Imagerie en épilepsie du lobe temporal avec sclérose hippocampique

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Rôle de l’imagerie cérébrale dans l’EMT

En dehors de l’EEG, les méthodes modernes d’imagerie cérébrale ont un impact important dans le diagnostic et la décision thérapeutique chez des patients atteints d’épilepsies. De nombreuses données anatomiques et fonctionnelles peuvent être actuellement obtenues au moyen de différentes techniques d’imagerie cérébrale. Ainsi, les cas dits idiopathiques, qui représentaient 76% des cas entre les années 1940 et 1980 (la période sans imagerie IRM) liés à une forte sousestimation des causes, sont maintenant fréquemment reclassés comme étiologiques.
Les techniques d’imagerie cérébrale dans l’EMT en routine clinique peuvent se diviser en deux groupes principaux : techniques de résonance magnétique nucléaire dont l’imagerie par résonance magnétique (IRM) est la technique de choix pour la détection de la SH (Cendes et al. 2016) et techniques nucléaires parmi lesquelles la tomographie par émission de positons au 18FDG est une des méthodes complémentaires à l’imagerie morphologique permettant de localiser la ZE dans le bilan préopératoire. Les techniques nucléaires, dites d’imagerie moléculaire, jouent un rôle important dans les recherches cliniques et translationnelles (Goffin et al. 2008).

Techniques de résonance magnétique nucléaire (RMN)

L’imagerie de résonance magnétique (IRM)

Principes de formation d’une image en IRM. Elle consiste à observer les tissus biologiques grâce aux propriétés magnétiques de l’un de leurs constituants majoritaires, le noyau d’hydrogène.
Le principe général est de placer ces noyaux d’hydrogènes (patients) dans un champ magnétique (tunnel aimant) : ceci induit une aimantation macroscopique. L’excitation de ces noyaux par une onde électromagnétique de fréquence appropriée fait basculer cette aimantation qui se met alors à tourner et à émettre elle-même une onde électromagnétique en retournant à l’état d’équilibre: c’est le signal RMN qu’on peut alors enregistrer.
L’IRM est obtenue à partir d’un enregistrement des signaux RMN dans différents plans orthogonaux avec contrastes différents dépendant des séquences d’acquisition utilisées.
Plan anatomique. Les coupes coronales sont obligatoires et correspondent au plan perpendiculaire au grand axe de l’hippocampe, plan identifié par une image sagittale de repérage (scout image) pour visualiser l’intégralité du lobe temporal et les informations amygdalohippocampiques. L’épaisseur de coupe doit être fine (idéalement inférieur à 3mm) pour visualiser différentes portions de l’anatomie hippocampique.
Séquence d’acquisition. La séquence pondérée en T1, notamment avec inversionrécupération, est recommandée pour évaluer le volume, la forme et la partie interne de l’hippocampe. La séquence pondérée en T2 ou la séquence FLAIR (suppression du signal des liquides) est utilisée pour accéder à l’intensité du signal.
De nombreuses études ont montré que l’IRM est actuellement l’examen le plus sensible et le plus spécifique pour détecter une SH (Cascino et al. 1991), (Duncan 1997), (Cendes et al. 2016). Classiquement, la SH se définit comme une atrophie sur les coupes pondérées en T1, une diminution de l’intensité du signal et une désorganisation de la partie interne de l’hippocampe en mode inversion-récupération et une augmentation de l’intensité du signal sur les coupes pondérées en T2 ou FLAIR (figure I-2-1). L’IRM peut ainsi distinguer pratiquement l’ELT en EMT et épilepsie extrahippocampique.
Figure I-2-1. IRM d’une SH gauche avec atrophie et désorganisation interne (flèche) en pondération T1 avec inversion-récupération (A) et hypersignal (flèche) en FLAIR (B) (Cendes et al.
2016).
L’analyse visuelle par un oeil entraîné est suffisante dans les cas où l’asymétrie interhippocampique atteint au moins 20% (Labate et al. 2010). En deçà, seule la quantification par
mesures volumétriques peut identifier l’anomalie. Des mesures de temps de relaxation T2 contribuent également à une augmentation de la sensibilité et de la spécificité dans la détection de la SH (Coan et al. 2014).

L’imagerie de résonance magnétique fonctionnelle (IRMf)

L’IRMf est obtenue à partir d’une séquence d’acquisition particulière (BOLD : Blood Oxygene Level Dependent) qui est fondée sur l’observation en temps réel des variations de l’oxygénation du sang et des débits sanguins. Les modifications de signal observées sont dues aux variations du rapport de la concentration oxyhémoglobine/désoxyhémoglobine dont les propriétés magnétiques sont différentes. Dans les zones en activité, les augmentations locales de débit sanguin cérébral font plus que compenser la consommation d’oxygène et se traduisent par une augmentation locale de l’oxygénation du sang résultant en une augmentation locale du signal IRM.
L’IRMf n’est pas encore actuellement approuvée comme indication en routine clinique (Commission on Diagnostic Strategies: recommendations for functional neuroimaging of persons with epilepsy, 2000). Cependant, cette situation évolue et dans de nombreux centres de chirurgie de l’épilepsie, l’IRMf est utilisée pour déterminer des zones fonctionnelles telles que des cortex verbaux, moteurs ou visuels qui doivent être identifiées afin d’être préservées avant la chirurgie (Panayiotopoulos 2005).

