Nouvelles séquences IRM à TE ultra-court pour l'analyse structurelle et quantitative de ménisques de cadavres.
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Nouvelles séquences IRM à TE
ultra-court pour l’analyse
structurelle et quantitative de
ménisques de cadavres.
Patrick Omoumi1,2, Jiang Du1, Won Bae1, Sheronda Statum1,
Dick Znamirowski1, Darryl D’Lima4, Graeme Bydder1,
Christine Chung1,3
1 – University of California, San Diego Department of Radiology
2 – CHU de Tours, Imagerie médicale
3 – VA Healthcare System, San Diego
4 – Shiley Clinical Orthopedic Research and Education (SCORE)
Travail réalisé avec la participation de la SFR
(bourse de recherche attribuée à P.Omoumi)Concepts récents en imagerie musculosquelettique
1/Evaluation morphologique vs. biochimique
• L’imagerie musculo-squelettique reste principalement basée sur une
analyse morphologique des structures, à l’échelle macroscopique. Pour
prendre l’exemple du cartilage, la sensibilité de l’IRM et du scanner pour
la détection des lésions cartilagineuses n’est bonne que pour les grades
élevés, correspondant à des pertes de substance cartilagineuses.
• Les efforts de recherche récents s’orientent vers une cible biochimique,
afin de détecter la pathologie au stade microscopique, potentiellement
réversible. Pour reprendre l’exemple du cartilage, il s’agit du T2
mapping permettant d’évaluer le collagène, et du T1rho et du dGEMRIC
permettant d’évaluer les glycosaminoglycanes (GAG).
Schéma de
l’architectur
e
cartilagineu
se. Jaune:
collagène,
orange:
Imagerie morphologique Imagerie biochimique
GAGConcepts récents en imagerie musculosquelettique
2/Prise en compte des propriétés tissulaires: tissus à
T2 court: séquences à TE courts
• Les séquences d’IRM ont classiquement été
développées pour le tissu cérébral. Or, les propriétés
des tissus musculo-squelettiques sont très différentes
de celles du tissu cérébral. Tendons, ligaments,
ménisques, et os apparaissent donc vides de signal
sur les séquences conventionnelles (du fait de leur T2
très court).
• Une approche prenant en compte ces propriétés
tissulaires a permis le développement de séquences
à TE court, permettant de visualiser les tissus du
système musculo-squelettique.Concepts récents en imagerie musculosquelettique
2/Prise en compte des propriétés tissulaires: tissus à
T2 court: séquences à TE courts
Couche calcifiée du
Coupe correspondante
cartilage articulaire sur
en séquences UTE
une séquence en
(ultra short TE): la
densité de proton,
couche calcifée du
apparaissant en
cartilage est en
hyposignal
hypersignalConcepts récents en imagerie musculosquelettique
2/Prise en compte des propriétés tissulaires: tissus à
T2 court: séquences à TE courts
UTE
T1
Tendon d’Achille
T1 UTE
Os corticalConcepts récents en imagerie musculosquelettique
3/Ne pas limiter l’arthrose à une maladie du cartilage
Rôle du ménisque dans la pathologie dégénérative du
genou
Lésion méniscale aiguë 6 mois après méniscectomie
L’atteinte méniscale à l’IRM est un facteur prédictif important d’une perte
cartilagineuse rapide (30 mois)
Roemer et al., Tibiofemoral Joint Osteoarthritis: Risk Factors for MR-depicted Fast Cartilage
Loss over a 30-month Period in the Multicenter Osteoarthritis Study. Radiology 2009Structure méniscale
• Fonction du ménisque: transmettre et distribuer les
forces entre le fémur et le tibia.
• Structure méniscale: complexe, variations régionales
• 2 zones: zone rouge vascularisée, white zone
blanche avasculaire
• 2 types de tissues: fibrocartilagineux/ fibreux
• 2 composants principaux de la matrice: collagène et
GAG
• 2 types de collagène (I et II), dont la distribution varie
• 4 types d’orientation des fibres de collagène.zone rouge / zone blanche Hauger, O. et al., 2000. Characterization of the "red zone" of knee meniscus: MR imaging and histologic correlation. Radiology, 217(1), 193-200.
