Spectroscopie par résonance magnétique cérébrale

J Radiol 2007;88:483-96© 2007. Éditions Françaises de Radiologie.

Édité par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés

formation médicale continue

le point sur…

Spectroscopie par résonance magnétique cérébrale

D Galanaud (1), F Nicoli (2), S Confort-Gouny (2), Y Le Fur (2), D Dormont (1), N Girard (2), JP Ranjeva (2) et PJ Cozzone (2)

a spectroscopie par résonance magnétique du proton(SRM), utilisée déjà depuis de nombreuses années en re-cherche fondamentale, est actuellement en train de pren-

dre une place importante en neuroradiologie clinique. En effet,les progrès techniques réalisés dans le domaine des aimants etdes antennes permettent de réaliser ces séquences au cours d’unexamen IRM standard, avec une durée compatible avec la rou-tine clinique. De plus, l’apparition de séquences plus automati-sées, tant dans le domaine de la programmation que du post-processing, permettent l’utilisation de cette méthode avancéed’exploration du parenchyme cérébral en dehors des structuresspécialisées. Comme beaucoup de séquences IRM, la SRM a étéutilisée dans les pathologies les plus variées. Si elle permet d’ob-tenir des informations intéressantes sur la physiopathologie denombreuses maladies, ses indications en pratique quotidiennerestent limitées à un certain nombre de pathologies, où elle peutfacilement fournir des informations directement utiles à laprise en charge du patient.Après avoir exposé les grands principes de la méthode, nous ver-rons comment il est possible de réaliser ces acquisitions au coursd’un examen IRM et quelles sont leurs résultats dans les grandesindications cliniques chez l’adulte et chez l’enfant.

Principes et réalisation pratique

1. Principes physiques de la SRM

Le principe de base de la résonance magnétique nucléaire, quisous-tend à la fois l’IRM et la SRM, est qu’un noyau atomique (enparticulier le proton, noyau de l’atome d’hydrogène), placé dansun champ magnétique et auquel on envoie de l’énergie sous for-me d’une impulsion de radiofréquence, va réémettre cette éner-gie sous forme d’une onde électromagnétique appelée signal deprécession libre ou

free induction decay

. La fréquence de cette on-de dépend d’une part de l’intensité du champ magnétique,d’autre part de l’environnement moléculaire du proton. Les ato-mes d’hydrogène de l’eau, de la graisse et des différentes molécu-les présentes dans le parenchyme cérébral donneront donc des si-gnaux de fréquences différentes.Dans l’imagerie par résonance magnétique, ce principe est mis àcontribution pour réaliser une cartographie des protons de l’eauet de leurs conditions locales. La SRM cherche au contraire àquantifier les différentes molécules présentes dans le tissu.

2. Quelles sont les molécules observables ?

Le nombre de molécules ayant des protons observables en SRMcérébrale est limité. Il dépend en particulier du temps d’écho(TE) auquel la séquence est pratiquée. On peut, schématique-ment, réaliser deux types d’acquisitions :• les acquisitions à écho long (135 ms)

(fig. 1a)

. À ce tempsd’écho, on ne recueille le signal que des molécules ayant un T2suffisamment long. Il s’agit du N-Acétyl Aspartate (NAA), dela créatine (Cr), de la choline (Cho) et, dans des conditions

Abstract Résumé

Brain magnetic resonance spectroscopy

J Radiol 2007;88:483-96

MR spectroscopy (MRS) sequences allow noninvasive exploration of brain metabolism during a MRI examination. Their day-to-day use in a clinical setting has recently been improved by simple programing of sequences and automated quantification of metabolites. However, a few simple rules should be observed in the choice of sequences and the location of the voxels so as to obtain an informative, high-quality exami-nation. The research applications of MR spectroscopy, where use of this examination seeks to better understand the pathophysiology of the disease, must be distinguished from its clinical indications, where MRS provides information that can be used directly in patient management. The most significant of the clinical uses are imaging intracranial tumors (positive and differential diagnosis, extension, treatment follow-up), diffuse brain injury, encephalopathies (especially hepatic and HIV-related), and the diagnosis of metabolic disorders.

Les séquences de spectroscopie par résonance magnétique (SRM) permettent une exploration non invasive du métabolisme cérébral au cours d’un examen IRM. Les améliorations récentes, en termes de programmation des séquences et de quantification des métabolites, les rendent maintenant facilement utilisables dans un cadre clinique. Pour obtenir un examen informatif et de qualité, certaines règles simples doivent être respectées dans le choix des séquences et le positionnement des voxels. Il faut distinguer les applications de recherche de la SRM, où cet examen a principalement pour but de mieux comprendre la physiopathologie d’une maladie et ses indica-tions cliniques, où cette exploration peut fournir des éléments direc-tement utiles à la prise en charge du malade. Ces dernières sont principalement les tumeurs cérébrales (diagnostic étiologique et différentiel, bilan d’extension et suivi thérapeutique), la souffrance cérébrale diffuse, les encéphalopathies (hépatique et liée au VIH en particulier) et le diagnostic des maladies métaboliques.

Key words:

Magnetic resonance spectroscopy. MRI.

Mots-clés :

Spectroscopie par résonance magnétique. IRM.

