Apports des techniques d imagerie : principes et diagnostic pour le clinicien

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1 7-012-A-40 Apports des techniques d imagerie : principes et diagnostic pour le clinicien M. Ronot, V. Vilgrain L imagerie en hépatologie est de plus en plus dynamique, fonctionnelle et évolue, sur le modèle de la neuroradiologie, vers l analyse multiparamétrique des pathologies du foie. Outre la combinaison raisonnée de différentes machines dans une stratégie clinique (multimodalité), c est l intégration de différents outils offerts par ces mêmes machines donnant chacune des informations variées et complémentaires (modalité de rehaussement, mouvement moléculaire, perfusion, élasticité et viscosité, analyse indirecte de la composition chimique, etc.) qui caractérise la radiologie hépatologique d aujourd hui et de demain. Sont abordées ici trois modalités d imagerie de routine : l échographie, la tomodensitométrie (TDM) et l imagerie par résonance magnétique (IRM) en s intéressant particulièrement aux évolutions récentes et aux nouveautés. Pour l échographie, sont abordés l imagerie trois dimensions (3D) et quatre dimensions (4D), l usage des produits de contraste ultrasonores et la fusion d image. Concernant la TDM, sont détaillés les acquisitions dynamiques rapides permettant l étude perfusionnelle, les scanners bitubes et l imagerie spectrale. Enfin, dans le cas de l IRM, centrale en hépatologie, sont abordées l imagerie 3D, les séquences de diffusion et de perfusion, l élastographie par résonance magnétique, la spectroscopie et l introduction des produits de contraste hépatospécifiques Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Mots-clés : Échographie de contraste ; Scanner de perfusion ; Imagerie spectrale ; IRM de perfusion ; IRM de diffusion ; Élastographie par résonance magnétique ; Spectroscopie par résonance magnétique ; Produits de contraste hépatospécifiques Plan Introduction Introduction 1 Échodoppler/échographie de contraste 2 Échographie 3D ou 4D et imagerie multimodalité 2 Échographie de contraste 2 Tomodensitométrie 3 Imagerie de perfusion 3 Double énergie, multiénergie et imagerie spectrale 4 Imagerie par résonance magnétique 4 Imagerie 3D et imagerie parallèle 4 Imagerie de diffusion 4 Imagerie de perfusion 5 Élastographie par résonance magnétique 5 Spectroscopie par résonance magnétique 7 Produits de contraste hépatospécifiques 7 Conclusion 8 Le foie est un organe volumineux, plein, très vascularisé et souscutané. Il est donc aisément accessible aux différentes modalités d imagerie (échographie, tomodensitométrie [TDM] et imagerie par résonance magnétique [IRM]), malgré sa mobilité avec le diaphragme et son caractère déformable. L usage de différents produits de contraste dédiés à chacune de ces modalités est également d une grande valeur. Par conséquent, l imagerie participe au premier plan à la démarche diagnostique et thérapeutique en hépatologie. Si les pratiques en hépatologie incluent de manière quotidienne le recours à l imagerie, et ce depuis de nombreuses années, le développement plus récent dans les différents champs de l analyse morphologique ou fonctionnelle du foie, de nouvelles modalités d analyse ou d exploration, de nouveaux agents de contraste, ainsi que les progrès majeurs réalisés par les différents constructeurs en informatique, traitement et analyse de données, rapidité, résolution temporelle et spatiale, expliquent le rôle considérable de l imagerie et du radiologue tant pour le diagnostic que la prise en charge interventionnelle. L imagerie en hépatologie est de plus en plus dynamique, fonctionnelle et évolue, sur le modèle de la neuroradiologie, vers l analyse multiparamétrique des pathologies du foie. 1 Volume 8 > n 1 > janvier

2 7-012-A-40 Apports des techniques d imagerie : principes et diagnostic pour le clinicien Outre la combinaison raisonnée de différentes machines dans une stratégie clinique (multimodalité), c est l intégration de différents outils offerts par ces mêmes machines donnant chacune des informations variées et complémentaires (modalité de rehaussement, mouvement moléculaire, perfusion, élasticité et viscosité, analyse indirecte de la composition chimique, etc.) qui caractérise l imagerie du foie d aujourd hui et de demain. Un élément sous-évalué, et pourtant majeur, dans les progrès radiologiques est la généralisation progressive des systèmes d archivage et de transmission des images, appelés Picture Archiving and Communication Systems (PACS). Indépendamment des gains de coût, c est une évolution symptomatique de l évolution vers l abandon du film et vers l intégration tout numérique de l imagerie. Ils permettent la communication des images dans un format standardisé (format DICOM) et donc le traitement à distance ou en réseau local. Le PACS est intégré au système d information de radiologie (SIR ou Radiology Information System [RIS]). Il entre la plupart du temps dans la mise en place des dossiers patients et c est un outil très puissant pour leur prise en charge du fait de la facilité de reconstruction de «l histoire radiologique» de chacun à partir des examens antérieurs, parallèlement à l histoire clinique. Sont abordées ici trois modalités d imagerie de routine : l échographie, la TDM et l IRM, en s intéressant particulièrement aux évolutions récentes et aux nouveautés. Pour l échographie, sont détaillées l imagerie trois dimensions (3D) et quatre dimensions (4D), l usage des produits de contraste ultrasonores et la fusion d image. Concernant la TDM, ce sont les acquisitions dynamiques rapides permettant l étude de la perfusion des tissus, les scanners bitubes et l imagerie spectrale. Enfin, dans le cas de l IRM, centrale en hépatologie, l imagerie 3D, les séquences de diffusion et de perfusion, l élastographie par résonance magnétique, la spectroscopie et l introduction des produits de contraste hépatospécifiques sont décrits. Dans chaque cas, l impact potentiel ou réel pour le clinicien et l évolution des pratiques induites par ces changements sont étudiés. Pour ce faire le point de départ est un schéma simple, sinon à dessein simpliste, voulant que la relation radiologue/clinicien soit structurée sur quatre grandes interrogations : existe-t-il