Pierre Mozer
email: pierre.mozer@psl.aphp.fr

Michael Baumann

Gregoire Chevreau

Alexandre Moreau-Gaudry

Stephane Bart

Raphaele Renard-Penna

Eva Comperat

Pierre Conort

Marc-Olivier D Bitker

Emmanuel Chartier-Kastler

 Mozer

Phd Chevreau

Gregoire

Phd Moreau-Gaudry

M D Comperat

M D Conort

M D Chartier-Kastler

M D Troccaz

Mapping of transrectal ultrasonographic prostate biopsies: quality control and learning curve

Keywords: prostate biopsy, 3D ultrasound, image based tracking, image processing, quality control, learning curve

Objective:

TRUS (transrectal ultrasound) mapping prostate biopsies is of fundamental importance for either diagnostic purposes or the management and treatment of prostate cancer but the localization of the cores seems inaccurate. Our objective was to evaluate the capacities of an operator to plan transrectal prostate biopsies under 2D TRUS guidance using a registration algorithm to represent the localisation of biopsies in a reference 3D ultrasonography volume.

Material and Methods:

32 patients underwent a series of 12 prostate biopsies under local anaesthesia performed by one operator using a TRUS probe combined with specific third party software, to verify that the biopsies were indeed conducted within the planned targets.

Results :

The operator reached 71% of the planned targets with substantial variability that depended on their localisation (100% success rate for targets in middle and right parasagittal parts vs. 53% for targets in the left lateral base). Feedback from this system after each series of biopsies enabled the operator to significantly improve his dexterity over the course of time (first 16 patients: median score = 7/10 and cumulated median biopsy length in targets of 90 mm vs. a score of 9/10 and a cumulated median length of 121 mm for the last 16).

Conclusion :

In addition to being a useful tool to improve the distribution of prostate biopsies, the potential of this system is above all the preparation of a detailed "map" of each patient showing biopsy zones without significant change in routine clinical practices.

Introduction and Objectives:

Mapping transrectal ultrasound (TRUS) prostate biopsies is of fundamental importance for either diagnostic purposes or the management and treatment of prostate cancer. At the present time, there is room for improvement in their transrectal distribution, since the correlation is low between biopsy results and the pathology examination of radical prostatectomy specimens [START_REF] Salomon | Value of ultrasound-guided systematic sextant biopsies in prostate tumor mapping[END_REF]. This has led some operators to conduct transperineal biopsies, using a template. This procedure is difficult in routine clinical use and its accuracy is subject to caution. It is in fact well known that the prostate has significant mobility (3; 2) and the ultrasonographic planning systems do not take into account those movements at the time of puncture (4).

Modern 3D-TRUS probes allow acquiring high-quality volumes of the prostate in a few seconds. We have developed a process to track the prostate in 3D TRUS images.

With a reference volume acquƒired at the beginning of the session and another during each biopsy, it is possible to rapidly determine the spatial relationship between the reference prostate and every biopsy volume by automatically aligning images. Thus, without changing usual clinical practices of endorectal biopsies, in a few seconds this system provides accurate biopsy cores localization by representing them in a single 3D ultrasound volume. The process is implemented on a computer system placed aside the ultrasound scanner during the procedure.

Our main goal was determining an operator's ability to conduct a predefined planning of 12 biopsies using the most widespread technique involving biopsy guidance with a 2D transverse TRUS image. We used our registration process to quantify the sampling of the gland, by measuring: first, the rate of biopsies successfully reaching predefined targets; second, the length of the biopsy cores removed from the same predefined targets. In order to quantify the feedback contribution of the system, the operator's learning curve was established.

Material and Methods:

Patients and operator:

After approval by an ethics committee, one operator performed 12-core TRUS biopsies on 32 patients from November 2006 to March 2007, according to a classical 12-core protocol. Informed consent was obtained from all subjects. Patients were supine on a table with stirrups. Biopsies were performed using transverse 2D tracking provided by a 3D TRUS probe (RIC5-9 on a Voluson-i, both from GE Healthcare) and standard biopsy needles (18 G, Biopsy, Bard, Covington, GA, USA).

The operator is a right-handed urologist, assistant professor, having conducted more than 100 prostate biopsies before the present study.

The patient inclusion criterion was PSA > 4.0 ng/mL: the median PSA was 8 ng/mL (range 4 to 18). All patients received ciprofloxacin two hours before the biopsies.

Average prostate volume was 45 mL (range 20 to 100). The biopsy was conducted after local anaesthesia with 10 cm 3 (5 cm 3 on each side) of 2% lidocaine injected around the periprostatic nerve plexus under conventional 2D TRUS guidance.

Biopsies:intra-operative acquisitions

Before the first biopsy, a 3D reference volume including the prostate was acquired.

The probe was then switched to 2D mode for biopsy targeting. After each biopsy gunshot, the needle was left indwelling in the prostate for an average of 3 seconds, as a 3D TRUS volume was acquired. During this acquisition, the operator paid attention to apply minimal force on the probe to minimise deformation of the prostate.

Biopsies: post-operative registration and measurements

The needle was delineated in each biopsy volume and was automatically mapped into the reference volume with a rigid image-based registration algorithm (5). This algorithm is fully automatic and is based on the statistical analysis of the composition of images. This organ-based tracking process enables both the movements of the TRUS probe and those of the prostate to be followed. In order to validate registration, we pointed out clearly visible point-like fiducials, e.g. calcifications in the prostate.

The distances between corresponding fiducials after application of the registration transform were used as the gold standard to determine accuracy.

After registration, the biopsy cores can be represented in the reference volume (Figure1) enabling their spatial distribution to be analysed. Quantitative analyses were conducted by reslicing the reference volume in the coronal plane and the 12 preoperative square target areas were superimposed on these images. Target areas are named with the following convention: B=Base, M=Mid-Gland, A=Apex, L=Lateral, P=Parasagittal, R=Right and L=Left. For example, the right parasagittal base area is noted BPR.

For each square coronal target area mentioned above, we computed the rate of biopsies hitting the target and the biopsy length inside the target. The length measured was that of the cylinder removed from the target by the needle, i.e. included in a 20 mm long zone starting 5 mm from the needle tip. When a biopsy overlapped several targets, the two greatest lengths were recorded. A biopsy was considered successful when its length within the targeted area was more than 3 mm due to the accuracy of the algorithm reported previously [START_REF] Baumann | Towards 3D ultrasound image based soft tissue tracking: a transrectal ultrasound prostate image alignment system[END_REF].

Since the apical lateral target areas are small on pre-operative planning, we merged them with the apical parasagittal targets for analysis. This merging was conducted by averaging biopsy tissue lengths in the lateral and parasagittal apical areas.

Thus, for each patient, 10 «targets» were analyzed to study the sampling procedure and determine the operator's capacity to carry out a planning.

The operator was made aware of the results several days after biopsies and was able to see on a 3D interface were biopsies were performed.

Statistical analysis

In terms of operator capacities to conduct a predefined planning, a quantitative analysis of the distribution of biopsied tissue lengths was conducted using Friedman's non-parametric test. The effect of prostate volume on the length of samples recovered from targets was determined using a linear regression.

The learning curve was analysed by separating patients into two groups according to chronological order: the first 16 patients were in group 1 and the last 16 in group 2.

The operator aimed at 10 targets and a score from 0 to 10 was calculated for each patient. The Mann-Whitney non-parametric test was used to compare the score distribution between the two groups.

The same methodology was applied to the analysis of sampling in the biopsied areas.

The threshold of significance adopted for this study was 0.05%.

Results:

No post-biopsy complication was reported. Average pain was scored as 2 (range 1 to 4) on a scale from 0 to 10.

Analysis of robustness and accuracy of image registration

The accuracy of the registration method was validated on 237 3D images acquired during biopsies with an average error < 2 mm and a maximum error < 4 mm. Registration between two volumes was computed on average in 6 seconds. The success rate of all the registrations was 97% (375 good registrations on 384 volumes).

The registration system failed 9 times, but these failures resulted from images containing artefacts caused by the presence of air between the probe and tissues.

Analysis of the operator's capacities to reach planning targets

All results are summarised in Table 1. The operator reached his target on average in 71% of the cases. The success rate was maximal in the MPR part (100%) and minimal in BLL (53%). Overall, the ratio was maximal in the centre and decreased as the planning approached the boundaries of the prostate.

The distribution of biopsied tissue lengths was significantly dependent in the targeted area (p = 1.54 -10 ). It may be noted that the length of tissue sampled from the apex and the BLL were less than half that expected. Finally, no effect of prostate volume on these lengths could be shown (p = 0.5).

Analysis of the operator's learning curve in reaching planning targets

For group 1, the operator reached the target in 66% of cases compared to 77% in group 2. The median score in group 1 is 7 (min = 4, max = 9) and is significantly lower (p = 0.046) than in group 2 (median = 9, min = 2, max = 10).

The median cumulated lengths of biopsies from inside the targets was 90mm (min=37, max=130) for group 1 and 121mm (min = 32, max = 156) for group 2. The size of the sample is statistically significant (p = 0.042).

Analysis of prostate biopsy sampling

The length of tissues sampled was longest in the MPR zone (median = 30mm) and shortest in the right apex (median = 7mm). The distribution of lengths biopsied significantly depended on the area (p= 5 -16 ). Parasagittal zones were sampled more than lateral zones.

Analysis of the learning curve in prostate biopsy sampling

The median cumulated length of biopsies in parasagittal zones was 106mm (min = 43, max = 165) for the first 16 patients and 81mm (min = 51, max = 140) for the last 16 patients. The size reduction of samples taken from these zones was statistically significant (p = 0.012). The median cumulated length of biopsies in lateral zones was 49mm (min = 12, max = 103) for the first 16 patients and 79mm (min = 20, max = 124) for the last 16 patients. The increase in length sampled from these zones is statistically significant (p = 0.044). The zones sampled thus shifted over time from the parasagittal part to the lateral part of the prostate.

Discussion

Accuracy, robustness and integration of the system

One of the advantages of this system is that each biopsy is based on images of the prostate with the biopsy needle in place and not on the relative position of the puncture needle with respect to the ultrasound images acquired several minutes beforehand. This is an important finding since, in contrast to other devices such as TargetScan® used for transrectal biopsies [START_REF] Andriole | Is there a better way to biopsy the prostate? Prospects for a novel transrectal systematic biopsy approach[END_REF] or a brachytherapy template used for perineal biopsies, our system incorporates the movements of the gland. It is important to note that this approach does not rely on any external optical or magnetic tracking system or passive arm holding the probe, which means that no cumbersome additional material is required since the method involves uniquely the analysis of ultrasound images.

