Sélection de cibles TMS guidée par IRMf : Fiabilité et sensibilité des indicateurs IRMf à 3T et 1.5T

[DOI: 10.1007/s12021-024-09667-5], Article publié dans « Neuroinformatics »

Introduction

L’utilisation initiale de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) s’est principalement concentrée sur l’inférence des processus cognitifs. Cependant, la médecine moderne l’applique progressivement à des fins cliniques plus nombreuses, telles que la planification préopératoire et le diagnostic des maladies. Dans les applications cliniques de la stimulation magnétique transcrânienne répétitive (rTMS), l’IRMf a montré un potentiel pour optimiser la sélection des cibles TMS et améliorer les résultats thérapeutiques. En particulier pour les patients souffrant de trouble dépressif majeur (TDM), la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis a approuvé un protocole de traitement personnalisé guidé par IRMf. Cependant, la plupart des recherches actuelles se concentrent sur les scanners à 3T, tandis que les IRM à 1.5T sont plus courantes dans de nombreux hôpitaux de base, ce qui pourrait fournir des références pour l’application clinique de la stimulation TMS personnalisée et précise guidée par IRMf.

Origine de l’étude

Cet article a été rédigé par Qiu Ge, Matthew Lock, Xue Yang, Yuejiao Ding, Juan Yue, Na Zhao, Yun-Song Hu, Yong Zhang et Minliang Yao, affiliés à l’Hôpital affilié de l’Université normale de Hangzhou, au Laboratoire clé de recherche sur les troubles cognitifs de la province du Zhejiang, à l’Institut de psychologie de l’Université normale de Hangzhou, à l’Hôpital de Deqing affilié à l’Université normale de Hangzhou, et à l’Université internationale de Shanghai. L’article a été accepté et publié par « Neuroinformatics » le 30 avril 2024.

Processus et méthodes de recherche

Conception de l’expérience

Cette étude a recruté 20 étudiants universitaires en bonne santé (10 femmes, âge de 19 à 27 ans) par le biais de publicités sur Internet. Le protocole expérimental a été approuvé par le comité d’éthique de l’Hôpital affilié de l’Université normale de Hangzhou, et tous les participants ont signé un consentement éclairé. L’étude a utilisé deux scanners IRM différents, 3T et 1.5T, pour une étude comparative, chaque participant étant scanné à la fois par le scanner 3T et 1.5T le même jour, avec un intervalle d’environ 3,87 heures.

Collecte et prétraitement des données

Lors de chaque scan, trois scans IRMf en état de repos ont été effectués, suivis par une imagerie 3D-T1 et enfin par un scan IRMf de tâche de tapotement des doigts. Les paramètres de scan spécifiques sont les suivants : - Scanner 3T : séquence GRE-EPI multibande, TR/TE = ⁷⁰⁰⁄₃₀ ms, FOV = 216 mm, matrice = 72 × 72, épaisseur/intervalle = ³⁄₀ mm. - Scanner 1.5T : séquence GRE-EPI monocoup, TR/TE = ³⁰⁰⁰⁄₄₀ ms, FOV = 224 mm, matrice = 64 × 64, épaisseur/intervalle = 3.⁵⁄₀ mm.

Méthodes expérimentales

Tâche de tapotement des doigts IRMf

Les participants ont effectué des tâches de tapotement des doigts sous conditions d’initiation volontaire (SI) et de guidage visuel (VG). Chaque tâche comprenait 42 secondes de tapotement des doigts en conditions SI et VG en alternance, pour une durée totale d’environ 10 minutes.

Prétraitement et analyse des données

• Les données RS-IRMf ont été prétraitées avec l’outil DPABI (V6.1), incluant la correction du temps de tranches, la correction des mouvements, la régression des effets de mouvement de la tête, la normalisation spatiale, etc.
• Les données de la tâche de tapotement des doigts IRMf ont été analysées dans SPM12, incluant la correction du temps de tranches, la correction des mouvements, la normalisation spatiale et le lissage spatial.
• Un modèle linéaire général (GLM) a été utilisé pour générer des cartes de contraste individuelles du cerveau, analysant les données des conditions SI et VG.

