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IRM ET HYPOXIE TUMORALE
Alain THILLE
Jean-François MONVILLE
Service d’Imagerie Médicale
CHU de Liège
Hypoxie tumorale

↑ significative morbidité et mortalité

Facteur de résistance à la RXθ

Actuellement: mesures intratumorales par sonde d’Eppendorf
→ Grande variabilité des mesures (peu fiable) et possible uniquement sur
lésions accessibles ( comme le cancer du col utérin)

=>Interet des techniques non invasives pour mesurer le degré d’hypoxie des
lésions tumorales
EN 2009:PAS ENCORE DE TECHNIQUE D’IMAGERIE EN ROUTINE
POUR DETERMINER L’HYPOXIE TUMORALE
IRM DYNAMIQUE

DCE-MRI: Dynamic Contrast Enhanced Magnetic Resonance Imaging

Injection en bolus d’un chélate de Gadolinium de bas poids
moléculaire (traceur)
Répétition d’une même séquence d’acquisition (T1) pendant
plusieurs minutes
Étude du rehaussement dans le temps d’une image cible


Fibroadénome
COURBE TYPE 1
CARCINOME CANALAIRE INVASIF
T2
T2
T1 + GADO
Courbe type 2
Courbe type 3
ACR 6
Carcinome endométrioïde ovarien droit
courbe prédécalée par rapport au myomètre
Double évolution technique récente

Amélioration des systèmes d’acquisition (IRM)

Amélioration des logiciels d’analyse et de reconstruction
Développement DCE-MRI

Acquisitions de séquences très courtes (1à 5 sec) sans
dégradation majeure de la résolution spatiale
→ Recueil du signal au niveau de la lésion cible ( tumeur)
ET au niveau de la lumière d’un gros vaisseau artériel (aorte
ou art. fémorale) qui constitue la zone d’étalonnage
→ Obtention de 2 courbes de données brutes
→Logiciel d’analyse
→Extraction de paramètres microcirculatoires de la tumeur
Microcirculation tumorale
La microcirculation tumorale peut être définie
par plusieurs paramètres fondamentaux :
La perfusion tissulaire (F) : correspond au débit de sang dans la lumière des micro-vaisseaux.
Responsable du rehaussement capillaire, elle est exprimée en ml/min pour 100 gr de tissu
(ml .min -1 .100 gr -1).
La perméabilité capillaire (K Trans) : correspond à la fuite du traceur à travers la paroi
capillaire vers le compartiment interstitiel.
Elle est exprimée en quantité par minute (min -1).
La fraction volumique sanguine (Vp) : correspond au volume de sang présent dans un voxel
rapporté au volume du voxel.
Elle est exprimée en pourcentage (%).
Alors que dans un vaisseau elle est de 100%, dans les tissus elle varie entre 1 et 5%.
Il faut toutefois tenir compte de l’hématocrite pour connaître le volume sanguin total
car les chélates de Gadolinium ne pénètrent pas à l’intérieur des cellules sanguines.
La fraction volumique interstitielle (Ve) : représente le volume extra-vasculaire et extracellulaire par rapport au volume du voxel.
Elle est exprimée en pourcentage (%).
Le temps de transit moyen: exprimé en secondes
Modèle bi-compartimental de Toft
Ct (t )  D K
2
trans
 a [exp( k
i 1
i
ep
t )  exp( mi t )] /[ mi  k ep ]
test JFM.avi
DCE-MRI CANCER DU PANCREAS
Mesure artérielle
Mesure tumorale
A partir des courbes de cinétique vasculaire et tumorale ,
il est possible de déterminer la cinétique capillaire et interstitielle
APPLICATIONS

Monitoring d’une réponse tumorale à la chimiothérapie.
Ex: les taxanes qui ont un effet antivasculaire supérieur à leur
effet antimitotique
( Morgan B, Thomas AL, Drevs J & al. Dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging as a
biomarker for the pharmacological response of PTK787/ZK222584, an inhibitor of the vascular endothelial
growth factor receptor tyrosine kinases, in patients with advanced colorectal cancer and liver metastases :
results from two phase I studies. J Clin Oncol 2003; 21:3955-64)
APPLICATIONS

Sélection des tumeurs qui répondront le mieux aux traitements antiangiogéniques
( étude avant et 24heures après la première séance de traitement)
Fournier LS, Novikov VY, Lucidi V & al. MRI Monitoring for COX 2 inhibition of angiogenesis in a breast cancer model.
Radiology accepted under revision.