The major drawback of the algorithm used in this study is that it does not yet integrate deformations of the prostate caused by pressure from the endorectal probe. This is why the operator paid special attention to avoid deforming the gland during acquisition of images; in addition, evaluation of the accuracy of the algorithm verified that there was little or no deformation of the prostate in contact with the probe. Mean system accuracy was determined to be 2 mm with a maximal error of 4 mm in the three spatial dimensions and in our opinion has no clinical relevance.

To our knowledge, this is the first system that enables the localization of endorectal prostate biopsies with a real 3D quantified accuracy.

By increasing the time of biopsies by only a few minutes, this technique leads to a quality control of biopsy localizations specifically for each patient. System robustness should nevertheless be verified by a study involving several operators.

Operator accuracy, study of sampling and the learning curve

The operator in the present study had previously participated in a work using a phantom, comparing the distribution of biopsies conducted by 14 different operators [START_REF] Long | Prostate Biopsies Guided by Three-Dimensional Real-Time (4-D) Transrectal Ultrasonography on a Phantom: Comparative Study versus Two-Dimensional Transrectal Ultrasound-Guided Biopsies[END_REF]. No significant difference was found between the operator in the former study and the 13 other clinicians. It can thus be considered that this operator is representative.

The success rate for reaching a target that the operator envisions mentally is relatively low (mean 71%) and indicates the difficulties in transferring 3D coordinates while being guided only by a 2D image. Feedback given by the system in the course of this work enabled the operator to significantly improve the distribution of prostate biopsies over time. Nevertheless, the patient population in this study was too small to prove that an increase in the number of positive biopsies resulted from better targeting. In the same vein, the capacities of different operators should be compared in order to confirm these results.

Potentials

There are a number of potentials for this technique. It is theoretically possible to merge series of biopsies done at different times provided the volume or shape of the prostate does not vary significantly. This would, for example, verify that a suspicious zone on prior biopsies was again sampled, rather than an adjacent region. Similarly, in the context of active surveillance requiring repeated biopsies, the relative position of each biopsy at different times would increase the confidence level of this therapeutic approach. Finally, in the case of repeated biopsies resulting from a strong suspicion of cancer, it would ensure that different zones were effectively punctured. Currently, due to the time needed to acquire a 3D TRUS volume, the system does not allow a real-time feedback. Nevertheless, 3D TRUS imaging systems in research laboratories provide about 5 volumes per second and this algorithm should be fast enough to achieve frame-rates of 5Hz by taking advantage of the massive parallelisation capacities provided by modern high-end computers enabling continuous full 3D image-based tracking. It could be possible to select a target in the reference volume and guide the clinician to reach it. Moreover, work is in progress to take into account both deformations and merged pre-operative MRI and 3D TRUS reference volumes to select the target in MRI images and track it with high accuracy in this context.

Conclusion

This study has evaluated the capacities of an operator to reproduce a predefined planning and also the real sampling conducted during transrectal biopsies under 2D ultrasonography guidance. In the entire patient population, the operator reached only 71% of the designated targets, with a substantial variability depending on their localization. These localization errors are the cause of an under-sampling of the peripheral part of the gland and an over-sampling of the parasagittal part. Feedback after the procedure significantly improved the rate of targets reached and thus improved tissue sampling within the gland.

In addition to being very useful for improving prostate biopsies, the potential of this system is above all the possibility of creating a precise map of zones sampled for each patient. This biopsy localization data can be used not only to make a therapeutic decision, but also to be registered for possible near-future merging with biopsies conducted at different times in the course of surveillance.

Table 1 :

 1 Targeting accuracy evaluation results for the 32 patientsFigure1: Examples of biopsy distributions in the coronal plane for 2 different patients. Left : Patient of the first group -Left base is not sampled. Right : Patient of the second group -Good sampling.

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Acknowledgements :

Our thanks to the French Association of Urology (AFU), Agency to Advance French Research (ANR), Assistance Publique -Hôpitaux de Paris (AP-HP) and Koelis Augmented Surgery.


S Nakamae
email: sawako.nakamae@cea.fr

Y Tahri

C Thibierge

D L'hôte

E Vincent

V Dupuis

E Dubois

R Perzynski

Observation of superspin glass state in magnetically textured ferrofluid (γ-Fe 2 O 3 )

Keywords: superspin glass, ferrofluid, magnetic nanoparticles

ABSTRACT:

Magnetic properties in a magnetically textured ferrofluid made out of interacting maghemite (γ-Fe 2 O 3 ) nanoparticles suspended in glycerin have been investigated. Despite the loss of uniform distribution of anisotropy axes, a superspin glass state exists at low temperature in a concentrated, textured ferrofluid as in the case of its non-textured counterpart. The onset of superspin glass state was verified from the sample's AC susceptibility. The influence of the anisotropy axis orientation on the aging behavior in the glassy states is also discussed.

I. INTRODUCTION

Magnetic nanoparticles have been widely used in many areas of technological applications ranging from non-volatile information storage 1 , to biomedicine 2 . Our understanding of the underlying physics of nanoparticle magnetic behavior is, however, quite limited. One example is found in concentrated frozen ferrofluids where magnetic nanoparticles interact via random long range dipolar interactions. These systems often exhibit magnetization dynamics that are analogous to that of atomic spin-glasses. Owing to the large magnetic moments of individual nanoparticles, these are now considered a new class of system called "superspin glass" 3 .

Previous investigations on concentrated frozen ferrofluids have unveiled some of the key magnetic features of a glassy-phase including non trivial aging and memory effects at low temperatures 4 .

In magnetically textured media, the positions of particles are frozen, either in solid matrices or by freezing the liquid carrier in a strong applied magnetic field, with all nanoparticles' magnetic easy-axes oriented in the field direction. Therefore, the distribution of anisotropy axes is no longer random. The effect of anisotropy axis alignment on the physical properties of nanoparticle assemblies have been studied both theoretically and experimentally in their superparamagnetic state [5][6][7][8][9][10] . However, little is known on the consequences at low temperatures in the concentrated regime. For example, to the best of our knowledge there has been no experimental evidence of a superspin glass state of a magnetically textured frozen ferrofluid which, if it exists, should behave differently from that of non-textured ones.

Recently, we have studied superspin glass dynamics in a randomly oriented frozen ferrofluid made of maghemite (γ-Fe 2 O 3 ) nanoparticles 11 dispersed in glycerin. The results show that the superspin glass dynamics (aging process) closely resembles that of Heisenberg-like atomic spin glasses. In this study we have used the same maghemite-glycerin ferrofluid and aligned the easy magnetization axis of individual nanoparticles by freezing the liquid matrix in the presence of high magnetic fields (H > 1.5T). As the anisotropy-axis alignment is the only difference between these studies, the direct comparison between the two should elucidate the influence of, and only of, the anisotropy axis orientation to their magnetic behavior in the outof-equilibrium (superspin glass) states. In addition, if a superspin glass state persists in the magnetically textured frozen ferrofluid, a strong uni-axial anisotropy should bring the system toward the Ising(-like) superspin glass limit. One of the most troubling questions in spin-glass physics is the slow growth of a dynamical correlation length in the glass phase and its dependence on spin anisotropy. We comment on this issue at the end of this paper.

II. EXPERIMENT

The investigated ferrofluids are constituted of maghemite nanoparticles which are chemically synthesized in water [START_REF] Berkowski | Magnetic Fluids and Application Handbook[END_REF] . The particles' diameters are distributed according to a log-normal law with a median value of 8.6 nm (corresponding to a superspin moment of 10 4 µ B ) and a polydispersity of 0.23. Owing to the surface charges, nanoparticles are dispersed in glycerin with a volume fraction (of solid) of 15%. A good physico-chemical control ensures the absence of aggregates and chains. More details on the preparation and characterization techniques can be found elsewhere. [START_REF] Berkowski | Magnetic Fluids and Application Handbook[END_REF] Approximately 1.5µL of ferrofluid was inserted and hermetically sealed in a glass capillary with 1mm inner diameter. The magnetization and magnetic susceptibility measurements were performed using a commercial SQUID magnetometer. A sufficiently large magnetic energy at high temperature (above the fusion temperature of glycerin) is needed to physically rotate and align (on average) particles' anisotropy axes along the applied field direction. The rotation and the alignment of nanoparticles in the fluid matrix can be directly measured by the birefringence technique. 11,[START_REF] Mériguet | [END_REF] An axis-alignment at H > 5 kOe at room temperature has been observed in a concentrated ferrofluid similar to ours [START_REF] Mériguet | [END_REF] . In our experiments, H = 15 (and 30 kOe) was applied at 300K for over one hour. With H still present, the fluid was cooled down to 150K, much below the freezing temperature of glycerin (~200K). The high field was then removed and DC magnetization was measured as a function of temperature with 1Oe applied field. As can be seen from Figure 1a, the magnetization curves obtained on the sample aligned under 15 and 30 kOe both show superparamagnetic behavior at high temperatures (T > 70 K). Furthermore, the two curves superimpose over one another within the experimental uncertainty, indicating uniaxial anisotropy orientation. All data presented on the textured sample hereafter were taken on the ferrofluid aligned at 30 kOe.

III. RESULTS AND DISCUSSION

In order to probe the low temperature superspin glass transition in our textured ferrofluid, Zero-Field Cooled (ZFC)/Field Cooled (FC) DC magnetization (1 Oe probing field) as well as AC susceptibilities (frequency range = 0.04~8Hz, 1 Oe excitation field) were measured as functions of temperature. In Figure 1b, we compare the ZFC/FC curves of the textured ferrofluid to that of the same sample before texturing. Notice that for temperature above 200K, where glycerin starts to melt, M(T) of the textured ferrofluid approaches that of the nontextured sample, indicating that superspins are indeed frozen in a chosen direction at lower temperatures. In the case of 'non-interacting' superparamagnetic particles, M // , magnetization in the applied field direction of a non-textured ferrofluid at high T follows the well-known Langevin behavior 14 , M // (ξ)=M s [coth(ξ)-1/ξ] which equals Nµ 2 H/3Vk B T in the weak field limit, where M s = the saturation magnetization of the magnetic material and ξ = µΗ/k B T (µ =V p M s is the magnetic moment of each particle). When particle axes are fixed into a preferred orientation in the presence of an applied field, magnetization is no longer given by the Langevin law. Cregg and Bessais have given a general integral expression for the magnetization of a textured superparamagnetic system 15 . In the extreme limit where anisotropy energy E a → ∞ and without interactions, M // = M s tanh(ξ) which becomes Nµ 2 H/Vk B T in the weak field limit 16 . The anisotropy energy of our maghemite nanoparticles, E a /k B = 2x300K 17 is much greater than the magnetic energy ξ/T ~ 1 K (for H in the order of 1G). As seen Figure 1b, M(T) of the textured frozen ferrofluid becomes slightly more than three times larger than that of non-textured fluid in their respective superparamagnetic states.

