Upload
avital
View
32
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Introduction partie I: Qu ’ est-ce que l ’ IRM c érébrale?. RAD6005 – Introduction à l ’ IRMf. Oury monchi, PhD Centre de Recherche, Institut Universitaire de Gériatrie de Montréal & Universit é de Montréal. Plan du cours RAD6005, hiver 2014. 11 conf érences de 3 heures - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Introduction partie I:Qu’est-ce que l’IRM cérébrale?
Oury monchi, PhD
Centre de Recherche, Institut Universitaire de Gériatrie de Montréal & Université de Montréal
RAD6005 – Introduction à l’IRMf
Plan du cours RAD6005, hiver 2014
11 conférences de 3 heures
5 travaux pratiques de 3 heures devant ordinateur
1 examen devant ordinateur (30%)
1 présentation (10%)
1 examen écrit (70%)
3 crédits
9 avril9 avril
21 avril21 avril
24 et 31 mars
24 et 31 mars
Cours théoriques1. (13 janvier) ‐‐‐‐‐‐ Introduction IRM et anatomie
2. (20 janvier) ‐‐‐‐‐‐ Introduction aux contrastes d'IRM (Dr. Rick Hoge)
3. (27 janvier) ‐‐‐‐‐‐ Reconstruction d'images (Dr. Rick Hoge)
4. (3 février) ‐‐‐‐‐‐ BOLD et devis expérimentaux
5. (10 février) ‐‐‐‐‐‐ Prétraitement
6. (17 février) ‐‐‐‐‐‐ Analyses d'images IRMf
7. (10 mars) ‐‐‐‐‐‐ Normalisation
8. (17 mars) ‐‐‐‐‐‐ IRM structurelle
9. (24 mars) ‐‐‐‐‐‐ ***Présentations orales 1***
10. (31 mars) ‐‐‐‐‐‐ ***Présentations orales 2***
11. (7 avril) ‐‐‐‐‐‐ Etudes de connectivité par IRMf (Dr. Pierre Bellec)
11. (21 avril) ‐‐‐‐‐‐ **Examen théorique**
Ateliers informatiques(Jean-Sebastien Provost)
1. Vérification des données et pré-traitement (19 février)
2. Modèle linéaire (26 février)
3. Moyennage et normalisation (12 mars)
4. Seuillage et visualisation des données (19 mars)
5. Repérage des zones et report des résultats (26 mars)
6. Examen pratique (données à analyser, 9 avril)
Résolutions temporelles et spatiales
Chaque technique a une résolution temporale et spatiale différente.
Études anatomiques
Études Fonctionnelles
Études physiologiques
Techniques d’IRM
Pas couverts dans ce coursPas couverts dans ce cours
Notre Siemens
3T
Histoire La première image IRM a été publiée en
1973
La première image d’un sujet humain a été complétée en 1977 et a pris presque 5 heures à acquérir (Damadian et al.)
En 2003, Dr. Paul Lauterbur et Sir Peter Mansfield ont reçu le prix Nobel pour leur découverte
Bobine de radiofréquence
La bobine de radiofréquence nous donne différents champs de vision dépendemment de sa forme
Principes de base de l’IRMAimant: Champ magnétique (B0) très puissant (de 1 à 7T)
et homogène, qui va inciter les protons d’hydrogène à s’aligner. **Champ magnétique de la terre = 0.00005T!!**
Bobine de radiofréquence: envoie une impulsion (B1) à la fréquence de résonance de l’hydrogène. Après être entrés en état de résonance, ces protons reviennent à leur état de base à des vitesses différentes suivant le tissu dans lequel ils se trouvent. Ceci génère un contraste (p.ex. T1)
Bobine de gradients: le signal généré par la RF ne nous donne pas d’information spatial en temps que tel, ce sont les bobines de gradients alignées sur trois axes (x,y,z) qui nous permettent de le faire.
• Spins des protons d’Hydrogène
IRM: Principes de Base
• Spins des protons dans le champ statique B0
IRM: Principes de Base
• Effets de radiofréquences en résonance
IRM: Principes de Base
• Temps de relaxation des spins (T1 et T2)
IRM: Principes de Base
• Temps de relaxation de T1 et T2
IRM: Principes de Base
IRM: Principes de Base
Principes de base de l’IRMGradients:
Chaque gradient crée un champ dans une direction différente. Il y en a donc trois, pour couvrir les trois axes.
