IRM DE DIFFUSION ET CANCER DE LA PROSTATE: à 1,5 Tesla

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1 IRM DE DIFFUSION ET CANCER DE LA PROSTATE: expérience préliminaire à 1,5 Tesla I Boulay-Coletta (1), P Hervo (2), M Rodallec (1), V Molinié (1), H Baumert (1), M Zins (1) (1) Groupe hospitalier Paris Saint-Joseph, Paris (2) General Electric, Buc

2 IRM DE DIFFUSION ET CANCER DE LA PROSTATE Les principes physiques de la séquence de diffusion Les données actuelles de la littérature Notre protocole d examen, limites actuelles Notre expérience: corrélations macro et microscopiques dans la prostate apport de la séquence de diffusion Perspectives d avenir: Etude ganglionnaire Développement de nouvelles séquences Le post-traitement

4 Principes de la diffusion (DWI) permet une étude biophysique au niveau microscopique cellulaire utilise les mouvements aléatoires des protons de l eau dans un tissu biologique Basée sur le mouvement incohérent intravoxel Induit une réduction d intensité de signal S (intensité de signal en pixels) Après l application des gradients pour une valeur donnée b, S0 le signal à b0= 0, l ADC est le coefficient apparent de diffusion (mm 2 /s) L ADC est obtenu par l analyse voxel par voxel ADC= Log(S0/S1)/(b1/b0), b1 et b0 = gradients appliqués

5 La séquence de diffusion donne des informations sur les mouvements de l eau. Le signal en diffusion dépend de: - la répartition de l eau dans les différents compartiments - eau intra-cellulaire - eau extra-cellulaire - eau libre (LCR) - de certaines propriétés du milieu: - densité cellulaire densité protéique - de la quantité d eau (effet T2)

6 Diminution des mouvements des molécules d H2O = Hypersignal en diffusion Œdème cytotoxique (augmentation du compartiment intracellulaire où l eau diffuse moins bien) Milieu de densité protéique élevé (Pus) Milieu de densité cellulaire élevée (cancérologie)

7 Augmentation des mouvements des molécules d H2O: Diminution du signal de diffusion Œdème vasogénique Lyse cellulaire >>> traitement aprés chimiothérapie ou radiothérapie, interêt dans le suivi thérapeutique

8 Que se passe t-il dans les tissus malins? Tissus à croissance rapide >> La densité tissulaire augmente, par conséquent le nombre de barrières membranaires Diminution des capacités de diffusion >> baisse de l ADC >> Hypersignal en diffusion

10 Les données actuelles de la littérature: valeurs de l ADC dans la prostate périphérique Références Champs tesla B ADC (10-3 ) Prostate ZP bénin ADC (10-3 ) prostate ZP cancer Hosseinzadeh J Magn resonnance Imaging 2004 Gibs Invest radiology 2006 Kozlowski J Magn resonnance Imaging 2006 Pickles J Magn resonnance Imaging 2006 Sato J Magn resonnance Imaging , ,61+/-0,27 1,34 +/- 0, ,86+/-0,47 1,33+/-0,32 1, ,5730+/-0,32 0,993+/-0, ,95+/-0,27 1,38+/-0,32 1, ,68+/- 0,4 1,11+/-0,44

11 Les données actuelles de la littérature: valeurs du coefficient apparent de diffusion (ADC) dans la prostate périphérique 1. Il existe une zone de recouvrement des valeurs entre la bénignité et les zones de cancer dans la plupart des études. 2. Limites des études: La corrélation histologique s est effectuée à la fois sur 1. des biopsies prostatiques (source d erreurs possible) 2. et sur des pièces de prostatectomie

12 IRM DE DIFFUSION ET CANCER DE LA PROSTATE Les principes physiques de la séquence de diffusion Les données actuelles de la littérature Notre protocole d examen, limites actuelles Notre expérience: corrélations macro et microscopiques dans la prostate apport de la séquence de diffusion Perspectives d avenir: Etude ganglionnaire Developpement de nouvelles séquences Le post-traitement

