sous la direction dolivier david frédéric grouiller soutenance de thèse, 15 septembre 2008 gin -...
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Sous la direction d’Olivier David
Frédéric GROUILLER
Soutenance de thèse, 15 septembre 2008
GIN - Équipe 5 : Neuroimagerie Fonctionnelle et Métabolique
Introduction : contexte et objectifs Cartographie des aires fonctionnelles
Principe et intérêts de l’IRMf/EEG
Suppression des artefacts sur l’EEG
Optimisation de la Fonction de Réponse Hémodynamique
Résultats
Discussion et conclusion
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Contexte : l’épilepsie
Affection neurologique répandue (prévalence ≈1%)
Différentes formes d’épilepsieLocalisation : épilepsie généralisée ou focaleOrigine : épilepsie symptomatique, idiopathique ou
cryptogénique
Dysfonctionnement de l’excitabilité neuronale => activité électrique anormale
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Traitements de l’épilepsie Traitement pharmaceutique
Nombreux effets secondairesOnéreux25% des patients sont pharmacorésistants
ChirurgieRésection ou déconnexion≈12000 candidats potentiels en France≈70% des patients guéris après l’interventionLe succès de l’intervention requiert une localisation
précise du foyer épileptogène
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Évaluations préchirurgicales Mesure de l’activité électrique : EEG
Tests cliniques
Évaluations neuropsychologiques
Imagerie structurelle : IRM et Scanner
Spectroscopie
Imagerie fonctionnelle : médecine nucléaire ou IRMf
Couplage de l’IRMf et de l’EEG : IRMf/EEG
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Objectifs Développer un outil clinique non invasif Identifier les réseaux épileptiques Cartographier les aires fonctionnelles
essentielles
Augmenter les chances de guérison Diminuer les effets secondaires Comprendre les réseaux épileptiques
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Introduction : contexte et objectifs
Cartographie des aires fonctionnelles Principe et intérêts de l’IRMf/EEG
Suppression des artefacts sur l’EEG
Optimisation de la Fonction de Réponse Hémodynamique
Résultats
Discussion et conclusion
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L’Imagerie par Résonance Magnétique (I.R.M.)
Technique d’imagerie non invasive
Très bonne résolution spatiale (≈1mm) => cartographie en 3D de l’anatomie cérébrale
Cartographie des fonctions cérébrales (IRM fonctionnelle)
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Principe de l’IRMf
Raichle, Sc. American, April 1994
t
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Activité neuronale
Consommation en O2 (5%)
Flux sanguin local (50%)
Concentration en désoxyhémoglobine
Signal IRM
t
Principe de l’IRMf
MESURE INDIRECTE10
Stimulusbref Undershoot
Undershootinitial
Maximum
FRH(Fonction de Réponse
Hémodynamique)
t
Activité neuronale
Consommation en O2 (5%)
Flux sanguin local (50%)
Concentration en désoxyhémoglobine
Signal IRM
t
Cartographie des fonctions essentielles
Pré-chirurgical : localiser les zones fonctionnelles à préserver pendant la chirurgie
Post-chirurgical : vérifier la récupération et la plasticité
Vision, Langage, Motricité, Mémoire, …
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Tâche d’encodage mnésique
8TR
Connues Nouvelles Connues Nouvelles Connues Nouvelles Connues
TR=3s192TR
Tâche d’encodage visuel chez un groupe de volontaires sains (N= 10, p=0,005 non corrigée)
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Introduction : contexte et objectifs
Cartographie des aires fonctionnelles
Principe et intérêts de l’IRMf/EEG Suppression des artefacts sur l’EEG
Optimisation de la Fonction de Réponse Hémodynamique
Résultats
Discussion et conclusion
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EEG et épilepsie Outil incontournable pour le
diagnostic de l’épilepsie
Différence de potentiel électrique entre 2 électrodes placées à la surface
Permet d’observer l’activité épileptique pendant et entre les crises
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Evénements intercritiques sur l’EEG
Pointes Ondes
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Dispositif expérimental
IRM :Philips 1.5TBruker 3T
EEGEEG compatible IRM
(Micromed)17 électrodes EEG et
2 électrodes ECG Salek-Haddadi et al., Brain Res Rev, 2003
Gotman et al., J Clin Neurophysiol, 2004
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Principe de l’IRMf/EEG
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Ce n’est pas aussi simple !L’IRMf/EEG est une technique simple sur le principe théorique mais difficile à mettre en place :
Artefacts sur l’EEG liés à l’environnement magnétique de l’IRM• Grouiller et al., A comparative study of different artefact removal algorithms for EEG signals acquired during functional MRI. Neuroimage, 2007, 38:124-137.