The separation between the FC/ZFC curves appears at 70K for both the textured and the nontextured systems (Figures 1a&b). In order to distinguish superparamagnetic blocking behavior (in which a FC/ZFC curve separation is also observed) from superspin-glass behavior, one can analyze the frequency (ω) dependent shift of the temperature where the real part of the AC susceptibility χ' peak displays a maximum value, T g (ω) (Figure 2a). If the textured frozen ferrofluid is a simple superparamagnet, T g (ω) can be fit to the Arrhenius law:

( )

) ( / exp 1 ω τ ω g B a o T k E = -
, to recover τ o , the attempt time for a coherent rotation of all atomic spins belonging to one particle (superspin flip). τ o is in the order of 10 -9~1 0 -10 s for the types of magnetic particles used in our study. We find that the fit to the Arrhenius law gives an unphysical value of τ o ~10 -19 sec (Figure 2c) signaling that the system is not a simple superparamagnet. On the other hand, a critical law indicates the existence of a second order phase transition (divergence of a correlation length) toward a disordered state 18 .

[ ] Therefore, at T g = 70K, the corresponding τ o * of a 'superspin flip' time reaches the order of microseconds. Thus, it appears that the superspin glass transition survives in the textured frozen ferrofluid and with a surprisingly similar onset temperature found in a non-textured sample. The critical exponent, on the other hand, is found to be slightly higher than its nontextured counterpart. It may be worth noting that in atomic spin glasses, the observed critical exponents are larger in Ising spin glasses than in Heisenberg-like spin glasses 19 .

To elucidate the magnetic texturing effect on the superspin glass dynamics, we have performed ZFCM measurements to extract the growing number of correlated superspins. This method has been used successfully in atomic spin-glasses 20,21 and lately in a non-textured superspin glass 11 . In the ZFCM approach, the Zeeman energy (E Z (H)) -coupling to many subsets of correlated (super)spins with a typical size of N s -is obtained from the magnetization relaxation behavior. E Z (H) depends on both the applied field and on the 'age' of the system (and thus N s ). For detailed descriptions on the experimental procedure and its associated analytical approach, readers are asked to refer to our previous work. Heisenberg like superspin glass will be given elsewhere.

IV. SUMMARY

In summary, the magnetic properties of a concentrated and textured maghemite frozen ferrofluid in glycerin were measured. It has been found that anisotropy-axis alignment among nanoparticles leads to largely enhanced magnetization in the whole temperature range explored. Meanwhile, the superparamagnetic to superspin glass state transition is preserved with similar onset parameters as those found in the non-textured case. Additionally, the outof-equilibrium dynamics in the superspin glass state in textured ferrofluid appears to evolve toward that of Ising (super)spin glass.

  be fitted (Figure2d) with a plausible critical exponent value, zν = 8.5±0.3 and τ o * = 1±0.5 µsec. These values are comparable to those found in the non-textured ferrofluid 11 : zν ≈ 7 and τ o * ≈ 5 µsec. We notice that τ o * values are a few orders of magnitude larger than the previously stated τ o ~ 10 -9~10 sec. The discrepancy can be easily reconciled by considering the anisotropy barrier of individual particles which acts to slow down the 'superspin flip' attempt time with decreasing temperature: namely, τ o * (T)~τ o exp{E a /k B T} with τ o ~10 -9 s.

FIGURE CAPTIONS : FIG 1 :FIG 2 :

 :12 FIGURE CAPTIONS: FIG 1: DC Magnetization (M) vs. Temperature of maghemite ferrofluid under a probing field of 1 Oe. a) Comparison between M(T) measured after the sample had been aligned at 15 kOe and at 30 kOe. b) M(T) of textured and non-textured ferrofluid. Note that both measurements

  11,21 Once E Z (H) is determined, N s can be extracted knowing that E Z (H) = M Ns H where M Ns is the magnetization of N s correlated (super)spins. The exact form of E Z (N s ) is known to depend on the spin anisotropy nature19 . In the case of Ising-spin glasses with a relatively small N s , it tends to grow as E Z (H) = √N s µH. In the case of Heisenberg-like spins with a macroscopically large N s , E Z = N s χ FC H 2 is observed with χ FC being the field cooled susceptibility per (super)spin. The appropriate expression of E Z is far from obvious and it is often chosen based on the experimental observation; i.e., whether E Z depends linearly or quadratically on H19 .Our previous ZFCM experiments performed on non-textured maghemite ferrofluid exhibited closer to a quadratic dependence on H, and the results were analyzed based on Heisenbergspin glass model accordingly11 . The Zeeman energy is also found to depend on the system's 'age' here, further lending support to the persistence of low temperature superspin glass state in a textured frozen ferrofluid. Interestingly, in a stark contrast to the non-textured counterpart, our preliminary ZFCM results on the textured ferrofluid show a clear linear dependence on H (not shown). A shift from a quadratic to linear field dependence of E Z is indeed expected in the Ising (super)spin glass limit. Full analysis and comparison with randomly-oriented


S Hartley
email: sarah.hartley@aphp.fr

S Baillieul

P Azouvi

A Leotard

Traumatismes crâniens et sommeil : une revue narrative Traumatic brain injury and sleep: A narrative review

Keywords: Sleep, Traumatic brain injury (TBI), Insomnia, Sleep apnea, Excessive daytime sleepiness, Pleiosomnia

une altération du système glymphatique, une atteinte du système à oréxine et des lésions du système circadien avec des anomalies de sécrétion de mélatonine. La polymédication et les conséquences psychiatriques et douloureuses secondaires au TC sont autant de facteur précipitants les troubles du sommeil. La prise en compte de ces spécificités physiopathologiques et cliniques est indispensable pour appréhender les troubles du sommeil aux différentes étapes du parcours de soin de ces patients. Du fait de la relation bidirectionnelle entre lésion traumatique et troubles du sommeil, un dépistage actif et adapté ainsi qu'une prise en charge multidisciplinaire et personnalisée pourrait permettre d'obtenir des bénéfices spécifiques chez les patients traumatisés crâniens.

MOTS CLÉS

Sommeil ; Traumatisme crânien (TC) ; Insomnie ; Apnées du sommeil ; Somnolence diurne excessive ; Pleiosomnie Résumé La prévalence importante des traumatismes crâniens (TC) et leurs conséquences chez des sujets souvent jeunes soulèvent de nombreuses difficultés de la phase précoce hospitalière jusqu'à la réinsertion. Parmi ces conséquences, une plainte d'altération du sommeil est retrouvée chez 68 % des patients dans les suites immédiates d'un TC avec des répercussions potentielles sur la réadaptation initiale et à long terme. Bien que fréquentes (insomnie 27-72 %, somnolence excessive ou temps de sommeil allongé 50 %, troubles circadiens 36 %, SAS 25 %, troubles moteurs 32 %, parasomnies 42 %) les pathologies du sommeil sont souvent négligées au dépend d'autres séquelles du TC. Leur évaluation est souvent perturbée par l'atteinte cognitive et en raison de difficultés d'accessibilité aux unités spécialisées. La physiopathologie de l'hypersomnolence post TC est complexe et multifactorielle sous tendue par des lésions directes de réseaux neuronaux responsable de la veille et du sommeil, une neuroinflammation,

Introduction

Les traumatismes crâniens (TC) sont fréquents avec une incidence en Europe estimé entre 47,3 et 694 pour 100 000 habitants (selon la définition du TC) [START_REF] Brazinova | Epidemiology of traumatic brain injury in Europe: a living systematic review[END_REF]. Concernant les TC sévères (HAIS score 4 et 5) une étude franc ¸aise de 2001 objectivait une incidence annuelle de 17,3 pour 100 000 habitants, avec une nette prédominance masculine (71,4 %) [START_REF] Masson | Epidemiology of severe brain injuries: a prospective population-based study[END_REF]. Dans cette étude, les causes principales de TC Tableau 1 Classification de la sévérité du traumatisme crânien.

Léger

Moderé Sévère

Glasgow Coma Scale (GCS) 13-15 9-12 < 9 Perte de connaissance < 30 min < 24 hrs > 24 hrs Modification de la connaissance < 24 heures > 24 heures Amnésie post-traumatique = < 1 jour = < 7 jours > 7 jours Imagerie Normale Normale ou anormale Normale ou anormale étaient représentées par les accidents de la route (48,3 %) et les chutes (41,8 %) avec un taux de mortalité élevé de l'ordre de 30 %.

Le TC est défini comme une altération des fonctions cérébrales occasionnées par une force externe. La classification de la sévérité des TC repose notamment sur l'atteinte initiale de la vigilance (Glasgow Coma Scale (GCS) : léger [START_REF] Montgomery | Prevalence of insomnia and insomnia symptoms following mildtraumatic brain injury: a systematic review and MSOM-436[END_REF][START_REF] Haynes | Risk factors of persistent insomnia among survivors of traumatic injury: a retrospective cohort study[END_REF][START_REF] Kalmbach | Poor sleep is linked to impeded recovery from traumatic brain injury[END_REF], modéré [START_REF] Kempf | Sleep-wake disturbances 3 years after traumatic brain injury[END_REF][START_REF] Verma | Sleep disorders in chronic traumatic brain injury[END_REF][START_REF] Saksvik | The prevalence and stability of sleepwake disturbance and fatigue throughout the first year after mild traumatic brain injury[END_REF][START_REF] Duclos | Sleep and wake disturbances following traumatic brain injury[END_REF] et sévère (≤ 8)) la durée de la perte de connaissance et d'amnésie post traumatique (voir Tableau 1). Les séquelles immédiates d'un TC sont très variables et dépendent de plusieurs facteurs : le nature et la localisation du traumatisme, la sévérité des lésions axonales diffuses, la durée de l'amnésie post-traumatique, l'âge, le niveau d'éducation et les comorbidités [START_REF] Kosch | Post-traumatic amnesia and its relationship to the functional outcome of people with severe traumatic brain injury[END_REF][START_REF] Gauthier | Acute prediction of outcome and cognitive-communication impairments following traumatic brain injury: the influence of age, education and site of lesion[END_REF][START_REF] De Guise | Comparison of executive functions and functional outcome between older patients with traumatic brain injury and normal older controls[END_REF]. À plus long termes les conséquences du TC sont nombreuses, allant de situation de handicaps cognitifs difficilement perceptibles (notion de « handicap invisible ») à des situations de dépendance totale physique et/ou cognitive avec dans tous les cas une altération de la qualité de vie des patients et de leur entourage.

Parmi les conséquences du TC, la plainte d'altération du sommeil est fréquente concernant environ un patient sur deux (incidence de 50 % dans un méta analyse de 2012) [START_REF] Mathias | Prevalence of sleep disturbances, disorders, and problems following traumatic brain injury: a meta-analysis[END_REF].