Spectroscopie par RMN

La spectroscopie par RMN est une technique qui exploite les propriétés magnétiques de certains noyaux atomiques. Les applications les plus importantes en EMT sont la RMN du proton des principaux pics de métabolites (en dehors du proton de l’hydrogène) présents dans le parenchyme cérébral comme le N-acétyle-aspartate (NAA) (marqueur de l’intégrité neuronale), la choline (marqueur de gliose) et la créatine (Cr).
La RMN du proton joue un rôle dans la latéralisation de la ZE dans l’EMT dont des anomalies hippocampiques sont bilatérales. Elle peut mettre en évidence une diminution locale de l’intensité du pic de NAA et des ratios NAA/Choline, NAA/Cr (Cendes et al. 2016) dans la ZE en raison de la mort neuronale et de la réaction gliale. L’atteinte hippocampique controlatérale, lorsqu’elle est moins significative que celle ipsilatérale, est alors interprétée comme le témoin fonctionnel de la propagation des crises et se normalise en général en cas de guérison chirurgicale (Ende et al. 1997).
Cependant, le rapport signal/bruit relativement faible, le temps d’acquisition long, et l’apport diagnostique moins démonstratif que l’imagerie limitent son application en routine clinique.

Techniques nucléaires

Les techniques d’imageries nucléaires permettent d’obtenir une cartographique tridimensionnelle in vivo d’un processus physiologique à l’aide d’un radiotraceur spécifique émettant des rayonnements γ (tomographie par émission monophotonique (TEMP)) ou des positons (tomographie par émission de positons (TEP)). Elles ont de grands avantages en termes de la sensibilité et de quantification des signaux détectés mais sont limitées en résolution spatiale (5 à 12 mm de résolution spatiale en fonction des techniques).
Cette partie décrit d’abord la TEMP de perfusion cérébrale et la TEP du métabolisme glucidique dans le bilan préopératoire d’EMT en routine clinique. Ensuite, elle introduit d’autres radiotraceurs utilisés en recherches cliniques et translationnelles.

TEMP de perfusion cérébrale (99mTc-HMPAO ou 99mTc-ECD)

Le technétium 99m (99mTc) est un radionucléide très utilisé en médecine nucléaire grâce à ses caractéristiques physiques favorables pour l’imagerie. Sa demi-vie est de 6 heures, relativement longue, permettant d’acquérir des images plusieurs heures après injection du traceur. La résolution spatiale de la TEMP varie de 8 à 12 mm.
L’examen est réalisé au cours d’un monitoring vidéo par électroencéphalographie (EEG) afin de pouvoir injecter l’HMPAO (Hexa-Méthyl-Propylène-Amine-Oxime) ou l’ECD (Ethyl-Cystéinate-Dimère) marqués au 99mTc le plus tôt possible au cours de la crise. L’acquisition peut être réalisée dans un délai de deux heures mais les images reflètent toujours la perfusion cérébrale régionale au moment de l’injection parce qu’une fois injecté, le traceur capté par les cellules cérébrales reste piégé dès les dix premières secondes. Ainsi, cet examen est appelé l’examen ictal (au cours de la crise) et doit être distingué d’un autre examen dit l’examen interictal réalisé dans un autre temps en dehors de la crise.
Le but principal de la TEMP ictale est de localiser le point de départ de la crise d’épilepsie, qui est approximativement confondu avec la ZE. C’est la seule méthode d’imagerie pouvant refléter des activités critiques. La TEMP ictale est particulièrement performante puisqu’elle permet de localiser la ZE avec une sensibilité de 75 à 97% et une spécificité de 71 à 100%. Elle doit toujours être comparée à un examen interictal (figure I-2-2). Un examen interictal seul n’est pas recommandé parce qu’il est moins sensible que la TEP au 18F-FDG (Spencer 1994).
Figure I-2-2. TEMP 99mTc-ECD de perfusion cérébrale : des flèches montrent l’hypoperfusion temporale gauche interictale (A) faisant place à une hyperperfusion ictale (B) dans les zones activées par la crise (Bouilleret 2003).
La soustraction de la TEMP interictale à la TEMP ictale avec recalage sur une IRM en 3 dimensions (figure I-2-3) augmente la sensibilité et la spécificité de localisation de la ZE de cet examen.
En pratique, la TEMP peut sembler simple, facilement accessible dans de nombreux hôpitaux et de prix modéré par rapport à la TEP. Ceci est vrai pour la TEMP interictale mais se complique pour la TEMP ictale en raison d’une hospitalisation du patient, et de la nécessaire surveillance rapprochée sous contrôle vidéo-EEG. Ainsi le coût indirect de la TEMP ictale en temps, personnels et frais d’hospitalisation est loin d’être négligeable.
Figure I-2-3. Technique du Subtraction Ictal SPECT Coregistered to MRI (SISCOM) (O’Brien et al. 1998). Coupes dans les trois plans de l’espace réalisées avec 99mTc-ECD injecté en phase interictale (A) et en phase ictale (B). Les deux volumes de TEMP sont recalés entre eux puis recalés sur l’IRM du sujet. Une soustraction (TEMP ictale moins TEMP interictale) est réalisée après normalisation en intensité des deux volumes. L’image de soustraction est ensuite lissée et seuillée puis fusionnée à l’IRM (C) montrant la ZE de la face mésiale du lobe temporal droit.

