JFR 2008 - Imagerie de flux par IRM : applications... aortique thoracique
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JFR 2008 - Imagerie de flux par IRM : applications cliniques sur la pathologie aortique thoracique Mis à jour le 13/08/2010 par SFR H Rousseau1, R. Moreno1, M Midulla1, F Nicoud2 Issu du quotidien des JFR'08 - Dimanche 26 Octobre La rupture, complication majeure des lésions de l'aorte thoracique, peut être prévenue si des critères objectifs sont utilisés pour savoir quels sont les patients redevables d'une intervention préventive. Mais la prise en charge des pathologies aortiques reste difficile et souvent empirique. En pratique, la décision d'un traitement, chirurgical ou endovasculaire, d'une pathologie aortique thoracique est basée essentiellement sur une notion de diamètre, en fonction de la loi de Laplace, dimension à partir de laquelle le risque de rupture est considéré comme supérieur au risque opératoire. Des études autopsiques nous ont montré les limites de cette loi. Ainsi on sait que des petits anévrysmes peuvent se rompre avant d'atteindre le diamètre seuil et qu'à l'inverse, des anévrysmes larges ne présentent pas ce type de complication. D'autre part, la loi de Laplace n'explique pas pourquoi certains patients qui ont le même diamètre aortique lors d'une première exploration vont avoir une nature évolutive différente, avec une augmentation rapide pour certains et une grande stabilité pour d'autres. Il est donc clair que de nouveaux critères sont nécessaires pour prédire de façon fiable le risque de rupture d'une lésion de l'aorte thoracique en fonction des caractéristiques hémodynamiques propres du patient. Depuis les dernières décennies, de nombreuses publications nous ont montré l'intérêt des études hémodynamiques des flux aortiques pour évaluer le risque d'évolution anévrysmale ou de rupture. Parmi les paramètres mis en évidence, il semble exister deux paramètres essentiels qui peuvent se résumer en un rapport entre la tension pariétale de l'anévrysme sur la résistance de la paroi qui, en fonction de son augmentation doit faire suspecter un risque de rupture. La mécanique des fluides numérique (MFN), est une méthode de modélisation largement utilisée pour évaluer le design et les composantes des structures dans différents domaines de l'industrie. Cette méthode est précise et reproductible et permet de modéliser les structures grâce à une discrétisation fine des objets en éléments finis. Appliquée au monde médical, ces méthodes mathématiques appelées « computational fluid dynamics » (CFD), permettent une imagerie fonctionnelle de l'aorte. Grâce aux progrès de l'imagerie, cette technologie permet ainsi l'évaluation de nombreux paramètres du flux comme les champs des vitesses et des pressions endovasculaires, en complément de l'imagerie morphologique de l'aorte thoracique. Technique d'imagerie Acquisition des images sur une IRM 1,5 Tesla (Intera, Philips) avec une antenne de surface à 5 éléments. Le protocole associe : ■ Une série injectée avec du Gadolinium en para-sagittal oblique avec un « gating » cardiaque. ■ Une séquence dynamique pour couvrir toute l'aorte thoracique avec 20 à 40 phases cardiaques. ■ Une imagerie en contraste de phase 2D réalisée perpendiculairement à l'axe des vaisseaux pour l'étude des flux en entrée et sortie de l'aorte thoracique ainsi que sur les troncs supra-aortiques, afin d'obtenir une vélocimétrie locale. Ces examens sont réalisés environ en 30 mn, soit quelques minutes de plus qu'un examen normal d'une pathologie aortique Une grille numérique nécessaire à la MFN est obtenue par discrétisation de la géométrie, permettant le lancement du calcul haute performance destiné à résoudre les équations de Navier-Stokes dans le code mécanique des fluides. Ainsi sont obtenus la compliance artérielle (Cd) (m/mm Hg) et le coefficient de distensibilité (DC) en mm Hg-1. Les images fonctionnelles permettent d'évaluer de façon quantitative, à l'aide d'une échelle de couleur, la vélocité (cm/s), la vorticité (s-1), les gradients de pression (mm HG), la tension pariétale (N/m) et les forces de cisaillement (Wall Shear Stress ou WSS