2 principales composantes de la MEC:
Collagène et GAG
• Collagène I+++
(portion fibreuse)
* *
• Collagène II
(cartilage hyalin, portion
fibrocartilagineuse)
K Messner et J Gao, “The menisci of the knee joint. Anatomical and functional characteristics,
and a rationale for clinical treatment,” Journal of Anatomy 193 (1998): 161-178.2 principales composantes de la MEC:
Collagène et GAG
2%
8%
Les GAG sont distribuées de manière non uniforme au sein du ménisque.
K Messner et J Gao, “The menisci of the knee joint. Anatomical and functional characteristics,
and a rationale for clinical treatment,” Journal of Anatomy 193 (1998): 161-178.4 types d’orientation des fibres de collagène
Lamella Radiaires Circonférencielles
Peterson W, Tillmann B, Collagenous fibril Bullough PG, Menuera L, Murphy J, Weinstein A,
texture of the human knee joint menisci, The Strength of the Menisci of the knee as it relates
Anat Embroyol 1998, 197: 317-324 to their fine structure,
Journal of Bone and Joint Surgery, 52 B, 1970 564-570Imagerie quantitative du ménisque Challenge: • T2 du ménisque court (4~8 ms), difficile à obtenir avec les séquences classiques • D’où l’intérêt des séquences UTE
Imagerie à TE ultra-court (UTE)
Rend
Visible
l’invisible
• Invisible = les composants à T2
court des tissues
• Couche calcifiée du cartilage
articulaire
• Ménisques
• PériosteBases des séquences UTE
Transverse Magnetization Decay
L’acquisition se fait à quelques
microsec, alors que le signal
des tissues à T2 court n’a Magnétisation
pas encore disparu, par
rapport à quelques millisec
totale
pour les séquences
ocnventionnelles. Composants à
T2 longs
Composants à
T2 courts
Microsec Millisec
Robson, et al., J Comput Assist Tomogr 2003;
Temps 27(6): 825-846Chronogramme d’une séquence UTE
TE = 8 µs
Half RF pulse
RF Astuces permettant
d’accélerer l’acquisition:
Gz •Demi-pulse de RF
NEX = 2 •Echantillonnage de
la rampe (ramp
Gx
sampling)
•Acquisition radiale
GyIllustration: SE et EG / TE variable
SE, TE=45 SE, TE=30 SE, TE=15
EG, TE=16 EG, TE=12 EG, TE=8
Le signal au sein des structures intraméniscales augmente à mesure que l’on diminue le
TEUTE / varying TE
Les séquences
UTE permettent
de réduire le TE
davantage
encore.
TE=12 TE=6 TE=3
TE=1.2 TE=0.8 TE=0.4 TE=0.012msUTE / varying TE
TE=12 ms TE=3 TE=0.012ms
Il est ainsi possible de choisir le TE permettant d’obtenir
le signal et le contraste optimum pour le tissu étudié.Rappels sur les valeurs T2 et T1rho • Principalement étudiés pour le cartilage. • T2: surtout influencé par la concentration et l’organisation des fibres de collagène. • T1rho dépend de la concentration des glycosaminoglycanes (GAG). Pas de consensus quant à l’effet du collagène sur le T1rho. • Ces mesures quantitatives permettent donc d’accéder aux phases précoces de la pathologie dégénérative, au stade où seules les modifications biochimiques sont décelables. • Ces techniques de quantification ont été plus récemment appliquées au ménisque. Cependant, malgré des similarités, la concentration et l’organisation de ces composants sont différentes pour le ménisque. Rauscher I, et al., Radiology 2008; 249:591-600. P-H Tsai et al., Osteoarthritis a nd Cartilage, 2009 Wheaton AJ, et al., J Magn Reson Imaging 2004 Li XJ, et al., Osteoarthritis Cartilage 2007; 15:789-797
Objectif • Montrer l’intérêt de nouvelles séquences IRM à TE ultra-court (UTE) pour l’analyse structurelle et quantitative (T1rho et T2) des ménisques grâce à une étude cadavérique.