L

(1) Service de Neuroradiologie (Pr Chiras), Hôpital La Pitié Salpêtrière, 47, boulevard de l’Hôpital, 75651 Paris cedex 13 ; (2) Centre de Résonance Magnétique Biologique et Mé-dicale (CRMBM), UMR CNRS n° 6612, Faculté de Médecine de Marseille, Université de la Méditerranée, Marseille.Correspondance : D GalanaudE-mail : [email protected]

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pathologiques, du lactate (Lac). Le spectre obtenu est « sim-ple », c’est-à-dire qu’il contient une information limitée, maisfacilement interprétable et quantifiable ;• les acquisitions à écho court (15-40 ms)

(fig. 1b)

. En plus desmolécules précédentes, on enregistre le signal du

myo

-inositol(mI), de la résonance complexe Glutamine-Glutamate-GABA(Glx) et, dans des conditions pathologiques, des lipides libres(Lip). Le spectre obtenu est plus riche que le précédent, mais poseun certain nombre de problèmes de quantification et d’interpré-tation, en raison de la superposition des résonances des différen-tes molécules.La position des métabolites sur l’axe des abscisses, ou « déplace-ment chimique » est constante, quels que soient le champ ma-gnétique de l’IRM et le temps d’écho choisi. On l’exprime en par-ties par millions ou

ppm

(1, 2). L’origine de l’axe est la résonancedu tétra méthyl silane, molécule utilisée en RMN in vitro. L’élé-ment variable en SRM est la surface du pic. Celle-ci va dépendreprincipalement de la concentration du métabolite et du tempsd’écho réalisé. Les rapports métaboliques sont donc différents àécho court et à écho long.• Le NAA (2,02 ppm) est une molécule présente uniquementdans les neurones. Il s’agit donc d’un marqueur de la densité et del’état fonctionnel de ces cellules. Il diminue en cas de souffranceet de mort neuronales.• La créatine/phosphocréatine (3,02 ppm) est une molécule dumétabolisme énergétique. C’est donc un marqueur de l’état phy-siologique global du tissu, que l’on utilise souvent comme « picde référence ».• La choline (3,2 ppm) est impliquée dans la synthèse et le cata-bolisme des membranes. Elle augmente donc en cas de proliféra-tion cellulaire (tumeurs) ou d’inflammation (sclérose en plaques).• Le

myo-

inositol (3,5 ppm) est un sucre présent uniquementdans la glie. Il augmente en cas de prolifération et d’activationgliales (gliomes de bas grade, gliose réactionnelle). Il diminue encas d’atteinte toxique de la glie (encéphalopathie hépatique es-sentiellement).• La glutamine-glutamate-GABA se présente sous la formed’une résonance large, située à gauche du NAA. Elle est un mar-queur du pool des neurotransmetteurs intra cellulaires. Son inté-rêt en pratique clinique est limité (augmentation en cas

d’encéphalopathie hépatique), en grande partie en raison de l’im-possibilité actuelle de séparer les résonances provenant des 3 mo-lécules constituant ce massif (IRM à 1,5 T).• Le lactate (1,35 ppm) apparaît sur le spectre sous la forme d’undoublet, positif à écho court, négatif à écho long. À la limite de ladétectabilité en condition physiologique, il augmente en cas d’ac-tivation du métabolisme anaérobie (ischémie, crises convulsives,cytopathies mitochondriales…).• Les lipides libres constituent une résonance large, double, pré-sente à droite du NAA. Ils sont essentiellement visibles à échocourt, mais peuvent parfois persister à écho long, lorsqu’ils sontprésents en quantité massive. Leur présence traduit une nécrosecellulaire (tumeurs de haut grade, ischémie) ou parfois unecontamination par les lipides du scalp, lorsque le voxel est posi-tionné trop superficiellement.

3. Quantification des métabolites

Les résultats de la SRM peuvent être exprimés de deux manièresdifférentes.

3.1. Les méthodes de quantification relative

Elles consistent à rendre les résultats en rapports de concentra-tions. On exprimera, par exemple, la valeur du pic de NAA parrapport à celle de la créatine, ou par rapport à la somme des mé-tabolites. Dans les pathologies focales, on peut également réaliserune acquisition dans une région controlatérale saine, et comparerainsi les valeurs des différents métabolites dans la lésion par rap-port à cette zone normale de référence.

3.2. Les méthodes de quantification absolue

Elles ont pour but de chercher à déterminer la concentrationréelle des métabolites. Si ce concept est séduisant, sa réalisationpratique est techniquement ardue. De très nombreuses métho-des ont été essayées, mais aucune n’est pour le moment utilisableen routine clinique.

4. Variations physiologiques des métabolites

Les rapports métaboliques normaux sont variables en fonctionde l’âge et de la région cérébrale étudiée.

