substance blanche dans le bilan préopératoire des lésions cérébrales neurochirurgicales

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1 Apport de la cartographie des fibres de substance blanche dans le bilan préopératoire des lésions cérébrales neurochirurgicales C Delmaire 1, S Lehéricy 1, A Carpentier 2, L Capelle 2, H Duffau 2, M Ducros 3, A-L Boch 2, P Cornu 2, R Van Effenterre 2, J Chiras 1 Services de Neuroradiologie (1) et de Neurochirurgie (2), Hôpital Pitié Salpétrière-Paris Laboratoire de Neurophysiologie et Nouvelles Microscopies ESPCI-INSERM U603-Paris (3)

2 Introduction Le choix des limites de l exérèse d une lésion cérébrale prend en compte le risque d un déficit fonctionnel postopératoire permanent. Il existe actuellement différentes méthodes pour localiser les zones fonctionnelles autour d une lésion. - La stimulation corticale peropératoire représente l examen de référence. - L IRM fonctionnelle, qui localise les régions fonctionnelles a proximité des lésions mais qui ne donne pas de renseignements sur les structures sous corticales. - L imagerie du tenseur de diffusion, qui offre la possibilité de réaliser in vivo une cartographie des faisceaux de substance blanche. Cette technique offre un intérêt potentiel dans le bilan préopératoire des lésions cérébrale car elle permet l étude anatomique des faisceaux de fibres au contact de la lésion. La préservation de ces faisceaux conditionne le pronostic fonctionnel post opératoire.

3 Objectifs Étudier la faisabilité de la reconstruction de faisceaux de fibres à l aide de l imagerie du tenseur de diffusion chez des patients présentant des lésions neurochirurgicales faisceau pyramidal radiations optiques Évaluer le retentissement de la lésion sur les faisceaux de fibres Comparer les données de l imagerie aux données per-opératoires (stimulations électriques)

4 Population : Matériel et Méthode 25 patients consécutifs (12 hommes et 13 femmes, âge moyen : 39,17 ans) adressés pour bilan d une lésion neurochirurgicale ont été inclus. Type de lésions 6 cavernomes, 17 tumeurs de bas grade dont 1 méningiome, 2 tumeurs de haut grade. Localisation : Centrale : 11 Aire Motrice Supplémentaire : 6 Insulaire : 3 Précentrale : 2 Occipitale : 3

5 Évaluation du retentissement Retentissement sur Lésions frontales = faisceau pyramidal Lésions occipitales = radiations optiques Classification du retentissement A distance Contact sans déplacement Déplacement = fibres en position anormale par rapport au faisceau controlatéral Altération de signal = le faisceaux restait identifiable au niveau d une zone de signal anormal Interruption = le faisceau n était plus identifié.

6 Protocole IRM 1.5T GE, antenne tête standard Images DTI - EPI TR 10 s, TE 88 ms, angle 90 3x3x3 mm3, coupes axiales jointives 4 excitations, temps d acquisition 5:20 min 6 directions indépendantes b-value of 900 s/mm2 1 image de référence sans gradient de diffusion Correction des distorsions géométriques Images anatomiques 3D IR-FSPGR pondérées en T1

7 Reconstruction des faisceaux de fibres Reconstructions des fibres basée sur la méthode de Basser (Basser, P. J., et al. MRM 2000;44: ) Les fibres ont été générées à partir de régions d intérêt dessinées au niveau de l hémisphère lésé et la région controlatérale correspondante sur le bras postérieur de la capsule interne les radiations optiques Seuils de FA = 0,1 (s il existait des anomalies de signal au contact des fibres de substance blanche, le seuil était abaissé à 0,001) Angle = 60 La représentation des fibres a été projetée en 3D sur les images de la séquence T1.

8 Résultats Reconstruction des faisceaux de substance blanche possible pour tous les patients (faisceau pyramidal et radiations optiques) Artefacts post opératoires en regard d un volet osseux = déformation des images de diffusion au niveau cortical (deux patients) 4 patients n ont pas été opérés en raison du risque de déficit post opératoire ou anesthésique.

9 1- Étude du faisceau pyramidal Position du faisceau pyramidal À distance de la lésion = 9 patients Déficit post-op = 1 patient (paralysie faciale modérée due à la lésion du cortex moteur) Contact sans déviation = 4 patients Déficit post-op = 0 Déviation = 5 patients Déficit post-op = 1 Anomalie de signal = 3 patients Déficit post-op = 0 Interruption = 1 patient Non opéré

10 Contact sans refoulement Patient de 53 ans Cavernome central profond droit. Le faisceau pyramidal, projeté sur la séquence T1, se trouve à la partie antérieure du cavernome Le patient n a pas été opéré.

