Développement et conception d'un système de tomographie par émission de positrons à micro-dose ambulatoire (AM-PET) de prochaine génération

Aperçu: G.M.

Plusieurs applications existent pour une image de cerveau de tomographie par émission de positons (PET) entièrement conçue comme une unité portable qui peut être portée sur la tête d'un patient. Grâce à l'amélioration de la technologie des détecteurs, un appareil léger et performant permettrait l'imagerie du cerveau PET dans différents environnements et pendant les tâches comportementales. Un tel système portatif qui permet aux sujets de se déplacer et de marcher - le PET ambulatoire Microdose (AM-PET) - est en cours de développement. 

Sensors (Basel). 2017 May 19;17(5). pii: E1164. doi: 10.3390/s17051164.

Development and Design of Next-Generation Head-Mounted Ambulatory Microdose Positron-Emission Tomography (AM-PET) System

Melroy S¹, Bauer C², McHugh M³, Carden G⁴, Stolin A⁵, Majewski S⁶, Brefczynski-Lewis J⁷, Wuest T⁸.

Author information

1

Industrial and Management Systems Engineering, West Virginia University, Morgantown, WV 26506, USA. smelroy@mix.wvu.edu

2

Montgomery-Downs Lab, Blanchette Rockefeller Neuroscience Institute, West Virginia University, Morgantown, WV 26506, USA. cbauer5@mix.wvu.edu.

3

Mechanical and Aerospace Engineering, West Virginia University, Morgantown, WV 26506, USA. mmchugh4@mix.wvu.edu.

4

Industrial and Management Systems Engineering, West Virginia University, Morgantown, WV 26506, USA. gtcarden@mix.wvu.edu.

5

Department of Radiology, Center for Advanced Imaging, West Virginia University, Morgantown, WV 26506, USA. astolin@hsc.wvu.edu.

6

Department of Radiology & Medical Imaging, University of Virginia, Charlottesville, VA 22903, USA. sm4aa@virginia.edu.

7

Physiology & Pharmacology & Blanchette Rockefeller Neuroscience Institute, West Virginia University, Morgantown, WV 26506, USA. jblewis@hsc.wvu.edu.

8

Industrial and Management Systems Engineering, West Virginia University, Morgantown, WV 26506, USA. thwuest@mail.wvu.edu.

Abstract

Several applications exist for a whole brain positron-emission tomography (PET) brain imager designed as a portable unit that can be worn on a patient's head. Enabled by improvements in detector technology, a lightweight, high performance device would allow PET brain imaging in different environments and during behavioral tasks. Such a wearable system that allows the subjects to move their heads and walk-the Ambulatory Microdose PET (AM-PET)-is currently under development. This imager will be helpful for testing subjects performing selected activities such as gestures, virtual reality activities and walking. The need for this type of lightweight mobile device has led to the construction of a proof of concept portable head-worn unit that uses twelve silicon photomultiplier (SiPM) PET module sensors built into a small ring which fits around the head. This paper is focused on the engineering design of mechanical support aspects of the AM-PET project, both of the current device as well as of the coming next-generation devices. The goal of this work is to optimize design of the scanner and its mechanics to improve comfort for the subject by reducing the effect of weight, and to enable diversification of its applications amongst different research activities.

PMID: 28534848

DOI: 10.3390/s17051164

Brief Report: Approaches to (31)P-MRS in Awake, Non-Sedated Children with and without Autism Spectrum Disorder

Traduction: G.M.

Bref rapport: Approches pour (31) P-MRS dans l'éveil, chez des enfants non-sédatés avec ou sans troubles du spectre autistique.
Erickson LC, Scott-Van Zeeland AA, Hamilton G, Lincoln A, BA Golomb.

Source
Département de médecine, Université de Californie, San Diego, 9500 Gilman Dr # 0995, La Jolla, CA, 92093-0995, États-Unis.

