composante microperfusive de la diffusion dans la...

Composante microperfusive de la diffusion dans la cirrhose hépatique

Estimation par Intra-Voxel-Incoherent-Imaging (IVIM)–Diffusion-Weighted-Imaging-(DWI)

M. Cavet-Blanchard1, A. Rahmouni1, A. Vignaud2, B. Zegai1

P. Cunin3, M. Djabbari1, A. Mallat4, A. Laurent5, A. Luciani1,6

Imagerie Médicale1, Unité de Recherche Clinique3, Hépatologie4, Chirurgie Viscérale5, CHU Henri Mondor

Siemens Medical France2

INSERM U841, Equipe 176

Fibrose hépatique

Réponse aspécifique du foie léséActivation des cellules stellairesPhénomènes inflammatoires locaux

Dépôt de matrice extra cellulaireFibres de collagène

Désorganisation du parenchymeFibrose périportaleFibrose en pontIndividualise des ilôts régénératifs

Richter et al, Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2000

Fibrose et cirrhoseAu stade ultime (cirrhose) la fibrose se caractérise par une augmentation des résistances des flux dans les sinusoïdes

Cette augmentation de la résistance des flux dans les sinusoïdes s’accompagne :

D’une réduction du débit portalD’une augmentation du débit artériel

Cliniquement, la cirrhose associehypertension portale par augmentation des résistances insuffisance hépatocellulaire

Moreno et al, 1960 : Richter et al, Am J Gastrointest Liver Physiol 2000

PORTE

PORTE

A

A Foie sain

Foie de cirrhose

Fibrose hépatique : diagnosticDiagnostic de référence :

Ponction Biopsie Hépatique (PBH)

L’importance de la fibrose s’évalue sur des scores anatomopathologiques

La PBH est invasiveDouleur 10%Décès 0,01 %

Important biais d’échantillonnage illustrédans l’exemple ci-contre

4 biopsies à 10mm d’intervalle donneraient 4 scores différents allant de F1 à F4

Gilmore et al, Gut 1995 ; Ratziu et al, Gastroenterology 2005 ; Regey et al, Am J Gastroenterol 2002

Diagnostic : dysmorphie hépatique

Performance des signes indirects en imagerie conventionnelle

Diagnostic : HTP

Performance des signes indirects en imagerie conventionnelle

Evaluation de la fibrose : avantages de l’IRM

L’IRM a été rapportée comme capable de réaliser un diagnostic non invasif de la fibrose (signes indirects)

Surveillance de la maladieIndication de traitement

L’IRM permet l’évaluation de l’ensemble du foie

L’IRM est indiquée dans la surveillance des hépatopathies chroniques

Talwalkar et al, Hepatology. 2008

Schuppan, Lancet 2007 ; Rockey et al, Hepatology 2006

Imagerie de diffusion

Principes Mouvements Browniens de l’eauDéplacement désordonné - microscopique

Robert Brown 1827

Principes

Imagerie de Diffusion - IRMPremières séquences 1968

Décroissance monoexponentielle du signalB = exp(-b . D) b le facteur de pondération en diffusionD le coefficient de diffusion d’un tissu donné

Stejskal et al. The Journal of Chemical Physics 1968

Principes : IRM de diffusion dans le foie

Hétérogénéité des études :Résultats : valeurs d’ADC mesuré et desMéthode : type de séquences, notamment valeurs de b

De façon constante :

ADC significativement plus faibles dans les foies de fibrose que dans les foies sains

Augmentation de la trame collagéniqueRestriction des mouvements de diffusion

Taouli et al. Radiology 2003; Koinuma et al. JMRI 2005;Taouli et al. AJR 2007

Principes

Principes

4 pas de b (0, 200, 400, 800 s/mm2)Pour un seuil ADC < 1,21.10-3 mm2/sDiscrimine F3-F4 vs F0-F2Se 87%, Spe 87%, VPP 72%, VPN 94%

Lewin et al. Hepatology 2007;

