Comment lire une IRM cérébrale multimodale (Diffusion, Perfusion et Spectroscopie) de tumeurs cérébrales. JM CONSTANS AMIENS (Radiologie CHU, BioFLOWIMAGE-ITIC et Institut Faire Faces) - FRANCE
OBJECTIFS PEDAGOGIQUES Les techniques avancées (diffusion, perfusion et spectroscopie) sont absolument nécessaires dans l étude des tumeurs cérébrales pour essayer de mieux caractériser les différents processus pathologiques tumoraux. Il est important de réaliser ces techniques avancées, plus elles seront pratiquées, plus elles seront faciles à réaliser Savoir évaluer les critères de qualité d une bonne acquisition spectroscopique et d un traitement de spectre correct. Savoir réaliser en pratique une séquence de diffusion, une séquence de perfusion, et les séquences de spectroscopie simple volume et d imagerie spectroscopique (multivoxels).
Surveillance sous traitement Il faut séparer d emblée le bilan initial de tumeur cérébrale et celui d une surveillance sous traitement. Il faudra du T2* ou mieux du SWI (susceptibility weithing imaging) voire en fonction de la clinique une séquence veineuse 3 D thrombo-phlébite voire du CSI pour détecter une récidive débutante plutôt que de la radio-nécrose.
Future work: Small Tumoral Recurrency Detectability NAA Cho
Bilan Initial: Lésions multiples ou Lésions multiples: unique Lésions infectieuses, secondaires ou dysimmunitaires : SEP ou ADEM Intérêt de la diffusion (ADC diminué; viscosité) Intérêt de la spectroscopie par résonnance magnétique (SRM) pour différencier les différents processus pathologiques : existence d une prolifération d une nécrose, d un métabolisme glycolytique, d une réaction gliale
Des nodules intraparenchymateux se rehaussant après injection doivent faire évoquer chez un patient HIV+: toxoplasmose, tuberculose, lymphome Tuberculose Formations arrondies centimétriques, intraparenchymateuses, avec rehaussement annulaire (nécrose caséeuse) ou nodulaire (sans nécrose caséeuse) Epaississement et rehaussement de la dure mère: pachyméningite
Sclérose en plaques La plus frte des affections démyélinisantes Processus très probablement immuno-médié sur un terrain génétiquement prédisposé Adultes jeunes: 20-40 ans Les gaines de myéline sont le siège d une inflammation Stade aigu: inflammation périvasculaire (œdème et infiltration monolymphocytaire) Stade chronique: gliose, destruction de la myéline et des oligodendrocytes Déficit neurologique récent Moteur et ou sensitif des membres Troubles de la marche et de l équilibre IRM cérébrale avant et avec injection de contraste Critères de McDonald- Barkhof: dissémination spatiale; au moins 3 critères 1 lésion rehaussée par gado ou 9 lésions hyperintenses T2 (incluant moelle) Au moins 1 lésion infratentorielle = 1 médullaire Au moins 1 lésion juxtacorticale Au moins 3 lésions périventriculaires
Plaque de démyélinisation Lésion bien limitée, ovoïde, substance blanche Stade aigu: œdème inflammatoire, hypersignal T2 et Flair, iso ou hyposignal T1, rehaussée par le gado Stade chronique (gliose): hypersignal T2 et Flair, non rehaussée Perte ou dysfonction axonale Dissémination spatiale: les plaques se situent à des endroits différents et préférentiels Dissémination temporelle Plaques d âges différents (certaines rehaussées d autres non) Nouvelles lésions non visibles sur IRM précédente Séquence FLAIR ++++ Lésions de la SB hypersignal T2 et FLAIR présentant une dissémination spatiale (infra et supratentorielle) et temporelle (2 IRM différentes)
LESION UNIQUE Est-ce que les paramètres IRM et Spectroscopiques par Résonance Magnétique (SRM) de patients avec une masse cérébrale nécrotique (avec rehaussement périphérique après injection de produit de contraste (gadolinium)) et non encore traitée permettent de discriminer 3 types de processus expansif nécrotique: les abcès, des métastases et des tumeurs cérébrales gliales de haut grade glioblastomes (GBM).
