UNIVERSITE DE NANTES FACULTE DE MEDECINE MAITRISE EN SCIENCES BIOLOGIQUES ET MEDICALES MEMOIRE POUR LE CERTIFICAT D’ANATOMIE, D’IMAGERIE ET DE MORPHOGENESE 2000-2001 UNIVERSITE DE NANTES ETUDE MORPHOLOGIQUE ET RADIO-ANATOMIQUE DU SILLON CENTRAL Par BUDES Sébastien LABORATOIRE D’ANATOMIE DE LA FACULTE DE MEDECINE DE NANTES Président du jury : Pr. J. LEBORGNE Vice-Président : Pr. J.M. ROGEZ Enseignants : • • • • • • • • • • • • • • Pr. O. ARMSTRONG Pr. C. BEAUVILLAIN Dr F. CAILLON Pr. P. COSTIOU Pr. D. CROCHET Pr. A. DE KERSAINT-GILLY Pr. B. DUPAS Pr. D. DUVEAU Pr. Y. HELOURY Pr. P.A. LEHUR Pr. J.P. MOISAN Pr. N. PASSUTI Pr. R. ROBERT Pr. D. RODAT Je tiens à remercier tout d’abord : - Monsieur le Professeur A.De Kersaint-Gilly pour m’avoir confié ce travail, - Monsieur le Professeur R.Robert pour son savoir et sa disponibilité, - Monsieur le Professeur Scarabin pour son accueil et pour m’avoir éclairé sur l’imagerie 3D, - Monsieur le Docteur E.Wafflart pour son aide précieuse, pour le temps qu’il m’a accordé et pour m’avoir fait connaître une nouvelle approche de l’imagerie. Je tiens à remercier enfin le personnel du laboratoire d’anatomie de la Faculté de médecine de Nantes : - Mme Garçon-Lardoux M.C. - M. Lagier S. - M. Blin Y. ETUDE MORPHOLOGIQUE ET RADIO-ANATOMIQUE DU SILLON CENTRAL SOMMAIRE • • INTRODUCTION MATERIEL ET METHODE A – Historique B – Rappels Anatomiques 1. Organogenèse 2. Rapports anatomiques 3. Intérêts 4. Vascularisation 5. Données morphologiques C – Etude Anatomique 1. Matériel 2. Méthode a)Technique de dissection b)Technique d’injection c)Technique de coupe D – Etude IRM et reconstruction surfacique 3D • RESULTATS A – Repérage direct du sillon central 1. Sillon pré central et sillon frontal supérieur 2. « Le crochet » 3. Rapport avec la Pars Marginalis 4. Sillon post central et Pars Marginalis 5. Gyri pré- et post- centraux B – Repérage Indirect du sillon central 1. Référentiel bicommissural : ligne CA-CP 2. Référentiel bicalleux 3. Référentiel Calloso-marginal C – Exemple d’application en pathologie • • CONCLUSION –DISCUSSION BIBLIOGRAPHIE INTRODUCTION Depuis deux siècles, grâce entre autres aux travaux de Franz Joseph GALL inventeur de la phrénologie, l’intérêt du sillon central, ou de Rolando qui le nomma en 1831, devint pluridisciplinaire. En effet, de part son rôle premier de délimitation des régions frontale et pariétale, et de sa situation entre les gyri préet post-centraux respectivement moteur et sensitif dans l’homunculus de Penfield et Rasmussen, le repérage du sillon central est désormais une priorité dès lors que l’on est confronté à l’imagerie du cortex cérébral. Cet intérêt est à la fois clinique, para-clinique et thérapeutique, et ayant différentes finalités allant de la « simple » localisation à la topographie interventionnelle. Ainsi à travers une étude morphologique et radio-anatomique du sillon central, et une comparaison entre des pièces anatomiques et l’imagerie chez le sujet sain, les travaux de T. NAIDICH [6] et J. CLARISSE [2] ont pu être confirmés. En s’appuyant sur la méthode directe et ses cinq points de repère majeurs et la méthode indirecte, cette étude s’attache à corréler des points quasi-constants permettant la reconnaissance du sillon central en IRM, en introduisant des techniques d’imagerie 3D. MATERIEL ET METHODES A – HISTORIQUE En 1790, Franz Joseph GALL (1758-1828) [3] crée la « science » de la cranioscopie : la phrénologie. Celle-ci délimite le cerveau en régions ayant chacune une fonction spécifique. Ceci grâce aux circonvolutions cérébrales. On retient alors le nom d’OWEN (1804–1892), et des français LEURET (1797-1851) et L.P. GRATIOLET (1815-1865) qui le premier utilisa les termes de « Frontal », « Pariétal », « Occipital » et « Temporal » pour les différents lobes du cerveau. En 1831, L. Rolando décrit la seconde scissure majeure : le sillon central (ou homonyme de son découvreur), succédant à