Séquence diffusion : intérêt

dans la détection et le suivi

des lésions métastatiques

de la colonne

J. Alexiou, I. Stoian, S.L. Chao

Bruxelles, Belgique

Institut Jules Bordet

Objectifs

• Evaluation de l’intérêt de l’imagerie

pondérée en diffusion sur la détection des

métastases osseuses de la colonne

• Evaluation de l’évolution des lésions

métastatiques sous traitement par une

analyse quantitative des images

pondérées en diffusion

Introduction

• L’absence de méthode quantitative dans

l’évaluation de l’évolution des métastases sous

traitement donne un intérêt à l’imagerie

pondérée en diffusion car:

– La graisse est supprimée en diffusion ce qui permet

d’exclure la moelle normale et de quantifier le tissu

pathologique

– La nécrose peut être différenciée de la tumeur viable

– La mesure est faite voxel par voxel permettant

l’analyse objective de l’ensemble du tissu tumoral

même s’il est hétérogène ou irrégulier

IRM de diffusion

• Rappel du principe de diffusion : – Le signal en IRM provient des noyaux d’hydrogène

(protons)

– L’eau est le constituant majoritaire des tissus biologiques

– Les molécules d’eau dans un tissus biologique sont en mouvement à cause notamment de l’agitation thermique

– La diffusion est isotropique dans un milieu sans obstacle et obéit aux lois du mouvement brownien

– On donne ainsi un coefficient de diffusion (D): - Valeur dans l’eau pure à 37° : D = ± 3.10-3

mm²/s

IRM de diffusion

• Rappel du principe de diffusion :

– Dans les tissus biologiques, il existe de nombreux obstacles

– L’IRM a une résolution d’environ 1mm et ne peut donc mesurer que la résultante de l’ensemble des mouvements des molécules d’eau dans chaque voxel: c’est le coefficient de diffusion apparent (ADC)

– Plus il y a d’obstacles, plus la diffusion est limitée et plus l’ADC diminue

IRM de diffusion

• Image pondérée en diffusion (DWI):

– Utilisation de séquences spécifiques

permettant d’exercer sur les protons un

déphasage qui dépend de leur déplacement

– Les distances étant très courtes, les gradients

doivent être intenses pour pouvoir mesurer

les déphasages

– Utilisation de séquences de type EPI, d’où

l’intérêt des IRM à 3T

Matériel et méthode

• Analyse rétrospective réalisée sur des

patients atteints de cancer ayant eu une

IRM de la colonne

• Analyse rétrospective des 50 premiers

patients

– Tous ont été investigués à l’aide d’une IRM

3T

– Séquences classiques utilisées: T2-STIR, T1

TSE sans et avec injection IV de contraste

– Séquence de diffusion (DWI) « zoomEPI »

Matériel et méthode

• La séquence « zoomEPI » permet de

réduire le FOV (champs

d’investigation) et les artéfacts de

distorsion à 3T (Siemens, Erlangen,

Germany)

• Les mesures sont faites à b50 et b800

s/mm2

Matériel et méthode

• Parmi les 50 patients:

– 8 patients sans métastase détectée sur toutes

les séquences

– 4 patients avec échec de la séquence DWI

– 25 patients avec 1 seul examen utilisant la

séquence DWI

– 13 patients avec au moins 2 examens utilisant

la séquence DWI

Matériel et méthode

• Parmi les 13 patients avec au moins 2

examens utilisant la séquence DWI

– 42 lésions ont été évaluées dans un suivi de

traitement

– 11 lésions sont apparues avant ou au cours

du traitement

Matériel et méthode

• Parmi les 13 patients avec au moins 2

examens utilisant la séquence DWI

– Méthode d’analyse:

• Volume cible incluant l’ensemble de la lésion

métastatique vertébrale afin d’éviter la

segmentation et afin d’étudier les lésions diffuses,

multifocales ou de forme irrégulière

• Volume incluant tous les voxels quantifiables de la

lésion cible

• Mesure du volume total de la lésion (Vt), de l’ADC

moyen (ADCm) avec l’écart-type (ADCd)

Matériel et méthode • Parmi les 13 patients avec au moins 2

examens utilisant la séquence DWI

– Méthode d’analyse:

• Utilisation d’un modèle de mélange gaussien pour

décrire la redistribution des valeurs d’ADC au

cours du traitement

• Paramètres issus du modèle:

– Vb : volume de la composante gaussienne centrée sur

les valeurs basses d’ADC

– Vh : volume de la composante gaussienne centrée sur

les valeurs plus hautes d’ADC

– Vm : volume tumoral moyen pondérant chaque voxel par

une fonction linéairement dégressive de l’ADC

Matériel et méthode • Parmi les 13 patients avec au moins 2

examens utilisant la séquence DWI

– Méthode d’analyse statistique: • Comparaison des valeurs d’ADC

• Comparaison du pourcentage de variation de chaque

paramètre obtenu en séquence DWI au résultat d’évaluation

de l’évolution des lésions métastatiques en se basant sur les

séquences IRM classiques. Analyse des séquences

classiques et de la séquence DWI faite par 2 opérateurs

indépendants

• Analyse statistique réalisée sur les sous-groupes obtenus

par le résultat de l’évaluation classique

Matériel et méthode

• Parmi les 25 patients ayant 1 examen

utilisant la séquence DWI: • Seul une mesure de l’ADC moyen d’au moins une

lésion métastatique vertébrale a été réalisée

• 2 groupes ont été comparés:

