Angio-RM morphologique et dynamique sans injection de contraste dans l’exploration des pathologies neurovasculaires à l’étage cervical et encéphalique
Résumé
Problématique
L’angio-IRM (ARM) est devenue incontournable dans la prise en charge des pathologies neurovasculaires. Elle permet en effet d’évaluer les pathologies modifiant la dynamique circulatoire, telles les sténoses artérielles, plus fréquentes à l’étage cervical et générant des flux sanguins accélérés voire turbulents en amont et ralentis en aval; ou bien les shunts artério-veineux, telles les malformations artério-veineuses encéphaliques, caractérisés par des flux accélérés et complexes. L’ARM est ainsi réalisée pour la détection et la quantification des sténoses de l’artère carotide, qui sont fréquentes puisque 5 à 10% des sujets de plus de 65 ans ont une sténose >50%, et graves car à risque d’accident vasculaire cérébral ischémique, 1ère cause de handicap et 3ème cause de décès dans les pays occidentaux 1. La détection des sténoses carotidienness est donc un enjeu de santé publique et leur prise en charge thérapeutique est déterminée par le résultat de la quantification de la sténose en imagerie. L’ARM est aussi l’imagerie de choix pour l’exploration des malformations artérioveineuses (MAVs), dont l’incidence de découverte augmente avec la disponibilité des techniques d’imagerie 2, 3. Les MAVs correspondent à un peloton vasculaire anormal avec un ou plusieurs shunts artériolo-veinulaires, et leur principale complication est la rupture, à l’origine d’une hémorragie cérébrale potentiellement grave. Le risque de rupture est imparfaitement évalué selon plusieurs caractéristiques anatomiques mais d’autres facteurs restent à élucider telle par exemple l’influence de l’hémodynamique circulatoire. De même, si le traitement des MAVs s’améliore d’années en années, par exemple avec la mise à disposition de nouveaux agents d’embolisation par voie endovasculaire, la stratégie thérapeutique demeure non consensuelle.
L’ARM est en effet une alternative à l’artériographie numérisée, imagerie de référence mais qui présente les inconvénients d’une irradiation, d’une injection de contraste iodé et surtout d’un cathétérisme endovasculaire associé à un risque de complications neurologiques estimé à environ 2,6% 4. L’ARM avec injection intraveineuse de gadolinium est actuellement la séquence de référence pour l’exploration vasculaire non invasive mais elle présente de nombreuses limitations inhérentes à l’injection de produit de contraste. Ainsi, les chélates de gadolinium ne peuvent pas être utilisés avec sécurité chez la femme enceinte ou qui allaite, ni chez l’insuffisant rénal en raison de cas de fibrose néphrogénique systémique parfois sévère et associée à 30% de mortalité 5 . Par ailleurs, la résolution temporelle de l’ARM avec injection est limitée, de l’ordre la seconde, car contrainte par la courte durée du passage du bolus de contraste 6, 7. La résolution spatiale est également souvent supra- millimétrique 8. L’ARM sans injection est donc avantageuse à de nombreux égards, non invasive, permettant de répéter les acquisitions et s’amendant de la contrainte de la durée du passage de bolus de contraste. Toutefois, les séquences disponibles actuellement en routine clinique (Temps de Vol-TOF, ou Contraste de Phase-PC) sont peu fiables en contexte de flux complexes ou turbulents et fournissent peu d’informations dynamiques directes. Elles s’avèrent donc imparfaites et à l’origine d’erreurs ou d’imprécisions pour l’évaluation des
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sténoses vasculaires et des MAVs. ..). L’association d’un champ magnétique élevé (3T), améliorant le rapport signal sur bruit 9, et d’antennes multicanaux, permettant les techniques d’imagerie parallèle 10, offrent l’opportunité d’optimiser de nouvelles séquences d’ARM sans injection avec un très bon rapport signal/bruit, une résolution spatiale isotropique juxta-millimétrique et une résolution temporelle de l’ordre de 100 ms 11-13.
