INTRODUCTION :
C'est au cours des années 1990 que l'imagerie par résonance magnétique (IRM) de flux a fait progressivement son apparition dans la palette des outils. Ce nouveau moyen d'investigation du corps
humain allait permettre pour la première fois d'observer in vivo, de façon non traumatique, la troisième circulation.
Cette troisième circulation caractérise les mouvements de va et vient du liquide cérébro spinal (LCS) dans lequel baigne le cerveau, lui assurant ainsi une protection physiologique indispensable.
Le LCS, au rythme de la fréquence cardiaque, se déplace entre la boite crânienne et les espaces rachidiens pour régulariser les variations de volume sanguin à l'intérieur de la boite crânienne au
cours de chaque cycle cardiaque.
Le but de cette thèse est d'apporter une solution informatique au traitement des images de flux et d'étudier in vivo avec l'outil développé la dynamique intracrânienne de l'homme.
Ce travail se situe à l'interface de la physique, de l'informatique et de la médecine. Il a pour objet de supprimer le côté fastidieux du traitement des images en réalisant un logiciel dédié au
traitement des images de flux. Ce logiciel assurera une segmentation semi automatique des déplacements du sang et du LCS et fournira de manière simple, reproductible et rapide l'ensemble des
informations exploitables sur une courbe vélocimétrique. Pour réaliser cet objectif, nous travaillerons sur les propriétés intrinsèques du signal IRM du flux du sang et du LCS. L'observation de
la synchronisation des flux sur la fréquence cardiaque permettra de concevoir un algorithme spécifique assurant la segmentation des flux à partir de leurs caractéristiques d'évolution temporelle.
Le logiciel réalisé devrait ainsi apporter de nouvelles sources d'informations sur le système dynamique cérébral et permettre une meilleure compréhension de la physiopathologie du LCS.
Utilisant ce nouvel outil nous étudierons la dynamique intracranienne à partir des mesures des flux des artères irriguant le cerveau et des veines qui assurent le drainage. Nous nous
intéresserons plus particulièrement au système d'écoulement du LCS entre les différents cloisonnements anatomiques qui le composent : les ventricules, les espaces sous arachnoïdiens crâniens
ainsi que les espaces sous arachnoïdiens rachidiens. Nous chercherons à établir les liens existant entre la dynamique vasculaire et la dynamique du LCS, tant sur le plan temporel que sur le plan
des volumes mis en jeu. Nous établirons une table de valeurs étalons mesurées aux différents niveaux étudiés à partir d'une population de sujets témoins et nous chercherons, à partir de cette
référence, à comprendre les dysfonctionnements qui sont à l'origine des hydrocéphalies et des syringomyélies.
Le premier chapitre décrit l'anatomie des éléments composant le système dynamique cérébral. Le crâne et la colonne vertébrale sont respectivement les protections osseuses de l'encéphale et de la
moelle épinière. La boite formée par la structure osseuse du crâne est à la base des déplacements du LCS. Cette boite rigide ne se déforme pas sous l'effet de l'augmentation du volume vasculaire
cérébral ; le LCS pouvant s'écouler hors du crâne vers les espaces sous arachnoïdiens cervicaux, il permet de conserver un volume constant à l'intérieur de la boite crânienne. Nous aborderons
également l'organisation de la vascularisation crânienne et rachidienne.
Le second chapitre présente un bref historique des connaissances concernant le LCS, puis traite ensuite du rôle de ce liquide au sein de la boite crânienne. L'anatomie de chacune des parties sera
détaillée ainsi que le rôle physiologique de ce liquide. Nous nous intéresserons aux mécanismes de production, de circulation et de résorption du LCS ainsi qu'aux différentes barrières cérébrales
existant entre le sang, le tissu cérébral et le LCS.
Le troisième chapitre s'intéresse aux pressions des différents constituants tissulaires et liquidiens de la boite crânienne. Nous donnerons ici les définitions des différentes propriétés
physiques relatives à l'écoulement d'un fluide. Nous présenterons dans cette partie une modélisation de la dynamique intracrânienne.
Dans la quatrième partie nous aborderons quelques techniques radiologiques utilisées pour l'étude du LCS avant l'arrivée de l'IRM. La cinquième partie constitue un rappel des éléments physiques
utilisés en imagerie par résonance magnétique. Nous développerons principalement les effets du flux sur les images IRM et, en particulier dans la sixième partie, la séquence cinétique par
contraste de phase que nous utiliserons tout au long de notre travail pour caractériser, de manière quantitative, les flux du LCS et du sang, de manière non invasive.
Le septième chapitre expose les solutions informatiques développées pour extraire les images IRM de la console d'acquisition et les récupérer sous une forme numérique brute. Nous détaillerons
ensuite les différentes étapes de la réalisation du logiciel de segmentation et nous exposerons plus précisément les algorithmes de segmentations, du flux du LCS et du sang, créés pour cette
étude. Nous terminerons ce chapitre par la présentation des possibilités offertes par ce nouveau logiciel de segmentation des images IRM de flux et par une description détaillée de l'ensemble des
paramètres mesurés : les débits moyen, maximum, minimum, les durées de systole et de diastole, etc.
Le chapitre huit présente comment l'analyse de l'ensemble des mesures obtenues est réalisée. Le premier logiciel de segmentation que nous avons développé nous fournit une quantité importante de
renseignements par courbe de flux segmentée. Nous avons développé un deuxième logiciel qui se charge d'analyser l'ensemble des résultats obtenus sur un seul sujet et de présenter un résultat
synthétique directement interprétable. Ce logiciel réalisé à partir du tableur Excel, permet également de calculer les flux moyen au niveau d'une population d'individus.
Le chapitre neuf présente les résultats obtenus à partir du traitement de l'IRM de flux par notre logiciel. Notre première étude a porté sur la circulation du LCS d'une population témoins dans
les espaces rachidiens (1). Nous avons poursuivi l'investigation de la circulation du LCS par l'étude réalisée sur une population témoins pour l'exploration et la quantification du flux du LCS et
du sang participant à la dynamique cérébrale (2). Suite à ces premières études, nous nous sommes intéressé à la comparaison des résultats établis entre la population témoins et la populations de
patients présentant une HPN. (3, 4). Dans le but de mieux caractériser le système dynamique intracrânien, nous avons également appliqué les fonctions de transferts à l'analyse de la dynamique
intracrânienne chez les sujets témoins et chez des sujets présentant une HPN. Enfin pour illustrer l'intérêt de notre méthode nous exposerons 4 cas isolés illustrant l'apport de la technique de
mesure de flux par IRM en routine clinique: un contrôle de ventriculocisternostomie, un suivi de la dynamique avant et après dérivation d'une HPN, une observation des flux sur une dilatation
ventriculaire combinée à une sténose des jugulaires, l'observation de la dynamique du LCS dans le cas d'une syringomyélie et une observation de la variabilité du flux au cours du temps chez un
sujet témoin.
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