IRM: Sécurité
Le champ magnétique B0 est toujours présent, même lorsque le scanner n’est pas en marche.
Ceci veut dire que tout métal est interdit à tout temps dans la salle d’IRM
IRM: Sécurité
Différentes méthodesAnatomie
Peut être acquise avec différents contrastes (T1, T2, PD) donne des informtions complémentaires, ou anatomie vasculaire
Voxel-based morphometry (méthode d’analyse)Méthode pour regarder les différences de volume de matière blanche ou grise entre plusieurs cerveaux
DTI (imagerie à tenseurs de diffusion)Sert à regarder les fibres de la matière blanche
SpectroscopieUtilise les “spins” d’autres molécules que l’hydrogène (tel que le carbone) pour créer une image
Anatomie: T1
Anatomie vasculaire
Voxel Based Morphometry
Brenneis et al., 2004 - JNNP
Imagerie en tenseurs de diffusion (DTI)
Spectroscopie
Imagerie en résonance magnétique fonctionnelle
(IRMf)
Principes de base de l’IRMf
On connait une relation entre l’activité cérébrale et le taux d’hémoglobine déoxygéné dans le sang
Début des années 90, il a été découvert qu’une séquence d’impulsions produites par l’IRM pourrait mesurer le taux d’hémoglobine déoxygénée
Ceci a donné naissance au Blood Oxygenation Level Dependent (BOLD) fMRI, ou T2*, qui nous donne une mesure indirecte de l’activité cérébrale
Principes de base de l’IRMf
Principes de base de l’IRMf (BOLD)
Arterial spin-labeling (ASL)Utilise des pulses de RF sélectionnés spécialement
pour marquer le sang artériel qui circule dans le cerveau.
Nul besoin d’injecter un agent de contraste (Comme en PET ou SPECT)
Les mesures de flux peuvent s’acquérir rapidement
Principes de l’ASL
1. Marquer le sang arteriel rentrant par inversion magnétique
2. Acquérir l’ image marquée
3. Répéter l’éxpérience sans marquage
4. Acquérir l’image contrôle
K.J. Bangen et al. / Neurobiology of Aging 30 (2009) 1276–1287
Principes de base de l’IRMfPour pouvoir
visualiser un effet, il faut moyenner beaucoup de sujets avec beaucoup de runs chacun
Types de dessins expérimentaux et analyses
Dessins expérimentauxBlock design (dessin en blocks)
Comparaison de longues périodes (ex 16s) d’une condition avec une longue période d’une autre condition
Approche traditionnelleLe plus puissant en termes statistiquesDépend moins du modèle hémodynamique créé
Event-related design (dessin évènementiel):Comparaison de conditions à périodes courtes (ex 1s)Plus récent environ 1998Moins puissant statistiquement, mais a beaucoup
d’avantages
Dessins expérimentaux
Dessin en
blocks
Dessin évènementiel espacé
Dessin évènementi
el mixte
AnalysesCorrection du mouvement
Chaque sujet bouge un peu pendant la sessionSi une structure est à une place au début et une autre à
la fin, les analyses ne seront pas valides
“Smoothing”, ou lissage
NormalisationChaque cerveau est différent, il faut qu’ils se ressemblent
pour pouvoir les comparer les uns aux autres
Application d’un modèle linéaire
Création de cartes statistiques
Pre-processin
g
Analyses
Modeling the expected response (fmridesign)
(From Dr. J. Armony)
Modeling the data (GLM)
(From Dr. J. Armony)
Connectivité
Connectivité fonctionelle: On choisit une région
d’intérêt, et on voit quelles régions corrèlent avec
On ne verrait pas de différence entre ces deux situations
Connectivité effective: On choisit plusieurs région
d’intérêt et une région avec laquelle on pense qu’elle corrèle, et on regarde si c’est une corrélation directe ou non
On peut voir la différence entre ces deux situations
Connectivité
Le but est d’identifier les régions qui se co-activent – i.e. d’après le modèle linéaire, quelles régions varient ensemble?
Importance des hypothèses
“Science sans conscience n’est que ruine de l’âme!” (François Rabelais)
Une expérience sans question ou hypothèse ne sert pas à grand chose et peut être coûteuse!
L’important c’est la question, si l’IRMf peut y répondre. Il faut savoir faire des dessins expérimentaux appropriés.
Importance des hypothèses“We are also believers in good old-fashioned experimental
design, like those dreaded psychophysicists that you keep mentioning. We try to teach our students that the most amazing patient or the most advanced method is useless if you don’t design the experiments right. Which may seem obvious, but apparently it isn’t always!”