Ces séquences intègrent plusieurs techniques ayant pour objectifs principaux de majorer le signal intra- vasculaire en un temps d’acquisition réduit. Elles peuvent ainsi reposer sur le principe du balanced steady state free precession (bSSFP), imagerie ultra-rapide de type écho de gradient optimisé pour atteindre un état d’équilibre de l’aimantation transversale résiduelle. Le bSSFP bénéficie en effet d’un rapport signal-sur-bruit élevé en particulier dans les vaisseaux avec peu d’artéfacts liés aux flux lents 14, mais en revanche une sensibilité aux inhomogénéités de champ B0 15, 16. La technique d’Arterial Spin Labeling (ASL) utilise un marquage magnétique des protons du sang pour augmenter le signal intravasculaire 17 pour mettre en évidence le signal vasculaire de manière entièrement non invasive. Combinée à une synchronisation cardiaque et à une lecture bSSFP, l'ASL peut ainsi permettre de visualiser l'hémodynamique circulatoire au sein des MAVs. Ces séquences pourraient ainsi s’avérer des outils particulièrement performants pour une évaluation morphologique et hémodynamique des lésions vasculaires, sténoses et MAVs en particulier aux étapes diagnostique et de suivi post-thérapeutique.
Objectif général de la thèse
Nous nous sommes intéressés à deux applications de l’ARM neurovasculaire sans injection, choisies de par leur pertinence en termes d’enjeu clinique et radiologique: la sténose carotidienne cervicale et la MAV encéphalique.
Pour la détection et la quantification des sténoses carotidiennes cervicales, l’enjeu est d’obtenir une séquence avec une résolution spatiale élevée inframillimétrique pour fournir une information morphologique précise, avec un minimum d’artéfacts liés aux flux lents ou turbulents pour permettre une quantification fiable du degré des sténoses serrées, avec un large volume couvert pour explorer la totalité de l’axe artériel, et ce en un temps d’acquisition court compatible avec une séquence dépistage en routine clinique. Cette séquence idéale doit donc regrouper les avantages respectifs des séquences actuellement privilégiées dans cette indication, à savoir l’ARM avec injection et l’ARM TOF, en s’affranchissant de leurs inconvénients. Nous avons choisi d’optimiser une séquence basée sur la technique bSSFP associée à une préparation du volume d’intérêt avec impulsion de saturation des tissus environnants. Ce type de séquence a jusqu’alors été appliqué principalement à l’imagerie rénale 18, 19 20, une seule publication 12 s’étant intéressée à l’imagerie des carotides. L’originalité de la séquence
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que nous développerons réside dans l’absence de synchronisation cardiaque, facilitant sa mise en œuvre, l’ajustement manuel du shim pour améliorer l’homogénéité locale du champ B0 et réduire les artéfacts de flux, la saturation ciblée du signal veineux, et une acquisition ultrarapide de moins de 3 minutes. Les travaux d’optimisation de séquence ont été menés sur fantôme de sténose et volontaires sains, puis la performance diagnostique évaluée chez des patients présentant une pathologie sténosante des carotides internes cervicales.
Pour la caractérisation angioarchitecturale et hémodynamique des MAVs encéphaliques, l’enjeu est d’obtenir une séquence avec une très haute résolution temporelle, afin d’une part d’analyser précisément de façon séquentielle l’anatomie respective des différents compartiments de la MAV sans superposition vasculaire, et d’autre part d’extraire des paramètres hémodynamiques quantitatifs fiables. Cette séquence idéale doit ainsi permettre d’accéder à une très haute résolution temporelle (<100 ms), inaccessible à l’ARM dynamique avec injection de gadolinium, sans compromettre significativement la résolution spatiale, l’ARM TOF étant la référence en imagerie statique avec une résolution voisine de 0,5 mm, ce en un temps d’acquisition compatible avec la routine clinique. Nous avons choisi d’optimiser une séquence ultrarapide associant la technique ASL au bSSFP, appelée « time-resolved spin-labeled MRA » (4D-SL MRA), synchronisée sur l’électrocardiogramme (ECG) du patient avec acquisition segmentée de l’espace k. Les études portant sur l’ARM 4D-SL MRA pour l’exploration de la vascularisation encéphalique et à fortiori des MAV sont rares 13, 21. Elles proposent des séquences avec des résolutions temporelles voisines de 100 ms, mais avec une fenêtre d’acquisition réduite à un unique cycle cardiaque d’où un nombre limité de phases dynamiques acquises et donc une analyse incomplète de la MAV (aux dépens du drainage veineux). L’originalité de la séquence développée réside dans l’élargissement de la fenêtre d’acquisition pour accéder à une analyse complète des compartiments de la MAV, à résolution spatiale et temps d’acquisition non significativement compromis. Un post-traitement dédié à l’extraction et la quantification de paramètres hémodynamiques a été élaboré, l’analyse quantitative hémodynamique issue de l’ARM sans injection étant inédite à l’exception de très récentes publications sur l’ARM PC 22, 23. Les travaux d’optimisation et de post-traitement de séquence puis d’évaluation de sa performance diagnostique ont été menés sur volontaires sains puis patients présentant une MAV, symptomatique ou non, non ou partiellement traité.
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