IRM DE FLUX EN CONTRASTE DE PHASE

IRM DE FLUX EN CONTRASTE DE PHASE Application au LCS G. GASCOU, E. LE BARS, Dr H. BRUNEL, Pr A. BONAFE Service de Neuroradiologie CHU Guy de Chauliac MONTPELLIER

Intérêts Analyse qualitative et quantitative des caractéristiques ristiques hydrodynamiques du LCS Intérêts: Diagnostique Indication thérapeutique (dérivation) Evaluation efficacité thérapeutique Complémentaire mentaire de l él étude morphologique afin d analyser les anomalies de l él écoulement du LCS: Hydrocéphalies sur obstacle ou à pression normale Malformations d Arnold d Chiari, syringomyélie Evaluation de l efficacitl efficacité d une ventriculocisternostomie

Mouvement physiologique du LCS Systole Artérielle Vol. cérébral Chasse du LCS des ESA* cervicaux Systole ventriculaire (mouvement cranio-caudal) Pression des ESA Drainage des veines corticales Chasse LCS du V4 (*ESA: espaces sous arachnoïdiens) Chasse LCS des ventricules

Représentation schématique de la dynamique cérébrale La première phase est définie par une arrivée rapide de sang dans le cerveau. Le LCS des espaces sous arachnoïdiens intra crâniens est chassé vers les espaces élastiques du rachis (phase 2), c est la première réponse à l augmentation du volume vasculaire cérébral. Les pics de pression se déplacent ensuite sur le drainage veineux, ainsi que sur le quatrième ventricule au cours de la troisième phase. La dernière phase de la chasse correspond à une chasse du LCS ventriculaire en amont de l aqueduc. Bien que le volume ventriculaire de LCS soit important, la résistance à l écoulement élevée du petit diamètre de l aqueduc de Sylvius explique le retard et la très faible participation du liquide ventriculaire à la régulation du volume cérébral. Au cours de la phase 5, un équilibre s établit entre l apport et le drainage vasculaire, ce qui annule le flux du LCS. Les phases suivantes schématisent le processus de remplissage du LCS intracrânien qui se produit de manière inverse. D apres O.Balédent Quantification de la dynamique cérébrale du sang et du LCS par un traitement informatique original d image IRM de Flux 2001 Phase 1 SYSTOLE Pic de flux systolique des carotides internes (PFSCI) Pic Artèriel NEUTRALITE Phase 5 30-40 % après PFSCI LCS des espaces sous arachnoidiens intra crânien Flux de chasse maximal en C2-C3 Flux de Remplissa ge maximal en C2-C3 CHASSE DU LIQUIDE CEREBRO SPINAL Phase 2 5 % après PFSCI Phase 6 70 % après PFSCI Pic jugulaire Flux de chasse maximal du V4 LCS du système ventriculaire Phase 3 11-20 % après PFSCI Phase 7 77-84 % aprés PFSCI Pic jugulaire Flux de chasse maximal de l aqueduc, des Monro et duv3 Phase 4 20-21-25 % après PFSCI REMPLISSAGE DU LIQUIDE CEREBRO SPINAL Débit minimum en artériel et veineux Flux de Remplissage maximal en V4 Phase 8 88-93 % après PFSCI Débit minimum veineux Flux de Remplissage maximal dans l aqueduc et les ventricules latéraux LCS des espaces sous arachnoidiens rachidiens.

Technique IRM Philips 1.5 T Séquence anatomique Sagittal T2 ou 3D T2 centrée e sur le plan sagittal médianm Ciné LCR Séquence 2D ciné en contraste de phase Synchronisé avec l activitl activité cardiaque (capteur périphp riphérique) rique) Deux plans de coupe: 1) Sagittal médianm dian: étude qualitative 2) Axial: étude quantitative

1) Plan sagittal médianm Mono coupe acquise 15 fois au cours du cycle cardiaque 5 mm d éd épaisseur Séquence d Echo d de gradient pondérée e T1 associée à des gradients bipolaires opposés sensible au flux. TE=15ms TR=30ms, angle de bascule= 30 V enc: 5 cm/s Analyse visuelle Permet de visualiser une zone d interruption d du flux Sagittal T2 Analyse qualitative Aqueduc Sylvius Cine LCR V4 Citerne prépontique Espaces cervicaux

Analyse qualitative Séquence Ciné LCR Aqueduc de Sylvius Espaces cervicaux post Mouvement pulsé,, rythmé par le cycle cardiaque Hypersignal= = mouvement cranio-caudal caudal: Systole ventriculaire Hyposignal= = mouvement caudo-cranial cranial: Diastole ventriculaire Signal neutre= = Tissus statiques (bruit)

