Modélisation des flux cérébraux par une analogie électrique : validation par vélocimétrie IRM

RésuméL’imagerie par résonance magnétique en contraste de phase (IRMCP) est la seule technique non invasive pour l’étude des oscillations du liquide cérébrospinal (LCS). Elle permet la mesure des flux du LCS et du sang au cours du cycle cardiaque. Pour l’étude de l’hydro-hémodynamique cérébrale, des modèles ont été développés, mais la majorité d’entre eux ne prend pas en compte les oscillations du LCS. L’objectif de ce travail était d’établir les valeurs de référence des débits cérébraux et de proposer un nouveau modèle de simulation.Matériel et méthodesLes flux du LCS et du sang ont été mesurés par IRMCP sur 19 sujets témoins. Les images de flux ont été analysées sur un logiciel dédié pour reconstruire les courbes de flux sur un cycle cardiaque. Un modèle électrique a été réalisé. Les entrées du modèle correspondaient aux mesures par IRMCP des flux artériels et veineux, et les sorties aux simulations des flux du LCS. Ces flux simulés ont été comparés aux flux mesurés par IRMPC pour la validation du modèle.RésultatsLes paramètres clefs des flux de LCS et du sang ont été obtenus, par exemple le débit artériel cérébral moyen (688 ± 115 mL/min), le volume oscillatoire de LCS ventriculaire (0,05 ± 0,02 mL/cycle cardiaque) et le volume oscillatoire du LCS des espaces sous-arachnoïdiens (0,55 ± 0,15 mL/cycle cardiaque). Il existe un bon accord entre les courbes du LCS simulées et mesurées.ConclusionCe travail a décrit les principales valeurs caractérisant la dynamique cérébrale d’une population témoin. Cela permet de mieux comprendre les mécanismes de régulation des volumes intracrâniens pendant le cycle cardiaque. Nos résultats sont maintenant utilisés en pratique clinique et le modèle proposé est validé pour l’étude de l’hydro-hémodynamique cérébrale.

The cine Phase-Contrast Magnetic Resonance (PCMR) sequence is the only noninvasive technique for the study of cerebrospinal fluid (CSF) oscillations. It can provide CSF and blood flow measurements throughout the cardiac cycle. To study cerebral hydro-hemodynamic, models have been developed; nevertheless the majority of these models did not take into account the CSF oscillations. The objective of this study was to establish reference values for cerebral hydro-hemodynamic and propose a new electrical model of the brain dynamics.Material and methodsCSF and blood flows were measured in 19 control subjects by PCMR imaging. Dynamic flow images were analyzed on dedicated software to reconstruct the flow curves during the cardiac cycle. An electrical analogue was realized. The inputs of the model were fed by PCMR arterial and venous flows to simulate CSF oscillations. The simulated CSF oscillations were compared to the measured CSF oscillations to validate the model.ResultsThe key parameters of the CSF and blood flow curves were obtained, e.g. total cerebral blood flow was 688 ± 115 mL/min, ventricular CSF oscillatory volume was 0.05 ± 0.02 mL/cardiac cycle, and the subarachnoid CSF oscillatory volume was 0.55 ± 0.15 mL/cardiac cycle. A close agreement was found between measured and simulated cerebral CSF oscillations.ConclusionThis study established the main values characterizing cerebral hydrodynamics in a control population. It provided a better understanding of the mechanisms of intracranial volumes regulation during the cardiac cycle. Our results are now used in clinical practice and the model proposed is effective to study cerebral hydro-hemodynamic.