Cette plainte apparaît le plus souvent pendant la période d'hospitalisation aiguë ou en service de rééducation avec 68 % de troubles du sommeil rapportés [START_REF] Chaput | Relationship among subjective sleep complaints, headaches, and mood alterations following a mild traumatic brain injury[END_REF][START_REF] Makley | Prevalence of sleep disturbance in closed head injury patients in a rehabilitation unit[END_REF]. Cependant les troubles du sommeil sont souvent négligés et au second plan aux dépens de problématiques fonctionnelles, cognitives, douloureuses, et la démarche diagnostique souvent perturbée par les difficultés d'accès de patient en situation de handicap aux unités de pathologies du sommeil. Les troubles évoluent souvent sur un mode chronique [START_REF] Kempf | Sleep-wake disturbances 3 years after traumatic brain injury[END_REF][START_REF] Verma | Sleep disorders in chronic traumatic brain injury[END_REF][START_REF] Saksvik | The prevalence and stability of sleepwake disturbance and fatigue throughout the first year after mild traumatic brain injury[END_REF] et représentent donc un défi diagnostic et thérapeutique du fait de la relation bidirectionnelle entre le TC, responsable de troubles du sommeil secondaires et les pathologies du sommeil, susceptibles d'exacerber le tableau cognitif et d'impacter la participation en rééducation et la reprise des activités socioprofessionnelle.

Établir les relations entre la plainte du sommeil et le TC est complexe, à la fois en raison de la méconnaissance de la qualité du sommeil antérieure au TC, mais aussi en raison de l'hétérogénéité des tableaux cliniques associés au TC (gravité, localisation, nature de la lésion. . .), incluant les comorbidités (polytraumatisme, douleurs. . .) et les niveaux de soins nécessaires (durée d'hospitalisation, passage en réanimation. . .), tous pouvant contribuer aux troubles du sommeil [START_REF] Duclos | Sleep and wake disturbances following traumatic brain injury[END_REF]. Cette revue a pour objectif de décrire les principaux troubles du sommeil dans les suites de TC, d'explorer les mécanismes physiopathologiques sous-jacents à travers les études fondamentales chez l'animal et clinique chez l'homme et d'introduire les spécificités du dépistage et de la prise en charge des troubles du sommeil les plus fréquemment rencontrés.

Épidémiologie des troubles du sommeil dans les suites d'un TC Insomnie

L'insomnie est la plainte le plus fréquente post TC mais les études épidémiologiques sont difficilement comparables en raison de l'hétérogénéité dans la définition du TC, de sa sévérité, des critères d'inclusion et de la définition choisie pour caractériser l'insomnie (présence de symptômes vs définition selon les critères de l'ICSD3) (Tableau 2). Une méta analyse récente de Montgomery [START_REF] Montgomery | Prevalence of insomnia and insomnia symptoms following mildtraumatic brain injury: a systematic review and MSOM-436[END_REF] chez les patients atteints d'un TC léger estimait la prévalence cumulée des symptômes d'insomnie à 71,7 % (95 % CI 60,39-81,85) mais de la « pathologie insomnie » à 27 % (95 % CI 6,[START_REF] Crompton | Hypothalamic lesions following closed head injury[END_REF][START_REF] Crompton | Brainstem lesions due to closed head injury[END_REF][START_REF] Carmichael | Synchronous neuronal activity is a signal for axonal sprouting after cortical lesions in the adult[END_REF][START_REF] Stickgold | Sleep, learning, and dreams: off-line memory reprocessing[END_REF][START_REF] Zunzunegui | Sleep disturbance impairs stroke recovery in the rat[END_REF][START_REF] Fleming | Sleep disruption after brain injury is associated with worse motor outcomes and slower functional recovery[END_REF][START_REF] Lewy | The endogenous melatonin profile as a marker for circadian phase position[END_REF]. Les études portant sur l'insomnie chez les patients avec TC sévère sont plus rares. Dans une population de vétérans aux Etats Unis, l'incidence des symptômes d'insomnie chez les patients avec TC sévère (55 %) et TC léger (50 %) semblait plus importante que chez les patients non TC (37 %). Le risque d'insomnie semble par ailleurs plus important chez les patients polytraumatisés [START_REF] Haynes | Risk factors of persistent insomnia among survivors of traumatic injury: a retrospective cohort study[END_REF]. Les rares études longitudinales chez les patients TC légers suggèrent une stabilité [START_REF] Kalmbach | Poor sleep is linked to impeded recovery from traumatic brain injury[END_REF], voire une diminution des symptômes d'insomnie dans les premières années après le TC, mais aussi dans certains cas le développement des symptômes d'insomnie à distance [START_REF] Meares | The prospective course of postconcussion syndrome: the role of mild traumatic brain injury[END_REF]. Dans une étude concernant des patients avec TC léger à sévère, les troubles d'insomnie perdurent avec 50 % présentant toujours les troubles 8 ans après le TC [START_REF] Ouellet | Insomnia in patients with traumatic brain injury: frequency, characteristics, and risk factors[END_REF].

Hypersomnolence

Dans les suites immédiates d'un TC il existe souvent une période d'hypersomnolence initiale transitoire [START_REF] Sommerauer | Excessive sleep need following traumatic brain injury: a casecontrol study of 36 patients[END_REF]. La plainte d'hypersomnolence est fréquente dans cette population et la méta-analyse de Mathias et Alvaro en 2012 en estimait la prévalence à distance de la phase initiale à environ 50 % [START_REF] Mathias | Prevalence of sleep disturbances, disorders, and problems following traumatic brain injury: a meta-analysis[END_REF]. Ce symptôme semble plus fréquent dans les suites de TC sévères [START_REF] Guilleminault | Hypersomnia after head-neck trauma: a medicolegal dilemma[END_REF]. En pratique clinique les patients post TC présentent deux profils de troubles de l'éveil : un trouble de la vigilance avec une somnolence diurne excessive et une pleiosomnie avec un temps du sommeil augmenté sur les 24 heures sans nécessairement une plainte de somnolence. La plainte est par ailleurs souvent sous-estimée par les patients [START_REF] Sommerauer | Excessive sleep need following traumatic brain injury: a casecontrol study of 36 patients[END_REF][START_REF] Imbach | Increased sleep need and daytime sleepiness 6 months after traumatic brain injury: a prospective controlled clinical trial[END_REF][START_REF] Imbach | Sleep-wake disorders persist 18 months after traumatic brain injury but remain underrecognized[END_REF]. Imbach et al. [START_REF] Imbach | Increased sleep need and daytime sleepiness 6 months after traumatic brain injury: a prospective controlled clinical trial[END_REF] [START_REF] Sommerauer | Excessive sleep need following traumatic brain injury: a casecontrol study of 36 patients[END_REF]. De plus devant la prescription très fréquente de traitements antidépresseurs dans cette population avec en conséquence une diminution des endormissements en sommeil paradoxal il est possible que dans certains cas le diagnostic n'ait pas pu être établi. Dans l'étude d'Imbach, le temps moyen de sommeil était augmenté d' 1,2 heures (p < 0,00005) sur l'actimétrie avec un temps de sommeil total (TST) également plus long sur la PSG (419 ± 7 vs 392 ± 10 minutes p < 0,005) chez les TC. La pleiosomnie, définie comme une augmentation du temps du sommeil > 2 heures par rapport au temps du sommeil estimé avant le TC, est associé avec les TC les plus sévères et les hémorragies intracrâniennes [START_REF] Imbach | Increased sleep need and daytime sleepiness 6 months after traumatic brain injury: a prospective controlled clinical trial[END_REF]. Elle peut se chroniciser : 27 % des patients post TC ont toujours une plainte de pleiosomnie à 3 ans [START_REF] Kempf | Sleep-wake disturbances 3 years after traumatic brain injury[END_REF] avec un retentissement perc ¸u important. Someraueur [START_REF] Sommerauer | Excessive sleep need following traumatic brain injury: a casecontrol study of 36 patients[END_REF] propose que chez certains patients, la somnolence observée post TC serait due à une insuffisance du sommeil : les patients ne sont pas adaptés à la présence d'une pleiosomnie et leur temps du sommeil (basé sur leurs besoins du sommeil avant le TC) n'est pas suffisant. Enfin, bien que les plaintes de fatigue et de somnolence puissent se présenter de fac ¸on indépendantes [START_REF] Cantor | Fatigue after traumatic brain injury and its impact on participation and quality of life[END_REF] elles sont le plus souvent imbriquées chez les patients TC soulignant l'importance d'utiliser les outils adaptés pour l'évaluation de l'hypersomnolence.

Troubles du rythme circadien

Les troubles circadiens sont également fréquents dans les suites d'un TC et sont le plus souvent représentés par le retard de phase, ou dans certains cas un rythme veille sommeil très irrégulier [START_REF] Ayalon | Circadian rhythm sleep disorders following mild traumatic brain injury[END_REF]. Les plaintes de difficultés d'endormissement et de somnolence matinale étant régulièrement attribuées à tort à une insomnie, les troubles circadiens dans cette population sont probablement sous diagnostiqués. Les études des profils de sécrétion de mélatonine ont objectivées des résultats hétérogènes [START_REF] Ponsford | Fatigue and sleep disturbance following traumatic brain injury-their nature, causes, and potential treatments[END_REF][START_REF] Shekleton | Sleep disturbance and melatonin levels following traumatic brain injury[END_REF][START_REF] Steele | The effect of traumatic brain injury on the timing of sleep[END_REF]. Cependant une étude combinant actimétrie, mélatonine et mesure de température par Ayalon et al. a démontré une prévalence d'anomalies circadiennes de 36 % [START_REF] Ayalon | Circadian rhythm sleep disorders following mild traumatic brain injury[END_REF], avec à la fois une diminution de la quantité de mélatonine sécrété mais aussi profil de sécrétion tardive [START_REF] Grima | Circadian melatonin rhythm following traumatic brain injury[END_REF].

Troubles respiratoires du sommeil

La méta-analyse de Mathias et Alvaro démontre qu'un SAS (sans précision de l'IAH) est retrouvé chez 25 % des patients [START_REF] Mathias | Prevalence of sleep disturbances, disorders, and problems following traumatic brain injury: a meta-analysis[END_REF]. L'évaluation est souvent perturbée par la consommation de médicaments susceptibles d'augmenter l'incidence et la sévérité des troubles respiratoires nocturnes (ex. : Baclofène, opiacés ou autres antalgiques). Une augmentation des apnées obstructives et centrales a été démontrée chez des patients post TC traités par opiacés [START_REF] Martin | The impact of opioid medications on sleep architecture and nocturnal respiration during acute recovery from moderate to severe traumatic brain injury: a TBI model systems study[END_REF]. Par ailleurs la présence d'un SAS semble avoir des conséquences sur la rééducation post TC avec notamment une diminution démontrée de l'attention soutenue et des capacités mnésiques dans cette population [START_REF] Wilde | Cognitive impairment in patients with traumatic brain injury and obstructive sleep apnea[END_REF].