2) Plan Axial Epaisseur: 3mm Séquence d Echo d de gradient pondérée e T1 associée à des gradients bipolaires opposés sensible au flux TE=15ms TR=30ms, angle, type de séquences Permet l analyse l dynamique du LCS V enc: : 5 à 10cm/s Valeur quantitative obtenue: Vitesse moyenne, flux Sagittal T2 Plan Perpendiculaire au flux Exploration de: A) L aqueduc L de Sylvius B) Espaces sous arachnoïdiens cervicaux (ESA) Analyse quantitative Acqueduc Venc= 10cm/s ESA cervicaux Venc=5 cm/s

A) Analyse quantitative au niveau de l aqueduc Sagittal T2 Axial T2 Cine LCR Aqueduc de sylvius Région d interêt

Ciné LCR au niveau de l aqueduc Sagittal T2 Aqueduc de sylvius Ciné LCR V enc= 10 cm/s Hypersignal: Mouvement cranio caudal (systole ventriculaire) Hyposignal: Mouvement caudo cranial ( diastole ventriculaire)

Ciné LCR au niveau de l aqueduc Sagittal T2 Aqueduc de sylvius Ciné LCR V enc= 10 cm/s Hypersignal: Mouvement cranio caudal (systole ventriculaire) Hyposignal: Mouvement caudo cranial ( diastole ventriculaire)

Analyse quantitative au niveau de l aqueduc 1 Vitesse (cm/ s) Pic de chasse Flux caudal (hypersignal) 0,5 0-0,5-1 -1,5-2 -2,5 Chasse Systole 30 110 190 270 350 430 510 590 670 750 Temps de chasse ECG Fin de chasse Remplissage Diastole Vitesse moyenne du LCS au cours du cycle cardiaque au niveau de l'aqueduc Cycle cardiaque Temps (ms) Flux cranial (Hyposignal)

B) Analyse quantitative en C2-C3 Sagittal T2 Espaces sous arachnoïdiens (ESA) cervicaux Axial T2 Cine LCR Hypersignal: Mouvement cranio-caudal Hyposignal: Mouvement caudo-cranial Apparition de la chasse du LCS dans les espaces cervicaux A: Fin du remplissage crânien par le LCS (diastole cardiaque) B: inversion de flux dans le chenal dorsal C:Chasse de LCS dans la citerne cérébro médullaiire D: processus de chasse installé D apres O.Balédent Quantification de la dynamique cérébrale du sang et du LCS par un traitement informatique original d image IRM de Flux 2001

Analyse quantitative en C2-C3 1,5 1 0,5 0-0,5-1 -1,5-2 -2,5-3 Vitesse (cm/s) Pic de chasse Systole Chasse Remplissage Diastole Vitesse moyenne du LCS en C2-C3 au cours du cycle cardiaque Temps (msec) cycle cardiaque Flux caudal (hypersignal) Flux cranial (hyposignal)

Applications cliniques Hydrocéphalie ou atrophie? Hydrocéphalie sur obstruction ou à pression normale? Evaluer l efficacité d une ventriculostomie Malformations d Arnold Chiari

Application clinique 1 Homme de 73 ans Troubles cognitifs Ataxie Troubles sphinctériens IRM morphologique: Sag T1 Axial T2 Axial T1 Dilatation du système ventriculaire Elargissement des sillons corticaux Hypersignal aspécifique de la substance blanche péri ventriculaire ATROPHIE ou HYDROCEPHALIE? Value of phase contrast magnetic resonance imaging for investigation of cerebral hydrodynamics; neuradiol., 2006 O. Balédent

Application clinique 1 Réalisation d une IRM de flux en contraste de phase Analyse du LCS au niveau de l aqueduc de Sylvius (Venc =15cm/s) Flux de LCS au niveau de l aqueduc 800 Flux (mm3/ s) Pic de chasse: 600 400 Pic de chasse élevé et précoce: Aspect hyperdynamique en faveur d une hydrocéphalie 200 0-200 -400-600 -800 Temoin Patient Temps (sec) Ciné LCR Value of phase contrast magnetic resonance imaging for investigation of cerebral hydrodynamics; neuradiol., 2006 O. Balédent NB: une dérivation ventriculopéritonéale a été posée et a nettement amélioré les symptômes

Application clinique 2 Homme de 39 ans Syndrome d hypertension intra crânienne Antécédents de méningite dans l enfance IRM morphologique Sag T1 Axial T2 Dilation triventriculaire sans sténose apparente de l aqueduc Hydrocéphalie communicante ou non? Value of phase contrast magnetic resonance imaging for investigation of cerebral hydrodynamics; neuradiol., 2006 O. Balédent

Application clinique 2 Réalisation d une IRM de flux en contraste de phase, plan perpendiculaire à l aqueduc Variation de Venc de 5 à 15cm/s Sag T1 Ciné LCR Absence de flux visible au niveau de l aqueduc quelle que soit la valeur de Venc HYDROCEPHALIE sur STENOSE de l AQUEDUC Value of phase contrast magnetic resonance imaging for investigation of cerebral hydrodynamics; neuradiol., 2006 O. Balédent