Fig. 1 : Spectres normaux (substance blanche du centre semi ovale) à écho long (TE = 135 ms, A) et à écho court (TE = 26 ms, B). NAA: N acétyl aspartate. Cr: Créatine. Cho: choline. mI: myo-inositol. Glx: Glutamine-Glutamate-GABA.

a b

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• La maturation cérébrale s’accompagne de variations impor-tantes des rapports métaboliques. Ce processus débute dès la pé-riode anté-natale ; la choline et le NAA sont présents dès 22 se-maines de grossesse, tandis que la créatine apparaît vers27 semaines. Chez le nouveau-né, le NAA est très bas, et va pro-gressivement augmenter pour atteindre des valeurs proches decelles de l’adulte à 1 an environ. On observe également avec lamaturation cérébrale une augmentation de la créatine, et une di-minution de la choline et du

myo

-inositol. Les métabolites attei-gnent les valeurs adultes vers l’âge de 4 ans (3-6).• L’effet du vieillissement cérébral sur les rapports métaboli-ques est plus discuté. Les variations des rapports métaboliquesdécrites sont diverses et contradictoires (7-12). Les modificationsdes spectres, si elles existent, sont de toute façon minimes et sansconséquence en pratique clinique.• Les rapports métaboliques sont en revanche très différents enfonction des régions cérébrales. Le rapport NAA/Cr est parexemple d’environ 2 dans la substance blanche pariéto-occipitale,1,5 au niveau des noyaux gris et 1 au niveau du cervelet (5, 13).

5. L’acquisition SRM

L’acquisition de spectroscopie se déroule en plusieurs étapes :• l’opérateur délimite sur la séquence de repérage la région dontil veut observer le spectre (le voxel) ;• on règle les micro bobinages de l’IRM (les bobines de shim)pour obtenir un champ magnétique le plus homogène possible auniveau du voxel ;• on sature le signal de l’eau. L’eau est en effet présente à uneconcentration 50 000 fois plus importante que les molécules quel’on souhaite observer. Il faut donc supprimer son signal pouréviter qu’il ne sature complètement les bobines réceptrices et lesamplificateurs ;• on lance la séquence, qui est répétée un grand nombre de fois(de 64 à 196 en pratique clinique) pour obtenir un rapport signal/bruit satisfaisant.L’ensemble de ce processus est automatisé dans les IRM récentes,et la seule intervention de l’opérateur consiste à positionner levoxel sur l’image de référence.

6. Séquences réalisables

Il existe deux grands types de séquences de SRM :• la SRM monovoxel, où l’on recueille le signal d’un seul voxel.Cette acquisition est assez rapide (de 1 à 3 minutes), simple àmettre en œuvre (le spectre immédiatement disponible à la fin dela séquence), mais ne fournit qu’une information limitée à la por-tion de parenchyme cérébral incluse dans le voxel ;• l’imagerie métabolique ou CSI (chemical shift imaging) quiconsiste à enregistrer l’information spectroscopique sur un ouplusieurs niveaux de coupe. Cette séquence fournit donc une in-formation beaucoup plus riche que la SRM monovoxel, au prixtoutefois d’une durée d’acquisition plus longue (une dizaine deminutes) et d’un traitement complexe des données. Il va falloir eneffet exploiter les centaines de spectres enregistrés au moment del’acquisition. Les données doivent être transférées sur une conso-le de traitement. On peut ensuite se déplacer sur l’image de réfé-rence, et afficher ainsi les spectres des régions que l’on souhaiteétudier. Une autre méthode de visualisation des résultats consisteà afficher des « cartes métaboliques » qui correspondent à la ré-partition des métabolites ou des rapports métaboliques sur l’image.

7. Critères de qualité des acquisitions

Obtenir des spectres interprétables et de bonne qualité nécessitede bien connaître un certain nombre de règles simples :• la taille du voxel ne doit pas être inférieure à 3,5 cm

3

environ(soit un voxel de 1,5x1,5x1,5 cm). Il est déconseillé de descendreau dessous de 1 cm dans chacune des 3 directions ;• le nombre d’acquisitions doit être adapté en fonction de lataille du voxel. Schématiquement, on réalisera de 64 à 196 acqui-sitions ;• la position est également importante. Les acquisitions sontsouvent de mauvaise qualité à la face inférieure des lobes fron-taux et temporaux et au niveau des pôles temporaux. Contraire-ment à une idée très répandue, le voxel peut déborder sur lesventricules. Il faudra éviter dans la mesure du possible les zoneshémorragiques ou calcifiées. Une suffusion hémorragique ouune petite calcification ne vont pas trop dégrader la qualité desspectres, mais il est illusoire de vouloir réaliser une acquisitionSRM sur un hématome intracrânien pour savoir s’il existe unetumeur sous-jacente.La qualité finale du spectre va se juger sur deux éléments princi-paux : le rapport signal/bruit, qui correspond à la hauteur des réso-nances de métabolites par rapport au bruit de fond et la résolutionspectrale, qui va se juger sur la bonne séparation des différents pics.Schématiquement, on peut considérer qu’un spectre est de bonnequalité si les résonances de choline et de créatine sont séparées surau moins la moitié de leur hauteur, et si le signal des principauxmétabolites est au moins 10 fois supérieur au bruit de fond.

Applications cliniques

Les applications les plus développées en SRM cérébrale sont l’ex-ploration des tumeurs cérébrales et des maladies métaboliques.D’autres indications, moins fréquentes, doivent également êtresignalées, comme la pathologie VIH, la sclérose en plaques, cer-taines encéphalopathies et la souffrance cérébrale diffuse.

