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Ce mémoire est séparé en deux volets, tous deux axés sur la spectroscopie proche infra-rouge (NIRS) pour la quantification des paramètres hémodynamiques. La NIRS est principalement basée sur la mesure des coefficients d'absorption (μa) et de dispersion (μs’) des tissus afin de retrouver les concentrations d'oxy- et de déoxyhémoglobine dans le sang. L'imagerie à l'aide de la NIRS est basée sur le parcours des photons à travers le tissu biologique à différentes longueurs d'onde du spectre proche infra-rouge. Le premier appareil de NIRS dont il sera question est un appareil de spectroscopie résolue dans le temps. Ce type de système retrouve des concentrations absolues d'hémoglobine à l'aide d'un bandeau placé sur la peau d’un sujet, dans ce cas-ci sur le front. Le modèle d’analyse des données permet la séparation des contributions extra-cérébrales et cérébrales aux données. Cette méthode fournit des données plus exactes sur la saturation en oxygène du cerveau, par rapport à un modèle homogène où le signal est contaminé par les couches superficielles. Une étude sur les changements hémodynamiques cérébraux de jeunes adultes pendant une activité physique a été réalisée, et l’article en détaillant les résultats est transcrit au chapitre 2. Le chapitre 3 comprend un retour sur cette étude et aborde les possibilités de travaux futurs. La seconde partie de mes travaux s’est déroulée sous forme de stage en entreprise durant l’été 2016. Sous la supervision de Dennis Hueber, Ph. D., et Beniamino Barbieri, Ph. D., j’ai effectué des recherches portant sur un appareil de NIRS manufacturé par la compagnie ISS Inc. et dont un prototype se trouve actuellement dans le laboratoire de mon superviseur Mathieu Dehaes, Ph. D. Cet appareil combine deux modalités d’imagerie optique, soit la NIRS dans le domaine des fréquences et la spectroscopie de corrélation diffuse. Le chapitre 4 détaille les tâches que j’ai réalisées durant ce temps, de même que les résultats des analyses que j’ai effectuées. / This master’s thesis is separated in two phases, both focused on near infrared spectroscopy for the quantification of hemodynamic parameters. NIRS is based on the measure of absorption (μa) and scattering (μs’) coefficients of tissues in order to recover the oxy- and deoxyhemoglobin concentrations in the blood. Its results are based on the photon propagation in tissue at different near-infrared wavelengths. The first NIRS system used during my studies is a time-resolved spectroscopy system. This device allowed us to retrieve absolute hemoglobin concentrations using a headband placed over the subject’s skin and centered on their forehead. The data analysis model which we used allowed us to separate extra-cerebral and cerebral contributions of the signal. This method yielded quantitative absolute measures of cerebral oxygen saturation as opposed to the traditional homogenous model where the signal is contaminated by superficial layers. A study on cerebral hemodynamic changes in young adults during exercise was conducted, and the published article detailing its results is transcribed in Chapter 2. Chapter 3 includes a review of this study and discusses potential future works. The second part of my research consisted in an industrial internship during the summer of 2016. Under the supervision of Dennis Hueber, Ph. D., and Beniamino Barbieri, Ph. D., I have worked on a NIRS device manufactured by ISS Inc., a prototype of which is currently in the laboratory of my supervisor Mathieu Dehaes, Ph. D. This device combines two NIRS modalities: frequency-domain NIRS and diffuse correlation spectroscopy. Chapter 4 details the work I have performed at ISS and the results of my research and analysis.