Troubles moteurs

Peu d'études se sont intéressées spécifiquement aux troubles moteurs du sommeil dans cette population. La prévalence des impatiences et du syndrome des jambes sans repos (SJSR) est estimé à 2,7-32 % [START_REF] Albrecht | Sleep disturbances among older adults following traumatic brain injury[END_REF][START_REF] Walker | Sleep assessment in a randomized trial of hyperbaric oxygen in U.S. service members with post concussive mild traumatic brain injury compared to normal controls[END_REF] et les mouvements périodiques nocturnes (MPN) sont retrouvés chez 7-35 % des patients [START_REF] Verma | Sleep disorders in chronic traumatic brain injury[END_REF][START_REF] Castriotta | Prevalence and consequences of sleep disorders in traumatic brain injury[END_REF]. Cependant devant le nombre restreint d'études et l'hétérogénéité des chiffres de prévalence retrouvés ces données sont à interpréter avec précautions.

Autres plaintes et pathologies du sommeil

D'autres pathologies du sommeil ont été rapportées post TC, avec une plainte de parasomnie chez 42 %, une peur de l'endormissement, des cauchemars fréquents et un sentiment de peur au moment de l'éveil [START_REF] Kaufman | Long-term sleep disturbances in adolescents after minor head injury[END_REF]. Les études en polysomnographies rapportent effectivement une fréquence accrue des parasomnies (25 %) et une perte d'atonie en SP (13 %) [START_REF] Verma | Sleep disorders in chronic traumatic brain injury[END_REF][START_REF] Castriotta | Prevalence and consequences of sleep disorders in traumatic brain injury[END_REF].

Pathophysiologie L'insomnie : impact sur les réseaux neuronaux

Les réseaux neuronaux qui régulent le sommeil sont complexe et peuvent être impactés à plusieurs niveaux dans un contexte de TC (Fig. 1). Dans les suites d'un TC, la destruction des cellules et des réseaux neuronaux occasionne à la fois la libération de molécules intracellulaires et excitotoxiques, la disruption de la barrière hématoencéphalique, une sécrétion modifiée des neurotransmetteurs avec une perte d'autorégulation et une neuroinflammation [START_REF] Carron | Traumatic brain injury and neuronal functionality changes in sensory cortex[END_REF].

Les modifications neuropathologiques et neurophysiologiques qui sous-tendent les troubles du sommeil restent peu connues et la plupart des patients, surtout ceux avec un TC léger, n'ont pas de lésions évidentes à l'imagerie dans les régions impliquées dans le contrôle de l'éveil et du sommeil. Il est proposé que des microlésions directes ou secondaires dans le tronc cérébral pourraient être responsable de lésions dans les circuits qui sous-tendent l'éveil [START_REF] Imbach | Increased sleep need and daytime sleepiness 6 months after traumatic brain injury: a prospective controlled clinical trial[END_REF] plutôt que dans les circuits du sommeil : une étude récente Modele + MSOM-436; No. of Pages 14 S. Hartley, S. Baillieul, P. Azouvi et al. de 8 cerveaux des patients TC post mortem a démontré une perte neuronale dans certains noyaux impliqué dans l'éveil : les neurones sérotoninergique du raphé dorsale, les neurones noradrénergiques du locus ceruleus et les neurones histaminergiques du noyau tuberomamillaire [START_REF] Valko | Damage to arousal-promoting brainstem neurons with traumatic brain injury[END_REF].

La manque de relation entre les lésions neuronales dans les circuits du sommeil ou de l'éveil et l'insomnie est probablement liée au fait que la pathophysiologie de l'insomnie est complexe et multifactorielle. Le modèle de Spielman propose que l'insomnie chronique soit une conséquence de l'interaction entre un facteur prédisposant, un stress aiguë et la mise en place par la suite de facteurs d'entretien [START_REF] Spielman | A behavioral perspective on insomnia treatment[END_REF][START_REF] Ellis | The natural history of insomnia: predisposing, precipitating, coping, and perpetuating factors over the early developmental course of insomnia[END_REF]. L'insomnie chronique est fréquente en population générale, dans laquelle les facteurs précipitants peuvent être minimes. Dans ces cas, l'interaction entre les facteurs prédisposants et d'entretien joue un rôle important. Montgomery propose que ce modèle à trois dimensions pourrait expliquer l'apparition d'une insomnie malgré l'absence de lésion neurologique évidente chez les patients TC. Ainsi le facteur précipitant n'est pas nécessairement la lésion cérébrale mais plutôt le stress émotionnel, les facteurs liés à l'hospitalisation ou les éléments psychiatriques tels une dépression ou un état de stress post-traumatique [START_REF] Montgomery | Prevalence of insomnia and insomnia symptoms following mildtraumatic brain injury: a systematic review and MSOM-436[END_REF]. Certains éléments associés au TC peuvent devenir facteurs d'entretien : les troubles de l'humeur, les douleurs chroniques, une diminution de l'activité physique, une diminution de l'exposition à la lumière du jour et une fatigue avec augmentation du temps passé au lit. Cependant l'insomnie n'est pas systématique dans les suites d'un TC : chez ces patients il est possible que les facteurs prédisposant ou d'entretien soient peu présents ou potentiellement masqués par les lésions dans les circuits d'éveil.

La découverte du système glymphatique [START_REF] Iliff | A paravascular pathway facilitates CSF flow through the brain parenchyma and the clearance of interstitial solutes, including amyloid ␤[END_REF] ouvre de nouvelles perspectives physiopathologiques pour expliquer la relation bidirectionnelle constatée entre le TC et les troubles du sommeil. Le système glymphatique est actif pendant le sommeil lent et permet la clairance des déchets métaboliques des espaces péri-vasculaires cérébraux vers le liquide cérébro-spinal. Une diminution dans la fonction glymphatique due à une insomnie ou à un sommeil fragmenté avec une diminution du temps du sommeil lent profond est associée à une accumulation des biomarqueurs associés à un TC tels que le glial fibrillary acidic proteine S100B et l'enolase [START_REF] Plog | Biomarkers of traumatic injury are transported from brain to blood via the glymphatic system[END_REF]. Chez le rat une sommeil fragmenté retarde la récupération après un AVC [START_REF] Gao | Sleep disruption aggravates focal cerebral ischemia in the rat[END_REF]. Le rôle important du système glymphatique dans l'elimination des protéines tau et amyloïde des espaces périvasculaires pourrait expliquer l'association connu entre les TC (principalement les TC à répétition) et les troubles neurodégénératifs. Il est intéressant de noter que le sodium oxybate, qui augmente le temps du sommeil lent profond, accélère la récupération post AVC chez le rat [START_REF] Gao | Gamma-hydroxybutyrate accelerates functional recovery after focal cerebral ischemia[END_REF].

L'hypersomnie : modifications du système à oréxine et de l'axe HPA

En plus de lésions dans les réseaux neuronaux de l'éveil, le constat de cas de narcolepsie post TC, a focalisé les études sur la fonction du système à oréxine. Dans les modèles animaux, une diminution importante de la sécrétion d'oréxine est constaté dans les suites d'un TC expérimental et serait potentiellement modulée par une diminution de glutamate présynaptique au niveau des neurones à oréxine dans l'hypothalamus [START_REF] Elliott | Dietary therapy restores glutamatergic input to orexin/hypocretin neurons after traumatic brain injury in mice[END_REF]. La diminution de la sécrétion d'oréxine est accompagnée de modifications comportementales proche de celles observés chez l'humain et qui sont améliorées après normalisation des taux d'orexine. Chez l'homme, une modification des taux de glutamate a été constatée dans les 24 heures qui suivent un TC [START_REF] Chamoun | Role of extracellular glutamate measured by cerebral microdialysis in severe traumatic brain injury[END_REF] avec une diminution du taux d'oréxine dans le liquide céphalorachidien (ORX-LCR) dans les premiers jours après un TC modéré à sévère chez 95 % des patients, et qui se normalise dans la majorité des cas au cours des 6 premiers mois [START_REF] Baumann | Sleep-wake disturbances 6 months after traumatic brain injury: a prospective study[END_REF]. Chez 3 sur 4 patients avec un taux d'ORX-LCR toujours effondré, un profil narcoleptique a été confirmé [START_REF] Baumann | Sleep-wake disturbances 6 months after traumatic brain injury: a prospective study[END_REF]. Dans une étude post-mortem de la même équipe, une perte partielle des neurones à oréxine a été observée [START_REF] Baumann | Loss of hypocretin (orexin) neurons with traumatic brain injury[END_REF]. La perte d'oréxine, si elle peut en partie expliquer la somnolence, ne suffit pas à expliquer le tableau fréquemment observé d'augmentation des durées de sommeil (une somnolence sévère est observée chez les narcoleptiques, mais sans augmentation du temps du sommeil sur les 24 heures) : il est donc probable que d'autres mécanismes de lésions diffuses des systèmes d'éveil soient impliqués dans la pleiosomnie [START_REF] Fronczek | Hypocretin/orexin disturbances in neurological disorders[END_REF][START_REF] Gerashchenko | Effects of lateral hypothalamic lesion with the neurotoxin hypocretin-2-saporin on sleep in Long-Evans rats[END_REF].

Des anomalies de la sécrétion de cortisol sont également observées et les lésions de l'axe HPA semblent fréquentes post TC sévère et pourraient potentiellement contribuer à la pleiosomnie [START_REF] Crompton | Hypothalamic lesions following closed head injury[END_REF][START_REF] Crompton | Brainstem lesions due to closed head injury[END_REF]. Les études polysomnographiques démontrent une augmentation du temps du sommeil lent profond chez les patients ayant une pleiosomnie, même à distance (plusieurs mois) du TC. La cause de cette augmentation de sommeil lent profond n'est pas encore élucidée : il a été avancé qu'elle pourrait être occasionnée par le traumatisme, ou encore qu'elle pourrait jouer un rôle dans la récupération neurologique en participant aux processus de régénération et de plasticité synaptique [START_REF] Carmichael | Synchronous neuronal activity is a signal for axonal sprouting after cortical lesions in the adult[END_REF][START_REF] Stickgold | Sleep, learning, and dreams: off-line memory reprocessing[END_REF]. Chez le rat, la récupération post TC expérimental est ralentie par une privation du sommeil [START_REF] Gao | Sleep disruption aggravates focal cerebral ischemia in the rat[END_REF][START_REF] Zunzunegui | Sleep disturbance impairs stroke recovery in the rat[END_REF] et les troubles du sommeil sont associés à une récupération des fonctions motrices plus lente et moins complète [START_REF] Fleming | Sleep disruption after brain injury is associated with worse motor outcomes and slower functional recovery[END_REF].

