Evaluation et optimisation de lʹacquisition et du post-traitement de lʹétude de la perfusion cérébrale par ʺ Arterial Spin Labeling ʺ

par Jean-Christophe Ferré

Thèse de doctorat en Génie biologique et médical

Sous la direction de Jean-Yves Gauvrit.

Soutenue en 2011

à Rennes 1 , dans le cadre de École doctorale Vie-Agro-Santé (Rennes) , en partenariat avec Université européenne de Bretagne (2007-2016) (autre partenaire) .

mots clés

• Imagerie par résonance magnétique
• Médecine -- Recherche
• Perfusion isolée
• Traitement d'images -- Techniques numériques
• Encéphale
• Recherche biomédicale
• Imagerie par résonance magnétique
• Encéphale

Résumé

L’étude de la perfusion cérébrale par marquage des protons artériels ou « arterial spin labeling » (ASL) est une technique IRM, qui utilise comme traceur endogène les protons du sang artériel marqués magnétiquement. Cette technique permet une quantification fiable et reproductible du débit sanguin cérébral sans injection de produit de contraste exogène ni rayonnement ionisant. Son principal inconvénient est son faible rapport signal-sur-bruit. Alors que cette technique devient disponible sur les IRM cliniques, l’objectif de ce travail a été d’évaluer et d’optimiser l’acquisition et le traitement des données ASL de séquences disponibles sur deux IRM 3T. Nous avons ainsi étudié l’influence des paramètres hémodynamiques carotidiens sur le choix de paramètres de la séquences et nous avons montré l’intérêt de l’utilisation d’une antenne 32 canaux et de l’imagerie parallèle sur la qualité des cartographies. Au niveau du traitement des images, de nouvelles méthodes de débruitage spécifique des images ASL ont été étudiées et la mise en œuvre d’une chaîne de traitement complète a permis la comparaison de l’ASL fonctionnelle à l’IRMf BOLD. Une approche « Template » a aussi été évaluée pour la détection de variations individuelles focales de la perfusion. Nous avons appliqué l’ASL à la phase aiguë de l’accident vasculaire constitué ischémique et dans un domaine où l’ASL a été peu utilisée, la psychiatrie. Nos résultats ont montré que la conjonction des conditions optimales d’acquisition et d’un traitement optimisé des données devrait rendre plus pertinente l’utilisation de l’ASL dans le domaine de la recherche clinique mais aussi en routine clinique.

Titre traduit

Arterial Spin Labeling cerebral perfusion technique : Evaluation and optimization of data acquisition and post-processing

Résumé

Arterial spin labeling (ASL) is a magnetic resonance perfusion imaging technique for measuring cerebral blood flow (CBF) which uses magnetically labeled arterial blood water as an endogenous tracer. ASL is completely noninvasive and can be repeated because it is performed without injection of contrast media, or radiation exposure. Moreover, CBF quantification is convenient and reproducible. However ASL is a low signal-to-noise ratio measurement technique. This technique becomes available on clinical MRI scanner. In this context, the aim of this work was to assess and optimize the image acquisition and the data processing acquired with two clinical techniques. We have demonstrated a correlation between acquisition parameters and hemodynamic parameters and we showed a maps’ quality improving using 32-channel coil combined with parallel imaging. New denoising methods were implemented and an optimized complete workflow was used to compare fASL and BOLD fMRI. A “template” approach was also assessed to detect individual increased perfusion area. Clinically, we used ASL to detect hypoperfusion defect on acute ischemic stroke and focal perfusion abnormalities in patients with chronic and resistant depression. Our results showed that a combination of optimized conditions acquisition and dedicated processing could help ASL to be more accurate in clinical research and practice.