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L'IRM de diffusion et de perfusion dans l'accident vasculaire cérébral


par Mickael TAFAZZOLI
UCBL (Lyon 1) - Master en biologie humaine 2010
Dans la categorie: Biologie et Médecine
   
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UNIVERSITE CLAUDE BERNARD LYON 1

FACULTE DE PHARMACIE DE LYON

INSTITUT DES SCIENCES PHARMACEUTIQUES ET BIOLOGIQUES

Année 2010

L'IRM DE DIFFUSION ET DE PERFUSION DANS L'ACCIDENT VASCULAIRE CEREBRAL

MEMOIRE BIBLIOGRAPHIQUE

Présenté dans le cadre de l'Unité d'Enseignement de Master 1 :

TRACEURS, EXPLORATIONS FONCTIONNELLES ET METABOLIQUES

PAR :

Micakel TAFAZZOLI

Né le 19 décembre 1988

A NICE

L'IRM de diffusion et de perfusion dans l'Accident Vasculaire Cérébral

SOMMAIRE

Préambules 2

Introduction 3

I Rappels des principes physiques de l'IRM 4

1) Résonnance 4

2) Relaxation 4

3) IRM de diffusion 6

4) IRM de perfusion 7

II Apport diagnostique de l'IRM de perfusion et diffusion 8

1) L'apport de l'IRM par rapport aux autre méthodes dans le diagnostic de l'AVC 8

2) La supériorité des IRM de diffusion et perfusion par rapport aux autres IRM

dans le diagnostic de l'AVC 9

3) Observation des AVC à la phase hyper aiguë (dans les 6 premières heures) 11

III Apport pronostique : Evaluation du risque hémorragique et de l'évolution

Lésionnelle sous traitement thrombolytique. 13

1) Apport pronostique de l'ADC 13

2) Etude des paramètres de perfusion et scores cliniques 16

3) NEURiNFARCT : un nouveau système de pronostic basé sur l'IRM de diffusion. 18

Conclusion 22

Annexe 23

Bibliographie 24

Préambules :

A l'heure où le gouvernement prend conscience, via son « plan d'actions national AVC 2010-2014 »1(*), du problème de santé publique que représente l'accident vasculaire cérébral (AVC), il paraît intéressant d'observer les moyens d'étude de cette maladie.

Le but de ce mémoire est de faire l'état des connaissance sur l'utilité de l'IRM de diffusion et de perfusion dans l'AVC. Il s'appuie principalement sur des thèses et des publications scientifiques prouvant leurs dires par des études de cas et des comparaisons avec d'autres études plus anciennes. Ainsi, les chiffres et statistiques présentés sont en accord avec ceux de la littérature.

L'AVC s'il n'est pas pris en charge dans les premières heures suivant l'apparition des premiers symptômes, s'avère mortel. C'est pourquoi nous nous attarderons particulièrement sur les images prises à la phase hyperaiguë.

Introduction :

L'AVC est la 3e cause de mortalité et la 1ère cause de handicap ce qui en fait un enjeu de santé publique majeur. La symptomatologie varie selon le territoire artériel concerné. Le signe d'AVC le plus fréquent est l'hémiplégie, il peut être accompagné d'aphasie et de troubles sensitifs.

L'OMS définit l'accident vasculaire cérébral (AVC) comme « développement rapide de signes localisés ou globaux de dysfonction cérébrale avec des symptômes durant plus de 24 heures, pouvant conduire à la mort, sans autre cause apparente qu'une origine vasculaire ». Les AVC comprennent à la fois les accidents de nature ischémique (AIC) et ceux de nature hémorragique (hémorragie intra parenchymateuse ou intra méningée). Les AIC représentent 80% des AVC. Le type de lésion conditionne la décision thérapeutique (voir feuille annexe).

L'AVC en urgence constitue une véritable course contre la montre. Ce tableau montre la perte neuronale lors de l'AVC ischémique (Jeffrey L et al. Stroke 2006;37) en corrélation avec une perte d'espérance de vie :

.


Deux types d'accidents ischémiques peuvent s'observer :

- La thrombose, provoquée par un caillot sanguin qui se forme localement à l'intérieur d'une artère cérébrale ou provoqué par une plaque d'athérome obstruant une artère cérébrale

- L'AVC embolique provoqué par un caillot qui se forme ailleurs dans l'organisme, dans une artère irriguant le coeur, le cou ou les carotides et parvient au cerveau par la circulation sanguine.

Les facteurs de risques principaux sont : l'hypertension artérielle (facteur principal), le sexe masculin, le diabète, l'âge élevé, le tabac, l'hypercholestérolémie, les cardiopathies ischémiques ou emboligènes et l'alcool (notamment à partir de 3 verres).

Après avoir effectué quelques rappels sur l'IRM, nous nous intéresserons à l'apport diagnostique des images de perfusion et diffusion, puis à leur utilité dans le pronostic d'AVC.

I Rappels des principes physiques de l'IRM

Les noyaux ont un spin tournant autour de l'axe nucléaire et engendrant un dipôle magnétique qui s'exprime par une grandeur appelée moment magnétique et noté , orienté de manière quelconque.

En présence d'un champ magnétique B0 statique, les moments magnétiques prennent deux orientations antiparallèles correspondant à deux états d'énergie.

1) La Résonance

Pour observer la résonance, il faut fournir une énergie par un second champ magnétique B1 de plus faible intensité, permettant aux noyaux de passer de l'état fondamental à l'état excité. B1, perpendiculaire à B0, tourne autour de celui-ci à une vitesse angulaire ù. B1 est une impulsion radiofréquence de 180°. Lorsque la fréquence de rotation de B1 est égale à la fréquence de précession (ou fréquence de Larmor), il y a résonance et passage du spin à un niveau d'énergie supérieur.