Les troubles du rythme circadien : lésions des réseaux de l'horloge biologique

La physiopathologie des troubles de rythme circadien a été étudiée au travers d'études d'expression génétique chez le rat post TC expérimental [START_REF] Mountney | Penetrating ballistic brain injury produces acute alterations in sleep and circadian-related genes in the rodent cortex: a preliminary study[END_REF], et confirmée chez l'humain [START_REF] Zhanfeng | Regulation of circadian clock genes on sleep disorders in traumatic brain injury patients[END_REF] avec une expression anormale de Per2, Clock, and Bmal1 chez les patients post TC avec des troubles du sommeil. L'horloge biologique est synchronisée par la mélatonine. Sa sécrétion continue et contrôlée par une voie polysynaptique qui relie le noyau suprachiasmatique a la glande pinéale, et peut être facilement interrompu par des lésions intracrâniennes (ou médullaires hautes en cas de polytraumatisme). Bien que les études soient contradictoires, les données récentes [START_REF] Ayalon | Circadian rhythm sleep disorders following mild traumatic brain injury[END_REF][START_REF] Grima | Circadian melatonin rhythm following traumatic brain injury[END_REF] objectivent des diminutions à la fois dans la concentration et dans le profil de sécrétion de la mélatonine. Dans les modèles animaux une diminution des récepteurs MT1 et MT2 est également observée [START_REF] Osier | Brain injury results in lower levels of melatonin receptors subtypes MT1 and MT2[END_REF] et pourrait impacter l'efficacité d'un éventuel traitement

Les autres troubles du sommeil

Les études sur la pathophysiologie manquent pour les troubles respiratoires, les troubles moteurs et les parasomnies.

Dépistage des troubles du sommeil post TC

Hypersomnie

La plainte de somnolence est en effet régulièrement identifiée par l'entourage devant la présence d'accès de sommeil diurne ou d'un allongement des temps de sommeil comparativement aux besoins préalables au TC. L'autoévaluation basée sur le score d'Epworth (ESS) pourrait donc sous-estimer la sévérité de l'hypersomnolence. Dans ces situations l'actimétrie pourrait permettre de dépister une potentielle pleiosomnie mais avec des résultats discordants pour cette population dans la littérature (cf. infra). Le diagnostic définitif reposera donc sur la PSG et la réalisation de TILE (pour quantifier la somnolence et dépister une narcolepsie) ainsi qu'un enregistrement polysomnographique de 24 heures pour évaluer la pleiosomnie avec un temps du sommeil > 660 minutes sur les 24 heures. Une ponction lombaire pour mesurer le taux d'hypocrétine peut être indiquée devant un tableau clinique compatible avec la narcolepsie quand les résultats des TILE sont discordants, surtout en cas de prise d'antidépresseur.

Insomnie

Le dépistage de l'insomnie post TC repose le plus souvent sur l'utilisation de questionnaires (ex. the Pittsburgh Sleep Quality Index (PQSI) developpé par Bysse [START_REF] Buysse | The Pittsburgh Sleep Quality Index: a new instrument for psychiatric practice and research[END_REF], validé dans la population TC [START_REF] Fichtenberg | Insomnia screening in postacute traumatic brain injury: utility and validity of the Pittsburgh Sleep Quality Index[END_REF] avec ou sans agenda du sommeil et actimétrie. Pour évaluer la sévérité de l'insomnie chez les patients post TC, l'Insomnie severity index (ISI) [START_REF] Morin | Insomnia: Psychological assessment and management[END_REF] démontre une bonne validité avec des seuils habituels utilisés en population générale [START_REF] Kaufmann | Psychometric characteristics of the Insomnia Severity Index in veterans with history of traumatic brain injury[END_REF]. Afin d'aiguiller la prise en charge des patients il est important de distinguer l'insomnie aiguë (précipitée par l'évènement traumatique), d'une insomnie chronique, potentiellement présente avant le TC, et aggravée dans les suites de l'accident. Il est également important de distinguer la plainte d'insomnie d'endormissement d'un retard de phase, avec une insomnie occasionnée par un horaire de coucher inadapté et une heure de lever tardive les jours de repos. Dans notre expérience, dans la population des patients TC jeune adulte, un retard de phase, alimenté par une utilisation inadaptée des écrans le soir et un manque d'exposition à la lumière du jour le matin (hospitalisation prolongée à la phase initiale puis désinsertion socioprofessionnelle à plus long terme) est fréquent. Le dépistage actif des co-morbidités de l'insomnie, notamment les autres troubles du sommeil mais aussi les troubles anxieux, dépressif, douloureux et un éventuel état de stress post traumatique (ESPT) est essentiel pour la prise en charge ultérieure.

ARTICLE IN PRESS

Troubles circadiens

Le diagnostic des troubles circadiens est parfois délicat, et la fiabilité de l'agenda du sommeil souvent discutable en fonction du degré d'atteinte cognitive liée à la lésion. L'actimétrie pourrait permettre d'évaluer avec une plus grande fiabilité les rythmes veille sommeil sur une période de plusieurs jours à plusieurs semaines mais sa sensibilité dans cette population a fait l'objet de publications discordantes. Chez les patients hospitalisés cet outil semble malgré tout intéressant pour évaluer les temps de sommeil et d'éveil comme suggéré par Bigué et al. [START_REF] Bigué | Validity of actigraphy for nighttime sleep monitoring in hospitalized patients with traumatic injuries[END_REF]. A contrario dans une large cohorte de 227 patients avec TC et plainte de mauvais sommeil Zeitzer et al., ont démontré que l'actimétrie sous estimait le niveau de fragmentation du sommeil avec une faible concordance avec les données de polysomnographie [START_REF] Zeitzer | Coherence between sleep detection by actigraphy and polysomnography in a multi-center, inpatient cohort of individuals with traumatic brain injury[END_REF].

La sécrétion de mélatonine donne une mesure fiable de l'activité de la glande pinéale et donc du rythme circadien mais sa réalisation est parfois complexe (nécessité d'équipe expérimentée). Le mesure du DMLO (dim light mélatonine onset) utilisant les mesures itératives salivaires permet d'identifier un retard ou avance de sécrétion associée avec des troubles du rythme circadien [START_REF] Lewy | The endogenous melatonin profile as a marker for circadian phase position[END_REF]. Cependant, les mesures itératives salivaires ne permettent pas de quantifier la sécrétion totale de mélatonine et donc d'évaluer une interruption potentielle de la voie polysynaptique entre la rétine et la glande pinéale [START_REF] Claustrat | The basic physiology and pathophysiology of melatonin[END_REF]. Devant un rythme veillesommeil très irrégulier ou une actimétrie d'interprétation difficile, la mesure urinaire sur 24 heures du 6-sulphatoxy mélatonine (6-SMU), un métabolite de la mélatonine, est indiqué et permet d'évaluer la sécrétion sur les 24 heures et le profil (normal, en avance ou en retard de phase).

Un syndrome d'apnée du sommeil

Les apnées obstructives, accompagnées d'un ronflement et de pauses respiratoires peuvent être constatées par les soignants pendant la période initiale d'hospitalisation. L'évaluation des troubles respiratoires est parfois complexe chez les patients polytraumatisés et, chez le patient trachéotomisé doit être fait canule fermée post sevrage de la ventilation pour les apnées obstructives. Les céphalées (± matinales) et la somnolence sont très fréquentes post TC et constituent autant de facteurs confondants. Aucune échelle de dépistage spécifique n'a été validée à ce jour dans la population de patients souffrants d'un TC chronique [START_REF] Baumann | Sleep-wake disturbances 6 months after traumatic brain injury: a prospective study[END_REF] mais en rééducation, chez les patients TC modéré à sévère, le score STOP-BANG (Snoring, Tired, Observed, Blood Pressure, Body Mass Index, Age, Neck Circumference, and Gender) et le Multivariable Apnea Prediction Index (MAPI) score semble plus performants que l'échelle de Berlin [START_REF] Nakase-Richardson | Comparative effectiveness of sleep apnea screening instruments during inpatient rehabilitation following moderate to severe TBI[END_REF]. Le dépistage du SAS nécessite donc une exploration du sommeil classique, soit par polygraphie nocturne, soit par PSG, (notamment en cas de sommeil discontinu ou décalé) dont les indications doivent être élargies en raison de la faible spécificité des symptômes et de la consommation fréquentes de molécules pourvoyeuses d'évènements respiratoires (Baclofène, opiacés, benzodiazépines. . .). Une nuit d'enregistrement est suffisante en raison d'une faible variabilité inter nuit de l'IAH [START_REF] Lu | Variability of respiration and sleep during polysomnography in individuals with TBI[END_REF].

Les troubles moteurs

Les impatiences sont parfois difficiles à distinguer des douleurs (d'allures neuropathiques ou nociceptives dans un contexte de polytraumatisme), et il est important de rechercher des éléments évocateurs d'un SJSR parfois atypique, notamment l'exacerbation par l'immobilité, le soulagement par les mouvements et l'évolution selon un rythme circadien. Une PSG à la recherche de MPN permet parfois de conforter un diagnostic incertain mais là encore ces mouvements ne doivent pas être confondus avec la survenue fréquente de « spasmes » du réflexe de flexion spinale (notamment en cas d'atteinte associée de la moelle épinière). L'échelle de l'IRLS [START_REF] Abetz | The reliability, validity and responsiveness of the Restless Legs Syndrome Quality of Life questionnaire (RLSQoL) in a trial population[END_REF] qui évalue la sévérité du SJSR, n'a pas été validée chez les patients TC à notre connaissance.

Les parasomnies sont encore une fois souvent constatées par les aidants (amnésie des épisodes). Les cauchemars, et notamment les « flashbacks » répétés d'un évènement traumatique (qui caractérisent un ESPT) nécessitent une prise en charge adaptée. Les autres parasomnies, surtout si elles sont fréquentes et/ou associées à une mise en danger ou à des antécédents traumatiques au cours du sommeil sont une indication de vidéo-PSG. Les parasomnies avec éveil incomplet présentes chez l'enfant peuvent être « réactivées » par une privation du sommeil, des horaires irréguliers et la prise de traitements sédatifs. Il est important de rechercher les antécédents de parasomnies dans l'enfance et les antécédents familiaux. Enfin, une épilepsie post traumatique et la survenue de crises nocturnes sont à rechercher, surtout si la description des évènements nocturnes évoque des mouvements stéréotypés, fréquents et répétés au cours de la nuit.