– Un groupe formé de patients ayant une évolution

péjorative ( paramètres biologiques et/ou IRM sans DWI

précédente)

– Un groupe formés de patients stables ou d’évolution

favorable sous traitement

Matériel et méthode

• Exemple d’histogramme et de cartographie ADC de L2

Barres bleues: fréquence de distribution

Courbe rouge: modèle de mélange gaussien

Courbe jaune: composante ADCb

Courbe verte: composante ADCh

Courbe mauve: volume moyen pondéré

Les voxels quantifiables sont

représentés en couleur

Cas 1: évolution péjorative T0 T + 1 mois

Nette accentuation de l’étendue des lésions métastatiques au

cours du temps

Cas 1: évolution péjorative

Corrélation entre les valeurs mesurées en diffusion avec

l’aspect et l’étendue des lésions sur les séquences classiques

Cas 2: évolution favorable

• L’évolution favorable sous traitement se marque par une

diminution du signal en T2-STIR au cours du temps. En

T1, la lésion reste stable en aspect et en taille

T0 T + 3 mois T + 5 mois

Cas 2: évolution favorable

Diminution du volume avec disparition de la

composante ADCb

T0 T + 3 mois T + 5 mois

Cas 3 : évolution mixte T0 T + 2 mois

Le patient a eu une radiothérapie au temps 0 sur les niveaux L1 L2 L3.

Après 2 mois, le nodule métastatique de L4 a augmenté de taille de

manière significative témoignant d’une évolution péjorative tandis que le

signal des vertèbres L2 et L3 augmente en T1 et diminue en T2-STIR

témoignant d’une évolution favorable par la réapparition d’une

composante graisseuse au sein de la lésion métastatique

Cas 3 : évolution mixte T0 T + 2 mois

Excellente concordance des paramètres de diffusion mesurés avec

l’évolution et l’aspect des lésions sur les séquences classiques

Cas 4: tassement

Chez cette patiente de 61 ans avec un cancer du sein sans métastase, le diagnostic différentiel doit se faire entre un tassement simple et un tassement sur métastase en Th11.

Les séquences classiques plaident pour un tassement simple avec impaction au niveau de la partie postérieure du plateau supérieur. La séquence diffusion vient conforter cette hypothèse par les valeurs plus élevées d’ADCm.

ADCm: 1262,39 ±

98,20 10-6 mm²/s

T2-STIR T1 DWI

Cas 5: angiome

L’hémangiome classique apparaît de signal intense en T1, s’efface en

séquence T2-STIR et ne se voit pas en diffusion.

Aspect atypique d’un petit îlot graisseux ( petit hémangiome ?) présentant un

ADCm anormalement bas ( 498,79 ± 43,86 10-6

mm²/s). Par ailleurs pas de

métastase connue.

Résultats • Sur l’ensemble des patients :

– Les lésions métastatiques traitées ont une valeur

d’ADC moyen de 918 ± 204 10-6 mm²/s

– En divisant les patients en 2 groupes :

– Groupe de patients dont les lésions évoluent de

manière défavorable ( par rapport à des examens

précédents, sans ou avec séquence DWI ), la valeur

d’ADC moyen est de 815 ± 120 10-6 mm²/s

– Groupe de patients dont les lésions apparaissent

stables ou d’évolution favorable, la valeur d’ADC

moyen est de 984 ± 178 10-6 mm²/s

Résultats

• Dans le groupe de 13 patients (2 séq DWI ou +):

– Une analyse de 42 lésions a été effectuée par 2

observateurs indépendants :

• Un observateur a analysé l’évolution des lésions sur les

séquences classiques selon 3 critères: progression, stabilité

ou diminution

• L’autre observateur a fait l’analyse ADC et a obtenu le

pourcentage de variation de chaque paramètre quantitatif sur

chaque lésion

• Les résultats ont été corrélés dans le tableau 1

• Tableau 1

Résultats

• Dans le groupe de 13 patients (2 séq DWI ou +):

– Les résultats démontrent une corrélation significative

pour les δVt et δVm alors que les résultats sont plus

mitigés entre les informations apportées par les

δADCd et δVb et sont moins concordantes entre les

δADCd et δVh.

Résultats

• Dans le groupe de 13 patients (2 séq. DWI ou +)

– Lorsque les lésions sont classées selon l’évaluation

classique, les différents paramètres démontrent une

différence significative ( p< 0,01) entre le groupe

« progression » et le groupe « stable ou diminution »

(Tableau 2)

Résultats Tableau 2

Valeur moyenne des paramètres d’analyse ADC dans le groupe « en progression » et le

groupe « stable ou diminution ».