L'ensemble protons alignés dans le champ magnétique sont représentés par un vecteur de magnétisation .

Si on supprime le champ B1, le vecteur  a tendance à revenir à sa position initiale c'est à dire colinéaire à l'axe Oz en suivant un mouvement de précession. Sa composante My se déphase et tend alors vers 0, de même pour Mx, tandis que Mz croît. La décroissance de My se fait de façon exponentielle et engendre un courant induit dans une bobine réceptrice (en cuivre) située sur l'axe Oy.

Mouvement de précession et signal FID reçu.

            Une fois amplifié, le signal induit capté par la bobine est appelé FID (Free Induction Decay) ou encore signal de précession libre. Le signal FID représente un ensemble de sinusoïdes amorties en fonction du temps. La transformée de Fourier du signal permet d'obtenir l'amplitude et la fréquence des signaux mesurés, ce qui permet leur traitement informatique et la reconstitution d'images.

2) La relaxation

            On parle de relaxation quand  revient à sa position d'équilibre. On peut la décomposer en deux phénomènes, la relaxation longitudinale et la relaxation transversale.

 La relaxation longitudinale

            A l'équilibre Mz = Mo,

            Suite à la mise en résonnance : Mz = 0

Le retour de Mz à sa valeur de départ Mo est exponentielle et caractérise la relaxation longitudinale.

La constante de temps T1 est le temps nécessaire pour que les protons atteignent les deux tiers de leur aimantation. Elle dépend en fait de la mobilité des atomes d'hydrogène ou de celle des molécules auxquelles ils sont liés.

La relaxation transversale

Elle se caractérise par le temps de relaxation T2. T2 est en réalité le temps pendant lequel l'intensité décroît de deux tiers de sa valeur initiale. Ce temps de relaxation T2 est toujours inférieur au temps de relaxation T1.

Ces temps de relaxation T1 et T2 vont varier pour un tissu donné selon l'organisation physico-chimique de l'eau dans ce tissu, et c'est sur ces variations que l'on s'appuie pour détecter au sein d'un tissu les modifications liées à la présence d'une lésion. Les temps de relaxation T1 et T2 des tissus dépendent donc de la mobilité des noyaux d'hydrogène présents dans ces tissus : ces temps de relaxation augmentent avec l'hydratation de ces tissus.

Le temps de relaxation transversale apparent (visible sur le figure Mouvement de précession et signal FID reçu) est appelé T2*.

3) IRM de diffusion

Dans une IRM de diffusion, le signal est enregistré suite à une impulsion radiofréquence classique de 180°. Mais de part et d'autre de cette impulsion sont appliqués deux gradients opposés, d'intensité importante et identique.

Les protons immobiles déphasés par le premier gradient seront rephasés par le second ce qui n'engendrera pas de modification du signal.

Les protons mobiles déphasés par le premier gradient seront mal rephasés par le second, d'où une chute du signal.

Ci contre une image d'IRM de diffusion avec en

blanc la zone ischémiée :

Source:http://www.webneurologie.com/fr/pros/print/e-docs/00/04/55/0C/texte_alt_jlenro00129_gr2.jpg

L'IRM de diffusion permet de calculer un paramètre appelé ADC (ADC = Apparent Diffusion Coefficient). 

Ce coefficient est calculé automatiquement par des logiciels à partir d`une comparaison de 2 images acquises au même niveau du cerveau (image pondérée en T2 et image pondérée en diffusion). L'ADC en un point du cerveau correspond à la pente de décroissance du signal sur une échelle logarithmique entre l'image pondérée en T2 et l'image pondérée en diffusion. Il est traduit en chaque point du cerveau sur la carte d'ADC par une échelle de couleur.

Une forte décroissance du signal entre les deux images traduit donc un ADC élevé, et une décroissance faible un ADC faible. L'ADC est une mesure du degré de restriction du mouvement des protons.

4) IRM de perfusion

La perfusion peut s'étudier de manière en IRM :

- Méthode de marquage intrinsèque du flux (rarement utilisée, elle consiste à marquer par une saturation ou une inversion les spins du sang artériel avant qu'ils n'entrent dans le volume de tissulaire étudié).

- Méthode utilisant des traceurs exogènes. La technique la plus utilisée consiste à marquer le secteur vasculaire en étudiant l'effet du premier passage d'un produit de contraste exogène injecté en bolus. Les chélates de Gadolinium (ou de fer) possédant un effet T2 et T2* seront utilisés (bien que le Gadolinium possède un effet T1 prédominant, l'effet T2 sera plus utile ici). Des séquences Echo Planar (système très rapide permettant d'acquérir l'ensemble d'un plan en seule excitation) permettent d'évaluer la cinétique de passage du traceur.

Au premier passage, le produit de contraste étant très concentré, un effet T2* sera enregistré. La présence de la barrière hémato encéphalique empêchant le chélate de Gadolinium de diffuser à l'extérieur des vaisseaux, il va y avoir une différence de magnétisation entre l'espace intra vasculaire et extra vasculaire. Cela produit de inhomogénéités de champs accentuant l'effet T2*.