Démarche diagnostique Clinique Topographie: intra ou extra parenchymateuse Epidémiologie et Age Aspect morphologique Contenu et signal de la lésion et de sa périphérie (avant et après inj) Diffusion, ADC Perfusion et SRM Multimodale T1 gado 5022016 IRM Multimodale diffusion ADC FLAIR T1 gado 11 JM Constans
Représentation TAILLE en fonction de la pathologie (sur données brutes) 12
Lésion prenant le contraste de façon annulaire, hypot1, hypert2, avec restriction de la diffusion = ABCES
EXEMPLE D ABCES DIFFUSION Cartographie couleur ADC Imagerie de Diffusion 15
Représentation ADC en fonction de la pathologie (sur données brutes) L ADC sépare bien (sur données brutes) 16
EXEMPLE D ABCES SRM TE 35 Lac TE 144 Ac TE 35 TE 144 Suc AAs Cho Ac Cho Suc Cr NAA Cr NAA Lac AAs Sc Suc TE 288 TE 288 Ac Lac AAs Suc VSCr 17
Représentation spectro en fonction de la pathologie (sur données brutes) Lipides CH2 déterminants 18
Metastase avec CH2 lipides/cr >15
Gliomes et métastases nécrotiques - Portion tissulaire périphérique plus épaisse (m=8mm) et irrégulière - Centre nécrotique en hyposignal diffusion avec un ADC augmenté. - VSCr élevé dans la portion tissulaire périphérique surtout des gliomes. - Absence d Acides Aminés Élévation Choline surtout dans les gliomes / Lipides dans les métastases. 20
GBM avec Cho/Cr>4 et CH2 lipides/cr <3
RÉSULTATS Gliomes et métastases nécrotiques - Portion tissulaire périphérique plus épaisse (m=8mm) et irrégulière - Centre nécrotique en hyposignal diffusion avec un ADC augmenté. - VSCr élevé dans la portion tissulaire périphérique surtout des gliomes. - Absence d Acides Aminés Élévation Choline surtout dans les gliomes / Lipides dans les métastases. Représentation ACP des pathologies en fonction de leur profil spectral. 22
Représentation de toutes les variables en fonction de la pathologie (sur données reduites) Discrimine encore mieux 23
- Imagerie standard : abcès si coque fine, Hypo T2* circonférentiel et/ou Hyper T1. - Diffusion : Hypersignal avec ADC diminué dans la nécrose = abcès avec quasi certitude mais... faux négatif ou positif dans la littérature. - Perfusion : Valeur seuil de VSCr à 1,8 pour les gliomes - SRM : Abcès - Acides aminés (Se=70% Spé= 100% Gupta) - Acétates+/- Succinate = Marqueur de radicaux libres et Anaérobie stricts ou facultatifs. - Lactate élevé Glioblastomes - Choline supérieur 2,5 dans la portion tissulaire périphérique cho Métastases - Lipides en quantité plus importante - Choline en moyenne élevé mais inférieure à 4 24
acétate = abcès NAA augmenté ou normal dans une masse nécrotique n existe pas = acétate = abcès Encore plus abcès si aa branchés Succinate le plus souvent anaérobique
Première Conclusion L IRM, la diffusion, la SRM et la perfusion permettent très souvent une classification non-invasive des masses cérébrales nécrotiques. Conduit à un arbre diagnostique suivant:
intérêt diagnostique de l ADC et de la SRM in vivo Lac Ac Ch o Cr Su c NA A Ac AA s Cho Cr Su c NA A Lac AA s Lésion cérébrale nécrotique avec rehaussement périphérique TE 288 Suc Ac La c AA s ADC nécrose < 882e-6 mm2/s Acétate, Aas, succinate oui non Abcès Cho/Cr < 4 oui +CH2lipides /Cr >15 non +CH2 lipides/cr <3 Métastase Tumeur Primitive 27