13 Matériel IRM 1.5 Tesla, signa excite HDX (GE) Antenne de surface torso (12 éléments) centrée sur l abdomen et le pelvis: 8 éléments inférieurs sont utilisés pour l étude prostatique 12 éléments pour l étude abdominale

14 Notre protocole d examen I les séquences standards Sagittale et Coronale FSE T2 Épaisseur 3mm/0, 4 nex, Fov =24 cm, Matrice: 256 x 256, TR= 3000 à 4000, TE= 126 Axiale stricte FSE T2, Même paramètre sauf l épaisseur 4mm/0 Axiale T2 grand champ abdomino pelvienne: Épaisseur= 6mm/0.5, 1 nex,fov 46 cm matrice 352x256, TR= 9231, TE= 90 avec trigger respiratoire,

15 Notre protocole de d examen: II la séquence de diffusion Séquence de diffusion EPI (single shot écho planar imaging) avec excitation sélective de l eau: Axiale stricte 4mm/0 16 nex, Fov =44 cm Matrice: 128 x 128, TR= 3000, TE= 76 B0-B600 (temps de la séquence 100 s) Répétée par pallier du pelvis jusqu au pôle inférieur des reins avec chevauchement de 3 coupes. 5 à 6 paliers de 15 coupes sont nécessaires pour couvrir le pelvis et l abdomen

16 Notre protocole de d examen: III l étude dynamique L examen se termine par une étude dynamique 3D fast SPGR (T1) (Pava GE), sans et avec gadolinium Épaisseur 4mm/0, 1,46 nex, Fov 26cm Matrice 160x160, TR= 3, TE= 1,4, 10 phases Temps de réalisation actuel de l examen 45 mm

17 Limites actuelles de la séquence de diffusion Limitation du nombre de coupes à 15 par acquisition rendant l étude abdominale en diffusion longue (10 mm) avec nécessitée d additionner les différentes acquisitions >> travail de post-traitement important

18 Les images de diffusion obtenues Le cancer est facilement identifié dès la séquence de diffusion B0 B 600, Hypersignal de l apex B 600 hypo signal en inversion de fenêtrage

19 Les images de diffusion: suite Sur la séquence de diffusion, le cancer n apparaît pas toujours en hypersignal (*). Pour le détecter, il est nécessaire de calculer le coefficient apparent de diffusion (ADC) grâce aux logiciels de traitement d image. (*) le contenu hydrique de la prostate varie avec l âge

20 Nécessité de calculer l ADC ADC L ADC est abaissé au niveau de l apex - Zone intermédiaire D et G. La coupe IRM passe entre les coupes de macroscopie 1et 2

21 Le calcul de L ADC: Post-traitement: ADW functool Pour chaque niveau de coupe, on obtient: (1) image de diffusion (2) cartographie de l exponentiel du coefficient apparent de diffusion (3) cartographie du coefficient de apparent de diffusion Dans cet exemple le coefficient apparent de diffusion est très abaissé au niveau de la base dt (0,797x10-3 mm 2 /sec)

22 Post-traitement: suite DWI L image T2 est ensuite superposée avec la cartographie ADC avec visualisation en transparence élevée = superposition de l image fonctionnelle et anatomique ADC T2

23 Limites actuelles du posttraitement en diffusion Nécessité de travailler l image fonctionnelle avec l image anatomique de référence: Actuellement on réalise une superposition d image entre la cartographie ADC et l acquisition axiale T2 afin de pouvoir correctement identifier le siége anatomique des lésions. Mais du fait de la distorsion de l image en diffusion, il peut exister un décalage de plusieurs mm. En utilisant cette méthode de superposition d image, cette pratique apparaît forcément imparfaite d où la nécessité de placer le ROI de l ADC sur la séquence de diffusion et non sur la séquence T2

24 Exemple de décalage entre la superposition de l image T2 et de diffusion, la ROI de l ADC est à placer sur l image de diffusion (gg +)

25 IRM DE DIFFUSION ET CANCER DE LA PROSTATE Les principes physiques de la séquence de diffusion Les données actuelles de la littérature Notre protocole d examen, limites actuelles Notre expérience: corrélations macro et microscopiques dans la prostate apport de la séquence de diffusion Perspectives d avenir: Etude ganglionnaire Developpement de nouvelles séquences Le post-traitement