II Apport diagnostique de l'IRM de perfusion et diffusion

1) L'apport de l'IRM par rapport aux autre méthodes dans le diagnostic de l'AVC

Dans son étude cas Typhaine MIQUEL GOULENOK révèle que sur 30 patients atteints d'endocardite infectieuse avec complications cérébrales (dont 80% présentaient un AVC), l'atteinte cérébrale est toujours visible sur l'IRM alors qu'elle n'est visible que dans 81% des examens TDM. Ceci démontre la meilleure sensibilité de l'IRM de diffusion par rapport au scanner. Elle indique également que l'IRM permet de voir précocement les lésions ischémiques et hémorragiques et est une technique non invasive permettant de visualiser les anévrismes cérébraux (à condition qu'ils soient supérieur à 5mm). Grace à l'IRM elle obtient une corrélation clinico- radiologique plus précise utile dans les décisions thérapeutiques (délai de réalisation de la chirurgie, choix du matériel prothétique...). Le nombre d'effet indésirable de l'IRM est moins important que ceux de l'artériographie et de la TDM cérébrale. En effet, ces deux dernières techniques présentent une potentielle toxicité rénale liée à l'injection d'iode ; toxicité s'ajoutant à celle de certains antibiotiques et à la potentielle atteinte glomérulaire de l'endocardite infectieuse. Au contraire, aucun effet indésirable n'a été constaté suite à l'injection de Gadolinium chez la population étudiée.

Son étude révèle également que des microbleeds (ou microsaignement : lésions punctiformes en hyposignal, d'un diamètre de 5 à 10 mm) sont observés chez 57% des patients étudiés, et sont fréquemment associés à des lésions ischémiques. Or, la séquence T2* de l'IRM est la seule méthode permettant de visualiser ces micro saignements. On sait aujourd'hui que la présence de micro saignement est corrélée au risque de récidive d'AVC.

Des études [10] rapportent que la prévalence de ces microbleeds est de 18 à 68% chez les sujets présentant un AVC, alors qu'ils apparaissent chez seulement 4,7% des sujets sains. L'hétérogénéité de ces résultats provient des critères radiologiques choisis et de la difficultée de détection de ces microsaignement. Environ 13% des patients ayant eut un AVC présentent toujours ces microsaignements.

2) La supériorité des IRM de diffusion et perfusion par rapport aux autres IRM dans le diagnostic de l'AVC

L'étude de Michaël Metzger fut réalisée sur 37 patients. Le premier examen (à J0) fut réalisé en moyenne à 10h34 après l'apparition des premiers symptômes. Les résultats des différentes techniques IRM sont résumés dans le tableau suivant :

 

Méthode utilisée

nombre de patients

soit en pourcentage

Présence de sang visualisé

à J0

T2

1

2,7%

FLAIR

1

2,7%

Diffusion

1

2,7%

Perfusion

1

2,7%

à J5

T2

6

16,2%

FLAIR

4

10,8%

Diffusion

6

16,2%

Infarctus récent visualisé

à J0

T2

12

32,4%

FLAIR

21

56,8%

Diffusion

34

91,9%

Perfusion

34

91,9%

à J5

T2

29

78,4%

FLAIR

32

83,8%

Diffusion

33

89,2%

Perfusion

25

67,5%

Source [5] (voir bibliographie) résumé des résultats pages 53 à 55

Ces résultats montrent que dans la phase aigue (J0), la présence de sang est visualisable de la même manière quelque soit la technique d'IRM utilisée. A J5 l'hémorragie est mieux visible en séquences de diffusion et T2 qu'en FLAIR. Par contre sensibilité de l'IRM de diffusion pour le diagnostic d'infarctus est la meilleure à J0 et J5.

Cette étude indique que les 3 patients dont les lésions n'ont pas été détectées en diffusion sont différents des 3 patients dont les lésions n'ont pas été détectées en perfusion. On constate qu'en urgence (J0), les sensibilités en T2 et FLAIR sont faible alors qu'elles sont bonnes pour l'IRM de diffusion et perfusion. L'association perfusion et diffusion donne une sensibilité idéale dans cette étude (100% des AVC détectés). L'auteur précise aussi qu'en T2, aucun infarctus récent n'était diagnostiqué lorsque le délai était inférieur à 6h.

Il est à noter que les 3 patients ayant une perfusion normale avaient seulement de petits infarctus lacunaires, facilement visible en diffusion. Cependant, les 3 patients dont la diffusion était normale n'auraient pu être diagnostiqué sans une orientation clinique précise. La seule lecture des cartes de perfusion s'avère insuffisante pour établir un diagnostic pour les lésions de petite taille. De plus, contrairement aux lésions de diffusion, il est difficile de distinguer les anomalies de perfusions ancienne des anomalies récentes. On s'aperçoit également que les lésions non détectées en diffusion et perfusion à J0 ne le sont toujours pas à J5.

Rappels concernant l'évolution de l'AVC2(*) :

Nécrose : zone d'infarctus irréversible.

Pénombre: ischémie réversible, tissu à risque de nécrose

Oligémie: tissu à risque si hypotension, hyperthermie hyperglycémie...

DSC : Débit sanguin cérébral

On sait également que l'IRM de diffusion/perfusion est très bien corrélée avec le volume final de l'infarctus :

- la zone hypoperfusée est souvent plus large que la zone ischémiée

- la différence entre les 2 (zone hypoperfusée sans anomalie de diffusion) définit une zone à risque d'extension de l'ischémie mais potentiellement récupérable (zone de pénombre ischémique).

La zone de pénombre (ou mismatch) correspond à la différence visible entre l'image en diffusion et l'image en perfusion. Cette zone est en acidose tissulaire. Seul l'association des images de perfusion et diffusion permet de voir cette zone à risque de nécrose.

http://www.facbordeaux.com/tel/AVC.pdf

3) Observation des AVC à la phase hyper aiguë (dans les 6 premières heures)

L'étude de A-C Januel [4] porte sur 12 patients atteints d'AVC ayant pu bénéficier d'un IRM et d'une TDM dans les 6 heures après l'apparition des premiers symptômes.

