Stéatose hépatique : Toutes les méthodes IRM de quantification

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1 CHU Angers Stéatose hépatique : Toutes les méthodes IRM de quantification ROULLIER Vincent, CESBRON Elodie, CAVARO-MENARD Christine, MICHALAK Sophie, CALMON Guillaume, AUBE Christophe Département de Radiologie CHU Angers F LISA UPRES EA4014 Université d Angers Laboratoire HIFIH Université d Angers Département d Imagerie par Résonance Magnétique GE Healthcare Vélizy France UPRES EA 4014

2 Plan Introduction Description des différentes méthodes Avantages et Inconvénients de chaque méthode Illustrations Limites et Perspectives Conclusion Contact

3 Introduction Les hépatopathies stéatosiques sont des pathologies en très forte progression. Elles peuvent être isolées (stéato-hépatite) ou s intégrer au syndrome métabolique. Elles sont très fortement potentialisées par les autres causes d hépatopathies, virales et surtout alcooliques. Elles peuvent évoluer vers la fibrose, puis la cirrhose et ses conséquences. La différence de résonance des protons d hydrogène dans le tissu graisseux fait de l IRM un outil potentiellement bien adapté à la quantification de la stéatose hépatique. Nous présentons dans ce poster les différentes techniques actuellement utilisables, ou en cours de développement, pour réaliser cette quantification.

4 Description

5 Séquences T2 Fast Spin Echo Principe de quantification FSE Mesurer la différence de rapport d intensité de signal hépatique et splénique sur les séquences avec suppression de graisse et sans suppression de graisse FSE Fat Sat A. Qayyum et al, Accuracy of Liver Fat Quantification at MR Imaging: Comparison of Out-of-Phase Gradient-Echo and Fatsaturated Fast Spin-Echo Techniques Initial Experience, Radiology 2005;237:

6 Séquences T2 Fast Spin Echo L acquisition s effectue en apnée Paramètres des séquences FOV TE TR BW Nex Angle Matrice Epaisseur Espacement Tacq FSE , x FSE FatSat , x

7 Séquences T2 Fast Spin Echo En Pratique Placer trois ROIs dans le foie (2 à droite et 1 à gauche) Placer un ROI dans la rate Sur une coupe au même niveau Sur les séquences sans et avec suppression de graisse Faire le rapport d intensité de signal entre la moyenne des ROIs du foie et de la rate.(r fs pour la séquence avec saturation de graisse et R pour la séquence sans saturation de graisse) Faire la différence relative entre les valeurs obtenues sur la séquence sans et avec saturation de graisse R R fs fs + R R 100 Le résultat est exprimé directement en pourcentage

8 Séquences écho de gradient IP/OP multi-angle Principe de quantification Mesurer la différence d intensité de signal hépatique entre les images en phase et en opposition de phase sur chacune des séquences avec des angles de bascule différents EG 20 IP EG 20 OP EG 70 IP EG 70 OP H. K. Hussain et al, Hepatic Fat Fraction: MR Imaging for Quantitative Measurement and Display Early Experience, Radiology 2005;237:

9 Séquences écho de gradient IP/OP multi-angle L acquisition s effectue en apnée Paramètres des séquences FOV TE TR BW Nex Angle Matrice Epaisseur Espacement Tacq EG , , x EG , , x

10 Séquences écho de gradient En Pratique IP/OP multi-angle Placer plusieurs ROIs dans le foie Sur une coupe au même niveau Sur les séquences avec les différents angles de bascule Faire la différence entre la moyenne des ROIs des images en phase, corrigées de l effet T2* (1) (notée S IP ), et la moyenne des ROIs des images en opposition de phase (notée S OP ) Faire le rapport entre le résultat précédent multiplié par cent et deux fois la moyenne des ROIs des images en phase (S IP ) Sur les séquences avec les deux angles de bascule ( S IP SOP ) S IP Si le pourcentage calculé pour l angle de bascule à 20 est inférieur au pourcentage calculé pour l angle de bascule à 70 alors le pourcentage de graisse vaut le pourcentage calculé pour l angle de bascule à 20 sinon le pourcentage de graisse vaut 100% le pourcentage de graisse pour l angle de bascule à 20 (1) La correction de l image en phase de l effet T2* est présentée dans l article qui présente cette méthode.

