Imagerie fonctionnelle d activation cérébrale motrice et tractographie des voies cortico-spinales

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1 Imagerie fonctionnelle d activation cérébrale motrice et tractographie des voies cortico-spinales Samer ABI KHALIL, Jean TAMRAZ Hôtel-Dieu de France, Université Saint-Joseph Beyrouth, Liban

2 Introduction La neuro-imagerie connaît un essor considérable avec les nouvelles techniques en imagerie par résonance magnétique (IRM), fournissant actuellement des informations plus précises que la seule confirmation d un diagnostic clinique. Une étude topographique et tractographique du cortex moteur et du faisceau cortico-spinal, grâce aux séquences d IRMf et tractographie en tenseur de diffusion, est possible. Notre présentation s intéresse à représenter en 3D le cortex moteur et identifier les unités motrices en IRMf, connaître la topographie des voies cortico-spinales en imagerie du tenseur de diffusion (tractographie), et connaître le repérage et l orientation topographique du faisceau cortico-spinal.

3 Matériels et méthodes Une IRM cérébrale a été ainsi pratiquée pour 5 volontaires sains droitiers dont 3 hommes et 2 femmes âgés entre 26 et 31 ans, sur un appareil à ultra-haut champ SIGNA HDX 3T GE, en séquences FSPGR 3D T1, tenseur de diffusion, et imagerie fonctionnelle d activation cérébrale motrice, en antenne tête. Pour des raisons techniques, les reconstructions ne seront présentées que sur le panneau ANAT-WP-2 «Imagerie fonctionnelle d activation cérébrale motrice et tractographie des voies corticospinales».

4 Identification en 3D du cortex moteur primaire L identification topographique des structures de la surface du cortex moteur primaire est rendue plus facile en mode 3D. Elle est basée sur le repérage du sillon central dont l identification dépend du sillon pré-central (1). Ces deux sillons ont une course parallèle et oblique de bas en haut et d avant en arrière. Le gyrus pré-central se dispose en avant du sillon central.

5 Identification en 3D du cortex moteur primaire Le sillon pré-central se termine à angle droit ou aigu dans le sillon frontal supérieur (2). Il est discontinu formant le sillon pré-central inférieur et supérieur. Cette discontinuité marque l endroit où le gyrus frontal moyen se continue avec le gyrus pré-central (2). Le sillon central est caractérisé par deux courbures convexes en avant avec une concavité intermédiaire (2). Il ne fusionne pas avec le sillon latéral, il laisse une opercule fronto-pariétale ou «pli de passage fronto-rolandique» (2). Son extrémité médiale s incurve sur le bord supérieur de l hémisphère, donnant le «crochet rolandique» (2) visible sur une vue sagittale.

6 Identification en 3D du cortex moteur primaire Le gyrus pré-central se divise en 4 segments définis par ses 3 courbures: le segment inférieur convexe antérieurement qui communique avec le gyrus post-central formant l opercule centrale, le segment moyen convexe postérieurement dont la jonction avec le segment inférieur se caractérise par un amincissement du gyrus et correspond à l aire de transition entre la représentation face et pouce, le segment supérieur convexe antérieurement, le segment para-central (2).

7 Organisation somatotopique du cortex moteur primaire Selon Penfield, le cortex moteur primaire peut être divisé de bas en haut en 4 unités fonctionnelles: unité de la face qui s étend sur 3 cm depuis le sillon latéral, unité main - bras qui commence avec la représentation motrice du pouce au genou inférieur et se termine à l aire de l épaule, unité du tronc, unité jambe - pied localisée dans le lobule para-central (2). Organisation somatotopique du cortex moteur primaire selon Penfield

8 Organisation somatotopique du cortex moteur primaire En utilisant des tâches motrices simples (pression de la langue contre la joue droite, flexion / extension des doigts de la main droite, flexion / extension du coude droit, contraction du quadriceps droit, flexion des orteils droits), il est possible de repérer le cortex moteur primaire avec son organisation somatotopique (3). Lors des mouvements de la main, les activations sont centrées autour du bouton de la main. Les des activations détectées lors des mouvements de la langue sont situées dans la partie inféro-latérale du sillon central. Les activations détectées lors des mouvements des pieds intéressent le lobule para-central et la convexité du gyrus central (3).

