IRM DE FLUX EN CONTRASTE DE PHASE

IRM DE FLUX EN CONTRASTE DE PHASE
Application au LCS
G. GASCOU, E. LE BARS, Dr H. BRUNEL, Pr A. BONAFE
Service de Neuroradiologie
CHU Guy de Chauliac MONTPELLIER
Intérêts
Analyse qualitative et quantitative des
caractéristiques hydrodynamiques du LCS
Intérêts:
Diagnostique
Indication thérapeutique (dérivation)
Evaluation efficacité thérapeutique
Complémentaire de l’étude morphologique afin
d’analyser les anomalies de l’écoulement du LCS:
Hydrocéphalies sur obstacle ou à pression normale
Malformations d’Arnold Chiari, syringomyélie
Evaluation de l’efficacité d’une ventriculocisternostomie
Mouvement physiologique du LCS
Systole Artérielle
Vol. cérébral
Systole ventriculaire
(mouvement cranio-caudal)
Chasse du LCS des ESA*
cervicaux
Pression des ESA
Drainage des veines
corticales
Chasse LCS du V4
Chasse LCS des
ventricules
(*ESA: espaces sous arachnoïdiens)
SYSTOLE
CHASSE DU LIQUIDE CEREBRO SPINAL
Phase 1
Représentation schématique de la
dynamique cérébrale
La première phase est définie par une
arrivée rapide de sang dans le cerveau.
Le LCS des espaces sous arachnoïdiens
intra crâniens est chassé vers les
espaces élastiques du rachis (phase 2),
c’est la première réponse à
l’augmentation du volume vasculaire
cérébral. Les pics de pression se
déplacent ensuite sur le drainage
veineux, ainsi que sur le quatrième
ventricule au cours de la troisième
phase. La dernière phase de la chasse
correspond à une chasse du LCS
ventriculaire en amont de l’aqueduc.
Bien que le volume ventriculaire de LCS
soit important, la résistance à
l’écoulement élevée du petit diamètre de
l’aqueduc de Sylvius explique le retard et
la très faible participation du liquide
ventriculaire à la régulation du volume
cérébral. Au cours de la phase 5, un
équilibre s’établit entre l’apport et le
drainage vasculaire, ce qui annule le flux
du LCS. Les phases suivantes
schématisent le processus de
remplissage du LCS intracrânien qui se
produit de manière inverse.
D’apres O.Balédent Quantification de la dynamique
cérébrale du sang et du LCS par un traitement
informatique original d’image IRM de Flux 2001
Pic de flux systolique
des carotides internes (PFSCI)
Phase 2
Phase 3
Phase 4
5 % après PFSCI
11-20 % après PFSCI
20-21-25 % après PFSCI
Pic
de
Artèriel Flux
chasse
maximal
en C2-C3
NEUTRALITE
Pic jugulaire
Flux de
chasse
maximal
de l’aqueduc,
des Monro
et duV3
REMPLISSAGE DU LIQUIDE CEREBRO SPINAL
Pic
jugulaire
Flux de
chasse
maximal
du V4
Phase 5
Phase 6
Phase 7
Phase 8
30-40 % après PFSCI
70 % après PFSCI
77-84 %
88-93 % après PFSCI
Flux de
Remplissa
ge
maximal
en C2-C3
LCS des espaces sous
arachnoidiens
intra
crânien
Débit
minimum
en artériel
et veineux
Flux de
Remplissage
maximal
en V4
LCS du système
ventriculaire
aprés PFSCI
Débit
minimum
veineux
Flux de
Remplissage
maximal
dans l’aqueduc et
les ventricules latéraux
LCS des espaces sous
arachnoidiens rachidiens.