1. Masses cérébrales

1.1. Considérations générales

Les signes d’une prolifération tumorale en SRM sont avant toutune augmentation de la choline, liée à la synthèse membranaireet une diminution du NAA, liée à l’envahissement du parenchy-me sain (les cellules tumorales « remplacent » les neurones). Lacréatine est en général diminuée, le métabolisme tumoral étant leplus souvent moins bon que celui du cerveau normal. On peutégalement observer :• une augmentation du

myo

-inositol dans les gliomes de bas gra-de (II et certains III OMS) et, plus anecdotiquement, dans lesPNET/médulloblastomes (14, 15) ;• des lipides libres, dans les tumeurs de grade élevé (gliome ana-plasique, glioblastome, métastase, lymphome). Ceci peutpermettre de différencier une tumeur kystique, qui correspondgénéralement à un gliome anaplasique et dont le spectre seradominé par le lactate, d’une tumeur nécrotique, généralementun gliome ou une métastase, dont le spectre sera dominé par leslipides libres (16) ;• de l’alanine dans les méningiomes (17) ;• des acide aminés libres dans les abcès à pyogènes (18).

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1.2. Où réaliser l’acquisition ?

Le positionnement du voxel va déterminer la qualité des résul-tats et la pertinence de l’information recueillie. Il faut explorer lesrégions les plus agressives de la tumeur, en se positionnant égale-ment dans des régions permettant d’obtenir des spectres de bon-ne qualité (19). On centrera donc le voxel sur la paroi des zoneskystiques ou nécrotiques, à distance (1 cm au minimum si possi-ble) de la voûte du crâne. On évitera, si possible, les zones hémor-ragiques ou calcifiées. En cas de tumeur charnue, on se centrerasur les prises de contraste lorsqu’elles sont présentes, sinon sur lesrégions les plus hétérogènes de la tumeur. La taille du voxel seraadaptée à la taille de la tumeur. Les acquisitions doivent, dans lamesure du possible, être réalisées sans injection de produit decontraste. Si toutefois aucun examen précédent injecté n’est dis-ponible, il est possible de réaliser la SRM après gadolinium. Lesmodifications du spectre que ce produit peut induire sont en effetminimes (élargissement de la résonance de choline sans modifi-cation de la surface du pic) et sans conséquences sur l’interpréta-tion des spectres en routine clinique.Les séquences à réaliser sont variables en fonction de la questionclinique posée. S’il s’agit d’une caractérisation tumorale, on réali-sera une acquisition monovoxel à écho court et à écho long sur latumeur, ainsi qu’une acquisition à écho long de référence sur unezone de parenchyme sain (au mieux la région symétrique contro-latérale). S’il s’agit au contraire du bilan d’une lésion infiltrante,on réalisera une acquisition d’imagerie métabolique CSI à écholong sur la coupe où la tumeur est la plus étendue, associée à uneacquisition à écho court sur la partie la plus agressive de latumeur.

1.3. Quelles indications en pratique clinique ?

Il existe un certain nombre de situations où la SRM apporte desinformations importantes pour la prise en charge des patients at-teints de tumeur cérébrale. On pourra citer :

1.3.1. Le diagnostic différentiel entre abcès et tumeur nécrotique/kystique

La combinaison de l’imagerie de diffusion et de la SRM permet,dans de nombreux cas, de faire un diagnostic de quasi certituded’abcès à pyogènes (18). Dans une lésion kystique, la combinai-son d’un coefficient apparent de diffusion (ADC) diminué etd’acides aminés en SRM est pratiquement spécifique d’abcès àpyogènes. Les acides aminés se présentent comme des résonancesmultiples, situées entre -1 et 1,5 ppm environ, positives à échocourt et négatives à écho long. Les tumeurs nécrotiques présen-tent au contraire un spectre dominé par la choline et les lipideslibres, tandis que le profil métabolique des tumeurs kystiquesassocie élévation de la choline et présence de lactate. L’ADC estdans la très grande majorité des cas augmenté dans les tumeursnécrotico-kystiques.

1.3.2. Le diagnostic positif de la nature tumorale d’une lésion

Devant une lésion de nature indéterminée, la présence d’une élé-vation de la choline est très fortement évocatrice de tumeur céré-brale (20). Deux pièges diagnostiques sont cependant à éviter :• certaines lésions démyélinisantes peuvent avoir un profil trèsproche de celui des tumeurs cérébrales (21). Le diagnostic diffé-rentiel se fera sur le contexte clinique et sur l’aspect de la lésion :une lésion charnue, non nécrotique, ayant un aspect « en bulbed’oignon », prenant le contraste en périphérie de façon annulai-

re, chez un sujet jeune, doit faire évoquer une forme pseudo-tu-morale de sclérose en plaques ;• dans les accidents vasculaires cérébraux à la phase aiguë et su-baiguë, on peut observer une « fausse élévation » de la choline.En effet, l’ischémie cérébrale s’accompagne d’une diminutiondiffuse des métabolites, épargnant relativement la choline (22,23). Celle-ci peut donc apparaître comme faussement augmen-tée, par rapport à la créatine et au NAA. L’erreur sera redresséeen comparant la choline dans la lésion par rapport au voxel de ré-férence.

1.3.3. Le diagnostic des gliomes infiltrants

La SRM peut fournir des indications pronostiques sur les glio-mes infiltrants. Schématiquement, on peut observer deux profilsdifférents :• les gliomes de bas grades classiques (II WHO) sont caractéri-sés par une augmentation de la choline, une baisse importante duNAA et une élévation variable de l’inositol (24, 25) ;• la gliomatose cérébrale, qui est une infiltration diffuse du pa-renchyme cérébral présente en revanche une élévation importan-te du myo-inositol et de la créatine, une diminution modérée duNAA et une choline normale ou modérément augmentée. À ladifférence des gliomes de bas grades, ce néoplasme est de trèsmauvais pronostic (26).

