diffusion tensor magnetic resonance imaging (DTI) and fiber tracking provide unique qualitative and quantitative information to help in visualizing and studying fiber tract architecture in white matter. Nevertheless, only streamline tractography methods are available for clinical routine. However, the reliability of these methods within a clinical perspective has not been thoroughly evaluated. The aim of our study is to evaluate fiber tracking strategy in terms of acquisition schemes in conjunction with the algorithm which is commonly used in clinical practice (TEND: ''Tensor deflection algorithm''). Our work first consisted in a systematic exploration of the main acquisition parameters in order to asses their effects on image quality for fiber tracking. Based on homogeneous phantom DTI data, this study allowed us to select several acquisition schemes according to image quality criterions and clinical constraints of time. Then, DTI acquisitions were performed on 14 healthy subjects and the TEND method was applied to trace on the pyramidal tract, on the major tract of human brain. Acquisition and fiber tracking reliability were evaluated both by qualitative and quantitative analysis. Qualitative analysis showed a good anatomic plausibility. Fiber tracking reproducibility was about 65% for intra exam and only 30% for inter exam. The observed differences in the fiber tracking results due to different acquisition schemes appear to be small relative to inter exam variability. Despite a weak reproducibility, fiber tracking provides usefull information on tract position for neurosurgical planning. Thus, this method has to be used very carefully and should be to be improved.