la scissure latérale (ou de Sylvius) décrite en 1641. En 1861, BROCA, chirurgien et anthropologue français, qui étudia de 1861 à 1865 les fonctions et localisations cérébrales, décrit l’aphasie de BROCA, correspondant à une lésion au niveau de l’opercule Rolandique. Il fallut attendre 1957 pour que PENFIELD et RASMUSSEN cartographient l’homunculus sur les gyri pré- et postcentraux, faisant une projection respectivement motrice et sensitive du corps humain sur ces gyri. Le sillon central se trouva alors en position majeure : délimitant le frontal du pariétal, et de même le moteur du sensitif. B – RAPPELS ANATOMIQUES 1. Organogenèse Lors de la croissance du cerveau dans la boîte crânienne, l’augmentation considérable de la surface des hémisphères et de celle, moindre, de leur enveloppe osseuse, permet l’apparition des circonvolutions et des scissures [1]. Les premières scissures visibles sont : la scissure calcarine et le sillon pariéto-occipital, dès les 19ème 20ème semaines. Aux 22ème – 23ème semaines se creuse la vallée sylvienne au fond de laquelle se trouve déjà l’insula. Il faut attendre les 25ème – 26ème semaines [5] pour décrire l’ébauche du sillon central, accompagné par le sillon précentral. Leur creusement commence à partir de la région sylvienne et se poursuit vers le sillon interhémisphérique pour s’y terminer. Semaines Vue latérale externe : 1. 2. 3. 4. 5. 6. ( x 1 1/3 ) Vue supérieure : Sulcus centralis 1. Fissura longitudinalis cerebri Area praecentralis 2. Sulcus centralis Area postcentralis 3. Area praecentralis Sulcus lateralis 4. Sulcus praecentralis Insula 5. Sulcus parieto-occipitalis Sulcus temporalis superior 2. Rapports anatomiques : En haut, Le sillon central est envahi par la pie-mère, suivie de l’arachnoïde et la dure-mère. Celle-ci recouvrant tout le cortex, recouvre le sillon central et porte à ce niveau des veines. Au niveau du sillon inter-hémisphérique, nous pouvons décrire les granulations de PACCIONI. En bas, Le sillon central est limité par un pont de substance grise entre le gyrus précentral et le gyrus postcentral : l’opercule rolandique. Le second rapport inférieur est la scissure de Sylvius. Médialement, Le sillon central continu jusque dans le sillon interhémisphérique où il est en rapport avec le sinus veineux et la faux du cerveau. Latéralement, Le rapport principal est la « toile » constituée par les méninges. Ensuite nous trouvons les vaisseaux de la duremère, surtout veineux, et enfin la face interne des os frontal et pariétal. Antérieurement, De part sa topographie particulière, le sillon central délimite le lobe frontal en avant et est en rapport direct avec le gyrus précentral, moteur. Postérieurement, Il délimite donc le lobe pariétal et est en rapport avec le gyrus postcentral, sensitif. 3. Intérêts du repérage du sillon central : En clinique, Cela permet la corrélation entre les signes cliniques et la localisation radio-anatomique de la lésion. Dans le domaine para-clinique, Il permet la précision du compte-rendu du radiologue, en imagerie. Tandis qu’en épreuves fonctionnelles, cela permet la corrélation des résultats d’examens et la topographie de la lésion. D’autres disciplines auront des intérêts pré-thérapeutique et thérapeutique. En neurochirurgie, Il s’agira de mieux préciser la voie d’abord, les limites de l’exérèse, de savoir si une lésion est opérable, si une biopsie est possible. En radiologie interventionnelle, On précisera la topographie du nidus d’un angiome de la région centrale par exemple, ou les risques fonctionnels d’une embolisation. En radiothérapie multifaisceaux, Enfin, le repérage du sillon central permet de déterminer la cible par rapport au sillon central, ou d’adapter une dosimétrie. 