“I worry that many of my colleagues have become so entranced with neuroimaging that they think cognitive neuroscience is just cognitive neuroimaging. This is really unfortunate because there are fundamental questions that imaging can’t answer and patient-based research can.”
Prof. Martha Farah
Variations dans l’IRMf
Attention: Attention les différences BOLD entre 2 groupes surviennent des différences d’activité neuronale, mais aussi différences dans le métabolisme chez les individus.
Cette différence augmente si l’on compare des individus d’âge différent ou atteints de maladies différentes
Certains chercheurs essaient de répondre à cette question, en faisant d’autres types d’acquisitions qui s’intéressent plus spécifiquement au métabolisme (ex Dr. Rick Hoge au CRIUGM)
Paramètres Nécessaires lors Paramètres Nécessaires lors de la Publication d’Articles en de la Publication d’Articles en
IRMfIRMf
Paramètres Nécessaires lors Paramètres Nécessaires lors de la Publication d’Articles en de la Publication d’Articles en
IRMfIRMf
Théorie proposéeThéorie proposéeMonitoring/Monitoring/associationassociation
Comparaison/Comparaison/SélectionSélection
AssociationAssociationstimulus/actionstimulus/action
OrganisationOrganisationdans la mémoire dans la mémoire
de travailde travail
Planification,Planification,sélection ou sélection ou
exécution d’une exécution d’une nouvelle action nouvelle action
NiveauxNiveaux
PutamenPutamen
CORTEXCORTEXPréfrontalPréfrontal
Caudé Caudé ventralventral
Caudé Caudé dorsaldorsal
DorsalDorsal9, 469, 46
VentralVentral47/1247/12
PostérieurPostérieurint 6, 8, 44int 6, 8, 44
STRIATUMSTRIATUM
Montreal Card Sorting Task, Étude I
Cue card
• Retrieval w/o shift
• Retrieval w/ shiftvs
Monchi et al., Ann. Neurol., 2006
Prédictions
avec changement: CPF-VL+ Noyau caudé
sans changement: CPF-VL, PAS de striatum
Montreal Card Sorting Task• Changement de règle continu
Matching according to colourMatching according to colour Matching according to numberMatching according to number
• Condition contrôle Prédictions
Changement de règle continu: CPF-VL, PAS de striatum
IRMf MCST: IRMf MCST: Contrôles en santéContrôles en santé
33
77T-stat T-stat
CueCue CardCard
Retrieval NO shiftRetrieval NO shift
VS
ControlControl
CueCue CardCard
Retrieval WITH shiftRetrieval WITH shift ControlControl
VS
X = 18X = 18Continuous shiftContinuous shift ControlControl
VS
Y = -4Y = -4
VL-PFC
Caudate
VL-PFC
No striatumNo striatum
VL-PFC
No striatumNo striatum
Monchi et al. Feb 2006, Annals of NeurologyMonchi et al. Feb 2006, Annals of Neurology
Continuous shiftContinuous shiftRetrieval WITH shiftRetrieval WITH shift
VS
Retrieval WITH shiftRetrieval WITH shift
VS
Retrieval NO shiftRetrieval NO shift
fMRI MCST: Healthy Controls
X = 12X = 12 2.52.5
55T-stat T-stat
Caudate
Le noyau caudé n’est pas particulièrement impliqué dans le changement de règle en soi, mais dans la planification d’une
nouvelle action.Monchi et al. Feb 2006, Annals of NeurologyMonchi et al. Feb 2006, Annals of Neurology
Cue CardCue Card CueCue CardCard
Cue CardCue Card
33
55T-stat T-stat
X = 12X = 12
CaudatePutamenPutamen
Lecture recommandée et remerciements
Functional Magnetic Resonance Imaging, de Scott A. Huettel, Allen W. Song et Gregory McCarthy
Mise en place des diapos Kristina Martinu, PhD, alumni PCAN lab
Diapositives:http://unfweb.criugm.qc.ca/oury/Site/Downloads.html
Introduction partie II: Neuroanatomie
RAD6005 – Introduction à l’IRMf
Comment peut-on “voir” le cerveau ?
Autopsies
Neurochirurgies
Techniques d’imageriesComputerized axial tomography (CT)Spectroscopie (SPECT)Tomographie par émission de positron (PET)Imagerie par résonance magnétique (MRI)
Très utile de connaître votre neuroanatomieImages sont fantastiques si vous savez ce que vous devez
voir…
Comment doit-on regarder un cerveau ?
