Co-Planar Stereotaxic Atlas of the Human Brain—3-Dimensional Proportional System: An Approach to Cerebral Imaging, J. Talairach, P. Tournoux. Georg Thieme Verlag, New York (1988), 122 pp., 130 figs. DM 268

This review integrates eight aspects of cerebrospinal fluid (CSF) circulatory dynamics: formation rate, pressure, flow, volume, turnover rate, composition, recycling and reabsorption. Novel ways to modulate CSF formation emanate from recent analyses of choroid plexus transcription factors (E2F5), ion transporters (NaHCO3 cotransport), transport enzymes (isoforms of carbonic anhydrase), aquaporin 1 regulation, and plasticity of receptors for fluid-regulating neuropeptides. A greater appreciation of CSF pressure (CSFP) is being generated by fresh insights on peptidergic regulatory servomechanisms, the role of dysfunctional ependyma and circumventricular organs in causing congenital hydrocephalus, and the clinical use of algorithms to delineate CSFP waveforms for diagnostic and prognostic utility. Increasing attention focuses on CSF flow: how it impacts cerebral metabolism and hemodynamics, neural stem cell progression in the subventricular zone, and catabolite/peptide clearance from the CNS. The pathophysiological significance of changes in CSF volume is assessed from the respective viewpoints of hemodynamics (choroid plexus blood flow and pulsatility), hydrodynamics (choroidal hypo- and hypersecretion) and neuroendocrine factors (i.e., coordinated regulation by atrial natriuretic peptide, arginine vasopressin and basic fibroblast growth factor). In aging, normal pressure hydrocephalus and Alzheimer's disease, the expanding CSF space reduces the CSF turnover rate, thus compromising the CSF sink action to clear harmful metabolites (e.g., amyloid) from the CNS. Dwindling CSF dynamics greatly harms the interstitial environment of neurons. Accordingly the altered CSF composition in neurodegenerative diseases and senescence, because of adverse effects on neural processes and cognition, needs more effective clinical management. CSF recycling between subarachnoid space, brain and ventricles promotes interstitial fluid (ISF) convection with both trophic and excretory benefits. Finally, CSF reabsorption via multiple pathways (olfactory and spinal arachnoidal bulk flow) is likely complemented by fluid clearance across capillary walls (aquaporin 4) and arachnoid villi when CSFP and fluid retention are markedly elevated. A model is presented that links CSF and ISF homeostasis to coordinated fluxes of water and solutes at both the blood-CSF and blood-brain transport interfaces.

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Multiplicity of cerebrospinal fluid functions: New challenges in health and disease

Interstitial fluid (ISF) surrounds the parenchymal cells of the brain and spinal cord while cerebrospinal fluid (CSF) fills the larger spaces within and around the CNS. Regulation of the composition and volume of these fluids is important for effective functioning of brain cells and is achieved by barriers that prevent free exchange between CNS and blood and by mechanisms that secrete fluid of controlled composition into the brain and distribute and reabsorb it. Structures associated with this regular fluid turnover include the choroid plexuses, brain capillaries comprising the blood-brain barrier, arachnoid villi and perineural spaces penetrating the cribriform plate. ISF flow, estimated from rates of removal of markers from the brain, has been thought to reflect rates of fluid secretion across the blood-brain barrier, although this has been questioned because measurements were made under barbiturate anaesthesia possibly affecting secretion and flow and because CSF influx to the parenchyma via perivascular routes may deliver fluid independently of blood-brain barrier secretion. Fluid secretion at the blood-brain barrier is provided by specific transporters that generate solute fluxes so creating osmotic gradients that force water to follow. Any flow due to hydrostatic pressures driving water across the barrier soon ceases unless accompanied by solute transport because water movements modify solute concentrations. CSF is thought to be derived primarily from secretion by the choroid plexuses. Flow rates measured using phase contrast magnetic resonance imaging reveal CSF movements to be more rapid and variable than previously supposed, even implying that under some circumstances net flow through the cerebral aqueduct may be reversed with net flow into the third and lateral ventricles. Such reversed flow requires there to be alternative sites for both generation and removal of CSF. Fluorescent tracer analysis has shown that fluid flow can occur from CSF into parenchyma along periarterial spaces. Whether this represents net fluid flow and whether there is subsequent flow through the interstitium and net flow out of the cortex via perivenous routes, described as glymphatic circulation, remains to be established. Modern techniques have revealed complex fluid movements within the brain. This review provides a critical evaluation of the data.

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Mechanisms of fluid movement into, through and out of the brain: evaluation of the evidence

The response of cerebral vasculature to exercise is different from other peripheral vasculature; it has a small vascular bed and is strongly regulated by cerebral autoregulation and the partial pre...