4. Vascularisation Le sillon central, comme la plupart des sillons cérébraux, permet le passage des vaisseaux qui nourrissent le cortex cérébral. La vascularisation artérielle du sillon central permet la nutrition des gyri pré- et post- centraux. Ces contingents viennent d’une part de l’artère cérébrale antérieure, qui, par l’intermédiaire de l’artère calloso-marginale, donne deux artères pour le sillon central. Celles-ci vont s’anastomoser à un réseau artériel provenant, d ‘autre part, d’un contingent de l’artère cérébrale moyenne qui va donner deux artères pour le sillon central. Cette division se fait juste à la sortie de la scissure de Sylvius, comme on peut le voir sur la photo. Vue antéro-latérale droite du sillon central Ht Ant Contingent supérieur Contingent inférieur Artère callosomarginale Gyrus postcentral Artère cérébrale antérieure Double contingent de l’artère cérébrale moyenne Artère cérébrale moyenne Opercule rolandique Ht Vue antérieure du sillon central (l’opercule étant disséqué) Med Réseau artériel du sillon central (artères du sillon central) Contingent supérieur Contingent inférieur Division au niveau de l’opercule Artère cérébrale moyenne Artère carotide interne gauche D’après le GRAY’S ANATOMY[4], le contingent cérébral antérieur vascularise la partie interhémisphérique et le tiers supérieur et latérale des gyri. Les deux tiers inférieurs et latéraux des gyri sont vascularisés par le contingent cérébral moyen. Le retour veineux se fait vers le sinus veineux central et la vallée sylvienne. Vue latérale droite des méninges d’un cerveau injecté Ht Drainage veineux interhémisphérique Ant Drainage veineux sylvien Contingent artériel cérébral moyen avec sa division 5. Données morphologiques : Le sillon central présente une forme caractéristique en « S » avec de haut en bas et d’arrière en avant une première courbure à convexité postérieure, le genou supérieur, une deuxième courbure à concavité antérieure et le genou inférieur. A son départ supérieur, on peut décrire le « crochet » correspondant à la région de la main. Dans la majorité des cas, l’extrémité inférieure n’atteint pas la scissure de Sylvius. Le pont de substance grise présent s’appelle l’opercule rolandique. La profondeur du sillon varie de 15 mm dans sa partie supérieure, 18 à 20 mm au niveau du genou supérieur et 16 mm au niveau du genou inférieur. L’extrémité inférieure se termine progressivement au niveau de l’opercule rolandique. Sa largeur ne dépasse pas les 5 mm et permet le passage des deux artères du sillon central, de la pie-mère et de l’arachnoïde. Sur la face médiale, le sillon central est court, 10 à 15 mm, limité en bas par le lobule paracentral. Le sillon central a une longueur moyenne de 10 à 12mm. Vue supéro-latérale droite Ht Sillon callosomarginal Ant Sillon interhémisphérique Pars marginalis Gyrus precentral Gyrus postcentral Sillon frontal supérieur Sillon postcentral Sillon central Sillon precentral Opercule rolandique Sillon latéral (de Sylvius) Vue médiale d’un hémisphère cérébral gauche Ht Sillon central Post Lobule paracentral Sillon callosomarginal Corps calleux Synonymes : Le sillon central est aussi nommé scissure de Rolando, sillon rolandique, sulcus centralis. C – ETUDE ANATOMIQUE 1. Matériel - Deux sujets de sexe masculin, formolés. - Un sujet de sexe masculin, frais. Il fut congelé pour pouvoir obtenir des coupes de cerveau. - Matériel de dissection : . Scalpel . Pinces . Ciseaux . Scie manuelle et électrique . Racleur . Billots de bois . Fil de fer 2. Méthode : a) Technique de Dissection • Voie d’abord La pièce anatomique, correspondant à une tête, est tout d’abord calée par des billots de bois. Avec un scalpel, on incise le cuir chevelu du front à l’occiput, puis tout le tour du crâne sur une ligne passant par le bas du front, la partie supérieure des oreilles et l’occiput. Ensuite on enlève les deux morceaux de peau et on nettoie les adhérences sur l’os afin que celui-ci soit lisse. A l’aide d’une scie électrique, nous ouvrons la boîte crânienne selon les lignes précédemment décrites. Afin d’enlever les deux morceaux d’os sans abîmer le