une lésion et, si oui, s agit-il d une anomalie, d une variante, d un processus pathologique? si l imagerie est faite dans un cadre de dépistage, quelle est la nature du processus ou de la pathologie observée et est-elle en relation avec la maladie sous-jacente? en fonction de l imagerie, quel traitement peut être envisagé? quelle est la réponse au traitement et peut-on diagnostiquer des complications? Échodoppler/échographie de contraste L échographie repose sur la propagation d ondes acoustiques dans les tissus biologiques. Les ondes ultrasonores sont émises par un réseau de cristaux piézoélectriques. Lors du passage d un milieu à un autre (dont la zone de contact s appelle une interface), les ondes sont partiellement réfléchies vers leur source et partiellement transmises vers la profondeur du milieu. Ce phénomène se répète à chaque interface. Par ailleurs, en se déplaçant dans le milieu les ondes sont partiellement absorbées. Le réseau cristallin, après émission initiale d un train d ondes de fréquence connue, est utilisé comme un récepteur frappé par les ondes de retour atténuées venant de la multiplicité des interfaces rencontrées. Le temps d aller-retour (temps de vol) d une onde est donc un indicateur de la distance qui sépare la source et l interface qui l a réfléchie. L échographie est une imagerie en temps réel du temps de vol des interfaces tissulaires des milieux biologiques. C est un outil très dynamique. Lorsque l image repose sur les procédés cidessus, on parle d échographie bidimensionnelle ou mode B. Il suppose l immobilité des interfaces rencontrées. Les avantages de l échographie sont le coût, la résolution inframillimétrique, la possibilité de miniaturisation (explorations endovasculaires). Les limites sont principalement la profondeur d exploration, limitée par l atténuation et les objets très réfléchissants (os, air) et le caractère opérateur-dépendant. Sont détaillées ci-après l imagerie 3D et 4D en échographie, l imagerie multimodalité et l utilisation des produits de contraste ultrasonores. Échographie 3D ou 4D et imagerie multimodalité L échographie 3D repose sur les nouvelles possibilités offertes par l acquisition d un volume et le stockage des données permettant la suppression de la subjectivité, la réutilisation des données, des mesures précises et surtout reproductibles. La visualisation en est modifiée, puisqu elle permet d obtenir une analyse volumique, des plans de coupe quelconques, voire une vision panoramique. Les sondes sont donc tridimensionnelles. C est une modalité d imagerie permettant d obtenir un rendu surfacique, une analyse vasculaire précise et des effets de rendu transparence. Les applications en hépatologie sont encore anecdotiques. L échographie 3D/4D est surtout utilisée en imagerie fœtale in utero. Très intéressantes sont les possibilités offertes par la multimodalité. Ce mot renvoie à l utilisation conjointe et coordonnée de différents média d imagerie couplés (images adjointes) ou fusionnés (images superposées pour créer une nouvelle image). Le résultat est un nouveau volume mixte ou bien le couplage de deux volumes (par exemple une échographie et un scanner), le déplacement dans l un se traduisant automatiquement par un déplacement dans l autre. Concernant l échographie, c est pour le repérage de lésions du foie que ces outils sont très prometteurs. Le principe est de coupler une TDM (ou une IRM) à l échographie pour profiter des avantages des deux modalités et diminuer leurs inconvénients respectifs. Sous guidage de l échographie, tout se passe comme si le mouvement de la sonde modifiait en temps réel l image scanographique visualisée. On peut ainsi repérer, ponctionner, voire détruire des lésions mal ou non visibles en échographiques mais bien vues sur les coupes de scanner. Peu d équipes sont munies de ces outils de développement très récent. Dans une étude pilote, Hakimé et al. [1] ont montré que la qualité de la fusion entre les modalités est meilleure lorsque le scanner utilisé est acquis juste avant l examen et que celle-ci est réalisée sous anesthésie générale. La même équipe a également publié des résultats préliminaires sur le guidage électromagnétique des biopsies hépatiques [2]. Il s agit de l adjonction à l aiguille de biopsie d un système de guidage en temps réel de la pointe de l aiguille dans tous les plans de l espace (via une espèce de GPS miniaturisé) permettant de voir le trajet virtuel de l aiguille à chaque instant. Les auteurs ont montré que cette technique, robuste, permettait de diminuer la durée du geste et d augmenter la confiance dans le trajet de l aiguille. Échographie de contraste Il est possible d adjoindre à un examen d échographie l utilisation d un produit de contraste. Il s agit de microbulles et le principe est alors d augmenter le signal ultrasonore en multipliant le nombre des interfaces. En simplifiant beaucoup, les tissus dans lesquels se situent les microbulles présentent un signal fortement augmenté. Pour que les bulles ne soient pas détruites trop vite par la puissance des ondes ultrasonores, l imagerie de contraste repose sur une puissance très diminuée rendant l image sans injection de mauvaise qualité. La lecture de l acquisition se fait partiellement en temps réel, mais surtout sur les images enregistrées [3]. L échographie est très souvent utilisée en première intention pour le diagnostic des lésions focales hépatiques en raison de sa facilité de mise en œuvre, de son coût faible et de son innocuité. Toutefois, les chiffres de sensibilité et spécificité rapportés ne dépassant pas 70 % pour les affections tumorales, ils limitent la place réelle de cette méthode. Avec son caractère opérateurdépendant souvent rapporté, le rapport coût/apport diagnostique 2