Pour tous les patients ont été pratiqués :

- à J0, une TDM et une IRM

- à J4 +/- 1jour une TDM et une IRM

- à J120 une IRM seule

Ses résultats sont résumés dans le tableau ci dessous :

Pourcentage d'AVC détecté (nombre de patients)

 

à J0

à J4

TDM

50% (6)

91,67% (11)

IRM

T2

FLAIR

Diffusion

100% (12)

Perfusion

91,67% (11)

Ces résultats confirment en tout point ceux obtenus dans les études précédentes. L'IRM de diffusion est encore positive chez tous les patients. En effet tous leurs ADC sont diminués par rapport au coté opposé pris comme référence. Cette baisse est de 40% en moyenne. Ici encore, le patient présentant une IRM de perfusion négative a un infarctus de très petite taille.

Cette étude montre aussi qu'à J4 chez un patient ( différent du patient ayant une perfusion négative) aucune anomalie n'est visible quel que soit la technique utilisée. Ce sujet présentait un accident ischémique rapidement régressif. Ce type de cas est très rare et a été très peu observé chez l'homme.

Bien que des cas de réversibilité complète des lésions ischémiques avec anomalie visible précocement en imagerie de diffusion, aient été rapportés, la zone de signal anormal détectée en IRM de diffusion est considérée comme le territoire minimum de ce que sera la zone de nécrose de l' infarctus, pour toutes les lésions de plus de 1 ml.

Conclusion :

Le scanner (largement utilisé) associé à des signes cliniques évocateur permet en urgence d'établir l'absence d'un accident hémorragique mais est peu sensible aux accidents ischémiques (80% des AVC). Dans les premières heures après la survenue des premiers symptômes, la TDM a une sensibilité beaucoup trop faible pour pouvoir être fiable. De même à la phase aigue une simple IRM pondérée en T2 manque de sensibilité. Au contraire, l'IRM pondéré en diffusion associé à une IRM de perfusion permet un diagnostic très précoce des accidents ischémique avec une sensibilité très bonne. La taille de l'altération initiale en diffusion est corrélée à l'évolution clinique et au volume final de nécrose (zone irréversible).

L'observation des images de diffusion et perfusion permet également de distinguer les zones de nécrose et de pénombre ischémie. La taille de la zone de pénombre s'avèrera utile pour le clinicien désirant évaluer le risque hémorragique.

III Apport pronostique : Evaluation du risque hémorragique et de l'évolution lésionnelle sous traitement thrombolytique.

1) Apport pronostique de l'ADC

Les services de neurologie et d'imagerie des Cliniques Universitaires Saint-Luc (UCL) ont également participé à l'évaluation de l'imagerie de diffusion comparées aux autre séquences d'IRM à la phase hyper aiguë de l'AVC (dans les 6 premières heures). A partir d'une série de 57 patients, la précision diagnostique de l'imagerie de diffusion était de 95% avec une sensibilité et une spécificité de 89% et 92%, des valeurs prédictives positive et négative de 97 et 70%.

L'ADC a d'abord été mesuré dans des zones considérées normales, controlatérale à la zone ischémiée. Calculée à partir de 21 cas, les valeurs moyenne de l'ADC pour les différents patient ont été comparés. Ces mesures permettaient de mettre en évidence de très importantes hétérogénéités intra-lésionnelles et de très larges écart type. L'hétérogénéité des valeurs d'ADC pourrait être due à des artefacts de mesure. En effet, la zone d'intérêt peut être contaminée par la présence de substance grise, de vaisseaux... Ainsi, dans des zones dites saines, des écarts types de #177; 20% étaient constatées. Mais l'hétérogénéité des valeurs de l'ADC peut aussi être la conséquence de l'hétérogénéité des lésions tissulaires et de l'évolution différente des lésions dans le temps. Les écarts types constatées pouvaient ainsi atteindre individuellement 48%. D'autres études démontrent que la zone ischémiée est constituée de composantes à ADC réduit, normal mais aussi plus élevé, ces dernières permettant de mettre en doute la notion de coeur (nécrose) et de zone de pénombre et donc de remettre en cause le modèle physiopathologique de l'infarctus cérébral. La mesure d'un ratio d'ADC (appelé ADCr) entre la zone ischémiée et la zone controlatérale apporterait plus d'informations. Ces études ont montré chez leurs patients une évolution clinique satisfaisante pour des valeurs d'ADCr supérieures à 0,77 et un mauvais pronostic pour des valeurs inférieures à 0,59. La mesure de l'ADCr serait donc le marqueur de la gravité des lésions ischémiques et permettrait de prévoir l'évolution de la maladie.

Une autre étude [2] cherchait à déterminer un seuil d'hypoperfusion à partir duquel une baisse d'ADC serait visible ainsi qu'une potentielle corrélation entre débit sanguin cérébral relatif (DSCr) et ADC. L'hypothèse était que la baisse d'ADC n'évolue pas de façon linéaire avec le DSCr : l'ADC demeurant normal jusqu'à un certain niveau d'hypoperfusion, puis étant légèrement diminué dans la zone de pénombre, et enfin chutant brutalement dans la zone d'hypoperfusion sévère au dessous d'un seuil de débit. Ainsi, une relation de forme sigmoïde, entre ADC et DSCr serait possible. Les observations réalisées au CHU de Caen portent sur 7 patients ayant eut une IRM en moyenne 6h (min 4h - max 10h) après les premiers signes cliniques. Pour les patients plusieurs zone d'intérêt (ROI) ont été défini pour la zone d'infarctus (et pour la zone de mismatch).

Cette étude prouva que la relation entre diffusion et modification de perfusion est non linéaire et qu'une diminution d'ADC est significativement visible pour une diminution de la perfusion d'au moins 50%. Ces résultats, bien qu'ils soient en accord avec de ceux d'études menés sur des animaux, n'ont été obtenus qu'à partir d'un faible échantillon de patients.

