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Imagerie par résonance magnétique de diffusion : une technique émergente pleine d'avenir

Hépato-Gastro. Volume 17, Numéro 4, 297-303, juillet-août 2010, mini-revue

DOI : 10.1684/hpg.2010.0445

Résumé

Summary

Auteur(s) : Vincent Barrau, Mathieu Rodallec , Centre Cardiologique du Nord, Service de scanner IRM, 32, rue des moulins gémeaux, 93200 Saint Denis.

Résumé : L'imagerie par résonance magnétique (IRM) de diffusion est d'utilisation récente en oncologie digestive. Le principe physique est fondé sur la détection de l'hypercellularité des lésions tumorales. Cette séquence a de multiples applications en pathologie digestive : détection des métastases hépatiques, détection de la carcinose et des métastases osseuses, évaluation de la réponse thérapeutique. Il s'agit d'une séquence de courte durée qui peut s'intégrer dans le cadre d'un examen IRM conventionnel.

Mots-clés : diffusion, imagerie par résonance magnétique, métastase, carcinose

Illustrations

ARTICLE

Auteur(s) : Vincent Barrau, Mathieu Rodallec

Centre Cardiologique du Nord, Service de scanner IRM, 32, rue des moulins gémeaux, 93200 Saint Denis

Principes de l'imagerie par résonance magnétique de diffusion en oncologie

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est capable de différencier les tissus en fonction de la facilité des molécules d'eau extracellulaire à diffuser dans les milieux biologiques (figure 1).

Dans l'eau pure, la diffusion des molécules d'eau se fait sans obstacle. Dans un tissu très cellulaire comme un tissu tumoral, la diffusion des molécules d'eau au sein des espaces extracellulaires est restreinte. En IRM de diffusion, un tissu très cellulaire apparaît ainsi en hypersignal par comparaison au parenchyme sain avoisinant.

Cette séquence est réalisée en plus des séquences conventionnelles en un temps court (entre 20 secondes et 3 minutes) ; il n'y a pas d'injection de produit de contraste. L'image formée est de l'ordre de l'imagerie fonctionnelle et ressemble à une image scintigraphique (proche de celle de la tomographie par émission de positons [TEP-TDM]). La machine peut calculer un facteur de diffusion appelé ADC (coefficient apparent de diffusion), qui permet de quantifier la diffusion des molécules d'eau, un peu comme le SUV (Standard Uptake Value) quantifie la captation de glucose. On peut techniquement choisir, à l'acquisition, un paramètre IRM qui s'appelle facteur « b », lequel définit la pondération de l'image en diffusion. Plus « b » est élevé, plus l'image correspond à une image de diffusion pure – des valeurs de b basses sont entre 50 et 400 ; au-delà de b 600, on parle de valeur b élevée. Lorsque le facteur b est égal à zéro, l'image est seulement pondérée T2.

À quoi peut servir l'IRM de diffusion pour le gastro-entérologue ?

Améliorer la détection des métastases hépatiques

La détection des métastases hépatiques est fondée en IRM de diffusion sur leur caractère très cellulaire comparé au parenchyme sain. Les données de la littérature sont en faveur d'une sensibilité supérieure de la diffusion par rapport aux séquences classiques T2 [2, 3]. L'ajout d'une séquence de diffusion est intéressant [2] lors de la réalisation d'une IRM hépatique, car elle peut potentiellement améliorer la sensibilité et la caractérisation des lésions hépatiques. Ainsi, l'IRM de diffusion associée aux séquences classiques est probablement, à l'heure actuelle, l'examen le plus sensible pour la détection des métastases hépatiques (figure 2). L'IRM de diffusion sensibilise ainsi la détection de métastases de petite taille [2]. Sa résolution spatiale est meilleure que celle de la TEP-TDM. Une seule étude préliminaire sur 24 patients [4] a comparé la séquence de diffusion à la TEP-TDM pour la détection des métastases hépatiques d'origine colorectale. Les sensibilités de l'IRM de diffusion, de l'IRM hépatique sans diffusion et de la TEP-TDM étaient respectivement de 100 %, 90 % et 60 %. La sensibilité de la TEP-TDM était surtout basse pour les petites lésions (sensibilité de 54 % entre 10 et 20 mm et de 32 % pour les lésions de moins de 10 mm).