Zielsetzung In den Industrieländern stellt der Schlaganfall nach kardiovaskulären und Krebs – erkrankungen die dritthäufigste Krankheitsgruppe dar. Im Hinblick auf die Therapie des akuten Schlaganfalls muss die bildgebende Diagnostik schnell und einfach das Ausmaß der zerebralen Ischämie beschreiben können. Ziel dieser Studie war die Einführung und die Validierung eines CT – Protokolls, welches die Diagnostik des akuten Schlaganfalls verbessern soll. Zu diesem CT – Protokoll gehören ein Nativ – CT des Schädels, eine CT – Perfusionsuntersuchung und eine CT – Angiographie. Zusätzlich wollte diese Arbeit herausfinden, ob es physiologische Unterschiede zwischen der grauen Substanz und der weißen Substanz gibt, deren Kenntnis entscheidend für die Auswertung von computertomographischen Perfusionsuntersuchungen sind. Material und Methoden Insgesamt wurden 101 Patienten (Alter von 14 – 94 Jahre, mittleres Alter 69 Jahre) mit einem 8 – bzw. 16 – Zeilen – MSCT (Light Speed Ultra oder Light Speed pro 16, GE Healthcare), die zur Abklärung einer zerebralen Ischämie zum CT vorgestellt wurden, untersucht. Zuerst wurde eine native CT – Serie akquiriert. In der Untersuchung der zerebralen Perfusion wurde eine 2 cm breite Schicht über 60 sec mit 20 intermittierenden Aufnahmen während einer Injektion von 40 ml Kontrastmittel (Iopromid, Jodgehalt von 370 mg) aufgezeichnet. Daran an schloss sich eine CT – Angiographie Untersuchung. Zur Bestimmung des regionalen zerebralen Blutflusses, des regionalen zerebralen Blutvolumens und der mittleren Verweildauer wurden definierte Messfelder (Regions of Interests, ROIs) bestimmt und mit der kontralateralen Hemisphäre verglichen. Ergebnisse Es konnte gezeigt werden, dass der regionale zerebrale Blutfluss und das Blutvolumen im Bereich der Hirnrinde höher sind als im Hirnmark. Insgesamt wurden 66 Patienten mit einer zerebralen Ischämie wurden gefunden. Bei 22 dieser Patienten konnte ein Infarktgeschehen in der Nativ – CT diagnostiziert werden. Diese Ischämien ließen sich auch in der CT – Perfusion mit reduziertem regionalem zerebralem Blutfluss und verlängerter mittlerer Verweildauer nachweisen. Zusätzlich fanden sich 44 Patienten von 101 Untersuchten, die in der CT – Perfusion ein Perfusionsdefizit aufwiesen. Bei diesen Patienten ließ sich kein entsprechendes Korrelat in der Nativ – CT nachweisen. Für 38 dieser 44 Patienten konnte eine CTA durchgeführt werden, wovon für 35 Patienten ein Korrelat zwischen der CT – Perfusion und der CTA gefunden werden konnte. Schlussfolgerung Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass es physiologische Unterschiede zwischen der Hirnrinde und dem Hirnmark gibt, deren Kenntnis für die Bewertung computertomographischer Perfusionsuntersuchungen eine wesentliche Interpretationshilfe darstellt. In Bezug auf die Diagnostik des akuten Schlaganfalls mit der Nativ – CT konnte diese Arbeit zeigen, dass der Nachweis von Infarktfrühzeichen eingeschränkt ist. Mit Hilfe der CT – Perfusion ist es möglich, anhand von zerebralen Perfusionswerten den Schweregrad und die Ausdehnung der zerebralen Ischämie zu bestimmen. Die CT – Angiographie zeigt eine gute Korrelation zur CT – Perfusion, es lassen sich zuverlässig Gefäßverschlüsse darstellen. Im Hinblick auf das weitere Therapievorgehen geben diese Methoden eine wichtige Hilfestellung, etwa zur Überlegung, ob man eine Lysetherapie durchführen sollte oder nicht. / Purpose Stroke is the third – leading cause of death in developed countries, following cardiovascular disease and cancer. There is a need for an easily and rapidly performed technique to detect cerebral ischemia in the first hours after its occurrence. The purpose of this study was the introduction and validation of a Stroke protocol which includes an unenhanced CT scan, a CT Perfusion and a CT Angiography. Furthermore, the purpose of this study was to determine if there is a difference between Perfusion parameters in gray and white matter, which are necessary to know while performing perfusion maps. Data and Methodology A total of 101 patients (age range 14 – 94, average age 69 years) were examined using multiple row CT (8 / 16 row