Détection et suivi longitudinal des anomalies de la substance blanche et de la substance grise dans la sclérose en plaques par des approches régionales et statistiques d’IRM de tenseur de diffusion

par Salem Hannoun

Thèse de doctorat en Ingénierie pour la santé

Sous la direction de Dominique Sappey-Marinier.

Soutenue le 16-02-2011

à Lyon 1 , dans le cadre de École Doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé. (Villeurbanne) , en partenariat avec CREATIS - Centre de Recherche et d'Application en Traitement de l'Image et du Son, UMR5515 (Lyon, Rhône) (laboratoire) et de Centre de recherche en applications et traitement de l'image pour la santé (laboratoire) .

Le jury était composé de Christian Confavreux, François Cotton, Françoise Durand-Dubief, Charles Guttmann.

Les rapporteurs étaient Vincent Dousset, Jean-Philippe Ranjeva.

mots clés

• Sclérose en Plaque
• IRM de tenseur de diffusion
• Fraction d’anisotropie
• Substance blanche
• Substance grise
• Inflammation
• Neurodégénérescence
• Substance blanche
• Substance grise centrale du mésencéphale
• Sclérose en plaques
• Maladies neurodégénératives

Résumé

Si l’imagerie par résonance magnétique (IRM) montre la charge lésionnelle qui reflète le caractère inflammatoire de la sclérose en plaques (SEP), il n’existe pas de marqueur permettant de prédire son évolution ou de caractériser les phénomènes de neurodégénérescence. Par conséquent, cette étude a pour objectif premièrement d’identifier des marqueurs de l’intégrité tissulaire par IRM de tenseur de diffusion (DTI), permettant de détecter les dommages tissulaires de type inflammatoire et/ou dégénératif, et deuxièmement de caractériser leur évolution par une analyse longitudinale, chez des patients de différentes formes cliniques. A cette fin, nous avons proposé une première approche régionale des substances blanche (SB) et grise (SG) sous-corticale et une deuxième approche statistique globale analysant par TBSS les variations d’anisotropie de la SB et par VBM la densité de la SG. Les résultats obtenus dans la SB montrent des variations de la fraction d’anisotropie (FA), et des diffusivités radiales et axiales reflétant respectivement une atteinte myélinique et une atteinte axonale alors que la SG présente une augmentation de la FA suggérant une atteinte dendritique neuronale. L’analyse par TBSS et VBM montre des anomalies touchant plutôt les régions sous-corticales chez les patients rémittents qui s’étendent aux régions corticales chez les patients de forme progressive. Longitudinalement, on retrouve essentiellement des changements de FA dans la SB et d’atrophie de la SG chez les patients rémittents. Ces travaux montrent que la DTI constitue une méthode sensible pour une meilleure détection et compréhension des altérations cérébrales et de leur évolution dans la SEP.

mots clés

• Multiple Sclerosis
• Diffusion tensor imaging
• Fractional anisotropy
• White matter
• Gray matter
• Inflammation
• Neurodegeneration

Titre traduit

Detection and longitudinal follow-up of white and gray matter abnormalities in multiple sclerosis by regional and statistical approaches of diffusion tensor imaging

Résumé

If magnetic resonance imaging (MRI) shows the inflammatory nature of multiple sclerosis (MS) lesions, there is no marker capable of predicting its evolution or characterizing neurodegeneration. Therefore, the aim of this work was first, to identify markers of tissue integrity by diffusion tensor MRI (DTI) for the detection of inflammatory and/or degenerative tissue damages, and second, to characterize their changes with time using a longitudinal analysis of patients with different clinical forms. To this end, we first proposed a regional approach based on several white (WM) and gray (GM) matter regions of interest, and second, a statistical approach for the analysis of global WM anisotropy changes (TBSS) and GM density changes (VBM). WM analysis showed variations of the fractional anisotropy (FA), and radial and axial diffusivities, reflecting myelin and axonal damage respectively, while the GM analysis showed increased FA suggesting neuronal dendritic loss. TBSS and VBM analysis showed abnormalities affecting mostly subcortical regions in patients with relapsing-remitting (RR) MS which extended to cortical regions in patients with progressive MS. Longitudinally, we mainly observed WM FA changes and GM atrophy in RR patients. This work showed that DTI is a sensitive method for the detection and a better understanding of brain alterations and their progression in MS