Prise en charge des pathologies du sommeil post TC

Insomnie aiguë

L'insomnie aiguë est fréquente dans les suites d'un TC, et il est essentiel d'essayer de travailler précocement sur les conditions et horaires de coucher, de traiter efficacement les douleurs et l'anxiété comorbides voir de proposer ponctuellement une prise en charge par traitement hypnotique, MSOM-436; No. of Pages 14

Médecine du sommeil xxx (xxxx) xxx-xxx antidépresseur sédatif (doxépine) ou anxiolytique temporaire. Devant les effets bénéfiques théoriques du sommeil lent profond pour optimiser la récupération post TC, les traitements responsables d'une diminution de la quantité de sommeil lent profond (ex. les dérivés de benzodiazépines) sont à éviter si possible, mais les données sur les effets du Zopiclone et du Zolpidem sur l'architecture du sommeil sont hétérogènes et les études chez les patients post TC manquent. Au cas par cas d'autres traitements peuvent être proposés : antihistaminiques, neuroleptiques, autres antidépresseurs sédatifs (ex. Mirtazapine) et les ␣-2-␦ ligands sont souvent utilisés mais sans études spécifiques chez les patients TC. L'association de l'insomnie et d'une agitation vespérale est souvent traitée par des neuroleptiques atypiques (ex olanzapine). Une attention particulière doit être consacrée à l'apparition d'effets secondaires notamment en cas de prescription de neuroleptiques atypiques (troubles cognitifs, effets parkinsoniens) chez les patients post TC. Les médicaments qui augmentent la quantité de sommeil lent profond (e.g. sodium oxybate, mirtazapine et clonidine) représentent des pistes intéressantes pour de futures études : une étude chez le rat a démontré une récupération accélérée après traitement par sodium oxybate dans la suite d'un accident vasculaire cérébral [START_REF] Gao | Gamma-hydroxybutyrate accelerates functional recovery after focal cerebral ischemia[END_REF].

Insomnie chronique

Les insomnies chroniques (durée > 3mois) chez les patients TC sont souvent négligées : dans l'étude de Ouellet et al., 60 % des patients avec insomnie 8 ans après leur TC n'avaient pas de traitement spécifique [START_REF] Ouellet | Insomnia in patients with traumatic brain injury: frequency, characteristics, and risk factors[END_REF]. Il est important d'identifier et traiter les pathologies associées, notamment un ESPT, un trouble d'humeur et des douleurs chroniques.

Le traitement de première ligne pour l'insomnie chronique en population générale est la thérapie cognitive et comportementale TCC [START_REF] Riemann | European guideline for the diagnosis and treatment of insomnia[END_REF][START_REF] Edinger | Behavioral and psychological treatments for chronic insomnia disorder in adults: an American Academy of Sleep Medicine clinical practice guideline[END_REF] avec une diminution de la latence d'endormissement et une augmentation du temps du sommeil [START_REF] Trauer | Cognitive behavioral therapy for chronic insomnia: a systematic review and meta-analysis[END_REF]. Comparés aux traitements pharmacologiques les effets positifs de la TCC durent plus longtemps, avec moins d'effets secondaires [START_REF] Riemann | The treatments of chronic insomnia: a review of benzodiazepine receptor agonists and psychological and behavioral therapies[END_REF]. Cette technique a bénéficié d'essais randomisés spécifiques chez les patients TC. Une équipe australienne a récemment démontré l'intérêt de la TCC non seulement sur la qualité du sommeil mais également sur la fatigue avec un bénéfice maintenu à moyen terme (à 2 mois de la prise en charge) et supérieur à l'éducation thérapeutique seule (groupe contrôle) [START_REF] Ymer | Cognitive behavioural therapy versus health education for sleep disturbance and fatigue after acquired brain injury: a pilot randomised trial[END_REF]. Cette étude soulignait également la nécessité d'adapter le contenu des séances pour une meilleure accessibilité aux patients avec atteintes cognitives. Une méta analyse récente de la TCC chez les patients post TC confirme une amélioration significative sur les scores ISI et le PQSI [START_REF] Li | Effects of cognitive behavioral therapy on pain and sleep in adults with traumatic brain injury: a systematic review and meta-analysis[END_REF]. Les modalités de TCC les plus efficace pour ces patients restent à définir, mais devant l'hétérogénéité des tableaux cliniques post TC il est préférable que les séances soient organisées en individuel, menées par un psychologue formé à la TCC (et aux spécificités de la lésion cérébrale), et adaptées au niveau de compréhension du patient et en présence des proches. Le développement des e-TCC à distance reste à évaluer mais offre des perspectives intéressantes d'amélioration de l'accès aux soins chez ces patients en situations de handicap.

Certains adjuvants à la TCC sont à envisager au cas par cas au premier rang desquels l'activité physique et la prescription de mélatonine. Une méta analyse récente de Tramontano et al., suggère qu'une augmentation de l'activité physique est bénéfique sur le sommeil et peut être utilisée en association à la TCC [START_REF] Tramontano | Physical Therapy exercises for sleep disorders in a rehabilitation setting for neurological patients: a systematic review and meta-analysis[END_REF]. Une étude randomisée et contrôlée de la mélatonine en libération prolongée (LP) chez les patients ayant des troubles du sommeil post TC a montré un effet bénéfique sur la quantité et la qualité du sommeil [START_REF] Grima | Efficacy of melatonin for sleep disturbance following traumatic brain injury: a randomised controlled trial[END_REF]. Une étude comparant la mélatonine et l'amitryptiline chez les patients TC sans bras placebo n'a pas constaté de différence entre les deux traitements sur le sommeil mais les patients traités par mélatonine constataient une meilleure qualité de l'éveil et de la vigilance [START_REF] Kemp | The value of melatonin for sleep disorders occurring posthead injury: a pilot RCT[END_REF].

Les troubles circadiens

Un retard/avance de phase, ou un sommeil en libre cours pourraient contribuer à limiter la participation des patients post TC à la rééducation et leur réinsertion socioprofessionnelle. Les facteurs d'entretien doivent être recherchés systématiquement et faire l'objet d'une prise en charge en éducation thérapeutique. Ils comprennent une exposition faible à la lumière du jour, une réduction des interactions sociales et des rythmes imposés par le travail, une utilisation excessive d'écrans le soir et des horaires irréguliers. Une fois le trouble confirmé par agenda du sommeil, actimétrie et au besoin par dosages de mélatonine, le traitement combinera la mélatonine et l'exposition lumineuse le matin (luminothérapie si besoin qui a par ailleurs démontré une efficacité sur d'autres paramètres cognitifs et sur l'asthénie dans cette population [START_REF] Salva | Blue-enriched white light therapy reduces fatigue in survivors of severe traumatic brain injury: a randomized controlled trial[END_REF][START_REF] Connolly | Home-based light therapy for fatigue following acquired brain injury: a pilot randomized controlled trial[END_REF]. Chez les patients pour qui la suppression de la sécrétion de mélatonine est confirmée, un traitement par mélatonine LP est indiqué avec une prise 2 heures avant le coucher. Pour les troubles de profil sans anomalie quantitative, la mélatonine en libération immédiat (LI), avec une prise de 0,5 mg 4 heures avant le coucher, suivi par l'éviction des écrans et une deuxième prise de 2 mg au coucher avec un heure de lever fixe et un temps du sommeil adapté aux besoins (potentiellement plus long que le temps du sommeil habituel avant le TC) est indiqué. Les horaires de prise peuvent être modulés progressivement si besoin. Si une somnolence matinale à la suite de la prise de mélatonine perdure après quelques jours il faut évoquer un profil métaboliseur lent. Une avance de l'heure de prise ou une diminution de la posologie est alors à envisager. Si une somnolence matinale est constatée après la prise de la mélatonine en LP un essai de mélatonine en libération immédiate (LI) est indiqué. La durée de traitement par mélatonine dépend de la sécrétion endogène. Chez un patient ayant une abolition de la sécrétion à distance de son accident, un traitement par mélatonine LP à vie sera probablement nécessaire. Chez les patients ayant des profils anormaux des essais de sevrage, une fois le rythme veille-sommeil stabilisé et les comportements optimisés sont indiqués.

L'hypersomnolence

La première étape repose toujours sur l'évaluation de la part iatrogène (opiacés, anti-épileptiques. . .) le dépistage des diagnostics différentiels (autres troubles du sommeil notamment SAS) et de facteurs confondants (douleurs, MSOM-436; No. of Pages 14 S. Hartley, S. Baillieul, P. Azouvi et al. dépression. . .). Devant une narcolepsie secondaire ou une Hypersomnolence confirmée (par PSG + TILE + PSG de 24 heures), un traitement par stimulant peut être proposé [START_REF] Castriotta | Treatment of sleep disorders after traumatic brain injury[END_REF]. Une méta analyse récente de Sheng et al. a confirmé un effet bénéfique du Modafinil sur la somnolence mais sans bénéfice sur la fatigue post TC [START_REF] Sheng | Efficacy of modafinil on fatigue and excessive daytime sleepiness associated with neurological disorders: a systematic review and meta-analysis[END_REF]. Cependant les effectifs des études étaient faibles et les niveaux de preuve jugés insuffisants pour recommander formellement le Modafinil dans la prise en charge de la somnolence post TC. Les études sur le méthylphenidate se sont focalisées principalement sur les améliorations potentielles du fonctionnement cognitif avec le constat d'un seuil d'efficacité assez étroit [START_REF] Levin | Methylphenidate treatment of cognitive dysfunction in adults after mild to moderate traumatic brain injury: rationale, efficacy, and neural mechanisms[END_REF]. Une seule étude a confirmé une efficacité du methyphénidate sur la vigilance diurne [START_REF] Lee | Comparing effects of methylphenidate, sertraline and placebo on neuropsychiatric sequelae in patients with traumatic brain injury[END_REF]. Les nouveaux traitements stimulants (pitolisant, solriamfétol et sodium oxybate) n'ont pas été étudiés à ce jour chez les patients post TC.

Plusieurs auteurs se sont intéressés aux bénéfices de la luminothérapie dans cette indication et ont conclu à un effet bénéfique de la lumière (surtout la lumière bleue) à la fois sur les systèmes d'éveil mais aussi sur l'horloge circadienne post TC. Une étude randomisée en double aveugle de Killgore [START_REF] Killgore | A randomized, double-blind, placebo-controlled trial of blue wavelength light exposure on sleep and recovery of brain structure, function, and cognition following mild traumatic brain injury[END_REF] a confirmé un effet bénéfique de la lumière bleu versus placebo sur la somnolence subjective (ESS) et objectivé (TILE). Différentes modalités d'administration de la luminothérapie sont possibles (lampe, appareil portatif, lumière naturelle). Bien que la somnolence diurne puisse être améliorée par les traitements stimulants le traitement de la pleiosomnie post TC n'est toujours pas clairement défini et semble peu sensible aux traitements stimulants [START_REF] Kaiser | Modafinil ameliorates excessive daytime sleepiness after traumatic brain injury[END_REF].