3 Apports des techniques d imagerie : principes et diagnostic pour le clinicien A-40 de l échographie semble moins favorable que celui des autres techniques d imagerie et amène de nombreux opérateurs et cliniciens à discuter son intérêt. La mise à disposition des agents de contraste ultrasonore de seconde génération a introduit une nouvelle dimension dans la détection et la caractérisation des lésions hépatiques. L échographie hépatique avec injection intraveineuse d agents de contraste (ECUS) constitue une alternative à la multiplication des examens d imagerie réalisés. L usage des microbulles en échographie est maintenant très répandu et de nombreuses équipes ont publié des études permettant de mieux comprendre la place de cet outil dans l arsenal radiologique. Ces études montrent une amélioration diagnostique avec une augmentation du nombre de lésions détectées, mais également une amélioration de la caractérisation quel que soit le type de lésions considérées [4 14]. Par ailleurs, la confiance diagnostique est élevée et la concordance avec les autres examens est bonne. Ainsi récemment, une étude multicentrique française [15, 16], portant sur 733 nodules, montrait que la confiance diagnostique était de 62,4 ± 18,6 % avant injection alors qu elle atteignait 86,1 ± 16,4 % après injection de contraste. De plus, parmi les 1034 nodules étudiés, 868 nodules ont été caractérisés bénins ou malins par la méthode de référence et 900 par l échographie de contraste, 772 nodules ont été caractérisés bénins ou malins pour les deux examens. Le taux de concordance était donc de 84,5 %, la sensibilité de 79,4 %, la spécificité de 88,1 %, la valeur prédictive positive (VPP) de 83,0 % et la valeur prédictive négative (VPN) de 85,5 %. Détection lésionnelle Selon que la détection concerne les patients porteurs d une hépatopathie chronique ou non, l usage des produits de contraste ultrasonores est différent : recherche d un carcinome hépatocellulaire (CHC) dans un cas et de lésions secondaires dans l autre. Dans le cas des métastases hépatiques, l échographie de contraste a permis de montrer que la majorité des métastases hépatiques présentent un rehaussement dès la phase artérielle, même celles traditionnellement considérées comme hypovasculaires (origine colorectales surtout). Mais l examen repose bien plus sur le fait que les lésions présentent un «lavage» rapide. De ce fait, un balayage à des temps plus tardifs (2 ou 3 minutes) après injection les fait apparaître hypoéchogènes en comparaison au foie environnant, qui contient plus de microbulles et qui est donc plus fortement rehaussé par le produit de contraste. Il semble possible de réaliser ce balayage jusqu à 30 minutes après l injection de l agent de contraste pour bénéficier de la fixation hépatique spécifique de certains produits de contraste échographique [14]. Concernant la détection des CHC, la performance est limitée par le caractère très fibreux, donc hétérogène du foie, volontiers nodulaire, et par le fait qu il est difficile de balayer un foie entier durant le pic de rehaussement artériel, qui est fugace. Toutefois, les performances de l échographie standard sont améliorées [10, 11]. Plus intéressant est probablement d explorer le caractère hypervasculaire des envahissements portes tumoraux [17] ou des récidives tumorales après traitement local [18] par échographie de contraste car l examen est alors focalisé sur la région d intérêt. Caractérisation lésionnelle Cette approche repose sur le caractère focalisé de l exploration lésionnelle. La performance de l échographie de contraste est alors accrue par le fait que l examinateur ne doit pas balayer de larges régions du foie et peut focaliser son attention sur le rehaussement lésionnel dès l arrivée du contraste jusqu à plusieurs minutes après l injection. La caractérisation repose alors sur des profils de rehaussement différents, proches de ceux de l IRM ou de la TDM sans phase d équilibre car le produit de contraste est ici strictement endovasculaire et ne diffuse pas vers l interstitium tissulaire. Ici aussi, le foie sous-jacent est fondamental. Sur foie de cirrhose il s agit de caractériser des nodules à la recherche de CHC. Sur foie sain, c est la différenciation entre les lésions hépatiques bénignes qui est au premier plan. Comparativement au Doppler sans contraste, l utilisation de produit de contraste pour l étude Doppler des lésions focales hépatiques augmente surtout la spécificité et la VPP, mais très peu la sensibilité et la VPN [15, 16]. Dans l étude multicentrique française précédemment citée [15, 16], si l on ne prend en compte que les quatre lésions les plus fréquemment rencontrées en pratique quotidienne (hémangiome, hyperplasie nodulaire focale, métastase et CHC), la sensibilité était respectivement de 85,4, 82,5, 79,3 et 69,8 % pour une spécificité de 93,7, 94,3, 92,5 et 94,7 %. La prise en compte du caractère cirrhotique du foie induisait une modification des performances diagnostiques : le taux de concordance était significativement plus élevé en l absence de cirrhose (87,2 %) qu en présence de cirrhose (77,1 %). Tomodensitométrie La TDM, habituellement appelée scanner à rayons X ou plus simplement scanner, est une modalité d imagerie volumique en coupe reposant sur l irradiation d un patient à l aide d un faisceau fin de rayons X dont les propriétés physiques sont parfaitement connues et contrôlées. Les rayons X, en traversant le corps du patient, sont partiellement absorbés. Ceux qui ne le sont pas sont dits transmis et frappent une matrice de détecteurs placés de l autre côté du patient. L image obtenue est réalisée à partir des données transmises. La quantité de rayonnement absorbée dépend principalement de la densité des tissus traversés. La tomodensitométrie est donc une imagerie de transmission représentant la distribution spatiale de la densité tissulaire d un patient. La différence entre une radiographie standard, qui repose sur les mêmes principes physiques, et la TDM est que cette dernière met en jeu un couple émetteur de rayons détecteurs mobiles qui tourne à très haute vitesse autour d un patient allongé sur une table mobile. Si la TDM a longtemps permis d analyser un patient à l aide de coupes successives «empilées» d épaisseur variable, les machines fonctionnent aujourd hui sur le principe de l acquisition hélicoïdale : le couple émetteur détecteurs tourne en permanence autour du malade qui progresse lentement sur la table mobile pour obtenir un volume hélicoïdal de données secondairement traitées et reconstruire des coupes très fines dans tous les plans voulus de l espace. Associée à la multiplicité du nombre de détecteurs, toujours plus petits ces dernières années, les acquisitions scanner ont gagné énormément