Haute résolution magnétique fonctionnelle Méthodes d'imagerie par résonance mésencéphale humain

L'objectif général de cette procédure est de mesurer des signaux IRMf à haute résolution dans le mésencéphale et le tronc cérébral humain. Cela est réalisé en présentant d'abord un stimulus visuel approprié au sujet de recherche. Ensuite, un ensemble optimal d'IRMf.

Les procédures et les paramètres sont utilisés pour recueillir des données, et celles-ci sont analysées à l'aide d'une combinaison de techniques d'analyse standard et d'analyse basées sur les surfaces. La dernière étape consiste à superposer les données sur une représentation en 3D de la surface pour la visualisation. En définitive, l'IRMf à haute résolution est utilisée pour montrer une représentation topographique de l'angle polaire en réponse à une stimulation visuelle dans le colliculus supérieur humain.

Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes pour les structures sous-corticales est que nous sommes en mesure d'atteindre une résolution élevée tout en surmontant le faible rapport signal sur bruit associé à l'IRMf à haute résolution. Nous pouvons y parvenir grâce à des techniques spécialisées d'acquisition et d'analyse d'images. Bien que cette méthode ait été conçue spécifiquement pour imager la fonction du colliculus supérieur humain, elle peut également être appliquée à d'autres régions sous-corticales telles que le noyau ululaire latéral, le colliculus inférieur ou le noyau sous-thalamique.

Pour obtenir un angle polaire, la carte topographique de la rétine dans le collicule supérieur nécessite d'abord la mise en place d'un paradigme fonctionnel utilisant un secteur angulaire de 90 degrés composé de points en mouvement comme stimulus. Le stimulus est divisé en deux par trois secteurs virtuels, les points situés dans l'un des secteurs, choisi aléatoirement à chaque essai, se déplaçant plus lentement ou plus rapidement que tous les autres points. Voici un essai type où les points du secteur gauche central se déplacent plus rapidement que ceux des autres secteurs.

Après chaque essai, le secteur tourne autour du point de fixation par incréments de 30 degrés, de sorte que le stimulus effectue un cycle complet avec une période de 24 secondes. Chaque série comprend neuf rotations et demie du stimulus, et les séances expérimentales doivent inclure de 16 à 18 séries avant l'acquisition d'images. Faites en sorte que chaque sujet s'entraîne à la tâche visuelle pour chaque essai de deux secondes.

Demander au sujet de manière discrète d'observer le secteur angulaire et de réaliser une tâche de discrimination de vitesse tout en maintenant le regard fixé. À l'aide d'un bouton, le sujet doit indiquer si les points dans l'un des secteurs se déplacent plus rapidement ou plus lentement que dans les autres secteurs. Avant l'acquisition, les procédures standard de sécurité en IRM doivent être respectées. Placer le sujet sur la table du scanner et positionner la bobine RF au-dessus de la tête.

Ensuite, assurez-vous de fixer la tête du sujet à l’aide de coussinets en mousse afin de minimiser les mouvements. Expliquez que l’IRMf est particulièrement sensible aux artefacts de mouvement, surtout aux résolutions spatiales élevées utilisées dans cette étude. Placez également un pavé de boutons COMPATIBLE IRM dans une main et donnez les instructions concernant le bouton à appuyer pendant la tâche.

Le stimulus est projeté sur un écran affiché à l’aide d’un miroir monté sur la bobine. Le colliculus supérieur humain est une structure petite mais distincte d’environ neuf millimètres de diamètre, située sur la surface dorsale du mésencéphale, et plusieurs séries d’imagerie de localisation sont nécessaires pour en déterminer la position précise. Exécutez les localisateurs selon les plans sagittal, axial et coronal.

Utilisez maintenant ces images de localisation pour prescrire précisément le collier supérieur avec huit à dix coupes contiguës. Ensuite, obtenez des images structurelles T1 pondérées haute résolution à l’aide d’une séquence SPGR tridimensionnelle. Ces images serviront à aligner les données de IRMf sur un volume de référence structurel haute résolution, qui doit être acquis lors d’une séance distincte.

Ensuite, configurez l'acquisition d'images fonctionnelles en utilisant une trajectoire spirale en trois impulsions afin d'obtenir une taille de pixel dans le plan de 1,2 millimètre. Réglez le temps d'écho à 40 millisecondes, ce qui est plus long que la valeur habituellement utilisée dans le cortex, correspondant à une valeur mesurée plus élevée de T2*. Le TR doit être fixé à une seconde, de sorte qu'un volume soit acquis toutes les trois secondes.

