La dysplasie cérébelleuse est une anomalie du développement tissulaire intéressant principalement le cervelet et résultant en une anomalie focale ou diffuse de son architecture macroscopique et microscopique. Plusieurs travaux antérieurs ont bien documenté sa caractérisation morphologique à l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Cependant, le retentissement de cette malformation, parfois associée à d'autres anomalies développementales du système nerveux central (SNC), sur le développement et le fonctionnement cognitifs est mal connu et peu documenté. Dans le but d'étudier les corrélations anatomo-fonctionnelles de cette pathologie constitutionnelle du cervelet, par le biais de l'approche des altérations neuropsychologiques, génétiques et, fonctionnelles associées, ainsi que par l'approche neuroanatomique, nous avons dirigé nos travaux dans quatre axes principaux et sur trois types de population distinctes. Le premier axe a concerné l'évaluation du profil neuropsychologique et du suivi chez dix enfants porteurs d'une dysplasie cérébelleuse isolée (DCI). Nous avons pu observer chez ces enfants une grande diversité de l'expression neuropsychologique de la DCI, depuis l'efficience normale jusqu'au retard mental sévère, sans corrélation avec le degré de dysplasie. D'autre part, au cours du suivi de ces enfants, nous avons observé une hétérogénéité d'évolution à caractère imprédictible, avec l'émergence des certaines fonctions dans l'axe du langage notamment. Le deuxième axe a porté sur l'investigation fonctionnelle du SNC par l'étude de la consommation cérébrale du fluorodeoxyglucose par Tomographie à émission de positons (TEP-FDG) chez six enfants porteurs d'une DCI. Les résultats ont montré, au sein du cervelet, un aspect normal dans les dysplasies mineures (limitées au vermis), un hypométabolisme des zones dysplasiques (corrélé à l'extension anatomique), et un isométabolisme au cortex dans les hétérotopies. Toutefois, ces anomalies de captation du glucose n'étaient pas corrélées au dysfonctionnement cognitif. Le troisième axe était d'approcher les corrélations génétiques, dans l'hypothèse d'un lien physiopathologique embryologique entre le cerveau et le cervelet, dans les dysplasies cérébelleuses associées (DCA) aux Lissencéphalies (cerveaux lisses). La caractérisation génétique relativement bien définie des Lissencéphalies nous a permis d'identifier des gènes de la migration neuronale et axonale (RELN et VLDRL) comme étant significativement associés aux dysplasies cérébelleuses, en dehors des dystrophies musculaires congénitales impliquant les gènes de la O-glycosylation. Le quatrième axe a été de rechercher chez des volontaires sains les marqueurs neuroanatomiques potentiels des altérations cognitives dans les dysplasies cérébelleuses, partant de l'hypothèse selon laquelle, une malformation isolée du cervelet induirait des anomalies anatomiques détectables en imagerie par tenseur de diffusion (DTI), sur les voies de projections cérébello-corticales, vraisemblablement impliquées dans la contribution du cervelet au développement et à l'exécution des fonctions supérieures. Ce travail nous a permis d'individualiser et de quantifier les projections cérébello-corticales préfrontales et pariétales chez tous les sujets sains. Ainsi, nos travaux nous ont permis: (i) de mieux établir les anomalies neuropsychologiques propres aux DCI et leur caractère hétérogène, tant au diagnostic qu'à l'évolution, (ii) de corréler la dysplasie cérébelleuse à des anomalies de la consommation cérébrale du glucose et par conséquent de son fonctionnement, (iii) de suggérer d'axer chez ces patients la recherche d'anomalies génétiques sous-jacentes vers les gènes impliqués dans la migration neuronale et axonale, et enfin, (iv) d'obtenir des marqueurs neuroanatomiques que nous pourrons appliquer aux patients pour étudier la possibilité de l'altération des vois de projections cérébello-corticales. De nombreuses perspectives d'imagerie avancée anatomique et fonctionnelle du SNC appliquées aux dysplasies cérébelleuses ont été ainsi ouvertes.

