Nouvelles séquences IRM à TE ultra-court pour...
Transcript of Nouvelles séquences IRM à TE ultra-court pour...
Nouvelles séquences IRM à TE ultra-court pour l’analyse
structurelle et quantitative de 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 Radiology2 – CHU de Tours, Imagerie médicale3 – 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 musculosquelettique1/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 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).
Imagerie morphologique Imagerie biochimique
Schéma de l’architecture cartilagineuse. Jaune: collagène, orange: GAG
Concepts récents en imagerie musculosquelettique2/Prise en compte des propriétés tissulaires: tissus à
T2 court: séquences à TE courts
• Les séquences d’IRM ont classiquement été • 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).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 musculosquelettique2/Prise en compte des propriétés tissulaires: tissus à
T2 court: séquences à TE courts
Couche calcifiée du cartilage articulaire sur
une séquence en densité de proton, apparaissant en
hyposignal
Coupe correspondante en séquences UTE (ultra short TE): la couche calcifée du
cartilage est en hypersignal
T1UTE
Concepts récents en imagerie musculosquelettique2/Prise en compte des propriétés tissulaires: tissus à
T2 court: séquences à TE courts
Tendon d’Achille
T1
T1 UTE
Os cortical
Concepts récents en imagerie musculosquelettique3/Ne pas limiter l’arthrose à une maladie du cartilage
Rôle du ménisque dans la pathologie dégénérative du genougenou
Lésion méniscale aiguë 6 mois après méniscectomie
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 2009
L’atteinte méniscale à l’IRM est un facteur prédictif important d’une perte cartilagineuse rapide (30 mois)
Structure méniscale• Fonction du ménisque: transmettre et distribuer les
forces entre le fémur et le tibia. 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
* *
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.
(cartilage hyalin, portion fibrocartilagineuse)
2 principales composantes de la MEC: Collagène et GAG
2%
8%
2%
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.
Les GAG sont distribuées de manière non uniforme au sein du ménisque.
Lamella Radiaires Circonférencielles
4 types d’orientation des fibres de collagène
Peterson W, Tillmann B, Collagenous fibril texture of the human knee joint menisci,Anat Embroyol 1998, 197: 317-324
Bullough PG, Menuera L, Murphy J, Weinstein A, The Strength of the Menisci of the knee as it relates to their fine structure, Journal of Bone and Joint Surgery, 52 B, 1970 564-570
Challenge:
•
Imagerie quantitative du ménisque
• 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
• Invisible = les composants à T2
Rend l’invisibleVisible
• Invisible = les composants à T2 court des tissues
• Couche calcifiée du cartilage articulaire
• Ménisques
• Périoste
Bases des séquences UTE
Transverse Magnetization Decay
Magnétisation totale
Composants à T2 longs
L’acquisition se fait à quelques microsec, alors que le signal des tissues à T2 court n’a pas encore disparu, par rapport à quelques millisec pour les séquences ocnventionnelles.
T2 longs
Composants à T2 courts
TempsMicrosec Millisec
Robson, et al., J Comput Assist Tomogr 2003; 27(6): 825-846
Half RF pulse
TE = 8 µs
Chronogramme d’une séquence UTE
RF
Gx
Gz
Half RF pulse
NEX = 2
Astuces permettant d’accélerer l’acquisition:
•Demi-pulse de RF•Echantillonnage de la rampe (ramp sampling)
Gx
Gy
sampling)•Acquisition radiale
Illustration: SE et EG / TE variable
SE, TE=45 SE, TE=30 SE, TE=15
EG, TE=12EG, TE=16 EG, TE=8
Le signal au sein des structures intraméniscales augmente à mesure que l’on diminue le TE
(en ms)
Les séquences UTE permettent
UTE / varying TE
UTE permettent de réduire le TE
davantage encore.
TE=6 TE=3TE=12
TE=0.4TE=1.2 TE=0.8 TE=0.012ms
UTE / varying TE
TE=12 ms TE=0.012ms
Il est ainsi possible de choisir le TE permettant d’obtenir le signal et le contraste optimum pour le tissu étudié.
TE=3TE=3
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.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 • 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, 2009Wheaton AJ, et al., J Magn Reson Imaging 2004Li XJ, et al., Osteoarthritis Cartilage 2007; 15:789-797
Objectif
• Montrer l’intérêt de nouvelles • 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:• 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 SE
Materiel et MéthodesParamètres des séquences IRM
90°x -90°x
Spin Lockingycrusher
UTET1 rho
90°x -90°x
crusherUTE T2
180°y
T2prep
UTEDIR Prep
DIR PrepUTE
TSL
DIR Prep
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 conventionnelles
Materiel et MéthodesParamètres des séquences IRM
Seq TR TE TI NEX MatrixSlice
Thickness
Gap FOV Zoom ETL F/S Flip B/W Time
PD FS 2500 34 N/A 2512X51
23 0 12 Zoom 7 CL 90 63 6:15
UTE FS
500 .012 / 5 N/A 2512X51
13 0 12 Zoom N/A FS 45 63 8:33
UTE NFS
500 .012 / 5 N/A 2512X51
13 0 12 Zoom N/A No 45 63 8:33
T2 SE MAP
2000
8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64
N/A 2320X25
63 0 12 Zoom N/A No 90 42 17:00
PREP TIME; UTE T2
PREP500 0,012 N/A 2
512X455
3 N/A 12 Zoom N/A FS 45 63 7:37TIME; 0.6, 3.8, 16, 32, 50
UTE T1p
PREP500 0,012 N/A 2
512X455
3 N/A 12 Zoom N/A FS 45 63 7:37
PREP TIME; 0.04, 3.8, 16, 32, 50
2D T1p 1500 5,7 N/A 21024X6
43 0 12 Zoom N/A FS 90 125 20:21
TSL: 0, 10, 20, 40, 60, 80
Materiel 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.
