Suivi radiologique des ventriculocisternostomies

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1 Suivi radiologique des ventriculocisternostomies Balédent O 1, Fichten A 2, Mbayo D 3, Gondry-Jouet C 3, Le Gars D 2, Deramond H 3, Meyer M-E 1 (1) Médecine nucléaire et Traitement de l image (2) Neurochirurgie (3) Radiologie Amiens University Hospital France 150 km north of Paris

2 La séquence IRM par contraste de phase, utilisée pour la mesure des vitesses de déplacement des tissus et des liquides biologiques est apparue à la fin des années 1980 [1-3]. Cette technique non invasive est la seule apportant, dans des conditions physiologiques normales, une quantification de l écoulement du LCS. A partir des observations effectuées sur des populations de sujets témoins adultes [4-6], l IRM de flux a permis de quantifier les volumes de LCS et de sang déplacés au cours du cycle cardiaque dans le cerveau humain. Ventricular CSF oscillations Cervical CSF oscillations Cerebal Venous flow Cerebral arteries flow Cette technique est utilisée en pratique clinique au CHU d Amiens dans l exploration des troubles de la circulation du LCS chez l adulte et l enfant. En complément de l examen morphologique conventionnel, ces informations fonctionnelles sont particulièrement adaptées à l exploration et la caractérisation des hydrocéphalies et des syringomyélies [7-11].

3 Justification, objectifs L hémo-hydrodynamique cérébrale correspond à l étude des interactions des écoulements du sang et du liquide cérébro spinal (LCS). Les variations de la pression intracrânienne au cours du cycle cardiaque induisent les déplacements du LCS entre ses différents compartiments anatomiques. Le blocage de l aqueduc peut entraîner une dilatation du système ventriculaire conduisant à l hydrocéphalie. cerveau entrée artérielle PIC LCS LCS Sortie veineuse Cliquez sur l image

4 Normalement le liquide cérébro spinal (LCS) circule du troisième ventricule (flèche 1) vers le quatrième ventricule (flèche 2). Ce patient présente un blocage de l aqueduc (flèche 3) qui a entraîné la dilatation du système ventriculaire (hydrocéphalie). Pour rétablir la circulation du LCS entre les compartiments ventriculaires et vers les espaces intracrâniens et rachidiens le neurochirurgien peut réaliser une Ventriculocisternostomie Endoscopique du Troisième Ventricule (VETV), alternative de plus en plus utilisée pour le traitement des hydrocéphalies obstructives mais aussi communicantes. la VETV consiste à réaliser une ouverture dans le plancher du troisième ventricule (4) pour rétablir la circulation du LCS des ventricules latéraux vers les espaces sous arachnoïdiens intracrâniens. L objectif de ce travail est d évaluer la faisabilité de l IRM-PC dans le suivi radiologique des ventriculocisternostomies

5 Patients, Matériels et Méthodes. 15 patients présentant une hydrocéphalie active (6 mois - 80 ans) ont bénéficié d une IRM après ventriculocisternostomie. En complément de l imagerie conventionnelle, une acquisition supplémentaire en imagerie rapide par contraste de phase a été ajoutée pour évaluer la fonctionnalité de l ouverture du plancher du troisième ventricule et quantifier le volume de LCS oscillant. Les oscillations du LCS ont également été mesurées dans : les espaces sous arachnoïdiens rachidiens (C2C3) les espaces sous arachnoïdiens de la citerne pontique dans l aqueduc du mésencéphale IRM 3T General Electric Medical System. Fast Cine phase contrast pulse sequence 2 View per Segment (VPS) FOV : 160x120 mm Matrice : 256x256 Epaisseur de coupe 5mm Vitesse d encodage : 5-10 cm/sec Synchronisation par gating cardiaque périphérique 32 images par cycle cardiaque Temps d acquisition : environ 1 minute

6 -5 cm/sec des ventriculocisternostomies Suivi radiologique Exemple d images représentant l écoulement du LCS à la sortie du crâne dans les espaces sous arachnoïdiens rachidiens autour de la moële épinière. Ces 32 images représentent 32 temps du cycle cardiaque. 0 cm/sec vitesse d encodage : 5 cm/sec +5 cm/sec Cliquez sur l image Le Logiciel que nous utilisons pour la segmentation et le calcul des courbes de flux a été développé au CHU d Amiens. Il utilise un algorithme dédié à la segmentation des oscillations du LCS et du sang qui assure une segmentation rapide, reproductible et précise des régions d intérêts complexes comme les espaces sous arachnoïdiens. Ce logiciel de traitement est particulièrement adapté pour la quantification des régions d intérêts complexes que représentent les espaces sous arachnoïdiens.

