Pr JM CONSTANS Neuroradiologie et IRM Pôle … · Etude de la microcirculation cérébrale ... Métabolites détectables in vivo et utilisés en clinique ! ... Présent au cours

JM Constans

Apport de l’IRM Fonctionnelle dans l’arrêt Cardiaque

Pr JM CONSTANS

Neuroradiologie et IRM Pôle Imagerie CHU d’Amiens

JM Constans 16 Jnées de réanimation de picardie

PLAN §  I Intérêts théoriques des différentes

techniques d’IRM fonctionnelle §  II Etudes préliminaires et Exemples

d’applications en SRM §  III Difficultés, quelques perspectives et

discussion


PLAN § I Intérêts des différentes techniques

d’IRM fonctionnelle: ARM, perfusion, IRMf, Diffusion et surtout SRM


Applications améliorées sur un 3T

§  ARM


Techniques de 1er passage ou à l’équilibre (exploitation de ΔR2* ou ΔR1)

MACRO (cm IRM de

Perfusion

IRM

dynamique Techniques de 1er passage

+ plateau (exploitation de ΔR1)

Index de

Taille

des Vaisseaux Technique à l’équilibre (exploitation de ΔR2* et ΔR2)


"! Hyperperfusion: néoangiogénèse ?

Signal

ligne de base premier passage

recirculation

Gadolinium bolus IV

à l’arrivée du bolus dans capillaires cérébraux différence de susceptibilité magnétique entre lit capillaire et parenchyme adjacent

gradients de champs magnétiques locaux

déphasage des spins

atténuation du signal

Etude de la microcirculation cérébrale

Acquisition très rapide de coupes après injection IV de Gado


Temps

Tps

Signal

TTM!

TTM : Temps de transit moyen

VSCr!

VSC r : Volume sanguin relatif (aire sous la courbe)

DSCr!DSC r : Débit sanguin relatif (VSC/ TTM)

JM Constans

carte (droite) de ratio de VSC relatif (gauche) proportionnel à l aire sous la courbe pour évaluer la vascularisation après injection

intraveneuse de gadolinium et montrant une hyperperfusion (en rouge) et une hypoperfusion

(en bleu).


Exemple de l’intérêt de la perfusion



Perfusion

JM Constans 27/03/2013 16 Jnées de réanimation

de picardie 16 Jnées de réanimation de picardie

Evaluations futures de méthodes de perfusion

Perfusion

•! Marquage de spin ou Spin labelling - Premier passage •! Relaxométrie dynamique •! Index de taille de vaisseaux

Modélisation •! Evaluation variabilité – réserve

VC, VD (Diamox, CO2)



§  IRMf




Applications améliorées en étudiant le langage, l’ IRMf de repos et les délais


Tenseurs de diffusion


Cartes d’anisotropie fractionnelle



§  Amélioration de l’étude des schémas d’ organisation cérébrale: Fraction d’ anisotropie, tenseurs de diffusion et tractographie


IRM à 3.0T : Intérêts Théoriques: Déplacement Chimique

! Déplacement chimique (CS) : CS = ". B0 (1-#) # = constante d écran liée aux électrons périphériques

!! Gamme de déplacement chimique : $!CS = ". B0 (#1 - #2)

Déplacement chimique en Hz proportionnel à B0

Chemical shift (Hz)

1.5T

3.0T

0.0 200.0 400.0

0.0 200.0

JMC02-09


SPECTROSCOPIE 1 H


§  L’aire sous le pic correspond au nombre de protons participant à la formation du signal et exprime donc la concentration du métabolite.


1- SRM simple volume 1H

! Technique d’exploration du métabolisme cérébral réalisée au cours d’un examen d’IRM conventionnel

!! L’ IRM (anatomique) et la SRM (métabolique) sont complémentaires

!! Visualiser les différents métabolites, ainsi que leur concentration

IRM Spectroscopie par Résonance Magnétique


Introduction

§  Echelle de taille du volume de mesure (de 1 cm3 à 27 cm3)

§  Echelle de concentrations de 0.5 mM à 100 mM

§  Influence du TE sur le nombre de résonances


Qualité de la localisation


Qualité de l’acquisition §  Exemples de sensibilité particulière à certains

paramètres et problèmes instrumentaux: qualité de localisation, bandes de saturation et homogénéité. Ceci est encore plus vrai pour des gros volumes et le CSI.