multiple detector, light ultra speed or light speed 16, GE medical systems) for diagnosing cerebral ischemia. First a series of native images was acquired. During the examination of cerebral perfusion a 2 cm wide slab was recorded for 60 sec with 20 intermittent scans following injection of 40 ml of contrast medium with an iodine content of 370 mg / ml. By defining Regions of Interests (ROIs) regional cerebral blood flow (CBF), regional cerebral blood volume (CBV) and mean transit time (MTT) were calculated. Results Physiological regional cerebral blood flow and cerebral blood volume in gray matter were higher than in white matter. In total 66 patients with a cerebral ischemia were found. The unenhanced CT detected 22 patients with cerebral ischemia, which were confirmed by CT Perfusion in all cases. These ischemic areas revealed reduced regional CBF and extended MTT. Furthermore an ischemia correlative was discovered by perfusion analysis for 44 patients (out of 101 investigated) where the extent of the cerebral ischemia had not been visible by unenhanced CT. For 38 out of 44 patients with cerebral ischemia we were able to perform a CTA. For 35 out of these 38 patients, we found a sizable correlation between perfusion maps and CTA. Conclusion There are physiological differences for CT Perfusion parameters between gray and white matter, which are necessary to know for the interpretation of perfusion maps. However, this examination was able to show that unenhanced CT is not always capable of showing early CT signs. With the help of CT perfusion it is possible to detect the extent of acute cerebral ischemia. Furthermore, CT Angiography shows a sizable correlation compared to CT Perfusion. In conjunction, these methods give important Information for the early diagnosis and the therapeutic strategy of ischemic brain injury.

Die Höhe des optimalen zerebralen Perfusionsdruckes nach schwerem Schädel-Hirn-Trauma wird kontrovers diskutiert. Während im sogenannten Lund-Konzept ein niedriger Perfusionsdruck angestrebt und die Gabe von Katecholaminen aufgrund potentieller zerebraler vasokonstringierender und weiterer Nebeneffekte vermieden wird, befürwortet das CPP-Konzept nach Rosner eine Anhebung des zerebralen Perfusionsdruckes, wenn notwendig unter intravenöser Gabe von Katecholaminen. Vor diesem Hintergrund galt es, in einem experimentellen Schädel-Hirn-Trauma- Modell der Ratte (Controlled Cortical Impact Injury) den Bereich des optimalen zerebralen Perfusionsdruckes nach traumatischer Hirnkontusion zu ermitteln und den Effekt von Katecholaminen auf den posttraumatischen zerebralen Blutfluss und die Entwicklung des sekundären Hirnschadens zu untersuchen. Die wesentlichen Ergebnisse dieser Arbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen: In der Akutphase nach Hirnkontusion liegt der Bereich des zerebralen Perfusionsdruckes, welcher die Entwicklung des Kontusionsvolumens nicht beeinflusst, zwischen 70 und 105 mm Hg. Eine Senkung des Perfusionsdruckes unterhalb bzw. Anhebung oberhalb dieser Schwellenwerte vergrößert das Kontusionsvolumen. Die Anhebung des Blutdruckes mittels intravenöser Infusion von Dopamin oder Noradrenalin führt sowohl in der Frühphase als auch in der Spätphase nach Trauma (4 Stunden bzw. 24 Stunden nach kortikaler Kontusion) zu einem signifikanten Anstieg im kortikalen perikontusionellen Blutfluss und in der Hirngewebe-Oxygenierung. Die durch Anhebung des zerebralen Perfusionsdruckes auf über 70 mm Hg induzierte Verbesserung des posttraumatischen zerebralen Blutflusses bewirkte jedoch keine Reduzierung der Hirnschwellung. Für eine Katecholamin-induzierte zerebrale Vasokonstriktion nach kortikaler Kontusion gibt es keinen Anhalt. Um die Entwicklung des sekundären Hirnschadens nach kortikaler Kontusion zu minimieren, sollte der zerebrale Perfusionsdruck nach traumatischem Hirnschaden nicht unterhalb 70 mm Hg liegen. Eine Anhebung des Perfusionsdruckes auf über 70 mm Hg erscheint nicht notwendig oder vorteilhaft zu sein. Wenn notwendig, kann sowohl in der Früh- als auch Spätphase nach Trauma der zerebrale Perfusionsdruck mittels intravenöser Gabe von Katecholaminen