Utilisation de l'IRM de diffusion dans les lésions cérébrales traumatiques

Diffusion Tensor Imaging — DTI — est une technique de résonance magnétique qui s’appuie sur la diffusion des molécules d’eau pour étudier l’intégrité des réseaux de la substance blanche — les faisceaux d’axones qui relient la substance grise corticale et sous-corticale — dans le cerveau.

Ces structures d’interconnexion peuvent être endommagés lorsqu’une force externe, comme un ballon de soccer, vient en contact avec la tête lors d’un match. Ces interactions répétitives peuvent conduire à des blessures plus graves, dénommé les lésions cérébrales traumatiques, TBI pour faire court.

Au fil du temps, les dommages subis par la substance blanche cérébrale sont souvent associée à des déficits dans la cognition, particulièrement dans le domaine attentionnel. Par exemple, un joueur avec TBI peut-être être plus distrait par un ventilateur dans les gradins et plus lent à réagir à l’équipe adverse.

Basé sur des travaux antérieurs effectué par Kraus et ses collègues, cette vidéo montre comment mesurer l’intégrité de la substance blanche avec DTI chez des patients par rapport aux individus sains contrôle TBI.

Nous examinerons également cognitive function en utilisant une tâche de l’attention sélective, expliquer comment analyser les données d’imagerie et interpréter la relation entre les valeurs de diffusion dans des régions définies d’intérêt et de contrôle attentionnel.

Dans cette expérience, deux groupes de participants — les patients diagnostiqués avec modéré à sévère TBI et contrôle des individus qui sont en bonne santé — sont analysés à l’aide d’un protocole DTI et ensuite testé sur une tâche de l’attention.

Tout d’abord, nous allons discuter de quelques principes qui sous-tendent la DTI : la technique est sensible à la diffusion des molécules d’eau, qui sont toujours en mouvement, pour la plupart en parallèle à l’énorme quantité de faisceaux axonale. Ce type de mouvement est appelé diffusion anisotrope.

Ainsi que le chemin d’écoulement de l’eau, la quantité de diffusion peut être mesurée pour calculer le tenseur — essentiellement illustré comme un ellipsoïde avec une direction. Cette valeur est quantifiable basée sur la longueur relative à sa largeur à l’aide d’une méthode appelée anisotropie fractionnaire, abrégé en FA.

Plus précisément, FA valeurs comprises entre 0 — mouvement isotrope ou égal — 1, qui reflète la plus grande quantité d’anisotropie.

La précision est maximale dans l’ensemble de tous les voxels en faisant l’acquisition des images de diffusion pendant une IRM dans de nombreuses directions différentes qui correspondent aux fluctuations du champ magnétique appliqué. Cet accroissement de la résolution se fait aux dépens de l’époque.

Sachant qu’une variable dépendante critique se compose de la FA des valeurs pour les trois régions d’intérêt, ou ROIs : l’antérieur corona radiata, le splenium du corps calleux et le faisceau longitudinal supérieur.

Par rapport aux contrôles normaux, les valeurs de la FA sont supposées être réduite chez les personnes atteintes de TBI, car leur matière blanche devrait être compromise d’une façon non localisée, résultant en moins anisotropie dans l’ensemble de tous les ROIs.

Toutefois, une région — l’anterior corona radiata — est associée aux connexions avec le cortex cingulaire antérieur, qui joue un rôle important dans le contrôle attentionnel.

Pour explorer davantage cette relation fonctionnelle entre le comportement et l’intégrité de la substance blanche, tous les participants sont testés sur la tâche de réseau Attention développé par ventilateur et ses collègues.

Dans ce paradigme, les participants sont invités à se concentrer, tout d’abord vers une fixation Croix qui s’affiche pour une durée variable entre 400 et 1600 ms, suivi par deux différents types de flèches : un one et two accompagnement groupes centraux qui peuvent varier dans la direction, soulignent-ils.

Dans la moitié des essais, toutes les flèches pointent dans la direction même ; elles sont censées être en harmonie. Pour l’autre moitié, la flèche Centre montre le chemin opposé de celles adjacentes, et ces cas sont dénommé aussi incongrues. Les participants sont priés de catégoriser les flèches en faisant rapidement sur la touche associée dès que possible lors de chaque nouvelle série apparaît.

Ici, la différence de temps de réaction entre les types d’essais est calculée comme une autre variable dépendante. Les individus qui sont plus distraits par les flèches d’accompagnement devraient avoir un plus grand score différence, qui indique le mauvais contrôle attentionnel.

Cette mesure est donc prévue en corrélation négative avec les valeurs de la FA, plus précisément dans la région lié à la capacité attentionnelle — l’anterior corona radiata — et non les autres, montrant ainsi l’importance fonctionnelle des tracts particulière de matière blanche.

Avant l’expérience, recruter 20 patients adultes qui ont été diagnostiqués atteints de modérée à sévère TBI dans les 6 derniers mois et les témoins du même âge, qui n’ont pas d’antécédents de troubles neurologiques ou psychologiques.

Aux fins de cette démonstration, essai un patient qui est décrite comme ayant une perte de conscience pendant plus de 30 min ou une note de < 13 sur l’échelle de Coma de Glasgow.

Le jour de leur analyse, les accueillir et veiller à ne pas souffrir de claustrophobie ou avoir n’importe quel métal dans leur corps ; Demandez-leur aussi de remplir les formulaires de consentement nécessaire précisant les risques et les avantages de l’étude.

