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Analyse micro-structurelle in vivo en temps réel par IRM de diffusion et application diagnostique dans les pathologies neuro-dégénératives de l’enfant – PediaRT

Biopsie virtuelle par IRM avec application aux pathologies neuro-dégénératives

Le projet propose un outil d'analyse micro-structurelle du cerveau in vivo et en temps réel, par IRM de diffusion, et de faire sa preuve de concept avec une application diagnostique dans les pathologies neuro-dégénératives de l’enfant.

Vers une biopsie sans chirurgie

Les techniques actuelles d'IRM permettent d'appréhender des informations liées à la microstructure du cerveau (diamètres des axones, tailles des neurones). L'objectif est de proposer à un industriel une architecture logicielle et matérielle connectée à l'IRM qui puisse faire cette mesure pendant l'acquisition de manière à ce que le médecin dispose des résultats à la fin de l'examen. L'impact peut être important car cela permettra de diminuer la durée de l'examen, et donc d'améliorer le confort du patient et d'optimiser les créneaux d'imagerie des centres de radiologie (et d'augmenter ainsi la rentabilité des machines). En appliquant cette technique à des maladies neuro-dégénératives comme l'épilepsie focale, nous espérons corréler les variations des informations d'imagerie à des changements tissulaires avérés obtenues par biopsie. A terme, la biopsie pourra être remplacée par un examen IRM, ce qui améliorera le parcours de soin du patient et diminura le coût de prise en charge.

Pour réaliser les mesures liées à la micro-structure du cerveau nous avons mené de nombreux développements logiciels pour : 1) à la fois adapter des séquences IRM existantes et créer de nouvelles séquences spécifiques, 2) faire les calculs spécifiques dans une application dédiée. Afin d'être compatible avec une stratégie temps réel, nous avons du revoir les algorithmes afin de les rendre incrémentaux, et distribuer ceux-ci sur une architecture matérielle de calcul intensif (cluster) que nous avons mis en place pour diminuer les temps d'analyse. La vérification des séquences et des applications se fait en condition réelle d'utilisation de l'IRM sur des volontaires sains.

Nous avons développé une infrastructure qui se connecte à une IRM pour traiter les données pendant l'acquisition. Nous disposons d'applications pour caractériser les tissus cérébraux : cartes de diffusion, cartes de relaxométrie, tractographie. Nous avons également les outils pour estimer les diamètres axonaux, mais il reste à les intégrer dans la plateforme temps-réel. Des discussions avec d'autres équipes nous ont fait prendre conscience que notre système pourrait aussi être utilisé en imagerie interventionnelle, en développant les applications adaptées.

Les grandes étapes sont : le développement des séquences, la parallélisation des algorithmes, et la validation clinique. Nous disposons des premières applications temps réel (relaxométrie, tractographie). Une étude de positionnement montre que les partenaires cibles seraient les PME/PMI. De nouvelles perspectives sont apparues en imagerie interventionnelle : le temps réel permettrait au chirurgien de mieux guider son intervention, ce qui lui gagnerait du temps et ferait baisser les coûts.

V. Brion & al., MRI, vol. 31, n° 8, 2013 - correction du bruit des images (PMID 23659768)
A. Lebois & al., Proc. ISMRM-Workshop, 2013 - estimation du diamètre des axones
A. Lebois & al., Proc. ISMRM, 2014 - amélioration du modèle pour la mesure du diamètre
A. Lebois, thèse de doctorat, 2014

Dans ce projet nous allons développer un système pour étudier la microstructure du cerveau in vivo en temps réel fondé sur l'imagerie par résonance magnétique (IRM) de diffusion à haute résolution spatiale. Ce système, conçu pour n'importe quel scanner IRM, sera plus spécifiquement utilisé sur les systèmes cliniques (1.5T, 3T) pour le diagnostic de nombreuses pathologies cérébrales, surtout quand la connectivité anatomique du cerveau et de petites lésions du cortex sont impliquées.
Pour faire la preuve de concept, ce système sera testé et validé dans deux conditions difficiles: 1) une population pour laquelle l'analyse est difficile: l'imagerie du tenseur de diffusion (DTI) et la tractographie en temps réel en imagerie pédiatrique, c'est à dire chez des patients avec une leucodystrophie métachromatique (MLD), qui est causée par la dégénérescence de la substance blanche du cerveau, et chez des patients atteints d'épilepsies focales (FE) induites par de petites lésions corticales. Cette plate-forme temps réel à haute résolution permettra d'isoler de potentiels biomarqueurs de diagnostic de ces pathologies en tirant profit des derniers développements dans le domaine de l'imagerie de diffusion, 2) des séquences IRM innovantes: mise en œuvre d'une nouvelle approche de microscopique par IRM de diffusion à très haute résolution sur des volontaires sains. Cette technique d'imagerie microscopique temps réel nécessitera une validation plus poussée, avec une comparaison directe avec l'histologie sur des échantillons de résection chirurgicale chez l'homme (chirurgie de l'épilepsie, tumeurs cérébrales ...).
Le traitement des données en temps réel pendant les acquisitions aura plusieurs impacts importants, comme par exemple: une forste diminution du délai d'exploration des pathologies cérébrales, une amélioration du confort des patients, du rendement des examens pédiatriques en terme de quantité de données exploitables, et de la rentabilité du scanner.
La valorisation avec un industriel du système de microscopie IRM en temps réel élaboré dans le cadre de ce projet sera étudié sous la forme d'un transfert de licence.

Coordinateur du projet

Monsieur Fabrice POUPON (NeuroSpin/I2BM/Direction des Sciences du Vivant/CEA) – fabrice.poupon@free.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CEA NeuroSpin/I2BM/Direction des Sciences du Vivant/CEA
CEAVALO Cellule Valorisation/Direction des sciences du vivant/CEA

Aide de l'ANR 249 647 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2013 - 24 Mois

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