9 Anatomie du tractus cortico-spinal Les cellules pyramidales du cortex moteur primaire sont à l origine du tractus pyramidal ou cortico-spinal. Ces fibres naissent des aires 4, 3a, 3b, 6 de Brodmann. Aires corticales de l hémisphère cérébrale selon Brodmann

10 Anatomie du tractus cortico-spinal Ce tractus converge vers la corona radiata où il occupe une position centrale. A ce niveau, il est observé sur des vues para-sagittales (4). Corona radiata Fibres de projection de l hémisphère cérébrale vues en coupe sagittale Corona calleux

11 Anatomie du tractus cortico-spinal Il traverse ensuite le bras postérieur de la capsule interne où il passe progressivement du niveau antéro-moyen au niveau postéro-moyen. Sur une coupe axiale, les fibres passant par le bras postérieur paraissent sortir du plan de coupe alors que celles passant par le bras antérieur courent parallèles au plan (4). Normalement, les fibres destinées au membre supérieur passent antéro-latéralement à celles destinées au membre inférieur (5). Organisation somatotopique de la capsule interne Bras postérieur

12 Anatomie du tractus cortico-spinal Au niveau du mésencéphale, il occupe la partie moyenne des pédoncules cérébraux. Sa direction cranio-caudale le sépare des tractus fibreux avoisinants (4). Les fibres des membres inférieurs sont les plus externes (MI), puis respectivement celles du tronc (T), des membres supérieurs (MS), et finalement de la face (6). MI MS T

13 Anatomie du tractus cortico-spinal Lors de la traversée du pont, il se produit une rotation des fibres: celles se terminant au niveau cervical (C) sont en situation dorsale, puis les fibres se terminant au niveau thoracique (T), lombaire (L) et sacré (S) (6). S L C C

14 Anatomie du tractus cortico-spinal Au niveau de la décussation pyramidale la majorité des fibres croisent la ligne médiane vers le côté opposé et forment le tractus cortico-spinal latéral. Les fibres destinées aux membres supérieurs croisent dorsalement par rapport aux fibres destinées aux membres inférieurs. Les fibres destinées aux membres supérieurs sont alors en position médiale et les fibres pour les membres inférieurs en situation latérale (6). Les fibres n ayant pas croisé la ligne médiane continuent leur trajet au sein du tractus corticospinal ventral. Une vue axiale de la décussation peut être visualisée (4).

15 Anatomie du tractus cortico-spinal Sur une coupe coronale obtenue à travers la médulla ventrale, une longue section du tractus pyramidal, du bras postérieur de la capsule interne à travers les pédoncules cérébraux jusqu'à la décussation dans la médulla basse, peut être visualisée (4).

16 Résumé Objectifs pédagogiques Connaître la représentation 3D du cortex moteur et l identification des unités motrices en IRMf. Connaître la topographie des voies cortico-spinales en imagerie du tenseur de diffusion (tractographie). Connaître le repérage et l orientation topographique du faisceau cortico-spinal. Messages à retenir Le cortex moteur est facilement identifiable sur une vue latérale de l hémisphère en représentation 3D à l exception du crochet rolandique identifiable sur une vue interne de l hémisphère (2D). Les sillons du lobe central sont facilement identifiables sur une coupe sagittale oblique de la face externe de l hémisphère orientée selon le plan fornicéal. Il existe une corrélation topographique des voies cortico-spinales avec les données anatomiques et leur identification aux niveaux de la corona radiata de la capsule interne et de la région mésodiencéphalique. Le faisceau cortico-spinal est visualisé de façon optimale dans le plan d orientation de la ligne commissurale postérieure-obex (CP-OB). Résumé Nous présentons une étude topographique et tractographique du faisceau cortico-spinal depuis le cortex jusqu à la jonction bulbo-médullaire. Une IRM cérébrale a été pratiquée pour 5 volontaires sur un appareil à ultra-haut champ SIGNA HDX 3T GE, en séquences FSPGR 3D T1, tenseur de diffusion, et imagerie fonctionnelle d activation cérébrale motrice.

17 Références 1. Braun M, Anxionnat R, Marchal C, Moret C, Bracard S, Roland J, Picard L. Radioanatomie du cortex cérébral. J Radiol 2000;81: Tamraz J, Comair Y. Central region and motor cortex in Atlas of regional anatomy of the brain using MRI with functional correlations. Springer 2000, Germany. 3. Delmaire C, Krainik A, Lethuc V, Reyns N, Duffau H, Capelle L, Lehéricy S. IRM fonctionnelle cérébrale: bases physiopathologiques, techniques et applications cliniques. J Radiol 2007;88: Mamataa H, Mamataa Y, Westina C, Shentona M, Kikinisa R, Jolesza F, Maier S. High-Resolution Line Scan Diffusion Tensor MR Imaging of White Matter Fiber Tract Anatomy. AJNR 2002;23: Holodny A, Gor D, Watts R, Gutin Ph, Ulu A. Diffusion-Tensor MR Tractography of Somatotopic Organization of Corticospinal Tracts in the Internal Capsule: Initial Anatomic Results in Contradistinction to Prior Reports. Radiology 2005;234: Kahle W, Frotscher M. Functional systems in Color atlas and textbook of human anatomy, volume 3. Thieme 2003, New York.