§  0 bande de saturation 4 ou 6 bandes de saturation §  Réglage automatique de l’homogénéité Réglage automatique +

manuel selon Y de l’homogénéité • 


Amélioration du Rapport signal/bruit presque doublé.

Probe-P Single Voxel Spectroscopy

1.5T 3.0T

8cc Voxel

0209

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Intérêts Théoriques: Amélioration de la résolution spatiale (compense l’augmentation de

LW due au T2*)

1.5T 3.0T8cc Voxel 4cc Voxel

Probe-P Single Voxel Spectroscopy

Maintains comparable SNR to 1.5T even when reducing voxel size.


Métabolites détectables in vivo et utilisés en clinique

§  N-ACETYL-ASPARTATE

2.02 ppm

Pic dominant du spectre à l’état normal (5 à 15 mmol/Kg)

Marqueur de la densité et du fonctionnement neuronal

La partie gauche de son pic est « polluée » par le complexe glutamate/glutamine à

TE court, donc sa quantification est plus facile à 136 msec


Métabolites détectables in vivo et utilisés en clinique

§  LACTATE §  1.33 ppm §  Absent ou en concentration très faible à l’état normal (1

mmol/Kg) §  Présent au cours des phénomènes de glycolyse

(métabolisme anaérobie) §  Son pic varie en fonction du couplage de spin : - aspect en doublet (1.27 et 1.39 ppm) - positif à 30 ms, 272 msec ; négatif à 136 msec


Résultats : segmentation IRM

Segmentation manuelle Etapes principales de segmentation

Segmentation, Classification et Fusion d’un oligodendrogliome


DIFFICULTES

§  Allongement des T1 et diminution du contraste T1 §  Et du contraste entre SB et SG §  Artefacts de phase et dus aux vaisseaux dans la Fosse

Postérieure §  Comment optimiser ces T1 §  Racourcissement des T2 et T2* et Artefacts T2 et FLAIR §  Pertes du au système §  Effets de pénétration RF et Monitoring de la SAR §  Diminuer l’exposition professionnelle aux champs

électromagnétiques (Dir Européenne) §  Eviter les mouvements rapides qui peuvent entrainer des

courants induits et des vertiges


Fig 3. Multivoxel spectra acquired 1 hour apart at 1.5T and 3T from the same region in the brain of a patient with MELAS, by using standard PRESS localization with

TE 144 ms and TE 288 ms.

An inverted lactate doublet is clearly visible at 1.5T, but not at 3T (arrows). Upright lactate peaks at TE 288 are seen equally well at both field strengths (arrows).


Spectre, ligne de base et modélisation OK 0209

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PLAN §  I Intérêts théoriques des différentes

techniques d’IRM fonctionnelle §  II Etudes préliminaires et Exemples

d’applications en SRM §  III Difficultés, quelques perspectives et

discussion


Etude rétrospective et prospective préliminaires

§  ACR et SRM : items à rechercher §  LE PATIENT (sur une quinzaine de patients à Caen avec Dr Daubin et Ellert) §  NOM et PRENOM §  Age au moment de l’arrêt et date de naissance §  ATCD notables: neuro, cardiaques, rénaux, autres §  §  L’ARRET CARDIAQUE §  Date de l’arrêt cardiaque §  Cause : cardiaque, respiratoire, traumatique, inconnue, autre ? §  Durée no-flow §  Durée low-flow §  Type d’arrêt cardiaque : asystolie, FV, dissociation électromécanique ? §  Choquable ou non ? §  Intra- ou extrahospitalier ? §  Quantité d’adrénaline injectée


Etudes préliminaires

§  LA REANIMATION •  Drogues utilisées pour la sédation •  Nutrition : produits utilisés •  Lactatémie initiale •  Lactatémie maximale •  Hypothermie thérapeutique ? EPO ?