11 Séquences «DIXON» (2pt et 3pt) Principe de quantification Dixon 2 pt (1) Mesurer la différence d intensité de signal hépatique sur les séquences en écho de gradient en phase et en opposition de phase EG IP EG OP Principe de quantification Dixon 3 pt (2) eau graisse inhomogénéité Mesurer la différence d intensité de signal hépatique sur les images reconstruites eaux et graisses. Eau + graisse Eau - graisse (1) M. H. Fishbein et al, Introduction of fast MR imaging in the assessment of the hepatic steatosis. Magn Reson Imaging 1997;15: (2) A. Kovanlikaya et al, Obesity and fat quantification in lean tissues using three-point Dixon MR imaging, Pediatric Radiology 2005;35:

12 Séquences «DIXON» (2pt et 3pt) L acquisition s effectue en apnée Paramètres de séquence FOV TE TR BW Nex Angle Matrice Epaisseur Espacement Tacq DIXON 2pt (1) x DIXON 3pt (2) x (1) Echo de gradient en phase et en opposition de phase (2) Séquence fournie par GE Medical System : IDEAL 3D FSPGR

13 Séquences «DIXON» (2pt et 3pt) En Pratique dixon 2pt Placer des ROIs dans le foie Sur une coupe Sur les images en phase et en opposition de phase Faire la différence entre la moyenne des ROIs des images en phase (notée S IP ) et la moyenne des ROIs des images en opposition de phase (notée S OP ) Faire le rapport entre le résultat précédent multiplié par cent et deux fois la moyenne des ROIs des images en phase (S IP ) ( S IP SOP ) S IP Le résultat est exprimé directement en pourcentage.

14 Séquences «DIXON» (2pt et 3pt) En Pratique dixon 3pt Placer des ROIs dans le foie Sur une coupe Sur les images eaux et graisses Faire le rapport entre la moyenne d intensité de signal des ROIs sur l image eau (notée R water ) et sur l image graisse (notée R fat ) multiplié par cent R R fat water 100 Le résultat est exprimé directement en pourcentage.

15 Séquence Multi écho de Séquence en cours d évaluation Principe de quantification Opposition de phase gradient Mesurer la décroissance du signal IRM en phase et en opposition de phase Extraction des T2* des différents tissus présents En phase

16 Séquence Multi écho de gradient L acquisition s effectue en apnée Paramètres de séquence FOV TE TR BW Nex Angle Matrice Epaisseur Espacement Tacq MFGRE x

17 Avantages / Inconvénients

18 Séquences T2 Fast Spin Echo Avantage Meilleure corrélation sur des patients cirrhotiques que la méthode à base d écho de gradient. En effet, dans la cirrhose il existe souvent une augmentation du fer intra-hépatique responsable d un effet T2* important sur les images en écho de gradient. Inconvénients Temps d acquisition un peu long pour être compatible avec une apnée (environ 20 sec) Dans la littérature, pas d évaluation sur un large spectre de stéatose

19 Séquences écho de gradient Avantages Correction de l effet T2* Correction de l ambiguïté du composant dominant par le système multi angle Dans la littérature, corrélation sur un spectre large de stéatose Inconvénients IP/OP multi-angle Bruit important sur les images réalisées avec un angle de bascule faible Dans la littérature, méthodologie d évaluation imprécise

20 Séquences «DIXON» (2pt et 3pt) Avantages dixon 2pt Rapide (environ 15 sec) Séquence classique Inconvénients dixon 2pt Ambiguïté du composant dominant Effet T2* important sur les images en écho de gradient

21 Séquences «DIXON» Avantages dixon 3pt Correction de la phase Reconstruction d images eaux et graisses Possibilité d acquisition 3D (2pt et 3pt) Inconvénients dixon 3pt Post traitement nécessaire Temps d acquisition plus long (environ 24 sec) Dans les images eaux et graisses, présence de l effet de relaxation T1 et T2 biaisant la quantification Dans la littérature, pas d évaluation sur un large spectre de stéatose

22 Séquence Multi écho de Avantages Séquence en cours d évaluation gradient Prise en compte de la totalité de la décroissance du signal IRM Inconvénients Effet T2* important sur les images en écho de gradient Sensibilité à la présence de Fer intra-hépatique

23 Avantages/Inconvénients Synthèse Fast Spin Echo Echo de gradient multi angle Peu sensible à la surcharge en Fer (Bonne corrélation patient cirrhotique) Correction T2* Ambiguïté corrigée Corrélation sur un spectre de stéatose + Apnée plus longue Pas d évaluation sur un large spectre de stéatose Image bruitée (20 ) Méthodologie imprécise sur l évaluation - Dixon 2pt Rapide Ambiguïté du composant dominant Effet T2* Dixon 3pt MFGRE Correction phase Image eau et graisse Utilisation de la décroissance complète du signal Post-traitement Temps acquisition plus long Effet relaxation T1 T2 Pas d évaluation sur un large spectre de stéatose Effet T2* Sensibilité à la présence de Fer intra-hépatique