L'étude de J.B. Pialat [7] inclus 52 patients. Des IRM ont été effectués à J0 (à moins de 7h après les premiers symptômes) , J1 (pour contrôler l'effet de la thrombolyse) et à J60. Tous les patients ont été traités par un activateur recombinant du plasminogène ou rt-PA (traitement classique de l'AVC, voir feuille annexe).

Le risque hémorragique étant majoré par la thrombolyse, il doit être évalué avant la mise en route du traitement. Son analyse de l'ADC a été effectuée dans la zone de mismatch. Il a classé les pixels en plusieurs classes en fonction de leur ADC en comptant le nombre total de pixels (nombre absolu de pixels) et en rapportant ce nombre au nombre total de pixels dans la lésion (pourcentage de pixels). En pourcentage de pixels il trouva une différence significative pour les classes de pixels d'ADC < 250×10-6 mm3.s-1. Il existe donc un seuil au dessous duquel le risque hémorragique est plus élevé en cas de traitement (50% de transformation hémorragique). Dans ce cas également, il n'y a pas de différence d'ADC en valeur absolu entre les patients ayant une hémorragie et ceux n'en ayant pas. Mais dans cette étude, l'explication pourrait provenir du fait que les volumes des lésions sont différent pour ces deux populations. En effet, les volumes sont de 107,31 #177; 34,22 cm3 pour le groupe ayant une hémorragie et de 79,79 #177; 53,47 cm3 pour le groupe sans hémorragie. L'auteur indique que « cette différence est sensible même si elle n'est pas significative (p=0,074). Le fait que le volume soit plus important noie les pixels d'ADC bas dans les pixels de valeur plus élevée ». Ainsi, le risque hémorragique pourrait simplement être corrélé à la taille de la lésion. En fait cette notion existe déjà puisque les hypodensités étendues visible au scanner à J0 sont une contre indication à la thrombolyse et au traitement anticoagulant. Le risque hémorragique peut donc être approché par l'ADC, mais un seuil valable pour tous les patients et dans tous les hôpitaux ne peut être déterminé avec un si petit échantillon de valeurs. Cependant la mesure de l'ADC reste un outil intéressant pour évaluer le volume de nécrose à la phase hyper aiguë de l'AIC. Par ailleurs, il a déjà été prouvé qu'il y a une répartition « en bulbe d'oignon » des valeurs d'ADC (très basses au centre des lésions et de plus en plus élevées en allant vers la périphérie). Ainsi certaines études (comme l'étude faite par les UCL) montrent qu'il est possible d'établir une valeur seuil d'ADCr compris entre 70 et 80%.

L'ensemble de ces études montre donc que l'ADC semble généralement diminuer en cas d'AVC. En effet l'ADC diminue pour toute diminution de perfusion d'au moins 50%. Cependant l'ADC peut rapidement varier au cours du temps pour un même individu et de nombreux cas de baisse d'ADC non significatif ont été rapportés. Cela en fait un paramètre inexact pour l'évaluation de l'évolution de l'AVC. Cependant, l'ADCr (ratio entre la région ischémiée et la région controlatérale) est un indicateur plus sur du devenir de la nécrose et du risque hémorragique. Aucune étude de grande envergure n'a établi de valeur seuil pouvant être appliquée dans tous les centres d'urgence, mais une valeur seuil entre 70 et 80% semble ressortir.

Il est classiquement admis que le coefficient apparent de diffusion est réduit les premiers jours de l'infarctus, puis augmente par la suite (pseudo normalisation), pour devenir hyper intense pendant la phase de chronicité. L'analyse transversale de multiples étude démontre [9] une réduction maximale du coefficient de diffusion apparaît en moyenne 33 heures après la survenue des signes cliniques, reflétant degré d'ischémie. Ceci permet de distinguer trois phases d'infarctus, hyperaiguë (moins de 6h), subaiguë (4 à 10 jours), et chronique. Cette progression naturelle (patients non traités) est variable en fonction des études. Cette variabilité peut provenir des différentes techniques utilisés et/ou d'une possible reperfusion précoce :

- dans les premières heures : la zone ischémiée (oedème cytotoxique) est en hyposignal alors que le T2 est normal

- au bout d'une semaine : pseudo-normalisation, disparition de l'hyposignal ;

- cicatrice, séquelle : hypersignal (augmentation de l'eau extracellulaire au sein de la cicatrice qui correspond donc à une augmentation du coefficient de diffusion).

2) Etude des paramètres de perfusion et scores cliniques

L'étude de A-C. Januel [4] montre une corrélation entre la taille de l'infarctus final et l'ischémie visible en perfusion et diffusion à J0 et J4. Elle prouve aussi que les NIHSS initial et final sont corrélé au volume initial de l'ischémie mesurée en IRM. Le NIHSS (National Institute of Health Stroke Scale) est une évaluation donnant un score clinique visant à déterminer la présence et la gravité de l'AVC. A-C. Januel évalua également grâce à l'échelle de Rankin, la sévérité du handicap fonctionnel des patients à J120. Ses résultats indiquent que seul le volume de perfusion est corrélé avec le score de Rankin à long terme. Elle confirma aussi la corrélation entre les score du NIHSS et de Rankin. Dans son étude, les patients dont le NIHSS est inférieur à 12 ont un volume lésionnel initial de taille inférieure à 50 cm3. Inversement, lorsque NIHSS>12, le volume lésionnel initial est supérieur à 100 cm3. Elle montre aussi que les 8 patients ayant un AVC dû à une occlusion artérielle cérébrale avaient des scores cliniques et un handicap fonctionnel (J120) « péjoratifs » comparé aux reste de l'échantillon.