Lorsque vous êtes prêt, commencez le balayage tout en exécutant le paradigme fonctionnel. Une fois l'imagerie fonctionnelle terminée, acquérez une autre série d'images structurelles T1 à haute résolution lors d'une séance distincte. Pour chaque sujet, obtenez un volume de référence à haute résolution à l'aide d'une séquence pondérée en T1 qui fournira un bon contraste tissulaire.

Cette séquence aura une durée d'environ 28 minutes. Une fois l'acquisition terminée, utilisez une combinaison de techniques automatiques et manuelles fournies dans le logiciel ITK SNAP pour segmenter des parties du tronc cérébral et du thalamus dans le volume à haute résolution. L'interface tissulaire entre le liquide céphalorachidien et le colliculus supérieur est interpolée à partir du segmentage par tessellation iso-densité, puis affinée afin d'obtenir une représentation de surface lisse et précise.

Cette surface fournit des sommets et des normales utilisés pour les calculs laminaires ainsi qu'un moyen de visualiser les données fonctionnelles. L'analyse décrite utilise le logiciel Mr.Vista ainsi que des outils développés sur la base du cadre Mr.Vista. Commencez par initialiser une session et choisissez l'option de normaliser spatialement l'intensité des données moyennes afin de réduire les effets d'hétérogénéité de la bobine, puis supprimez la première demi-période d'images.

Pour éviter les effets transitoires sur l'équilibre du RM et les effets hémodynamiques. Ensuite, ouvrez le logiciel Mr.Vista. Puis, effectuez les corrections du mouvement du sujet et de la chronologie des coupes.

Ensuite, faites la moyenne des multiples acquisitions enregistrées au sein de chaque session. Pour améliorer le rapport signal sur bruit, alignez les données structurelles de la session d'IRMf sur le volume de référence. Chargez l'alignement et la segmentation dans Mr.Vista.

Ensuite, transformer les données de séries chronologiques fonctionnelles vers le volume de référence segmenté. Aux étapes suivantes, utiliser les outils développés sur le cadre Mr.Vista. Calculer une carte de distance en déterminant la distance entre chaque voxel du tissu SC et son sommet le plus proche sur la surface SE.

Ces distances sont utilisées pour mesurer la position laminaire au sein du volume de référence. Ensuite, effectuez un processus de segmentation laminaire afin de permettre une moyenne en profondeur des données de séries temporelles, ce qui améliore le rapport signal sur bruit (SNR). Pour chaque point de la surface du SC, utilisez ces associations laminaires pour faire la moyenne des séries temporelles sur une plage de profondeur donnée afin d'analyser la représentation topographique des données.

Effectuez une analyse de cohérence sur les séries temporelles moyennées en profondeur en ajustant une sinusoïde à la fréquence de répétition du stimulus pour chaque voxel ; à partir de cet ajustement, dérivez des cartes en surface de la réponse, de l'amplitude, de la cohérence et de la phase. La phase de l'ajustement sinusoïdal mesurera la position du stimulus. Ici, nous observons des données de phase superposées à une surface 3D du SC, la phase nulle correspondant au méridien vertical supérieur.

Lorsque le stimulus tourne dans le sens horaire, une phase de pi sur deux correspond au moment où le stimulus a atteint la méridienne horizontale dans le champ visuel droit. Après un demi-tour de phase (π radians), le stimulus passe dans le champ visuel gauche, et ainsi de suite. La réponse à la stimulation visuelle est représentée de manière controlatérale dans le SC IE : le champ visuel gauche est représenté sur le SC droit et vice versa.

Les limites de l'ensemble de l'étendue superficielle du SC sont indiquées par des lignes pointillées rouges. L'activité présente une organisation topographique. Le champ visuel supérieur droit est représenté médialement sur le colliculus gauche, et le champ inférieur est représenté latéralement.

De même, le champ visuel supérieur gauche est représenté médialement sur le colliculus droit, et la partie inférieure est représentée latéralement. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière d'effectuer une IRMf à haute résolution dans le mésencéphale et le tronc cérébral humains. En particulier, vous devriez être en mesure de comprendre comment présenter un stimulus visuel, acquérir des données d'IRMf à haute résolution, réaliser des analyses classiques et basées sur la surface, et enfin visualiser les données sur une surface 3D afin d'obtenir des cartes tonotopiques à la surface du colliculus supérieur.