Technique
IRM Philips 1.5 T
Séquence anatomique
Sagittal T2 ou 3D T2 centrée sur le plan sagittal médian
Ciné LCR
Séquence 2D ciné en contraste de phase
Synchronisé avec l’activité cardiaque (capteur périphérique)
Deux plans de coupe:
1) Sagittal médian: étude qualitative
2) Axial: étude quantitative
1) Plan sagittal médian
Mono coupe acquise 15 fois au cours du cycle cardiaque
5 mm d’épaisseur
Séquence d’Echo de gradient pondérée T1 associée à des gradients
bipolaires opposés sensible au flux.
TE=15ms TR=30ms, angle de bascule= 30°
V enc: 5 cm/s
Analyse visuelle
Permet de visualiser une zone d’interruption du flux
Sagittal T2
Analyse qualitative
Aqueduc Sylvius
V4
Citerne prépontique
Espaces cervicaux
Cine LCR
Analyse qualitative
Aqueduc de Sylvius
Séquence Ciné LCR
Espaces cervicaux post
Mouvement pulsé, rythmé par le cycle cardiaque
Hypersignal= mouvement cranio-caudal: Systole ventriculaire
Hyposignal= mouvement caudo-cranial: Diastole ventriculaire
Signal neutre= Tissus statiques (bruit)
2) Plan Axial
Epaisseur: 3mm
Séquence d’Echo de gradient pondérée T1 associée à des gradients bipolaires
opposés sensible au flux
TE=15ms TR=30ms, angle, type de séquence
Permet l’analyse dynamique du LCS
V enc: 5 à 10cm/s
Valeur quantitative obtenue:
Vitesse moyenne, flux
Plan Perpendiculaire au flux
Exploration de:
A) L’aqueduc de Sylvius
B) Espaces sous arachnoïdiens cervicaux (ESA)
Acqueduc Venc= 10cm/s
Analyse quantitative
ESA cervicaux Venc=5 cm/s
Sagittal T2
A) Analyse quantitative au niveau de l’aqueduc
Sagittal T2
Axial T2
Cine LCR
Aqueduc de sylvius
Région d’interêt
Ciné LCR au niveau de l’aqueduc
Sagittal T2
Aqueduc de sylvius
Ciné LCR
V enc= 10 cm/s
Hypersignal: Mouvement cranio caudal (systole
ventriculaire)
Hyposignal: Mouvement caudo cranial ( diastole
ventriculaire)
Ciné LCR au niveau de l’aqueduc
Sagittal T2
Aqueduc de sylvius
Ciné LCR
V enc= 10 cm/s
Hypersignal: Mouvement cranio caudal (systole
ventriculaire)
Hyposignal: Mouvement caudo cranial ( diastole
ventriculaire)
Analyse quantitative au niveau de l’aqueduc
1
0,5
Flux caudal
(hypersignal)
Vitesse (cm/ s) Pic de chasse
Chasse
Systole
Fin de chasse
0
-0,5
-1
Cycle cardiaque
Temps (ms)
30
110 190 270 350 430 510 590 670 750
Temps de
chasse
Diastole
-1,5
-2
Remplissage
ECG
-2,5
Vitesse moyenne du LCSau cours du cycle cardiaque au
niveau de l'Aqueduc
Flux cranial
(Hyposignal)
B) Analyse quantitative en C2-C3
Sagittal T2
Axial T2
Espaces sous
arachnoïdiens (ESA)
cervicaux
Cine LCR
Hypersignal:
Mouvement cranio-caudal
Hyposignal:
Apparition de la chasse du LCS dans les espaces cervicaux
Mouvement caudo-cranial
A: Fin du remplissage crânien par le LCS (diastole cardiaque)
B: inversion de flux dans le chenal dorsal
C:Chasse de LCS dans la citerne cérébro médullaiire
D: processus de chasse installé
D’apres O.Balédent Quantification de la dynamique cérébrale du sang et du
LCS par un traitement informatique original d’image IRM de Flux 2001
Analyse quantitative en C2-C3
Flux caudal (hypersignal)
Vitesse (cm/s)
1,5
1
0,5
0
-0,5
-1
-1,5
-2
-2,5
-3
Pic de chasse
Systole
Chasse
Temps (msec)
Remplissage
cycle cardiaque
Diastole
Flux cranial (hyposignal)
Vitesse moyenne du LCSen C2-C3
au cours du cycle cardiaque
Applications cliniques
Hydrocéphalie ou atrophie?