La dysplasie cérébelleuse est une anomalie du développement tissulaire intéressant principalement le cervelet et résultant en une anomalie focale ou diffuse de son architecture macroscopique et microscopique. Plusieurs travaux antérieurs ont bien documenté sa caractérisation morphologique à l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Cependant, le retentissement de cette malformation, parfois associée à d'autres anomalies développementales du système nerveux central (SNC), sur le développement et le fonctionnement cognitifs est mal connu et peu documenté. Dans le but d'étudier les corrélations anatomo-fonctionnelles de cette pathologie constitutionnelle du cervelet, par le biais de l'approche des altérations neuropsychologiques, génétiques et, fonctionnelles associées, ainsi que par l'approche neuroanatomique, nous avons dirigé nos travaux dans quatre axes principaux et sur trois types de population distinctes. Le premier axe a concerné l'évaluation du profil neuropsychologique et du suivi chez dix enfants porteurs d'une dysplasie cérébelleuse isolée (DCI). Nous avons pu observer chez ces enfants une grande diversité de l'expression neuropsychologique de la DCI, depuis l'efficience normale jusqu'au retard mental sévère, sans corrélation avec le degré de dysplasie. D'autre part, au cours du suivi de ces enfants, nous avons observé une hétérogénéité d'évolution à caractère imprédictible, avec l'émergence des certaines fonctions dans l'axe du langage notamment. Le deuxième axe a porté sur l'investigation fonctionnelle du SNC par l'étude de la consommation cérébrale du fluorodeoxyglucose par Tomographie à émission de positons (TEP-FDG) chez six enfants porteurs d'une DCI. Les résultats ont montré, au sein du cervelet, un aspect normal dans les dysplasies mineures (limitées au vermis), un hypométabolisme des zones dysplasiques (corrélé à l'extension anatomique), et un isométabolisme au cortex dans les hétérotopies. Toutefois, ces anomalies de captation du glucose n'étaient pas corrélées au dysfonctionnement cognitif. Le troisième axe était d'approcher les corrélations génétiques, dans l'hypothèse d'un lien physiopathologique embryologique entre le cerveau et le cervelet, dans les dysplasies cérébelleuses associées (DCA) aux Lissencéphalies (cerveaux lisses). La caractérisation génétique relativement bien définie des Lissencéphalies nous a permis d'identifier des gènes de la migration neuronale et axonale (RELN et VLDRL) comme étant significativement associés aux dysplasies cérébelleuses, en dehors des dystrophies musculaires congénitales impliquant les gènes de la O-glycosylation. Le quatrième axe a été de rechercher chez des volontaires sains les marqueurs neuroanatomiques potentiels des altérations cognitives dans les dysplasies cérébelleuses, partant de l'hypothèse selon laquelle, une malformation isolée du cervelet induirait des anomalies anatomiques détectables en imagerie par tenseur de diffusion (DTI), sur les voies de projections cérébello-corticales, vraisemblablement impliquées dans la contribution du cervelet au développement et à l'exécution des fonctions supérieures. Ce travail nous a permis d'individualiser et de quantifier les projections cérébello-corticales préfrontales et pariétales chez tous les sujets sains. Ainsi, nos travaux nous ont permis: (i) de mieux établir les anomalies neuropsychologiques propres aux DCI et leur caractère hétérogène, tant au diagnostic qu'à l'évolution, (ii) de corréler la dysplasie cérébelleuse à des anomalies de la consommation cérébrale du glucose et par conséquent de son fonctionnement, (iii) de suggérer d'axer chez ces patients la recherche d'anomalies génétiques sous-jacentes vers les gènes impliqués dans la migration neuronale et axonale, et enfin, (iv) d'obtenir des marqueurs neuroanatomiques que nous pourrons appliquer aux patients pour étudier