Développements méthodologiques et analyse numérique pour l'étude par Imagerie multimodale de l'hémorragie sous-arachnoïdienne dans un modèle murin

Methodological developments and Numerical Analysis of Multimodal Imaging of SubArachnoid Hemorrhage in a murine model

• Auteur / Autrice : Yan Chastagnier
• Direction : Christophe Goze-bac
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le 15/11/2021
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Information, Structures, Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : L2C - Laboratoire Charles Coulomb
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Axe de Recherche Bio-Nano-Imagerie

Mots clés

Mots clés libres

Analyse d'image

Analyse du signal

Modélisation

Image processing

Signal processing

Modeling

Résumé

L'hémorragie sous-arachnoïdienne anévrismale (HSA) est un accident vasculaire cérébral de pronostic à long terme sévère, avec 25 à 35% de décès ou de handicap. Bien que la prise en charge initiale soit actuellement bien codifiée, 30% des patients présentent tout de même des phénomènes ischémiques retardés, formant la principale complication de cette affection. L'ischémie cérébrale retardée se présente sous la forme de nouveaux symptômes neurologiques ou cognitifs, apparaissant 5 à 21 jours après l'hémorragie initiale, concomitamment d'un remodelage vasculaire des artères de gros calibre appelé vasospasme. Principale cible thérapeutique depuis des décennies, le vasospasme ne semble finalement pas être au centre de la physiopathologie de l'ischémie cérébrale retardée. De plus récentes théories le remplacent par le rôle de la microcirculation capillaire, principalement en raison de résultats expérimentaux obtenus dans des modèles animaux. Pour autant, l'étude détaillée des phénomènes microvasculaires et de leur retentissement parenchymateux n'en est qu'à ses prémisses. Le présent projet de thèse s'inscrit dans l'étude expérimentale de l'ischémie cérébrale retardée, dans un modèle murin d'HSA. Une approche multimodale, principalement basée sur des techniques d'imagerie, est proposée afin d'étudier, de l'échelle locale à l'ensemble du cerveau : - la perfusion cérébrale, en tomographie dynamique par émission de positons au 18F-FDG (TEPd) et en microscopie optique in vivo, - le remaniement macro et microvasculaire, en angiographie par tomodensitométrie (angioTDM) in vivo et histologie sur cerveau entier rendu transparent, - les phénomènes ischémiques retardés, en imagerie par résonance magnétique (IRM), microscopie optique et électrophysiologie in vivo, et histologie. L'ensemble de ces acquisitions nécessite l'adaptation ou le développement de nouveaux outils informatiques, constituant le coeur du travail de recherche proposé : 1) développement d'outils de recalage et segmentation des acquisitions morphologiques multimodales d'un même échantillon en TEPd, angioTDM, IRM et histologie sur cerveau entier rendu transparent ; 2) adaptation et développement d'outils pour l'analyse des données fonctionnelles de TEPd (cartographie de microparamètres cinétiques), de microscopie optique (mesure de vitesses de globules rouges, imagerie fonctionnelle de fluorescence par imagerie calcique), et d'électrophysiologie (extraction du potentiel extracellulaire local et de potentiels d'action uniques) ; 3) intégration des données morphologiques et fonctionnelles dans un modèle physiopathologique numérique de l'ischémie cérébrale retardée.

Aneurysmal subarachnoid hemorrhage (SAH) is a stroke of severe long term prognostic, with 25 to 35% of death or handicap. Although, initial care is well codified, 30% of patients will develop delayed cerebral ischemia, being the main cause of complications from that illness. Delayed cerebral ischemia is defined as new neurological or cognitive symptoms appearing 5 to 21 days after initial hemorrhage, at the same time as vascular remodeling of arteries of big caliber, called vasospasm. It has been the main therapeutic target for decades but doesn't seem to be at the center of the physio-pathology of delayed cerebral ischemia. More recent theories replace it by the capillary micro-circulation role, mainly because of experimental results obtain on animal models. Detailed study of micro vasculature phenomenon and its effects on parenchyme are just beginning. This PhD thesis is included in a more general experimental study of delayed cerebral ischemia in a rodent model of SAH. A multi modal approach, mainly based on imaging techniques is proposed to study, from local scale to whole brain: - cerebral perfusion, using dynamic positron emission tomography with 18F-FDG (dPET) and in vivo optic microscopy, - macro and micro vascular remodeling, with in vivo computed tomography angiography (CTA) and cleared whole brain histology, - delayed ischemic phenomenon, with magnetic resonance imaging (MRI), in vivo optic microscopy and electro-physiology, and histology. All these acquisitions require the adaptation or development of new IT tools, constituting the core of the thesis: 1) development of registration and segmentation of multi modal morphological acquisitions of the same sample in dPET, CTA, MRI, and cleared whole brain histology; 2) adaptation and development of tools to analyze dTEP functional data (mapping of kinetic micro parameters), optics microscopy (measure of red blood cells velocity, functional fluorescence imaging using calcium imaging), and electro-physiology (extraction of local field potential and single unit action potentials); 3) integration of morphological and functional data in a numerical model of the physio-pathology of delayed cerebral ischemia.