Etude de relations entre paramètres de techniques avancées Entre mesures RMN de perfusion et du métabolisme cérébral, notamment dans des processus tumoraux gliaux Pour analyser, in vivo, de façon non-invasive et répétable dans les processus tumoraux : la nécrose lipidique, la prolifération, le métabolisme glycolytique, l hypoxie, l infiltration, la réaction gliale, la perfusion et l angiogénèse tumorale et les réponses thérapeutiques In vivo / in vitro lipides dans les tumeurs cérébrales de Certaines et al., Review in Current Organic Chemistry 2007 2 JM Constans
Pourquoi de telles différences: dans les tumeurs de : prolifération (PC et GPC) de phospholipides de nécrose? (type d Ac Gras)
Conclusion: Intérêt de l ADC et des applications spectroscopiques Tumeurs gliales cérébrales et métastases pronostique Evaluation thérapeutique diagnostique (Sen) Etude de suivi longitudinal (precoce) Etude de Physiopathologie (Relation entre les processus pathologiques) 2 JM Constans
IRM multimodale: est-il possible de différencier le grade (Grade 2 vs grade 3) et le génotype des tumeurs oligodendrogliales pour le diagnostic préthérapeutique? Décisions thérapeutiques: Grade Histologie et biologie moléculaire Profil génetique (échantillon hétérogène, accéssibilité chirurgicale, ) Délétion 1p/19q et/ou mutation IDH1: chimiosensible Plus longue survie sans progression (PFS) Plus longue survie totale Smith et al. J Clin Oncol 2000 Walker et al. Neurology 2006 Yan et al. N Engl J Med 2009 Sanson et al. J Clin Oncol 2009 But: évaluer l apport de l IRM multimodale pour déterminer le grade et le génotype des tumeurs oligodendrogliales: Etude du CRMBM-CEMEREM, UMR 7339 CNRS/AMU, Pôle Imagerie
IRM conventionnelle: T2 T2* Localisation Oedème Hémorragie Rehaussement / rupture BHE Limites: FLAIR T1 post-gd Manque de spécificité: similarités cliniques et radiologiques Diagnostic pré-thérapeutique difficile Réponse radiologique au traitement tardive et inexacte
IRM multimodale: est-il possible de différencier le grade et le génotype des tumeurs oligodendrogliales pour le diagnostic préthérapeutique? Patients et méthodes Patients: 50 operés (43.0 ± 15.6 ans) 24 grade II et 26 grade III / 22 OD et 28 OA 1.5T, antenne tête 8-canaux (Department de Neuroradiologie, hopital LaTimone) Protocole IRM préthérapeutique: T1,T2, FLAIR, 3D post-gadolinium T1, DWI, DSC-PWI and proton monovoxel MRS (TE = 30 et 135 ms) Cellularité / Diffusion Index de perméabilité / Volume et flux sanguin Metabolisme
(AU) (AU) (10-6 mm²/s) (AU) (AU) (AU) Grade II vs. Grade III: Univariée Résultats p<0.0001 rcbv p<0.0001 rcbf p=0.03 Cho/Cr(30) p<0.0001 rk2 p=0.0008 ADC p=0.02 NAA/Cho(30) Pas de valeurs seuil
Conclusion IRM Multimodale (cirm, DWI, PWI et MRS): Améliore le grading des tumeurs oligodendrogliales (17% vs. 31% de malclassées) Amélioration moins marquée pour la classification en fonction du statut 1p/19q (40% vs. 48%) Pas de contribution pour la classification en fonction du statut IDH1 Pourrait apporter une aide pour le guidage des biopsies et pour la prise en charge thérapeutique Ne remplace pas l histologie
GUIDAGE DES BIOPSIES CEREBRALES Un des objectifs de la spectroscopie est de diriger la biopsie au niveau la zone la plus pathologique sur le plan métabolique, afin d évaluer au mieux le pronostic et la prise en charge thérapeutique des patients. Il faut étudier la concentration en choline et les rapports Cho/Cr et Cho/NAA, représentés sous la forme de cartographies métaboliques fusionnées sur l imagerie conventionnelle. Cette technique peut s associer à d autres techniques d imagerie comme l IRM de perfusion afin de conforter le choix du site biopsique.
