Functional mapping of epileptic brain during presurgical tests
Cartographie fonctionnelle du cerveau épileptique lors des évaluations préchirurgicales
Résumé
Mapping of epileptic networks is crucial during functional investigations in drug-resistant patients (30%). Recent advances in neuroimaging opened the possibility to record simultaneously fMRI and EEG. It appears as a technique perfectly suited to epilepsy evaluation because it allows identifying both functional and epileptic.
The main goal of this PhD work was to develop EEG/fMRI procedures at the Grenoble Hospital for pre- and post-surgical brain mapping in epileptics. Potential clinical benefits are the improvement of surgical outcome by identifying epileptic networks, and the reduction of side-effects of surgery by preserving brain functions.
Because EEG signals acquired in a magnetic environment are noisy, we first evaluated how the performance of different artefact removal algorithms depends on various experimental settings. Second, we assessed hemodynamic variability in EEG/fMRI recordings and proposed a robust method estimating the most suitable patient-specific hemodynamic response to improve the sensitivity of such exams.
Our results show that (i) most of removal artefact methods are efficient but that over-filtering could deteriorate EEG; (ii) estimation of hemodynamic properties is critical for EEG/fMRI exams in epilepsy. This suggests that epilepsy is often accompanied by an alteration of brain hemodynamics.
We have successfully implemented EEG/fMRI at the Grenoble Hospital. This technique appeared to be helpful for presurgical evaluations. However, because of heterogeneous neurovascular coupling, the interpretation of activation maps remains difficult. Therefore, characterizing epilepsy cannot be done solely using EEG/fMRI and needs complementary investigations.
The main goal of this PhD work was to develop EEG/fMRI procedures at the Grenoble Hospital for pre- and post-surgical brain mapping in epileptics. Potential clinical benefits are the improvement of surgical outcome by identifying epileptic networks, and the reduction of side-effects of surgery by preserving brain functions.
Because EEG signals acquired in a magnetic environment are noisy, we first evaluated how the performance of different artefact removal algorithms depends on various experimental settings. Second, we assessed hemodynamic variability in EEG/fMRI recordings and proposed a robust method estimating the most suitable patient-specific hemodynamic response to improve the sensitivity of such exams.
Our results show that (i) most of removal artefact methods are efficient but that over-filtering could deteriorate EEG; (ii) estimation of hemodynamic properties is critical for EEG/fMRI exams in epilepsy. This suggests that epilepsy is often accompanied by an alteration of brain hemodynamics.
We have successfully implemented EEG/fMRI at the Grenoble Hospital. This technique appeared to be helpful for presurgical evaluations. However, because of heterogeneous neurovascular coupling, the interpretation of activation maps remains difficult. Therefore, characterizing epilepsy cannot be done solely using EEG/fMRI and needs complementary investigations.
La cartographie des réseaux épileptiques est cruciale lors des explorations fonctionnelles chez les patients pharmacorésistants (30%). Parmi les techniques récentes, l'acquisition simultanée en IRMf et EEG apparaît adaptée à l'exploration des épilepsies. L'IRMf/EEG est une méthode non invasive permettant de localiser les régions épileptiques et fonctionnelles.
L'objectif de cette thèse était la mise en place, au CHU de Grenoble, de protocoles d'acquisition et de traitement de l'IRMf/EEG afin de localiser les réseaux épileptiques lors des évaluations pré- et post-chirurgicales. Les bénéfices sont de maximiser les chances de guérison en identifiant le réseau épileptique et de limiter les effets secondaires en préservant les aires fonctionnelles.
L'acquisition de l'EEG en milieu magnétique produit des artefacts. Nous avons d'abord évalué la performance de plusieurs algorithmes de correction d'artefacts selon différentes configurations expérimentales. Nous avons ensuite évalué l'influence du couplage hémodynamique et proposé une méthode robuste estimant la réponse hémodynamique optimale pour chaque patient afin d'améliorer la sensibilité des examens.
Nos résultats montrent que (i) la plupart des algorithmes sont efficaces mais qu'un filtrage trop strict peut détériorer l'EEG ; (ii) l'estimation de la réponse hémodynamique est cruciale en IRMf/EEG. Ceci suggère que l'épilepsie peut induire une modification des propriétés hémodynamiques.
L'IRMf/EEG est une méthode prometteuse pour les investigations préchirurgicales. En raison de l'hétérogénéité du couplage neurovasculaire, l'interprétation des cartes d'activation reste délicate et nécessite l'emploi d'approches complémentaires.
L'objectif de cette thèse était la mise en place, au CHU de Grenoble, de protocoles d'acquisition et de traitement de l'IRMf/EEG afin de localiser les réseaux épileptiques lors des évaluations pré- et post-chirurgicales. Les bénéfices sont de maximiser les chances de guérison en identifiant le réseau épileptique et de limiter les effets secondaires en préservant les aires fonctionnelles.
L'acquisition de l'EEG en milieu magnétique produit des artefacts. Nous avons d'abord évalué la performance de plusieurs algorithmes de correction d'artefacts selon différentes configurations expérimentales. Nous avons ensuite évalué l'influence du couplage hémodynamique et proposé une méthode robuste estimant la réponse hémodynamique optimale pour chaque patient afin d'améliorer la sensibilité des examens.
Nos résultats montrent que (i) la plupart des algorithmes sont efficaces mais qu'un filtrage trop strict peut détériorer l'EEG ; (ii) l'estimation de la réponse hémodynamique est cruciale en IRMf/EEG. Ceci suggère que l'épilepsie peut induire une modification des propriétés hémodynamiques.
L'IRMf/EEG est une méthode prometteuse pour les investigations préchirurgicales. En raison de l'hétérogénéité du couplage neurovasculaire, l'interprétation des cartes d'activation reste délicate et nécessite l'emploi d'approches complémentaires.
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