Résultats

• Causes d’échec de la séquence DWI:

– L’inhomogénéité du champs au niveau de la

jonction cervico-thoracique ne permettant

pas d’avoir une suppression efficace de la

graisse

– Afin de tester la robustesse de la séquence,

les ajustements ont été fait de manière

automatique par le système. Néanmoins, il

s’est avéré parfois nécessaire de le faire de

manière manuelle en cas d’ajustement

automatique défaillant.

Conclusions

• Sur l’ensemble des patients, la valeur moyenne de l’ADC

des lésions métastatiques a été évaluée à 918 ± 204 10-6

mm²/s ce qui confirme d’autres études sur le sujet avec des

valeurs comprises entre 600 et 1200 10-6 mm²/s.

• La diffusion n’a pas permis de détecter plus de lésions

métastatiques osseuses que les séquences classiques mais

a pu dans quelques rares cas, notamment d’infiltration

diffuse, mieux les mettre en évidence.

• Par ailleurs, vu la déviation standard importante des

paramètres de diffusion mesurés, on ne peut juger de

l’évolutivité des métastases sur un seul examen.

Conclusions

• La diffusion permet de confirmer les

hémangiomes vertébraux classiques.

• Toutefois, dans un cas d’ilot graisseux ou

d’hémangiome, la séquence DWI jette un doute

sur la lésion avec un ADC bas (± 500 10-6

mm²/s) dont on a pas l’explication

Conclusions

• Notre étude a montré, par contre, que le

traitement efficace entraîne un étalement

de la courbe des valeurs d’ADC et un

déplacement de la moyenne vers des

valeurs plus élevées.

• Cet aspect est dû à une diminution de la

densité tissulaire et/ou à une évolution

vers la nécrose

Conclusions

• De plus, les volumes dérivés de l’ADC sont en

accord avec l’évaluation classique de

l’évolutivité des métastases et pourraient être

utiles dans le suivi des métastases.

Conclusions

• Néanmoins, dans un cas sur treize, il existe une

discordance entre l’évaluation classique et la diffusion, la

première déclarant une progression et la diffusion

parlant d’une amélioration (Vt et ADCm) .

– L’analyse rétrospective de ce cas met en évidence une faille

dans la méthode d’évaluation qui prend en compte l’entièreté de

l’infiltration vertébrale. En effet, dans ce cas, l’analyse en T1

montre l’apparition d’une petite lésion évolutive dans une

vertèbre infiltrée d’aspect globalement stable ou d’évolution

légèrement favorable sous traitement.

– L’évolution des paramètres biologiques et l’évolution globale de

la patiente ont confirmé la progression.

– On ne peut donc pas interpréter isolément les séquences

diffusion sans une analyse attentive des séquences classiques

Conclusions

• Le manque de concordance entre l’ADCm

et l’évaluation classique montre que c’est

un paramètre indépendant mais ne signifie

pas qu’il n’est pas lié à l’évolution de la

tumeur.

• Le fait que l’ADCm augmente en cas de

réponse favorable au traitement, doit être

pris en compte dans l’interprétation.

Conclusions

• Les informations dérivées de l’ADC

permettent une approche multiparamétrique

dans l’analyse des métastases et pourrait

compléter l’imagerie classique dans le suivi

des métastases

Points-clefs

• Pas d’apport significatif de la diffusion

dans la détection des métastases

osseuses mais peut aider à la

caractérisation.

• Apport de critères quantitatifs par la

séquence diffusion pour le suivi de lésions

métastatiques sous traitement.

Références

• Messiou C., deSouza NM. Diffusion weighted magnetic resonance imaging of

mestastatic bone disease: a biomarker for treatment response monitoring. Cancer

Biomarkers 2010; vol 6(1): 21-32

• Reischauer C., Froehlich J. M. , Koh D.-M. et al. Bone Metastases from Prostate

Cancer: Assessing Treatment Response by Using Diffusion- weighted Imaging and

Functional Diffusion Maps—Initial Observations. Radiology 2010; vol 257(2):523-531

• Lee K. C., Bradley D. A., Hussain M. et al. A Feasibility Study Evaluating the

Functional Diffusion Map as a Predictive Imaging Biomarker for Detection of

Treatment Response in a Patient with Metastatic Prostate Cancer to the Bone.

Neoplasia 2007; vol 9(12):1003-1011

• Song I., Kim C. K., Park B. K. et al. Assessment of Response to Radiotherapy for

Prostate Cancer: Value of Diffusion- Weighted MRI at 3 T. AJR 2010; vol 194: W477-

W482

• Byun W. M., Shin S.O. , Chang Y., et al. Diffusion-Weighted MR Imaging of

Metastatic Disease of the Spine: Assessment of Response to Therapy. AJNR 2002;

vol 23: 906-912