Application clinique 3 Enfant de 11 ans Sténose de l aqueduc ayant bénéficié d une ventriculostomie Présente une recrudescence des symptômes d HTIC IRM: Coronal T1: Défect au niveau du plancher du V3 Ciné LCR: Signal filiforme du flux de LCS dans l orifice de ventriculostomie Functional analysis of third ventriculostomy patency by quantification of CSF strke volume by using cine-phase contrast MR imaging AJNR., 2005, N. Bargallo

Application clinique 3 Reprise chirurgicale de la ventriculostomie IRM: Pré opératoire Post opératoire Coronal T1: important défect au niveau du plancher du V3 Functional analysis of third ventriculostomy patency by quantification of CSF strke volume by using cine-phase contrast MR imaging AJNR., 2005, N. Bargallo Flux important de LCS à travers l orifice de ventriculostomie

Application clinique 4 Analyse des pic de vitesse du LCS, au niveau du foramen Magnum, chez des patients présentant une malformation d Arnold Chiari I En comparaison avec des sujets normaux IRM morphologique: Sagittal T1 et T2 sur la moelle cervicale IRM de flux en contraste de phase, Plan axial centré sur le foramen Magnum Perpendiculaire au canal médullaire Venc 10 cm/s

1) Volontaires sains Espace sous arachnoïdiens antérieurs Contraste de phase centré sur le foramen Magnum chez les volontaires sains; (reconstruction colorisées) Bleu: déplacement caudal Jaune: déplacement crânial Aspect uniforme des vitesses de LCS Espace sous arachnoïdiens postérieurs Ciné LCR Contraste de phase et mesure des vitesse maximales du Flux chez les volontaires sains Vitesse maximales évaluées à 2 cm/sec (pic systolique) 2.2 cm/sec (pic diastolique) Peak Systolic and Diastolic CSF Velocity in the Foramen Magnum in Adult Patients with Chiari I Malformation and in Normal Control Participants Neuroradiology., 2003, Victor M. Haughton

2) Patients Contraste de phase centré sur le foramen Magnum chez les patients Inhomogénéité du flux -Vitesses plus élevées dans les ESA antérieurs -Vitesses plus élevées en périphérie qu au centre Inhomogénéité Contraste de phase et mesure des vitesses maximales du flux chez les patients Vitesses maximales évaluées à 4.8 cm/sec (pic systolique et diastolique) Au total: il existe des variations temporelles des vitesses du LCS à travers le foramen Magnum chez les patients avec une malformation D Arnold Chiari I: -Augmentation des pics de vitesse(notamment en diastole et dans les ESA antérieurs) Ces anomalies peuvent être en cause dans la formation des cavités syringomyéliques Peak Systolic and Diastolic CSF Velocity in the Foramen Magnum in Adult Patients with Chiari I Malformation and in Normal Control Participants.Neuroradiology., 2003, Victor M. Haughton

Inconvénients de la Technique Ciné LCR en Contraste de Phase Inconvénients nients physiologiques Foramen de Monro et Magendie: Flux laminaire mais proche de zones de turbulences >>mesures aléatoiresa atoires Difficulté d obtenir un plan perpendiculaire au flux Grande citerne: Flux perturbé par les pulsations de l artl artère re basilaire Inconvénients nients à l acquisition -Immobilité parfaite -Flux dans l aqueduc l rarement correctement visualisé (volume partiel) -Arythmie cardiaque (Temps variable en fonction du rythme cardiaque) -Vitesse d encodage d du flux (Venc( Venc); si sous estimée e >artéfacts noir/blanc (aliasing) si sur estimée e > diminution de la sensibilité (risque risque de ne pas percevoir le flux) Aliasing

Conclusion Seule technique non invasive pour l exploration l de la dynamique du LCS Précise Reproductible Dans les conditions physiologiques Complément ment de l IRM l morphologique Nécessité d étude dans le plan Sagittal ET Axial Intérêt : Diagnostic Indication thérapeutique (dérivation) Evaluation de l efficacitl efficacité thérapeutique

Références Peak Systolic and Diastolic CSF Velocity in the Foramen Magnum in Adult Patients with Chiari I Malformation and in Normal Control Participants.Neuroradiology., 2003, Victor M. Haughton Functional Analysis of Third Ventriculostomy Patency by quantification of CSF Stroke Volume by Using Cine-Phase Contrast MR Imaging AJNR., 2005, N. Bargallo Value of phase Contrast Magnetic Resonance Imaging for Investigation of Cerebral Hydrodynamics; Neuradiol., 2006 O. Balédent Phase-Contrast MR Imaging of the Cervical CSF and Spinal Cord - Volumetric Motion Analysis in Patients with Chiari I Malformation - AJNR Am J Neuroradiol Aging effects on cerebral blood and crebrospinal fluid flows. Journal of cerebral Blod Flow and Metabolism. 2007