angehoben werden. / The optimum cerebral perfusion pressure after severe traumatic brain injury remains to be controversial. In the Lund concept a relatively low cerebral perfusion pressure is preferred, and administration of catecholamines is avoided due to potential catecholamine-mediated cerebral vasoconstriction and other side effects. In contrast, the CPP concept of Rosner recommends elevation of cerebral perfusion pressure, if needed by intravenous administration of catecholamines. Based on this, in an experimental model of traumatic brain injury of the rat (Controlled Cortical Impact Injury) the optimum range of cerebral perfusion pressure after traumatic brain contusion and the effects of catecholamines on posttraumatic cerebral perfusion and development of secondary brain injury were investigated. The most significant results can be summarized as follows: In the acute phase after brain contusion the range of cerebral perfusion pressure that does not affect the development of posttraumatic contusion volume was found to be between 70 and 105 mm Hg. Reduction of the cerebral perfusion pressure below or elevation above these thresholds increases contusion volume. Elevation of blood pressure by intravenous infusion of dopamine or norepinephrine during the early (4 hours) as well as late (24 hours) phase after trauma results in a significant increase in pericontusional blood flow and brain tissue oxygenation. The increase in cerebral blood flow by elevating cerebral perfusion pressure above 70 mm Hg did not decrease cerebral edema formation. There was no evidence of a catecholamine-induced cerebral vasoconstriction after cortical contusion. In order to minimize secondary brain injury after cortical contusion, cerebral perfusion pressure should not fall bellow 70 mm Hg. However, a further active elevation of cerebral perfusion pressure does not appear necessary or beneficial. If needed cerebral perfusion pressure can be elevated by administration of catecholamines in the early as well late phase after trauma.

Anxiety disorders are very common and the primary feature is abnormal or inappropriate anxiety. Fear and anxiety is often mediated by the amygdala, a brain structure rich in substance P (SP) and neurokinin 1 (NK1) receptors. To learn more about how the human amygdala is modulated by fear and anxiety in event-triggered anxiety disorders and to investigate if the SP/NK1 receptor system is affected, regional cerebral blood flow (rCBF) ([15O]-water; Study I and II) and the SP/NK1 receptor system ([11C]GR205171; Study III and IV) were studied with positron emission tomography (PET). In Study I we investigated the neural correlates of affective startle modulation in persons with specific phobia by measuring rCBF during exposure to fearful and non-fearful pictures, paired and unpaired with acoustic startle stimuli. Fear-potentiated startle was associated with activation of the affective part of the anterior cingulate cortex and the left amygdaloid–hippocampal area. In Study II short-term drug treatment effects on rCBF in patients diagnosed with social phobia was evaluated, comparing the NK1 receptor antagonist GR205171 to the selective serotonin reuptake inhibitor citalopram and placebo. Social anxiety and neural activity in the medial temporal lobe including the amygdala was significantly reduced by both drugs but not placebo. In Study III we investigated if activity in the SP/NK1 receptor system in the amygdala would be affected by fear provocation in individuals with specific snake or spider phobia. Fear provocation was associated with a decreased uptake of the NK1 antagonist [11C]GR205171 in the amygdala, possibly explained by an increase in endogenous SP release occupying the NK1 receptors. Study IV was conducted to explore the resting state NK1 receptor availability in PTSD patients as compared to healthy controls. Increased resting state binding of the tracer [11C]GR205171 in the amygdala of patients with PTSD suggested an increased amount of available receptors. In summary, fear and fear-potentiated startle modulates the human amygdala, possibly through the SP/NK1 receptor system.