11 Déviation Patiente de 30 ans, gliome pariéto-temporo-insulo droit. Le faisceau pyramidal apparaît dévié médialement et en contact avec la partie postérieure de la lésion. La stimulation per opératoire a mis en évidence une stimulation motrice positive à la partie postérieure et profonde de la lésion (7)

12 Déviation et anomalie de signal Patiente de 59 ans. Tumeur centrale révélée par des paresthésies du membre supérieur droit. Déviation et anomalie de signal (œdème) du faisceau pyramidal. La stimulation corticale per-opératoire a confirmé l absence de réponse motrice au contact des berges de la tumeur.

13 2-Radiations optiques 3 lésions occipitales (1 cavernome et 2 tumeurs) Rapport radiations optiques / lesions : Contact avec la face interne de la lésion = 1 patient Interruption par l hématome = 1 patient A distance = 1 patient

14 Patient de 50 ans. Hématome occipital droit révélateur d un cavernome. Les fibres ont été créees à partir de ROI sur les radiations optiques au niveau de l hémisphère droit (en orange) et gauche (en bleue). On constate l interruption des fibres au niveau de l hématome, les fibres saines sont en position antérieure et supérieure. Au cours de l intervention, les stimulations déclencheront des phénomènes visuels (phosphènes très lumineux) dans les parties supéro-internes et antérieures essentiellement de la cavité. Le patient a présenté un déficit visuel transitoire en période postopératoire

15 3- Corrélation avec la stimulation per opératoire : Stimulations peropératoires visuelles = 2 patients motrices = 10 patients Concordance stimulation / tracking = 12/12 patients (incluant l absence de réponse motrice pour les patients ayant des lésions à distance des faisceaux tracés)

16 Discussion 1 La cartographie des faisceaux de substance blanche apporte des renseignements sur l orientation ainsi que sur les relations anatomiques entre une lésion cérébrale et les faisceaux de substance blanche non visibles sur les séquences traditionnelles. Les lésions cérébrales neurochirurgicales peuvent avoir un retentissement différent sur les faisceaux de substance blanche. Ceux-ci peuvent être déplacés (au contact ou à distance de la lésion), interrompus ou identifiés au sein d une zone de signal anormal. La bonne concordance avec les données recueillies au cours de la stimulation per-opératoire pour les voies motrices et visuelles démontre ainsi l intérêt de cette technique dans le bilan préopératoire des lésions neurochirurgicales.

17 Discussion 2 Cependant certaines limites existent : Les distorsions dues à la séquence en particulier au niveau des régions frontales. Les fibres générées sont dépendantes de la valeur fixée de l angle et de la FA. L adaptation de ces deux paramètres est alors nécessaire, en particulier lorsque le déplacement des fibres est important ou qu il existe des anomalies de signal sur les séquences, témoignant soit d un oedème soit d une infiltration tumorale. la taille et la localisation de la région d intérêt : justifiant un protocole standardisé et une étude comparative des faisceaux étudiés au niveau des deux hémisphères.

18 Conclusion La technique de cartographie des fibres de substance blanche offre un intérêt dans le bilan pré-opératoire des lésions cérébrales. Elle permet la localisation des faisceaux de fibres et l étude du retentissement de la lésion. Elle contribue ainsi à évaluer la possibilité d une résection maximale de cette lésion et préserver le cortex moteur et les connexions sous corticales adjacentes.

19 Références Bibliographiques Basser, P. J., Pajevic S, Pierpaoli C, et al. In vivo fiber tractography using DT-MRI data. Magn Reson Med 2000;44: Berman J, Berger M, Mukherjee P, et al. Diffusion tensor imaging-guided tracking of fibers of the pyramidal tarc combined with intra opérative cortical stimulation mapping in patients with gliomas. J Neurosurg 2004; 101 : Clark C, Barrick M, Murphy M, et al. Whitte matter tracking in patinets witn space-occupying lesions of the brain : a new technique for neurosurgical planning? Neuroimage 2003; 20: Krings T, Reinges M, Thiex R, et al. Functional and diffusion-weighted magnetic resonance images of space_occupying lesions affecting the motor system : imaging the motor cortex and pyramidal tracts. J Neurosurg 2001;22 : 95 : Holodny A, Ollenshchleger M, Liu W. Identification of the cortico spinal tracts achieved using Blood-oxygen level dependent and diffusion functional MR imaging in patients with brain tumors. AJNR 2001; Holodny A, Ollenshchleger M. Diffusion imaging in brain tumor. Neuroimaging Clin North Am 2002; 12 : Mori S, Frederksen K, van Zijl P, et al. Brain whitte matter anatomy of tumor patients evaluated with diffusion tensor imaging. Ann Neurol 2002;51 : Sinha S, Bastin M, Whittle I, et al. Diffusion Tensor MR imaging of high grade cerebral gliomas. AJNR 2002; 23 : Witwer B, Moftakhar R, Hasan K, et al. Diffusion Tensor Imaging of whitte matter tracks in patients with cerebral neoplasm. J Neurosurg 2002; 97 :