Comment doit-on regarder un cerveau ?
Comment doit-on regarder un cerveau ?
12
3
5
4
Comment doit-on regarder un cerveau ?
Comment doit-on regarder un cerveau ?
1
1
n=1 n=12
Devant (vue antérieure) Derrière (vue postérieure)
Dessous (vue inférieure)
Côté gauche (vue latérale) Côté droit (vue latérale)
Dessus (vue supérieure)
Terminologie d’orientation: les différentes vues
Terminologie d’orientationSupérieur / Dorsal i.e. vers le dos
Inférieur / Ventrali.e. vers le ventre
Antérieur / Rostrali.e. vers le nez
Postérieur / Caudali.e. vers la queue
Toujours supérieur
Toujours inférieur
Toujours antérieur
Toujourspostérieur
Pour un humain dans la position verticale:
Terminologie d’orientationSupérieur / Dorsal
Inférieur / Ventral
Antérieur /Rostral Postérieur / Caudal
Ventral/Antérieur Caudal/Inférieur
Rostral/Supérieur
Dorsal/Postérieur
CERVEAU
TRONC CÉRÉBRAL
Vue dorsale Vue ventrale
Fissure longitudinale
Médian
Latéral
Terminologie d’orientation
Plan de coupes
Axial (transversal) Sagittal (latéral) Coronal
Trois types de classification
2- Classification fonctionelle: Identification de régions basée sur des observations comportementales:
a) de lésion b) de scanc) de maladie
1- Classification cytoarchitectonique: Identification de régions basée sur l’organisation neuronale
3- Classification neuroanatomique: Identification de régions basée sur les structures macroscopiques
Trois types de classification
Structures corticalesLe cerveau est constitué de deux types de« matières »:
La matière blanche est constituée de fibres (ex.:axones) & cellules gliales
La matière grise est constituée de neurones (corps cellulaire) ex. cortex couche entourant le cerveau + structures sous-corticales
Matière blancheMatière grise
Lobes cérébrauxLe cortex est formé de « bosses » et de « creux ».
Les « bosses » s’appellent gyrus (gyri)
Les « creux » s’appellent sulcus (sulci)
Extérieur
Intérieur
LobesFissure pariéto-occipitale
(voir vue médiane)Sulcus central/Fissure de Rolando
Fissure occipitale
Sulcus latéral/fissure de Sylvius
Lobe frontal
Lobe temporal
Lobe occipital
Lobe pariétal
Lobes
Lobe frontal
Lobe parietal
Lobe temporal
Insula
Sulcus central
Lobes
Lobe frontal
Lobe parietal
Lobe temporal
Insula
Vue latérale hémisphèrique
Vue latérale hémisphèrique
Vue latérale hémisphèrique
Lobes – vue médiane
(Cervelet)
Lobe occipital
Lobe parietal
Lobe temporal
Lobe frontal
Sulcus central
Fissure pariéto-
occipitale
Structures corticales
fissurepariéto-occipitale
Fissure de Calcarine
Cuneus
Gyrus lingual
Précuneus
Lobule Paracentral
Sulcus cingulaire
Sulcus marginal
Gyrus cingulaire
Sulcus paracentralSulcus central
Thalamus
Hypothalamus
Structures sous-corticales
Noyaux sous-corticaux:
Thalamus
Noyau caudé
Putamen
Globus Pallidus
Amygdale
Hippocampe
Ganglions dela base
Globus pallidusSubstance noire
Thalamus
Noyau caudé
Noyau rougePutamen
STN
Structures sous-corticales
Structures sous-corticales
Putamen
Noyau caudé
Putamen
Noyau caudé
Amygdale
Amygdale
Structures sous-corticales
Putamen
Globus Pallidus
Noyau caudé Ventricules latéraux
Insula
Capsule interneThalamus
3e ventricule
Cervelet
Structures sous-corticales
Putamen
Corps calleux
Ventricules latéraux
Insula
Noyau caudé
Hippocampe
Capsule interne
Globus pallidus
Conclusion…
Apprendre la neuroanatomie
Ou
Dépendre des atlas anatomiques
Vous pouvez soit:
Questions?
Pour étudier les structures plus en détail,vous pouvez aller regarder le Digital Anatomist:
http://www9.biostr.washington.edu/da.html