IMAGERIE EN TENSEUR DE DIFFUSION (IRMTD) ET NEUROTRACTOGRAPHIE DU DEUXIÈME NEURONE VISUEL A. ISTOC 1,2, A. ABANOU 2, C. HABAS 2, T.H. NGUYEN 2, M.T. IBA-ZIZEN 2, J. L. STIEVENART 2, M. YOSHIDA 4, L. BELLINGER 2, E.A. CABANIS 1,2,3 1-Université Pierre et Marie Curie Paris 6, UFR 927 Sciences de la Vie, École Doctorale de Physiologie & Physiopathologie, CNRS UMR 6569, France 2-Service de neuro-imagerie et radiologie, Centre Hospitalier National d'ophtalmologie des XV-XX, 28 rue de Charenton, 75571, Paris Cédex 12, France 3-Académie Nationale de Médecine, France 4-Jikei University School of Medicine, Dept of Ophthalmology, 3-25-5 Nishi-Shinbashi, Minato-ku, Tokyo 105-846, Japon JFR 2009, Paris, 16-20 octobre
années 80 - les premiers appareils médicaux de IRM années 90 - l imagerie de diffusion (IRMD), sensible au mouvement microscopique des molécules d eau vers les années 2000 - les séquences en tenseur de diffusion (IRMTD) sont de plus en plus employées, désormais couplées à la tractographie (post- traitement informatique), qui reconstruit, à partir de données de diffusion, la géométrie tridimensionnelle des faisceaux étudiés
Le mouvement brownien (Robert Brown 1827, Albert Einstein 1905) peut être décrit comme une marche aléatoire, influencée notamment par les interactions entre les particules et les collisions moléculaires. Eau intra / extracellulaire = ANISOTROPIE IMAGERIE DE DIFFUSION Eau «libre» = ISOTROPIE La mobilité des molécules d'eau dans les tissus biologiques est influencée par la microstructure des tissus. Différents composants de la microstructure des tissus ou des cellules, comme la membrane cytoplasmique, lamyéline, lecytosquelette ou les organites cellulaires, constituent des obstacles physiques qui limitent et contraignent la mobilité des molécules d'eau.
IMAGERIE EN TENSEUR DE DIFFUSION (IRMTD) Pour modéliser le mouvement de diffusion des molécules d eau au sein d un milieu biologique (ex. axone) on utilise un tenseur représenté par une matrice 3 X 3, symétrique (D ij =D ji ): - valeurs propres v 1, v 2, v 3 - vecteurs propres
IMAGERIE EN TENSEUR DE DIFFUSION (IRMTD) FA (anisotropie fractionnelle), mesure l'écart-type des trois valeurs propres comprises entre 0 (isotropie) et 1 (maximum d anisotropie) : où est la moyenne des 3 valeurs propres ( )
IMAGERIE EN TENSEUR DE DIFFUSION (IRMTD) Carte d anisotropie sans codage des couleurs L anisotropie est habituellement, mais non exclusivement, visualisée par une carte colorée Carte d anisotropie avec codage des couleurs rouge (R) -Droit Gauche vert (V) - Ant. Post. bleue (B) - Sup. Inf.
Techniques: IRM - Signa HDx 3.0T (GE Healthcare) cerveau, plan neuro-oculaire (PNO) IRMTD (IRM en Tenseur de Diffusion) tractographie (2 catégories d algorithmes) : 1. - algorithme «déterministe» (type streamline) : - VolumeOne (Y. Masutani, Japon) - MrDiffusion (B.A. Wandell et coll., Stanford University, USA) MATÉRIELS ET MÉTHODES - MedINRIA (P. Fillard, N. Toussaint, INRIA Sophia Antipolis, France) - DTIStudio (S. Mori et coll., Johns Hopkins University, Baltimore, USA) 2. - algorithme «probabiliste» : - FSL, module FDT, (Oxford, UK)
ANATOMIE Dejerine J, Dejerine-Klumpke: Anatomie des centres nerveux. T.I, méthodes générales d étude - embryogénie - histogénèse et histologie. Anatomie du cerveau. T.Ii, f.1, anatomie du cerveau (suite) - rhombencéphale. J. Rueff et Cie Ed., 1895, rééd. Masson, 1980 Crosby EC, Humphrey T, Lauer EW: Correlative anatomy of the nervous system. The Mac Millan Company, New-York, 1962 House EL, Pansky B: A functional approach to neuroanatomy. 2nd Ed. McGraw-Hill Book Company, Inc, New-York, 1967 Truex R, Carpenter M: Human neuroanatomy. 6th Ed., The Williams & Wilkins Cy, Baltimore, 1969 Brodal A: Neurological anatomy. In relation to clinical medicine. Second Edition, Oxford Univ. Press, New-York, London, Toronto, 1969 Gluhbegovic N, Williams T: The human brain: A photographic guide, Harper & Row, Publishers, Inc. Hagerstown, 1980 SchmahmannJD, PandyaDN: Cerebral white matter-historical evolution of facts and notions concerning the organization of the fiber pathways of the brain, 2007
Les informations visuelles sont transmises de la rétine au cortex cérébral. 1 les fibres de la rétine nasales croisent la ligne médiane dans le chiasma optique, tandis que les fibres de la rétine temporale restent de côté ipsilateral. Ces fibres pré chiasmatiques constituent les nerfs optiques. 2 les fibres post chiasmatiques (région optique), passent autour du mésencephale et font synapse principalement avec le noyau géniculé latéral (CGL). 3 de ces noyaux thalamiques émanent des fibres appelées les radiations optiques qui se dirigent dans la substance blanche profonde cérébrale vers le cortex visuel primaire dans le lobe occipital (autour de la scissure calcarine). http://commons.wikimedia.org
pôle postérieur & tête du NO
nerf optique & chiasma optique
chiasma optique & tractus optique chiasma optique D codage directionnel D chiasma optique codage en couleur uniforme (bleue)
* * relais colliculaires & corps géniculé latéral (CGL) D
D corps géniculé latéral (CGL) chiasma optique CGL rad. optique & radiations optiques D CGL rad. optique
Tractographie déterministe: mrdiffusion D nerf optique tractus optique radiation optique Tractographie probabiliste: FSL
C Marie Pierre, F 36 ans, neuropathie optique droite D D - tractus optique G - 127 trajets reconstruits - tractus optique D - 102 trajets reconstruits
DISCUSSION La neurotractographie: méthode qui permet une segmentation anatomique in vivo de la substance blanche cérébrale. Les principaux composants de la voie visuelle ont été reconstruits en tractographie à savoir: les nerfs optiques, le chiasma optique, lestractus et les radiations optiques. De plus, il a été possible de voir la décussation de fibres dans le chiasma optique. De possibles voies directes hypothalamiques et thalamiques ont été également identifiées. La visualisation du tenseur de diffusion de plus en plus employée constitue une technologie prometteuse pour l'amélioration du diagnostic des maladies neurologiques.
DISCUSSION La comparaison des différentes techniques contribue à optimiser la meilleure méthode d analyse en imagerie de diffusion en routine. Fusion des données de neurotractographie avec celles de l IRMf => neurotractographie fonctionnelle. Facteurs limitants : -larésolution spatiale basse -letemps d acquisition et un post-traitement long