DSV : Sujet de thèse SL-DSV-16-1056 - instn

DSV : Sujet de thèse SL-DSV-16-1056
DOMAINE DE RECHERCHE
Imagerie médicale / Sciences du vivant
INTITULÉ DU SUJET
Etablissement de modèles biophysiques complexes de la substance blanche cérébrale et d'un atlas anatomique de sa microstructure
chez le sujet sain à haut (3T) et très haut (11.7T) champs.
RÉSUMÉ DU SUJET
Le centre NeuroSpin vient de mettre à jour son IRM clinique à 3T pour le doter de bobines de gradients très puissantes capables de
délivrer 80mT/m et donc particulièrement adaptées pour l'imagerie de diffusion et en particulier l'étude du connectome humain.
L'imagerie par résonance magnétique du processus de diffusion (IRMd) de l'eau dans le cerveau, inventée au milieu des années 80 a
connu un succès fulgurant au cours de la décennie passée pour cartographier les connexions cérébrales. C'est toujours aujourd'hui ,
après 25 années d'existence, la seule technique d'investigation de la connectivité anatomique du cerveau humain in vivo.
Mais depuis quelques années, il a été démontré que l'IRMd est également un outil unique de biopsie virtuelle in vivo en permettant de
sonder la composition du parenchyme cérébral également in vivo.
Toutefois, les modèles développés à l'heure actuelle (AxCaliber, ActiveAx, CHARMED) reposent uniquement sur la modélisation des
membranes axonales à l'aide de géométries cylindriques, et restent trop simplistes pour rendre compte précisément de l'ultrastructure de
la substance blanche.
Dans un premier temps, cette thèse vise donc à l'établissement d'un modèle analytique plus réaliste de la substance blanche cérébrale
tenant compte de l'ensemble des compartiments constituant le tissu cérébral au sein de cette matière blanche. Ainsi, seront modélisés les
processus de diffusion dans les axones myélinisés ou non myélinisés, dans les cellules gliales, et la microvascularisation sera également
modélisée pour tenir compte de l'effet Intra-Voxel-Incoherent-Motion également en jeu. La réalité de la perméabilité des différents
compartiments sera modélisée afin de tenir compte des échanges entre les différents compartiments. Les propriétés magnétiques des
compartiments (temps de relaxation T2 et T1) seront aussi pris en compte afin d'aboutir à un modèle multicompartimental dont les
fractions volumiques ne sont pas entâchées d'un biais liés aux pondérations en T2.
Cette tâche réclame de solides compétences en mathématiques appliquées afin de mettre en place le modèle multicompartimental
d'équations différentielles décrivant le processus s'opérant à l'échelle du voxel tenant compte des mécanismes d'échange entre
compartiments liés à leurs perméabilités, mais également pour étudier l'échantillonnage optimal de l'espace du vecteur d'onde q du
processus de diffusion et de l'espace associé aux caractéristiques magnétiques de ces compartiments (T1 et T2). Le candidat devra
ensuite développé l'outil de décodage complexe permettant d'estimer les divers paramètres de la cytoarchitecture de la substance
blanche, et donc réfléchir au schéma d'optimisation à mettre en place afin d'obtenir une estimation robuste de ces paramètres.
Dans un second temps, le candidat participera à l'acquisition d'une base de données dans le cadre du projet BICKET (Brain Imaging of
the Cytoarchitecture using a Key Emerging Technology) inscrit dans le work-package 2 du flagship européen Human Brain Project. Ce
projet vise à l'acquisition sur une vingtaine de sujets sains d'un jeu dense de données d'IRM anatomiques, d'IRM de diffusion, et
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relaxométriques, ainsi que d'un jeu élémentaire de données d'IRM fonctionnelle. Chacun des vingt sujet suivra un protocole d'imagerie
constitué de dix sessions d'imagerie d'1h30 chacune, permettant ainsi de collecter au niveau de chaque voxel près d'un millier de
mesures de diffusion et relaxométriques qui permettront d'établir de manière robuste la cartographie des paramètres caractéristiques des
différentes populations de cellules constituant la substance blanche cérébrale.
Dans un troisième temps, le candidat établira les profils des paramètres caractéristiques de microstructure des faisceaux longs et courts
de la substance blanche (densité axonale, diamètre axonal moyen, densité de glie, diamètre moyen des cellules gliales, densité de microvaisseaux, longueur moyenne des branches de l'arborisation vasculaire). Enfin, le candidat procèdera à la construction d'un atlas
probabiliste des paramètres de la cytoarchitecture de la substance blanche pour l'ensemble des faisceaux, en mettant à profit des
techniques de recalage difféomorphe reposant sur le calcul préalable de champs de propagateurs d'ensemble moyen pour chacun des
individus à recaler.
FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ
grande école d'ingénieur ou Master2 en imagerie médicale
INFORMATIONS PRATIQUES
Institut d'Imagerie BioMédicale
Service Neurospin
Laboratoire d'Imagerie et de Spectroscopie
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2016
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT
Cyril POUPON
CEA
DSV/I2BM/NEUROSPIN/LRMN
CEA I2BM NeuroSpin, Bâtiment 145, Point courrier 156, 91191 Gif sur Yvette
Téléphone : +33 1 69 08 77 76
Email : [email protected]
UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Saclay
Physique et Ingénierie: électrons, photons et sciences du vivant (EOBE)
EN SAVOIR PLUS
http://i2bm.cea.fr/drf/i2bm/Pages/NeuroSpin/UNIRS/Presentation.aspx
DIRECTEUR DE THÈSE
Cyril POUPON
CEA
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