L'étude de J.B. Pialat prit également en compte divers paramètres de perfusion tel que le débit sanguin relatif (ou flux sanguin cérébral relatif rrCBF), le temps de transit moyen relatif (rMTT), le volume sanguin régional relatif (rrCBV), le temps d'arrivé au pic TTP, et la valeur absolue du pic de relaxivité maximale (Peak). Peak, rrCBF et rrCBV sont relatifs au coté opposé (rrCBF = rCBFlésion/rCBFmiroir). Ses conclusions montrent que seul le rMTT mesuré à J0 est significativement corrélé à la reperfusion observée à J1. Cette corrélation est intéressante car elle permettrait potentiellement d'envisager la capacité de reperfusion du territoire avant la mise en route du traitement. Il remarque que le temps de transit moyen relatif (rMTT) est plus élevé chez les patients qui recanalisent (revascularisent leur zone de pénombre après administration d'un traitement) que chez les patients qui ne recanalisent pas. Ceci pourrait s'expliquer par le fait que les branches artérielles distales pourraient se recanaliser plus facilement le sang mettrait donc plus de temps à arriver au niveau de la zone de nécrose.

Il étudia aussi l'évolution clinique en évaluant la sévérité des séquelles à 2 mois grâce à l'IRM et au NIHSS. Il chercha à établir une corrélation entre NIHSS et IRM de perfusion. Il utilisa la méthode des rangs de spearman (méthode d'étude statistique de corrélation utilisée lorsque les distributions des variables sont asymétriques). Le flux sanguin cérébral relatif (rrCBF) apparaît corrélé aussi bien corrélé au NIHSS en diffusion qu'en perfusion. Cela illustre l'importance du débit sanguin dans la survenue des altérations neuronales et confirme les résultats précédents [4] sur un plus grand échantillon. En pratique clinique, le principal objectif thérapeutique reste le pronostic fonctionnel, et prédire l'évolution tardive (ici à J60) du patient peut aider à mieux cibler la population pouvant tirer un bénéfice à être traitée.

Le peak est corrélé avec le NIHSS et la diffusion. L'interprétation de ce résultat reste flou. Il peut être dû à la stase du produit qui provoquerait une importante baisse de signal. Cependant, il faudrait qu'un volume important de produit de contraste arrive jusqu'au lieu de lésion.

Les résultats d'autres équipes [3] montrent que la zone de pénombre ischémique est caractérisée en moyenne par 73% d'augmentation de la MTT et 29% d' augmentation rrCBV. De plus un CBF réduit dans une zone de CBV normale peut suggérer que quelques perfusions résiduelles par des collatérales dilatées subsistent. Pour tous les sujets de l'étude ayant eut une IRM de diffusion et de perfusion : si un défaut de perfusion (mesuré par le rMTT) est plus grand que la zone de nécrose visible en IRM de diffusion alors, on observe l'extension de la lésion ischémique dans les jours suivant. Cela signifie qu'en présence d'une zone de pénombre ischémique à J0, la taille de la zone nécrosée ne peut qu'augmenter. A l'inverse, en absence de zone de pénombre ischémique, il n'y a pas forcément d'extension de la nécrose initiale sur les images mesurées au 7e jour. Cette publication montre également que les valeurs du rrCBF de 37% et du rrCBV de 47% caractérisent la zone de pénombre alors que le RCBF n'est que de 12% dans la partie nécrosée. Les rCBF et rCBV permettent donc d'identifier les tissus potentiellement récupérable peu après les débuts de l'AVC.

Pour conclure nous pouvons affirmer que les paramètres de diffusion (ADCr) et de perfusion (CBF et CBV) sont, tout comme la taille initiale de l'infarctus, indissociable de l'évolution de la maladie (mesuré par le NIHSS). La disponibilité des séquences de diffusion ont transformé l'apport de l'IRM en urgence en permettant la distinction entre les lésions aiguës et les lésions séquellaires. De plus, grâce aux images de diffusion et perfusion effectuées dans les premières heures, les aires d'infarctus irréversible peuvent être définies avec fiabilité, de même que l'hémorragie intracrânienne et le tissu ischémié potentiellement récupérable. Cela permet d'évaluer le risque hémorragique du traitement.

L'inconvénient de la plus part des études utilisées dans ce chapitre est qu'elles ont effectué pour leurs paramètres étudiés, une normalisation par les régions dites « mirroir » de l'hémisphère controlatéral. Les valeurs s'expriment alors en pourcentage par rapport au coté opposé. L'obtention de ce ratio permet de s'affranchir de nombreux problèmes techniques (dilution du bolus, patient avec insuffisance cardiaque, échelle arbitraire des rCBF et rCBV à chaque examen ne permettant de comparaison directe...). Le problème est qu'en cas d'ischémie, l'hémisphère controlatéral présente souvent des modifications hémodynamiques pouvant aller de l'hyper débit compensatoire à l'hypo perfusion. Ces modifications varient en fonction des individus et ne peuvent pas être correctement évalués.

Il ressort de ces études qu'une grande proportion des patients ayant un mismatch et étant traités par rt-PA ont eu une amélioration significative du score NIHSS. En présence d'un mismatch, les patients traités par rt-PA ont un taux de recanalisation plus important, une augmentation de la reperfusion, ainsi qu'une plus grande proportion de tissu sévèrement hypoperfusé n'évoluant pas vers l'infarctus. Ces études montrent également que les patients ayant un mismatch entre perfusion et diffusion et une recanalisation après leur traitement ont une expansion de la zone nécrosée plus faible que celle observée chez les patients avec le même pattern mais sans recanalisation.

3) NEURiNFARCT : un nouveau système de pronostic basé sur l'IRM de diffusion.

L'étude est basée sur 98 patients de 60 ans de moyenne d'âge. Le premier IRM a été passé en moyenne 2,3 h après les premiers symptômes. NEURiNFARCT a pour but d'établir une image de prédiction automatique du devenir de l'infarctus et de sa progression potentielle dans le cerveau du patient, ce qui permettrait au neurologue d'estimer le rapport bénéfice/risque des traitements existants pour limiter cette progression. Il s'agit d'un algorithme obtenu grâce à la carte d'ADC créée suite à l'IRM faite dès admission des patients.