Materiel et Méthodes
• 10 genoux de cadavres (4H, 6F, âge moyen au décès: 80 ans)
• Protocole d’imagerie:
• IRM clinique 3T, antenne genou en quadrature
• Coupes sagittales de 3 mm d’épaisseur
• Séquences morphologiques:
• Séquences cliniques: PD FS, T1-w
• Séquences UTE
• Séquences quantitatives:
• UTE T1 rho, 2D T1 rho
• UTE T2 prep, T2 SEMateriel et Méthodes
Paramètres des séquences IRM
90°x -90°x
UTE 180°y
crusher UTE
T2 DIR Prep
T2prep
90°x -90°x
UTE
Spin Lockingy crusher
T1 rho DIR Prep
UTE
TSL
Les séquences UTE ont été combinées à différentes méthodes de
préparation afin d’obtenir des techniques de mesures des T2 (UTE T2)
et de T1rho (UTE T1rho) qui prennent en compte les composantes à T2
ultra-courts du tissu méniscal. Ces séquences ont été comparées aux
séquences quantitatives conventionnellesMateriel et Méthodes
Paramètres des séquences IRM
Slice
Seq TR TE TI NEX Matrix Thickn Gap FOV Zoom ETL F/S Flip B/W Time
ess
512X51
PD FS 2500 34 N/A 2 3 0 12 Zoom 7 CL 90 63 6:15
2
UTE 512X51
500 .012 / 5 N/A 2 3 0 12 Zoom N/A FS 45 63 8:33
FS 1
UTE 512X51
500 .012 / 5 N/A 2 3 0 12 Zoom N/A No 45 63 8:33
NFS 1
8, 16,
T2 SE 24, 32, 320X25
2000 N/A 2 3 0 12 Zoom N/A No 90 42 17:00
MAP 40, 48, 6
56, 64
PREP
TIME;
UTE T2 512X45
500 0,012 N/A 2 3 N/A 12 Zoom N/A FS 45 63 7:37 0.6, 3.8,
PREP 5 16, 32,
50
PREP
UTE TIME;
512X45 0.04, 3.8,
T1p 500 0,012 N/A 2 3 N/A 12 Zoom N/A FS 45 63 7:37
16, 32,
5
PREP 50
TSL: 0,
1024X6 10, 20,
2D T1p 1500 5,7 N/A 2 3 0 12 Zoom N/A FS 90 125 20:21
40, 60,
4
80Materiel et Méthodes
• Sections de 3 mm d’épaisseur dans le même plan sagittal qu’à
l’imagerie
• Corrélation entre les modifications macroscopiques sur les
coupes anatomiques, les séquences IRM cliniques (T1, PD fat
sat) et séquences UTE.Resultats
Valeurs de T2
25
Normal Dégénératif
20
15 T2 SE 10.13 16.2 pResultats
Valeurs de T2
25
Normal Dégénératif
20
15 T2 SE 10.13 16.2 pResultats
Valeurs de T2
25
Normal Dégénératif
20
15 T2 SE 10.13 16.2 pResultats
Valeurs de T2
25
Normal Dégénératif
20
15 T2 SE 10.13 16.2 pResultats
Valeurs de T1rho
40
35 Normal Dégénératif
30
25 2D T1
18 24.7 pResultats
Valeurs de T1rho
40
35 Normal Dégénératif
30
25 2D T1
18 24.7 pResultats
Valeurs de T1rho
40
35 Normal Dégénératif
30
25 2D T1
18 24.7 pResultats
Valeurs de T1rho
40
35 Normal Dégénératif
30
25 2D T1
18 24.7 pResultats: résumé
• Les techniques UTE permettent une évaluation du T2 et
du T1rho en prenant en compte les composants à T2
courts du ménisque.
• Les techniques de mesure du T2 ont permis une
différenciation entre ménisque dégénératif et ménisque
normal.
• Seules les techniques conventionnelles de mesure de
T1rho ont permis une différenciation entre ménisque
dégénératif et ménisque normal. Les techniques de
mesure du T1rho prenant en compte les composants à T2
courts n’ont pas permis cette différentiation.
• Les facteurs permettant d’expliquer les valeurs de T1rho
ne sont pas bien compris et d’autres études sont
nécessaires pour les expliquer.Conclusion
• La réalisation des séquences UTE est possible pour
l’analyse morphologique et quantitative des
ménisques.
• Les séquences UTE ont un intérêt pour l’analyse
biochimique non invasive des tissus à T2 courts tels
que les ménisques.
• Les étapes ultérieures de cette étude vont
comprendre une corrélation des techniques de
quantification UTE avec des données biochimiques
(méthodes de digestion enzymatiques) et
biomécaniques, notamment pour expliquer les
valeurs de T1rho.Vous pouvez aussi lire