7 RESULTATS Chez 4 patients aucune oscillation du LCS n était présente à la sortie du trou réalisé dans le V3. aucun de ces patients n a été amélioré. Nous avons mis en évidence et quantifié les flux du LCS oscillant, à la sortie du trou réalisé dans le V3, entre le système ventriculaire et les citernes pré pontiques chez 11 patients, ceci confirmant la fonctionnalité de la VETV. Les amplitudes de ces oscillations sont significativement plus importantes que celles observées dans l écoulement physiologique de l aqueduc, néanmoins l évolution temporelle est conservée. Dans 2 cas un suivi à 6 mois a confirmé la perméabilité de l ouverture au cours du temps et les oscillations mesurées étaient similaires. Nous illustrons cette étude par la présentation individuelle des 5 cas cliniques suivants

8 Patient 1 Cliquez sur l image pour visualiser le flux du LCS dans la stomie dame dimitri stenose ventriculo ok pas d amélioration apres dérivation + ventriuclo amélioration Chez ce patient nous pouvons voir par le signal hyperintense (flèche verte) la présence de l'écoulement de CSF dans l'ouverture du 3ème ventricule. Le LCS est entouré par les artefacts vasculaires des artères environnantes comme par exemple ceux générés par le tronc basilaire (flèche rouge). Après segmentation semi automatique de la zone d écoulement du LCS dans l ouverture de la VETV, Le logiciel reconstruit automatiquement la courbe de l'écoulement du LCS. L'animation montre la pulsation du LCS par le troisième ventricule. Il est également possible de mesurer le volume oscillatoire du LCS qui correspond au volume du LCS se déplaçant entre les deux cavités au cours du cycle cardiaque.

9 Patient 2 Cliquez sur l image pour visualiser le flux du LCS dans la stomie 600 (mm 3 /sec) CSF FLOW during cardiac cycle phases cardiaques volunteers (aqueduc) post op (V3) post op + 1 year (V3) CSF flow inflow the third ventricle CSF flow outflow the third ventricle Dans ce deuxième cas, le patient a été traité par VETV. L IRM a été réalisé 3 mois après chirurgie. en comparant les oscillations du V3 à l'écoulement du LCS chez les volontaires (courbe bleu) nous pouvons voir que l'écoulement de LCS dans l'ouverture du V3 présente la même évolution temporelle tandis que son amplitude est augmentée. Cette différence peut être expliquée par la diminution de la résistance à l'écoulement de l'ouverture du 3ème ventricule. Un an après, la PC-IRM chez ce même patient a montré la bonne fonctionnalité de l ouverture au cours du temps.

10 Patient 3 Cliquez sur l image pour visualiser le flux du LCS dans la stomie cervical subarachnoïdiens spaces Floor of the third ventricle. Two diferent cardiac phases Les oscillations du LCS dans les espaces sous arachnoïdiens cervicaux sont normales. L'écoulement de LCS était détecté et oscillant dans deux régions d'intérêt du plancher du troisième ventricule. La présence de ces deux régions était conforme aux deux ouvertures réalisées par le neurochirurgien. Il est intéressant de voir que l'écoulement du LCS dans l aqueduc était encore présent et oscillant, mais que son écoulement prédominait largement dans la direction de remplissage du ventricule. Est-ce la signature d un effet clapet de l aqueduc?

11 Patient 4 hyper dynamic CSF flow in a large aqueduc need an other pathway? Cliquez sur l image pour visualiser le flux du LCS dans la stomie Flow LCS dans l aqueduc LCS de la stomie du V Avant VETV Apres VETV Cet exemple présente l imagerie pré et post VETV. Sur l'image 1, nous pouvons voir un grand écoulement hyper dynamique du LCS dans l'aqueduc, sur l image 2, nous observons l écoulement du LCS dans le foramen de Magendie, la zone d intérêt est largement dilatée. il n'y a aucun écoulement significatif de LCS dans la citerne pontique. Sur l image 3 aucun écoulement significatif n est présent dans les espaces cervicaux. Après la VETV il existe un écoulement persistant du LCS dans l'aqueduc associé à l'apparition d un écoulement du LCS à travers le plancher du troisième ventricule. Au niveau du foramen de Magendie il est intéressant de noter la recirculation du LCS dans la citerne pontique. Dans la dernière image, nous pouvons observer la recirculation du LCS dans les espaces sous arachnoïdiens cervicaux. Néanmoins ce patient ne s'est pas amélioré cliniquement et a été dérivé.

