Détection préopératoire des aires cérébrales de la motricité : faisabilité de l’ASLf et comparaison à la technique BOLD

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Détection préopératoire des aires cérébrales de la motricité : faisabilité de l’ASLf et comparaison à la technique BOLD
(Preoperative detection of cerebral motor areas by functional MRI: feasibility of functional Arterial Spin Labeling (fASL) and comparison to Blood Oxygenation Level Dependent technic (BOLD))

Paya, Christophe - (2018-06-25) / Universite de Rennes 1 - Détection préopératoire des aires cérébrales de la motricité : faisabilité de l’ASLf et comparaison à la technique BOLD

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Directeur(s) de thèse: Ferré , Jean-Christophe

Discipline : Neuroradiologie

Classification : Médecine et santé

Mots-clés : IRM fonctionnelle, ASLf, BOLD, aire motrice primaire, cartographie d’activation, modèle linéaire général, oncologie, tumeur, neurochirurgie

Localisation cérébrale - Thèses et écrits académiques
Aire motrice - Imagerie par résonance magnétique - Thèses et écrits académiques
Cerveau‎--Tumeurs - Chirurgie - Thèses et écrits académiques

Résumé : Objectif : Evaluer la faisabilité de détection de l’aire motrice primaire (AMP) par ASLf dans le cadre du planning chirurgicale neuro-oncologique. Matériel et méthode : Un total de 21 sujets (4 volontaires sains et 17 patients) a bénéficié de séquences fonctionnelles BOLD et ASL pseudo-continue (pCASL) avec paradigmes d’activation en blocs. La tache motrice était l’opposition poucedoigts de la main controlatérale à la lésion. En ASL, les délais post marquage (PLD) utilisés étaient 1500ms (pCASL1500) et 1000ms (pCASl1000). Le taux de détection de l’AMP était évalué visuellement. Il était défini comme le pourcentage de sujets dont les activations se situaient en regard de l’AMP (d’après des repères anatomiques). L'évaluation de la pertinence du positionnement des activations a nécessité la segmentation manuelle des AMP comme région d’intérêt de référence (ROI oméga) : sensibilité, spécificité, valeur prédictive positive et prédictive négative de détection de la ROI oméga ont ainsi été calculées. Une ROI d’analyse, centrée sur la région centrale, a été définie pour y restreindre les calculs et ainsi s’affranchir de la variabilité inter-patient d’activation des autres aires motrices. Les volumes d'activation ont été calculés et comparés aux volumes des ROI Omega. Résultats : Les taux de détection de l’AMP étaient de 47,6% en pCASL1500, 85,7% en pCASL1000 et 95,2% en BOLD. La sensibilité de détection était plus élevée en BOLD avec 80,6 ± 26% (pCASL1500 = 19 ± 32%, p < 0,001 et pCASL1000 = 50,5 ± 36%, p = 0,013). La spécificité de détection était plus élevée en ASLf (pCASL1500 = 94 ± 8%, p = 0,001 ; pCASL1000 = 93,2 ± 6%, p = 0,01 ; BOLD = 73,1 ± 16%). Les volumes d’activation étaient plus grands en BOLD avec 11,81 ± 8 ml (p < 0,0001) contre 1,30 ± 2 ml en pCASL1500 et 2,74 ± 2 ml en pCASL1000. Le volume moyen de la ROI oméga était 1,05 ± 0,5 ml, l'erreur d'estimation de volume de l’AMP était la plus élevée en BOLD (p < 0,001). Conclusion : L'ASL fonctionnelle permet de détecter l’AMP lors du bilan préopératoire neuro-oncologique. Malgré une sensibilité plus faible qu’en BOLD, elle offre une spécificité plus élevée. Avec un PLD à 1500ms, l’AMP n’était visuellement détectée que chez peu de patients. Dans le cadre de l’imagerie fonctionnelle d’activation motrice, la pCASL avec PLD à 1000ms mérite d’être explorée davantage pour une potentielle utilisation en pratique clinique.

Abstract : Goal : Our goal was to evaluate fASL feasibility for Primitive Motor Area (PMA) detection in clinical context of pre-operative planning of brain tumors. Materials and methods : Imaging was performed at 3T with a 32-channel coil using block paradigms. The task was thumbs-todigit oppositions at 1Hz of the contralateral hand to the lesion. BOLD acquisitions and pseudocontinuous ASL acquisitions with Post Labeling Delay of 1500ms (pCASL1500) and 1000ms (pCASl1000) were performed on 21 subjects (4 healthy volunteers and 17 patients). For both fASL and BOLD techniques, motor maps were produced using a General Linear Model (GLM) and a massively univariate statistical analysis with a Family Wise Error Rate of 5 %. Detection rate was evaluated visually. It was defined by the percentage of subjects, whose motor map visually overlapped the PMA (PMA was defined by anatomical landmarks). The spatial accuracy of the PMA positioning by functional MRI was evaluated using manual segmentation of PMA as reference Region Of Interest (omega ROI): Sensitivity, specificity, predictive positive and predictive negative value of the omega ROI detection were performed. An analysis ROI centered on central region was defined to contain the calculations and overcome inter-patient variability in other motor area activation. Activation volumes were finally calculated to compare them to omega ROI volumes. Results : Detection rates by visual evaluation were 47.6 % for pCASL1500, 85.7 % for pCASL1000 and 95.2 % for BOLD. Detection sensitivity of the omega ROI was significantly higher in BOLD (80.6 ±26%) compared to pCASL1500 (19 ± 32 %, p < 0,001) and pCASL1000 (50.5 ± 36 %, p = 0.013). Detection specificity was significantly higher in pCASL1500 (94 ± 8%, p = 0.001) and pCASL1000 (93.2 ± 6%, p = 0.01) compared to BOLD (73.1 ± 16 %). PPV were also higher in pCASL1000 (12.7 ±12%) compared to BOLD (5.2 ±6%, p=0.131) and pCASL1500 (2.7 ±5%, p<0.001). However, activation volumes were higher in BOLD (11.81 ± 8 ml, p < 0.0001) compared to pCASL1500 (1.30 ± 2 ml) and pCASL1000 (2.74 ± 2 ml). Considering an omega ROI volume of 1.05 ± 0.5 ml, the PMA’s volume estimation error appears higher in BOLD (p < 0.001). Conclusion : Functional ASL is able to detect PMA in a tumoral environment. Despite a lower PMA detection sensitivity than BOLD, fASL offers a higher specificity. pCASL1500 had a low visual detection rate of PMA while pCASL1000 should be further explored for a potential clinical use