Qu’est-ce que l’IRM c érébrale A quoi sert-elle, Quelles sont ses limitations ?

1. Qu’est-ce que l’IRM cérébraleA quoi sert-elle, Quelles sont ses limitations? Oury Monchi, Ph.D. Centre de Recherche, Institut Universitaire de Gériatrie de Montréal & Université de Montréal

2. Plan du cours • 12 conférences de 3 heures • 5 travaux pratiques de 3 heures devant ordinateurs • 1 examen devant ordinateur (30%) • 1 examen écrit (70%) • (3 crédit)

3. Conférences I • A quoi sert l’IRM cérébrale? (maintenant!) 6. Introduction à l’analyse de l’IRMf et aux méthodes de manipulation des images. (13 février) 2. Introduction aux contrastes d’IRM. Dr. Rick Hoge (16 janvier) 3. Reconstructions d’images. Dr. Rick Hoge (23 janvier) 4. Devis expérimentaux, hypothèses, software de présentation (30 janvier) 5. Vérifications des données, Prétraitement (6 février)

4. Conférences II Mise en œuvre des analyses et applications. avec Mathieu Desrosier) (20 février) Normalisation des données. (27 fevrier) Méthodes d’IRM anatomique : VBM, DTI et MT. Dr. Thomas Jubault (12 mars) Connectivité fonctionnelle et anatomique. Dr. Keith Worsley (19 mars) Examples d’applications en neurosciences cognitives (26 Mars) Session No 12 : Fusions de données et applications cliniques. Dr. Claude Kaufmann (2 Avril) Examen final écrit (70%): Mercredi 16 avril de 13.30 à 16.30

5. Ateliers informatiques(Thomas Jubault, Ph.D et Claudine Gauthier, M.Sc.) • 7 février : Vérification des données et pré-traitement • 14 février: Modèle Linéaire Générale • 21 février: Moyennage et Normalisation • 13 mars: Visualisations et tables de résultats • 20 mars: Introduction à d’autres méthodes • 27 mars: Examen pratique (données à analyser)

6. Techniques d’IRM • I. Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) • A. Etudes anatomiques • B. Etudes Fonctionnelles • C. Etudes Physiologiques

14. Principes de base de l’IRM Aimant: Champ magnétique très puissant (1 à 7T) et homogène qui va inciter les protons d’hydrogène à s’aligner. Champ magnétique de la terre 0.00005T! Bobine de radiofréquence: envoie une impulsion à la fréquence de résonance de l’hydrogène. Après être entrer en état de résonance ces protons vont revenir à leur état de base à une vitesse différente suivant le tissue dans lequel il se trouve. Ceci générera un contraste de type T1 Bobine de gradients: le signal généré par la RF ne nous donnent pas d’information spatiale en temps que tel, ce sont les bobines de gradients alignées sur trois axes (x, y, z) qui nous permettent de le faire.

15. IRM: Principes de Base • Spins des protons d’Hydrogène

16. IRM: Principes de Base • Spins des protons dans le champ statique B0

17. IRM: Principes de Base • Effets de radiofréquences en résonance

18. IRM: Principes de Base • Combinaison de radiofréquences et gradients = localisation spatiale des coupes de l’objet

19. IRM: Principes de Base • Temps de relaxation des spins (T1 et T2

20. IRM: Principes de Base • Temps de relaxation de T1 et T2

21. IRM: Principes de Base

22. IRM: Principes de Base • Gradients X, Y, Z, Shim.

23. IRM: Principes de Base • Sécurité!!!!

24. R N Q /U N F Research programs: Innovations MRI Methods

25. Anatomical MRI (T1)

26. Voxel Based Morphometry Voxel based morphometry (VBM) is a neuroimaging analysis technique that allows investigation of focal differences in brain volume. Traditionally, brain volume is measured by drawing regions of interest (ROIs) and calculating the volume enclosed. However, this is time consuming and can only provide measures of large areas. Smaller differences in volume may be overlooked. VBM registers every brain to a template, which gets rid of most of the large differences in brain anatomy among people. Then the brain images are smoothed so that each voxel represents the average of itself and its neighbors. Finally, volume is compared across brains at every voxel.

27. Voxel Based Morphometry Brenneis et al., 2004 JNNP

28. Anatomy: vascular studies

29. a g b c f e Anatomie: Tenseurs de diffusion Étude de la connectivite anatomique

33. Principes de base de l’IRMf On connait une relation entre l’activité cérébale et le taux d’hémoglobine désoxygéné dans le sang Début des années 90 il a été découvert qu’une séquence d’impulsions produites par l’IRM pourrait mesurer le taux d’hémoglobine désoxygéné (Thulborn et al.; Ogawa et al.) Ceci a donné naissance au Blood Oxygenation Level Dependent (BOLD) fMRI ou T2* qui nous donne une mesure indirecte de l’activité cérébrale.

39. Experimental Design Blocked vs. event-related Source: Buckner 1998

40. Experimental design • Block design • compare long periods (e.g., 16 sec) of one condition with long periods of another • traditional approach • most statistically powerful approach • less dependent on how well you model the hemodynamic response • Event-related design • compare brief trials (e.g., 1 sec) of one condition with brief of another • very new (since ~1997) approach • less statistically powerful but has many advantages • trials can either be well-spaced to allow the MR signal to return to baseline between trials (e.g., 12+ seconds between trials) or closely spaced (e.g., every 2 sec)

41. Preprocessing

42. Modeling the expected response (fmridesign)

43. Modeling the data (GLM) (From Dr. J. Armony)

44. (From Dr. J. Armony)

46. Connectivité fonctionnelle et effective

48. IRMf: Principes de Base • Variations de la réponse hémodynamique

49. Toni et al. (2002) Cerebral Cortex

50. Physiological Studies: Spectroscopy