• Grouiller et al., Comparison of different algorithms for correcting MR artefacts in EEG using simulated data. Application to spike detection at 3T. Micromed EEG/fMRI User Meeting, Mogliano Veneto, Italie, 26-27 Octobre 2006.
Modélisation du couplage neurovasculaire• Grouiller et al., Hemodynamic properties of the epileptic human brain in the interictal state. (En révision).
• Grouiller et al., Étude de la variabilité de la réponse hémodynamique chez les patients épileptiques par EEG et IRMf simultanés. 12ème Congrès du GRAMM, Lyon, France, 26-28 Mars 2008.
• Grouiller et al., Evaluation of the hemodynamic response function for interictal epileptiform discharges. 13th Annual Meeting of the Organization of Human Brain Mapping, Chicago, USA, 10-14 Juin 2007.
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Introduction : contexte et objectifs
Cartographie des aires fonctionnelles
Principe et intérêts de l’IRMf/EEG
Suppression des artefacts sur l’EEG Optimisation de la Fonction de Réponse Hémodynamique
Résultats
Discussion et conclusion
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Artefacts cardiaques (BCG)
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Artefacts pendant l’acquisition des images IRMf
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Évaluation des algorithmes de suppression d’artefacts
Grouiller et al., Neuroimage , 2007
Conclusions :• Trop filtrer dégrade le signal EEG• Une fréquence d’acquisition de 2kHz pour l’EEG est suffisante• La correction des artefacts cardiaques n’est pas toujours utile
EEG avec artefacts Algorithme de
suppression
EEG corrigé
Modélisation de l’EEG
Modélisation des artefacts cardiaques
Modélisation des artefacts de gradients
Performance de l’algorithme
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Modulation du rythme alpha (ouverture/fermeture des yeux)
Extraction de la puissance dans la bande alpha sur l’EEG
Comparaison avec le paradigme expérimental
Application à l’imagerie du rythme alpha
Grouiller et al., Neuroimage , 2007
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Application à la détection de pointes intercritiques
Grouiller et al., Neuroimage , 2007
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Correction des artefacts Étude de l’influence des paramètres
expérimentaux
Développement d’un ensemble de méthodes pour corriger les artefacts
Correction satisfaisante des artefacts adaptée au dispositif expérimental
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Résultats avec les hypothèses classiques
≈ ⅓ des examens concordants≈ ⅓ des examens concordants pour les patients avec pointes focales
Londres : 63 patients Montréal : 64 patients Pas de pointes pour 24
patients Patients avec décharges
bilatérales : 100% d’activations concordantes
Patients avec pointes focales : 45% avec activations concordantes
Aghakhani et al., Brain, 2006
Salek-Haddadi et al., Brain Research, 2006
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Nos résultats …
Seulement 30% des examens concluants …
Pas de pointes (4 patients)
Pas d’activations (8 patients)
Activations concordantes (6 patients)
Activations discordantes (5 patients)
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Exemple de résultats ….