Foie sain Foie F4

Théorie IVIM

Imagerie de diffusion in vivo : une double composante

Composante perfusive

Diffusion moléculaire

On constate une décroissance biexponentielle du signal…

Le Bihan et al. Radiology 1988

Théorie IVIM

D : coefficient de diffusion « moléculaire » ou brownienneD* : pseudo coefficient de diffusion reflétant la composante « microperfusive »ƒ: fraction des protons en mouvement, fraction « perfusive »

S b( )S 0( )

= (1− f )exp −bD( )+ f exp −b(D + D*)( )

L’atténuation de l’écho due à la microperfusion est plus importante et plus rapide que celle de la diffusion pure, ainsi sa part dans l’ADC est d’autant plus importante que le b est faible

Le Bihan et al. Radiology 1988

Imagerie de diffusion et mouvements microcirculatoires hépatiques

Microperfusion Diffusion moléculaire

Points clés

Double composante physiopathologique de la maladie cirrhotique :fibrose et réduction des flux

Contraintes spécifiques : investigation d’un organe mobile

Différence significative des ADC mesurés dans les foies sains et les foies de cirrhose

Sensibilité d’une séquence pondérée

en diffusion IVIM aux variations microperfusives

Principes

Applications IVIM au foieAvec b = 30, 300, 900, 1100 s/mm²

Limites de cette étude Acquisition en apnée sur un organe mobileTE longPeu de valeurs faibles de bPas de calcul de D*

Yamada et al. Radiology 1999

Baisse du rapport signal sur bruit

Objectifs

Développer une séquence IVIM-DWI adaptée au foie

Rapide : Imagerie parallèle validée (GRAPPA, Siemens)

Limitation des artefacts : asservissement respiratoireRuel, Rahmouni et al. AJR 2004

Ehman et al, Radiology 1989

• Echonavigateur

Nasu et al. Magn Res Med Sci 2006

• Validation en IRM de diffusion

Matériel et méthodes : validation sur fantôme

Fantômes d’alkanes à 22°C tridecane, pentadécane, hexadécane

Seize pas de b :0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 400, 600, 800 et 1000 s/mm2

Trois ROI par fantôme

Calcul de l’ADC moyen Décroissance monexponentielle attendue car pas de flux

Matériel et Méthodes : étude clinique pilote

Inclusion rétrospectiveGroupe Foie Sains (HLG)

n = 25Groupe Foie Cirrhose (CLG)

n = 12 (*)

• Absence d’ATCD d’hépatopathie chronique • et sérologie HCV /HBV -• et APRI < 0,5• et absence de signe dysmorphique en IRM (chute de signal T1IP/OP)• et absence d’argument pour lésion hépatocytaire maligne

• Cirrhose hépatique F4 METAVIR (n=7)• ou Fibroscan® > 14,5kPa (n=1)• ou APRI > 2 et signes de dysmorphie IRM ou de lésions hépatocytaire maligne (n=4)

(*) intoxication 0H = 58%; HCV chronique = 33%; NASH = 9%

Score fibrose selon Bedossa et al. Hepatology 1996

Score APIS selon Wai et al. Hepatology 2003

Matériel et Méthodes : séquence

Mise au point d’une séquence IVIM - PrincipesIRM Siemens Avanto®, 1.5TSuperQuantum� gradientsAntenne Réseau phasé – 8 canaux permettant acquisition parallèleChoix de séquence EPI GRAPPA 2Asservissement respiratoire par ceinture pneumatique

10 pas de b: 0,10,20,30,50,80,100,200,400,800 mm²/s

Echantillonnage de composante micro-perfusiveSéparation de la composante « lente »

Matériels et Méthodes : séquence

IRM hépatique combinée à IVIM-DWI

SequenceN°

Sequence TR/TE(ms)/α (°)