Cerebral blood flow during exercise: mechanisms of regulation

It is known that cerebral blood flow declines with age in sedentary adults, although previous studies have involved small sample sizes, making the exact estimate of decline imprecise and the effects of possible moderator variables unknown. Animal studies indicate that aerobic exercise can elevate cerebral blood flow; however, this possibility has not been examined in humans. We examined how regular aerobic exercise affects the age-related decline in blood flow velocity in the middle cerebral artery (MCAv) in healthy humans. Maximal oxygen consumption, body mass index (BMI), blood pressure and MCAv were measured in healthy sedentary (n = 153) and endurance-trained (n = 154) men aged between 18 and 79 years. The relationships between age, training status, BMI and MCAv were examined using analysis of covariance methods. Mean +/- s.e.m. estimates of regression coefficients and 95% confidence intervals (95% CI) were calculated. The age-related decline in MCAv was -0.76 +/- 0.04 cm s(-1) year(-1) (95% CI = -0.69 to -0.83, r(2) = 0.66, P < 0.0005) and was independent of training status (P = 0.65). Nevertheless, MCAv was consistently elevated by 9.1 +/- 3.3 cm s(-1) (CI = 2.7-15.6, P = 0.006) in endurance-trained men throughout the age range. This approximately 17% difference between trained and sedentary men amounted to an approximate 10 year reduction in MCAv 'age' and was robust to between-group differences in BMI and blood pressure. Regular aerobic-endurance exercise is associated with higher MCAv in men aged 18-79 years. The persistence of this finding in older endurance-trained men may therefore help explain why there is a lower risk of cerebrovascular disease in this population.

https://physoc.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1113/jphysiol.2008.158279

Elevation in cerebral blood flow velocity with aerobic fitness throughout healthy human ageing.

Resume Objectifs Nous avons compare les images de tomographie par emission de positons au [18]-Fluorodesoxyglucose reconstruites selon deux methodes : «  attenuation-weighted ordered subset expectation maximization  » (AW-OSEM) et «  detector response  » (AW-OSEM DR) pour la delimitation des volumes cibles en radiotherapie des cancers des voies aero-digestives superieures (VADS). Dans cette etude preliminaire, nous avons etudie, d’une part, la resolution spatiale du systeme Biograph™ 6 et, d’autre part, les volumes cibles de radiotherapie « Gross Tumor Volume » (GTV), « Clinical Target Volume » (CTV) et « Planning Target Volume » (PTV) obtenus avec chacune de ces deux methodes de reconstruction. Materiel et methodes La resolution spatiale a ete mesuree sur un objet test contenant 4 sources ponctuelles radioactives. Par ailleurs, les volumes cibles de radiotherapie ont ete definis avec le logiciel Eclipse™ a partir des images du scanner injecte (TDM IV) et de la TEP/TDM (TEP AW-OSEM et TEP AW-OSEM DR). Resultats La resolution spatiale a ete amelioree avec l’algorithme de reconstruction AW-OSEM DR compare aux images obtenues avec la reconstruction AW-OSEM (de 7,5 mm a 5,4 mm pour la plus forte reduction). Les GTV issus de la reconstruction avec AW-OSEM DR par seuillage semi-automatique a 42 et 50 % de la «  maximun standard uptake value  » (respectivement, de 1,2 et 0,7 cm 3 ) etaient inferieurs a ceux obtenus avec AW-OSEM (respectivement, de 3,6 et 2,2 cm 3 ). Ils etaient egalement inferieurs a celui realise avec la TDM IV (5,5 cm 3 ). Il en etait de meme pour les CTV et les PTV. Conclusion Cette etude montre que l’algorithme de reconstruction AW-OSEM DR permet de moins degrader la resolution spatiale qu’avec AW-OSEM utilise en routine clinique. Dans le cadre de la definition des volumes cibles de radiotherapie, AW-OSEM DR peut permettre de diminuer les GTV, CTV et PTV et donc le risque d’effets secondaires associes aux organes a risque.

Faisabilité et intérêt d’un nouvel algorithme de reconstruction des images TEP-18FDG (AW OSEM DR) pour la délimitation des volumes cibles en radiothérapie. À propos d’un cas de néoplasie ORL

Resume Les mouvements respiratoires induisent un etalement des zones hyperfixantes des structures mobiles dans les images de tomographie par emission de positons (TEP). Dans le cas ou les images TEP sont corrigees en autoattenuation a partir des images de la tomodensitometrie (TDM), ces mouvements peuvent egalement alterer la quantification des images TEP. Nous presentons les resultats cliniques d’une methode CT-based de traitement des acquisitions TEP synchronisees sur la respiration qui vise a ameliorer la quantification et la colocalisation TEP-TDM des lesions, notamment grâce a une acquisition TDM supplementaire en apnee. Le protocole CT-based consiste en une acquisition TEP mode liste de 10 minutes, synchronisee sur la respiration. Elle est suivie d’une acquisition TDM en apnee. Durant ces deux etapes, le signal respiratoire est enregistre en continu. Onze lesions pulmonaires ont ete incluses dans cette etude. Les patients ont beneficie d’un protocole standard TEP/TDM (en respiration libre) et du protocole CT-based. Les performances respectives des methodes standard et CT-based ont ete evaluees en comparant la distance entre les centroides d’une lesion dans les volumes TEP et TDM. Les variations de la SUVMAX (Standardized Uptake Value) et du volume des lesions ont egalement ete etudiees. La methode CT-based montre une diminution significative (p = 0,049) des distances des centroides (en moyenne 49 %), une augmentation de la SUVMAX (en moyenne 39 %) et une diminution significative (p = 0,026) du volume des lesions (en moyenne 43 %). La methode CT-based ameliore la colocalisation entre les images des lesions pulmonaires en TEP et TDM apportant ainsi une correction d’autoattenuation et une mesure de SUV probablement plus justes.

