Comparaison de deux techniques fonctionnelles d'imagerie non invasives pour l'étude du retour veineux cérébral chez des volontaires sains

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1 Comparaison de deux techniques fonctionnelles d'imagerie non invasives pour l'étude du retour veineux cérébral chez des volontaires sains

2 Plan Introduction Rappels imagerie de flux échographie Doppler et IRM, système veineux et retour veineux cérébral Problématique et objectifs Matériels et méthodes : Population, appareils, post-traitement, statistique Résultats : Doppler, IRM, comparatif Discussion : Critique de la méthodologie puis des résultats Conclusion : Réponse à la problématique et aux objectifs Perspectives

3 Introduction

4 L imagerie de flux doppler Historique Christian Johann Doppler décrit en 1942 l effet doppler Vitesse = C x delta F/2 x Fe x cos théta Premières applications dans les années Satomura S. et al 1957 Ultrasonic Doppler method for the inspection of cardiac function Utilisé dans de nombreuses spécialités (cardiologie, obstétrique, chirurgie/médecine vasculaire, anesthésie, réanimation, gynécologie ) Elle est souvent la technique de référence non invasive vasculaire K Namekawa et al,1982 Imaging of blood flow using autocorrelation C. Kasai et al, 1985 Real-time two-dimensional blood flow imaging using an autocorrelation technique

5 L imagerie de flux IRM Historique Imagerie plus récente, le principe général est d étudier les protons mobiles Moran PR. A flow velocity zeugmatographic interlace for NMR imaging in humans. Magn Reson Imaging 1982; 1: Bryant DJ et al, 1984 Measurement of flow with NMR imaging using a gradient pulse and phase difference technique Bradley WG Jr 1985 Blood flow: magnetic resonance imaging Les applications sont plus restreintes mais en constant développement Elle est devenue une imagerie relativement «démocratisée» en spécialité neurologique et cardiaque Rebergen SA et al, 1993 Magnetic resonance measurement of velocity and flow: technique, validation, and cardiovascular applications O. Balédent 2006 Value of phase Contrast Magnetic Resonance Imaging for Investigation of cerebral Hydrodynamics

6 Tableau comparatif Echographie Doppler IRM Avantages Inconvénients Avantages Inconvénients Grand recul Vaisseau par vaisseau Acquisition en un temps Contre-indications Disponible Opérateur dépendant Richesse des informations Peu accessible Souplesse d utilisation («au lit du patient») Appareil dépendant Reproductible «Rigidité» (position allongée) Résolution spatiale et temporelle Coût Pas ou peu d étude possible intra crânienne notamment veineuse Coût

7 Le système veineux Très étudié pour la pathologie thrombotique Complexité et variabilité Batson OV 1944 Anatomical problems concerned in the study of cerebral blood flow J Andeweg 1996 The anatomy of collateral venous flow from the brain and its value in aetiological interpretation of intracranial pathology B. Schaller 2004 Physiology of cerebral venous blood flow: from experimental data in animals to normal function in humans Regain récent d intérêt de l étude des veines cervicales et cérébrales. Essentiellement dans le cadre de l hypothèse causale veineuse de la sclérose en plaque Zamboni et al Chronic cerebrospinal venous insufficiency in patients with multiple sclerosis Doepp F et al, 2010 No cerebrocervical venous congestion in patients with multiple sclerosis Zivadinov R et al, 2011 Prevalence, sensitivity, and specificity of chronic cerebrospinal venous insufficiency in MS Souraya Stoquart-El Sankari et al, 2009 A phase-contrast MRI study of physiologic cerebral venous flow Elsankari et al, 2013 Concomitant analysis of arterial, venous, and CSF flows using phase-contrast MRI: a quantitative comparison between MS patients and healthy controls

8 Veines jugulaires internes (VJI) Facilement accessible en échographie Doppler L intérêt en IRM n a été que secondaire initialement, l étude veineuse faisait partie du bilan entrées-sorties notamment dans le cadre de l étude du flux du liquide céphalo rachidien Littérature récente riche et contradictoire, essentiellement dans des contextes de pathologie Hojnacki D et al, 2010 Use of neck magnetic resonance venography, Doppler sonography and selective venography for diagnosis of chronic cerebrospinal venous insufficiency: a pilot study in multiple sclerosis patients and healthy controls F. Doepp 2011 Venous drainage in multiple sclerosis A combined MRI and ultrasound study