Positron emission tomography (PET) is a functional imaging method that allows studying physiological, biochemical or pharmacological processes in vivo. PET is being used in both research and clinical practice. In the brain, it has been used to investigate metabolism, receptor binding, and alterations in regional blood flow. This thesis involves both preclinical and clinical dual-tracer PET imaging studies of different neurological disorders. In this way, different radiotracers were used along the projects. The first project focused on the implementation and in vivo validation of the simultaneous dual-tracer PET imaging technique on the rat brain and its applications in the study of cerebral ischemia. In particular, in this project two biological processes were studied at the same time: cerebral blood flow and cerebral glucose metabolism. The second project consisted in a clinical correlation study of the GABAergic and serotonin systems in a population with Essential Tremor (ET), the most commonly movement disorders. / La tomografia per emissió de positrons (PET) és un mètode d'imatge funcional que permet l'estudi in vivo de processos fisiològics, bioquímics i farmacològics. La PET s'utilitza tant en la pràctica clínica com en la recerca. Al cervell, s'ha utilitzat per investigar el metabolisme, la neurotransmissió, i les alteracions en el flux sanguini regional. Aquesta tesi implica estudis preclínics i clínics de la tècnica PET en diversos trastorns neurològics. D'aquesta manera, es van utilitzar diferents radiotraçadors al llarg dels projectes. El primer projecte es va centrar en la implementació i validació in vivo de la tècnica PET del doble-marcador simultani en el cervell de rata i les seves aplicacions en l'estudi de la isquèmia cerebral. En particular, en aquest projecte es van estudiar en el mateix moment dos processos biològics: el flux sanguini cerebral i el metabolisme cerebral de la glucosa. El segon projecte va consistir en un estudi clínic de correlació dels sistemes GABAèrgic i serotoninèrgic en una població amb tremolor essencial (TE), el trastorn del moviment més comú

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The BOLD contrast employed in functional MRI studies is an ambiguous signal composed of changes in blood flow, blood volume and oxidative metabolism. In situations where the vasculature and metabolism may have been affected, such as in aging and in certain diseases, the dissociation of the more physiologically-specific components from the BOLD signal becomes crucial. The latest generation of calibrated functional MRI methods allows the estimation of both resting blood flow and absolute oxygen metabolism. The work presented here is based on one such proof-of-concept approach, dubbed QUO2, whereby taking into account, within a generalized model, both arbitrary changes in blood flow and blood O2 content during a combination of hypercapnia and hyperoxia breathing manipulations, yields voxel-wise estimates of resting oxygen extraction fraction and oxidative metabolism. In the first part of this thesis, the QUO2 acquisition protocol and data analysis were revisited in order to enhance the temporal stability of individual blood flow and BOLD responses, consequently improving reliability of the model-derived estimates. Thereafter, an assessment of the within and between-subject variability of the optimized QUO2 measurements was performed on a group of healthy volunteers. In parallel, an analysis was performed of the sensitivity of the model to different sources of random and systematic errors, respectively due to errors in measurements and choice of assumed parameters values. Moreover, the various impacts of the oxygen concentration administered during the hyperoxia manipulation were evaluated through a simulation and experimentally, indicating that a mild hyperoxia was beneficial. Finally, the influence of Alzheimer’s disease in vascular and metabolic changes was explored for the first time by applying the QUO2 approach in a cohort of probable Alzheimer’s disease patients and age-matched control group. Voxel-wise and region-wise differences in resting blood flow, oxygen extraction fraction, oxidative metabolism, transverse relaxation rate constant R2* and R2* changes during hypercapnia were identified. A series of limitations along with recommended solutions was given with regards to the delayed transit time, the