12 L imagerie en contraste de phase a confirmé chez cet enfant âgé de 2 ans et demi le blocage de l aqueduc et a permis de confirmer la fonctionnalité de l ouverture du plancher du V3 après ventriculocisternostomie. Patient 5 Imagerie pré opératoire Une acquisition supplémentaire dans le plan du plancher du V3 met en évidence la fonctionnalité de l ouverture réalisée. La région d intérêt segmentée par notre logiciel (cf ) caractérise le flux circulant à nouveau entre le système ventriculaire et les espaces sous arachnoïdiens intracrâniens. La courbe d évolution des vitesses correspond à un flux oscillant. Imagerie post opératoire Imagerie pré opératoire aqueduc sans flux couronne de LCS cervical présentant des oscillations en C2C3 artères et veines en C2C3 flux du LCS dans l ouverture du V3

13 CONCLUSION L IRM de flux est une technique rapide, utile et reproductible pour le suivi des VETV. Cette étude doit être effectuée sur une plus grande population de patients pour fournir des informations fonctionnelles significatives sur l hydrodynamique cérébrale dans les dilatations ventriculaires. l hydrodynamique cérébrale en complément de l imagerie morphologique permettra de mieux choisir la solution thérapeutique à adopter pour les patients souffrant d une hydrocéphalie. L IRM de flux est la seule technique non invasive capable d observer les pulsations du LCS ; l étude de ces pulsations est capitale dans la compréhension de la physiopathologie des hydrocéphalies.

14 Bibliographie 1. Feinberg, D.A. and A.S. Mark, Human brain motion and cerebrospinal fluid circulation demonstrated with MR velocity imaging. Radiology, (3): p Enzmann, D.R. and N.J. Pelc, Normal flow patterns of intracranial and spinal cerebrospinal fluid defined with phasecontrast cine MR imaging. Radiology, (2): p Nitz WR, Bradley WGJ, Watanabe AS, Lee RR, Burgoyne B, O'Sullivan RM, et al. Flow dynamics of cerebrospinal fluid: assessment with phase-contrast velocity MR imaging performed with retrospective cardiac gating. Radiology 1992;183(2): Henry-Feugeas MC, Idy-Peretti I, Blanchet B, Hassine D, Zannoli G, Schouman-Claeys E. Temporal and spatial assessment of normal cerebrospinal fluid dynamics with MR imaging. Magn Reson Imaging 1993;11(8): Bhadelia RA, Bogdan AR, Kaplan RF, Wolpert SM. Cerebrospinal fluid pulsation amplitude and its quantitative relationship to cerebral blood flow pulsations: a phase-contrast MR flow imaging study. Neuroradiology 1997;39(4): Balédent O, Henry-Feugeas MC, Idy-Peretti I. Cerebrospinal fluid dynamics and relation with blood flow: a magnetic resonance study with semiautomated cerebrospinal fluid segmentation. Invest Radiol 2001;36(7): Stoquart-Elsankari S, Baledent O, Gondry-Jouet C, Makki M, Godefroy O, Meyer ME.Aging effects on cerebral blood and cerebrospinal fluid flows.j Cereb Blood Flow Metab Sep;27(9): Epub 2007 Feb Bradley W, Scalzo D, Queralt J, Nitz WN, Atkinson DJ, Wong P. Normal-pressure hydrocephalus: evaluation with cerebrospinal fluid flow measurements at MR imaging. Radiology 1996;198(2): Kim DS, Choi JU, Huh R, Yun PH, Kim DI. Quantitative assessment of cerebrospinal fluid hydrodynamics using a phase-contrast cine MR image in hydrocephalus. Childs Nerv Syst 1999;15(9): Brugieres P, Idy-Peretti I, Iffenecker C, Parker F, Jolivet O, Hurth M, et al. CSF flow measurement in syringomyelia. AJNR Am J Neuroradiol 2000;21(10): Dixon GR, Friedman JA, Luetmer PH, Quast LM, McClelland RL, Petersen RC, Maher CO, Ebersold MJ. Use of cerebrospinal fluid flow rates measured by phase-contrast MR to predict outcome of ventriculoperitoneal shunting for idiopathic normal-pressure hydrocephalus. Mayo Clin Proc Jun;77(6):

15 Remerciements L équipe des Manipulateurs en radiologie du CHU d Amiens pour leur dynamisme, compétence, disponibilité et surtout pour leur sympathie. Le constructeur de L IRM, Géneral Electric Medical System, pour le partenariat scientifique et médical que nous essayons ensemble de faire vivre.

16 Suivi radiologique des ventriculocisternostomies Balédent O 1, Fichten A 2, Mbayo D 3, Gondry-Jouet C 3, Le Gars D 2, Deramond H 3, Meyer M-E 1 (1) Médecine nucléaire et Traitement de l image (2) Neurochirurgie (3) Radiologie Amiens University Hospital France 150 km north of Paris