Neuroimagerie et neurostimulation Flashcards
Cours 5
Quel est l’objectif de la neuro-imagerie anatomique?
Mesure de la plasticité et de l’intégrité du cortex (matière grise) et de la substance blanche
Qu’est-ce que la Tomodensitométrie (TDM)?
CT (computed tomography) scan. Aussi:
- CAT (computerized axial tomography) scan
- TACO (tomographie axiale commandée [calculée] par ordinateur)
Utilisation de rayons-X
Reconstruction d’une série d’images en un volume 3-D
Acquisition rapide; appareil très répandu en clinique
Qu’est-ce qu’un voxel?
Comme un pixel, mais en 3D
Comme un Lego: Chaque voxel a une couleur (i.e. coefficient d’absorption des rayons dans la zone cérébral)
+ de voxels = + image précise (i.e. meilleure résolution)
Tomodensitométrie (TDM) : qu’est-ce qui explique la différence de couleur (blanc / noir)?
Couleurs différentes selon la densité des substances : tissu cérébral vs sang vs os
- Plus dense = plus pâle
En blanc = Crâne (i.e. énormément d’absorption)
En noir = Liquide céphalorachidien dans les ventricules
Tomodensitométrie (TDM) : qu’est-ce qu’un agent de contraste?
Substance utilisée pour certaines interventions diagnostiques qui permet de mieux voir des parties du corps lors d’une radiographie ou d’autres tests d’imagerie.
Dans la plupart des cas, le produit de contraste est injecté à l’intérieur ou autour de la structure à examiner.
Agent de contraste = va absorber les rayons X +++
Nommez une approche mois dangereuse et plus accessible que la Tomodensitométrie (TDM).
Imagerie par résonance magnétique (IRM)
Qu’est-ce qu’on mesure ave l’imagerie par résonance magnétique (IRM)?
On s’intéresse aux protons d’hydrogène pour l’imagerie.
Présent en grande quantité dans le corps (eau, 70% de la composition du corps).
Aimant très intense pour aligner les moments magnétiques.
Expliquer les 4 grandes étapes de l’imagerie par résonance magnétique (IRM).
(1) Au repos, les moments magnétiques sont orientés n’importe comment (i.e. dans toutes les directions).
(2) Le champ magnétique de 3 tesla permet à ce que les moments soient au même niveau de base.
(3) L’onde de radiofréquence permet ensuite de contraindre les moments magnétiques dans leurs direction
(4) Lorsqu’on arrête la radio fréquence, les moments magnétiques retournent au champ zéro (3 tesla) et vont émettent un signal (qui varie en fonction des tissus)
Expliquez le temps de relaxation longitudinal (T1).
Retour entre l’axe des Z (vers le haut) et des Y (vers le centre).
Ce temps varie en fonction des tissus, ce qui permet de faire des prédictions sur le type de tissus que c’est.
Par exemple:
Émission court au T1 = graisses, matière blanche
Émission longue au T1 (en ordre) = matière grise, fluide
Expliquez le temps de relaxation longitudinal (T2).
Retour à l’axe central.
Varie aussi en fonction du type de tissus (même chose que pour T1)
Expliquez les différentes séquences d’IRM anatomique.
T2 : très fort dans les ventricules, matière grise en blanc et matière blanc en gris
T1: matière grise en gris, matière blanche en blanc et liquide céphalorachidien en noir
Quels sont les 3 sources magnétiques de l’imagerie par résonance magnétique (IRM)?
1) Champs magnétique statique (aimant)
- Les atomes d’1H dans le corps s’alignent avec le champs magnétique; différentes forces d’aimant
2) Radiofréquences (RF; antennes)
- Lorsque les impulsions RF sont à la bonne fréquence elles sont absorbées par les protons dans les atomes de 1H.
3) Gradients en 3D (dans le scanner)
- Permet de changer le champ magnétique dans le temps et l’espace (résolution spatiale)
Qu’est-ce que la Morphométrie?
Mesure d’intégrité par segmentation.
VBM (voxel-based morphometry)
Permet des analyses quantitatives de l’anatomie du cerveau
Comparaison entre le volume (nb de voxels) de structures cérébrales, entre des groupes
Corrélation entre le volume et la performance à des tests
Qu’est-ce que la segmentation?
