Joint Reconstruction of Longitudinal Positron Emission Tomography Studies for Tau Protein Imaging - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Joint Reconstruction of Longitudinal Positron Emission Tomography Studies for Tau Protein Imaging

Reconstruction jointe pour la tomographie par émission de positons pour l’imagerie cérébrale de la protéine tau

Résumé

The accumulation of the paired helical filament tau protein leads to the cognitive decline seen in Alzheimer’s disease (AD). The Positron Emission Tomography tracer, [18F]-AV-1451, permits the observation of PHF tau in vivo. To determine the rate of tau deposition in the brain, the conventional approach involves scanning the subject two times (2-3 years apart) and reconstructing the images separately. Region-specific rates of accumulation are derived from the difference image which suffers from an increased intensity variation making this approach inadequate for clinical trial looking at the effect of a candidate drug on tau because the increased variation leads to a higher sample size required. We propose a joint longitudinal image reconstruction where the tau deposition difference image is reconstructed directly from measurements leading to a lower intensity variation. This approach introduces a linear temporal dependency and accounts for spatial alignment, and the different injected doses. We validate the reconstruction method by simulating higher tau accumulation in real data at different intensity levels. We additionally reconstruct the data from 123 subjects: 109 healthy subjects, 10 suffering from mild cognitive impairment, and 4 diagnosed with AD. The joint reconstruction shows better contrast in the difference image obtained by the numerical simulations and a drastically reduced variance in the change of the Standard Uptake Value Ratio among subjects. The decreased variance of our method leads to a smaller sample size for a potential clinical trial evaluating the effect of a candidate drug against AD.
L’accumulation des filaments appariés en hélices de la protéine tau (PHF tau) entraine un déclin cognitif rencontré dans la démence causée par la maladie d’Alzheimer (MA). Le radiotraceur 18F AV-1451, utilisé dans la tomographie par émission de positons (TEP), permet l’observation de la protéine tau in vivo. Pour déterminer le taux de dépôt des PHF tau dans le cerveau, l'approche classique consiste à effectuer deux scans séparés de 2 à 3 ans et à reconstruire les images TEP séparément. L’image différence obtenue souffre d’une grande variation dans l’intensité du signal. Un essai clinique nécessiterait alors un échantillon plus large pour déceler une différence significative entre un groupe recevant un traitement potentiel et un groupe contrôle. Notre nouvelle approche vise à reconstruire l’image différence directement des données TEP pour réduire la variance en introduisant une dépendance temporelle linéaire et en considérant la différence entre les doses injectées et le recalage entre les deux images. Pour valider la méthode, nous simulons différents niveaux de dépôt accru des PHF tau en créant une image artificielle à partir de données réelles d’un patient. Nous appliquons ensuite la méthode aux données de 123 sujets : 109 sains, 10 atteints de trouble cognitif léger et 4 souffrants de MA. La reconstruction jointe montre un meilleur contraste dans l'image différence créée par les simulations numériques et une variance considérablement réduite dans le changement du ratio de la valeur de fixation normalisée chez les sujets. La variance réduite de notre méthode entraine un échantillon plus petit pour un potentiel essai clinique contre la MA.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03022660 , version 1 (24-11-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03022660 , version 1

Citer

Amal Tiss. Joint Reconstruction of Longitudinal Positron Emission Tomography Studies for Tau Protein Imaging. Imaging. Sorbonne Université, 2019. English. ⟨NNT : 2019SORUS387⟩. ⟨tel-03022660⟩
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