Évaluation de la fiabilité et de la sensibilité

L’étude a évalué la fiabilité des indicateurs IRMf en calculant la cohérence des positions d’activation de pic (utilisant la distance intra-individuelle) et des indicateurs locaux IRMf (incluant l’amplitude des fluctuations à basse fréquence (ALFF), le pourcentage d’amplitude des fluctuations (PerAF), l’amplitude des fluctuations à basse fréquence basée sur les ondelettes (Wavelet-ALFF), l’homogénéité régionale (ReHo) et la centralité de degré (DC)) à l’aide de la fiabilité test-retest (calculée avec le coefficient de corrélation intra-classe (ICC)). L’évaluation de la sensibilité incluait la comparaison des différences des indicateurs IRMf entre les conditions yeux ouverts et fermés, et l’évaluation de la cohérence des positions cibles TMS définies par l’intensité d’activation de pic et la connectivité fonctionnelle (FC).

Traitement et analyse des données

Cohérence des positions d’activation de pic

Les pics d’activation étaient situés dans les régions du cerveau liées au mouvement (telles que le gyrus précentral). Les données de scan 3T et 1.5T étaient très cohérentes dans ces régions, avec des distances intra-individuelles allant de 15,8 à 19 mm.

Cohérence des positions cibles définies par la FC

L’étude a sélectionné plusieurs régions profondes du cerveau comme graines (ROI), y compris le cortex cingulaire antérieur (ACC), le cortex préfrontal dorsolatéral (DLPFC), etc. La connectivité fonctionnelle a été calculée par corrélation de Pearson et normalisée par transformation r à z de Fisher. Les résultats ont montré que la cohérence des positions de pic de FC pour les données 1.5T et 3T était similaire, avec des distances intra-individuelles allant de 19,7 à 31,2 mm.

Fiabilité des indicateurs locaux IRMf

• Les indicateurs tels que ALFF, PerAF, etc., ont montré une fiabilité test-retest modérée à excellente dans les données 1.5T et 3T.
• PerAF et Wavelet-ALFF ont montré une sensibilité plus élevée, en particulier avec de grands effets et un nombre significatif de voxels dans les scanners 1.5T et 3T.

Fiabilité du signal BOLD

L’intensité du signal BOLD des scanners 1.5T et 3T a montré une fiabilité test-retest exceptionnelle.

Résultats

• La cohérence des positions d’activation pour la tâche de tapotement des doigts IRMf, la cohérence des positions cibles définies par la FC et la fiabilité des indicateurs locaux IRMf étaient comparables entre les scanners 1.5T et 3T.
• Le scanner 3T avait une sensibilité supérieure pour détecter les variations de l’activité en état de repos par rapport au 1.5T, mais la tendance générale était similaire, Wavelet-ALFF montrant une sensibilité relativement élevée parmi les cinq indicateurs.

Importance de l’étude

Cette étude montre que, bien que le 1.5T soit moins sensible que le 3T, il présente des performances similaires dans certains indicateurs importants (tels que les positions d’activation de pic, les positions cibles de FC et la fiabilité test-retest des indicateurs locaux IRMf). Cela suggère que les scanners 1.5T peuvent être utilisés pour guider la sélection des cibles TMS individualisées par IRMf, offrant ainsi un potentiel pour l’application de l’IRMf dans des scénarios cliniques plus diversifiés.

Conclusion

Bien que des différences existent entre le 1.5T et le 3T sur certains indicateurs de performance, leurs performances globales sont proches, ce qui suggère la valeur potentielle du 1.5T dans la sélection des cibles TMS guidée par IRMf individualisée. Les recherches futures devraient continuer à évaluer la faisabilité de cette méthode dans différentes tâches et des échantillons plus grands, afin de promouvoir davantage l’application clinique de la TMS guidée par IRMf.