9 Problématique Nous disposons de deux techniques d imagerie non invasive L exploration a été essentiellement dédiée à la pathologie dans les études récentes L hétérogénéité des données pourrait expliquer des résultats contradictoires Il existe une variabilité individuelle et interindividuelle connue J M Valdueza et al, 2000 Postural dependency of the cerebral venous outflow Srdjan Cirovic et al, 2003 The effect of posture and positive pressure breathing on the hemodynamics of the internal jugular vein J Gisolf et al, 2004 Human cerebral venous outflow pathway depends on posture and central venous pressure

10 Objectifs L objectif de notre travail a été de quantifier les flux veineux cérébraux par IRM en contraste de phase et échographie doppler sur une même population témoins Nous avons également étudié l influence de la position assise et allongée sur le retour veineux (doppler)

11 Matériels et méthodes

12 Matériels et méthodes Notre étude est prospective, descriptive, monocentrique au sein du CHU d Amiens, d avril à août 2012 Elle a été soumise à un comité de protection des personnes

13 Population 10 volontaires sains, entre 20 et 35 ans, pas de contre-indication IRM Sex ratio 4 /6 Recueil du consentement Absence d antécédent particulier Les témoins vont bénéficier d une IRM et d un doppler (position allongée et assise) le même jour, au même moment de la journée (intervalle <1h)

14 Échographie Doppler

15 Matériel Echographe ACUSON S2000 Siemens, sondes linéaires hautes fréquences, logiciel constructeur d étude des flux VJI droite position allongée VJI droite position assise Exemple chez un même sujet : échographie en mode B de la VJI droite avec variation de la position

16 Protocole d échographie doppler Gel échographique- Hauteur de l'angle mandibulaire Doppler couleur et pulsé Angle de mesure en mode pulsé < 60, sans compression, respiration libre Mesures moyennées sur plusieurs cycles cardiaques Mesure des diamètres et surface VJI Droite et gauche Vitesse max, Vitesse moyenne, Débit moyen Mesures répétées en position allongée/décubitus dorsal strict et en position assise à 90 dans le même temps d examen

17 VJI gauche en coupe longitudinale, en décubitus dorsal Mesures de flux effectuées grâce au logiciel constructeur, mesure du diamètre en longitudinal et étude sur plusieurs cycles cardiaques

18 IRM

19 Matériel IRM Signa EXCITE 1.5T General Electric Healthcare, antenne dédiée tête et cou, synchronisation cardiaque par patchs Installation du sujet dans l antenne et l IRM, décubitus dorsal

20 Protocole d IRM L étude IRM a été plus «exhaustive» Étude globale VJI et sinus veineux Étude et comparaison de la pulsatilité des débits, défini comme (Dmax-Dmin)/Dmax Séquences Sagittale T1 «de repérage» 3D en temps de vol veineux sans injection de gadolinium 2 coupes d étude de flux par contraste de phase Une à l étage cervical : VJI Une à l étage encéphalique : sinus veineux

21 Paramètres IRM Séquence TE TR Paramètres conseillés (VJI) 2D écho de gradient Temps d écho minimum avec compensation du flux Minimum (20ms ou moins) Angle de bascule 25 Nombre de phases 32 FOV 14*14 Epaisseur de coupe 5mm Matrice 256*128 Moyennage du signal 2 Vitesse d encodage Bande passante Antenne Sens d encodage de phase Sens d encodage du flux Analyse du flux 80cm/s +/-16kHz ou 125Hz/pixel Tête et cou Gauche-Droite Supérieur-Inférieur OUI

22 Post traitement Logiciel d'étude des flux développé au sein du laboratoire, fiable et reproductible («Flow Analysis») disponible en accès libre sur La segmentation du flux est semi-automatique et la vitesse d encodage est adaptée au flux veineux avec un rapport signal sur bruit jugé satisfaisant Baledent O et al, 2001 Cerebrospinal fluid dynamics and relation with blood flow: a magnetic resonance study with semiautomated cerebrospinal fluid segmentation Baledent O et al, 2006 Value of phase contrast magnetic resonance imaging for investigation of cerebral hydrodynamics Poster JFR