en rapidité (quelques secondes) et en résolution spatiale (de l ordre du millimètre). Comme en échographie, il est possible d injecter au patient un agent de contraste pour obtenir des acquisitions dynamiques et des données vasculaires, de rehaussement ou de perfusion. Au scanner, les produits de contraste sont des molécules à base d iode. L injection augmente localement la densité tissulaire donc le niveau de densité scanographique, conventionnellement mesurée en unités internationales dites unités Hounsfield (UH). Sont traitées ci-après deux nouveautés en scanner, dont l impact clinique est encore modéré mais qui sont très prometteuses : l imagerie de perfusion et l imagerie spectrale. Imagerie de perfusion L imagerie de perfusion se propose de recueillir des données sur la microcirculation tissulaire, c est-à-dire le mouvement des molécules d eau et de solutés, à un niveau très inférieur à la résolution spatiale de la machine. Il ne s agit donc pas de l analyse dynamique de ce que l on nomme classiquement le rehaussement tissulaire. Les indications de l étude de la perfusion en scanner sont de deux ordres en hépatologie : l oncologie et l exploration des maladies hépatiques chroniques. Dans le premier cas, on s intéresse à la détection de lésions secondaires, à la caractérisation lésionnelle et à l étude de la réponse tumorale. Dans le second cas c est l étude 3

4 7-012-A-40 Apports des techniques d imagerie : principes et diagnostic pour le clinicien de la fibrose et son approche quantitative non invasive qui sont détaillées. Détection de métastases hépatiques La présence de métastases avérées dans le foie induit des modifications hémodynamiques connues : augmentation de la perfusion artérielle et diminution de la perfusion portale. Elles ont été retrouvées d abord en scintigraphie et au scanner [19 22]. L intérêt est toutefois limité parce que ces tumeurs sont déjà avérées. Plus intéressantes sont les études montrant que des résultats similaires sont retrouvés en cas de métastases occultes [23, 24], mais elles n ont pas été validées chez l homme. Un programme hospitalier de recherche clinique (PHRC) multicentrique français, dont l inclusion de plus de 400 patients s est terminée cette année, tentera de définir la valeur pronostique d indices de perfusion pour le développement de métastases hépatiques chez des sujets atteints de cancer colique. Caractérisation tumorale En scanner, le CHC présente typiquement un rehaussement artériel intense et un lavage aux temps portal ou tardif. En scanner de perfusion, il présente une augmentation du volume sanguin, du flux sanguin et de perméabilité mais un temps de transit moyen plus bas en comparaison au foie adjacent. Il a été montré qu il existe une relation entre la différenciation tumorale et les valeurs des paramètres de perfusion [25, 26]. De plus, et en raison de la vascularisation artérielle de la tumeur, il a été montré une différence de perfusion en présence ou en absence de thrombus porte [26]. Étude de la réponse thérapeutique Le principe sur lequel repose ces recherches est celui des modifications perfusionnelles des tumeurs traitées, principalement par le biais de la chute de l index de perfusion dans le cadre de l utilisation de molécules antiangiogéniques (comme les antivascular endothelial growth factor receptor [VEGFR]). La plupart des études publiées se limitent à décrire les modifications des courbes de rehaussement. Il s agit d une piste très intéressante, mais qui souffre aujourd hui de petites séries et de manque de corrélation radiopathologique. Hépatopathies chroniques Les modifications perfusionnelles décrites dans les hépatopathies chroniques ont été explorées par scanner de perfusion [19, 21, 27]. Les études retrouvent l effet tampon hépatique et la chute globale de perfusion hépatique dans les cirrhoses, et ce d autant plus que la maladie est grave. Plus récemment nous avons montré que le scanner de perfusion permettait de discriminer plus finement les stades intermédiaires de fibrose [28]. Double énergie, multiénergie et imagerie spectrale L imagerie spectrale est une technique émergeante en imagerie dont les usages en hépatologie sont encore rares. Imagerie par résonance magnétique L IRM utilise le principe physique de la résonance magnétique nucléaire employé de longue date dans l analyse cristallographique et moléculaire. Celui-ci repose sur la mise en résonance des protons dans un champ magnétique très intense et homogène. Excités par une onde de fréquence et amplitude connues, ces derniers quittent leur état d équilibre en absorbant de l énergie. Une fois l excitation terminée, ils retournent à leur état d équilibre en restituant cette énergie. L étude de leur relaxation, c est-à-dire de la manière avec laquelle ils restituent leur énergie d excitation, permet d obtenir des données sur la nature chimique et moléculaire du milieu dans lequel sont pris les protons. Cette relaxivité est donc une propriété intrinsèque du milieu. L IRM est ainsi une imagerie (le «I» de IRM) de la distribution spatiale des variations de relaxation des protons excités dans les tissus biologiques. Cela est rendu possible par la capacité des machines de localiser précisément dans l espace les variations locales de cette relaxation à l aide d outils physiques (principalement des variations spatiales connues et contrôlées du champ magnétique, appelées gradients) et d un important traitement informatique du signal. Selon la manière avec laquelle le tissu biologique est excité (quelle fréquence, pendant quelle durée, avec quelle amplitude, selon quelles variations de gradient, etc.) on peut obtenir des informations différentes sur ce tissu (présence de sang, de graisse ou bien mouvements moléculaires, etc.). Chacune de ces excitations contrôlées suivi de l obtention d images s appelle une séquence d IRM et est réalisée à l aide d une antenne dédiée placée au contact du patient. L exploration du foie repose donc sur un protocole standardisé comportant différentes séquences. Celles-ci sont classiquement classées en grandes familles selon le contraste tissulaire obtenu : les séquences pondérées T1 dans lesquelles les liquides sont en hyposignal, les séquences pondérées T2 où ils sont en hypersignal. T1 