§  LES CRITERES PRONOSTIQUES NEGATIFS


Etudes préliminaires: LES CRITERES PRONOSTIQUES NEGATIFS

•  Entre J1 et J3 : NSE > 33 µg ? •  A J3 : absence de réflexe cornéen ou

pupillaire ? •  A J3 : score moteur de Glasgow ≤2 ?( pas de

réponse ou en extension à la douleur) •  Présence de myoclonies ? •  EEG au cours de la première semaine : dans

les 24 1ères H, plat, burst suppression ? •  PES au cours de la 1ère semaine : absence

d’onde N 20 ?


Etudes préliminaires: LA SRM

§  Date de la SRM et Délai avec l’ACR §  La région explorée : Tronc cérébral, NLG, POG, HCG,

CPM, Rolando G et dans chaque région: •  quantité de lactate ? •  NAA/créatine •  Lactatémie la plus récente •  Sédation en cours •  Nutrition en cours •  Quantité totale d’adrénaline injectée •  Amines en cours et vitesse •  Bicarbonates sur le prélèvement le plus récent •  pH sanguin •  Glycémie •  Glutaminémie et Hyperammoniémie éventuelle



§  RESULTAT DES AUTRES IMAGERIES CEREBRALES REALISEES:

•  CT scan •  PET scan •  IRM standard •  Perfusion et DTI



§  OUTCOME:

•  GOS/CPC/ MMS et/ ou ADL •  A la sortie de réanimation •  A 3 mois •  A 6 mois •  A 1 an



§  LIMITATION DES THERAPEUTIQUES ACTIVES: •  Oui/non •  La SRM a-t-elle été utile dans la décision

d’arrêter ou de poursuivre les soins ? •  Délai entre la SRM et la LTA Analyses statistiques en cours (MANOVA et

multidimensionelles)


Quelques exemples: Perfusion


Arrêt Cardiaque: Quelques exemples


Quelques exemples

§  Cas Mr L: §  Origine non cardiaque _ rythme non

chocable _ temoin oui _ No Flow: 10 mn et LF (data manquante) _ pas de NSE _ hypothermie oui _pas de reflexes pupille ni cornéen _ glascow moteur 1 _ EEG malin _PE non fait _ CPC 5 moment SRM _ durée réa 7 j - dcd




§  Cas Mr J: Non cardiaque §  période No flow de 5 minutes, de low flow de 35

minutesUne période de no flow de 5 minutes, une période de low flow de 35 minutes

§  Pas de rythme chocable pas d’hypothermie thérapeutique §  Pas de réflexe cornéen ni du pupillaire §  Glasgow moteur à 1(pas de réponse à une stimulation

nosiceptive) §  Pas de myoclonie - EEG de grade sévère : iso-électrique et

plat et par moment des burst supplémentaires correspondant à un état de mal anoxique

§  Niveau de sédation minimale §  Onde N20 négative §  NSE 704 (supérieure à 33) §  Lactate supérieure à 10 mM/l §  CPC 5 lors SRM §  Patient décédé – durée réa 4j


Quelques exemples


Quelques exemples


Quelques exemples

§  Mme M: Origine cardiaque _ temoins+ _ rythme chocable _ NF 5 et LF 40 _ pas de NSE _ pas d’hypothermie_ reflexes pupille et cornéen présents_ myoclonies oui _ EEG malin _ pas de N20 _ SRM faite à j9_ durée de sejour réa 79j _ CPC 4 jour de SRM, 4 à 1 mois et 5 à 3 mois et 6 mois



Quelques exemples §  Mr T: Arrêt non cardiaque CPC 3 §  Devant témoin - Pas de no flow - Low flow uniquement de 7

minutes - pas d’hypothermie réflexe cornéen et pupillaire positif

§  Myoclonie anoxique §  EEG de grade intermédiaire (dans la classification de

Simec ; les trois tracés EEG les plus péjoratifs ont été choisis)

§  Onde N20 positive §  NSE 40 §  Lactate 7,8 mM/l §  Durée de réanimation 39 jours – SRM à J32 §  CPC 2 à 3mois – CPC 1 à 1 an