Résumé
Nous avons piloté une série d'approches visant à faciliter une série à succès (31) de scanner Phosphore-spectroscopie par résonance magnétique (P-MRS) du cerveau et des muscles jusqu'à quatre en une seule séance chez 12 sujets éveillés, non sédatés (âgés de 6 à 18 ans), 6 avec des troubles du spectre autistique (TSA) et 6 contrôles.
Nous avons ciblé la préparation avancée, les observations des parents, le confort physique, des protocoles courts de scanner , une allocation de temps supplémentaire, et un soutien émotionnel du sujet.
100% des sujets ont terminé au moins un scanner cérébral et un scan musculaire de la jambe: 42 scans sur 46 essayés ont été achevés (91%), avec des échecs dans les scans musculaires (achevé en 6/6 groupe contrôles, mais 3/6 groupe TED). Un scan terminé manquait des données utilisables sans rapport avec la procédure de scan du sujet (orthodonture affectant un scanner du cerveau frontal). En tant que groupe, ces méthodes fournissent une base pour la conduite et l'amélioration des études de MR dans l'avenir chez des sujets en pédiatrie avec TSA.

Multivariate searchlight classification: Distinct features of autistic brain revealed in MRI scans

Traduction: G.M.

Classification Searchlight multivariée: des caractéristiques distinctes du cerveau autiste révélées dans les examens par IRM

Les chercheurs ont analysé les données de scanner cérébral pour distinguer les enfants autistes des enfants au développement non autistique. Leur découverte révèle que la matière grise dans un réseau de régions cérébrales connues pour affecter la communication sociale et les pensées sur soi liées a une organisation distincte chez les personnes avec autisme.

Les diagnostics d'autisme sont fondés des observations et des tests , mais les chercheurs ont tenté d'identifier les caractéristiques anatomiques dans le cerveau qui aideraient à déterminer si une personne est autiste.

L'autisme touche environ un enfant sur 110 et est une maladie invalidante qui altère le développement des compétences linguistiques d'un enfant, les interactions sociales et la capacité de sentir comment on est perçu par les autres. Le scanner cérébral ne peut pas remplacer les méthodes traditionnelles de diagnostic de l'autisme, qui s'appuient sur des évaluations comportementales, mais il peut éventuellement aider au diagnostic chez les bambins.

L'étude a comparé des données d'IRM de 24 enfants autistes âgés de 8 à 18 ans avec des données de numérisation de 24 enfants au développement non autistique et appariés selon l'âge. Les données ont été recueillies à l'Université de Pittsburgh.

"Les nouveaux résultats donnent une vue unique et complète de l'organisation du cerveau chez les enfants atteints d'autisme et dévoile une relation entre la sévérité des différences de la structure cérébrale des différences et la sévérité des symptômes de l'autisme», a déclaré Vinod Menon, Ph.D., professeur de psychiatrie et sciences comportementales, de la neurologie et de sciences neurologiques, qui a dirigé la recherche.

"Nous sommes proches d'être en mesure d'utiliser l'imagerie cérébrale des technologies pour aider dans le diagnostic et le traitement des personnes atteintes d'autisme», a déclaré le pédopsychiatre Antonio Hardan, MD, qui est professeur agrégé de psychiatrie et de sciences du comportement à Stanford, un des autres auteurs de l'étude. Antonio Hardan traite les patients souffrant d'autisme à Packard Children's.

La méthode d'analyse, appelée «multivariate searchlight classification," divise le cerveau avec une grille tridimensionnelle, et examine ensuite un cube du cerveau à un moment, afin d'identifer les régions dans lesquelles le motif du volume de matière grise pourrait être utilisé pour discriminer entre les enfants qui se développent avec autisme des enfants qui se développent sans autisme.

Au lieu de comparer la taille des structures cérébrales individuelles, comme l'ont fait les études antérieures, la nouvelle analyse génére quelque chose qui s'apparente à une carte topographique du cerveau entier. Les scientifiques ont cartographié l'essentiel des falaises et vallées distinctes du cerveau autiste pour découvrir de subtiles différences dans l'organisation physique de la matière grise.

Une telle analyse peut être une approche plus utile que les précédentes. Des études antérieures, par exemple, ont suggéré que les personnes atteintes d'autisme peuvent avoir un cerveau plus volumineux dans la petite enfance ou ont un grand défaut dans une structure du cerveau. Cette étude a pris une approche différente et a découvert plusieurs différences associées à l'autisme dans le Default Mode Network, un ensemble de structures cérébrales importantes pour la communication sociale et les pensées auto-centrées. Des structures spécifiques qui diffèrent notamment dans le cortex cingulaire postérieur, le cortex préfrontal médian et les lobes temporal médial. Ces résultats cadrent bien avec les récentes études théoriques et d'IRM fonctionnelle du cerveau des personnes autistes, qui soulignent également les différences dans le Default Mode Network, selon Menon.