23 Image IRM sagittale T1, positionnement des plans de coupe 1 : Une coupe cervicale passant par C2C3, perpendiculaire aux vaisseaux cervicaux 2 : Une coupe coronale oblique en arrière du V4, coupant le plus perpendiculairemen t possible le sinus sagittal supérieur et les sinus latéraux 2 Imagerie de phase, coupe 1 1

24 2 Images de PC-IRM obtenues Plan de coupe 1 Plan de coupe 2 1 Ce que nous voyons en images (cinétique) représente 32 phases d un cycle cardiaque Par postulat, les variations d intensités de noirs sont des variations des vitesses entrantes artères et d intensité de blanc pour les veines

25 Seuillage par logiciel dédié Seuillage du flux dans la veine jugulaire interne droite Grâce au logiciel, les différents paramètres (vitesse, débits ) peuvent être extraits sous forme de graphiques puis mis en tableaux L exemple ci-contre représente une VJI droite

26 Statistiques L évaluation de la concordance des résultats entre les mesures Doppler et IRM a été effectuée avec un test de Bland-Altman et un coefficient de détermination (R2) La comparaison des débits des VJI, mesurée par le Doppler dans les positions couchés et assises a été faite avec un test de Wilcoxon apparié La pulsatilité au cours du cycle cardiaque de l écoulement dans les sinus et les jugulaires s est faite par un test de Wilcoxon apparié

27 Résultats

28 Echographie doppler La comparaison entre les débits en décubitus et en position assise montre une nette chute en position assise de façon assez globale, confirmé par le test de Wilcoxon apparié

29 Débits allongé/debout pour chaque sujet en échographie doppler Résultats très hétérogènes entre les témoins mais également entre la VJI droite et gauche d un même témoin VJI droite VJI gauche L étude dynamique «couchéassis» montre une nette chute des débits jugulaires de façon globale en position assise

30 Débits des VJI en IRM En IRM, il existe également une hétérogénéité inter et intra témoin pour les VJI

31 Pulsatilité et normalisation en IRM Variation des débits à chaque phase du cycle cardiaque et obtention de courbes dépendantes Pulsatilité des débits (Dmax- Dmin)/Dmax après normalisation (par la moyenne et l écart-type) à chaque phase du cycle cardiaque, permettant d affranchir la valeur de la pulsatilité de celle du débit

32

33 Comparaison IRM/Doppler Pour les débits comme les vitesses, la comparaison statistique par le R² comme le test de Bland-Altman ne retrouve pas de corrélation statistique entre les valeurs Doppler et IRM

34 Corrélations statistiques Doppler/IRM R² et Bland- Altman Coefficient de détermination R²

35 Discussion

36 Discussion : critique de la méthodologie Étude pilote avec un faible nombre de sujets Monocentrique Pas de répétition dans le temps/machine/opérateur, ce qui aurait donné des résultats plus robustes L étude pour chaque sujet a été réalisée dans le même temps et dans le même ordre : échographie doppler puis IRM afin d être dans les conditions les plus proches possibles

37 Discussion : doppler 1 opérateur Nous avons utilisé des contraintes de reproductibilité par rapport à l'irm non réalisées dans les autres études (respiration libre sans manœuvre de Valsalva, ni Trendelenburg, ni compression hépatique ; si la VJI était «plate», la valeur du débit était notée proche de 0) Limites techniques inhérentes Pour la position assise, il était plus difficile d être stable sans effectuer de compression cervicale Toute variation de mesure du rayon de la VJI entraîne une variation au carré du débit. En cas de VJI quasi «plate», l «erreur de mesure» s approche de la taille de ce rayon. C est ce qui rend l étude des veines difficile comparativement aux artères dont le calibre varie moins Par ailleurs le calibre des veines varie en fonction du cycle respiratoire et du cycle cardiaque (cf IRM), renforçant l erreur de mesure possible

38 Illustration de la limite technique

39 VJI droite Position allongée Position assise Plus de difficultés en position assise pour un même sujet : VJI moins «ronde» et moins grande pouvant engendrer plus d erreurs de mesure

40 Discussion : IRM Pas de difficulté lors du protocole Post traitement et segmentation réalisées par l opérateur Excellentes corrélations statistiques

