| Summary: | Immunohistochemistry (IHC) and advanced magnetic resonance imaging (MRI) studies over the last decade have corroborated that grey matter (GM) structures are extensively involved in multiple sclerosis (MS) pathology, revolutionizing the long time perception of MS as a white matter disease. Yet cortical GM lesions remain notoriously difficult to detect in vivo using MRI. The main objective of this thesis was to create a quantitative MRI acquisition and analysis framework for the study of cortical MS pathology in vivo. To achieve this, two complementary approaches were used: brain morphometry and quantitative imaging of magnetic resonance properties (qMRI). The first aim was to develop an optimal acquisition protocol for voxel-based morphometry (VBM) of GM density to quantitatively study regional GM atrophy in MS. The sensitivity of VBM results to MR field strength and acquisition sequences was characterized by performing a VBM study of healthy controls using the two most common T1-weighted anatomical sequences, FLASH and MP-RAGE, at both 1.5 and 3 Tesla. The subsequent study introduced a new implementation of the MDEFT sequence for VBM at 3 Tesla, and compared it to FLASH and MP-RAGE. MDEFT showed the highest contrast-to-noise ratio between brain tissues, and required the smallest number of subjects to detect a significant difference in GM density. The second aim was to create a quantitative MR model of cortical lesions, a valuable tool to guide the design of qMRI acquisition methodologies for in vivo cortical lesion detection, and for the interpretation of in vivo MRI results. A combined high-resolution qMRI and IHC study of a post mortem MS hemisphere was performed. Cortical demyelinated lesions were characterized by an increase in T1 and T2 relaxation times and proton density, and by a decrease in magnetization transfer ratio. Finally, both approaches were combined to develop a cortical lesion segmentation technique based on laminar profile shape analysis of qMR images. This technique was demonstrated and validated using the post mortem qMRI and IHC data set. Collectively, these quantitative imaging methodologies have the potential to improve our understanding of the evolution of GM MS pathology in vivo, and the correlation with clinical/cognitive disability. === Au cours des dix dernières années, l'immunohistologie et l'imagerie par résonance magnétique (IRM) ont corroboré l'étendue de la pathologie de la sclérose en plaques (SEP) dans la substance grise, révolutionnant ainsi la perception de la SEP comme maladie de la substance blanche. Les lésions corticales demeurent toutefois très difficiles à discerner in vivo au moyen de l'IRM. L'objectif central de cette thèse de doctorat était de créer un cadre d'acquisition et d'analyse quantitatives d'IRM pour étudier la pathologie corticale de la SEP in vivo. À cette fin, deux approches complémentaires ont été utilisées : la neuro-morphométrie et l'imagerie quantitative des propriétés de résonance magnétique des tissus cérébraux. En premier lieu, nous avons développé un protocol d'acquisition d'image optimisé pour la morphométrie voxel à voxel (VBM) de la substance grise afin de quantifier l'atrophie locale de la substance grise causée par la SEP. La sensibilité des résultats de VBM à la force du champ magnétique ainsi qu'à la séquence d'acquisition a été caractérisée par une étude VBM sur des sujets sains utilisant les deux séquences en pondération T1 les plus répandues, FLASH et MP-RAGE, à 1,5 et 3 Tesla. Une implémentation innovatrice de la séquence MDEFT pour le VBM à 3 Tesla a ensuite été comparée à FLASH et à MP-RAGE. MDEFT a démontré le rapport contraste sur bruit le plus élevé entre la substance blanche et la substance grise, et a exigé le plus petit nombre de sujets pour détecter une différence significative dans la densité de la substance grise. En second lieu, nous avons créé un modèle quantitatif de résonance magnétique des lésions corticales, un outil indispendable à la conception de nouvelles méthodes d'acquisition d'IRM pour la détection de plaques corticales in vivo, et pour l'interprétation des observations d'IRM in vivo. Nous avons réalisé une étude d'IRM quantitative à haute résolution d'un hémisphère post mortem atteint de SEP, qui a ensuite été validée par l'immunohistologie. Les lésions corticales démyélinisées sont caractérisées par un prolongement des temps de relaxation T1 et T2, une augmentation de la densité de protons et une diminution du ratio de transfert de magnétisation. Finalement, les deux approches ont été jumelées pour développer une méthode de segmentation des lésions corticales sur IRM basée sur l'analyse de la forme des profils laminaires du cortex. La méthode a été appliquée et validée sur l'ensemble des données d'IRM et d'immunohistologie de l'hémisphère post mortem. L'ensemble de ces méthodes quantitatives d'IRM a le potentiel d'améliorer notre compréhension de l'évolution de la pathologie affectant la substance grise en SEP, ainsi que d'améliorer la corrélation avec les déficiences cliniques et cognitives.
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