GUIDAGE DES BIOPSIES CEREBRALES
TUMEURS DE LA FOSSE POSTERIEURE MEDULLOBLASTOME 1 décade vie Médian vermien (HC adulte) Limites nettes Scanner : hyperdense (100%) calcifications (15%) nécrose/kystes (50%) PDC ++(85%) IRM : hypo T1(95%) hypo/hyper T2 PDC++ kyste/nécrose intra ou périlésionnels fréquents dissémination leptoméningée++ en diffusion : hyperintensité (cellularité++) et CDA bas spectro : choline taurine NAA (+/-creatine) EPENDYMOME 3 tumeur en fréquence Occupe la lumière du V4(plancher++) Souvent volumineuse Scanner : hétérogène hypo ou hyperdens calcifications (50%) limites polylobées petits kystes et oèdème péri-lésionnel PDC peu intense IRM : hypo hétérogène T1 (80%) hyper T2 PDC modérée (65%) zones de transformations myxoïdes hypot1, hypert2 non réhaussées calcifications et micro hémorragies (EG T2*) extension foramen Magendie, Lushka et trou occipital (40%) rares métas leptoméningées spectro : choline et myoinositol, NAA 5022016 IRM Multimodale (+/-creatine) JM Constans
TUMEURS DE LA FOSSE POSTERIEURE Gliomes du TC 5-10ans pronostic sombre avec survie globale de 10% à 2 ans et médiane de survie de 9 à 12 mois pas de chirurgie d exérèse de qualité car zone éloquente biopsie que si thérapie moléculaire ciblée envisagée hypo T1, hyper T2 +/- limitée, peu de PDC Thérapeutiques radiothérapie chimiothérapie thérapie moléculaire ciblée (voies EFGR/VEGF) thérapie antiangiogénique (bevacizumab, irinotecan) inhibiteurs des intégrines (récepteurs trans membranaires régulatrices adhésion, migration, prolifération et survie cellulaire )
In Human: proliferation study (in anaplastic oligodendrogliomas) T2w Anatomical T1w post inj Perfusion Metabolism Proliferation in PET 11C-Met 18F-Flt Proliferation in MRS: Cho / Cr 5022016 IRM Multimodale 2 JM Constans
Discussion-Conclusion : Better understand relationships between spectral and metabolic profiles and tumoral growth (Diagram from DeBeradinis) :
Future work: Study tumoral spectral profiles : Each spectral variation: example: when necrosis: with more lactate à 1,27-1,33 ppm and CH3 lipids (0,9ppm) (left) or more CH2 lipids (right).
HyperGlutaminémie Exemple de variations spectrales modélisées à TE=35 ms chez un patient avec gliomatose et résonances de glutamine.
Results : spectroscopy Follow-up of Cho/Cr over 48 months during chemotherapy : a) first patient ( oligodendroglioma) is stable (Cho/Cr<2) until a high proliferation (Cho/Cr>6) b) second patient (oligodendroglioma) has increase of Cho/Cr ratio until 3 and after treatment a decrease c) third patient (a gliomatosis) have a very high and short period of proliferation (Cho/Cr>7) and then a decrease under treatment with some variability (Cho/Cr<3) and then again a high and short period of proliferation (Cho/Cr>7) d) fourth patient has initial proliferation (Cho/Cr around 3) and then stability. ms
Follow-up of cho/cr over 14-18 months with chemotherapy Cho/Cr Analysis : gliomatosis 5 big prolifération Despite treatment ; over 48 72 months.
Résultats : segmentation IRM Segmentation manuelle Etapes principales de segmentation Dou IVC et Neurocomputing 2007 Segmentation, Classification et Fusion d un oligodendrogliome
Résultats : segmentation IRM Filtres, Masques et contours actifs + classification par SVM: Facile pour nécrose et prise de contraste: Plus difficile pour les variations d extension FLAIR et parfois en diffusion.