et T2 sont des paramètres physiques et, sans entrer dans le détail, désignent conventionnellement la durée plus ou moins longue de la relaxation protonique. Enfin, il est possible, comme au scanner ou en échographie, d injecter un agent de contraste au patient pour obtenir au cours de séquences dynamiques des informations vasculaires, de rehaussement ou de perfusion. En IRM les produits de contraste sont des molécules complexes de chélates de gadolinium, un métal lourd, dont les propriétés physiques induisent des modifications locales de relaxivité tissulaire et une forte augmentation de l intensité du signal dans les séquences pondérées T1. Nous traiterons ici l imagerie de diffusion, de perfusion, d élastographie par résonance magnétique (ERM), de spectroscopie et des nouveaux produits de contraste gadolinés. Imagerie 3D et imagerie parallèle Un progrès récent en IRM est le recours à une multiplicité de petites antennes pour exciter les tissus et recueillir le signal. On parle d antennes en réseau phasé et de ces antennes fonctionnant en parallèle, d imagerie parallèle. Ces champs d antennes permettent d augmenter le rapport signal sur bruit, la résolution ou de diminuer le temps d examen. Ceci est particulièrement avantageux dans le cas de patients âgés ou peu coopérants pour diminuer les artéfacts de mouvement. La reconstitution de l image globale repose alors sur un traitement logiciel du signal des différentes antennes. Classiquement l IRM repose sur l acquisition de coupes d épaisseur variée du foie. En IRM, les coupes sont plus épaisses qu au scanner pour des raisons de rapport signal sur bruit. Développées il y a maintenant plusieurs années, tirant profit des réseaux d antennes et progressivement implémentées sur toutes les machines et pour toutes les séquences, les séquences 3D, tout en conservant une bonne résolution en contraste, permettent d améliorer sensiblement la résolution spatiale en comparaison aux séquences 2D. Même si elles ne sont pas totalement isotropes, elles permettent d obtenir des reconstructions dans tous les plans de l espace de bonne qualité. Principalement utilisées pour les séquences injectées dynamiques, elles s imposent progressivement dans les autres séquences, notamment T2. Imagerie de diffusion L imagerie de diffusion mesure la mobilité moléculaire dans un tissu donné à l échelle du voxel. Cette mobilité est due à l agitation thermique et dépend fortement du milieu environnant. La restriction de la diffusion dans les tissus biologiques est corrélée à la cellularité tissulaire, à l intégrité des membranes cellulaires et à la vascularisation tissulaire [29]. L imagerie de diffusion est aujourd hui une séquence de routine. Elle est caractérisée par un coefficient, b, exprimé en s/mm 2, dont la nature exacte ne sera pas détaillée ici. Il faut retenir toutefois que plus ce coefficient est grand, plus la séquence en question correspond aux 4

5 Apports des techniques d imagerie : principes et diagnostic pour le clinicien A-40 mouvements les plus petits. Le choix de la valeur de b n est pas standardisé dans le foie, mais elle est en pratique comprise entre 100 et 750 s/mm 2 pour l étude du foie [30]. La valeur de la diffusion vraie n est pas directement connue par ces séquences car elles enregistrent des mouvements moléculaires correspondant à celleci mais aussi à la microperfusion. On peut toutefois l approcher par le calcul optimal du coefficient apparent de diffusion (apparent diffusion coefficient [ADC]) grâce à l acquisition d au moins trois valeurs de b incluant b0, une valeur de b supérieure ou égale à 100 s/mm 2 et une valeur plus haute, supérieure ou égale à 500 s/mm 2 [30]. Les valeurs de b plus petites, inférieures à 100, aident en revanche à modéliser les composantes microperfusives. Retenons que des valeurs de b extrêmes sont importantes, supérieures ou égales à 500 s/mm 2 pour la caractérisation et inférieures ou égales à 50 s/mm 2 pour la détection. Applications en hépatologie Les deux applications les plus importantes sont la détection et la caractérisation lésionnelle. Elles sont de routine clinique. Les autres (étude de la réponse thérapeutique, suivi des maladies diffuses, etc.) sont encore du domaine de la recherche. Caractérisation lésionnelle Plusieurs travaux ont mis en évidence des valeurs d ADC statistiquement plus élevées dans les lésions bénignes que dans les lésions malignes. Dans le détail, l ADC des métastases est variable, selon la présence ou non de nécrose [31]. Il existe peu d études sur la valeur de la diffusion des CHC : retenons celle de Nasu et al., réalisée sur 125 CHC et qui montre que l ADC est compris entre 1,36 et 1, mm 2 /s. Les CHC sont hyperintenses par rapport au parenchyme avoisinant dans plus de 90 % des cas [32]. Il semble que les lésions sont d autant plus hyperintenses en diffusion que le grade histopathologique est élevé [32]. Les lésions bénignes ont des valeurs très variées du fait de leur composition et il est possible de classer par ordre décroissant d ADC les kystes, les angiomes puis les lésions hépatocytaires, qui ont des valeurs intermédiaires d ADC, non statistiquement différentes des tumeurs malignes [33]. La tentative de définition d un seuil de séparation entre les lésions bénignes et malignes repose souvent sur ce mélange varié de lésions très différentes. Dans une série incluant 211 lésions dont 136 malignes, l aire sous la courbe pour le diagnostic de malignité était de 0,839 avec une sensibilité de 74,2 %, une spécificité de 77,3 %, une VPP de 85,5 % et une VPN de 62,3 % [34]. Si on élimine les lésions les plus faciles à caractériser sans diffusion (kystes, angiomes) ces seuils s avèrent beaucoup plus fragiles [35]. Détection lésionnelle L imagerie de diffusion joue un rôle majeur et a été comparée à de nombreuses autres séquences. Nasu et al. ont publié en 2006 une étude montrant que l imagerie de diffusion était plus sensible pour la détection de métastases hépatiques d origine colorectale que l IRM après administration de particules de ferrite, notamment pour les lésions inférieures à 1 cm [36] (Fig. 1). Ces résultats ont été partiellement amendés par des études plus récentes comparant les produits de contraste hépatospécifiques (type