la possibilité de l'altération des vois de projections cérébello-corticales. De nombreuses perspectives d'imagerie avancée anatomique et fonctionnelle du SNC appliquées aux dysplasies cérébelleuses ont été ainsi ouvertes. / Cerebellar dysplasia is a developmental anomaly involving mainly the cerebellum, resulting in a focal or diffuse macroscopic and microscopic disruption of the tissue architecture. Previous studies have well documented the magnetic resonance imaging (MRI) features of this malformation. However, the impact of cerebellar dysplasia, which may be associated with other developmental anomalies of the central nervous system (CNS), on the cognitive development and function, is ill known and poorly documented. We aimed to study the structural functional correlations in this cerebellar malformation, by investigating the neuropsychological, genetic and, functional disturbances associated as well as the neuroanatomical approach. Our work was conducted in 4 directions including 3 different populations. First, we assessed the neuropsychological profile and the follow-up of children with isolated cerebellar dysplasia (ICD). We observed I this population a wide range of neuropsychological expression of ICD, from normal efficiency to severe mental retardation, without no correlation with the degree of dysplasia. Moreover, during the follow-up of these children, we noticed the unpredictable heterogeneity of the cognitive evolution with the emergence in some cases of certain function such as language. Secondly, we investigated the CNS function using fluorodeoxyglucose positron emission tomography (FDG-PET) in six children with ICD. The results showed within the cerebellum a normal aspect in patients with minor dysplasia (restricted to the vermis), a hypometabolism in dysplastic zones (correlating with the anatomical extent), and a metabolism similar to that of the cortex in heterotopias. Nevertheless, these functional disturbances were not correlated with neuropsychological impairement. Thirdly, we attempted to investigate the genetic abnormalities leading to the embryology physiopathology basis of cerebellar dysplasias associated (CDA) with Lissencephalies (smooth brain). The quite well characterized genetics of human brain lissencephalies have allowed us to identify some genes involved in the neuronal and axonal migration process (RELN and VLDLR) to be significantly associated with cerebellar dysplasia, not including CDA in muscular dystrophy syndromes related to O-glycosylation defects. Fourthly, we aimed to find in normal volunteers the neuroanatomical potential markers of cognitive disturbances associated with cerebellar dysplasia, on the hypothesis that an isolated cerebellar malformation could induce some anomalies on the pathways of cerebello-cortical projections, detectable by diffusion tensor imaging (DTI). These pathways are presumably involved in the cerebellar implication in higher functions. This work has allowed us to visualize and quantify selectively the cerebello-cortical projections to the prefrontal and parietal cortices in the normal human brain. Thus, our overall results have permitted: (i) to clearly assess the neuropsychological disturbances associated with ICD and their heterogeneity, both at the time of diagnosis and at the follow-up, (ii) to correlate the cerebellar dysplasia to brain glucose uptake differences and subsequently to brain dysfunction, (iii) to suggest some precise genetic analyses in neuronal and axonal migration pathways, and eventually, (iv) to obtain some anatomical markers which we can apply to dysplastic patients in order to assess the putative disruption of cerebello-cortical projections. Thereby, our results have opened numerous perspectives in applying advanced anatomical and functional neuroimaging techniques to the cerebellar dysplastic patients.

