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Vulnérabilité différentielle des noyaux thalamiques dans la sclérose en plaques

Introduction :

La sclérose en plaques (SEP) est la maladie auto-immune la plus fréquente du système nerveux central et la première cause de handicap non traumatique de l'adulte jeune. Le thalamus est une des premières structures de substance grise à être atteinte dans la SEP. Il est composé de multiples noyaux et les étudier spécifiquement pourrait nous apporter plus d'informations que l'étude du thalamus global. En rapport avec des études anatomopathologiques et d'imagerie récentes, nous faisant l'hypothèse d'une vulnérabilité différentielle des noyaux thalamiques dans la SEP. Une séquence par imagerie à résonnance magnétique (IRM) nommée WMn-MPRAGE permet à l'aide d'un algorithme appelé THOMAS de segmenter automatiquement le thalamus. Néanmoins le WMn-MPRAGE n'est pas acquis en pratique courante. Pour pallier ce problème, une méthode dérivée de THOMAS nommée T1 multi- atlas based utilisant des acquisitions conventionnelles T1 a récemment été développée. Dans cette étude, nous avons testé les performances de cette méthode, analysé les volumes des noyaux thalamiques de plusieurs formes de SEP et leurs corrélations aux fonctions cognitives des patients.

Méthode :

Les données de cinq études prospectives consacrées à différents types et étapes de la SEP (syndrome cliniquement isolé, SCI; récurrente rémittente, RR; primaire progressive, PP) ont été utilisées. Chacune des études disposait de contrôles appariés. Les paires d'acquisitions 3D WMn-MPRAGE et 3D T1 conventionnelles ont été utilisées pour évaluer les performances de la méthode T1 multi-atlas based par rapport à la méthode de référence THOMAS en utilisant les index de type Dice et le volume similarity index (VSI). Les acquisitions conventionnelles T1 ont ensuite été segmentées en utilisant la méthode T1 multi-atlas based. Les noyaux thalamiques ont été regroupés en 4 principaux groupes (antérieur, latéral médial et postérieur) et leurs volumes indexés sur le volume intra -crânien. Les volumes indexés ont ensuite été exprimés sous la forme de Z-scores en utilisant les volumes des contrôles comme référence. Les groupes nucléaires ont été comparés les uns par rapport aux autres et pour chaque forme de la maladie (SCI, RR, PP) en utilisant des analyses de type MANCOVA. Les tests cognitifs ont été regroupés en 5 domaines cognitifs et les Z-scores de chacun des domaines ont été calculés en utilisant également les contrôles comme référence. Les patients étaient considérés comme ayant des troubles cognitifs « cognitively impaired » (CI) s'ils avaient au moins deux domaines cognitifs <-1,64. Les Z-scores des volumes nucléaires ont été comparés entre patients CI et cognitivement préservé « cognitively preserved » (CP) par une MANCOVA.

Résultats :

La méthode T1 multi-atlas based utilisant des acquisitions T1 conventionnelles a permis d'obtenir des segmentations thalamiques proches de la méthode de référence THOMAS utilisant des séquences de type WMn-MPRAGE (Dices compris entre 0,65 et 0.89 et VSI entre 0.84 et 0.95 pour le thalamus global et les groupes de noyaux). Les groupes thalamiques médial et postérieur étaient les premiers et les plus atteints dans toutes les formes de la maladie. Au contraire, les groupes antérieur et latéral étaient relativement préservés. Sur le plan de la cognition, le fait d'avoir d'être CI était corrélé à l'atrophie du groupe antérieur.

Discussion, perspectives et conclusion :

Nous avons premièrement validé la méthode T1 multi-atlas based pour segmenter le thalamus à partir d'acquisitions T1 conventionnelles. En utilisant cette technique, nous avons obtenu de premiers éléments en faveur d'une vulnérabilité différentielle des groupes thalamiques avec une atteinte prédominante à proximité du 3ième ventricule (groupes médial et postérieur) par rapport aux autres (groupes antérieur et latéral), ce qui suggère des mécanismes inflammatoires médiés par le liquide cérébro-spinal. D'autre part, nous avons montré que l'atteinte du groupe antérieur pourrait avoir un impact direct sur les fonctions cognitives. Enfin, une nouvelle stratégie de segmentation utilisant des reconstructions WMn synthétique nous permet de conduire actuellement des analyses à l'échelle d'une cohorte nationale afin de valider notre hypothèse

Mots-clés libres : Imagerie par résonance magnétique (IRM), sclérose en plaques (SEP), thalamus, segmentation, vulnérabilité différentielle, intelligence artificielle, réseau de neurones, séquence synthétique.

Rameau (langage normalisé) :
• Sclérose en plaques
  
• Thalamus -- Imagerie par résonance magnétique
  
• Intelligence artificielle en médecine