Hydrocéphalie sur obstruction ou à pression
normale?
Evaluer l’efficacité d’une ventriculostomie
Malformations d’Arnold Chiari
Application clinique 1
Homme de 73 ans
Sag T1
Axial T2
Axial T1
Troubles cognitifs
Ataxie
Troubles sphinctériens
IRM morphologique:
Dilatation du système ventriculaire
Elargissement des sillons corticaux
Hypersignal aspécifique de la substance blanche péri ventriculaire
ATROPHIE ou HYDROCEPHALIE?
Value of phase contrast magnetic resonance imaging for investigation of
cerebral hydrodynamics; neuradiol., 2006 O. Balédent
Application clinique 1
Réalisation d’une IRM de flux en contraste de phase
Analyse du LCS au niveau de l’aqueduc de Sylvius (Venc =15cm/s)
Flux de LCS au niveau de l’aqueduc
800 Flux (mm3/ s)
Pic de chasse:
600
400
200
Temps (sec)
0
Pic de chasse élevé
et précoce:
Aspect hyperdynamique
en faveur d’une
hydrocéphalie
Ciné LCR
-200
-400
-600
-800
Temoin
Patient
NB: une dérivation ventriculopéritonéale a été posée
et a nettement amélioré les symptômes
Value of phase contrast magnetic resonance imaging for investigation of
cerebral hydrodynamics; neuradiol., 2006 O. Balédent
Application clinique 2
Homme de 39 ans
Syndrome d’hypertension intra crânienne
Antécédents de méningite dans l’enfance
IRM morphologique
Sag T1
Axial T2
Dilation triventriculaire sans sténose apparente de l’aqueduc
Hydrocéphalie communicante ou non?
Value of phase contrast magnetic resonance imaging for investigation of
cerebral hydrodynamics; neuradiol., 2006 O. Balédent
Application clinique 2
Réalisation d’une IRM de flux en contraste de phase, plan
perpendiculaire à l’aqueduc
Variation de Venc de 5 à 15cm/s
Sag T1
Ciné LCR
Absence de flux visible au niveau de l’aqueduc quelle que soit la valeur de Venc
HYDROCEPHALIE sur STENOSE de l’AQUEDUC
Value of phase contrast magnetic resonance imaging for investigation of
cerebral hydrodynamics; neuradiol., 2006 O. Balédent
Application clinique 3
Enfant de 11 ans
Sténose de l’aqueduc ayant bénéficié d’une ventriculostomie
Présente une recrudescence des symptômes d’HTIC
IRM:
Coronal T1:
Défect au niveau du
plancher du V3
Functional analysis of third ventriculostomy patency by
quantification of CSF strke volume by using cine-phase
contrast MR imaging AJNR., 2005, N. Bargallo
Ciné LCR:
Signal filiforme
du flux de LCS
dans l’orifice de
ventriculostomie
Application clinique 3
Reprise chirurgicale de la ventriculostomie
IRM:
Pré opératoire
Post opératoire
Coronal T1: important défect au niveau
du plancher du V3
Functional analysis of third ventriculostomy patency by
quantification of CSF strke volume by using cine-phase
contrast MR imaging AJNR., 2005, N. Bargallo
Flux important de LCS à travers l’orifice de
ventriculostomie
Application clinique 4
Analyse des pic de vitesse du LCS, au niveau du foramen Magnum, chez
des patients présentant une malformation d’Arnold Chiari I
En comparaison avec des sujets normaux
IRM morphologique:
Sagittal T1 et T2 sur la moelle cervicale
IRM de flux en contraste de phase,
Plan axial centré sur le foramen Magnum
Perpendiculaire au canal médullaire
Venc 10 cm/s
1) Volontaires sains
Espace sous arachnoïdiens antérieurs
Contraste de phase centré sur le foramen Magnum chez les
