Séquence diffusion : intérêt dans la détection et le...
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Séquence diffusion : intérêt
dans la détection et le suivi
des lésions métastatiques
de la colonne
J. Alexiou, I. Stoian, S.L. Chao
Bruxelles, Belgique
Institut Jules Bordet
Objectifs
• Evaluation de l’intérêt de l’imagerie
pondérée en diffusion sur la détection des
métastases osseuses de la colonne
• Evaluation de l’évolution des lésions
métastatiques sous traitement par une
analyse quantitative des images
pondérées en diffusion
Introduction
• L’absence de méthode quantitative dans
l’évaluation de l’évolution des métastases sous
traitement donne un intérêt à l’imagerie
pondérée en diffusion car:
– La graisse est supprimée en diffusion ce qui permet
d’exclure la moelle normale et de quantifier le tissu
pathologique
– La nécrose peut être différenciée de la tumeur viable
– La mesure est faite voxel par voxel permettant
l’analyse objective de l’ensemble du tissu tumoral
même s’il est hétérogène ou irrégulier
IRM de diffusion
• Rappel du principe de diffusion : – Le signal en IRM provient des noyaux d’hydrogène
(protons)
– L’eau est le constituant majoritaire des tissus biologiques
– Les molécules d’eau dans un tissus biologique sont en mouvement à cause notamment de l’agitation thermique
– La diffusion est isotropique dans un milieu sans obstacle et obéit aux lois du mouvement brownien
– On donne ainsi un coefficient de diffusion (D): - Valeur dans l’eau pure à 37° : D = ± 3.10-3
mm²/s
IRM de diffusion
• Rappel du principe de diffusion :
– Dans les tissus biologiques, il existe de nombreux obstacles
– L’IRM a une résolution d’environ 1mm et ne peut donc mesurer que la résultante de l’ensemble des mouvements des molécules d’eau dans chaque voxel: c’est le coefficient de diffusion apparent (ADC)
– Plus il y a d’obstacles, plus la diffusion est limitée et plus l’ADC diminue
IRM de diffusion
• Image pondérée en diffusion (DWI):
– Utilisation de séquences spécifiques
permettant d’exercer sur les protons un
déphasage qui dépend de leur déplacement
– Les distances étant très courtes, les gradients
doivent être intenses pour pouvoir mesurer
les déphasages
– Utilisation de séquences de type EPI, d’où
l’intérêt des IRM à 3T
Matériel et méthode
• Analyse rétrospective réalisée sur des
patients atteints de cancer ayant eu une
IRM de la colonne
• Analyse rétrospective des 50 premiers
patients
– Tous ont été investigués à l’aide d’une IRM
3T
– Séquences classiques utilisées: T2-STIR, T1
TSE sans et avec injection IV de contraste
– Séquence de diffusion (DWI) « zoomEPI »
Matériel et méthode
• La séquence « zoomEPI » permet de
réduire le FOV (champs
d’investigation) et les artéfacts de
distorsion à 3T (Siemens, Erlangen,
Germany)
• Les mesures sont faites à b50 et b800
s/mm2
Matériel et méthode
• Parmi les 50 patients:
– 8 patients sans métastase détectée sur toutes
les séquences
– 4 patients avec échec de la séquence DWI
– 25 patients avec 1 seul examen utilisant la
séquence DWI
– 13 patients avec au moins 2 examens utilisant
la séquence DWI
Matériel et méthode
• Parmi les 13 patients avec au moins 2
examens utilisant la séquence DWI
– 42 lésions ont été évaluées dans un suivi de
traitement
– 11 lésions sont apparues avant ou au cours
du traitement
Matériel et méthode
• Parmi les 13 patients avec au moins 2
examens utilisant la séquence DWI
– Méthode d’analyse:
• Volume cible incluant l’ensemble de la lésion
métastatique vertébrale afin d’éviter la
segmentation et afin d’étudier les lésions diffuses,
multifocales ou de forme irrégulière
• Volume incluant tous les voxels quantifiables de la
lésion cible
• Mesure du volume total de la lésion (Vt), de l’ADC
moyen (ADCm) avec l’écart-type (ADCd)
Matériel et méthode • Parmi les 13 patients avec au moins 2
examens utilisant la séquence DWI
– Méthode d’analyse:
• Utilisation d’un modèle de mélange gaussien pour
décrire la redistribution des valeurs d’ADC au
cours du traitement
• Paramètres issus du modèle:
– Vb : volume de la composante gaussienne centrée sur
les valeurs basses d’ADC
– Vh : volume de la composante gaussienne centrée sur
les valeurs plus hautes d’ADC
– Vm : volume tumoral moyen pondérant chaque voxel par
une fonction linéairement dégressive de l’ADC
Matériel et méthode • Parmi les 13 patients avec au moins 2
examens utilisant la séquence DWI