ResultatsValeurs de T2
Normal Dégénératif
T2 SE 10.13 16.2 p<0.05
UTE T2 6.2 10.3 p<0.05
p<0.05 p=0.060
5
10
15
20
25
T2 SEUTE T2
p<0.05 p=0.06
Test t de Student sur séries appariées
0
Normal Dégénératif
ResultatsValeurs de T2
Normal Dégénératif
T2 SE 10.13 16.2 p<0.05
UTE T2 6.2 10.3 p<0.05
p<0.05 p=0.060
5
10
15
20
25
T2 SEUTE T2
Pour les ménisques normaux, les valeurs de T2 obtenues avec les techniques UTE sont significativement plus faibles, ce qui s’explique par la prise en compte des composantes à T2 court avec ces techniques.
p<0.05 p=0.06
Test t de Student sur séries appariées
0
Normal Dégénératif
ResultatsValeurs de T2
Normal Dégénératif
T2 SE 10.13 16.2 p<0.05
UTE T2 6.2 10.3 p<0.05
p<0.05 p=0.060
5
10
15
20
25
T2 SEUTE T2
Pour les ménisques dégénératifs, les valeurs de T2 obtenues avec les techniques UTE et les techniques conventionnelles ne sont pas significativement différentes. Ceci peut s’expliquer par l’augmentation des composantes à T2 longs au sein de ces ménisques dégénératifs, qui domine sur l’effet des composantes à T2 courts.
p<0.05 p=0.06
Test t de Student sur séries appariées
0
Normal Dégénératif
ResultatsValeurs de T2
Normal Dégénératif
T2 SE 10.13 16.2 p<0.05
UTE T2 6.2 10.3 p<0.05
p<0.05 p=0.060
5
10
15
20
25
T2 SEUTE T2
Les valeurs de T2 obtenues avec les deux techniques sont significativement plus élevées pour les ménisques dégénératifs par rapport aux ménisques normaux. Ceci s’explique par l’augmentation des composantes à T2 longs dans la pathologie dégénérative.
p<0.05 p=0.06
Test t de Student sur séries appariées
0
Normal Dégénératif
ResultatsValeurs de T1rho
Normal Dégénératif
2D T1 rho
18 24.7 p<0.05
UTE T1 rho
16.3 17 p=0.14
p<0.05 p<0.050
5
10
15
20
25
30
35
40
2DT1rho
UTE T1rho
p<0.05 p<0.05
Test t de Student sur séries appariées
0
Normal Dégénératif
ResultatsValeurs de T1rho
Normal Dégénératif
2D T1 rho
18 24.7 p<0.05
UTE T1 rho
16.3 17 p=0.14
p<0.05 p<0.050
5
10
15
20
25
30
35
40
2DT1rho
UTE T1rho
Pour les ménisques normaux, les valeurs de T1rho obtenues avec les techniques UTE sont significativement plus faibles, ce qui s’explique par la prise en compte des composantes à T2 court avec ces techniques.
p<0.05 p<0.05
Test t de Student sur séries appariées
0
Normal Dégénératif
ResultatsValeurs de T1rho
Normal Dégénératif
2D T1 rho
18 24.7 p<0.05
UTE T1 rho
16.3 17 p=0.14
p<0.05 p<0.050
5
10
15
20
25
30
35
40
2DT1rho
UTE T1rho
Les valeurs de T1rho obtenues avec les techniques conventionnelles sont significativement plus élevées pour les ménisques dégénératifs. Ceci pourrait s’expliquer par la diminution des GAG dans la pathologie dégérative.
p<0.05 p<0.05
Test t de Student sur séries appariées
0
Normal Dégénératif
ResultatsValeurs de T1rho
Normal Dégénératif
2D T1 rho
18 24.7 p<0.05
UTE T1 rho
16.3 17 p=0.14
p<0.05 p<0.050
5
10
15
20
25
30
35
40
2DT1rho
UTE T1rho
Contrairement à ce qui était attendu, les valeurs de T1rho obtenues avec les techniques UTE ne sont pas significativement différentes entre les ménisques normaux et dégénératifs.
p<0.05 p<0.05
Test t de Student sur séries appariées
0
Normal Dégénératif
Resultats: résumé• Les techniques UTE permettent une évaluation du T2 et
du T1rho en prenant en compte les composants à T2 courts du ménisque.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 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 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 • 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.