This study investigates the seasonal change and the influence of freshwater input on distributions of transparent exopolymer particles (TEP) in the Gaoping Canyon. The study also aims to understand the variability of TEP and its controlling mechanism. In addition, the distributions and controlling factors of TEP are compared between the Gaoping coastal zone and the northern South China Sea (NSCS). During the study, concentrations of TEP decreased with depth and seaward distance in the Gaoping Canyon. The concentration was generally the highest around the canyon head, resulted obviously from the influence of nutrient inputs during both wet and dry seasons. Except for the canyon head, the highest water-column inventory of TEP occurred in the period between winter and spring at Station B2 (1719 mg Xeq. m-2). The ratio of TEP-C/POC in the euphotic layer was about 27% in August 2005, 29% in January 2006, 36% in March 2006, and 28% (Gaoping Canyon) and 35% (Fangliao Canyon) in January 2007. The correlation was poor between TEP and POC/PN, due to the significant influence of terrestrial POC inputs. Positive correlations were significant between TEP and Chl. a, arisen largely from the feature of subsurface maximum, suggesting that the distribution of TEP in the euphotic layer of Gaoping Canyon was mainly controlled by phytoplankton productivity. The ratio of TEP in particulate and dissolved organic matter increased with the increase of Chl. a concentration, implying that the high productivity may enhance the transformation of DOC into TEP and POC. Because there was no subsurface chlorophyll maximum occurring in the station during diurnal observations, negative correlations were significant between TEP, salinity and density, but the correlations were positive between TEP and Chl. a. Concentrations of TEP also decreased with depth in the NSCS and Bashi Channel. The water-column inventory of TEP in the different water mass showed a decreasing trend from the SCS Water (1225 mg Xeq. m-2) to the Kurshio Water (758 mg Xeq. m-2). The ratio of TEP-C/POC in the euphotic layer ranged from 22.4% in Station F, 20.3% in Station M1, 21.5% in Station S4 to 20% in Station S5. TEP correlated well with Chl. a, indicating that TEP were also mainly controlled by phytoplankton productivity in the euphotic layer of SCS and Bashi Channel. The ratio of POC/PN increased with the increase of TEP, showing that the fate of TEP played an important role on carbon cycle in the upper ocean. Bacterial productivity increased with TEP concentrations, implying that TEP may be an important carbon source for bacteria in the studied area.

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Luzon Strait is the deepest channel for water exchange between the Northern South China Sea (NSCS) and the West Philippine Sea (WPS). It is important to investigate the seasonal and spatial distributions and the biogeochemical processes of organic carbon, nitrogen and phosphorus in Luzon Strait. During the summer season, the flow of Kuroshio water into the SCS through the Bashi Channel was restricted due to the prevailing southwest monsoon. However, during the winter season, the flow of Kuroshio water into the SCS through the Bashi Channel was enhanced due to the prevailing northeast monsoon. The characteristics of water types across the Bashi Channel depend highly upon the water exchange between the WPS and the NSCS. Distributions of dissolved organic carbon (DON), nitrogen (DON) and phosphorus (DOP) in the euphotic zone generally show an increasing trend from the WPS to the NSCS. The same distribution was pattern found for particulate organic carbon (POC) and nitrogen (PN). The stichomythic ratio (C/N/P) of dissolved organic matter in the euphotic layer was lower in spring than in autumn. The reason may be that the Kuroshio water flowing through the Luzon Strait is much less in spring than in autumn. The ratios of DIN/DIP were much lower than the Redfield ratio (16) suggesting a status of N-limitation in the euphotic zone. The DOC/DON ratios, however, were much higher than the Redfield ratio (6.6). These results implied that DOM might have played an important role in modulating nutrient cycling and food web dynamics in the euphotic zone of study area. The subsurface water (100-600m) of the NSCS, west of Luzon, was more enriched with POM than that of the WPS. However, the situation was reversed in the intermediate water (600-1500m). Correlations are significant between POC and Chl-a in spring and summer, suggesting that phytoplankton abundance may primarily control the distribution of POC in the euphotic zone. The DOC/POC ratio was inversely correlated with Chl-a in both spring and summer. The ratios generally decreased to a constant value as the Chl-a concentration increased to a higher level, implying a higher biological contribution for POC than for DOC. Correlations were also significant between TEP/POC and Chl-a. The ratio of TEP-C/POC in the euphotic layer showed a decreasing trend from the NSCS to the WPS, implying a significant influence of phytoplankton productivity on TEP distribution. During the study period, the integrated gross production (IGP) and integrated dark community respiration (IDCR) in the study area were in the range of 3056~7094 mg C m-2 d-1 and 3372~8901 mg C m-2 d-1 in autumn, respectively; 1740~5338 mg C m-2 d-1 and 2628~7685 mg C m-2 d-1 in spring, respectively; 2149~6110 mg C m-2 d-1 and 4391~8896 mg C m-2 d-1 in summer, respectively. During the autumn and summer season, there were no significant correlations between GP (DCR) and temperature, PAR, salinity, Chl-a, DOC and POC, possibly resented from the effect of typhoon. During the spring season without the typhoon effect, there were significant correlations between GP (DCR) and salinity, Chl-a, DOC and POC. The ratio of IGP/IDCR is an indicator of net ecosystem production, with>1 for the autotrophic system and <1 for the heterotrophic system. The ratio was <1 for all stations indicating a heterotrophic system. However, the ratio was slightly higher in autumn than in spring and summer.