– Méthode d’analyse statistique: • Comparaison des valeurs d’ADC
• Comparaison du pourcentage de variation de chaque
paramètre obtenu en séquence DWI au résultat d’évaluation
de l’évolution des lésions métastatiques en se basant sur les
séquences IRM classiques. Analyse des séquences
classiques et de la séquence DWI faite par 2 opérateurs
indépendants
• Analyse statistique réalisée sur les sous-groupes obtenus
par le résultat de l’évaluation classique
Matériel et méthode
• Parmi les 25 patients ayant 1 examen
utilisant la séquence DWI: • Seul une mesure de l’ADC moyen d’au moins une
lésion métastatique vertébrale a été réalisée
• 2 groupes ont été comparés:
– Un groupe formé de patients ayant une évolution
péjorative ( paramètres biologiques et/ou IRM sans DWI
précédente)
– Un groupe formés de patients stables ou d’évolution
favorable sous traitement
Matériel et méthode
• Exemple d’histogramme et de cartographie ADC de L2
Barres bleues: fréquence de distribution
Courbe rouge: modèle de mélange gaussien
Courbe jaune: composante ADCb
Courbe verte: composante ADCh
Courbe mauve: volume moyen pondéré
Les voxels quantifiables sont
représentés en couleur
Cas 1: évolution péjorative T0 T + 1 mois
Nette accentuation de l’étendue des lésions métastatiques au
cours du temps
Cas 1: évolution péjorative
Corrélation entre les valeurs mesurées en diffusion avec
l’aspect et l’étendue des lésions sur les séquences classiques
Cas 2: évolution favorable
• L’évolution favorable sous traitement se marque par une
diminution du signal en T2-STIR au cours du temps. En
T1, la lésion reste stable en aspect et en taille
T0 T + 3 mois T + 5 mois
Cas 2: évolution favorable
Diminution du volume avec disparition de la
composante ADCb
T0 T + 3 mois T + 5 mois
Cas 3 : évolution mixte T0 T + 2 mois
Le patient a eu une radiothérapie au temps 0 sur les niveaux L1 L2 L3.
Après 2 mois, le nodule métastatique de L4 a augmenté de taille de
manière significative témoignant d’une évolution péjorative tandis que le
signal des vertèbres L2 et L3 augmente en T1 et diminue en T2-STIR
témoignant d’une évolution favorable par la réapparition d’une
composante graisseuse au sein de la lésion métastatique
Cas 3 : évolution mixte T0 T + 2 mois
Excellente concordance des paramètres de diffusion mesurés avec
l’évolution et l’aspect des lésions sur les séquences classiques
Cas 4: tassement
Chez cette patiente de 61 ans avec un cancer du sein sans métastase, le diagnostic différentiel doit se faire entre un tassement simple et un tassement sur métastase en Th11.
Les séquences classiques plaident pour un tassement simple avec impaction au niveau de la partie postérieure du plateau supérieur. La séquence diffusion vient conforter cette hypothèse par les valeurs plus élevées d’ADCm.
ADCm: 1262,39 ±
98,20 10-6 mm²/s
T2-STIR T1 DWI
Cas 5: angiome
L’hémangiome classique apparaît de signal intense en T1, s’efface en
séquence T2-STIR et ne se voit pas en diffusion.
Aspect atypique d’un petit îlot graisseux ( petit hémangiome ?) présentant un
ADCm anormalement bas ( 498,79 ± 43,86 10-6
mm²/s). Par ailleurs pas de
métastase connue.
Résultats • Sur l’ensemble des patients :
– Les lésions métastatiques traitées ont une valeur
d’ADC moyen de 918 ± 204 10-6 mm²/s
– En divisant les patients en 2 groupes :
– Groupe de patients dont les lésions évoluent de
manière défavorable ( par rapport à des examens
précédents, sans ou avec séquence DWI ), la valeur
d’ADC moyen est de 815 ± 120 10-6 mm²/s
– Groupe de patients dont les lésions apparaissent
stables ou d’évolution favorable, la valeur d’ADC
moyen est de 984 ± 178 10-6 mm²/s
Résultats
• Dans le groupe de 13 patients (2 séq DWI ou +):
– Une analyse de 42 lésions a été effectuée par 2
observateurs indépendants :
• Un observateur a analysé l’évolution des lésions sur les
séquences classiques selon 3 critères: progression, stabilité
ou diminution
• L’autre observateur a fait l’analyse ADC et a obtenu le
pourcentage de variation de chaque paramètre quantitatif sur
chaque lésion
• Les résultats ont été corrélés dans le tableau 1
• Tableau 1
Résultats
• Dans le groupe de 13 patients (2 séq DWI ou +):
– Les résultats démontrent une corrélation significative
pour les δVt et δVm alors que les résultats sont plus
mitigés entre les informations apportées par les
δADCd et δVb et sont moins concordantes entre les
δADCd et δVh.
