Amélioration de la séquence d’imagerie pour résoudre un problème d’artéfact lié au

Nous avons démontré dans le chapitre précédent (chapitre III) qu’il était possible d’imager de manière transcrânienne et complètement non invasive, le cerveau de souris anesthésiées, quel que soit leur âge, à travers leur crâne et leur peau intacts, en utilisant des séquences d’imagerie Doppler ultrarapide classiques. Dans ce chapitre nous nous intéressons à la possibilité de faire de l’imagerie vasculaire cérébrale Doppler ultrarapide ainsi que de l’imagerie fonctionnelle cérébrale chez la souris éveillée et libre de ses mouvements. Théoriquement, et aux vues des résultats du chapitre précédent, ce genre d’imagerie pourraient donc se faire de manière complètement non invasive chez la souris éveillée, comme nous l’avons démontré chez la souris anesthésiée. Cependant, comme la peau du crâne n’est pas rigidement liée au crâne mais au contraire peut bouger par rapport à celui-ci, une fixation entièrement non invasive sur la peau (à l’aide de colle par exemple) a été tentée mais n’a pas fonctionné. En effet, afin d’éviter les artéfacts lorsque la souris est libre de ses mouvements, une stabilisation solide de la sonde est nécessaire. C’est pour cela que le cadre métallique magnétique a été fixé directement sur le crâne des souris à l’aide de vis de fixation (Figure IV-5) et que la peau du crâne a été retirée dans la fenêtre d’imagerie. De plus, le fait de retirer la peau du crâne nous permet de fixer le cadre métallique de manière précise en se servant des repères visible sur l’os (Bregma et Lambda). En utilisant ce montage, des images Doppler ultrarapides de haute qualité ont été obtenues pour la première fois sur une souris éveillée et libre de ses mouvements (Figure IV-6) : on observe sur ces images coronales la vascularisation du cerveau ainsi que des tissus environnants. Plusieurs coupes coronales différentes ont pu être acquises entre Bregma et Lambda en bougeant manuellement la sonde par rapport au cadre métallique. Notre montage expérimental nous permet donc d’accéder à différentes aires cérébrales.

Figure IV-6 : Images vasculaires du cerveau d’une souris éveillée et pouvant se déplacer librement,

obtenues par acquisition Doppler ultrarapide classique. Plusieurs plans coronaux ont pu être imagés entre Bregma et Lambda en bougeant manuellement la sonde par rapport au cadre métallique fixé sur la tête de la souris. Ces plans coronaux ont été identifiés comme correspondant aux plans de coordonnées Bregma -3.5 mm (a), -2.5 mm (b), -1.5 mm (c).

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Ces images vasculaires ont été obtenues avec une séquence d’imagerie ultrasonore classique, identique à celles utilisées chez les souris anesthésiées. Cependant, afin d’étudier l’activité cérébrale au cours du temps une optimisation de la séquence d’acquisition a été nécessaire. En effet, sur ces images vasculaires faites à un instant t, et notamment sur la coupe coronale correspondant à la Figure IV-6 (b), on peut observer sur les bords du cerveau la présence de deux muscles temporaux (muscles de la mâchoire) présentant un signal Doppler fort. A cet instant t, les muscles ne sont pas activés et leur signal ne vient pas perturber le reste de l’image. Cependant, dès les premières

Figure IV-7 : Optimisation de la séquence ultrasonore permettant de cibler l’énergie sur la zone

contenant uniquement le cerveau afin de réduire un artéfact provenant des muscles temporaux de part et d’autre du cerveau de la souris. Une image Doppler a été acquise toutes les secondes pendant 5 minutes en utilisant (a) une séquence ultrasonore classique utilisant les 128 éléments de la sonde, ou bien (b) la séquence ultrasonore optimisée avec apodisation des éléments extrêmes de la sonde par une fenêtre de Hamming, à la fois à l’émission et à la réception. (c) Le signal Doppler provenant des muscles temporaux induit un artéfact dans la région centrale de l’image (encadrée en blanc) contenant le cerveau, et conduit à une forte augmentation de l’amplitude du signal Doppler moyennée dans cette zone centrale d’intérêt (jusqu’à +120%). Deux images Doppler ont été affichées : une correspondant à un de ces pics d’amplitude (image de gauche) et une autre lors d’une phase stable où les muscles ne sont pas activés (image de droite). (d) La séquence optimisée, apodisant le signal des éléments latéraux sur 3.5 mm à la fois en émission et réception, conduit à un signal Doppler au cours du temps bien plus stable. Les amplitudes des variations du volume sanguin cérébral dans la zone d’intérêt encadrée en blanc sont <20%, ce qui est compatible avec des variations induites par une activité cérébrale.

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expériences sur les souris éveillées nous nous sommes rendu compte que de nombreuses images acquises étaient perturbées par un artéfact rendant nos acquisitions fonctionnelles inexploitables. En effet, lorsque la souris utilise ses muscles temporaux (ce que nous avons identifié comme étant lié à un phénomène de mastication de la souris), le signal Doppler provenant des muscles devient très fort et perturbe l’image, non seulement sur les bords où se trouvent les muscles, mais également dans la zone centrale de l’image où se trouve le cerveau. Cet artéfact résulte en une augmentation allant parfois jusqu’à +120% du signal Doppler de base (Figure IV-7 (c)). Cet artéfact n’est pas gênant dans le cas où seule une image vasculaire à un instant t quelconque doit être acquise : si les muscles sont activés à cet instant t il suffit de refaire l’acquisition quelques secondes plus tard et de garder l’image sans artéfact. Dans le cas des acquisitions d’imagerie fonctionnelle le problème est plus délicat car l’information clé dont nous avons besoin correspond justement à la variation du signal Doppler au cours du temps, provoquée par l’activité fonctionnelle du cerveau, et non provoquée par des perturbations extérieures du signal de type artéfact. Dans ce type d’acquisition une image Doppler ultrarapide est acquise chaque seconde durant 5 minutes et chaque image au cours du temps est importante. Il nous a donc été nécessaire de modifier la séquence ultrasonore afin de supprimer ces artéfacts musculaires. Pour cela, nous avons fait en sorte de « masquer » les muscles temporaux, à la fois lors de l’émission et de la réception à l’aide d’une apodisation du signal par une fenêtre de pondération de type Hamming (Figure IV-7). Cette amélioration de la séquence d’acquisition conduit bien à une suppression significative de l’artéfact et à une image Doppler au cours du temps plus stable et de bien meilleure qualité, dont les variations d’amplitude sont compatibles avec une activité cérébrale (<20%) chez la souris éveillée (Figure IV-7 (d)).