Mise en œuvre d'un système portable d'imagerie cérébrale fonctionnelle bimodalité

Dans ce mémoire, un appareil portable d'imagerie fonctionnelle du cerveau bimodalité est présenté. Ces travaux, entrepris dans le cadre du projet IMAGINC au sein du laboratoire Polystim, ont pour objectif de combiner la spectroscopie par proche infrarouge (NIRS, pour Near Infrared Spectroscopy) et l'électroencéphalographie (EEG) dans un même système afin de répondre aux besoins cliniques pour des applications incluant l'épilepsie et les accidents vasculaires cérébraux. À l'heure actuelle, les technologies couramment utilisées pour l'imagerie fonctionnelle du cerveau sont peu portables, coûteuses et nécessitent d'immobiliser le patient. La NIRS et l'EEG ont le potentiel de contourner ces problématiques et certains appareils ont prouvé la validité du concept. Cependant, le nombre de canaux et la sensibilité en NIRS de ces derniers sont insuffisants pour répondre aux exigences cliniques. Afin de répondre à ces besoins, l'appareil conçu peu être porté par le patient, a assez de canaux de détection pour couvrir toute la tête, a une autonomie de plus de 24 heures et est assez sensible en NIRS pour obtenir des données de qualité, même en présence de cheveux foncés. Constitué de trois modules, soit une interface graphique sur un ordinateur distant, un module de contrôle porté à la ceinture et un casque d'acquisition, le prototype réalisé permet de transférer les données en temps réel et est complètement configurable et contrôlable à distance. Afin de valider les performances du système, des mesures sur fantôme ont été effectuées pour la NIRS ainsi que pour l'EEG. Par la suite, un protocole expérimental utilisant des adultes en santé a été effectué sur 5 sujets et les résultats ont été comparés à ceux de la littérature. Après analyse, il a été conclu que l'appareil présenté fonctionne correctement et permet de reproduire des protocoles expérimentaux déjà publiés. Certaines améliorations doivent toutefois être apportées afin de pouvoir mieux répondre aux besoins du milieu de la santé.

Abstract

In this thesis, a portable functional brain imaging system using two modalities is presented. This work, which is part of the IMAGINC project and affiliated with the Polystim laboratory, has the objective to combine near infrared spectroscopy (NIRS) to electroencephalography (EEG) in a single system in order to answer the clinical needs in applications as epilepsy and stroke. At this moment, typical technologies used for functional brain imaging are not portable, costly and need the patient to be immobilized. NIRS and EEG have the potential to by-pass these problems and some systems have already proved the validity of that concept. These systems, however, have a low channel count and lack NIRS sensitivity. In order to provide a better solution, a device was designed with enough detection channels to cover the whole head, autonomy over 24 hours and sufficient NIRS sensitivity to obtain quality data even with dark hair. The prototype that was built is made of 3 modules: a graphical user interface, a control module that can be worn on a belt and an acquisition helmet. It can transfer its data in real time to a distant computer and is completely remote configurable and controllable. Validation of the system was made by first using NIRS and EEG phantoms. An in-vivo experimental protocol was then used with 5 healthy adult subjects and results were compared with available papers. Analysis showed that the prototype works correctly and allows reproducing the results found in other published works. However, further optimization is still needed to improve the ability of the device to answer clinical needs.