L’IRMf en pratique sur un imageur
clinique 2008
Marc BRAUN – Laurent Koessler- Serge Bracard Service de Neuroradiologie & ERI 13 UHP-INSERM
Faculté de Médecine - CHU Nancy
INGREDIENTS APPAREILLAGE
ETAPE - DEBUTANT-
• UNE MACHINE IRM 1.5 T et plus
• GRADIENTS à PENTE RAIDE
• APPAREIL DE STIMULATION
• UNE CONSOLE DE TRAITEMENT DU
SIGNAL
CONNNAISSANCES
THEORIQUES MINIMALES
• ETAPE 1 : LIRE LA BIBLIOGRAPHIE SUR les résultats attendus en particulier LES
CHAPITRES MATERIELS ET METHODES
• ETAPE 2 : COMPRENDRE LES
PARADIGMES ET LES AIRES ACTIVEES
• ETAPE 3 : PASSER SOI-MEME DANS LE TUNNEL POUR COMPRENDRE LES
DIFFICULTEES DE L’EXERCICE
ETAPE 4 : APPRENDRE LA TOPOGRAPHIE ET LES FONCTIONS des AIRES DE BROADMAN de
la fonction étudiée.
REUNIONS AVEC LES PRATICIENS INTERESSES
Intérêts mutuels
• Neurochirurgiens (Bilan pre-opératoire)
• Neurologues
• Réadaptateurs
• Neuropsychologues ou Gériatres
• Psychologues cliniciens
• Pédiatres ou linguistes
ETAPES TECHNIQUES
• Plateau technique
• Séquences IRM
• Paradigmes
• Les données IRMf
• Le traitement des données
Plateau technique de stimulation
1. IRM
2. Antenne tête 8 canaux
3. Ecran MR compatible (dimensions) 4. Vidéo-projecteur :
1. dans la salle IRM : cage de Faraday
2. en dehors de la salle IRM (fenêtre dans l’axe du lit ou
miroirs)
Antenne Dédiée
Écran IRMf
• AVECO, rue des Petits Champs - 91100 VILLABE.
• Modèle : écran diffusion en acrylique grain = 8,0
150 cm115 cm
CAGE DE FARADAY DÉDIÉE SYSTÈME DE STIMULATION VISUELLE,
HÔPITAL LA TIMONE, MARSEILLE
LUNETTES (FIBRE OPTIQUE)
INTÉGRÉES À L’ANTENNE
Système Resonance Technology Inc
(USA) www.mrivideo.com
Courtoisie M Allard Bordeaux
Stimulation auditive
Casque pour stimulation sonore (système pneumatique ou
électronique)
CONSOLES DE TRAITEMENT
• 1. Console d’acquisition des images : réglages de la séquence et enregistrement des images IRMf
• 2. PC de stimulation : configuration des
paradigmes, synchronisation des paradigmes avec la séquence IRM, enregistrement des réponses comportementales
• 3. PC traitement des données (stockage +++
(taille examen IRMF, Matlab SPM, processeur +
++)
Boîtiers de réponses comportementales Système d’enregistrement
et de synchronisation IRMf
Système de réponse comportementale
(joystick, boutons, souris)
Salle IRM PC
stimulation
Fibre optique
Convertisseur optique-électrique Filtre RF
Contrôleur :
-Détecte les pressions sur boutons - Enregistre les triggers IRM
- Transmet les infos au PC de stimulation
Boîtier de
réponse
comportementale
Vibrateur pneumatique Vibrateur piézo-électrique
Systèmes de stimulation
Mesure d’angles articulatoires en IRMf
Synchronisation entre les coupes IRM enregistrées (bleu) et les blocs
(repos ou action) du paradigme (rose)
Plateau technique
PC
Acquisition PC
Stimulation
Vidéo projecteur Écran
Joysticks
Gestion des paradigmes
Réponses aux paradigmes
PC
Traitement d’images
Synchronisation
Acquisition IRMf / Paradigmes
Salle IRM
IRM
Paradigmes
• Les différents modes de présentations des paradigmes :
• Visuels
• Sonores
• Tactiles (Somesthésiques)
• Bloc : Alternance repos/activité
• Plusieurs stimulations/événements dans un bloc
• Événementiel :
• Déclenchement de l’acquisition pendant une stimulation brève
• Ex: clic de souris, dire un mot
Considérations générales (1)
• Il FAUT penser à la façon d’analyser les résultats
• AVANT de faire l’expérience
APRES il est trop tard….
.