26 Corrélations radio-histologiques: Objectifs Définir l intérêt de la diffusion dans le dépistage du cancer de la prostate de la zone périphérique Corréler la pièce macroscopique avec la cartographie ADC et définir le coefficient de apparent de diffusion du cancer de la prostate de la zone périphérique Montrer l intérêt complémentaire de la diffusion par rapport aux séquences T2 et dynamiques

27 Corrélations radio-histologiques: Matériel et Méthode 7 patients inclus: PSA 6-20 ng/mg Biopsies prostatiques + IRM pré opératoire (cf protocole) Prostatectomie par coelioscopie +/- bandelette Inclusion de la pièce en totalité (méthode de Standford) coupes de 5 mm d épaisseur, photographie macroscopique Inclusion en méga cassette Analyse histologique: localisation, volume, corrélation avec la macroscopie

28 Corrélation radio-histologiques: Relecture de l IRM Relecture des IRM avec le résultat histologique Relevé des différents coefficients de diffusion et corrélations avec les données histologiques Relevé des cas discordants entre les différentes séquences d IRM

29 Résultats: ADC Prostate périphérique Normale Prostate Périphérique Cancer ADC (10-3 ) 1,8888+/- 0, , 0494+/- 0,12426

30 Cas 1 T2 Toucher Rectal= stade T2 clinique, PSA 9,35ng/ml T1 IV Le T2, le T1 avec gadolinium et la diffusion sont en faveur d un cancer au niveau de la zone intermédiaire droite Nette baisse de l ADC À droite

31 Cas 1 VS Base Apex

32 Cas 1 La baisse de l ADC reflète la diminution de mobilité des molécules d eau dans un tissu très cellulaire (adénocarcinome) comparativement au tissu adjacent normal

33 Cas 2 Toucher Rectal= stade T2 clinique, PSA 7,8ng/ml T2 T1 IV? Le T1 IV montre une prise de contraste au niveau des deux apex mais plus intense à G, Le T2 montre un hyposignal à l apex G T1 IV soustraction

34 Cas 2 La diffusion lève le doute sur l apex droit Diminution de l ADC à l apex gauche 0,87 x 10-3 ADC limite inférieure de la normale à Dt 1,44x 10-3 Le cancer est uniquement localisé à l apex G

35 Cas 3 T2a clinique induration droite, PSA 10 ng/ml, IRM: apex et base Dt suspecte en T2 et T1 IV T2 T1 IV +

36 Cas 3 Discordance T2/T1 IV et DWI Apex Dt ADC trés abaissé pathologique Exponentiel ADC ADC/T2 Base Dt, ADC limite inférieure de la normale non pathologique

37 Cas 3 Corrélation histologique apex base ant base Apex post

38 Cas 3 apex Hyposignal T2, ADC abaissé à 0,937x 10-3, Adénocarcinome peu différencié, Gleason 9 de 17 x 9 mm

39 Cas 3 Discordance entre le franc hyposignal T2 et le coefficient de diffusion non abaissé de façon pathologique base Histo: Prostatite inlammatoire Dans cet exemple, la diffusion a permis d éviter un faux positif sur un foyer secondaire

40 Pourquoi détecter les foyers d adénocarcinomes prostatiques? Pour mieux détecter les foyers de cancer par conséquent mieux détecter l envahissement capsulaire ou vésiculaires. Pour mieux cibler les biopsies de saturation en cas de négativité des premières biopsies. Pour certaines équipes, diriger les biopsies initiales La diffusion nous parait intéressante à rajouter dans le protocole standard dans l étude IRM de la prostate puisqu elle semble améliorer la sensibilité de détection du cancer par rapport à la séquence T2 seule ou T1 dynamique avec IV seule.