TEP de métabolisme glucidique au 18F-FDG

La TEP est une autre approche d’imagerie nucléaire dont le principe est basé sur le marquage d’une molécule d’intérêt avec un émetteur de positon (18F par exemple). L’annihilation d’un positon avec un électron du milieu engendre une émission de deux photons dans des directions opposées que l’on détecte en coïncidence à l’aide d’une couronne de détecteurs (le tomographe). A partir des signaux de coïncidences enregistrés, les images sont reconstruites à l’aide d’algorithmes dédiés. Comparé à la TEMP, la TEP a essentiellement une meilleure sensibilité, de par le principe de collimation électronique qui remplace la collimation physique utilisée sur la gamma caméra en TEMP, et une résolution spatiale potentiellement meilleure (~5-6 mm).
La TEP au 18F-FDG étudie le métabolisme cérébral au moyen du 2-désoxy-D-glucose, analogue du glucose marqué au fluor 18 qui utilise le même transporteur que le glucose pour pénétrer dans les cellules cérébrales, mais ne peut être métabolisé et reste donc piégé dans les cellules. Comme la TEMP, en routine clinique, la TEP au 18F-FDG est réservée uniquement à l’évaluation préopératoire en EMT, chez l’enfant comme chez l’adulte, en complément de l’IRM.
De manière générale, la TEP au 18F-FDG apparaît comme la méthode d’imagerie la plus sensible de détermination de la ZE en dehors de la crise. Sa résolution temporelle limitée ne permet pas l’étude de la phase critique. La TEP interictale retrouve un hypométabolisme localisé dans 70 à 80% des cas (Engel et al. 1990). En EMT, la zone d’hypométabolisme dépasse souvent la zone lésionnelle (Figure I-2-4). La responsabilité de la perte neuronale reste discutée. La possibilité de mécanismes de désafférentation a aussi été évoquée.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I. Imagerie en épilepsie du lobe temporal avec sclérose hippocampique
1. Définition de l’épilepsie et de l’épilepsie du lobe temporal avec sclérose hippocampique .
1.1. Définitions générales
1.2. Epilepsie du lobe temporal (ELT) et épilepsie mésiotemporale (EMT)
2. Rôle de l’imagerie cérébrale dans l’EMT
2.1. Techniques de résonance magnétique nucléaire (RMN)
2.1.1. L’imagerie de résonance magnétique (IRM)
2.1.2. L’imagerie de résonance magnétique fonctionnelle (IRMf)
2.1.3. Spectroscopie par RMN
2.2. Techniques nucléaires
2.2.1. TEMP de perfusion cérébrale (99mTc-HMPAO ou 99mTc-ECD)
2.2.2. TEP de métabolisme glucidique au 18F-FDG
2.2.3. Vers de nouvelles approches par l’imagerie moléculaire
2.2.3.1. En recherche clinique
Récepteurs centraux aux benzodiazépines (CBR) (TEP au 11C-flumazénil)
Récepteurs périphériques aux benzodiazépines (PBR) (TEP TSPO)
2.2.3.2. En recherche préclinique
Modèle d’épilepsie chez le rat
Modèle d’épilepsie induit par injection intrahippocampique d’acide kaïnique (AK)
chez la souris
Enjeu actuel de recherche préclinique
3. Rôle de la neuroinflammation et de ses composants en EMT
3.1. Généralités
3.2. Neuroinflammation et sclérose hippocampique
4. Imagerie de neuroinflammation en épilepsie
4.1. Imagerie de l’activation microgliale
4.2. Imagerie de l’activation astrogliale
4.3. Imagerie du dysfonctionnement de la BHE et de l’invasion de cellules immunitaires périphériques
5. Imagerie de la TSPO en épilepsie
5.1. Intérêts et challenges de l’imagerie de la protéine TSPO
5.2. Imagerie TEP de la TSPO en recherche clinique
5.3. Imagerie TEP de la TSPO en recherche préclinique
6. Objectifs de travail
Chapitre II. Mise au point du protocole d’étude d’imagerie TEP au 18F-DPA-714 dans un modèle d’épilepsie avec SH chez la souris.
1. Introduction et objectifs
2. Protocole d’étude
