Validation in vivo et ex vivo de la tractographie IRM des faisceaux de substance blanche cérébrale. – FIBRATLAS II-III

Position du problème. L’altération des fibres blanches cérébrales pourrait constituer un biomarqueur important de nombreuses pathologies. L’IRM pondérée en diffusion (DWI) est une technique non invasive qui évalue le trajet (tractographie) des fibres blanches à partir de la diffusion de l'eau. Elle fait appel à des modèles mathématiques et ne fournit qu’une évaluation indirecte du trajet des fibres. Malgré ces incertitudes, elle est pourtant largement utilisée en
clinique et en recherche sans avoir été validée de façon indiscutable chez l’homme.

Objectif général. Comparer qualitativement et quantitativement la tractographie in vivo et ex vivo à la dissection (vérité terrain) chez les mêmes sujets.

Objectifs spécifiques
1) Constituer une base de données comportant, pour les mêmes sujets, des données : in vivo (IRM 3D et DWI, données neuropsychologiques) et ex vivo (reconstruction des faisceaux de fibres à partir de la dissection et DWI)
2) Comparer qualitativement et quantitativement la tractographie in et ex vivo à la dissection (vérité terrain).
3) Distribuer les données et la méthode de comparaison, ainsi qu’un outil d’enseignement de la neuroanatomie.

Programme de travail (9 tâches, 4 ans) :
1) Gestion de projet
2) Contrôle qualité afin de limiter la variabilité entre les imageurs utilisés. Il utilisera des objets tests scannés périodiquement
3) 184 volontaires sains de 82 ans ou plus ayant préalablement donné leur corps à la science seront recrutés. Chacun aura un bilan neuropsychologique, une IRM 3D et DWI. Les principaux faisceaux seront reconstruits grâce à des algorithmes probabilistes et déterministes.
4) Après décès de certains des volontaires inclus (au moins 20 attendus en 4 ans) les encéphales seront extraits, fixés au formol puis auront une IRM-DWI haute définition sur 2 machines complémentaires:
5) l'IRM du Connectome (Martinos Center, USA), seule machine équipée de gradients ultra puissants (300mT/m, 3T)
6) l'IRM 7T (80mT/m) de Neurospin
7) Reconstruction des faisceaux à partir de la dissection. Nous utiliserons une méthode que nous avons développée préalablement: après préparation, les encéphales auront une IRM-3D puis seront disséqués selon la technique de Klingler. La surface de la pièce anatomique sera acquise itérativement lors de la dissection par 2 techniques : un scanner laser surfacique acquérant précisément sa géométrie, et un appareil photographique numérique apportant des
informations de texture. Le mêmes faisceaux seront segmentés interactivement sur ces surfaces puis reconstruits en 3D
8) Comparaison tractographie - dissection. Les données obtenues ex vivo (tractographie et dissection) seront portées dans le référentiel de l’IRM in vivo à l’aide d’une méthode de recalage utilisant des informations surfaciques et volumiques (CVS) que nous validerons quantitativement. Les résultats de la tractographie in vivo et ex vivo seront ensuite comparés qualitativement et quantitativement à ceux de la dissection (vérité terrain).
9) Développement d’un site web donnant accès aux données et à la méthode de comparaison, ainsi qu’à un outil d’enseignement anatomique en ligne.

Retombées directes
1) Évaluation de la tractographie in vivo par comparaison à la dissection
2) Évaluation de la tractographie ex vivo par comparaison à la dissection
3) Utilisation des données de diffusion et de dissection par d’autres équipes pour évaluer et améliorer des méthodes émergentes de tractographie.
4) Distribution d’un outil d’enseignement en ligne de la neuroanatomie

Retombées indirectes
1) Comparaison qualitative et quantitative d’algorithmes de tractographie existants à l’aide des données obtenues et de la méthode de comparaison développée.
2) Établissement d’un atlas anatomique multimodal probabiliste de la substance blanche pour la population étudiée.
3) Recherche de corrélations entre données neuropsychologiques & lésions de substance blanche