Imagerie avancée des dysplasies corticales focales de l’enfant à IRM négative

Advanced imaging of MR-negative children focal cortical dysplasias

• Auteur / Autrice : Volodia Dangouloff-Ros
• Direction : Nathalie Bellaiche-Boddaert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 12/12/2022
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Maladies Génétiques (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Alexis Arzimanoglou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexis Arzimanoglou, Myriam Edjlali-Goujon, Thomas Blauwblomme, Charles Mellerio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexis Arzimanoglou, Myriam Edjlali-Goujon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Angiographie par résonance magnétique

Connectome

Imagerie par résonance magnétique

Malformations

Cortex cérébral

Chez l'enfant

Épilepsie

Mots clés libres

Epilepsie

Dysplasie corticale focale

Imagerie par résonnance magnétique

IRM de perfusion

IRM fonctionnelle

Connectome

Epilepsy

Focal cortical dysplasia

Magnetic resonance imaging

Perfusion Weighted MRI

Functional MRI

Résumé

Les dysplasies corticales focales (DCF) sont des anomalies de développement du cortex cérébral qui sont une cause d’épilepsie pharmaco- résistante chez l’enfant, pouvant être associée à des troubles neurocognitifs. Lorsqu’elles sont détectées et délimitées avec précision, une chirurgie d’exérèse peut permettre la guérison de l’épilepsie. Plusieurs signes sont décrits en imagerie par résonance magnétique pour détecter ces DCF, mais dans de nombreux cas l’imagerie peut être normale. L’emploi de techniques d’imagerie avancée est donc nécessaire pour augmenter les chances de détection et donc de potentielle guérison par chirurgie complète et évitant de léser le parenchyme sain. Dans cette thèse, après une revue du contexte clinique et des données de la littérature radiologique, notre objectif a été d’une part de développer et d’évaluer des techniques d’IRM avancée pour mieux détecter des DCF à IRM morphologique normale, d’autre part d’étudier les éventuelles modifications des réseaux neuronaux cérébraux secondaires à l’épilepsie. Dans le premier article de recherche, nous avons étudié une technique récente d’analyse du signal BOLD en IRM fonctionnelle (IRMf) de repos, pour voir si les caractéristiques de fluctuation de ce signal étaient différentes dans les DCF. Chez 7 patients, nous avons trouvé que l’homogénéité régionale (ReHo), reflétant la synchronisation du signal BOLD au niveau local, était souvent plus élevée dans les DCF. En revanche l’amplitude de ces fluctuations n’était pas modifiée. Dans le deuxième article, nous avons évalué l’efficacité seule et en combinaison de plusieurs techniques d’imagerie avancée pour détecter les DCF de l’enfant à IRM normale (ou DCF très mal limitée) : l'arterial spin labeling (ASL), le traitement des images T1 par voxel-based-morphometry (VBM), l’IRMf associée à l’électro-encéphalogramme (IRMf-EEG), la ReHo, et de la tomographie par émission de positons au fluoro-desoxy-glucose (TEP-FDG). Dans cette cohorte de 10 enfants, la DCF était correctement détectée en ASL dans 6/10 cas, en VBM dans 5/10, en IRMf-EEG dans 5/8, et avec la ReHo dans 4/10. La PET-FDG avait une meilleure efficacité que les autres techniques (7/9). La combinaison de différentes techniques permettait d’améliorer les résultats. La détection 2/6 était meilleure chez les patients avec discrète anomalie IRM structurelle (2/2), mais les différentes techniques combinées étaient utiles chez les patients à IRM normale (7/8). Enfin, le troisième travail a porté sur l’étude de la connectivité fonctionnelle des réseaux moteur et de l’attention en IRMf de repos. Cinq patients ont été inclus et analysés en pré-opératoire, sans qu’il soit retrouvé de différence significative avec les témoins dans les réseaux d’intérêt. Cette absence de différence pourrait être expliqué par les déficits neurocognitifs relativement légers de nos patients par rapport à la littérature. Une patiente avec une DCF frontale gauche a pu être analysée en pré-opératoire et post- opératoire, retrouvant une amélioration de la connectivité fonctionnelle entre les thalamus et la région centrale. Ces travaux ont permis de mieux connaître la valeur de chacune des techniques testées dans la détection des DCF à IRM normale, avec une implication directe sur la pratique en imagerie multimodale au quotidien. De nouvelles techniques, incluant l’imagerie ictale, resteront à implémenter et à évaluer pour poursuivre l’effort d’amélioration de détection des DCF pour un traitement optimal.

Focal cortical dysplasias (FCD) are malformations of cortical development that are a cause of drug-resistant epilepsy in children, which may be associated with neurocognitive disorders. When detected and accurately delineated, surgical removal can lead to a cure of the epilepsy. Several signs are described on magnetic resonance imaging to detect these FCDs, but in many cases the imaging may be normal. The use of advanced imaging techniques is therefore necessary to increase the chances of detection, and thus of potential cure by complete surgery and avoiding damage to the healthy brain. In this PhD thesis, after a review of the clinical context and the radiological literature, our objective was to develop and evaluate advanced MRI techniques to better detect MR-negative FCDs, and to study the modifications of the neuronal networks associated with epilepsy. In the first research paper, we investigated a recent technique for analyzing the BOLD signal in resting-state functional MRI (fMRI), to see if the fluctuation characteristics of this signal were different in FCDs. In 7 patients, we found that regional homogeneity (ReHo), reflecting local BOLD signal synchronization, was often higher in FCDs. In contrast, the amplitude of these fluctuations was not altered. In the second paper, we evaluated the accuracy alone and combined of several advanced imaging techniques to detect MR-negative FCDs in children (or very poorly limited FCDs): arterial spin labeling (ASL), voxel- based-morphometry (VBM) T1 image processing, fMRI combined with electroencephalogram (fMRI-EEG), ReHo, and fluoro-desoxy-glucose positron emission tomography (PET-FDG). In this cohort of 10 children, DCF was correctly detected using ASL in 6/10 cases, VBM in 5/10, fMRI-EEG in 5/8, and with ReHo in 4/10. PET-FDG had a better efficiency than the other techniques (7/9). The combination of different techniques improved the results. Detection was better in patients with subtle structural MRI abnormalities (2/2), but the different combined techniques were useful in patients with normal MRI (7/8). Finally, the third work focused on the study of the functional connectivity of motor and attentional networks in resting-state fMRI. Five patients were included and analyzed preoperatively, without finding any significant difference with controls in the networks of interest. This lack of difference could be explained by the relatively mild neurocognitive deficits of our patients compared to the literature. One patient with left frontal FCD could be analyzed preoperatively and postoperatively, finding an improvement in connectivity between the thalamus and the central region. This work has allowed us to better understand the value of each of the techniques tested in the detection of MR-negative FCDs, with a direct implication on the daily multimodal imaging practice. New techniques, including ictal imaging will have to be implemented and evaluated to continue the effort to improve the detection of FCDs for optimal treatment