41 IRM DE DIFFUSION ET CANCER DE LA PROSTATE Les principes physiques de la séquence de diffusion Les données actuelles de la littérature Notre protocole d examen, limites actuelles Notre expérience: correlations macro et microscopiques dans la prostate apport de la séquence de diffusion Perspectives d avenir: Etude ganglionnaire Developpement de nouvelles séquences Le post-traitement

42 Cas 4 Perspectives d avenir: étude ganglionnaire PSA 27 ng/ml, 12 biopsies prostatiques positives (DT et G), Gleason 8 Deux volumineux ganglions métastatiques iliaques ADC = 0,965x10-3

43 Cas 4 Chez le même patient, visualisation de ganglions rétroperitoneaux dont L ADC est trés abaissé

44 Cas 4 A l étage pelvien, chez le même patient, visualisation de nombreux petits ganglions dont certains sont peu visibles sur la séquence T2, par contre le coefficient de diffusion est bas et similaire aux gros ganglions, ils sont également vraisemblablememt métastatiques (absence de curage gg, traitement hormonal)

45 Cas 4 Cette image 3D MIP coronale type PET est obtenue chez le même patient par: - la sommation des différentes acquisitions Axiales en 4mm sur l abdomen - inversion du fenêtrage Il s agit d une lympho IRM de diffusion visualisant de gros ganglions iliaques et rétroperitoneaux, dont l ADC est trés diminué.

46 Cas 5 Etude ganglionnaire: PSA = 12ng/ml Curage ganglionnaire iliaque négatif ADC élevé

47 Etude ganglionnaire Aucune étude dans la littérature n est publiée concernant la valeur de l ADC des ganglions métastatiques dans le cancer de la prostate. Nous avons constaté sur les quelques cas illustrés que la valeur de l ADC semble assez superposable à celle du cancer primitif de la prostate de la zone périphérique. Quelle est la place de l IRM de diffusion comparativement aux USPIO (nanoparticules supermagnétiques ultrapetites)

48 Limitations possibles à l étude ganglionnaire 1- Corrélation radio-histologique difficile à réaliser lorsque le curage est realisé par voie coelioscopie car le chirurgien collecte les gg dans un sac au mieux territoire par territoire et non un par un 2- Séquence de diffusion: - temps d acquisition long (10mm) de la séquence de diffusion - Artefacts des structures vasculaires et nerveuses qui apparaissent en hypersignal 3- Post-traitement - peu convivial et long avec absence d intégration du 3D MIP et de la cartographie fonctionnelle, - l avenir est à une intégration des images 3D MIP et fonctionnelles dans le même menu de post traitement

49 Etude osseuse T2 DIW Séquence de diffusion réalisée lors de l étude prostatique: - visualisation en fenêtrage inversé reproduisant la visualisation scintigraphique - métastase de l ischion droit

50 Perspectives d avenir: fusion d images PAVA Exp ADC Obtenir une imagerie fusionnée anatomique et fonctionnelle corrigeant la distorsion de la séquence de diffusion. AW Software Development Team T2 w. ADC Développement de ce logiciel «AW Registration (WIP)» par l équipe AW Software Development Team (GE, BUC)

51 Conclusions I : L étude ganglionnaire La «MR lymphodiffusion» semble détecter beaucoup de ganglions dont tous ne sont pas pathologiques (spécificité faible). Par contre, la mesure du coefficient de diffusion semble intéressante pour séparer les ganglions métastatiques. Une large étude de validation est nécessaire ainsi qu une évaluation par rapport aux USPIO.

52 Conclusions II: Que peut-on demander aux constructeurs? Séquence 3D T2 avec fusion d image 3D diffusion en coupes fines sur l étage abdomino pelvien (voire corps entier) avec accés direct à une mesure du coefficient apparent de diffusion possiblement complétée d un système de CAD diffusion. L IRM pourrait alors être le seul examen necéssaire pour le bilan local et d extension du cancer de la prostate.