Considérations générales (2)
1. Notre mesure comporte essentiellement du signal qui n’a pas d’intérêt.
• L’effet que nous mesurons représente souvent moins de 1% du signal
Pour voir cet effet à champ
clinique, il faut beaucoup de répétitions
Considérations générales (3)
Le passage dans l’IRM n’est pas une partie de plaisir
• Il faut que le sujet reste le moins de temps possible dans le tunnel
• Éthique + artéfacts dus à la
modification de la vigilance
Paradigmes
Préalables indispensables
• IMPORTANCE DES CONSIGNES DONNÉES PAR L’EXPÉRIMENTATEUR POUR LE MÊME TEST
• BIEN PENSER À LA CONSIGNE: ELLE DOIT
– ÊTRE PRÉCISE (DONC ECRITE),
– IDENTIQUE POUR TOUS LES SUJETS – SUSCITER LE MINIMUM DE
QUESTIONS/RÉPONSES
Les séquences IRM
• Séquence de repérage (CA-CP)
• Séquence IRM anatomique 3D T1 haute définition
• Séquence IRM fonctionnelle EPI
Remarque : il faut toujours noter
soigneusement l’ensemble des paramètres d’acquisition car ils vous seront utiles lors du
traitement des données
Le repérage
• Acquisition de TOUTES les séquences dans le même plan CA-CP de manière à recaler parfaitement
l’ensemble des données anatomo-fonctionnelles
Séquences IRM
• Séquence rapide pour suivi de phénomènes rapides
• Données IRMf = 4D : 3D spatial : x,y,z
• 1D temporel : t
• EPI (Echo Planar imaging)
• TR = 2500s à 3000 ms ; TE = 30,0ms
• ~ 22 coupes axiales selon CA-CP
• Ep.cpe = 5,0mm
• FOV = 25cm
• Matrice = 96*96 ou 64*64
• Résolution spatiale faible
• Selon CA-CP (important pour l’analyse des données et le recalage anatomo-fonctionnel)
• Durée de la séquence (dummy)
• Nombre de volumes acquis : ex 140 volumes
• 10*TR par bloc = 25 sec
k
yk
xt=0.005ms
t’=0.5ms
Séquence EPI
Caractéristiques :
- Acquisition rapide en x (BW longue) - Acquisition lente en y (BW courte) - Imagerie rapide : 10 slices / sec pour une résolution de 2mm
- Bandwidth est asymétrique
→ distorsion dans le sens de la phase
t’
t
Séquences IRM
• Séquences anatomiques haute résolution:
• 3D T1 Echo de gradient
• Coupes axiales selon CA-CP
• Ep. Cpe= 1,6mm
• FOV = 25cm
• Matrice= 256*256 (zipp 512)
• Voxel : 1*1*1,6mm
• Durée d’acquisition : 4min07s
• TE = 5,0ms
• TR = 10,8ms
Les données numériques
• Fichiers DICOM (description du format, header)
• Nbr important de fichiers (quelques milliers d’images !!! )
• Taille des fichiers
• Anatomique : .img = 108Mo .hdr=1Ko
• Fonctionnel : autant de fichiers que de volumes enregistrés
• Pour un volume, .img = 1Mo .hdr=4Ko
• Taille d’un examen IRMf :
• → Anatomique + 3 séries fonctionnelles + Analyse statistique
• Taille = environ 2Go !!! (plus de 10 000 fichiers au total)
PENSER
A L’ARCHIVAGE ET AU STOCKAGE DE VOS DONNEES
Le traitement des données
• SPM 99 ou SPM2
– Module autospm très pratique (Univ. de Liège) www.md.ucl.ac.be/rdgm/autospm2.html
• FSL (Oxford) www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/
• Société Scito
www.scito.com/radionet_fmri.html
• Solutions constructeurs
Le traitement des données
• Transformations des fichiers DICOM au format ANALYSE (.img & .hdr)
• → Nécessaire à cause de SPM2
• Slice timing qui consiste à dire que l’ensemble d’un volume a été acquis à un même temps t (coupe du milieu = référence temporelle)
T=0
T=2,5 Image 1
Image x
Le traitement des données
• Realign (correction des distorsions géométriques) : consiste à corriger les éventuels mouvements de la tête du patient pendant l’acquisition.
• Nécessite le choix d’une image de référence dans le volume
• Attention : les mouvements de la tête corrélés à une phase d’action
peuvent être considérés comme une activation (importance des graphes de déplacements par rapport au décours temporel, si concomitance….)
RECALAGE DES IMAGES
Variations acceptables Variations hors-limite
RECALAGE DES IMAGES
Le traitement des données
Normalize (Normalisation) : Les objectifs sont de pouvoir faire des comparaisons inter-sujets (étude de groupe) et de plonger les images anatomiques et fonctionnelles dans un espace commun stéréotaxique (template).
Moi Quelqu’un d’autre
Transla ted Zoomed
Rot ated
Sheared Affine
Transform My poor
brain
Best affine match to Template
Modèle (Template) implementing standard space
Normalisation
spatiale
Recalage
Le traitement statistique
• Smoothing (Lissage):
• Les données de l'IRM fonctionnelle présentent des corrélations spatiales.
• Le signal acquis dans un voxel n'est pas indépendant du signal des voxels voisins.
• On lisse avec un filtre passe-bas de façon connaître et imposer les caractéristiques des corrélations spatiales.
• Co-register (Recalage) : Mise en correspondance des données anatomiques et fonctionnelles.
• Permet d’augmenter la résolution spatiale pour la visualisation des cartes
d’activation.
P=3
P=2.5
Seuil statistique
Lissage
Limites
Courtoisie M Allard