1.3.4. Le bilan d’extension des tumeurs gliales

La SRM permet de faire la différence entre un œdème vasogéni-que réactionnel péritumoral, qui présentera un profil métabo-lique normal, et une infiltration tumorale, qui sera au contrairecaractérisée par une élévation de la choline et une baisse duNAA. Cela permet de préciser l’opérabilité des tumeurs, l’éten-due de la résection à réaliser et/ou d’améliorer le ciblage de laradiothérapie (27).

1.3.5. L’évaluation de la réponse thérapeutique après radiothérapie ou chimiothérapie

(28)

Une radionécrose, indiscernable radiologiquement d’une récidi-ve tumorale, se traduira par un effondrement des métabolites, as-socié à la présence de lipides libres en quantité massive (29-31).S’il persiste une activité tumorale, on observera en revanche unepersistance de l’élévation de la choline

(fig. 2)

. De manière plusanecdotique, la SRM a également été utilisée pour évaluer la ré-ponse à certaines chimiothérapies.Les espoirs, initialement soulevés par l’utilisation de la SRM pourfaire le diagnostic précis, « histologique », des tumeurs cérébra-les, n’ont pas été concrétisés. Plusieurs explications peuvent êtreavancées : la néo-vascularisation, paramètre majeur en patholo-gie tumorale, n’est pas observable en SRM ; si une tumeur esttrop nécrotique, les lipides libres vont dominer le spectre ; cer-tains glioblastomes et certaines métastases sont constitués de cel-lules tellement indifférenciées, que même l’anatomopathologie aparfois du mal à conclure. La solution à ce problème passera pro-bablement par des approches multivariées, combinant les don-nées de la SRM avec celles d’autres séquences, comme l’imageriede perfusion et les séquences conventionnelles

(fig. 3)

(32, 33).

2. Souffrance cérébrale diffuse

La SRM présente un intérêt potentiel majeur dans l’évaluationde la souffrance cérébrale diffuse. En effet, dans de très nom-breux cas, comme par exemple l’anoxie périnatale, l’hyperten-sion intra crânienne, le bas débit prolongé, les encéphalopathies

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métaboliques ou infectieuses, les signes radiologiques sont retar-dés ou peu spécifiques. En revanche, la SRM permet de préciserl’état fonctionnel des neurones (par l’intermédiaire du pic deNAA), de manière bien plus sensible et plus spécifique que les sé-quences conventionnelles. L’anoxie peut également se traduirepar la présence de lactate, qui peut également avoir une valeurpronostique dans certains cas. On pourra par exemple retenircomme indications cliniques :• l’anoxie péri-natale : la souffrance péri-natale est en effet unproblème qui reste difficile à explorer au moyen des séquencesd’IRM classique, y compris de diffusion. Il a en revanche étémontré que le taux de lactate, mesuré au niveau des noyaux griscentraux, était bien corrélé au devenir neurologique de ces en-fants (34-37) ;• les traumatismes crâniens : plusieurs études ont montré un in-térêt de la SRM du thalamus ou du tronc cérébral pour aider àdéterminer le devenir neurologique de patients traumatisés crâ-niens graves. Le marqueur prédictif est le NAA, dont la valeurest bien corrélée à l’atteinte neurologique (38-41) ;• l’évaluation des conséquences d’un arrêt cardiaque, d’un hy-podébit ou d’une chirurgie compliquée. Les données, dans cesderniers cas, sont nettement plus limitées, mais semblent mon-trer que, comme dans l’anoxie péri-natale, l’importance de la

baisse du NAA et/ou de l’augmentation du lactate pourraientêtre un indicateur pronostique

(fig. 4)

(42-44) ;• l’encéphalopathie liée au VIH est une des applications clini-ques les plus anciennes de la spectroscopie. L’atteinte del’encéphale par le virus VIH va se manifester par une baisse duNAA, qui précède l’apparition des signes cliniques, et peut êtreassociée à une augmentation de la choline. Cette diminution estréversible sous traitement anti-rétroviral efficace

(fig. 5)

(45, 46).La SRM peut donc être utilisée à la fois pour contribuer au dia-gnostic positif de cette maladie et pour suivre l’efficacité du trai-tement. Les autres applications de la SRM chez le patient VIHsont plus anecdotiques. On citera cependant la leucoencéphalo-pathie multifocale progressive, dont le profil SRM est proche decelui d’une maladie démyélinisante (augmentation de la choline,baisse du NAA, présence de lipides libres et de lactate,

cf. infra

)(47). L’intérêt de la SRM dans cette affection n’est pas tant dans lediagnostic positif que dans le suivi de l’efficacité thérapeutique. Ila en effet été montré que lorsque cette maladie était contrôlée parla correction de l’immunodépression, on pouvait observer uneaugmentation du

myo

-inositol, correspondant à l’apparitiond’une gliose cicatricielle (48).• l’atteinte de l’encéphale liée à l’alcool ; l’intoxication alcooli-que chronique peut se manifester par l’augmentation du pic de

scyllo

-inositol (petite résonance normalement à la limite de la dé-

Fig. 2 : Patient traité par radiochirurgie « gamma knife » pour une métastase de cancer du poumon.a Séquences axiales T1 gadolinium réalisées à 2 mois d’intervalle.b IRM de perfusion (cartographie du rCBV et profil de perfusion de la tumeur et d’une zone saine.c-d SRM à écho long (TE = 135 ms, c) et à écho court (TE = 20 ms, d) sur la tumeur réalisés au cours du 2e examen. Il existe une très nette

augmentation de taille de la lésion entre les deux examens. L’IRM de perfusion retrouve une importante vascularisation de la tumeur. La SRM confirme le caractère actif de cette lésion, devant la présence d’une choline élevée, confirmant la persistance de phénomènes prolifératifs.

