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Une nouvelle technique d'IRM capte les mouvements du cerveau avec des détails étonnants

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Cette technique, qui capte les mouvements du cerveau en temps réel, pourrait servir d'outil de diagnostic pour les affections difficiles à déceler

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Les images d'imagerie par résonance magnétique (IRM) sont généralement destinées à être statiques. Mais aujourd'hui, des chercheurs du Mātai Medical Research Institute (Mātai), du Stevens Institute of Technology, de l'Université de Stanford, de l'Université d'Auckland et d'autres institutions, présentent une technique d'imagerie qui capture le cerveau en mouvement en temps réel, en 3D et avec des détails étonnants, offrant ainsi un outil de diagnostic potentiel pour détecter des conditions difficiles à repérer, comme les troubles obstructifs du cerveau et les anévrismes, avant qu'ils ne mettent la vie en danger.

La nouvelle technique, appelée IRM amplifiée 3D, ou IRMa 3D, révèle les mouvements pulsés du cerveau, ce qui pourrait aider les chercheurs à visualiser de manière non invasive les troubles cérébraux et à élaborer de meilleures stratégies de traitement pour les déformations ou troubles minuscules qui obstruent le cerveau ou bloquent la circulation des fluides cérébraux.

Samantha Holdsworth, directrice de recherche à Mātai, maître de conférences à l'université d'Auckland et chercheuse principale au Centre de recherche sur le cerveau, et Mehmet Kurt, professeur adjoint d'ingénierie mécanique au Stevens Institute of Technology, ont maintenant publié deux articles sur l'IRMa en collaboration avec l'université de Stanford, l'université de San Diego en Californie, l'université Queens et l'Icahn School of Medicine at Mount Sinai.

Le premier article, publié aujourd'hui en ligne dans Magnetic Resonance in Medicine, présente la méthode d'IRMa 3D, en la comparant à son prédécesseur, l'IRMa 2D. La nouvelle méthode permet une visualisation étonnante du mouvement du cerveau humain, visible dans toutes les directions. Le deuxième article, publié aujourd'hui en ligne dans Brain Multiphysics, visualise, valide et quantifie à la fois l'amplitude et la direction du mouvement du cerveau dans un espace tridimensionnel. La validation et la quantification garantissent que le traitement logiciel reflète une version amplifiée du mouvement réel.

Les approches présentées dans ces deux articles pourraient apporter des informations cliniques importantes pour un certain nombre de troubles cérébraux. Par exemple, le mouvement anormal de deux zones situées à la base du cerveau, le cône et le cervelet, a été proposé comme marqueur diagnostique de la malformation de Chiari I, une anomalie qui entraîne une extension du tissu cérébral dans le canal rachidien.

L'IRM amplifiée en 2D a été développée par Holdsworth, Mahdi Salmani Rahimi, Itamar Terem et d'autres collaborateurs à Stanford, permettant à l'imagerie IRM de capturer le mouvement du cerveau d'une manière qui n'avait jamais été vue auparavant. L'IRM amplifiée 3D s'appuie sur ces travaux antérieurs développés et publiés en 2016. L'algorithme aMRI utilise une méthode de traitement du mouvement vidéo développée par Neal Wadhwa, Michael Rubinstein, Fredo Durand, William Freeman et leurs collègues du Massachusetts Institute of Technology.

"La nouvelle méthode agrandit les pulsations rythmiques microscopiques du cerveau lors des battements du cœur pour permettre la visualisation d'infimes mouvements de type piston, qui sont inférieurs à la largeur d'un cheveu humain", explique Terem, étudiant diplômé à Stanford et auteur principal du premier article. "La nouvelle version 3D offre un facteur de grossissement plus important, ce qui nous donne une meilleure visibilité des mouvements du cerveau, et une meilleure précision."

L'IRMa 3D du cerveau humain montre les mouvements infimes du cerveau à une résolution spatiale sans précédent de 1,2 mm3, soit environ la largeur d'un cheveu humain. Les mouvements réels sont amplifiés (rendus plus grands, jusqu'à 25 fois) pour permettre aux cliniciens et aux chercheurs de les visualiser en détail. Les détails frappants de ces mouvements animés et agrandis pourraient aider à identifier des anomalies, telles que celles causées par des blocages des fluides rachidiens, qui comprennent le sang et le liquide céphalorachidien.

"Nous avons montré que l'IRMa 3D peut être utilisée pour la quantification du mouvement intrinsèque du cerveau en 3D, ce qui implique que l'IRMa 3D présente un grand potentiel pour être utilisée comme outil clinique par les radiologues et les cliniciens afin de compléter la prise de décision pour le traitement du patient", a déclaré Mehmet Kurt, du Stevens Institute of Technology et auteur principal du deuxième article. "Dans mon laboratoire à Stevens, nous constatons déjà les avantages de l'utilisation de variantes de la technique d'IRMa 3D dans diverses conditions cliniques, notamment la malformation de Chiari I, l'hydrocéphalie et les anévrismes, en collaboration avec des cliniciens du Mount Sinai."

Un certain nombre de projets de recherche sont en cours et utilisent le nouveau logiciel d'imagerie. Holdsworth a déclaré : "Nous utilisons l'IRMa 3D pour voir si nous pouvons trouver de nouvelles informations sur l'effet des lésions cérébrales traumatiques légères sur le cerveau. Elle ajoute : "Une étude déjà en cours, une collaboration entre Mātai et l'université d'Auckland, utilise l'IRMa 3D ainsi que des méthodes de modélisation du cerveau pour voir si nous pouvons développer une méthode non invasive de mesure de la pression cérébrale, qui pourrait dans certains cas supprimer la nécessité d'une chirurgie du cerveau." Cette méthode pourrait s'avérer précieuse sur le plan clinique, par exemple pour les enfants souffrant d'hypertension intracrânienne idiopathique, qui doivent souvent faire l'objet d'une surveillance invasive de la pression cérébrale.

Miriam Sadeng, professeur associé à l'université d'Auckland au département d'anatomie et d'imagerie médicale, médecin et auteur des deux articles, a déclaré : "Cette nouvelle méthode de visualisation fascinante pourrait nous aider à comprendre ce qui régit la circulation des fluides dans et autour du cerveau. Elle nous permettra de développer de nouveaux modèles de fonctionnement du cerveau, qui nous guideront dans la manière de maintenir la santé du cerveau et de la restaurer en cas de maladie ou de trouble."

"La validation de la méthode par la modélisation informatique nous a donné davantage de confiance quant à l'impact potentiel de ce travail", a déclaré Javid Abderezaei, étudiant diplômé dans le laboratoire de Kurt à Stevens et auteur principal du deuxième article. "Ce qui est passionnant à voir, c'est que les modèles de déplacement dominants dans le cerveau sain correspondaient qualitativement à la physiologie sous-jacente, ce qui signifie que toute modification du flux physiologique résultant d'un trouble cérébral devrait se refléter dans les déplacements que nous mesurons."

La possibilité de visualiser les différences de mouvement du cerveau pourrait nous aider à mieux comprendre une variété de troubles cérébraux. À l'avenir, cette technologie pourrait être étendue à d'autres troubles de santé dans tout le corps.

- Ce communiqué de presse a été fourni par l'Institut de technologie Stevens