Introduction et objectif Les glioblastomes sont des tumeurs, avec un mauvais pronostic et de mauvaises réponses aux traitements. Objectif: Mieux comprendre le métabolisme tumoral glial des glioblastomes et les variations post chimiothérapie, radiothérapie et antiangiogenique et déterminer les variations en SRM d aires, amplitudes et ratios de métabolites et de profils spectraux pendant 30 mois de suivi longitudinal chez patients atteints de glioblastomes Fig 1a IRM de glioblastome
volume en mm3 Volume en mm3 Volume en mm3 Volumeen mm3 Voume en mm3 regression ratio Cho/cr et volume tumoral 2000000 y = 177873x + 40443 R 2 = 0,0871 1500000 1000000 1500000 1000000 500000 Regression ratio Cho/Cr et prise de contraste y = 339345x - 390506 R 2 = 0,355 500000 0 0 1 2 3 4 5 0-500000 -1000000 0 1 2 3 4 5 Ratio Cho/Cr Ratio Choline créatine Régression ratio Cho/Cr et volume ADC diminué 4000000 3000000 2000000 1000000 0 y = 616979x + 172694 R 2 = 0,1967 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0 Regression ratio Cho/Cr et Oedème tumoral y = 535184x + 297907 R 2 = 0,1692 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 Ratio Cho/Cr 1200000 1000000 800000 600000 400000 200000 0 Regression Cho/Cr et prise de contraste totale (avec Nécrose) y = 283595x - 158837 R 2 = 0,5191 0 1 2 3 4 5 Ratio Cho/Créatine 5022016 IRM Multimodale Ratio Cho/Cr JM Constans
Analyse du suivi Cho/Cr : sur 30 mois: poussées de prolifération
Mais persistance d un ADC augmenté
Et persistance d un métabolisme glycolitique (lactate à 1,27-1,33 ppm) puis d une prolifération (Choline à 3,2 ppm) augmentée
MISE EN ŒUVRE ET REALISATION DE L EXAMEN
EXAMENS COMPLEMENTAIRES IRM fonctionnelle Séquences fonctionnelles : Diffusion et tenseur perfusion SRM (monovoxel ou multivoxel)
Réalisation en pratique clinique Réalisation en pratique clinique, diffusion, DTIC direction, meilleure qualité de la trace, épaisseur de 4 mm, notamment pour la fosse postérieure. Pour les lésions de l enfant et métastases. Exemples d abcès de glioblastome et de lymphome. Métastases hypervasculaires, hémangioblastome, différence grade III avec grade II.
IRM DE DIFFUSION densité cellulaire CDA TUMEUR lyse cellulaire nécrose CDA augmentation globale de la quantité d eau Prudence! en DWI et voir CDA
CDA IRM DE DIFFUSION pris par rapport à une zone saine ou évalué par rapport à une base de données effectuée sur grande population Peu de données dans la littérature pédiatrique CDA élevé dans bas grade et diminué dans haut grade ou T à haute cellularité (hyper DWI) Mais.. Valeurs de recouvrement importante et attention quand début de nécrose ou kyste tumoral intéressant dans le suivi longitudinal
IRM DE PERFUSION Le niveau de perfusion reflète la densité vasculaire et donc le phénomène de néoangogénèse En cours d exploitation chez l enfant et donc pas de grande cohorte sur différentes tumeurs ASL en ASL : pas d injection Accès uniquement au débit sanguin cérébral (DSC ou blood flow) avec injection : EPI T2* 1 passage ou perfusion T1 en 3D EG T1 EPI T2*: dose standard (même à 3T) injection manuelle le plus souvent (3 à 4cc/sec) accès à plusieurs paramètres dont volume sanguin cérébral (Blood volume ou CBVrelatif) Sensibilité aux effets de SM (fosse postérieure++/post-opératoire) et sous estimation si rupture de BHE
PERFUSION EPI T2* Méthode de premier passage intensité du signal a Chute du signal 0 10 20 30 40 50 60 VSCR c Gd b LWHM temps (secondes) Le temps d apparition du bolus (BAT) Le temps d arrivée au pic (TTP) La largeur à mi-hauteur (LWHM) (TTM) Le pourcentage de perte de signal (MAX ou MSD) Le volume sanguin cérébral régional (VSCR ou CBV) Le débit sanguin cérebral régional (DSCR ou CBF) DSCR=VSCR/TTM
Signal TTM Temps VSCr TTM : Temps de transit moyen Tps VSC r : Volume sanguin relatif (aire sous la courbe) DSC r : Débit sanguin relatif (VSC/ TTM) DSCr
% de perte de signal T0 amplitude du pic TTM Tc Bolus de gadolinium temps T0 : Temps d arrivée du produit de contraste dans la coupe après injection Tc (Temps à la valeur crête) ou TTP (Time To Peak) : Temps correspondant au maximum de la variation de contraste TTM (Temps de Transit Moyen) : correspondant à la largeur de la courbe à mihauteur VSC ou CBV (Volume Sanguin Cérébral) : index de volume sanguin cérébral apprécié à partir de l intégration de la surface sous la courbe DES Neuroonco DSC ou CBF (Débit Sanguin Cérébral) : index de débit sanguin cérébral correspondant au rapport VSC/TTM
Perfusion : à mettre en deuxième partie ou en fin de protocole Nombre de coupes variable qui peut-être plus élevé si la séquence est bien optimisée chez certains constructeurs. Préciser si c est une perfusion DSC (dynamic suseptibility contrast) en T2* (le T2 SPIN ECHO étant moins validé) et la résolution temporelle (1,5 seconde par phase ou moins). Préciser les paramètres d injection : cathéter 18 G, produit à haute concentration (molaire et/ou autre relaxivité préférentiellement utilisée, injecteur automatique à 5 cc/seconde ou plus) Préciser qu il faut générer une cartographie du RCBV (volume sanguin cérébral régional) avec et sans fusion avec l imagerie T1 Gadolinium si prise de contraste ou FLAIR.