53 Bibliographie 1: Charles-Edwards EM, desouza NM. Diffusion-weighted magnetic resonance imaging and its application to cancer. Cancer Imaging Sep 13;6: : Kozlowski P, Chang SD, Jones EC, Berean KW, Chen H, Goldenberg SL. Combined diffusion-weighted and dynamic contrast enhanced MRI for prostatecancer diagnosis--correlation with biopsy and histopathology. J Magn Reson Imaging Jul;24(1): : Gibbs P, Pickles MD, Turnbull LW. Diffusion imaging of the prostate at 3.0 tesla. Invest Radiol Feb;41(2): : Pickles MD, Gibbs P, Sreenivas M, Turnbull LW. Diffusion-weighted imaging of normal and malignant prostate tissue at 3.0T. J Magn Reson Imaging Feb;23(2): :Shimofusa R, Fujimoto H, Akamata H, Motoori K, Yamamoto S, Ueda T, Ito H. Diffusion-weighted imaging of prostate cancer. J Comput Assist Tomogr Mar-Apr;29(2): : Sato C, Naganawa S, Nakamura T, Kumada H, Miura S, Takizawa O, Ishigaki T. Differentiation of noncancerous tissue and cancer lesions by apparent diffusioncoefficient values in transition and peripheral zones of the prostate. J Magn Reson Imaging Mar;21(3): : Haider MA, van der Kwast TH, Tanguay J, Evans AJ, Hashmi AT, Lockwood G,Trachtenberg J. Combined T2-weighted and diffusion-weighted MRI for localization of prostatecancer. AJR Am J Roentgenol Aug;189(2):323-8.

54 8:Lichy MP, Aschoff P, Plathow C, Stemmer A, Horger W, Mueller-Horvat C, SteidleG, Horger M, Schafer J, Eschmann SM, Kiefer B, Claussen CD, Pfannenberg C,Schlemmer HP. Tumor detection by diffusion-weighted MRI and ADC-mapping--initial clinicalexperiences in comparison to PET-CT. Invest Radiol Sep;42(9): : Morgan VA, Kyriazi S, Ashley SE, DeSouza NM.Evaluation of the potential of diffusion-weighted imaging in prostate cancer detection. Acta Radiol Jul;48(6): : Reinsberg SA, Payne GS, Riches SF, Ashley S, Brewster JM, Morgan VA, desouza NM. Combined use of diffusion-weighted MRI and 1H MR spectroscopy to increase accuracy in prostate cancer detection. AJR Am J Roentgenol Jan;188(1): : Manenti G, Squillaci E, Di Roma M, Carlani M, Mancino S, Simonetti G. In vivo measurement of the apparent diffusion coefficient in normal and malignant prostatic tissue using thin-slice echo-planar imaging. Radiol Med (Torino) Dec;111(8): Epub 2006 Dec 20. English, Italian. 12: Tanimoto A, Nakashima J, Kohno H, Shinmoto H, Kuribayashi S.Prostate cancer screening: the clinical value of diffusion-weighte imaging and dynamic MR imaging in combination with T2-weighted imaging. J Magn Reson Imaging Jan;25(1): : Choi YJ, Kim JK, Kim N, Kim KW, Choi EK, Cho KS. Functional MR imaging of prostate cancer. Radiographics Jan-Feb;27(1):63-75; discussion Review.

55 14: Hosseinzadeh K, Schwarz SD. Endorectal diffusion-weighted imaging in prostate cancer to differentiate malignant and benign peripheral zone tissue. J Magn Reson Imaging Oct;20(4): : Hricak H. New horizons in genitourinary oncologic imaging. Abdom Imaging Mar-Apr;31(2): Review. 16: Miao H, Fukatsu H, Ishigaki T. Prostate cancer detection with 3-T MRI: Comparison of diffusion-weighted and T2-weighted imaging. Eur J Radiol Nov 3; [Epub ahead of print] 17: Johnston C, Brennan S, Ford S, Eustace S. Whole body MR imaging: applications in oncology. Eur J Surg Oncol Apr;32(3): Epub 2006 Jan 19. Review. 18: Schmidt GP, Baur-Melnyk A, Herzog P, Schmid R, Tiling R, Schmidt M, Reiser MF, Schoenberg SO. High-resolution whole-body magnetic resonance image tumor staging with the useof parallel imaging versus dual-modality positron emission tomography-computedtomography: experience on a 32-channel system. Invest Radiol Dec;40(12): : Koh DM, Collins DJ. Diffusion-weighted MRI in the body: applications and challenges in oncology. AJR Am J Roentgenol Jun;188(6): Review.