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tectabilité, présente entre la choline et le

myo

-inositol) (49), par-fois associée à la détection d’éthanol, en cas d’intoxication aiguëau moment de l’examen. L’encéphalopathie hépatique conduit àune diminution du

myo

-inositol, par toxicité gliale, associée à uneaugmentation du Glx (50). Chez un cirrhotique présentant destroubles de conscience, ce profil particulier peut donc aider à dif-férencier cette maladie d’une autre pathologie (intoxication mé-dicamenteuse en particulier).

3. Sclérose en plaques

Si la SRM a été largement utilisée dans l’exploration de la scléroseen plaques, son application en routine clinique est plus difficile àdéfinir dans cette pathologie. Le profil d’une « plaque » à la pha-se aiguë (démyélinisation) comporte une augmentation de la cho-line, une diminution du NAA et la présence de quantités varia-bles de lipides libres, lactate et macromolécules

(fig. 6)

. L’aspect,nous l’avons vu, peut être proche de celui des tumeurs céré-brales ; le diagnostic différentiel se fait sur le contexte clinique etl’aspect de la lésion. Au fur et à mesure que la lésion vieillit, leslipides libres et le lactate disparaissent, la choline et le NAA se

normalisent (51). Lorsque la maladie est à un stade plus avancé,le NAA ne retrouve plus son niveau normal au décours des pous-sées successives et l’on peut voir apparaître une augmentation du

myo

-inositol, traduisant la gliose réactionnelle (52). Il est intéres-sant de noter que ces anomalies peuvent être observées, chezcertains malades, dans les zones de substance blanche d’apparen-ce normale, en dehors des zones d’hypersignal T2/FLAIR,traduisant une atteinte beaucoup plus diffuse de la maladie quece que l’on observe avec les séquences conventionnelles (53, 54).

4. Maladies métaboliques

L’exploration des maladies métaboliques est une des indicationsles plus anciennes de la SRM. La perturbation d’une voie méta-bolique normale peut entraîner l’accumulation de métabolitesnormaux ou anormaux pouvant être observés en spectroscopiecérébrale, ou au contraire le défaut de synthèse des métaboliteshabituellement observés. Les molécules présentes en quantitéanormale pouvant être transportées par le sang ou éliminées dansles urines, il est intéressant de coupler à l’exploration SRM cérébra-le de ces patients une spectroscopie

in vitro

des fluides biologiques

Fig. 3 : Gliome de haut grade (glioblastome).a-b IRM en séquence FLAIR (a), T1 après injection (b),c-d IRM de perfusion (cartographie du rCBV ; c), imagerie métabolique (cartographie de la choline, d),e-f SRM à écho court (TE = 26 ms, e) et à écho long (TE = 135 ms, f).

Lésion hétérogène, rehaussée après injection de produit de contraste, présentant des signes de néo-vascularisation franche (élévation du rCBV) et dont le profil métabolique est dominé par l’élévation importante de la choline et l’effondrement du NAA. La conjonction des signes d’activité proliférative intense et de néo-vascularisation est évocatrice du diagnostic de gliome de haut grade.

a b cd e f

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Fig. 4 : IRM réalisée 24 heures après un arrêt cardiaque prolongé. On retrouve un hypersignal diffus du cortex correspondant à des lésions de nécrose laminaire. Il existe également un hypersignal des noyaux caudés. La SRM retrouve une diminution diffuse du NAA, associée à la présence de lactate, y compris dans des régions d’apparence normale en imagerie (noyau lenticulaire droit et insula postérieure droite), confirmant le caractère global de cette souffrance cérébrale.

a Séquence FLAIR.b Séquence diffusion.c Imagerie métabolique.

a bc

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(sang, urines, LCR). Ceci consiste à recueillir ces liquides, lesconcentrer et les analyser dans un spectromètre spécialisé dont lechamp est beaucoup plus élevé que le spectromètre « médical »qu’est l’appareil d’IRM. La conjonction des processus de concen-tration, du champ beaucoup plus élevé et de l’absence de con-trainte liée au patient (durée maximale des séquences,mouvements) permet ainsi de détecter plusieurs centaines de mé-tabolites et donc de déterminer beaucoup plus précisément lavoie métabolique touchée.Des centaines de publications ont été consacrées à la SRM céré-brale dans les maladies métaboliques. Il n’est donc pas possibled’en faire ici une description exhaustive. Nous citerons en exempleles affections les plus fréquentes, ainsi que celles où la spectroscopiea apporté un progrès indiscutable dans la compréhension dumécanisme physiopathologique de la maladie.