en N/m2). Résultats (fig 1, 2) et discussion Cette technique d'imagerie, réalisée sur une IRM « standard » nous permet d'obtenir dans des conditions physiologiques, non seulement des informations morphologiques mais également fonctionnelles, qualitatives et quantitatives, avec l'évaluation de la vélocité, de la vorticité, de la pression pariétale et de la compliance, paramètres essentiels pour l'évaluation des lésions aortiques. Cette méthode après avoir été validée sur des modèles in vitro, a pu être appliquée sur des volontaires sains et sur différentes pathologies aortiques avant ou après la mise en place de Stent-Grafts. Comme le montrent les différents exemples présentés ici, on constate que la vélocité est augmentée dans les zones de changement de calibre ou de sténose. L'étude de la vorticité a montré également des modifications importantes au niveau des courbures vasculaires, en entrée de prothèse et à l'extrémité distale de celle-ci. L'évaluation de la compliance de la paroi aortique a montré également une grande disparité entre les zones sans prothèse et à l'intérieur des prothèses. On peut constater également de très grandes variations en fonction du moment de l'acquisition systolique ou diastolique. Au total, les informations obtenues à partir d'examens standardisés permettent dés à présent d'évaluer l'importance des forces exercées au sein d'un anévrysme avant un traitement, mais aussi aux extrémités d'un Stent-Graft sur la paroi aortique. Ainsi il semble qu'une évaluation plus précise des lésions aortiques est actuellement possible pour aider à la décision thérapeutique. L'analyse des flux et de la paroi aux extrémités d'un Stent-Graft sont également possibles, permettant ainsi de mieux analyser le risque évolutif de certaines lésions. Ces évaluations devraient aboutir vraisemblablement à des améliorations technologiques de ce type de matériel mais également probablement à des modifications de leur mode d'utilisation. Les applications théoriques des MFN sont multiples et concernent en particulier les dissections de type B. Actuellement, cette pathologie est difficile à traiter par manque de critères objectifs permettant d'évaluer les risques évolutifs. Pour cette pathologie, l'utilisation des CFD devrait fournir des critères plus objectifs pour évaluer les différentes pressions qui règnent à l'intérieur du vrai et du faux chenal et donc du risque évolutif pour décider d'un geste thérapeutique. Cette technique devrait permettre également d'évaluer virtuellement, grâce aux calculs mathématiques, les bénéfices et les risques des différents traitements qui sont actuellement proposés sur des bases purement empiriques. Ainsi il serait possible d'évaluer les résultats théoriques d'un traitement soit en fermant ou au contraire en ouvrant une porte d'entrée distale. En conclusion L'évaluation du risque de rupture d'une pathologie de l'aorte uniquement sur la base du diamètre maximum est tout à fait insuffisante et les critères doivent tenir compte de deux paramètres essentiels, l'augmentation de la pression pariétale et la diminution de la résistance de la paroi. L'évaluation par les CFD de différents paramètres hémodynamiques permet d'apprécier les différentes forces régnant au sein de la lumière vasculaire ainsi que sur la paroi in vivo. Les développements futurs de ces modèles d'évaluation de la rhéologie de la paroi aideront sans aucun doute la prise de décision thérapeutique et la surveillance des procédures endovasculaires. En ayant ces outils, des études prospectives devraient valider ces méthodes et préciser la place de ces nouvelles techniques d'imagerie morphologique et fonctionnelles pour la décision thérapeutique. 1 Service de radiologie CHU Rangueil, Toulouse Fig. 1 : Vitesse et turbulences : en Systole à gauche et Diastole à droite.Les vitesses sont maximales dans la partie distale du Stent Graft et les turbulences au niveau d'une plicature du Stent–Graft (flèche). Fig. 2 : Forces de cisaillement (WSS) à la paroi (N/m2). En Systole à gauche et Diastole à droite. On note une augmentation de ces WSS aux extrémités du Stent-Graft et au niveau des courbures aortiques.
