Techniques d`imagerie Neuro

Exploration fonctionnelle de la cellule
(HLBI 608). 2016
Techniques d’imagerie
Neuro-Imagerie
•Florence Perrin
•Integrative Biology of Neuroregeneration
•INSERM U1198. MMDN.
•Université Montpellier
Web site: http://www.ibn-lab.com/
E-mail: [email protected]
Imagerie Anatomique et
Fonctionnelle
Techniques d’imagerie médicale
Radiologie Standard
Scanner à rayon X (CT scan)
Echographie
I.R.M. (Imagerie par Résonnance Magnétique)
T.E.P. (tomographie par émission de positons)
Activité électrique
EEG, Potentiels évoqués, MEG
Radiologie Standard
(Rayon X)
1895. William Rontgen
Tube à RX
Rayons X
RX non absorbés
Récepteur
Radiologie Standard
Plus le corps traversé est dense, plus il absorbe les
RX (os apparaît blanc)
Moins le corps traversé est dense, moins il absorbe
les RX (air apparaît noir)
Image 2D
Scanner à RX
Tomodensitomètre
Composé d’un anneau
A l’intérieur est fixé un TUBE A RAYONS X
ROTATIF faisant face à des détecteurs couplés
à un ordinateur
Tube à RX
Détecteurs
Scanner
Les faisceaux de RX sont plus ou moins absorbés
(comme pour la radio).
On obtient une image d’1mm = 1 coupe axiale
En faisant avancer la table:
- en continu = scanner hélicoïdal
- par étape = scanner séquentiel
Explorer un crâne: temps d’acquisition 5 à 10 sec.
Scanner
Images numériques en 2D qui permettent d’obtenir
par reconstruction des images en 3D
Avantages : faible coût donc appareillage courant
Inconvénients : ne montre que l’anatomie du
cerveau et non sa fonction, technique peu
résolutive
Scanner
Serimedis, Banque d’images INSERM
Echographie
1951. Destiné à la recherche des tumeurs cérébrales
ONDES ULTRA SONORES
(même principe physique que le sonar des sous-marins)
Ondes sont plus ou moins réfléchies
par la structure organique rencontrée
On
obtient
différents
niveaux
d’échogénécité (différents gris) qui
permettent d’établir un diagnostique
Echographie
Echographie
6 mois
3ème trimestre, cervelet
Serimedis, Banque d’images INSERM
Tomographie par émission de
positon (TEP)
Visualisation des zones d’activations cérébrales. Les
cellules activées utilisent plus de glucose et
d’oxygène que les cellules au repos.
Augmentation du débit cérébral local.
Changement
radioactifs.
mesuré
à
l’aide
de
marqueurs
TEP
Principe général de la scintigraphie: injection
d’un traceur dont on connaît le comportement et
les propriétés biologiques. Ce traceur est marqué
par un atome radioactif (carbone, fluor, azote,
oxygène...) qui émet des positons.
TEP
Mesures en 3D de l'activité métabolique
TEP
Sujet au repos. Gamme de couleurs :
débit sanguin.
Vert: valeur moyenne (50ml/mn/100g).
Bleus : diminution jusqu'à 20%.
Débit sanguin plus élevé dans les zones
centrales et temporales jaunes.
Sujet qui écoute et répète des mots.
Débit
sanguin
augmenté
dans
l'hémisphère gauche au niveau des
zones du langage.
Serimedis, Banque d’images INSERM
TEP
Eyes Closed
White Light
Complex Scene
TEP
Récepteurs corticaux à la
sérotonine (type 2A).
Traceur: 18F-sétopérone.
Serimedis, Banque d’images INSERM
Récepteurs corticaux au GABA
(acide gamma-aminobutyrique),
neurotransmetteur inhibiteur .
Traceur:
11C-Flumazénil,
marqueur
du
site
des
benzodiazépines
et
du
récepteur GABA-A.
TEP
Avantages : images quantifiées de l’activité du
cerveau, étude dans le cerveau du devenir d’un
grand nombre de molécules organique ou de
médicaments.