Permet d’extraire la probabilité du scan entier d’être MB, MG, LC, etc.
Donne une mesure de probabilité d’appartenance (i.e. une mesure d’intégrité cérébrale, des tissus)
Limite entre blanc et gris : probabilité diminue (prob 50/50)
Comment est-il possible de comparer les différents cerveaux à la suite d’une IRM?
Pour comparer différents cerveaux il faut un espace commun:
- Espaces Talaraich
- MNI: Cerveau normal qui sert de référence. On fait rentrer les scans de patient dans le “moule” MNI pour faire des études de groupes et comparer les différents cerveaux.
Qu’est-ce que le “Smoothing”?
Étapes:
A. Cerveau normal
B. Segmente
C. Normalise
D. Filtre
Permet de suivre une loi normale Gaussienne et faire des analyses ensuite
Qu’est-ce que la technique du “Cortical Thickness”?
Mesure complémentaire à la morpho.
Mesure la MG basé sur T1.
Donne pas d’info sur l’intégrité, mesure d’épaisseur ensemble du cerveau, mais dit pas au sein d’une région en particulier la prob d’être MG p. ex.
Limite entre blanc et gris, mesure 2 D (maillage cortical) ou chaque point à une valeur d’épaisseur.
Cerveau 2D et va être fabriqué avec des petits triangles. Chaque point des triangles va avoir une mesure d’épaisseur.
Qu’est-ce que l’IRM de diffusion?
Imagerie par diffusion (DTI, HARDI, etc)
permet de visualiser la diffusion des molécules d’eau dans le cerveau.
Le signal IRM peut être rendu sensible à la
diffusion par l’utilisation de séquences spécifiques.
Permet d’inférer la localisation des faisceaux de matière blanche.
DTI – diffusion tensor imaging (une sorte de tractographie).
Décrivez les étapes de l’IRM de diffusion?
Diffusion des molécules d’eau (et donc protons d’hydrogène).
(1) Diffusion libre (au repos)
(2) Diffusion restreinte isotrope
(3) Diffusion restreinte anisotrope
Plus précisément:
- Axone myélinisé (barres vertes)
- Molécules d’eau (boules bleue) sont coincé (anisotrope) contraint ou ne peuvent se déplacer que dans une seule direction
On va ensuite faire un Lego (carré orange)
- Donne 2 infos (2 mesures) : (1) À quel point la molécule d’eau est contrainte et (2) elle va dans quelle direction
Qu’est-ce que la Spectroscopie par IRM?
Imagerie moléculaire
Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS)
Permet de mesurer le niveau de différents métabolites (e.g., neurotransmetteurs) dans les structures cérébrales
Basée sur les différences dans les temps de relaxation (hydrogène) mais pas dans l’eau, dans les différentes molécules
Long et typiquement par petite régions à la fois
Conclusions sur l’imagerie structurelle (rappel)
Utile pour visualiser le substrat anatomique in vivo
En clinique, aide au diagnostic (structurelle surtout); aide à préciser les interventions (ex: épilepsie, tumeurs)
Le signal d’où provient « l’image » peut être très différent d’une méthode à l’autre
Quel est l’objectif de la Neuro-imagerie fonctionnelle?
Mesurer l’activité cérébrale pour définir les réseaux impliqués dans des processus cognitifs ou dans la pathologie.
Mesures indirectes de l’activité (p. ex. oxygénation, glucose, etc.)
Qu’est-ce que la tomographie par émission de positions?
Marqueurs radioactif d’une molécule injectée dans le sang et va être consommé par les régions cérébrales activées (i.e. libère un agent radioactif quand consommé).
Qu’est-ce que la ligne de coïncidence?
Lorsque le glucose est consommé (ou un autre agent), la réaction entre B+ et B- va libérer des rayons gama
Quelles sont les étapes de la tomographie par émission de positron
(TEP)?