Après avoir obtenu le consentement, préparer le patient pour entrer dans la salle d’examen. Pour plus d’informations sur les procédures de pré-scan, s’il vous plaît se référer à un autre projet de MRI dans cette collection.

Avec le patient maintenant dans le scanneur, alésage, tout d’abord recueillir un scan haute résolution anatomique. Puis, lancer une séquence d’impulsions optimisée pour DTI par l’acquisition d’une image de₀ B — qui n’est pas sensible à la direction de diffusion — ainsi que de multiples images pondérées en diffusion dans des directions différentes 64.

Lorsque la séquence est terminée, l’escorter hors du scanner et dans une salle d’expérience avec un ordinateur pour effectuer l’étape suivante, une tâche de réseau Attention.

Expliquer les instructions de la tâche : ils verront une série de cinq flèches sur l’écran et devrait se concentrer seulement sur le centre de l’un. Pour obtenir des réponses rapides et précises, ont eux placent leurs mains sur le clavier, avec leur avait gauche sur la touche « F » et celui de droite sur « J ».

Au cours des essais où la flèche Centre pointe gauche, indiquez-lui de presse « F ». Dans le cas contraire, lorsqu’il est orienté vers la droite, appuyez sur « J ».

Permettent au patient de remplir 100 essais : n’oubliez pas que chacun commence par une fixation Croix qui reste sur l’écran pour une durée variable de 400 à 1600 ms, après quoi les flèches apparaissent, et celui du centre sera incongrues ou congruentes.

Notez que les flèches restent à l’écran jusqu'à ce que le patient répond, ou pour un maximum de 1 700 ms si ils n’appuyez pas sur une touche. Aussi la remarque que chaque extrémités du procès avec une fixation croisent qui reste visible pour une durée totale du procès de 4 s.

À la fin de la tâche de l’attention, debrief du patient pour conclure l’étude et les dédommager pour leur participation.

Après que le scanner et les données comportementales ont été obtenues, les fichiers raw diffusion doivent d’abord être converti en images du tenseur.

Pour commencer le prétraitement, effectuez la correction de distorsion pour des courants de Foucault, qui se produisent généralement dans les données brutes en raison de l’évolution du champ magnétique lors de l’acquisition.

Afin de compenser le mouvement, appliquer une transformation affine linéaire de corps rigides, qui enregistre chaque image diffusion directionnelle à la référence de₀ B.

En outre, isoler le cerveau du crâne et d’autres tissus non-neurale pour s’assurer que les tenseurs ne sont pas calculés pour les voxels en dehors du cerveau.

Maintenant, combiner tous les 64 images directionnels pour calculer le tenseur de diffusion à chaque voxel et sortie les valeurs correspondantes de la FA en arrière-plan.

Par la suite, enregistrer les images de diffusion à la numérisation haute résolution anatomique, puis à un espace atlas standard permettant l’analyse de groupe et niveau.

Avec prétraitement terminé, utilisez un atlas de matière blanche pour identifier les trois ROIs : l’anterior corona radiata, le splenium du corps calleux et le faisceau longitudinal supérieur.

Enfin, enregistrer image anatomique de chaque participant à l’atlas standard et utilisez-les pour déformer les masques ROI dans l’espace de cerveau de chaque participant.

Pour le graphique de données, comparer les valeurs extraites de la FA par groupe, traçant chaque ROI séparément. Notez que les valeurs de FA étaient significativement plus faibles dans le groupe TBI dans des ROIs tous les trois, indication d’endommagements généralisée de substance blanche chez les patients.

Pour incorporer les données comportementales, tracer les différences de temps de réaction entre essais incongrues et harmonies par rapport aux valeurs de FA pour tous les sujets. Effectuer une analyse de corrélation de Pearson sur ces résultats globaux, encore une fois de façon indépendante pour chaque ROI.

Cette fois, seulement une des régions — l’antérieur corona radiata — ont montré une corrélation significative, dans le sens négatif. Autrement dit, des valeurs élevées de FA sont associés avec des temps de réaction rapides, alors que faible anisotropie correspond au temps de réponse plus longs. Ces résultats suggèrent un lien fonctionnel entre reliant la substance blanche et contrôle attentionnel.

Maintenant que vous êtes familier avec la façon de faire le lien entre la structure et la fonction à l’aide de DTI et une tâche de contrôle attentionnel, regardons comment les chercheurs utilisent des approches similaires pour étudier d’autres populations avec connectivité compromise ou comme un moyen de le protéger.

Alors que le vieillissement normal est associé de déclin cognitif, les changements ne sont pas nécessairement très répandues. Au contraire, ils semblent être liés à des fonctions spécifiques qui correspondent à l’intégrité de la substance blanche et réduit les valeurs de FA, en particulier dans le cortex préfrontal. Ainsi, imagerie de diffusion pourrait être utilisé comme une méthode pour la détection précoce des changements liés à l’âge dans la fonction exécutive.

À l’aide de données recueillies par DTI, chercheurs peuvent utiliser une technique 3D appelée fibre tractography et reconstruire des étendues de matière blanche tout au long de l’ensemble du cerveau. Cette procédure de modélisation est utile dans de nombreux domaines, y compris de neurochirurgie.

Si, par exemple, les chirurgiens ont besoin enlever une tumeur, ils peuvent planifier exactement où les tracts de la substance blanche sont à proximité des structures critiques et éviter des conséquences néfastes.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE d’imagerie de tenseur de diffusion. Maintenant vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière de concevoir et de mener une expérience DTI, ainsi que comment analyser et interpréter les schémas de diffusion spécifiques avec conséquences cognitives liées au traumatisme crânien.

Merci de regarder !