Source [8] : Principe de fonctionnement de NEURiNFARCT, observation chez un patient de 49 ans

A: A l'admission (104 min) l'infarctus déjà formé (16,3 cm3)est identifié grâce à une séquence IRM de diffusion classique.

B: L'infarctus déjà formé est reporté sur la carte du coefficient apparent de diffusion (dérivée automatiquement de l'IRM de diffusion A). Le logiciel estime la taille finale de l'infarctus à 84,1 cm3.

C : Infarctus final mesuré en IRM de diffusion : 126,9 cm3 .

Cet algorithme procède à une simulation de manière itérative (voxel par voxel) de l'évolution de l'infarctus. Ici encore un ratio d'ADC a été pratiqué et les résultats montrent qu'une valeur seuil d'ADCr peut être établie à 0,93 (ADClésion = 0,93ADCmirroir). Ce seuil est différent de celui décrit par l'étude précédente faite aux UCL. Cela peut s'expliquer par l'utilisation de machines ou de séquences différentes. Comme le montre ces graphiques, l'étude montra une corrélation entre le volume final de l'infarctus et le volume prédit par l'algorithme.

Les chercheurs voulurent ensuite observer s'il y avait une corrélation entre la prédiction faite par le logiciel et la revascularisation. Ils étudièrent également l'effet de l'heure où la première IRM fut prise. Ils n'observèrent aucune corrélation entre l'heure où l'IRM fut prise et la prédiction de l'infarctus. Une revascularisation complète ou partielle fut observée chez 70 patients et il n'y eut aucune revascularisation chez 20 patients (1 individu eut un IRM non interprétable). Ils constatèrent que chez les patients ayant eut une revascularisation, la réelle croissance de l'infarctus était même plus faible que celle prédite.

Le graphique ci dessus, la corrélation entre la possible revascularisation et la prédiction de la croissance de l'infarctus établie par leur algorithme.

La méthode NEURiNFARCT permet également de prévoir la zone de pénombre et présente l'avantage de n'utiliser que des images faites en IRM de diffusion.. Ainsi l'injection de produit de contraste (effectué pour l'IRM de perfusion) n'est plus nécessaire. Elle est entièrement automatisée ce qui apporte un gain de temps dans les situations d'urgence.

Cette méthode a quelques limitations : il n'a pas encore été prouvé que la méthode peut travailler avec des données provenant de différents systèmes d'imagerie par résonance magnétique dans d'autres centres. Une version de l'algorithme pouvant être distribué à d'autres centres est en cours de développement.

Conclusion :

L'inconvénient sur les valeurs seuil d'ADC et de l'ADCr est que ces valeurs seuil varient en fonction de l'étude. Cela pourrait être du aux paramètres d'acquisition variant entre différentes machines (nombre de Tesla, temps d'écho, angle de bascule etc.) . Cependant une équipe a montré que deux examens réalisés chez des rats à 15 minutes d'intervalle révélait déjà des différences dans les valeurs d'ADC (Shen et al., 2003). évolue avec le temps.

Etant donné les variations de valeurs d'ADC en fonction des appareils, des séquences et du temps, le développement de l'algorithme de NEURiNFARCT sera difficile.

Les nombreuses corrélations définies au cours de ce mémoire offrent d'intéressantes perspectives d'avenir. La mise au point d'un algorithme permettant d'évaluer l'évolution de la taille de la zone nécrosée à partir de l'ADCr dans un centre IRM semble être un premier pas vers la mise au point de méthodes automatiques permettant de prévoir le risque hémorragique et l'évolution des symptômes. En effet, si cela s'avère possible, l'intégration de tous paramètres présentant une corrélation avec la taille de l'infarctus et le NIHSS dans un unique algorithme, permettrait une prise en charge optimale de l'AVC. Cela nécessiterait cependant une standardisation des échelles de rCBF et rCBV ainsi que l'évaluation des modifications de tous les paramètres au cours du temps.

La variation des paramètres d'acquisition (puissance du champ magnétique, temps d'Echo, temps de relaxation etc.) entre les différents centres d'examen n'a pas encore permis de consensus sur une méthode de pronostic fiable et applicable partout.

A l'heure actuelle, aucune étude IRM de grande envergure (sur quelques milliers de patients) n'a été menée dans la phase hyperaiguë de l'AVC. Une telle étude intégrant toutes les variables connues (facteurs de risque, paramètres radiologiques et scores cliniques) et établissant toutes éventuelles corrélation entre eux pourrait permettre une avancée majeur dans la prédiction de l'évolution de l'AVC et de ses symptômes. De plus, la mesure des différents coefficients de diffusion et perfusion pourraient permettre d'obtenir des données précises sur l'évolution de l'ischémie dans les premières heures. La détermination de valeurs seuils pour plusieurs paramètres pourrait permettre d'établir précisément la réversibilité ou non d'une zone lésion.

Conclusion :

Les IRM de diffusion et de perfusion sont des techniques rapide apportant dès les premières minutes de l'AVC de nombreuses informations orientant la décision thérapeutique.