gadolinium-ethoxybenzyl-diethylenetriamine penta-acetic acid [Gd-EOB-DTPA]) à la diffusion et qui rapportent la supériorité de l usage de ces agents en comparaison à la diffusion seule, sauf pour les lésions infracentimétriques. La diffusion permet également d approcher la réponse thérapeutique et d étudier les maladies hépatiques diffuses. Par ailleurs, la composante microperfusive, responsable de mouvements moléculaires, joue un rôle croissant en imagerie de perfusion. Imagerie de perfusion Moins utilisée en pratique courante, l imagerie de perfusion en IRM repose sur les mêmes hypothèses que l imagerie de scanner de perfusion, c est-à-dire sur l étude de plusieurs paramètres (volume ou flux sanguin, temps de transit, volume de distribution, perméabilité, etc.) extraits de modélisation du rehaussement dynamique du parenchyme hépatique ou des tumeurs et reposant sur la courbe d évolution de la concentration de produit de contraste en fonction du temps (C/T). C est donc une imagerie fonctionnelle. Contrairement au scanner, où la courbe C/T est, après normalisation, proportionnelle aux variations d atténuation en unités Hounsfield, en IRM elle est plus difficile à obtenir car la relation intensité de signal/concentration du traceur n est pas linéaire [37]. La concentration est liée à la relaxivité du milieu et nécessite une calibration réalisée à l aide d échantillons de gadolinium à concentration croissante et à la mesure de l influence de ces différentes concentrations sur le T1 mesuré. L acquisition des données repose comme au scanner sur une injection de traceur (ici gadoliné) à l injecteur automatique et à l acquisition des modifications de signal d un volume hépatique donné en fonction du temps. Cette acquisition sert à fournir à un modèle phamacocinétique les données nécessaires à l extraction des paramètres perfusionnels. Les différents modèles utilisés en perfusion hépatique ne sont pas détaillés. Les trois grandes applications sont la détection de métastases hépatiques, l exploration des pathologiques hépatiques diffuses et l évaluation de la réponse thérapeutique tumorale. L avantage de l IRM étant alors son innocuité en comparaison au scanner (absence d irradiation et injection d une faible dose de contraste gadoliné). Détection des métastases hépatiques Comme décrit dans le paragraphe dédié à l imagerie de perfusion TDM, les modifications perfusionnelles hépatiques liées à la présence de métastases avérées sont bien connues : augmentation de la perfusion artérielle et diminution de la perfusion portale. Elles ont été retrouvées en scintigraphie, au scanner et plus récemment en IRM [38]. Si la présence de métastases occultes a permis de retrouver des résultats similaires au scanner dans un modèle expérimental, en revanche la démonstration n a pas encore été faite en IRM. Hépatopathies chroniques Les modifications perfusionnelles décrites dans les hépatopathies chroniques et explorées surtout par scanner de perfusion (cf. supra) ont donné lieu à quelques études en IRM. Annet et al. ont retrouvé une diminution de la perfusion portale, une augmentation de la perfusion artérielle et du temps de transit moyen dans des cirrhoses constituées [39]. Dans une étude non publiée, nous avons également montré l évolution de ces paramètres avec la progression de la fibrose avant l apparition de la cirrhose, données corroborées par Hagiwara et al. [40]. Il n existe pas d étude ayant réalisé ce travail dans les différents stades de fibrose classés comme en routine clinique selon des scores de type METAVIR. Étude de la réponse thérapeutique tumorale Le principe sur lequel repose ces recherches est celui des modifications perfusionnelles des tumeurs traitées, principalement par le biais de la chute de l index de perfusion. La plupart des études publiées se limitent à décrire les modifications des courbes de rehaussement [41, 42] ou sont limitées par un défaut de corrélation à la réponse ou à l histologie [43]. Les études plus récentes se basent sur des recommandations visant la simplification et l harmonisation des pratiques [44], comportent de petits effectifs et ont surtout pour but de décrire des résultats préliminaires [45, 46]. De nombreuses études en cours de publication dans les mois à venir viendront enrichir ces données. En pratique, il faut donc retenir que la perfusion en IRM est un outil de recherche, encore peu utile dans la pratique clinique. Élastographie par résonance magnétique Dans un solide la résistance à l écrasement se nomme l élasticité. Dans les liquides, la résistance à l écoulement se nomme la viscosité. Les tissus biologiques sont des composés mixtes solides/liquides. Ils ont donc des propriétés 5

6 7-012-A-40 Apports des techniques d imagerie : principes et diagnostic pour le clinicien A B C D E Figure 1. Imagerie par résonance magnétique (IRM) abdominale chez un homme de 42 ans. Patient suivi pour un gastrinome pancréatique. Coupes axiales pondérées en diffusion à b = 50 s/mm 2 (A, C, E). Mêmes plans de coupes pondérées en T2 et après saturation de la graisse (B, D, F). Jusqu à l introduction des séquences de diffusion, ces séquences étaient considérées comme les plus performantes dans le dépistage des lésions secondaires. Les lésions secondaires sont ici visibles sous forme de spots en hypersignal diffusion (flèches) ou T2 (têtes de flèches). On voit très bien, d une part, que le rapport contraste sur bruit est supérieur en diffusion, permettant une meilleure visualisation des lésions, mais surtout que le nombre de lésions détectées est plus grand (A, B). F viscoélastiques. L élastographie correspond stricto sensu à une représentation graphique de ces propriétés. La mesure de l élasticité du foie a surtout été réalisée au moyen de l échographie (FibroScan ), qui n est pas détaillée car il ne s agit pas stricto sensu d une technique d imagerie. Plus récemment, des séquences d IRM ont été développées pour détecter et suivre la propagation des ondes de cisaillement transmises dans les tissus. On parle d ERM. Si l élastométrie ultrasonore est aujourd hui de pratique quotidienne en hépatologie, l ERM est encore du domaine de la recherche. Toutefois, elle présente plusieurs avantages : imagerie volumique, opérateur-indépendant, moindre impact de l obésité ou de l ascite, etc. Plusieurs études ont montré que l élasticité du foie augmente avec la progression de la fibrose [47 51]. Sur le plan clinique, le taux de réussite de l ERM est élevé (94 %) [51] et la reproductibilité 6