4.1. Cytopathies mitochondriales

Les cytopathies mitochondriales sont des maladies rares, maisnon exceptionnelles, liées à une altération des enzymes de la chaînerespiratoire. Ce blocage entraîne une activation de la glycolyseanaérobie, moins efficace sur le plan énergétique et qui conduit àla synthèse de lactate. Le mécanisme biochimique en cause estune atteinte du génome mitochondrial. Le phénotype clinique vadonc dépendre de la mutation, du nombre de mitochondries at-teintes et des organes dans lesquels elles sont situées. La plupartdes formes cliniques (MELAS, MERRF, syndrome de Leigh,neuropathie optique de Leber) peuvent s’accompagner d’uneatteinte cérébrale à type de démence, de syndrome cérébelleux,de cécité, de surdité ou de «

stroke like »

. La survenue de cescomplications cérébrales peut être prédite au moyen de la SRM.En effet, elle est liée à la perte de fonction progressive des mito-

Fig. 5 : Troubles cognitifs d’installation rapidement progressifs chez un patient VIH+ de 40 ans, non suivi. Réplication virale intense dans le LCR.

a-b IRM en séquence FLAIR (a), et T2 (b).c-d SRM à écho court (c) et à écho long (d) sur la substance blanche pariéto-occipitale droite. Les séquences conventionnelles retrouvent

une atrophie sous-corticale anormale compte tenu de l’âge du patient, associée à des hypersignaux discrets de la substance blanche. La SRM confirme le diagnostic d’encéphalopathie VIH devant la présence d’une baisse du NAA associée à une discrète élévation de la choline et du myo-inositol.

a bc d

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a bc d

Fig. 6 : Hémiparésie rapidement progressive chez une jeune femme de 20 ans.

a-b IRM en séquence T2 (a), T1 gadolinium (b).c-d SRM à écho court (TE = 26 ms, c) et à écho

long (TE = 135 ms, d).On retrouve deux lésions en hypersignal T2, prenant le contraste en périphérie, dont le profil métabolique associe élévation modérée de la choline, diminution du NAA et présence de lactate et de lipides. Cet aspect IRM et SRM est très évocateur de sclérose en plaques pseudo-tumorale (maladie de Balo).

a bc

Fig. 7 : Suivi d’un patient de 50 ans porteur de la mutation MELAS.a-b IRM en séquence axiale FLAIR (a), sagittale T1 (b).c SRM à écho long (TE = 135 ms) réalisée sur le pourtour de la corne occipitale droite.

Les séquences d’imagerie retrouvent une atrophie sous-corticale et cérébelleuse. La présence de lactate en SRM confirme le caractère évolutif de l’atteinte cérébrale.

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chondries atteintes. Les neurones vont alors activer la voie dumétabolisme anaérobie, ce qui va conduire à la synthèse de lacta-te, détectable en SRM

(fig. 7)

. Plusieurs publications ont déjàmontré que la présence de lactate en SRM, essentiellement dansles régions périventriculaires, était prédictive de la survenue decomplications neurologiques chez ces patients (55, 56).

4.2. Suivi des adrénoleukodystrophies

L’adrénoleucodystrophie (ALD), affection récessive liée à l’X, estune des plus fréquentes des maladies métaboliques. Elle se tra-duit par une insuffisance surrénale et par une atteinte cérébrale àtype de cécité et de démence, dont la date de survenue est impré-visible. Il s’agit, de plus, d’une des très rares maladies génétiquespour lesquelles il existe un traitement efficace. Or celui-ci, lagreffe de moelle, n’est efficace que chez les patients ne présentantqu’une atteinte cérébrale limitée ; il est de plus extrêmement in-vasif et grevé d’une morbi-mortalité élevée. Les signes IRM del’atteinte cérébrale dans l’ALD sont bien connus. Il s’agit d’hy-persignaux de la substance blanche, débutant en pariéto-occipital,atteignant le faisceau pyramidal et le corps calleux, avec rehaus-sement périphérique après injection de produit de contraste. Cessignes sont cependant tardifs et traduisent une atteinte encépha-lique évoluée. La SRM permet, en revanche, de dépister l’atteintecérébrale beaucoup plus précocement, avant même l’apparitiondes signes neurologiques. Le profil métabolique de l’ALD est

très proche de celui de la sclérose en plaques. Le front de démyé-linisation se traduit par une élévation de la choline et la présencede lipides, de lactate et de macromolécules. Ces anomaliespeuvent être réversibles sous traitement (57). Au fur et à mesureque la maladie progresse, on observe une diminution du NAA etune augmentation du

myo

-inositol (58-60). La conservation dupic de NAA semble être un facteur prédictif du succès de la gref-fe de moelle (61).

4.3. Diagnostic de certaines maladies métaboliques

La SRM peut permettre le diagnostic de certaines maladies mé-taboliques, qui se caractérisent par un profil métabolique plus oumoins spécifique.• La maladie de Canavan est un trouble du catabolisme duNAA. C’est le seul cas où on observe une augmentation majeuredu NAA, qui s’associe à une excrétion anormale de ce métabolitedans les urines (62).• Les déficits en créatine sont un autre groupe de maladie rares,se traduisant par une créatine indétectable au niveau cérébral(63-65). Il est intéressant de noter que certaines formes sont ré-versibles par une supplémentation en créatine.• Dans d’autres cas, la SRM va pouvoir orienter, non pas versune maladie unique, mais vers un groupe de pathologies. Parexemple, les maladies peroxysomales comportent souvent unprofil proche de celui de l’ALD. Les maladies lyzosomales, aucontraire, se caractérisent plutôt par une augmentation du

myo

-inositol (66-68).