IRM DE PERFUSION Guide la biopsie (site où VSCr elevé) En surveillance post radiothérapie, avec la spectro (changement du taux de choline) elle peut aider à différencier radionécrose (pas de perfusion) et réévolution Astro pilocytique : Microvaisseaux ++ sur le plan histologique trouble de perméabilité Médulloblastome : modéré du VSCr Ependymome : VSCr Gliome du TC : souvent de type fibrillaire donc VSCr bas Tumeurs astrocytaires : VSCr avec le grade / examiner pourtour lésionnel
SRM: Réalisation en pratique clinique Controle de qualité, linéarité et reproductibilité des mesures sur objet test, volontaire sain et tumeur. Toujours regarder le T2* ou le SWI ou la Diffusion. Bien placer son volume dans les régions où il existe le maximum d agressivité : prise de contraste, hyperperfusion, coefficient apparent de diffusion (CAD) diminué au sein d une région d une CDA augmentée
REALISATION DE L EXAMEN Séquence : mono ou multivoxel TE court, intermédiaire ou long TR (environ 2500 ms en monovoxel, 1600 ms 2D CSI) Taille de la région d intérêt (RSB VS volume partiel) Matrice en multivoxel: 8 x 8 ou 16 x 16 cm Plus la région d intérêt est grande, plus le signal sera élevé (rapport signal/bruit élevé). En contrepartie, les phénomènes de volume partiel seront accentués
REALISATION DE L EXAMEN A réaliser dans les trois plans Exclure structures osseuses, graisse sous cutanée, sinus, hématome Attention aux phénomènes de volume partiel Correspond à un voxel mesurant généralement 10 à 20 mm dans les DES trois Neuroonco plans de l espace en technique monovoxel et environ 10 cm en multivoxel dans les deux plans de la coupe
REALISATION DE L EXAMEN Eau Essentielle car concentration x10 000 par rapport aux métabolites étudiés Suppression sélective centrée sur la résonance de l eau par la méthode CHESS (qui réduit l eau d un facteur DES 1000) Neuroonco
REALISATION DE L EXAMEN Lipides Il ne s agit pas de supprimer tous les lipides dans la région d intérêt comme pour l eau. Elle correspond à la mise en place de bandes de saturation disposées autour de la région d intérêt pour supprimer la graisse sous-cutanée
Materials and Methods 1 H SPECTROSCOPY
MRS Introduction Scale of measured volume size from 0.5 cm 3 to 27 cm 3 Concentrations scale from 0.25 mm to 100 mm TE Influence on the detected resonances number
MRS Localisation Quality
PROFIL SPECTRAL DES GLIOMES Les tumeurs gliales se caractérisent par leur caractère infiltrant ce qui est très important car il permet de les différencier des métastases par exemple. Cette caractéristique se traduit en spectroscopie par la persistance des anomalies à distance de la prise de contraste pour les gliomes de haut grade.