41 Puls_Jug Puls_Jug Puls_Sag Puls_Sag Puls_Lat Puls_Lat Comparaison débit sinus/jugulaires (1) Puls_Lat Puls_Sag Puls_Jug 2,5 2 1,5 0,4 0,35 0,3 0,4 0,35 0,3 1 0,25 0,25 0,5 0,2 0,2 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,15 0 0,5 0,15 0,2 0,4 0,6 Coefficient de détermination R² Corrélation de la pulsation des débits sinus/vji sous forme de nuage de points 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,55 2,5 2 1,5 1 0, ,5 0,6 0,55 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,2 0,4 0,6 3,5 3 0,5 0,5 2,5 Ces valeurs montrent une bonne association statistique entre les débits intra crâniens et cervicaux 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,1 0,2 0,3 0,4 Puls_Lat 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0 0,5 Puls_Sag 2 1,5 1 0,5 0 0,2 0,4 0,6 Puls_Jug

42 Comparaison débit sinus/jugulaires (2) Matrice de corrélation (Spearman) : Variables Puls_Lat Puls_Sag Puls_Jug Puls_Lat 1 0,917 0,767 Puls_Sag 0, ,750 Puls_Jug 0,767 0,750 1 Les valeurs en gras sont significativement différentes de 0 à un niveau de signification alpha=0.05 p-values : Variables Puls_Lat Puls_Sag Puls_Jug Puls_Lat 0 0,001 0,021 Puls_Sag 0, ,025 Puls_Jug 0,021 0,025 0 Les valeurs en gras sont significativement différentes de 0 à un niveau de signification alpha=0.05 Coefficients de détermination (Spearman) : Variables Puls_Lat Puls_Sag Puls_Jug Puls_Lat 1 0,840 0,588 Puls_Sag 0, ,563 Puls_Jug 0,588 0,563 1 Les corrélations statistiques sont excellentes entre les flux veineux intra crâniens (sinus sagittal et latéraux) mais également avec les VJI Ces corrélations montrent que nous mesurons «la même chose». Cet aspect confirme la robustesse de l IRM pour la mesure des flux

43 Comparatif : mesure-t-on dans les mêmes conditions? Logiciels de calcul différents Difficultés de mesure Manuelle en doppler Semi-automatique en IRM Importance de la surface dans le calcul du débit, les variations de forme des veines au cours des cycles cardiaque et respiratoire n ont pas été pris en compte en doppler et volontairement également en IRM (découpage en 32 phases du cycle cardiaque). En IRM la mesure de la surface se fait sur une imagerie non morphologique # surface «fonctionnelle»

44 Discussion : critique des résultats Pas de concordance statistique entre les 2 outils Manque d'expérience de notre centre pour les mesures de débit de doppler veineux, non effectué en «routine» Valeurs aberrantes en doppler parasitant le faible nombre de sujets Analyse non exhaustive des données (surtout en IRM) Les variations de pulsatilité peuvent s'expliquer par l'anatomie sinus/veine (paroi rigide versus paroi souple) Analyse quantitative surtout et peu qualitative, en défaveur a priori de l échographie doppler

45 Conclusion

46 Conclusion Notre étude confirme la complexité du système veineux Il existe des différences entre les flux intra crâniens et cervicaux (IRM) pouvant être expliquées éventuellement par des différences anatomiques/histologiques Les plus grandes variations de flux que nous avons obtenues pour des témoins sont au niveau des VJI. Le doppler, grâce à l étude dynamique, nous montre une adaptation à la position. Il est facile d accès, permet des mesures dans différentes positions mais semble moins fiable quantitativement L IRM est une technique robuste, précise pour la mesure des flux veineux intra et extra crânien

47 Perspectives Est-ce que la variabilité des flux du retour veineux cérébral sous-tend une certaine souplesse du système veineux Si c est le cas, y existe-t-il des limites à cette plasticité? Une meilleure compréhension de cette physiologie offrirait de nouvelles approches physiopathologiques et éventuellement thérapeutiques La combinaison des approches complémentaires IRM et doppler pourra être utile pour comprendre et mieux diagnostiquer les pathologies cérébrales potentiellement d origine veineuse