Les applications cliniques de l'IRM de diffusion sont multiples :

– cartographie préchirurgicale de métastases de cancer colorectal ;
– bilan d'extension des cancers digestifs opérables (afin de détecter des métastases non ou mal visibles par la TDM injectée et qui changeraient l'indication chirurgicale) ;
– recherche de métastases hépatiques sur foie stéatosique (où l'IRM est nécessaire dans le bilan d'extension car nettement plus performante que le scanner).

La séquence de diffusion peut aussi aider à la caractérisation tumorale : habituellement, plus une lésion est maligne, plus elle est cellulaire et plus l'ADC (coefficient apparent de diffusion) est bas : la lésion apparaît en franc hypersignal sur la séquence de diffusion. Les kystes biliaires, les adénomes et les hyperplasies nodulaires focales ont un coefficient d'ADC élevé et un signal bas sur les séquences fortement pondérées en diffusion – c'est-à-dire avec un facteur « b » élevé – et ne posent pas de problème avec les métastases.

En revanche, certains angiomes peuvent apparaître en hypersignal même sur des séquences fortement pondérées en diffusion, mais sont le plus souvent faciles à diagnostiquer sur les séquences conventionnelles – grâce à la prise de contraste caractéristique sur les séquences dynamiques après injection.

Au total, l'ajout d'une séquence de diffusion lors d'une IRM hépatique est utile pour améliorer la détection des métastases hépatiques, sans nécessiter une nouvelle injection et sans rallonger l'examen IRM

Meilleure détection des hépatocarcinomes

Les séquences injectées restent le gold standard pour la détection du carcinome hépato-cellulaire (CHC), mais l'ajout d'une séquence de diffusion permettrait, d'après Xu et al., de détecter 5 à 10 % de lésions en plus des séquences injectées seules [5]. Les CHC bien différenciés sont parfois en isosignal sur les séquences de diffusion [2], c'est pourquoi cette séquence ne remplace pas la séquence injectée mais en est un complément.

Améliorer la détection de la carcinose

Les progrès techniques de l'IRM permettent désormais une exploration en imagerie de diffusion de l'ensemble de la cavité abdominale afin de détecter la carcinose.

Les implants péritonéaux, puisqu'hypercellulaires, sont en hypersignal sur les séquences de diffusion, ce qui permet en pratique clinique de sensibiliser la détection de la carcinose. L'acquisition doit être réalisée avec un protocole rigoureux : distension des anses digestives, valeurs élevées du facteur b. Low et al. [6] ont montré que la diffusion augmente de façon significative la sensibilité et la spécificité de détection de la carcinose lors d'un examen IRM. La sensibilité de détection des implants péritonéaux – sur 255 implants prouvés par chirurgie – était de 84 % et 90 % (deux lecteurs radiologues pour cette étude) pour la séquence de diffusion associée aux séquences standard versus une sensibilité de 52 % à 73 % pour les séquences standard IRM seules.

L'IRM permet, comme la TEP-TDM, de détecter certains implants péritonéaux qui passent inaperçus en TDM injectée. La résolution spatiale de l'IRM est toutefois supérieure à celle de la TEP-TDM (figure 5) et permettra probablement de détecter des lésions plus petites comme le laisse penser notre expérience actuelle.

Dans le cadre d'une élévation des marqueurs tumoraux, l'IRM de diffusion peut détecter des implants péritonéaux et des métastases hépatiques non visualisés par les autres techniques.

Améliorer la détection des métastases osseuses

Tanenaka et al. [7] ont comparé l'IRM de diffusion corps entier, la TEP-TDM et la scintigraphie osseuse dans la détection des métastases osseuses dans le cadre du cancer du poumon non à petites cellules.