MRS Saturation Bands
Acquisition Quality Examples of particular sensitivity to some parameters and some instrumental problems : localisation quality, saturation bands and homogeneity. This is even more true for large volumes and CSI. No saturation band 4 or 6 saturation bands Automatic homogeneity adjustment Automatic adjustment + manual along Y of homogeneity
TRAITEMENT DES DONNEES Ce post-traitement se fait avant et après la transformée de Fourier : Avant la transformée de Fourier (domaine temporel) Correction des déphasages Troncature Correction du décalage DC du signal de précession libre Technique de «zero filling» ou interpolation Apodisation Après la transformée de Fourier (domanie fréquentiel) Correction de phase Correction de la ligne de base
ETAPES DE L ANALYSE SPECTRALE Lors de l interprétation des spectres, il faut procéder de façon méthodique afin d éviter les erreurs d analyse, ceci en respectant toujours les mêmes étapes : 1- Apprécier la qualité du spectre 2- Identifier les métabolites attendus 3- Identifier les métabolites inattendus 4- Réaliser une quantification relative des métabolites 5- Reconnaître les variations physiologiques
CRITERES DE QUALITE DU SPECTRE a) Qualité de la suppression du signal de l eau b) Absence d artefacts c) Evaluation du rapport signal/bruit d) Evaluation de la résolution spectrale
CRITERES DE QUALITE DU SPECTRE a) Suppression du signal de l eau Impérative pour obtenir une quantification fiable des différents métabolites En cas d échec de la suppression du signal de l eau, il existe une déformation de la partie gauche du spectre se dirigeant vers le pic de l eau (qui résonne à 4.7 ppm)
CRITERES DE QUALITE DU SPECTRE b) Recherche d artefacts Les inhomogénéités du champ magnétique entraînent des perturbations spectrales majeures, c est pourquoi il faut éviter d inclure dans la région d intérêt toutes les structures susceptibles d entraîner des perturbations de celui-ci. La contamination lipidique est définie par la présence sur le spectre d un large pic s étendant entre 0,9 et 1,3 ppm. Celle-ci survient si le spectre se situe à proximité de la graisse souscutanée et entraîne des difficultés d interprétation du lactate (1,33 ppm) et des lipides (0,9 et 1,3 ppm). Toute spectroscopie multivoxel doit utiliser une saturation sélective des lipides en dehors du volume d intérêt car les bords de celui-ci se situent à proximité de la graisse sous-cutanée.
CRITERES DE QUALITE DU SPECTRE b) Recherche d artefacts Les courants de Foucault sont parfois insuffisamment compensés lors de la correction des déphasages qui se fait de façon automatisée. Il y aura alors une distorsion de la forme des pics, nécessitant une correction de phase supplémentaire. Erreur de la quantification automatisée : lors de la phase de quantification, les logiciels fournis par les constructeurs font une modélisation du spectre. Cette modélisation peut parfois être de mauvaise qualité, avec par exemple le regroupement de deux pics en un seul ou l absence de reconnaissance d un pic si celui-ci n est pas rentré dans la base de données. Il faut dans ce cas réaliser une quantification manuelle qui sera plus conforme au spectre réel
CRITERES DE QUALITE DU SPECTRE c) Evaluation du rapport signal/bruit Signal : pic le plus faible sur un spectre normal Bruit mesuré entre 0 et 0.5 ppm Ce rapport doit être supérieur à 3 à TE intermédiaire ou long
CRITERES DE QUALITE DU SPECTRE d) Evaluation de la résolution spectrale Partie commune des pics de choline et de créatine < 25% de l intensité maximale du plus petit des 2 pics (Jnal Neuroradio 1999)
CRITERES DE QUALITE DU SPECTRE Spectre de bonne qualité Mauvaise résolution spectrale
METABOLITES PRESENTS UNIQUEMENT A L ETAT PATHOLOGIQUE D autres métabolites seront visualisés uniquement à l état pathologique : - Lipides (en dehors d une contamination par la graisse du scalp) - Lactate (qui n est en général pas visualisé à l état normal avec les imageurs à vocation clinique) - Acides aminés, acétate, succinate (évocateurs d abcès) - Alanine - Ethanol (en cas d intoxication éthylique aiguë)
QUANTIFICATION DES METABOLITES La quantification des métabolites est le plus souvent réalisée de façon relative, c est à dire en réalisant un rapport entre 2 métabolites. En recherche, des techniques de quantification absolue (pour obtenir une concentration par exemple en mmol/l à l aide d un métabolite de référence) sont réalisées mais posent actuellement des problèmes notamment de reproductibilité. La quantification se fait soit en mesurant l aire sous la courbe limitée en bas par la ligne de base, soit par modélisation de la résonance par une fonction lorentzienne ou gaussienne. Le calcul de l intensité du pic (c est-à-dire la hauteur du pic) n est pas fiable car elle est trop dépendante du champ magnétique B0 et de la largeur du pic
