Méthodes optiques pour l'exploration fonctionnelle du cerveau

Optical methods for functional exploration of the brain

• Auteur / Autrice : Raphaël Sablong
• Direction : Jacques Derouard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (Grenoble)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Lebras, Stéphane Mottin, Raphaël Sablong
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sigrid Avrillier, Hervé Saint-Jalmes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie

Maladies cardiovasculaires

Imagerie pour le diagnostic

Spectroscopie infrarouge proche

Mots clés libres

Spectrométrie du proche infrarouge

Diodes laser

Optique biomédicale

Oxymétrie

Hémodynamique cérébrale

Imagerie de perfusion

Accident Vasculaire Cérébral

Cerveau

Résumé

Les avantages de l'utilisation de l'optique, pour l'exploration cérébrale sont bien connus: innocuité du rayonnement utilisé, portabilité de l'instrumentation, observation directe des variations des concentrations des hémoglobines ou des traceurs colorés. . . Ceci fait de la spectrométrie du proche infrarouge (NIRS) une technique complémentaire de la RMN, malgré la supériorité indéniable de cette dernière pour l'imagerie de tissus profonds à haute résolution spatiale. Lors de ce travail, effectué en concertation avec le Laboratoire de RMN Bioclinique, nous avons développé des dispositifs optiques simples en vue d'apporter des moyens auxiliaires de diagnostic de l'hémodynamique cérébrale. Les expériences in vivo, réalisées chez le rat, se sont déclinées selon trois thèmes: Premièrement la détermination du profil de la fonction d'entrée artérielle: Cette mesure, nécessaire à la quantification précise de la perfusion cérébrale, est souvent très approximative. Ici la forme de cette courbe de concentration d'un traceur (ICG) dans le compartiment artériel du cerveau, injecté en embole, est établie en s'appuyant sur les modulations du signal optique, synchronisées sur le battement cardiaque. Deuxièmement l'oxymétrie : le taux d'oxygénation du sang dans le cerveau a été mesuré notamment grâce à une méthode de spectrométrie large bande. Ce paramètre serait précieux pour des études de physiologie. Troisièmement le dépistage des situations d'accidents vasculaire cérébral (AVC), avec un volet imagerie: des cartographies de "temps d'arrivée" de bolus d'ICG sont notamment présentées. Le dispositif multicanal développé pour cette application permet de souligner une anomalie locale de perfusion cérébrale. Or le diagnostic des AVC est un enjeu majeur de santé publique. La pertinence de ces résultats préliminaires est critiquée en fonction des sources de bruit physiologique, et de rappels sur les présupposés théoriques appliqués à un système biologique complexe tel que le cerveau

Near Infrared spectroscopy can be a complementary technique to NMR for functional exploration of the brain. During this thesis, we have developed fibered optical devices in order to provide diagnosis auxiliary tools by cerebral hemodynamics measurements. In vivo experiments were performed in rats according to three objectives: first to determine the arterial input function from tissue optical density change after tracer (ICG) bolus injections; second oximetry by differential method based on wide band spectrometric measurement; third to map the arrival time of ICG bolus in order to detect stroke by means of a specific multichannel device. The relevance of these preliminary results is discussed taking into account physiologic noise sources and approximations of current models that are applied to such a complex biological system as brain