cortex cérébral, nous raclons l’intérieur de la boîte crânienne pour désinsérer la dure-mère. • Structures rencontrées Nous avons ainsi la dure-mère recouvrant le cerveau. Nous la coupons grâce à des ciseaux, hémisphère par hémisphère, en décollant progressivement l’arachnoïde et la pie-mère. Ainsi nous nous retrouvons sur le sillon central, en vue supérieure. Pour enlever le cerveau du crâne, on pratique une incision au niveau du mésencéphale, au niveau du foramen ovale. b) Technique d’injection Nous utilisons un sujet frais sur lequel nous disséquons les artères carotides internes. Nous y plaçons un cathéter. Nous bloquons l’une des deux artères pendant que dans l’autre nous injection du latex néoprène coloré en rouge. Nous devons avoir alors un retour de latex au niveau de l’autre artère carotide interne. Nous injections ensuite de l’acide acétique afin de précipiter le latex. Ainsi le sujet a toutes ses artères « rigides » et visibles. c) Technique de coupe Grâce à une scie électrique verticale, nous pouvons faire des coupes d’un centimètre environ. D – ETUDE IRM ET RECONSTRUCTION SURFACIQUE 3D Un sujet frais doit être utilisé pour obtenir un signal en IRM. L’IRM utilisé est un IRM Siemens d’1,5 Tesla. Les séquences sont prises en T1 MPR 3D en écho de gradient, acquise en coupe coronale ou axiale. Les images natives font 1,6 mm d’épaisseur, jointives, permettant des reconstructions multiplanaires (MPR). Après travail de ces images natives sur une console MA GIC VIEW pour ôter l’os et la peau du scalp, on transfert les images travaillées sur une console VIRTUOSO pour faire une reconstruction 3D surfacique du cerveau et une reconstruction MPR (en coupes). On peut aussi créer une animation vidéo, présentant l’image tridimensionnelle sous l’angle souhaité. Ant Vue supérieur 3D avec coupe axiale supérieure Droite Sillon central Vue supérieure et postéro-latérale avec coupe oblique de l’hémisphère gauche Ant Ht Sillon central visible sur quasiment toute sa longueur RESULTAT A – REPERAGE DIRECT DU SILLON CENTRAL On peut décrire cinq points de repère directs du sillon central sur des coupes axiales ou sur la surface du cortex. 1. Sillon précentral et sillon frontal supérieur Dans 85 % des cas, on peut décrire une image caractéristique en « T » formée par la réunion en angle droit du sillon précentral, dans un plan transversal, avec le sillon frontal supérieur, étant antéropostérieur. Cette image se retrouve aussi bien à la surface du cortex qu’en profondeur, sur une coupe, du fait de la profondeur relative des deux sillons. Coupe axiale haute Ant Gauche Sillon frontal supérieur «T» Sillon precentral Sillon central Vue supérieure Ant Coupe axiale en T1 Droite Sillon frontal supérieur «T» Sillon precentral Sillon central 2. « crochet » A une distance d’environ 30 mm de la ligne médiane, nous pouvons observer une image en « crochet » du sillon central. Elle est très caractéristique car présente dans 95 % des cas. Ce crochet correspond à la zone de la main, dans l’homunculus de PENFIELD et RASMUSSEN. Vue supérieur Ant Gauche Gauche Sillon central « Crochet » 3. Rapport avec la pars marginalis Sur une vue de la face interne de l’hémisphère cérébral, on peut individualiser la pars marginalis. Elle correspond à un petit sillon hémisphérique interne, transversal, présent dans 98 % des cas et donnant un aspect de « parenthèses » par symétrie (Pars Bracket signe en terminologie anglo-saxon). Dès lors, à une distance de 15 à 16 mm, on peut trouver l’extrémité interne du sillon central. Vue supérieure Coupe axiale en T1 Ant Gauche Gauche Sillon central Pars marginalis (parenthèses) 4. Sillon postcentral et pars marginalis On peut remarquer que le sillon postcentral, dans son extrémité interne, entoure la pars marginalis par une bifidité caractéristique, et ceci dans 80 % des cas. Ceci forme une image en « Y ». Vue supéro-latérale droite Coupe axiale en T1 Ht Ant Ant * Droite