Les troubles respiratoires

Devant les effets négatifs et confondants d'un éventuel SAS sur les fonctions cognitives [START_REF] Wilde | Cognitive impairment in patients with traumatic brain injury and obstructive sleep apnea[END_REF] un traitement par Pression positive continue (PPC) ou par orthèse d'avancée mandibulaire (OAM) est à proposer sur les mêmes indications qu'en population générale en l'absence de données spécifiques. (e.g. chez les patients ayant un SAS sévère (IAH > 30) ou un SAS modéré (IAH > 15 et < 30) accompagné d'une somnolence ou de facteurs de risque cardiovasculaires). Une étude par Castriotta démontre l'efficacité du traitement des apnées par PPC dans cette population mais sans amélioration de la vigilance évaluée objectivement par les TILE [START_REF] Castriotta | Treatment of sleep disorders after traumatic brain injury[END_REF]. Les apnées centrales sont fréquentes, principalement chez les patients traités par opiacés. Un sevrage des traitements pharmacologiques est à proposer si possible, mais une ventilation auto asservie ou à deux niveaux de pression est parfois nécessaire.

Les troubles moteurs

Les parasomnies

Le trouble cauchemar est fréquent post TC, surtout si celuici s'accompagne d'un ESPT. L'efficacité de l'Eye Movement Desensitization and Reprocessing (EMDR) sur l'ESPT est établie [START_REF] Chen | Eye movement desensitization and reprocessing versus cognitive-behavioral therapy for adult posttraumatic stress disorder: systematic review and meta-analysis[END_REF] mais le traitement de premier ligne pour les cauchemars sans ESPT est l'image rehearsal therapy (IRT) [START_REF] Morgenthaler | Position paper for the treatment of nightmare disorder in adults: an American academy of sleep medicine position paper[END_REF]. Aucune étude à notre connaissance n'a été réalisée spécifiquement chez les patients post TC dans cette indication. Pour les parasomnies avec éveil incomplet la mise en place d'horaires réguliers avec un temps du sommeil adapté et l'éviction si possible des traitements sédatifs sera proposée en première intention. La littérature sur les troubles du sommeil post TC met en évidence des lacunes importantes à la fois sur la pathophysiologie, sur le dépistage et sur la prise en charge et dessine des grandes lignes de recherche pour l'avenir (Tableau 3).

Conclusion

Les troubles du sommeil et de la vigilance sont fréquents dans les suites d'un TC, et ce quelle que soit la sévérité de ce dernier à la phase initiale. La compréhension physiopathologique de cet excès de prévalence a progressée au cours des dernières décennies concernant les troubles de la vigilance, circadiens ou de l'initiation et du maintien du sommeil. Ces troubles restent malgré tout sous ou tardivement diagnostiqués aux dépends de la prise en charge de problématiques cognitives, fonctionnelles, douloureuses ou psychiatriques pourtant souvent comorbides d'un trouble du sommeil. Leur évaluation est largement perturbée par l'existence de facteurs confondants (iatrogénie, douleurs) et l'atteinte cognitive responsable de discordance importante entre les évaluation subjective et objective du sommeil. Cela sous-tend la nécessité d'une démarche de dépistage « critique » (fiabilité de l'auto évaluation ?) et « active » impliquant les proches, les aidants et le développement de collaborations étroites entre les unités de sommeil et les services de réadaptation. La prise en charge multidisciplinaire et adaptée qui en découle pourrait avoir des bénéfices spécifiques chez ces patients notamment dans le champ de la réadaptation et de la réinsertion socioprofessionnelle même si ces bénéfices restent à démontrer dans des études randomisées de grande ampleur.

Figure 1 .

 1 Figure 1. Pathophysiologie et troubles du sommeil.

Figure 2 .

 2 Figure 2. Troubles veille-sommeil, traumatisme crânien et impact sur la rééducation.

  Du fait de la relation bidirectionnelle entre la lésion traumatique et les troubles du sommeil (Fig.2), une collaboration étroite entre les services de rééducation et les unités de pathologies du sommeil pourrait permettre d'optimiser le dépistage et d'améliorer le parcours patient. En effet les plaintes de sommeil, principalement d'hypersomnie, sont souvent sous-estimées par les patients impliquant la nécessité d'une recherche active des troubles, par le biais d'un interrogatoire adapté du patient et de ses proches/aidants et au moyen d'échelles adaptés et validées tout en prenant en compte les facteurs confondants et les limites de ces dernières en raison de troubles cognitifs plus ou moins marqués.

  ; No. of Pages 14 S. Hartley, S. Baillieul, P. Azouvi et al.

  ont mis en évidence une discordance importante entre la somnolence subjective et objective et le temps de sommeil estimé et Tableau 2 Les troubles du sommeil associés aux traumatismes crâniens.

		Prévalence	Dépistage/diagnostique	Traitements
	Insomnie (symptômes)	50-72 %	Anamnèse, agenda du sommeil,	TCC, mélatonine LP, hypnotiques,
			actimétrie	antidépresseurs sédatifs (doxépine)
			Importance d'écarter un trouble de
			rythme circadien, un ESPT et des
			troubles de l'humeur comorbides
	Somnolence	50-67 %	ESS, PSG (pour écarter un SAS) et	Luminothérapie, traitements
			TILE	stimulant
			Attention à la prise de traitement
			sédatif
	Narcolepsie	3-8 %	PSG + TILE, taux d'hypocrétine dans	Traitement stimulant et
			le LCR	anti-cataleptique
			Attention à la prise des
			antidépresseurs,
	Pleiosomnie	11-25 %	Actimétrie, PSG de 24 heures	Luminothérapie et traitement
			Attention à la prise de traitement	stimulant
			sédatif
	SAS	25 %	Anamnèse, STOPBANG, PV ou PSG	PPC, OAM, évaluation ORL
			Attention à la iatrogénie
			(Benzodiazépines, Baclofène,
			opiacées)
	Syndrome des jambes	32 %	Anamnèse et IRLSS (non validée	Agonistes dopaminergiques, ␣-2-␦
	sans repos		dans la population TBI).	ligands, antalgiques forts
			Ecarter une carence
			martiale/iatrogénie
	Mouvements	7-25 %	PSG	Agonistes dopaminergiques
	périodiques		Ecarter une carence
	nocturnes		martiale/iatrogénie
	Troubles circadiens	11-36 %	Anamnèse, agenda du sommeil,	Mélatonine, luminothérapie
			actimétrie et dosages de	horaires adaptés et éviction des
			mélatonine	écrans le soir
	Parasomnies	25-42 %	Anamnèse, PSG + vidéo	Mélatonine, clonazepam
	objectif chez des patients post TC comparé à des contrôles
	sain. Dans cette étude, la prévalence de la somnolence
	objective définie comme une latence d'endormissement
	moyenne sur les TILE < 8 minutes était de 57 % chez les
	patients TC. À noter que la présence d'endormissements
	en sommeil paradoxal (SOREMP) n'était pas rapportée dans
	cette étude ne permettant pas d'évoquer un profil de
	narcolepsie secondaire. On retrouve cependant dans la lit-
	térature des descriptions de cas de narcolepsie post TC
	[22] et dans certaines études utilisant les critères diag-
	nostiques classiques (latence d'endormissement < 8 minutes
	avec ≥ 2 endormissements en sommeil paradoxal) une nar-
	colepsie a été retrouvé chez 6-8 % des patients

  Encore une fois il est important d'écarter avant tout la iatrogénie et la carence martiale chez tout patient présentant des impatiences et/ou des mouvements périodiques nocturnes. En cas de doute diagnostic devant un SJSR atypique, des « douleurs neuropathiques » à recrudescence vespérales et soulagées par le mouvement, une agitation vespérale chez un patient non communiquant ou des « spasmes » des membres inférieurs un test thérapeutique par agoniste dopaminergique est parfois proposé à titre empirique. Les dernières recommandations internationales mettent les ␣-2-␦ ligands en premier ligne pour le traitement du SJSR en raison de l'absence de complications à type de syndrome d'augmentation. Chez les patients post TC les effets secondaires (prise de poids et sédation diurne) peuvent être importants et en pratique clinique de routine nous préférons les agonistes dopaminergiques en première ligne à la posologie minimale efficace et avec une surveillance pour l'apparition d'un syndrome d'augmentation. Calendrier de recherche et futures directions dans la population de patient TC. MSOM-436; No. of Pages 14 Médecine du sommeil xxx (xxxx) xxx-xxx Si les mouvements périodiques nocturnes sont responsable d'une fragmentation du sommeil importante, un traitement par agoniste dopaminergique est indiqué. Pour le moment aucune étude sur le traitement des troubles moteurs chez les TC existe.

	Modele +	ARTICLE IN PRESS
	Tableau 3 Champ thématique Perspectives	Rationnel
	Physiopathologie	Préciser la physiopathologie de la somnolence	Identifier de nouvelles cibles thérapeutiques et
		post TC et identifier des phénotypes spécifiques	proposer une prise en charge personnalisée
		Étudier et préciser la chronologie des troubles	Définir l'histoire naturelle des troubles pour
		du sommeil et de la vigilance	préciser le calendrier d'évaluation et améliorer
			le parcours patient
	Dépistage	Sensibiliser les acteurs de la prise en charge du	Limiter le sous (retard) diagnostique des
		patient TC (rééducateurs, proches, aidants. . .)	troubles du sommeil
		Améliorer l'accessibilité aux évaluations du	Amélioration du parcours patient
		sommeil et les collaborations
		somnologie/réadaptation
		Développement d'outils adaptés favorisant	Amélioration de la fiabilité des techniques de
		l'hétéro évaluation et l'analyse objective	dépistage
	Prise en charge	Étudier les bénéfices de la prise en charge des	Renforcer le rationnel pour un dépistage actif
		troubles du sommeil sur des critères de	et systématique des troubles du sommeil dans
		jugement d'intérêt spécifiques (cognitifs,	cette population spécifique
		participation en réadaptation, récupération
		neurologique, réinsertion
		socioprofessionnelle. . .)
		Étudier l'impact de la modulation de	Identifier de nouvelles cibles thérapeutiques
		l'architecture du sommeil sur la récupération
		neurologique

Remerciements

Le Sleep Lab Initiative In PMR Group (SLIIP Group) et notamment M. Lebret Marius, et Dr Levy Jonathan pour relecture, conseils et commentaires.

Déclaration de liens d'intérêts

Les auteurs déclarent ne pas avoir de liens d'intérêts.