Nex Matrix FOV Thickness BP(Hz/pixel

GRAPPA ContrastInjection

1 GE InOut

PhaseT1WI

119/2.4-4.8/70 1 256x192 300x260 5 470 2 No

2 TSE T2WI

2410/82/150 2 320x160 300x270 5 260 2 No

3 IVIMDWI

1500/70/NA 3 138x138 300x250 5 1342 2 No

4 3D GEVibe

3.17/1.33/20 1 256x220 310x250 3 560 NA No

5 3D GEVibe

3.17/1.33/20 1 256x220 310x250 3 560 NA Yes

Matériels et Méthodes : traitementTrois ROI en dehors des vaisseaux

Modélisation de la chute de signal suivant théorie IVIM

Extraction des paramètres :

D : coefficient de diffusion « moléculaire » ou brownienne

D* : pseudo coefficient de diffusion reflétant la composante « microperfusive »

ƒ: fraction des protons en mouvement, fraction « perfusive »

Extraction :

Programmation sous MatLab

Fit linéaire pour estimation de D avec b>200s/mm2

Analyse statistique : t de Student

Pour comparaison et validation avec études antérieures, calcul du Dglobal sur 4 pas de b (b=0,200,400,800s/mm2)

S b( )S 0( )

= (1− f )exp −bD( )+ f exp −b(D + D*)( )

Matériel et méthodes

Images natives

ADC

Extraction d’images paramétriques

RésultatsExtraction de la composante bi exponentielle in vivo

Composante « rapide » microperfusive en rougeComposante « lente » moléculaire en bleu

0 200 40030

40

50

60

70

4000 ,vx r

0 200 4000

20

40

60

8029

008

sity

b (s/mm?)

b

0 200 40030

40

50

60

70

4000 ,vx r

0 200 4000

20

40

60

8029

008

sity

b (s/mm?)

b

Ln S

/S0

Ln S

/S0

b en (s/mm²) b (s/mm²)

RésultatsCohorte

D

Groupe Foies Sains Cirrhose pDglobal (x10-3mm2/s) 1,39± 0,2 1,23±0,4 <0,05D (x10-3mm2/s) 1,10± 0,7 1,19±0.5 NSD* (x10-3mm2/s) 79,1±18,1 59,4± 20.0, <0,05f [%] 25,0±5,3 30,0± 5,7 <0,05

0 200 4000

20

40

60

80851

e-021

)

)

)

al sity

b (s/mm?)

b

0 200 4000

20

40

60

80851

e-021

)

)

)

al sity

b (s/mm?)

b

0 200 4000

20

40

60

80851

e-021

)

)

)

al sity

b (s/mm?)

b

D*f

Discussion : Validation Séquence

Foies de cirrhose : baisse Dglobal = ADC

Conforme aux données de la littératureFoies sains : 1,39 x10-3mm2/sec Foies de cirrhose : 1,44 x10-3mm2/sec

Lewin et al. Hepatology 2007


Foie de cirrhose Foie sain

Discussion : Validation Séquence

D < DglobalConforme aux données de la littératureReflet de la perfusion Van Beers et al. AJR 2001

Pas de différence significative de DPas de variation significative de la diffusion « moléculaire »

Cirrhose => Baisse D*Variations de la perfusion


Conclusion

Faisabilité de la technique IVIM-DWI in vitro/in vivoTrès faibles valeurs de bTemps moyen d’acquisition 2 minutes 16

Baisse des ADC mesurés dans les foies de cirrhose Baisse prédominante de D* (microperfusion)Sans variation significative de D (diffusion moléculaire)

Hypothèse physiopathologiqueRéduction de la perfusion hépatique ?

Discussion : limites de l’étude PiloteFaible effectif dû aux stricts critères d’inclusion rétrospectifs

Design prospectif pour les prochains travaux

Distinction significative entre foies de cirrhose (F4) et foies sains (F0)Discriminer F0-F1 vsF2 F3 F4 en pratique clinique

Place de IVIM-DWI par rapport aux autres techniques non invasives ? Marqueurs sériques, Fibroscan®

Suivi longitudinal ? Étude animale ?

Corrélation in vivo D* / Paramètres de rehaussement dynamique – perfusion CT ou perfusion MR ?

Design prospectif : imagerie de perfusion ?

Luciani et al. Radiology 2008 Dec, in Press

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