Quelques exemples: Arret cardiaque pédiatrique


Lésions diffuses


Quelques exemples


Quelques exemples


Quelques exemples


Quelques exemples


Quelques exemples



Quelques exemples


Quelques exemples


Quelques exemples


Quelques exemples




Quelques exemples


HyperGln


Cartographies paramétriques

ve Grade III

Grade IV

ktrans

échelle



Arterial Spin Labeling (ASL)‏

§  Méthode non invasive, répétable §  Résolution spatiale, couverture encore faible et quantification en développement et évaluation à comparer

au premier passage §  Préférence pour ASL pulsé :

•  ASL continu optimisé à 3T : S/B +33% / PASL (Wang Radiology 2005) (Impulsions courtes, marquage modulable et diminution du SAR)

•  Possibilité d’utiliser l’antenne multicanaux –  Pas de changement d’antenne pendant examen – Utilisation de l’imagerie parallèle : diminution des distorsions

§  Essayer de prouver l’intérêt en recherche clinique à 3T •  Dans des AVC sylviens ou ischémie globale avec bas débit •  Espoirs dans d’autres pathologies notamment tumorales



73

Agents de contraste à base d’oxyde de fer : (Suivi de la croissance tumorale)

Oxyde de fer. ½ vie plasmatique (4.5heures chez le rat) Méthode à l’ équilibre

cartesT2 avant ↔ après : ΔR2

cartes T2* avant ↔ après : ΔR2*

Boxerman J et al., 1995; Tropres I et al., 2004

Volume Sanguin (BV; %) ΔR2*

Index de taille des Vaisseaux (VSI; µm)

Dennie J., 1995; Tropres I et al., 2001; 2004

ΔR2* ΔR2


PLAN § I Intérêts théoriques des différentes

techniques d’IRM fonctionnelle § II Exemple d’applications

préliminaires en SRM § III Difficultés et perspectives


Intérêt du 13C

150 160 170 180 190 200 PPM

Pyruvate C1

Pyruvate C1 (hydrate)

Lactate C1

Alanine C1

Bicarbonate

H 2 N C 1 3 C

O

O H

H

C H 3

H 3 C C

O

1 3 C

O

O H

H 3 C C

O H

1 3 C

O

O H

H

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Spectroscopie 31P

ATP

Pi

PC R

Images courtesy of Beth Is rael Deaconess Hospital

Spectroscopie P31

MuscleC erveau

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Imagerie 23Na dans l’ AVC Imagerie 23Na dans l’AVC *

AVC non évolutif: C ourtesy of K eith Thulborn, UIC

a. b. c. d. e.

31hrs

77hrs

97hrs

T2 T2 DWI ADC TS C

L a concentration tis s ulaire en s odium cons titue une horlog emétabolique pour la viabilité tis s ulaire

– C TS < 45 mM… normal

– C TS < 55 mM… révers ible

– C TS > 68 mM… irrévers ible

WIP. Limited to investigation use only.

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Traceurs TEP

§  11C Methionine §  18 F MISO §  18 FLT §  FDG


DEL. M. # MET 483 – 1 Dec. 99 [TEP 5]


Morphologie conventionelle T1w T2w

Carte de Perfusion

Hypoxie

Etude d’hypoxie, nécrose et lactate chez l’homme

Diffusion

18F-FMISO

Glycolyse et lactate VS Nécrose et

lipides


Conclusion : § Avantages:S/B,Flexibilité,Résolution

spectrale et spatiale,autres noyaux § Glu, Scyllo et taurine, GABA §  Imagerie spectroscopique avec temps

moindre ou augmentation de la résolution spatiale

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Conclusion : §  Les apports de l’ IRM fonctionelle pourront être

amélioriées par certaines optimisations, l’apprentissage sémiologique et l’ étude des relations entre paramètres d’imagerie, d’électrophysiologie, de biologie et clinique qui pourraient étendre l’application de l’ IRM Multimodale et de techniques avancées telles que l’ARM, l’IRMf, la perfusion, la diffusion et la SRM en recherche clinique et en diagnostique pour les arrêts cardiaques.

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