7 Apports des techniques d imagerie : principes et diagnostic pour le clinicien A-40 bonne. Il existe une forte corrélation entre les mesures d élasticité par ERM et les stades de fibrose [47]. De plus, il a été montré que les cartes d élasticité deviennent plus hétérogènes dans les stades avancés de fibrose. Dans une étude portant sur 96 patients porteurs d hépatopathies chroniques de causes variées (virus, alcool, hépatite stéatosique non alcoolique [NASH], auto-immune), les auteurs ont retrouvé une aire sous la courbe Receiver Operating Characteristic (ROC) supérieure ou égale à 0,96 pour F 1, F 2, F 3 et F = 4. Les meilleures valeurs de seuil étaient 2,4 kpa pour F 1, 2,5 kpa pour F 2, 3,1 kpa pour F 3 et 4,3 kpa pour F = 4. La sensibilité et la spécificité obtenues avec ces valeurs seuil étaient très bonnes (supérieure à 0,85 et supérieure ou égale à 0,91 respectivement) [51]. Ces résultats ont été confirmés depuis par une petite série publiée par Yin et al. sur 35 volontaires sains et 48 patients [50]. Cette étude, basée sur une autre approche (transmission d ondes de cisaillement), trouvait une sensibilité de 0,86 et une spécificité de 0,85 pour la détection des stades de fibrose F2 à F4. Des études animales ont confirmé ces données. Plus récemment encore, une grande série en cours de publication de la Mayo Clinic portant sur 1377 appuyait ces données. Dans les séries initiales, aucune influence de la stéatose ou de l inflammation n avait été notée [52 54]. Toutefois il apparaît aujourd hui que les valeurs obtenues par Fibroscan ou ERM reflètent un mélange de plusieurs variables : fibrose, inflammation, stéatohépatite, activation myofibroblastique ; chez des rats porteurs de stéatohépatite induite, une augmentation de l élasticité et de la viscosité était observée avant l apparition de la fibrose hépatique [55], augmentation également retrouvée par Georges et al. ex vivo [56] et par Yin et al. sur des patients F0 [50]. Les patients porteurs de cirrhose présentent des valeurs d élasticité très dispersées. Dans une étude portant sur 88 patients et étudiant la variabilité intersujet (déviation standard de la moyenne pour chaque stage de fibrose) la variabilité obtenue pour le stade F4 était très grande [53]. Ceci est dû au caractère très hétérogène de cette affection et à la présence d une hypertension portale. Cela ouvre deux pistes intéressantes : l approche de la gravité de la maladie en fonction des altérations viscoélastiques et l exploration de l hypertension portale, principalement par le biais de l exploration de l élasticité splénique [57]. Enfin, plusieurs études se sont penchées sur l exploration des propriétés viscoélastiques des tumeurs hépatiques. Venkatesh et al. rapportaient en 2008 les résultats préliminaires sur 44 tumeurs très variées (14 métastases, 12 CHC, neuf hémangiomes, cinq cholangiocarcinomes, trois hyperplasies nodulaires focales [HNF], un adénome) en montrant que l élasticité des tumeurs malignes étaient significativement supérieure à celle des tumeurs bénignes (10,1 kpa versus 2,7 kpa, p < 0,001) [58]. Nous avons plus récemment confirmé ces données dans une cohorte de 76 patients atteints de tumeurs du foie histologiquement confirmées (dix hémangiomes, 25 HNF, sept adénomes, 18 métastases, 24 CHC et cinq cholangiocarcinomes). La dureté moyenne des lésions malignes était supérieure à celle des lésions bénignes (3,33 ± 0,21 kpa, n = 47 versus 2,42 ± 0,14 kpa, n = 42, respectivement, p < 0,001). Spectroscopie par résonance magnétique Avant de servir à produire de l imagerie des tissus biologiques, la résonance magnétique est utilisée par les techniques d analyse moléculaire. En hépatologie c est surtout pour la quantification des lipides qu elle est utilisée. Cette technique a été initialement proposée en 1993 par Longo et al., qui ont décrit une bonne corrélation (r = 0,68) avec la quantification histologique en quatre stades [59]. En 1994, Thomsen et al. ont validé la 1 H-spectroscopie par résonance magnétique ( 1 H-SRM) avec une très bonne corrélation avec la quantification histologie (r = 0,9) en pourcentage de lipides [60]. Il semble que la 1 H-SRM et l histologie ne mesurent pas la même chose car la stéatose mesurée par 1 H-SRM ne dépasse jamais 50 % [61], même sur une étude incluant 2349 personnes (stéatose maximale 47,5 %) [62]. La 1 H-SRM est plus proche de la vérité car sa mesure est absolue. À ce jour, l enjeu est de valider grâce à la 1 H-SRM les autres techniques de visualisation de la graisse en IRM (séquences en phase et opposition de phase, saturation de la graisse) pour obtenir une mesure moins précise, mais plus rapide et plus simple [63 65]. L arrivée des nouvelles machines à 3 T qui permettent une meilleure discrimination des pics fréquentiels (en augmentant la distance interpics) ouvre la voie à quantification plus fine et surtout à la SRM d autres groupements moléculaires : la choline qui est un marqueur de l activité membranaire dans le suivi thérapeutique, lactates, glucose, créatinine, etc. Produits de contraste hépatospécifiques Il existe deux catégories principales de produits de contraste gadolinés en imagerie hépatique : les agents extracellulaires et les agents extracellulaires avec comportement hépatospécifique, ou agents combinés. Les plus utilisés en routine sont les agents de la première catégorie. Ils circulent dans le système vasculaire, sont distribués dans l espace extracellulaire puis excrétés par les reins. Le rehaussement en IRM des lésions hépatiques est alors similaire à celui du scanner. Toutefois, les lésions peuvent être mieux visibles en IRM en raison de la résolution en contraste accrue des tissus mous. Il existe deux agents de contraste de la seconde catégorie ou hépatospécifiques : gadobénate diméglumine (MultiHance ) ; gadoxétate disodique, Gd-EOB-DTPA (Eovist, également connu sous le nom de Primovist en Europe). Pour le moment, ce dernier agent de contraste n est pas commercialisé en France. Les données sont donc issues de la littérature