Au cours des dernières années, des modalités d'imagerie comme la tomographie d'émission par positrons (TEP) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM) ont été utilisées pour caractériser le microenvironnement tumoral et prédire la réponse au traitement durant la thérapie. La TEP est reconnue pour sa fonctionnalité et elle est utilisée avec une multitude de radiotraceurs. Par contre, sa résolution spatiale est limitée. L'IRM apporte une localisation anatomique précise et une information sur la perfusion des tissus. La modélisation pharmacocinétique augmente le potentiel de ces deux modalités en permettant des études quantitatives. Cependant, ces analyses quantitatives nécessitent l'acquisition de plusieurs images successives afin de suivre la distribution d'un agent de contraste (AC) en IRM et d'un radiotraceur en TEP. Plusieurs types d'analyse pharmacocinétique en IRM et en TEP requièrent la concentration de l'agent en fonction du temps dans le sang, nommée fonction d'entrée artérielle (AIF). Toutefois, cette dernière est difficile à mesurer. En IRM, pour la modélisation, il existe un compromis à faire entre la résolution spatiale et la résolution temporelle. Dans ce mémoire, une approche pour convertir l'AIF d'une modalité à l'autre est proposée pour le petit animal. L'AC gadolinium-acide diéthylène-triamine penta-acétique (Gd-DTPA) en IRM et le radiotraceur [indice supérieur 18] F-fluorodésoxyglucose (FDG) en TEP ont été utilisés. Un modèle mathématique a été développé pour effectuer la conversion et comparer les AIFs. Afin d'évaluer l'efficacité de la méthode, les paramètres pharmacocinétiques ont été calculés pour l'AIF obtenue par prélèvements sanguins et par notre méthode de conversion. Aucune différence statistique n'a été trouvée entre les paramètres des deux méthodes. Ces résultats suggèrent donc qu'une seule AIF serait nécessaire pour faire la modélisation dans les deux modalités. Une méthode qui optimise le temps d'acquisition d'images de même que la résolution spatiale en IRM a été proposée afin d'obtenir une quantification tumorale plus juste. Le temps d'acquisition a été réduit d'un facteur 3,2 avec une perte négligeable (1,5%) de résolution spatiale. Il a également été démontré qu'il est possible d'utiliser la méthode de région de référence combinée avec notre méthode de conversion d'AIF afin de faire la modélisation dans les deux modalités. Il s'agit, à notre connaissance, du premier travail évaluant la synergie entre les acquisitions IRM et TEP combinées. Ce travail pourrait donc avoir un impact significatif sur l'exploitation des deux modalités d'imagerie.