Réduction des effets de la respiration en imagerie TEP pulmonaire par une acquisition synchronisée à la respiration associée à une TDM en apnée

Objectifs Etablir un protocole clinique d’acquisition, de traitement et d’analyse des flux cardiaques. Materiels et methodes La sequence cinetique rapide par contraste de phase, d’une duree moyenne de 2 min par vaisseau, est utilisee en double synchronisation cardiaque et respiratoire. L’aorte, les veines caves et les arteres pulmonaires sont explorees. Le reperage est effectue sur les sequences morphologiques 2D/3D fiesta. L’analyse des images est realisee sur un logiciel developpe sur le site. Les flux de 7 temoins adultes sont mesures sur 32 phases d’un cycle cardiaque. Resultats L’analyse de la morphologie des courbes de flux reconstruites a permis de definir les caracteristiques d’evolution temporelle propres a chacun des vaisseaux explores. Les debits moyens mesures sont : aorte ascendante 5,3±1,1 1/mn ; aorte descendante 3,9±1 1/mn ; artere pulmonaire 5,4±0,8 1/mn ; veine cave inferieure 3,9±1,3 1/mn ; veine cave superieure l,8±0,4 1/mn. Conclusion La double synchronisation cardio-respiratoire permet une acquisition en respiration libre compatible avec la routine clinique. L’inclusion d’un grand nombre de temoins nous permettra de definir une base de reference des parametres temporels et quantitatifs des flux cardio-vasculaires. L’IRM de flux est une information fonctionnelle complementaire dont l’apport dans l’etude des pathologies cardiovasculaires reste a evaluer.

IRM des flux cardiaques. Acquisition, traitement, analyse des images

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Prevalence of Amyloid Cerebral Deposits and Cognitive Outcome After Stroke: The IDEA3 Study

Resume Problematique Les mouvements respiratoires en tomographie par emission de positons/tomodensitometrie (TEP/TDM) peuvent etre source d’erreurs dans les images TEP, mais egalement dans les images TDM. Cela induit des erreurs de correspondance entre les images anatomiques et fonctionnelles et donc des biais pour la correction d’attenuation conduisant a des standardized uptake values (SUV) erronees. Cet article a pour but de presenter les methodes de synchronisation respiratoire applicables en clinique ainsi que les evolutions a venir. Compensation des mouvements respiratoires La plupart des appareils actuels sont equipes d’un systeme de synchronisation respiratoire des acquisitions TEP. Cependant, les logiciels proposes par les constructeurs ne sont pas satisfaisants, notamment de par le fait que plusieurs images TEP, correspondant a differentes positions des tissus durant le cycle respiratoire, sont generees avec la meme carte d’attenuation. Certaines equipes ont propose des alternatives assurant une image TEP correspondant parfaitement a son image TDM associee. Ces dernieres methodes sont utilisables en routine et ont deja montre, dans differents essais cliniques, leur interet. Toutefois, les methodes de compensation necessitent un allongement du temps d’examen TEP par la realisation d’une acquisition supplementaire. Correction des mouvements respiratoires La nouvelle tendance cherche a developper des methodes de correction des mouvements en integrant directement l’information de deplacement de tissus soit dans les donnees (acquisition), soit dans l’algorithme de reconstruction. Ces methodes ont l’interet d’utiliser la totalite des donnees acquises pour la reconstruction de l’image, reduisant de ce fait la duree de l’examen synchronise. Neanmoins, ces methodes ne sont pas encore transferables en cliniques. En effet, la determination des deformations des tissus pose encore des problemes, de meme que la correction d’attenuation.

Marc-Etienne Meyer

Papers

Faisabilité et intérêt d’un nouvel algorithme de reconstruction des images TEP-18FDG (AW OSEM DR) pour la délimitation des volumes cibles en radiothérapie. À propos d’un cas de néoplasie ORL

Réduction des effets de la respiration en imagerie TEP pulmonaire par une acquisition synchronisée à la respiration associée à une TDM en apnée

IRM des flux cardiaques. Acquisition, traitement, analyse des images

Prevalence of Amyloid Cerebral Deposits and Cognitive Outcome After Stroke: The IDEA3 Study

La synchronisation respiratoire en TEP/TDM : vœu pieux ou réalité clinique ?