p<0,005 correction FDR
Patient avec une dysplasie frontale
=> Activation partiellement concordante28
Nos résultats …
Seulement 30% des examens concluants …
Pas de pointes (4 patients)
Pas d’activations (8 patients)
Activations concordantes (6 patients)
Activations discordantes (5 patients)
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Pourquoi ça ne marche pas
Notre modèle de réponse hémodynamique est-il valable pour les tissus épileptiques
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Introduction : contexte et objectifs
Cartographie des aires fonctionnelles
Principe et intérêts de l’IRMf/EEG
Suppression des artefacts sur l’EEG
Optimisation de la Fonction de
Réponse Hémodynamique Résultats
Discussion et conclusion
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Modèle déformable bi-paramétré du couplage neurovasculaire
=> Base de fonctions
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Dilatation/Contraction Décalage temporel
Espace des FRH
Exemple pour une tâche motrice chez un volontaire sain
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Fonction de Réponse Hémodynamique (FRH)
optimale :
Décalage temporel : t0 = 0s
Facteur de déformation : = 1
Exemple pour l’épilepsie absence : Analyse classique
Epilepsie Absence Juvénile
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HRF classique
Exemple pour l’épilepsie absence : Optimisation de la FRH
HRF Classique35
Cartes des paramètres hémodynamiques optimaux
Carte du décalage temporel Carte du coefficient de dilatation
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Introduction : contexte et objectifs
Cartographie des aires fonctionnelles
Principe et intérêts de l’IRMf/EEG
Suppression des artefacts sur l’EEG
Optimisation de la Fonction de Réponse Hémodynamique
Résultats Discussion et conclusion
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Résultats après optimisation de la FRH
Seulement 30% des examens concluants …
75% des examens sont concluants !
Pas de pointes (4 patients)
Pas de pointes (4 patients)
Pas d’activations (2 patients)
Pas d’activations (8 patients)
Activations concordantes (17 patients)
Activations concordantes (6 patients)
Activations discordantes (5 patients)
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Résultats après optimisation de la FRH
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3 groupes de patients :
Épilepsies Généralisées Idiopathiques
Déconnexions temporales
Épilepsies focales
Patients "Déconnectés"
Activité épileptique toujours enregistrée après la déconnexion
Validation de l’IRMf/EEG: Patient guéri => activation dans le
lobe déconnecté Patient non guéri => activation en
dehors du lobe déconnecté
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Résultats : Déconnexion temporale (patient guéri)
p<0,005 correction FDR
=> Activation dans le lobe déconnecté … mais aussi ailleurs !
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Épilepsie focale :
Patiente 23 ans avec photosensibilité aux rayures :
Cartographie des aires visuelles
Cartographie des aires épileptiques
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Épilepsie focale :
Activité épileptique localisée à proximité du cortex visuel primaire
Activation atypique des aires visuelles
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8TR
Épilepsie focale :Patient 20 ans avec atrophie de l’aire motrice supplémentaire
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Épilepsie focale : Cartographie des aires motricesCartographie des aires épileptiques :• Pointes
• Crises infracliniques
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Épilepsie focale :Cartographie des aires épileptiques :Réseau activé par les pointesRéseau activé par les crises
=> Réseaux activés par les pointes et par les crises partiellement superposés
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Épilepsie focale :Cartographie des aires motrices :
Mouvement du pied droit
Activité épileptique localisée à proximité des aires motrices
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Introduction : contexte et objectifs
Cartographie des aires fonctionnelles
Principe et intérêts de l’IRMf/EEG
Suppression des artefacts sur l’EEG
Optimisation de la Fonction de Réponse Hémodynamique
Résultats
Discussion et conclusion
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Interprétation des résultats Activations non restreintes au foyer
• Extraction de l’activité épileptique• Projection des activations
Modifications hémodynamiques• Précédence des variations hémodynamiques sur l’activité
épileptique enregistrée à l’EEG• Réponse hémodynamique lente : modification du
couplage neurovasculaire
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Perspectives Problème de validation (pas de
Gold-Standard) : que voit-on ?
Développement de la multimodalité (vasoréactivité, diffusion, …)
Autres modélisations des données : ACI, clustering, …
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Bilan Mise en place de l’IRMf/EEG au CHU de
Grenoble
Étude comparative des différents algorithmes de correction des artefacts
Modélisation de la réponse hémodynamique
Sujet multidisciplinaire très enrichissant
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Place aux questions !
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