Résultats
• Dans le groupe de 13 patients (2 séq. DWI ou +)
– Lorsque les lésions sont classées selon l’évaluation
classique, les différents paramètres démontrent une
différence significative ( p< 0,01) entre le groupe
« progression » et le groupe « stable ou diminution »
(Tableau 2)
Résultats Tableau 2
Valeur moyenne des paramètres d’analyse ADC dans le groupe « en progression » et le
groupe « stable ou diminution ».
Résultats
• Causes d’échec de la séquence DWI:
– L’inhomogénéité du champs au niveau de la
jonction cervico-thoracique ne permettant
pas d’avoir une suppression efficace de la
graisse
– Afin de tester la robustesse de la séquence,
les ajustements ont été fait de manière
automatique par le système. Néanmoins, il
s’est avéré parfois nécessaire de le faire de
manière manuelle en cas d’ajustement
automatique défaillant.
Conclusions
• Sur l’ensemble des patients, la valeur moyenne de l’ADC
des lésions métastatiques a été évaluée à 918 ± 204 10-6
mm²/s ce qui confirme d’autres études sur le sujet avec des
valeurs comprises entre 600 et 1200 10-6 mm²/s.
• La diffusion n’a pas permis de détecter plus de lésions
métastatiques osseuses que les séquences classiques mais
a pu dans quelques rares cas, notamment d’infiltration
diffuse, mieux les mettre en évidence.
• Par ailleurs, vu la déviation standard importante des
paramètres de diffusion mesurés, on ne peut juger de
l’évolutivité des métastases sur un seul examen.
Conclusions
• La diffusion permet de confirmer les
hémangiomes vertébraux classiques.
• Toutefois, dans un cas d’ilot graisseux ou
d’hémangiome, la séquence DWI jette un doute
sur la lésion avec un ADC bas (± 500 10-6
mm²/s) dont on a pas l’explication
Conclusions
• Notre étude a montré, par contre, que le
traitement efficace entraîne un étalement
de la courbe des valeurs d’ADC et un
déplacement de la moyenne vers des
valeurs plus élevées.
• Cet aspect est dû à une diminution de la
densité tissulaire et/ou à une évolution
vers la nécrose
Conclusions
• De plus, les volumes dérivés de l’ADC sont en
accord avec l’évaluation classique de
l’évolutivité des métastases et pourraient être
utiles dans le suivi des métastases.
Conclusions
• Néanmoins, dans un cas sur treize, il existe une
discordance entre l’évaluation classique et la diffusion, la
première déclarant une progression et la diffusion
parlant d’une amélioration (Vt et ADCm) .
– L’analyse rétrospective de ce cas met en évidence une faille
dans la méthode d’évaluation qui prend en compte l’entièreté de
l’infiltration vertébrale. En effet, dans ce cas, l’analyse en T1
montre l’apparition d’une petite lésion évolutive dans une
vertèbre infiltrée d’aspect globalement stable ou d’évolution
légèrement favorable sous traitement.
– L’évolution des paramètres biologiques et l’évolution globale de
la patiente ont confirmé la progression.
– On ne peut donc pas interpréter isolément les séquences
diffusion sans une analyse attentive des séquences classiques
Conclusions
• Le manque de concordance entre l’ADCm
et l’évaluation classique montre que c’est
un paramètre indépendant mais ne signifie
pas qu’il n’est pas lié à l’évolution de la
tumeur.
• Le fait que l’ADCm augmente en cas de
réponse favorable au traitement, doit être
pris en compte dans l’interprétation.
Conclusions
• Les informations dérivées de l’ADC
permettent une approche multiparamétrique
dans l’analyse des métastases et pourrait
compléter l’imagerie classique dans le suivi
des métastases
Points-clefs
• Pas d’apport significatif de la diffusion
dans la détection des métastases
osseuses mais peut aider à la
caractérisation.
• Apport de critères quantitatifs par la
séquence diffusion pour le suivi de lésions
métastatiques sous traitement.
Références
• Messiou C., deSouza NM. Diffusion weighted magnetic resonance imaging of
mestastatic bone disease: a biomarker for treatment response monitoring. Cancer
Biomarkers 2010; vol 6(1): 21-32
• Reischauer C., Froehlich J. M. , Koh D.-M. et al. Bone Metastases from Prostate
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Functional Diffusion Maps—Initial Observations. Radiology 2010; vol 257(2):523-531
• Lee K. C., Bradley D. A., Hussain M. et al. A Feasibility Study Evaluating the
Functional Diffusion Map as a Predictive Imaging Biomarker for Detection of
Treatment Response in a Patient with Metastatic Prostate Cancer to the Bone.
Neoplasia 2007; vol 9(12):1003-1011
• Song I., Kim C. K., Park B. K. et al. Assessment of Response to Radiotherapy for
Prostate Cancer: Value of Diffusion- Weighted MRI at 3 T. AJR 2010; vol 194: W477-
W482
• Byun W. M., Shin S.O. , Chang Y., et al. Diffusion-Weighted MR Imaging of
Metastatic Disease of the Spine: Assessment of Response to Therapy. AJNR 2002;
vol 23: 906-912