Une fois que Menon et son équipe ont trouvé là où les différences dans les cerveaux autistes étaient situées, ils ont pu utiliser leur analyse pour classer les enfants dans l'étude selon l'autisme. Ils ont utilisé un sous-ensemble de leurs données pour «former» l'algorithme mathématique, puis ils ont passé les scanner cérébraux des enfants restants , à l'algorithme pour les classer.

«Nous pourrions distinguer un développement normal et les enfants autistes avec 92 pour cent de précision sur la base du volume de matière grise dans le cortex cingulaire postérieur", a déclaré Lucina Uddin, Ph.D., premier auteur de l'étude. Uddin est un instructeur en psychiatrie et en sciences comportementales à Stanford.

En outre, les enfants avec des déficits de communication le plus sévère, telle que mesurée sur une échelle standard de comportement pour le diagnostic des personnes atteintes d'autisme, avaient les plus grandes différences de structure cérébrales. Les déficiences graves dans le comportement social et les comportements répétitifs ont également montré une tendance vers une association avec des différences cérébrales plus sévères.

Menon et son équipe ont l'intention de répéter l'étude chez les jeunes enfants et de l'étendre à de plus grands groupes de sujets. Si les résultats sont respectés, la nouvelle méthode offre la possibilité de plusieurs applications dans le diagnostic d'autisme et de traitement. Par exemple, les scanners du cerveau pourrait éventuellement aider à distinguer l'autisme des autres troubles du comportement comme le trouble d'hyperactivité avec déficit de l'attention, ou peut prédire si les enfants à haut risque, comme ceux avec la fratrie autiste, vont développer l'autisme eux-mêmes. L'imagerie cérébrale pourrait également être en mesure de prédire quel type de déficits se produira chez un enfant avec un diagnostic d'autisme, permettant aux cliniciens de cibler leurs traitements aux déficits prédits de l'enfant.

"Les scans seraient probablement utilisés aux côtés de l'expertise clinique, ce qui donne ce soupçon supplémentaire à partir des données du cerveau", a déclaré Uddin.

Lorsque ces évaluations intégrées sont possibles, les chercheurs espèrent qu'elles permettront aux cliniciens de créer des profils détaillés de chaque patient. "Nous espérons que nous finirons par être en mesure de dire aux parents:« Votre enfant va probablement répondre à ce traitement, ou votre enfant est peu susceptible de répondre à ce traitement, "a déclaré Hardan. "Dans mon esprit, c'est l'avenir."

Un scanner de 15 minutes seulement pour diagnostiquer l'autisme

Des scientifiques britanniques développent une méthode pour diagnostiquer l'autisme

Les enfants pourraient dans le futur avoir un diagnostic d'autisme grace à un examen d'une durée de 15 minutes. Une methode d'analyse des données d'un scanner cérébral a évalue des changements structurels dans le cerveau. Le scanner a mis en évidence des différences significatives dans l’épaisseur des tissus de certaines parties de la matière grise des lobes frontaux et pariétaux, qui commandent le comportement et le langage.Elle a été testé sur 20 adultes en bonne santé, 20 adultes avec trouble du spectre autistique et 20 adultes avec troubles de l'attention. Les résultats montrent un taux de concordance de l'ordre de 90 %. Ce taux pourrait etre plus eleve chez les enfants car les anomalies cérébrales de l’autisme varient au cours de la vie et elles sont plus importantes durant l’enfance estime Christine Ecker, la chercheuse à l’origine de l’étude.

Cette étude commencée il y a un peu plus de deux ans risque de révolutionner le diagnostic des troubles du développement qui affecte plus de 600 000 personnes en France. Non seulement la méthode est beaucoup plus rapide que les moyens habituels d'identifier l'autisme mais son coût est entre 10 et 20 fois plus faible.
A ce jour le trouble est principalement diagnostiqué par l'observation des principaux traits de comportements en utilisant une batteries de test. La procédure de diagnostic peut prendre plusieurs jours en impliquant une équipe complète de cliniciens pour un coût de plusieurs milliers d'euros. Le scanner cérébral prend quelques minutes et ne coute que quelques centaines d'euros.