15 minutes pour comprendre la spectroscopie du proche infrarouge (NIRS) en imagerie cérébrale fonctionnelle

La spectroscopie du proche infrarouge ou near-infrared spectroscopy (NIRS) connaît un développement majeur en particulier dans le domaine de l’imagerie cérébrale fonctionnelle. Son fonctionnement repose sur les propriétés d’absorption optique spécifiques de l’oxyhémoglobine et de la désoxyhémoglobine. Des sources émettent un signal lumineux à deux longueurs d’onde prédéfinies au contact du scalp, qui diffusent au sein des premiers millimètres corticaux. Des détecteurs placés à 3 cm des sources captent la lumière ayant traversé le tissu cérébral selon un trajet arciforme. La NIRS permet ainsi de mesurer de façon non invasive les variations de concentration d’oxyhémoglobine et désoxyhémoglobine au niveau cortical au cours du temps. Le développement technologique des capteurs et détecteurs a permis à la NIRS d’obtenir une résolution temporelle de l’ordre de 10 kHz et une portabilité justifiant son intérêt dans un vaste champ d’applications, allant de la réanimation néo-natale au monitoring per chirurgical. De plus, contrairement aux autres méthodes d’imagerie fonctionnelle cérébrale (IRM, EEG, échographie doppler), la NIRS fournit des informations distinctes sur l’oxyhémoglobine et la désoxyhémoglobine, ce qui représente un atout dans le cadre d’études multimodales. Un traitement du signal est nécessaire pour convertir le signal recueilli en variations de concentration en oxyhémoglobine et désoxyhémoglobine, notamment en raison du fait de son atténuation par la voûte crânienne et de l’intégration des phénomènes hémodynamiques extra-cérébraux. Ce traitement n’est cependant pas consensuel et les résultats de différentes chaînes de traitement sont hétérogènes. Des travaux en cours visent à optimiser et uniformiser ces étapes de traitement pour ainsi permettre une meilleure généralisation de cette modalité. La portabilité et la résolution temporelle de la NIRS en font une technique de choix en imagerie cérébrale fonctionnelle. L’uniformisation des méthodes de traitement et d’analyse du signal facilitera l’accès et l’utilisation de cette modalité en pratique clinique. Near-infrared spectroscopy (NIRS) is undergoing major development, particularly in the field of functional brain imaging. Its operating principle is based on the specific optical absorption properties of oxyhaemoglobin and deoxyhaemoglobin. Sources emit a light signal at two predefined wavelengths on contact with the scalp, which diffuses into the first few millimeters of the cortex. Detectors placed 3 cm from the sources capture the light that has passed through and interacted with the brain tissue in an arciform path. NIRS thus makes it possible to measure non-invasively the variations in oxyhaemoglobin and deoxyhaemoglobin concentration at the cortical level over time. The technological development of sensors and detectors has allowed NIRS to obtain a temporal resolution of the order of 10 kHz and a portability justifying its interest in a vast field of applications, ranging from neo-natal resuscitation to per-surgical monitoring. Furthermore, unlike other functional brain imaging methods (MRI, EEG, Doppler ultrasound), NIRS provides separate information on oxyhaemoglobin and deoxyhaemoglobin, which is an advantage in multimodal studies. Signal processing is necessary to convert the signal collected into variations in oxyhaemoglobin and deoxyhaemoglobin concentration, in particular because of its attenuation by the cranial vault and the integration of extra-cerebral haemodynamic phenomena. However, this treatment is not consensual and the results of different treatment chains are heterogeneous. The work in progress aims to standardize these treatment steps to allow a better generalization of this modality. The portability and temporal resolution of NIRS make it a technique of choice in functional brain imaging. The standardization of signal processing and analysis methods will thus facilitate access to and use of this modality in clinical practice.