Sillon central Sillon postcentral Image en « Y » Autour de la pars marginalis * * 5. Gyri pré- et post- centraux On peut remarquer que la circonvolution postcentrale est moins épaisse que la circonvolution précentrale, et ceci dans 95 % des cas. Cette différence varie de 40 mm à 120 mm, mais à quelques endroits, comme le genou supérieur, la différence n’est pas visible. Vue supéro-latérale droite Ht Ant Coupe axiale en T1 Droite Ant Différence significative entre les deux gyri B – REPERAGE INDIRECT DU SILLON CENTRAL La méthode indirecte est bien sûr moins précise que la précédente, mais reste utile lorsque cette dernière est défaillante, c’est à dire dans environ 10 % des cas en IRM et 50 % des examens en scanner. Cette méthode s’appuie sur trois systèmes de référence établis selon des structures anatomiques médianes caractéristiques et fixes : - commissures blanches antérieure et postérieure (CA-CP) genou et rostrum du corps calleux morphologie particulière de l’extrémité du sillon calloso-marginal. 1. Référentiel bicommissural : ligne CA-CP Sur une image en coupe sagittale médiane, on peut tracer une ligne entre la commissure blanche antérieure et la commissure blanche postérieure correspondant à la réunion des pédoncules de l’épiphyse. Ce n’est donc pas une commissure, anatomiquement parlant. A partir de cette droite, on trace des perpendiculaires passant par CA et CP. Ainsi le sillon de Rolando se projette approximativement sur une ligne oblique allant de CA vers l’extrémité supérieure de la perpendiculaire passant par CP. Cette « diagonale » peut toutefois dépasser, en arrière, cette perpendiculaire. Cette méthode correspond au topogramme de Salamon, et au référentiels utilisés en stéréotaxie, décrit par Talairach [7]. Coupe sagittale médiane en T1 Ht Ant Ligne représentant l’orientatio n du sillon central CA CP* (*CP : Emplacement car non visible ici) 2. Référentiel bicalleux A.OLIVIER décrit cette technique utilisable qu’en angiographie ou en IRM. On trace la ligne bicalleuse, tangente au bord inférieur du genou et du splénium du corps calleux. Les perpendiculaires à cette ligne sont tracées, passant par le bord antérieur du genou et le bord postérieur du splénium. Le sillon central est oblique et se projette en arrière du plan médiocalleux, dans le troisième quart postérieur du cadre ainsi déterminé. Coupe sagittale médiane en T1 Ht Ant B. DEVAUX utilisa la même ligne bicalleuse et les deux mêmes perpendiculaires, mais deux autres lignes sont tracées : deux lignes horizontales, parallèles à la ligne bicalleuse passant par le sommet des hémisphères cérébraux d’une part, et par le bord inférieur de la fosse temporale d’autre part. La ligne rolandique qu’il décrit est la diagonale, à direction postérieure et supérieure, de ce rectangle. Coupe sagittale médiane en T1 Ht Ant Ligne rolandique 3.Référentiel calloso-marginal On peut repérer le sillon central grâce au sillon calloso-marginal, du fait de son extrémité supérieure et interne caractéristique. En effet, sur une vue sagittale médiane, ce sillon « descend » verticalement pour décrire un genou à concavité antérieure, et ensuite suivre la courbure du corps calleux, à 20 mm au-dessus de celui-ci. Le début du sillon calloso-marginal est entouré par la pars marginalis. Ainsi le sillon central se retrouve en avant du sillon calloso-marginal, de 10 mm. Vue sagittale médiane d’un hémisphère gauche Coupe sagittale médiane en T1 Ht Ht Ant Post Distance de 2 cm Sillon callosomarginal Distance du sillon central de 1 cm C – EXEMPLE D’APPLICATION EN PATHOLOGIE Dans les lésions complexes, le sillon central sera d’autant plus difficile à repérer que ses points de repère auront disparus. On peut alors s’aider de la déviation pouvant de surcroît nous indiquer la lésion : pré- ou post- centrale. du sillon central, topographie de la La méthode indirecte y trouve sa plus grande utilité, on repérera alors, sur le trajet