Reconstruction 3D de données échographiques du cerveau

Chaque année, on estime que 15 millions d’enfants naissent prématurément dans le monde (Blencowe et al. (2012)). Ce chiffre, en augmentation, correspond à plus d’une naissance sur dix. Ces patients sont extrêmement fragiles et donc susceptibles de subir de nombreuses complications qui sont la première cause de décès en période néonatale : 1 millions d’enfants par an (Liu et al. (2016a)). Ce premier chapitre regroupe des informations sur la prématurité et les complications qui lui sont associées, en particulier au niveau du développement du système nerveux central. Les méthodes cliniques de diagnostic des anomalies cérébrales et de pronostic des troubles du neurodéveloppement seront présentées avec leurs limites. Les problématiques scientifiques et techniques que ces dernières soulèvent seront ensuite définies.

La durée d’une grossesse, aussi appelée âge gestationel, se mesure en semaine d’aménorrhée (SA). Ce chiffre correspond au nombre de semaines qui se sont écoulées depuis les dernières règles. A terme, il se situe entre 40 et 41 SA pour une grossesse normale.

Le pourcentage mondial de naissances prématurées a augmenté en moyenne de 14.7% de 1990 à 2010. En 2010, il était en moyenne de 11.1% au niveau mondial, avec un minimum de 7.2% en Asie de l’Est, un maximum de 13.6% en Asie du Sud Est et une moyenne de 8.6% dans les pays développés. La prématurité concerne donc un grand nombre d’enfants qui nécessitent une prise en charge médicale et un suivi particuliers.

Lorsqu’un enfant nait prématurément, il ne bénéficie plus de l’environnement utérin adéquat dans lequel il se développait. Ses organes, qui n’avaient pas atteint un stade de développement leur permettant d’assurer complètement leurs fonctions, doivent alors terminer leur croissance et jouer leurs rôles de manière autonome. Cela peut entrainer des complications, notamment au niveau du système nerveux central, du système pulmonaire, du système cardiovasculaire et du système digestif.

Cette thèse se focalise sur les anomalies qui touchent le système nerveux central et plus particulièrement l’encéphale. Ce dernier est très fragile chez les prématurés car il termine son développement complexe autour de 35 SA. Des lésions ou des retards de croissance de celui-ci peuvent entrainer des handicaps moteurs tels que la paralysie cérébrale, la surdité ou la cécité ainsi que des déficiences intellectuelles au niveau social, verbal ou analytique. Plusieurs travaux de recherche ont étudié la prévalence de ces complications (Serenius et al. (2013), Arnaud et al. (2007), Delobel-Ayoub et al. (2006)), et d’autres sont en cours pour les corroborer et les affiner. En particulier, l’étude EPIPAGE 2 (Ancel et Goffinet (2014)) a pour objectif de suivre le neuro-développement à 2, 5, 8 et 12 ans de plusieurs milliers d’enfants nés prématurés (entre 22 à 34 SA) en France en 2011.

Ces études, en particulier cette dernière, confirment que des complications neurodéveloppementales touchent un grand nombre d’enfants et que la prévalence de celles-ci augmentent avec le niveau de prématurité. La prise en charge clinique des nouveaux nés, au niveau neurologique, a pour objectifs d’estimer et de réduire les risques de ces complications. Cela permet de mettre en place un suivi et une prise en charge adaptés pendant les premières années du développement de l’enfant et ainsi de réduire leurs impacts (Roberts et al. (2008)).

La position anatomique de référence est celle d’un corps humain, debout, dont la tête est orientée de manière à ce que le regard soit horizontal. Pour cela, le plan de Francfort , qui passe par le bord inférieur de l’orbite et le bord supérieur du méat acoustique externe, est orienté de sorte à être parallèle au sol. L’anatomie est décrite dans trois plans orthogonaux : le plan axial, le plan coronal et le plan sagittal.

Le plan axial est horizontal, il sépare le corps en une partie haute (crâniale) et une partie basse (caudale), ce plan est orienté horizontalement selon l’axe droite-gauche et verticalement selon l’axe antéro-postérieur ; le plan coronal est vertical, il divise le corps en une partie avant (antérieure) et une partie arrière (postérieure) , il est orienté horizontalement selon l’axe droite-gauche et verticalement selon l’axe crânio caudal ; le plan sagittal est vertical, il sépare le corps en une partie droite et une partie gauche, celui-ci   est orienté horizontalement selon l’axe antéro-postérieur et verticalement selon l’axe crânio-caudal.

Les hémisphères cérébraux droit et gauche sont composés de la substance blanche (SB) et de la substance grise (SG) périphérique. Le corps calleux (CC), qui est situé entre les deux hémisphères, permet à ces deux structures de communiquer entre elles. Au centre du cerveau, on trouve le système ventriculaire cérébral (SVC), qui est un ensemble de cavité contenant du Liquide CérébroSpinal (LCS). Le LCS est produit par les plexus choroïdes qui se situent dans le SVC, c’est le liquide dans lequel baigne le système nerveux central, il a pour rôle de le protéger. Cette figure montre également les thalami et le cervelet qui sont respectivement situés au centre et en dessous de l’arrière du cerveau. Ces structures jouent respectivement un rôle dans la coordination des informations sensorielles et le contrôle des mouvements.

L’encéphale est majoritairement composé de cellules appelées neurones . Ces derniers permettent de traiter les informations sensorielles (ouïe, vue, toucher, …), de commander les mouvements du corps et d’acquérir des mécanismes complexes tels que le langage, les comportements sociaux, le raisonnement, …

Les neurones reçoivent (via leurs dendrites), traitent (dans leur corps cellulaire) et transmettent (via leur axone) des informations sous forme d’influx nerveux. Les corps cellulaires des neurones composent la SG. Au niveau de l’encéphale, celle-ci se trouve en périphérie (cortex ou SG périphérique) et dans les noyaux gris centraux (thalami, hypothalamus, …). La SB se situe entre ces deux régions et assure la connexion entre la SG périphérique et la SG centrale. Elle est constituée des axones, la propagation de l’influx nerveux par ces derniers est accélérée par la présence de myéline autour de ces fibres nerveuses. Lorsque des anomalies cérébrales empêchent ou perturbent l’échange d’informations entre les neurones, cela peut entrainer des troubles du neuro-développement.