Abstract This study investigates the distributions and controls of transparent exopolymer particles (TEP) in marginal seas around Taiwan. In the euphotic zone of Kuroshio Water off southeast Taiwan, the concentration of TEP generally reached a maximum in the subsurface and then decreased with depth. The maximum concentration of TEP in every station in the Kuroshio Water coincides with the subsurface maximum of chlorophyll a (Chl. a). This implied that TEP in the euphotic zone was controlled by biological rather than physical processes. Furthermore, the ratios of TEP /POC and TEP/DOC increased with Chl. a indicating that the increase of primary production may enhance DOC transformation to POC through the formation of TEP. Concentrations of TEP in the Taiwan Strait and Gaoping coastal sea decreased generally with the increase of seaward distance, showing the same pattern of nutrient distribution. Apparently, the terrestrial input of nutrient may increase phytoplankton abundance and enhance the formation of TEP. Positive correlations were significant between TEP and Chl. a, suggesting that the distribution of TEP in the euphotic zone of Taiwan Strait and Gaoping coastal sea are also controlled by biological processes. During the study period, the concentrations of nutrient and Chl. a were elevated in the surface water around the Dongsha Island in the South China Sea (SCS), due to the influence of internal wave. According to the close relation between TEP and Chl. a, concentrations of TEP around Dongsha Island were also likely controlled by phytoplankton activity, but the different strength of internal wave may lead to the different conditions of TEP, Chl. a and POC distributions. The results of factor analysis support the fact that distributions of TEP are mainly controlled by biological processes, but various physical conditions could also influence distributions of TEP in the water column. Overall, concentrations of TEP are generally higher in the Taiwan Strait and Gaoping coastal sea than in the Donshia shelf sea and Kuroshio Water off southeast Taiwan. Nevertheless, distributions of TEP are all comparable with previous findings in other coastal and marginal seas.

University, Diss., 2002--Kiel.

La tomodensitométrie (TDM) permet d'obtenir, et ce de façon non invasive, une image tridimensionnelle de l'anatomie interne d'un sujet. Elle constitue l'évolution logique de la radiographie et permet l'observation d'un volume sous différents plans (sagittal, coronal, axial ou n'importe quel autre plan). La TDM peut avantageusement compléter la tomographie d'émission par positrons (TEP), un outil de prédilection utilisé en recherche biomédicale et pour le diagnostic du cancer. La TEP fournit une information fonctionnelle, physiologique et métabolique, permettant la localisation et la quantification de radiotraceurs à l'intérieur du corps humain. Cette dernière possède une sensibilité inégalée, mais peut néanmoins souffrir d'une faible résolution spatiale et d'un manque de repère anatomique selon le radiotraceur utilisé. La combinaison, ou fusion, des images TEP et TDM permet d'obtenir cette localisation anatomique de la distribution du radiotraceur. L'image TDM représente une carte de l'atténuation subie par les rayons-X lors de leur passage à travers les tissus. Elle permet donc aussi d'améliorer la quantification de l'image TEP en offrant la possibilité de corriger pour l'atténuation. L'image TDM s'obtient par la transformation de profils d'atténuation en une image cartésienne pouvant être interprétée par l'humain. Si la qualité de cette image est fortement influencée par les performances de l'appareil, elle dépend aussi grandement de la capacité de l'algorithme de reconstruction à obtenir une représentation fidèle du milieu imagé. Les techniques de reconstruction standards, basées sur la rétroprojection filtrée (FBP, filtered back-projection), reposent sur un modèle mathématiquement parfait de la géométrie d'acquisition. Une alternative à cette méthode étalon est appelée reconstruction statistique, ou itérative. Elle permet d'obtenir de meilleurs résultats en présence de bruit ou d'une quantité limitée d'information et peut virtuellement s'adapter à toutes formes de géométrie d'acquisition. Le présent mémoire se consacre à l'étude de ces algorithmes statistiques en imagerie TDM et à leur implantation logicielle. Le prototype d'imageur TEP/TDM basé sur la technologie LabPET[indice supérieur TM] de l'Université de Sherbrooke possède tous les pré-requis pour bénéficier de ces nombreux avantages.