Apport de l'IRM multimodale pour le diagnostic différentiel des syndromes parkinsoniens

Parkinsonism is defined by the presence of resting tremor, rigidity, bradykinesia, and postural instability. Parkinson’s disease (PD) is the most common neurodegenerative cause of parkinsonism. Atypical parkinsonism refers to other neurodegenerative disorders that commonly include tauopathies (progressive supranuclear palsy - PSP and corticobasal degeneration - CBD), and synucleinopathies (multiple system atrophy - MSA, including its cerebellar - MSA-C and parkinsonian variants - MSA-P, and dementia with Lewy body - DLB). Although the diagnostic accuracy of Parkinsonism is improved when made by clinical experts in movement disorders, a correct diagnosis of atypical parkinsonism may be difficult on initial presentation and clinical uncertainty is high. Accurate diagnosis is crucial to assess the prognosis, enroll patients in adequate care systems, and allow their inclusion in appropriate therapeutic trials. Parkinsonian syndromes are histologically characterized by specific brain lesions with a variable association of brain atrophy in particular brain regions, changes in tissue microstructure, and increased in iron deposits. Degeneration of dopaminergic neurons within the substantia nigra pars compacta is the hallmark of all neurodegenerative parkinsonian syndromes. While PD patients only exhibit nigral abnormalities in a limited number of small brainstem nuclei at the early stages of the disease, PSP patients show a larger involvement of other structures, predominating in the midbrain, the dentate nucleus and superior cerebellar peduncles and MSA patients are characterized by damage particularly affecting the posterior putamen in MSA-P and the pons, middle cerebellar peduncles and cerebellum in MSA-C. These changes can be detected using multimodal magnetic resonance imaging (MRI). Brain atrophy is visible on T1-weighted images, tissue microstructure alterations are detected using diffusion-weighted images, iron deposition can be evidenced with iron-sensitive sequences and degeneration of the substantia nigra is seen using neuromelanin-sensitive imaging. The objective of my PhD thesis is to improve the differential diagnosis of parkinsonian syndromes using multimodal MRI. We showed that a classification approach based on machine learning in combination with volumetry, diffusion and R2* relaxation measurements in various brain regions enabled accurate discrimination of subjects with early-stage parkinsonism. Using neuromelanin-sensitive imaging, we were able to detect degeneration of the substantia nigra and locus coeruleus in parkinsonian syndromes. We also found that the pattern of nigral degeneration differed between synucleinopathies and tauopathies. These findings could help refining the differential diagnosis of parkinsonism in a clinical setting.Le syndrome parkinsonien est défini par l'association d'un tremblement de repos, d'une rigidité, d'une bradykinésie et d'une instabilité posturale. La maladie de Parkinson (MP) est la première cause de syndrome parkinsonien d’origine neurodégénérative. Le spectre des syndromes parkinsoniens atypiques fait référence à des pathologies neurodégénératives rares incluant des tauopathies (paralysie supranucléaire progressive - PSP et dégénérescence corticobasale - DCB) et des synucléinopathies (atrophie multisystématisée - AMS, avec ses variantes cérébelleuse - AMS-C et parkinsonienne - AMS-P, et démence à corps de Lewy - DCL). Bien que la précision du diagnostic du syndrome parkinsonien soit améliorée lorsqu'il est posé par des neurologues experts en mouvements anormaux, un diagnostic correct peut être difficile, notamment à la phase précoce de la maladie, avec une incertitude clinique élevée. Or un diagnostic précis est crucial pour évaluer le pronostic, orienter les patients vers des systèmes de soins adéquats et permettre leur inclusion dans des essais thérapeutiques appropriés. Les syndromes parkinsoniens sont caractérisés histologiquement par des lésions cérébrales spécifiques avec une association variable d'atrophie cérébrale dans des régions cérébrales particulières, de modifications de la microstructure tissulaire et de dépôts de fer pathologiques. La dégénérescence des neurones dopaminergiques dans la substance noire pars compacta est la lésion commune à tous les syndromes parkinsoniens neurodégénératifs. Alors que les patients atteints de la maladie de Parkinson ne présentent des anomalies extra-nigrales que dans un nombre limité de petits noyaux du tronc cérébral, les patients atteints de PSP montrent une atteinte plus diffuse, prédominant dans le mésencéphale, le noyau denté et les pédoncules cérébelleux supérieurs et les patients atteints d'AMS sont caractérisés par des dommages affectant particulièrement le putamen postérieur dans l'AMS-P et le pont, les pédoncules cérébelleux moyens et le cervelet dans l'AMS-C. Ces changements peuvent être détectés à l'aide de l’imagerie par résonance magnétique (IRM) multimodale. L'atrophie cérébrale est visible sur les images pondérées en T1, les altérations de la microstructure tissulaire sont détectées à l'aide d'images pondérées en diffusion, les dépôts de fer peuvent être mis en évidence à l'aide de séquences sensibles au fer et la dégénérescence de la substance noire est visible grâce de l'imagerie sensible à la neuromélanine. L'objectif de ma thèse est d'évaluer la contribution de l'IRM multimodale pour le diagnostic différentiel des syndromes parkinsoniens. Nous avons montré qu'une approche de classification diagnostique basée sur des techniques d'apprentissage automatique en combinaison avec des mesures de volumétrie, de diffusion et de relaxation R2* dans diverses régions du cerveau permettait de discriminer avec précision les sujets à un stade précoce de syndrome parkinsonien. En utilisant l'imagerie sensible à la neuromélanine, nous avons détecté la dégénérescence de la substance noire et du locus coeruleus dans les syndromes parkinsoniens. Nous avons également constaté que le pattern de la dégénérescence nigrale différait entre les synucléinopathies et les tauopathies. Ces résultats pourraient aider à affiner le diagnostic différentiel du syndrome parkinsonien dans un contexte clinique