susceptibility artifacts and the challenge of performing a hypercapnia manipulation in cohorts of elderly and Alzheimer’s patients. / Le contraste BOLD employé dans les études d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) provient d’une combinaison ambigüe de changements du flux sanguin cérébral, du volume sanguin ainsi que du métabolisme oxydatif. Dans un contexte où les fonctions vasculaires ou métaboliques du cerveau ont pu être affectées, tel qu’avec l’âge ou certaines maladies, il est crucial d’effectuer une décomposition du signal BOLD en composantes physiologiquement plus spécifiques. La dernière génération de méthodes d’IRMf calibrée permet d’estimer à la fois le flux sanguin cérébral et le métabolisme oxydatif au repos. Le présent travail est basé sur une telle technique, appelée QUantitative O2 (QUO2), qui, via un model généralisé, prend en considération les changements du flux sanguin ainsi que ceux en concentrations sanguine d’O2 durant des périodes d’hypercapnie et d’hyperoxie, afin d’estimer, à chaque voxel, la fraction d’extraction d’oxygène et le métabolisme oxydatif au repos. Dans la première partie de cette thèse, le protocole d’acquisition ainsi que la stratégie d’analyse de l’approche QUO2 ont été revus afin d’améliorer la stabilité temporelle des réponses BOLD et du flux sanguin, conséquemment, afin d’accroître la fiabilité des paramètres estimés. Par la suite, une évaluation de la variabilité intra- et inter-sujet des différentes mesures QUO2 a été effectuée auprès d’un groupe de participants sains. En parallèle, une analyse de la sensibilité du model à différentes sources d’erreurs aléatoires (issues des mesures acquises) et systématiques (dues aux assomptions du model) a été réalisée. De plus, les impacts du niveau d’oxygène administré durant les périodes d’hyperoxie ont été évalués via une simulation puis expérimentalement, indiquant qu’une hyperoxie moyenne était bénéfique. Finalement, l’influence de la maladie d’Alzheimer sur les changements vasculaires et métaboliques a été explorée pour la première fois en appliquant le protocole QUO2 à une cohorte de patients Alzheimer et à un groupe témoin du même âge. Des différences en terme de flux sanguin, fraction d’oxygène extraite, métabolisme oxydatif, et taux de relaxation transverse R2* au repos comme en réponse à l’hypercapnie, ont été identifiées au niveau du voxel, ainsi qu’au niveau de régions cérébrales vulnérables à la maladie d’Alzheimer. Une liste de limitations accompagnées de recommandations a été dressée en ce qui a trait au temps de transit différé, aux artéfacts de susceptibilité magnétique, de même qu’au défi que représente l’hypercapnie chez les personnes âgées ou atteintes de la maladie d’Alzheimer.

Cerebral blood flow quantification is a vital diagnostic tool for disease monitoring and used for diagnosing a variation of pathological conditions. The human brain requires roughly about 20 % of the total cardiac output to sustain normal functioning, hence the perfusion of blood is an important factor to deliver oxygenated blood. The golden standard for quantifying the cerebral blood flow follows by measurement with dynamic positron emission tomography of 15O-labelled water modelled by tracer kinetic compartments. For implementation, knowledge of an input function must exist which is in general being sampled through arterial cannulation of the radial artery with a continuous sampling instrument. The core of this thesis is to establish if two sampling instruments contradicts in comparison to each other when sampling the data to the input function.  In total 22 subjects underwent a 10-minute dynamic  15O-labeled water brain PET scan on two imaging modalities PET/CT and PET/MR. Continuous arterial sampling was performed either by a Veenstra on PET/CT or a Swisstrace on PET/MR during a baseline scan. In two subjects the two sampling instruments were coupled in series and imaged solely on the PET/CT.  