de la diagonale ou sur la ligne rolandique ou dans la partie spécifique du référentiel bicalleux, des structures plutôt sensitives ou motrices, toujours en comparaison avec la situation du sillon central. Ht Planche d’IRM de coupes axiales en T1 montrant une lésion dans la région rolandique Droite Oedeme Sillon central bien visible car bordé d’oedeme La ligne blanche nous montre que le « crochet » droit (sain) se trouve plus antérieure que le « crochet » pathologique de gauche : La lésion serait plutôt précentral et refoulant le sillon central postérieurement. Lésion au niveau du sillon central CONCLUSION-DISCUSSION CONCLUSION Central : de part sa topographie et son rôle, le repérage du sillon de Rolando reste inévitable lorsque l’on exploite l’imagerie cérébrale. C’est pourquoi cette étude s’applique à confirmer la littérature afin de mieux préciser cette « ponctuation » permettant d’aborder le cortex cérébral avec plus de sécurité, en l’organisant et le cartographiant à partir du sulcus centralis. Par une méthode directe et précise, utilisant cinq points quasi-constants que sont le « T », l’ « Y », les « parenthèses », le « crochet » et les gyri pré- et postcentraux, le repérage devient relativement aisé. Naturellement, plus les points exploités seront nombreux, plus le pointage du sillon sera sûr. Mais dans certains cas, pathologique ou atypique, la méthode indirecte sera plus fiable car relativement précise du fait de cette systématique des trois référentiels : bicommissural, bicalleux et callosomarginal. Mais son utilisation reste moins rapide. De même, le repérage sur des coupes axiales basses, ou frontales reste très difficile, même avec de l’expérience. DISCUSSION C’est pourquoi, l’avènement des techniques d’imagerie tridimensionnelles ont facilité considérablement le travail, entre autre, des neurochirurgiens. En effet, la reconstruction 3D, possible grâce à des consoles informatiques très performantes, améliore les techniques de repérage pré-opératoire que sont la stéréotaxie et les corrélations IRM-Angiographie. Désormais, le neurochirurgien peut cumuler des informations morphologiques et fonctionnelles, et faire des superpositions entres ces données, les images acquises soit en 2D, soit en 3D, et celles provenant des atlas. Ainsi, le but initial étant : « Comment atteindre une structure cérébrale et connaître son environnement morphologique et fonctionnel ? », la démarche consiste désormais en une acquisition d’imageries 3D multimodales (morphologique et fonctionnelle) afin de créer un planning thérapeutique assisté par ordinateur. La finalité étant la capacité en per-opératoire de localiser un point du cerveau (en l’occurrence le sillon central) grâce à un pointeur, et d’obtenir en temps réel sa localisation précise (de l’ordre du millimètre) sur les trois plans de coupe usuels, à savoir axial, frontal, et sagittal. Mais l’utilisation de ces techniques avancées reste relativement peu répandue (Grenoble, Paris ou encore par le Professeur Scarabin à Rennes), en sachant qu’à l’avenir, l’association de la 3D à la neuronavigation sera ubiquitaire. BIBLIOGRAPHIE 1. Aimé-Genty Nicole, « Le cerveau : dictionnaire encyclopédique » ; Vuibert ; 1997.p.44-45 2. Clarisse J., G.Soto Ares, B.Pertuzon, M. Ayachi, J.-P. Francke ; « Repérage du sillon central en scanner et en Irm » ; Journal of Neuroradiology ; 1997, 24, 187-204 3. Clarke E. & K. Dewhurst ; « Histoire illustrée de la fonction cérébrale » ; Edition Dacosta ; 1984 4. Churchill Livingstone ; « Gray’s anatomy » ; 1995 5. INSERM CNRS ; « Le développement du cerveau foetal humain ; atlas anatomique » ; Masson ; 1987 6. Naidich Th., Brightbill TC. ; « Systems for localizing fronto-parietal gyri and sulci on axial CT and RMI » ; International Journal of Neuroradiology ; 1996 ; 4: 313338, 32 références 7. Talairach ; « Atlas de Talairach » 8. G.Paturet, « Traité d’anatomie humaine : Système nerveux »