volontaires sains; (reconstruction colorisées)
Bleu: déplacement caudal
Jaune: déplacement crânial
Aspect uniforme des vitesses de LCS
Espace sous arachnoïdiens postérieurs
Ciné LCR
Contraste de phase et mesure des vitesse maximales du
Flux chez les volontaires sains
Vitesse maximales évaluées à
2 cm/sec (pic systolique)
2.2 cm/sec (pic diastolique)
Peak Systolic and Diastolic CSF Velocity in the Foramen Magnum in Adult
Patients with Chiari I Malformation and in Normal Control Participants
Neuroradiology., 2003, Victor M. Haughton
2) Patients
Contraste de phase centré sur le foramen Magnum
chez les patients
Inhomogénéité du flux
-Vitesses plus élevées dans les ESA antérieurs
-Vitesses plus élevées en périphérie qu’au centre
Inhomogénéité
Contraste de phase et mesure des vitesses
maximales du flux chez les patients
Vitesses maximales évaluées à
4.8 cm/sec (pic systolique et diastolique)
Au total: il existe des variations temporelles des vitesses du LCS à travers le foramen
Magnum chez les patients avec une malformation D’Arnold Chiari I:
-Augmentation des pics de vitesse(notamment en diastole et dans les ESA antérieurs)
Ces anomalies peuvent être en cause dans la formation des cavités syringomyéliques
Peak Systolic and Diastolic CSF Velocity in the Foramen Magnum in Adult Patients with Chiari I
Malformation and in Normal Control Participants .Neuroradiology., 2003, Victor M. Haughton
Inconvénients de la Technique Ciné LCR en Contraste de Phase
Inconvénients physiologiques
Foramen de Monro et Magendie:
Flux laminaire mais proche de zones de turbulences >>mesures aléatoires
Difficulté d’obtenir un plan perpendiculaire au flux
Grande citerne:
Flux perturbé par les pulsations de l’artère basilaire
Inconvénients à l’acquisition
-Immobilité parfaite
-Flux dans l’aqueduc rarement correctement visualisé (volume partiel)
-Arythmie cardiaque (Temps variable en fonction du rythme cardiaque)
-Vitesse d’encodage du flux (Venc);
si sous estimée >artéfacts noir/blanc (aliasing)
aliasing)
si sur estimée > diminution de la sensibilité (risque de ne pas percevoir le flux)
Aliasing
Conclusion
Seule technique non invasive pour l’exploration de la dynamique
du LCS
Précise
Reproductible
Dans les conditions physiologiques
Complément de l’IRM morphologique
Nécessité d’étude dans le plan Sagittal ET Axial
Intérêt : Diagnostic
Indication thérapeutique (dérivation)
Evaluation de l’efficacité thérapeutique
Références
Peak Systolic and Diastolic CSF Velocity in the Foramen Magnum in Adult
Patients with Chiari I Malformation and in Normal Control Participants
.Neuroradiology., 2003, Victor M. Haughton
Functional Analysis of Third Ventriculostomy Patency by quantification of
CSF Stroke Volume by Using Cine-Phase Contrast MR Imaging AJNR., 2005,
N. Bargallo
Value of phase Contrast Magnetic Resonance Imaging for Investigation of
Cerebral Hydrodynamics; Neuradiol., 2006 O. Balédent
Phase-Contrast MR Imaging of the Cervical CSF and Spinal Cord Volumetric Motion Analysis in Patients with Chiari I Malformation - AJNR
Am J Neuroradiol
Aging effects on cerebral blood and crebrospinal fluid flows. Journal of
cerebral Blod Flow and Metabolism. 2007