Conclusion

La SRM peut être réalisée simplement, au cours de n’importequel examen IRM. Elle peut apporter des renseignementscomplémentaires de ceux des séquences conventionnelles dansde nombreuses situations cliniques, comme les tumeurs cérébrales,les encéphalopathies ou certaines maladies métaboliques. Sa pré-sence de plus en plus habituelle sur les IRM cliniques devraitfavoriser son utilisation en routine dans les années à venir.

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Points à retenir

Notions générales

• la SRM ne doit être interprétée qu’en conjonction avec l’imagerie ;• ne pas faire des voxels de moins de 15x15x15 mm ;• se positionner loin de l’os et du sang ;• on peut « mordre » sur les ventricules ;• l’examen est au mieux réalisé avant injection.

Positionnement du voxel

• tumeur prenant le contraste : dans la portion rehaussée, sur la paroi des zones nécrotico-kystiques ;• tumeur non rehaussée : se centrer dans la zone la plus hétérogène de la lésion ;• maladies métaboliques et encéphalopathies : utiliser un gros voxel, à écho court (20-40 ms) et à écho long (135 ms) sur la substance blanche pariéto-occipitale ou du centre semi ovale.

Principaux résultats

• une élévation très importante de la choline (> 2x la créatine ou la région controlatérale) est un signe très en faveur de tumeur cérébrale ;• une élévation plus modérée peut s’observer dans les tumeurs, les maladies inflammatoires et métaboliques ;• le myo-inositol est élevé dans les gliomes de bas grade, les gliomatoses et les glioses réactionnelles• les lipides libres sont élevés dans les glioblastomes, les métastases et les lymphomes ;• une tumeur non nécrotique dont le spectre comporte essentiellement de la choline et des lipides libres est probablement une métastase ;• la présence d’acides aminés libres (associés à une baisse de l’ADC en diffusion) est caractéristique des abcès à pyogènes ;• la baisse du NAA est un signe précoce d’encéphalopathie VIH ;• l’encéphalopathie hépatique se caractérise par une diminution du myo-inositol associée à une élévation de la glutamine/glutamate ;• le pronostic d’une souffrance cérébrale diffuse dépend de l’importance de la baisse du NAA et/ou de l’élévation du lactate ;• le NAA est bas à la naissance et atteint son niveau adulte vers l’âge de 4 ans.

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cas clinique

Histoire de la maladie

Patient âgé de 60 ans soigné pour dépression depuis 2 ans. UneIRM

(fig. 1)

en séquence FLAIR (a), T1 gadolinium (b) est effec-tuée ; SRM à écho court (c) et à écho long (d) sur la région hétéro-gène (voxel rouge). Imagerie métabolique (e, cartographie de lacholine) et SRM à écho long sur l’hypersignal FLAIR (F, voxelbleu).

Questions

1) Décrivez les lésions vues à l’IRM conventionnelle.2) Décrivez le profil métabolique de la lésion hétérogène.3) Quelle est votre première hypothèse diagnostique ? Sur quelsarguments ?4) Quels diagnostics alternatifs peut-on évoquer ?5) Décrivez le profil métabolique de l’hypersignal FLAIR.Quelle est sa nature ?

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Réponses1) Il s’agit d’une lésion hétérogène en séquence FLAIR et T1, in-filtrante, ne respectant pas le cortex au niveau du lobe frontaldroit, exerçant un effet de masse global et un effet de masse focalsur la corne frontal droite des ventricules latéraux. Cette lésionn’est pas rehaussée après injection de produit de contraste.2) Le profil métabolique de la région hétérogène associe une élé-vation importante de la choline et du myo-inositol associée à unediminution du NAA. La créatine apparaît normale ou discrète-ment diminuée.3) La première hypothèse diagnostique est un gliome de bas gra-de (II WHO) devant la durée de l’évolution clinique, la présenced’un processus occupant intra axial infiltrant, non rehaussé aprèsinjection. La SRM confirme cette impression diagnostique, avecla présence d’une élévation de la choline (reflétant la proliféra-tion tumorale), d’une baisse du NAA (secondaire à l’envahisse-ment du parenchyme) et d’une augmentation du myo-inositol

(synthétisé par les cellules tumorales et/ou la glie normale réac-tionnelle).4) Devant ces images, on peut discuter :• une gliomatose cérébrale. Ce diagnostic est moins probable de-vant la durée de l’évolution, le caractère hétérogène des lésions, lenon respect du cortex et la présence d’un effet de masse focal. Enspectroscopie, la gliomatose se traduit par un spectre comportantgénéralement une augmentation plus faible de la choline, une aug-mentation de la créatine et une diminution plus modérée du NAA ;• un gliome anaplasique (III WHO). Cette hypothèse ne peutêtre formellement écartée sur les éléments d’imagerie et de spec-troscopie. Cependant, la durée d’évolution et l’absence de prisede contraste ne vont pas en faveur de ce diagnostic.5) Le profil métabolique de l’hypersignal FLAIR comporte uneaugmentation de la choline et une baisse du NAA. Il ne s’agitdonc pas d’un œdème réactionnel, hypothèse qui pourrait êtreévoqué devant son caractère homogène et le respect du cortex,mais bien d’une infiltration tumorale.

Documents

Spectroscopie par résonance magnétique cérébrale