QUANTIFICATION DES METABOLITES Le calcul de l intensité du pic (c est-à-dire la hauteur du pic) n est pas fiable car elle est trop dépendante du champ magnétique B0 et de la largeur du pic. On calcule donc l aire sous la courbe de chaque métabolite (qui n a aucune valeur physique en soi car elle dépend du signal obtenu au sein du voxel). La quantification d un métabolite la plus facile à obtenir est sa concentration relative par rapport à un autre métabolite (Cho/Cr, NAA/Cr )
Matériels and Méthodes SRM : 1 H, simple volume 1.5 T et 3T (GEMS): 6 à 12 cm 3 sur la partie la plus agressive (PC ou Hperf), l œdème et si le temps le côté controlatéral et la nécrose; PRESS avec TEs multiples (35 (à gauche), 144 (à droite), 288, 432ms). Spectres de gliomatose à différents TE 35 MS (à gauche) et 144 ms (à droite)
Méthodes de traitement Traitements des données : logiciel SA/GE, JMRUI et traitement automatique développé à l IRM et l université de Caen (SCI-MRS-LAB en Scilab INRIA- ENPC open source code) et séparation de sources et représentation parcimonieuse avec dictionnaire de connaissances a priori (Troyes; (Guo I3E- ICASSP 2009) calculant amplitudes, aires, ratios (Cho/Cr, CH2/Cr (de phospholipides de nécrose) et NAA/Cr), et concentrations relatives. Exemple d un spectre normal à TE 35 ms traité par : SA/GE à gauche et SCI-MRS-LAB à droite. ratios Après étalonnage à partir d un objet test avec concentrations de métabolites connus
QUANTIFICATION DES METABOLITES Lors de la quantification relative, le métabolite de référence le plus souvent utilisé est la créatine car sa concentration reste relativement stable dans les différentes pathologies. On calcule ainsi les rapports Cho/Cr, NAA/Cr, etc. Cette méthode présente l avantage de ne pas être dépendante du signal ou d une éventuelle contamination par le liquide cérébrospinal.
VARIATIONS PHYSIOLOGIQUES a) En fonction de l âge A l état normal la concentration des différents métabolites varie au cours du temps : initialement avec la maturation cérébrale puis au cours de la vie avec le vieillissement physiologique. A la naissance, le myo-inositol est le métabolite principal puis on assiste à une augmentation importante de la concentration en choline. Le myoinositol jouerait un rôle d osmolyte dans le développement de la glie. A cet âge, le NAA et la Cr sont également présents mais en concentration faible.
Variations physiologiques a)l âge Ensuite, au cours des premiers mois de vie, il se produit une baisse de la concentration en myo-inositol et en choline associée à une augmentation de la concentration en Cr et en NAA. Ce dernier devient le métabolite principal dans le cerveau mature. Au cours de cette période, la concentration en choline diminue progressivement pour atteindre sa valeur finale vers l âge de 4 ans (âge auquel les différents métabolites atteignent les valeurs de l adulte).
b) Reproductibility: depends on region
Analyse statistique et profils spectraux chez des volontaires sains SB SG C3 C2 C5 C6 C4 C1 2 JM Constans
Réalisation en pratique clinique Bien placer ses bornes de saturation, bien régler la fréquence de résonnance, de l eau notamment, bien homogénéiser le champ. Combinaison, homogénéisation + bornes de saturation. Regarder et améliorer si nécessaire la suppression d eau. Critères de qualité d un spectre sur le signal sur bruit (au moins supérieur à 3), homogénéité, bonne suppression de l eau, bonne détermination de la ligne de base (beaucoup plus facile à lent temps d écho (TE) qu à court TE (où la ligne de base est beaucoup plus difficile à modéliser), quantification.
Conclusion Conclusion du post-processing : vérifier les critères de qualité à l acquisition, logiciel des constructeurs, conclusions Les techniques avancées sont absolument nécessaires pour mieux caractériser les processus pathologiques. Il faut pratiquer étape par étape : tout d abord diffusion et perfusion, puis spectroscopie simple volume, long TE puis spectroscopie simple volume, court TE, puis seulement après 9 à 12 mois d expérience, gouter au plaisir de l imagerie spectroscopique multi-voxels (sans s y noyer car beaucoup de spectres à traiter, évaluer et interpréter).