(1) Cyclotron: production d’un radioisotrope
(2) Radioisotropes émetteurs de positons
(3) Radiochimie: synthèse d’une radiopharmaceutique
(4) Injection
(5) Acquisition de données
(6) Reconstruction de données
(7) Résultats biologiques
Que permet la fusion de la PET et de CT?
TEP-CT:
La fusion de TEP et CT permet d’obtenir une image anatomique à laquelle on superpose l’image fonctionnelle.
Pas une très belle résolution.
Quelle est la technique de neuroimagerie la plus utilisée?
IRM fonctionnelle
Qu’est-ce que l’IRMf?
Visualiser indirectement l’activité du cerveau in vivo lors d’activités motrices/cognitives/sensorielles (task based fMR) ou au repos (restingstate fMRI).
Le signal représente indirectement la consommation d’oxygène par les cellules du cerveau.
Changement dans le débit sanguin, dans la propriété magnétique du
sang; activité hémodynamique.
Durée des séquences très variable, quelques minutes à quelques dizaines de minutes.
Qu’est-ce que le couplage neurovasculaire?
L’augmentation du flux sanguin et de l’oxygène en réponse à l’activité cérébrale.
ChatGPT: Le couplage neurovasculaire est à la base des techniques d’imagerie cérébrale fonctionnelle, comme l’IRM fonctionnelle (IRMf), qui mesure les changements du flux sanguin en réponse à l’activité cérébrale.
Expliquez le principe de l’IRMf.
La proportion de désoxyhémoglobine (dHb) augmente: Le signal IRM diminue (image plus foncée).
La proportion de dHb diminue*: Le signal IRM augmente (image plus claire).
*Retour du sang oxygéné à la suite de l’activation (oxyhémoglobine, Hb02). C’est ça qu’on mesure particulièrement en IRMf.
Qu’est-ce que le signal BOLD?
Blood Oxygen Level Dependent signal :)
- Augmentation de l’activité neuronale
- Augmentation du flux sanguin
- Augmentation de l’oxyhémoglobine (Hb02)
- Augmentation T2
- Augmentation du signal MR
Quel est le ratio du signal BOLD?
L’amplitude du signal BOLD (en pourcentage de changement par rapport à une condition de base*): 0.1 - 5%
*Contraste à des conditions (intervention vs control)
Nécessite beaucoup de “nettoyage” (pré traitement intensif)
Rare pour la cognition
SNR: signal-to-noise ratio
Qu’est-ce que la réponse hémodynamique en IRMf?
Augmentation de l’oxygène en réponse à un stimulus.
On doit imager 6 secondes après le stimulus, car on s’intéresse à la compensation par le flux sanguin et l’oxygénation.
*Stable à travers les participants, mais fluctue en fonction des régions
Qu’est-ce que l’imagerie spectroscopique proche infra-rouge fonctionnelle?
Near infrared spectroscopie (fNRIS)
Spectroscopie proche infrarouge
Réfraction de la lumière
Mesure de la réponse hémodynamique
Comme IRMf mais avec infra rouge dans des régions qu’on cible
*Pour les personnes que IRMf fonctionne pas en raison du champ magnétique (p. ex. métal, pacemaker)
Nommez un désavantage du fNRIS.
Nécessite d’avoir des hypothèses sur la région cérébrale à étudier (et surtout en surface…)
Mais moins contraignant que l’IRMf!
Qu’est-ce que la trechnique électro-magnétique (EEG/MEC)?
Reflet direct de la transmission de l’information entre les neurones
Permet l’enregistrement de ce signal électrique (signaux du cortex, en
surface); facile d’utilisation
V ou F: L’EEG(MEG) permet de capter les potentiels d’actions neuronaux.
Faux. L’EEG(MEG) capte les courants (champs magnétiques) extra-cellulaires
(post-synaptique).
Nommez 1 avantage et 1 inconvénient de l’EEG.
Avantage: Excellente résolution temporelle (ms)
Désavantages:
- Signal très faible donc besoin de l’amplifier
- Sensibilité à la conductance des milieux biologiques traversés = déformation et diffusion du signal
Qu’est-ce que l’Event-related potential (ERP)?
Potentiels évoqués: Changement bref du signal EEG en réponse à un stimulus
Magnétoencéphalographie (MEG)