24 Illustrations

25 Résultat expert Exemple 1 Résultat automatique = 80 % d hépatocytes stéatosiques = 39.27% de la surface est de la stéatose (blanc) Méthode FSE 73,85 56,36 R R fs fs + R R 21,06 73,85 59,16 56, = 100 = 21,06 73, ,16 56, % 21,06 59,16 % fat = 52,27 %

26 Exemple 1 Méthode écho de gradient IP OP multi angle OP IP corrigé EG 20 % fat % fat ( S = IPcorrigé 2 S = 43,05% S OP IPcorrigé ) 100 = (256,96 35,7) ,96 35,7 256,96 37,86 413,71 % fat = %fat 20 = 43,05 % EG 70 % fat % fat ( S = IPcorrigé 2 S = 45,42% S OP IPcorrigé ) 100 = (413,71 37,86) ,71 OP IP corrigé

27 Exemple 1 Méthode DIXON 2pt 37, EG % fat = ( S IP SOP) 100 = 2 S IP (134,31 37,86) ,31 OP IP % fat = 48,22%

28 Résultat expert Exemple 2 Résultat automatique Méthode FSE = 50 % d hépatocytes stéatosiques = 20.26% de la surface est de la stéatose (blanc) 21,36 52,19 R R fs fs + R R 21, ,19 55, = 100 = 21, ,19 55,39 25,27 % 38 55,39 % fat = 25,27 %

29 Exemple 2 Méthode écho de gradient IP OP multi angle OP IP corrigé EG 20 % fat % fat ( S = IPcorrigé 2 S = 38,32% S OP IPcorrigé ) 100 = (145,81 34,06) ,81 34,06 42,22 145,81 219,98 % fat = %fat 20 = 38,32 % EG 70 % fat % fat ( S = IPcorrigé 2 S = 40,27% S OP IPcorrigé ) 100 = (219,98 42,22) ,98 OP IP corrigé

30 Exemple 2 Méthode DIXON 2pt 42,22 70,44 EG % fat = ( S IP SOP) 100 = 2 S IP (70,44 42,22) ,44 OP IP % fat = 20,03%

31 Synthèse % hépatocytes stéatosiques % surface de stéatose Méthode 1: FSE FSE Fat Sat Méthode 2: EG 20 - EG 70 Méthode 3: Dixon 2pt Exemple 1 80 % 39,27 % 52,27 % 43,05 % 48,22 % Exemple 2 50% 20,26 % 25,27 % 38,32 % 20,03 %

32 Limites / Perspectives

33 Limites/Perspectives Limites techniques Diminuer le temps d acquisition en gardant une bonne résolution Avoir accès aux paramètres internes de la RF Impossibilité de couvrir le foie dans sa globalité en une apnée, à l exception de la séquence Dixon 3 points (IDEAL) Inhomogénéité du signal

34 Limites/Perspectives Limites dans l évaluation Peu de biopsie réalisée pour des hépatopathies stéatosiques Problème de référence Possible hétérogénéité de la stéatose Biopsie sujette à erreur d échantillonnage Système de quantification histologique par stade de la stéatose Stadification subjective Référence imprécise

35 Limites/Perspectives Perspectives Une calibration dénommée PURE chez GE Medical System permet d améliorer l homogénéité du signal IRM. Le développement de la séquence MFGRE permet d étudier la totalité de la décroissance du signal dans le foie. Cette décroissance est indicateur du temps de relaxation T2 (T2*) des tissus présents dans le foie et donc de la graisse et l eau. Développement en cours d un algorithme de quantification de la stéatose à partir des biopsie, permettant d avoir une référence précise de la stéatose. Résultat préliminaire : en blanc, les hépatocytes stéatosiques

36 Conclusion

37 Conclusion La quantification de la stéatose est actuellement réalisable en pratique clinique en utilisant l IRM. La méthode Dixon 2pt est une méthode trop peu précise pour être une méthode fiable de quantification de la stéatose en IRM. Cette technique ne permet pas de déterminer le composant dominant et donc biaise la quantification. L utilisation d une séquence supplémentaire permettant de déterminer le composant dominant (Dixon 3pt,EG in/out multi angle) permet de se dédouaner de ce problème, mais au prix d un allongement du temps d acquisition et du temps d examen. La séquence multi écho de gradient en court de développement semble une solution plus performante que les techniques actuelles. Une évaluation clinique de ces méthodes est nécessaire pour définir les performances et la place de chaque méthodes.

38 Contact M. ROULLIER Vincent Pôle Imagerie CHU Angers 4, rue Larrey Angers Cedex 9 Mail : vincent.roullier@etud.univ-angers.fr