L'IRM corps entier, associée à des séquences de diffusion, avait une sensibilité de 96 %, une spécificité de 90 % versus respectivement 96 % et 85 % pour la TEP-TDM, et 96 % et 83 % pour la scintigraphie osseuse. Tanenaka conclut que la technique d'IRM de diffusion est au moins équivalente à celle de la scintigraphie et de la TEP-TDM pour la détection des métastases osseuses.

Autres applications en oncologie médicale

De multiples applications potentielles de cette technique sont en cours d'investigation. En pathologie pancréatique (figure 4), l'IRM de diffusion pourrait aider à la détection tumorale des lésions endocrines, mais aussi à celle des adénocarcinomes mal visibles en TDM. Ichikawa et al. [8], dans une étude préliminaire, ont évalué l'IRM de diffusion sur 46 patients : la sensibilité et la spécificité de l'IRM de la diffusion étaient de 96 % et 98 % pour le diagnostic de cancer du pancréas.

En pathologie urologique et gynécologique, l'IRM de diffusion fait partie du protocole IRM d'exploration des cancers de prostate où elle permet de mieux détecter les tumeurs que les séquences anatomiques. L'extension locale du cancer de l'endomètre est aussi mieux appréciée par cette technique.

Évaluation de la réponse thérapeutique

L'évaluation de la réponse thérapeutique (figure 3) après radio et chimiothérapie est une application potentielle majeure de la diffusion. Actuellement, cette évaluation est fondée sur les critères RECIST (Response Evaluation Criteria In Solid Tumors) (mesure du plus grand axe des lésions) qui ne permettent pas toujours d'évaluer les modifications précoces des tumeurs sous traitement – notamment des traitements antiangiogéniques.

L'IRM de diffusion pourrait permettre une évaluation plus précoce, afin d'adapter plus rapidement la thérapeutique. La plupart des études sur la réponse thérapeutique aux agents anticancéreux montrent une élévation précoce de l'ADC, bien avant que les modifications morphologiques n'apparaissent [9].

Des études préliminaires ont concerné les métastases hépatiques des cancers colorectaux, le cancer du rectum. Une étude récente [10] portant sur 87 patients traités par chimiothérapie pour métastases hépatiques d'un cancer du côlon a montré que le coefficient de diffusion s'élevait dès le troisième et le septième jour chez les patients répondeurs, alors qu'il n'était pas modifié chez les patients non répondeurs.

La plupart des études sur la réponse thérapeutique aux agents anticancéreux montrent une élévation précoce du coefficient apparent de diffusion, bien avant que les modifications morphologiques n'apparaissent

Application corps entier

L'IRM corps entier est une technique d'imagerie émergente dans le bilan d'extension en oncologie. La séquence de diffusion corps entier permet d'augmenter de façon significative la sensibilité de la détection tumorale. Laurent et al. [11] ont comparé l'IRM de diffusion à la TEP TDM pour la détection des métastases de mélanome sur 35 patients (120 lésions). La sensibilité et la spécificité de l'IRM corps entier avec séquence de diffusion étaient de 82 % et de 97 %, celle de la TEP-TDM de 72 % et 92 %. La diffusion a détecté 14 lésions (20 %) supplémentaires par rapport aux séquences IRM standard. L'IRM de diffusion était la technique la plus précise pour la détection des métastases hépatiques, osseuses, sous-cutanées et intrapéritonéales.

Application en dehors du domaine de l'oncologie : maladie de Crohn – appréciation de l'atteinte inflammatoire de la maladie

La séquence de diffusion peut être utile dans l'exploration IRM d'une maladie de Crohn.

Le coefficient de diffusion est diminué en cas d'atteinte inflammatoire [12] lié à une restriction de diffusion. Lors d'une entéro-IRM réalisée pour exploration d'une maladie inflammatoire chronique intestinale (MICI), la séquence de diffusion permet d'augmenter la sensibilité de l'IRM pour la détection des atteintes inflammatoires, alors que les séquences conventionnelles peuvent être normales (c'est le cas dans les colites ou iléites superficielles) (figure 6). En un seul examen, l'entéro-IRM donne des informations anatomiques sur les sténoses, mais aussi des informations fonctionnelles sur le caractère inflammatoire. La séquence de diffusion serait utile pour évaluer l'activité de la maladie [13]. À l'heure actuelle, la séquence de diffusion permet déjà d'augmenter la sensibilité de la détection des atteintes inflammatoires du grêle. Dans le futur, elle servira peut-être à évaluer les patients traités par anti-TNF.

