Techniques d imagerie Neuro-Imagerie

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1 Exploration fonctionnelle de la cellule (HLBI 608) Techniques d imagerie Neuro-Imagerie Florence Perrin Integrative Biology of Neuroregeneration INSERM U1198. MMDN. Université Montpellier Web site: florence.perrin@umontpellier.fr

2 Imagerie Anatomique et Fonctionnelle

3 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

4 Radiologie Standard (Rayon X) William Rontgen Tube à RX Rayons X Récepteur RX non absorbés

5 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

6 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

7 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.

8 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

9 Scanner Serimedis, Banque d images INSERM

10 Echographie 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

11 Echographie

12 Echographie 6 mois 3 ème trimestre, cervelet Serimedis, Banque d images INSERM

13 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 mesuré à l aide de marqueurs radioactifs.

14 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.

15 TEP Mesures en 3D de l'activité métabolique

16 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

17 TEP Eyes Closed White Light Complex Scene

18 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.

19 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.

20 Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) RMN: 1946 IRM: 1973 IRM fonctionnelle: 1992 IRM de diffusion appliquée au tracking: 1999 Aimant x champ magnétique terrestre

21 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

22 IRM M. Brammer Center for NeuroimagingSciences, London, UK

23 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.

24 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)

25 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!

26 Champ B Encore insuffisant! - les protons regardent tous dans la même direction - ne tournent toujours pas de manière synchrone et restent déphasés.

27 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

28 Conséquence 1 Les protons se mettent à tourner de façon synchrone: enfin alignés et en phase!

29 Conséquence2 La direction des protons bascule un peu par rapport à l axe de l aimant.

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31 Fourier = + cos + sin

32 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.

33 Images en T1 &T2 Body tissue Appearance in T1 Appearance in T2 White matter Gray matter Spinal fluid Hematoma Bright Dark Dark Bright Dark Bright Bright dark

34 IRM anatomique Donne l état d hydratation du corps Serimedis, Banque d images INSERM

35 IRM «homme» IRM «petit animal» 25 septembre 2012

36 Serimedis, Banque d images INSERM IRM anatomique

37 72 hours

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39 IRM Agents de contrastes : perfusion M. Brammer Center for Neuroimaging Sciences, London, UK

40 IRM Tenseurs de diffusion Plusieurs images qui donnent direction des flux d H 2 O. Mesure de l anisotropie. Isotrope LCR Mvt browniens Anisotrope Myéline

41 Diffusion moyenne Cartes DTI Anisotropie Orientations codées en couleurs

42 Tractography: Corticospinal Tract W.Zhan et. al.

43 Tractography: Corpus Callosum W.Zhan et. al.

44 IRM fonctionnelle (IRMf)

45 Functional Magnetic Resonance Imaging

46 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 ++ ) DésoxyHbet OxyHb: propriétés magnétiques différentes. dhb: plus d hétérogénéité dans le champ magnétique (Linus Pauling, 1930) 1990: hypoxie, modification T2 (Hb T2* augmenté)

47 IRMf : exemples M. Brammer, 1995 Center for Neuroimaging Sciences, London, UK