Magnetic resonance imaging has become an invaluable tool in clinical neurology because of its ability to provide excellent contrast between different soft tissues of the brain, including pathologically altered tissues. Image processing methods can be used to further the detection and quantification of such tissues, as has been the case for the well-studied white matter (WM) lesions in the brains of patients with multiple sclerosis (MS). Considered an immune-mediated disease of the central nervous system, MS has long been believed to be a disease of the WM, though recent studies have shifted the focus to the pathologically altered grey matter (GM) tissue, which is difficult to visualize in vivo. As the appreciation grows for cortical GM pathology in patients with MS, so does the need for imaging methods that capture said pathology and for understanding the relationship of those methods to the clinical outcome of the patient. Hence, the main objective of this thesis was to evaluate and develop image processing methods for the in vivo quantification of GM pathology in patients with MS. We reveal the strengths and weaknesses of the currently available techniques for measuring GM pathology, highlighting the need for separate cortical and deep GM methodologies. We also, introduced a novel surface-based technique involving magnetization transfer ratio (MTR) images for imaging putative areas of subpial demyelination, the most common form of cortical lesion seen on postmortem analysis that has yet to be captured via in vivo imaging techniques. Finally, we showed that, of the imaging metrics available for measuring cortical pathology, widespread cortical damage detected with surface-based measures of MTR have the strongest relationship to cognitive performance in cognitively impaired patients with MS. Importantly, all cross-sectional studies were performed using images typically obtained in the clinical setting and at the accessible field strengths of 1.5 T and 3 T, giving the work instant clinical feasibility and relevance. / L'imagerie par résonance magnétique est un outil précieux en neurologie grâce à sa capacité à fournir un excellent contraste entre différents tissus du cerveau, y compris les tissus altérés pathologiquement. Les méthodes de traitement d'image peuvent être utilisées pour favoriser la détection et la quantification de ces tissus, comme dans le cas des lésions de la substance blanche (SB) du cerveau des patients atteints de sclérose en plaques (SEP). Considérée comme une maladie auto-immune du système nerveux central, la SEP a longtemps été étudiée comme une maladie de la substance blanche. Des études récentes ont déplacé l'attention vers les pathologies de matière grise (SG) du tissu qui sont difficiles à visualiser in vivo. L'appréciation se développe pour la pathologie de la SG corticale chez les patients atteints de SEP, tout comme le besoin de méthodes d'imagerie qui capturent ladite pathologie et la compréhension de la relation de ces méthodes à l'évolution clinique du patient. Par conséquent, l’objectif principal de cette thèse est l'évaluation et le développement de méthodes de traitement d'image pour la quantification in vivo de la pathologie de SG chez les patients avec la SEP. Nous révélons les forces et les faiblesses des techniques disponibles pour mesurer la pathologie de SG, soulignant la nécessité de séparer les méthodes pour le SG corticale et profonde. Ensuite, on présente une nouvelle technique de surface impliquant des images de rapport de transfert de magnétisation (MTR) pour étudier les zones possibles de démyélinisation sous-pie-mère, la forme la plus commune de lésion corticale observée en analyse post-mortem qui n'ait pas encore été vue par l'intermédiaire d'imagerie in vivo. Enfin, nous montrons que, parmis les indicateurs disponibles pour mesurer pathologie corticale en imagerie, les lésions corticales détectées à l'aire de mesures de MTR sur des surfaces ont la corrélation la plus forte avec la performance cognitive chez des patients atteints de SEP avec des facultés cognitives affaiblies. Fait important, toutes les études transversales ont été réalisées à partir d'images obtenues typiquement en milieu clinique et à des niveaux de champs de 1,5 T et 3 T, conférant à cet ouvrage faisabilité et pertinence clinique.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.116946 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Derakhshan, Mishkin |
| Contributors | Douglas Arnold (Supervisor2), Louis Collins (Supervisor1) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Biomedical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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