médicale. Ces agents, après leur passage vasculaire sont distribués et répartis dans l espace extracellulaire de manière similaire aux agents extracellulaires purs. Ils sont ensuite absorbés normalement par les hépatocytes et excrétés dans le système biliaire. Par conséquent, ces agents sont capables de différencier des lésions ayant une excrétion biliaire normale de celles qui n en ont pas au prix d acquisitions tardives, habituellement effectuées entre 20 et 90 minutes après l injection, appelées phases hépatocytaires. Les lésions ayant un fonctionnement hépatocytaire normal présentent alors un certain degré de prise de contraste ; celles ayant une activité hépatocytaire altérée, une intensité moindre en comparaison avec le parenchyme normal. Applications et indications du Gd-EOB-DTPA [66 68] Le Gd-EOB-DTPA a montré son utilité dans la détection et la caractérisation des lésions hépatiques et l imagerie des voies biliaires. Si les voies d exploration sont nombreuses, il faut surtout retenir la détection des lésions secondaires sur foie sain et, sur foie de cirrhose, la détection et la caractérisation du CHC, surtout précoce et de petite taille. Détection des métastases [68 81] Les lésions secondaires ne contiennent pas d hépatocytes donc ne présentent pas de rehaussement à la phase hépatocytaire. Il a été montré que le Gd-EOB-DTPA est surtout utile pour détecter de petites lésions (centimétriques et infracentimétriques) en augmentant le contraste entre le parenchyme normal et les métastases très hypo-intenses à la phase hépatocytaire et pour les différencier de petites HNF ou kystes [68 70]. Plusieurs études indiquent en effet la supériorité du Gd-EOB- DTPA, non seulement pour détecter, mais aussi pour augmenter la confiance diagnostique dans la caractérisation des lésions secondaires. Dans les dernières années 11 études ont confirmé et appuyé ces résultats en montrant la comparabilité du Gd-EOB-DTPA avec les superparamagnetic iron oxide (SPIO) [71, 72], mais surtout sa supériorité en comparaison au scanner injecté [8 10], à l échographie de contraste [73], à l IRM manganèse [73] ou aux séquences dynamiques habituelles multiphasiques en IRM [76]. Plus intéressant encore est la supériorité démontrée du Gd-EOB-DTPA par rapport 7

8 7-012-A-40 Apports des techniques d imagerie : principes et diagnostic pour le clinicien aux séquences de diffusion [76, 77]. Enfin, l association du produit de contraste et de la diffusion est supérieure au produit de contraste seul [78, 79], surtout pour les lésions infracentimétriques [80], ce d autant que l injection ne modifie pas les valeurs d ADC [81]. Détection et caractérisation des lésions hépatocytaires malignes [82 98] Les CHC ne captant pas typiquement le Gd-EOB-DTPA, ils apparaissent en hyposignal franc sur la phase hépatocytaire. Ceci est particulièrement utile pour détecter les 10 à 20 % de CHC isoou hypovasculaires, ce d autant que les limites tumorales sont alors mieux vues, ou les petites tumeurs qui sont moins souvent typiques en imagerie [82, 83]. Cette absence de captation est un signe clé pour différencier le CHC des nodules régénératifs ou dysplasiques, même si 2,5 à 8,5 % des CHC présentent un rehaussement hépatocytaire tardif paradoxal, probablement en rapport avec une anomalie des récepteurs à l OATP1B3 du pôle biliaire de l hépatocyte. À ce jour, 19 études démontrent l utilité du Gd-EOB-DTPA par sa supériorité en termes de détection par rapport à l IRM sans contraste [84], au scanner injecté [84 88], y compris, mais surtout, pour les petits CHC (early-hcc) [88], des performances identiques [89, 90] ou supérieures par rapport aux SPIO [91] et sa supériorité par rapport à l IRM manganèse [91] ou à l autre produit de contraste hépatospécifique commercialisé (gadopentétate de diméglumine) [93]. Un atout majeur est sa supériorité dans la détection et la caractérisation des petites lésions, des lésions hypervasculaires atypiques ou des pseudolésions, qui représentent jusqu à 87 % des prises de contraste sur cirrhose et font discuter le CHC. La phase hépatocytaire permet alors de redresser le diagnostic en montrant un comportement identique à celui du parenchyme adjacent [92 97]. Enfin, ses performances sont égales à celles de la diffusion, mais supérieure pour les petites lésions [78, 80, 81, 98]. Les autres indications des produits de contraste hépatospécifiques sont développées dans les informations supplémentaires. Points essentiels L échographie de contraste permet d augmenter la confiance diagnostique. Ses grandes indications sont la caractérisation des lésions focales hépatiques bénignes ou malignes et la détection des lésions secondaires L imagerie spectrale scanographique est de développement récent et son utilité en hépatologie encore inconnue. Elle permet surtout d introduire la possibilité d études quantitatives et d améliorer le rapport contraste sur bruit L IRM de diffusion est désormais de routine en imagerie hépatique. Elle permet d améliorer la détection tumorale et participe de la caractérisation L introduction des produits de contraste hépatospécifiques, non commercialisés en France, présente deux grandes indications : la détection des lésions secondaires et la caractérisation des tumeurs hépatocytaires, surtout du CHC. L apport est très important pour les petites tumeurs sur foie de cirrhose La spectroscopie par résonance magnétique protonique s impose comme la nouvelle référence dans la quantification de la stéatose hépatique L imagerie de perfusion (scanner ou IRM) reste du domaine de le recherche, mais est prometteuse pour l évaluation précoce de l efficacité thérapeutique antitumorale La multimodalité est de plus en plus importante en imagerie hépatique Conclusion Les évolutions récentes en imagerie concernent toutes les machines. Certaines sont déjà utilisées en routine clinique, alors que d autres sont encore du domaine de la recherche. Que ce soit pour la détection, la caractérisation ou le suivi thérapeutique des maladies du foie, c est de plus en plus la stratégie combinée de différents examens rationnellement articulés par les radiologues et les cliniciens qui améliore les pratiques diagnostiques et thérapeutiques. 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