Corrélation entre le grade histologique de certaines tumeurs et les caractéristiques
intrinsèques de leur microcirculation (Glioblastomes).
Roberts HC, Roberts TP, Brasch RC, Dillon WP. Quantitative measurement of microvascular permeability in human brain
tumors achieved using dynamic contrast-enhanced MR imaging : correlation with histologic grade. AJNR 2000; 21; 891-9.





Étude chez l’animal
Implantation intramusculaire et sous-cutanée de 2 types humains de cancer
du col: CK-160 ,G1, bien ≠cié et TS-415,G3,peu ≠cié .
La concentration en O2 tumoral est proportionnelle à la valeur du Ktrans
(plutôt qu’à la consommation intrinsèque en O2)
Relation directe entre un Ktrans faible et une hypoxie élevée
Pas de différence significative entre le Ve de chacun des 4 groupes
Assessment of hypoxia in human cervical carcinoma xenografts by Dynamic Contrast-Enhanced MRI
Ellingsen C et al. Int J Radiat Oncol Biol Phys. (2009)
Autres techniques
IRM de diffusion : PRINCIPES de BASE
Séquence T2 « classique »
Séq. pondérée en diffusion
Déphasage
B 0°
B 180°
Déphasage
=
Rephasage
des H+
Déphasage
 Chute de
signal
Quand B augmente, tous les protons mobiles
voient leur signal annulé
Seul les protons « piégés » dans un espace
extracellulaire restreint apparaissent en
hypersignal.
Wittaker & al. Radiographics 2009; 29:759-778
La pente de la courbe décroissance du signal
d’un tissus selon B est son coefficient apparent
de diffusion ou ADC, inversément proportionnel à
la cellularité tissulaire
ADC et microcirculation
La variation de signal selon B n’est pas
mono exponentielle comme attendu
(courbe verte).
Sala & al. European Radiology august 2009
Aux faibles valeurs de B, le signal décroît
plus vite que prévu, l’ADC est plus élevé,
il traduit un signal de diffusion lié à la
microcirculation, qui est modélisée
comme un ensemble de mouvements
intravoxels incohérents (IVIM).
Luciani, Radiology 2008
Le Bihan, Radiology, 1988
SPECTROSCOPIE par IRM
Étude du spectre généré par la mise en résonance de métabolites incorporant un
noyau capable d’être stimulé , en pratique l’hydrogène ou le phosphore
Métabolites du spectre 1H
Lactate
Alanine
Glutamate/Glutamine
Taurine
Myo-inositol
Scyllo-inositol
Métabolites du spectre 31P
Phosphate inorganique
Phosphocreatine
Phosphomonoesters
Phosphodiesters
Diphosphodiesters
Nucleotide phosphates
Créatine/Phosphocréatine
Choline et composés
Phosphocholine
Glycérophosphocholine
Ethanolamine et composés
Phosphoéthanolamine
Glycérophosphoéthanolamine
Citrate
Polyamines (spermine)
Glucose
Uridine diphosphate
Etude du micro-environnement métabolique,
recherche de signes indirects d’hypoxie
(lactates) , de mort cellulaire (lipides), de
catabolisme (rapport ATP/ADP)
BOLD IRM
La désoxy Hb est paramagnétique, les modifications de sa concentration
locale, dépendant du degré d’hypoxie tumorale, modifient le signal IRM. Ces
modifications, étudiées en temps réel, et corrélées à des modifications
volontaires de la FiO², peuvent discriminer les lésions hypoxiques
Naik & al. Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 16 (2008)
Zhao & al. Magnetic Resonance in Medicine 62:357–364 (2009)
CONCLUSIONS

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Les nouvelles techniques d’IRM fournissent des données
fonctionnelles qui commencent à faire partie de nos examens
de routine , y compris en gynécologie.
L’IRM dynamique semble être très prometteuse en oncologie,
notamment pour les informations qu’elle nous fournira sur
l’étude de l’hypoxie tumorale, en particulier dans le cancer du
col utérin.
Les premiers résultats doivent être validés et appliqués en
exploration clinique , avec quantification des valeurs critiques.
Extraction des paramètres de la microcirculation tumorale