2.1. Protocole d’acquisition d’imagerie TEP au 18F-DPA-714
2.1.1. Conditions expérimentales
2.1.2. Voie d’injection
2.1.3. Acquisition dynamique TEP au 18F-DPA-714
2.1.4. Reconstruction d’images
2.1.5. Traitement d’images
2.2. Modèle d’épilepsie induit par injection intrahippocampique d’AK chez la souris
2.2.1. Protocole d’injection intrahippocampique d’AK chez la souris
2.2.2. Choix de l’aiguille pour induire le modèle
2.2.3. TEP au 18F-DPA-714 chez des souris à 7 jours après injection d’AK ou de sérum physiologique
2.2.4. Autoradiographie in vitro au 18F-DPA-714
3. Résultats
3.1. TEP au 18F-DPA-714 chez des souris C57Bl6 normales, état basal
3.2. Choix de l’aiguille pour induire le modèle
3.3. Modèle induit par injection intra hippocampique d’AK avec l’aiguille I
4. Discussion
4.1. Facteurs influant potentiellement la quantification du 18F-DPA-714
4.1.1. Conditions expérimentales
4.1.2. Voie d’injection
4.1.3. Acquisition dynamique de 60 minutes
4.1.4. Reconstruction d’images
4.1.5. Traitement d’images
4.2. Effet mécanique de l’aiguille sur la neuroinflammation
5. Conclusion
Chapitre III. Apport de l’imagerie de la TSPO dans le suivi de la sclérose hippocampique chez un modèle d’épilepsie mésiotemporale chez la souris
1. Introduction et objectifs
2. Matériels et méthodes
2.1. Modèle d’animal
2.2. Protocole d’étude longitudinale
2.3. Acquisition dynamique TEP-CT au 18F-DPA-714 et traitement d’images
2.4. Autoradiographie in vitro au 18F-DPA-714
2.5. Immunohistofluorescence (IHF)
3. Résultats
3.1. Evolution des signaux 18F-DPA-714 dans l’étude TEP longitudinale
3.2. Caractérisation par autoradiographie in vitro au 18F-DPA-714
3.2.1. Analyse visuelle
3.2.2. Analyse semi-quantitative
3.3. Caractérisation de la sclérose hippocampique par immunohistofluorescence sur des images mosaiques
3.3.1. Evolution des cellules microgliales au cours du temps
3.3.2. Evolution des cellules astrocytaires au cours du temps
3.4. Analyse de colocalisation entre TSPO/microglie et TSPO/astrocyte sur des images à plus fort grossissement au niveau de CA1 et du hile des hippocampes
4. Discussion
4.1. Faisabilité de la TEP 18F-DPA-714 longitudinale pour suivre la neuroinflammation impliquée dans la constitution de la sclérose hippocampique chez la souris
4.1.1. Différence au temps précoce
4.1.2. Différence au temps tardif
4.2. Autoradiographie au 18F-DPA-714 confirmant le signal TEP TSPO dans la sclérose hippocampique
4.3. Origine du signal TSPO venant successivement d’une activation initialement microgliales puis astrocytaires
4.3.1. Epileptogénèse
4.3.1.1. Effets néfastes des microglies
4.3.1.2. Effets protecteurs des microglies
4.3.2. Ictogénèse
4.3.2.1. Phase précoce – rôle de la microglie activée localisée à la couche pyramidale CA1
4.3.2.2. Phase tardive – SH établie avec une astrogliose importante à 6 mois après injection d’AK
5. Conclusion
Chapitre IV. Quantification de l’expression de la protéine TSPO par modélisation de la TEP dynamique au 18F-DPA-714 dans un modèle d’EMT chez la souris
1. Principe de la modélisation cinétique en TEP et défis en imagerie préclinique
1.1. Définitions générales
1.2. Effet de volume partiel (EVP)
1.3. Fonction d’entrée (FE)
2. Matériels et méthodes
2.1. Matériels
2.2. Traitement d’image
2.3. Analyse des données
3. Résultats et discussion
3.1. Impact de l’atlas sur la quantification
3.2. Précision et robustesse de la méthode de l’extraction de FEDI
3.3. Quantification de l’expression de la TSPO (Vt) durant l’étude longitudinale en utilisant la méthode de l’extraction de FEDI
4. Conclusion
Conclusions générales et perspectives
Bibliographies

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