Cerebral blood flow analysis was done comparing varying dispersion times, the two imaging modalities compared each other and comparing the calculated and measured blood flows obtained through this study with the values obtained prior. To be able to compare the values showing inconsistency to the values obtained through this thesis, a comparison between two different iterative reconstruction methods was done. Here the method of ordered subsets expectation maximum was compared to a Bayesian penalized-likelihood method. To further compare the two sampling instruments an image derived input function was constructed and compared with the blood sampled input function. The results showed that there was no significant difference between measured cerebral blood flow between the two imaging modalities with the currently used reconstruction method based on Bayesian penalized likelihood but presented in the earlier data there was an inconsistency. A dispersion analysis with variation on the external dispersion time shows that if the time was chosen to low or to high compared to the standard time used it introduced distorted fitted models of the activity curves. This distortion creates further errors in the calculation of the cerebral blood flow, however with the analysis the standard dispersion time could be confirmed as an accurate fit. Subjects imaged with the two sampling instruments in series showed no significant difference except for the measured values on Veenstra to be slightly higher. Lastly the correlation between the image derived input function and the blood sampled input function showed poorly performance. Only a R2 value of 0.42 was achieved on the PET/CT while a meagre R2 value of 0.18 was achieved on the PET/MR. Although the correlation was poorly, the plotted activity curves from the two functions showed a representable appearance between each other. / Kvantifiering av det cerebrala blodflödet är ett nödvändigt diagnostiskt verktyg som används för att kontrollera och diagnostisera en variation av patologiska sjukdomstillstånd. Den mänskliga hjärnan kräver kring 20 %av den totala produktionen från hjärtat för att upprätthålla normal funktion, följaktligen är perfusion av blod en viktig faktor för att distribuera syrerikt blod runt om i kroppen. Den gyllene standarden för kvantifiering av det cerebrala blodflödet följer som undersökning med dynamisk positron emission tomografi av 15O-märkt vatten, modellerat  med kinetisk kompartment teori. För att kunna implementera detta måste information om en input-funktion erhållas, generellt erhålls detta genom att blod tags genom arteriell kanylering av antingen den radiella artären med ett kontinuerligt samplings instrument. Målet med detta arbete är att fastställa om två samplings instrument motsäger varandra vid mätning av data till input-funktionen. Totalt deltagande är 22 patienter som genomgick en 10-minuters dynamisk 15O-märkt vatten PET undersökning av hjärnan på två bildtagningsmodaliteter PET/CT och PET/MR. Kontinuerlig blodtagning genomfördes antingen med en Veenstra sampler instrument på PET/CT eller en Swisstrace sampler instrument på PET/MR tillsammans med en baseline undersökning. Vid två undersökningar seriekopplades de två instrumenten och patienterna blev endast undersökta vid PET/CT. För ytterligare kunna utvärdera de två instrumenten, konstruerades en bild framtagen input-funktion som sedan kunde jämföras med den blod samplade input-funktionen. Cerebrala blodflödes analyser gjordes med olika dispersions tider, även för att kunna jämföra de två bildtagningsmodaliteterna mot varandra och jämföra erhållna värden framtagna under denna studie med en tidigare studie. För att kunna jämföra avvikelserna i de uppmätta värdena har även två olika rekonstruerings metoder studerats. Resultaten visar ingen signifikant skillnad mellan de uppmätta cerebrala blodflödena mellan de två bildtagningsmodaliteterna rekonstruerade med den nuvarande standarden. Dispersions analysen med varierande extern dispersions tid visar att om tiden är för kort eller för lång jämfört med standardtiden, introduceras en osann anpassning av aktivitets kurvorna. Denna förvrängning av datat resulterar till fler avvikelser i beräkningarna av blodflödet, likväl var det möjligt att bekräfta standardtiderna som används. Patienter som undersöktes med instrumenten i seriekoppling visade ingen signifikant skillnad förutom att det uppmättes en aningens högre värden hos patienter med Veenstra som blod sampler. Slutligen, korrelationen mellan den bild framtagna input-funktionen och den blod samplade input-funktionen visade ett dåligt resultat. Endast ett R2 värde på 0.42 erhölls för PET/CT medan endast ett R2 värde på 0.18 på PET/MR erhölls. Trotts att korrelationen var dålig, visade de plottade aktivitets kurvorna ett representativt utseende mellan de två typerna av input funktion.