L'association de ces IRM permet notamment de délimiter et différencier immédiatement les zones de nécroses et ischémies. Non invasive et faisant preuve d'une très bonne sensibilité, et spécificité à la phase hyperaiguë, elle s'impose comme la méthode d'imagerie de référence pour le diagnostic d'AVC. Une absence de mismatch signifiant une absence tissu potentiellement récupérable, un traitement thrombolytique s'avère inutile et même dangereux, puisqu'il augmenterait le risque d'hémorragie. Elle est également un outil de recherche puisqu'elle peut évaluer le territoire de reperfusion chez les patients traités. Les différents paramètres mesurés grâce à cette méthode permettraient également de prédire l'évolution clinique du patient. En effet l'ADC et la taille initiale de l'infarctus étant corrélés à sa taille finale. Enfin l'IRM de diffusion permet également de différencier les AVC anciens et récents : tout AVC avec restriction de diffusion étant un AVC de moins de 10 jours. L'IRM apporte aussi une meilleure concordance entre les observateurs pour apprécier la lésion et son étendue.

Bien qu'étant la meilleure approche en cas de suspicion d'AVC, l'IRM de perfusion et diffusion n'est toujours pas pratiquée en première intention car souvent indisponible (faible nombre d'appareils IRM dans les hôpitaux). La TDM reste donc l'examen de premier recours dans la majorité des cas.

Annexe

Source [10] page 9 (voir bibliographie)

Bibliographie

[1] G. COSNARD, T. DUPREZ, C. GRANDIN, A.M. SMITH et A. PEETERS, Imagerie de diffusion et de perfusion par résonance magnétique de l'encéphale. http://www.md.ucl.ac.be/loumed/118,%201999/129-140.PDF

[2] M. HAMON et al. Relation quantitative des modifications de la diffusion et de la perfusion au sein du parenchyme cérébral au cours de l'accident ischémique aigu, Journal of Neuroradiology, volume 32 (2), p.118-124 Paris ; mars 2005.

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B8JDT-4R5DSGR-3J&_user=10&_coverDate=03%2F31%2F2005&_rdoc=1&_fmt=high&_orig=search&_sort=d&_docanchor=&view=c&_searchStrId=1439392119&_rerunOrigin=google&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=9f1215073b1a547dcab7023da0a3ed7a

ou http://www.em-consulte.com/es/article/126708

[3] W-D. HEISS, Ischemic penumbra: Evidence from functional imaging in man. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism volume 20, p.1276-1293. Juin 2000

http://www.nature.com/jcbfm/journal/v20/n9/full/9590980a.html

[4] JANUEL, Anne-Christine. Apport pronostique de l'IRM (1 Tesla) de diffusion et de perfusion à la phase hyperaiguë des Accidents Vasculaires Cérébraux ischémique. Th Doctorat Méd, UJM Saint-Etienne; 2001.

[5] METZGER, Michaël. Intérêt diagnostique de l'IRM de diffusion et perfusion dans l'accident vasculaire cérébral Ischémique à la phase aigue. Th Doctorat Méd, UJF Grenoble; 2001.

[6] MIQUEL GOULENOK Typhaine. Endocardite infectieuse et complications cérébrales, à la lumière de l'IRM : à propos de 30 cas. Th Doctorat Méd, Paris V ; 2009.

[7] PIALAT, Jean-Baptiste. IRM de diffusion et perfusion et accident ischémique cérébral aigu : Evaluation du risque hémorragique et de l'évolution lésionnelle sous traitement thrombolytique. Th Doctorat Méd, Lyon 1; 2004.

[8] C. ROSSO, N. HEVIA-MONTIEL, S. DELTOUR, E. BARDINET, D. DORMONT, S. CROZIER, S. BAILLET, et Y. SAMSON. Prediction of infarct growth based on apparent diffusion coefficient: penumbral assessment without intravenous contrast. RADIOLOGY, publié en ligne sur le site de radiology, le 18 novembre 2008.

http://radiology.rsna.org/content/250/1/184.full

[9] B. XERRI, Y. MATILLON et al. Rapport de l'ANAES (Agence Nationale d'Accréditation et d'Evaluation en Santé), service d'évaluation des technologies, Imagerie de l'accident-vasculaire cérébral aigu, Juin 2002.

http://sfnv-france.com/pdf/Recommandations-ANAES5802B.pdf

[10] M. Wiart , T.H. Cho, N. Nighoghossian. Apports de l'IRM multimodale au diagnostic des AVC ischémiques, Journal de Radiologie, Volume 89 (10) p. 1215, octobre 2008.

http://www.em-consulte.com/article/216550

MEMOIRE BIBLIOGRAPHIQUE

Mickael TAFAZZOLI : L'IRM DE DIFFUSION ET DE PERFUSION DANS L'ACCIDENT VASCULAIRE CEREBRAL

RESUME :

Basée sur des études de cas, nous avons chercher à effectuer une mise au point sur les différents paramètres de diffusion et de perfusion permettant de diagnostiquer et d'évaluer l'évolution des AVC. L'ensemble de ces analyses aboutissent à des résultats similaires. Il s'avère qu'il est possible d'établir certaines corrélations entre ces paramètres physiques et les scores reflétant la progression des signes cliniques. L'établissement de valeurs seuil relatives au coté opposé pour chaque variable permettrait la mise au point d'algorithmes sophistiqués permettant une appréciation plus précise du devenir de la pathologie. Les paramètres tels que le rCBF, rCBV et ADCr se montrent de bon indicateur de la situation présente et future du patient.

A l'heure actuelle la prise en charge de l'AVC à la phase hyperaiguë reste un enjeu majeur de santé publique et les informations données pars l'IRM de diffusion et de perfusion sont capitales. Cependant le manque de disponibilité en urgence de tels appareils est toujours à déplorer et constitue un problème important de gestion dans les Unité Neuro-Vasculaires (UNV).

* 1 http://www.cofemer.fr/UserFiles/File/planAVC17avr2010.pdf

* 2 Source : Magali Bisbal, ACCIDENT VASCULAIRE CEREBRAL :QUELLE PLACE POUR LA FIBRINOLYSE ? DESC Réanimation Médicale, Clermont Ferrand juin 2008.