Inconvénients : nécessite l’injection d’un produit
radioactif, technique lourde et couteuse,
utilisation d’atomes radioactif de très courte
période (labo de chimie sur place), ne montre pas
l’anatomie du cerveau.
Imagerie par Résonance
Magnétique (IRM)
RMN: 1946
IRM: 1973
IRM fonctionnelle: 1992
IRM de diffusion appliquée au
tracking: 1999
Aimant 10 - 30 000 x champ
magnétique terrestre
IRM
Images à hautes résolution des structures
du cerveau : IRM anatomique
IRM de diffusion : étude des réseaux de fibres de
la substance blanche
Images des fonctions cérébrales : IRM fonctionnelle
IRM
M. Brammer
Center for Neuroimaging Sciences, London, UK
IRM - Principe
Tout noyau porte une charge et engendre un
dipôle magnétique qui s’exprime par une
grandeur appelée moment magnétique.
Eau : 70-75% du corps.
Basée sur l’observation de la résonance
magnétique nucléaire des protons de l’eau.
IRM : principe
Précession:
changement
graduel
d'orientation de l'axe de rotation d'un objet
Fréquence de Larmor: différente pour
chaque type de noyau, dépend de la force du
champ (plus grand champ, plus grande
précession)
Dans notre corps, les protons
-sont orientés au hasard
-et ne tournent pas tous ensemble : ils
sont déphasés.
Le rangement s’impose avant d’obtenir une image!
Champ B
Encore insuffisant!
- les protons regardent tous dans la même direction
- ne tournent toujours pas de manière synchrone et
restent déphasés.
Pour stimuler les protons: apport d’énergie. Grâce à
une onde radio de fréquence identique à la fréquence
de rotation des protons.
= phénomène de résonance
Conséquence 1
Les protons se mettent à tourner de
façon synchrone: enfin alignés et en
phase!
Conséquence 2
La direction des protons bascule un
peu par rapport à l’axe de l’aimant.
Fourier
=
+
cos
+
sin
IRM : principe
Relâchement de l’NRJ
Retour à l’NRJ de base
H+ perdent l’NRJ pricipalement de 2 façon : temps de
relaxation T1 (longitudinal) et T2 (transversal)
Images différentes
(contrastes différents, différentes structures)
T1 et T2 sont différent en fonction des tissus.
Images en T1 &T2
Body tissue
White matter
Gray matter
Spinal fluid
Hematoma
Appearance in T1
Appearance in T2
Bright
Dark
Dark
Bright
Dark
Bright
Bright
dark
IRM anatomique
Donne l’état d’hydratation du corps
Serimedis, Banque d’images INSERM
IRM « homme »
IRM « petit animal »
25 septembre 2012
IRM anatomique
Serimedis, Banque d’images INSERM
72 hours
IRM
Agents de contrastes : perfusion
M. Brammer
Center for Neuroimaging Sciences, London, UK
IRM
Tenseurs de diffusion
Plusieurs images qui donnent direction des
flux d’H2O. Mesure de l’anisotropie.
Isotrope
LCR
Mvt browniens
Anisotrope
Myéline
Cartes DTI
Diffusion moyenne
Anisotropie
Orientations
codées en couleurs
Tractography:
Corticospinal Tract
W.Zhan et. al.
Tractography: Corpus
Callosum
W.Zhan et. al.
IRM fonctionnelle (IRMf)
Functional Magnetic Resonance Imaging
IRM fonctionnelle (IRMf)
B.O.L.D : blood-oxygen-level dependent.
Observation en temps réel de variations de
l’oxygénation du sang en utilisant un traceur
endogène : l’hémoglobine.
Réduction de l’hémoglobine (Fe ++)
DésoxyHb et OxyHb: propriétés
magnétiques différentes.
dHb : plus d’hétérogénéité dans le
champ magnétique
(Linus Pauling, 1930)
1990: hypoxie, modification T2
(Hb T2* augmenté)
IRMf : exemples
M. Brammer, 1995
Center for Neuroimaging
Sciences, London, UK