Les maladies cardiovasculaires et neurodégénératives sont associées à un déséquilibre entre les cellules immunitaires pro et anti-inflammatoires, en faveur d'une plus grande production de cytokines pro-inflammatoires. Plus spécifiquement, l’interleukine (IL)-17A semble jouer un rôle essentiel dans le développement et la progression de ces pathologies, notamment par des niveaux plus élevés d’IL-17A circulants. Toutefois, les mécanismes précis de son action demeurent en grande partie méconnus. De plus, l’influence du sexe et du statut hormonal sur l'action de l'IL-17A dans ces pathologies demeurent un domaine peu exploré. Cette lacune soulève plusieurs questions quant à la manière dont l'IL-17A influence le développement et la progression de ces maladies, et ce, peu importe le sexe. Les vaisseaux sanguins servent d’interface entre le système immunitaire périphérique et le cerveau et un débit sanguin cérébral optimal est indispensable au maintien de l’homéostasie cérébrale. Un des principaux mécanismes de régulation du débit sanguin cérébral est le couplage neurovasculaire, qui relie l’augmentation du débit sanguin à l’activité neuronale. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse consiste à approfondir nos connaissances concernant l’impact de l’IL-17A sur l’altération du couplage neurovasculaire causée par un modèle d’hypertension artérielle induite par l’angiotensine (Ang) II. Nous avons ensuite évalué l’impact de l’IL-17A sur le couplage neurovasculaire en tenant compte de l’influence du sexe et du statut hormonal. Nous avons aussi cherché à approfondir nos connaissances sur les mécanismes qui sous-tendent l’action de l’IL-17A sur la fonction cérébrovasculaire. Nos travaux mettent en évidence le rôle essentiel de l'IL-17A en tant que médiateur de l’altération du couplage neurovasculaire par l’Ang II chez les souris mâles. L’action de l’IL-17A passe par la production d’anions superoxydes issus de la NADPH oxydase de type 2. De façon intéressante, les souris femelles, contrairement aux mâles, semblent bénéficier d’une protection contre l’altération du couplage neurovasculaire et de l’augmentation de la production d’anions superoxydes induites par l’IL-17A. Cette protection découle des propriétés anti-inflammatoires et antioxydantes de l’estradiol et de son interaction avec les récepteurs à l’œstrogènes ERβ et GPER. Les résultats démontrés dans cette thèse ont permis d’élargir notre compréhension de la relation entre les cytokines inflammatoires, la circulation cérébrale, et l'influence du sexe et du statut hormonal, ouvrant ainsi la porte à un domaine de recherche jusqu’à maintenant peu exploré. / Cardiovascular and neurodegenerative diseases are linked to an imbalance between pro- and anti-inflammatory immune cells in favor of a greater production of pro-inflammatory cytokines. Specifically, interleukin (IL)-17A appears to play a crucial role in the development and progression of these conditions, characterized by elevated circulating levels of IL-17A. However, the precise mechanisms underlying its action remain largely unknown. Furthermore, the influence of sex and hormonal status on the function of IL-17A in these diseases has yet to be investigated. This raises several questions concerning the impact of IL-17A in the development and progression of these diseases in both sexes. Blood vessels serve as the interface between the peripheral immune system and the brain, and optimal cerebral blood flow is essential for maintaining cerebral homeostasis. One of the main mechanisms of cerebral blood flow regulation is neurovascular coupling, which links blood flow to neuronal activity. Thus, the primary objective of this thesis is to deepen our understanding of the impact of IL-17A on neurovascular coupling impairment induced by angiotensin (Ang) II in the context of arterial hypertension while taking into consideration sex and hormonal status. Lastly, we gained a more comprehensive understanding of the mechanisms underlying IL-17A's actions on the cerebrovascular function. Our discoveries highlight the crucial role of IL-17A as a mediator in Ang II-induced neurovascular coupling impairment in male mice. The action of IL-17A involves the production of superoxide anions derived from type 2 NADPH oxidase. Interestingly, female mice, unlike males, appear to be protected from the IL-17A-induced neurovascular coupling impairment and increased superoxide anions production. This protection stems from the anti-inflammatory and antioxidant properties of estradiol acting via the estrogen receptors ERβ and GPER. In conclusion, the discoveries presented in this thesis broadened our comprehension of the relationship between inflammatory cytokines, cerebral circulation, and the influence of sex and hormonal status, thus paving the way for previously underexplored field of research.