Le coefficient de diffusion est diminué en cas d'atteinte inflammatoire

Take home messages

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) de diffusion est une technique d'imagerie fondée sur la détection de l'hypercellularité des tumeurs.

Cette séquence IRM est réalisée en plus des séquences conventionnelles lors d'une IRM abdominale classique, elle ne nécessite pas d'injection. Elle améliore la détection des métastases hépatiques, de la carcinose et des métastases osseuses.

Les voies d'applications prometteuses en cours d'investigation sont : l'exploration corps entier pour les bilans d'extension tumoraux, l'évaluation thérapeutique précoce.

Conflit d'intérêts

aucun.

Références

1 Koh D, Collins DJ. Diffusion-Weighted MRI in the Body: Applications and challenges in Oncology. AJR 2007 ; 188 : 1622-34.

2 Taouli B, Koh D. Diffusion-weghted MR imaging of the liver. Radiology 2010 ; 254 : 47-66.

3 Bruegel M, Gaa J, Waldt S, Woertler K, Holzapfel K, Kiefer B, et al. Diagnosis of hepatic metastasis : comparison of respiration-triggered diffusion-weighted echo-planar MRI and five T2WI spin écho sequences. AJR 2008 ; 191 : 1421-9.

4 Coenegrachts K, De Geeter F, Ter Beek L, Walgraeve N. Comparison of MRI (including SS SE-EPI and SPIO-enhanced MRI) and FDG-PET/CT for the detection of colorectal liver metastases. Eur Radiol 2009 ; 19 : 370-9.

5 Xu PJ, Yan FH, Wang JH, Lin J, Ji Y. Added value of breathhold diffusion-weighted MRI in detection of small hepatocellular carcinoma lesions compared with dynamic contrast-enhanced MRI alone using receiver operating characteristic curve analysis. J Magn Imaging 2009 ; 29 : 341-9.

6 Low RN, Sebrechts CP, Barone RM, Muller W. Diffusion-weighted MRI of peritoneal tumors : comparison with conventional MRI and surgical and histological findings – a feasibility study. AJR 2009 ; 193 : 461-70.

7 Takenaka D, Ohno Y, Matsumoto K, Aoyama N, Onishi Y, Koyama H, et al. Detection of bone metastases in non-small cell lung cancer patients: comparison of whole-body diffusion-weighted imaging (DWI), whole-body MR imaging without and with DWI, whole-body FDG-PET/CT, and bone scintigraphy. J Magn Reson Imaging 2009 ; 30 : 298-308.

8 Ichikawa T, Ertuk S, Motosogi U, Sou H, Lino H. High b value diffusion MR for detecting pancreatic carcinoma : preliminary results. AJR 2007 ; 188 : 409-14.

9 Harry NV, Semple S, Parkin D, Gilbert F. Use of new Imaging techniques to predict tumor response to therapy. Lancet Oncol 2010 ; 11 : 92-102.

10 Cui Y, Xiao-Peng Zhang Y. Sun, L.Tang, L. Shen. Apparent Diffusion Coefficient : potential Imaging biomarker for prediction and early detection response to chemotherapy in hepatic metastases. Radiology 2008 ; 248 : 894-900.

11 Laurent V, Trausch G, Bruot O, Olivier P, Felblinger J, Régent D. Comparative study of two whole body Imaging techniques in the case of melanoma metastases : Advantages of multicontrast MRI examination including a diffusion-weighted sequence in comparison with PET-CT. Eur J Radiol 2009 ; 2 ; (sous presse).

12 Oto A, Zhu F, Kulkarni K, Karczmar GS, Turner JR, Rubin D. Evaluation of diffusion-weighted MR imaging for detection of bowel inflammation in patients with Crohn's disease. Acad Radiol 2009 ; 16 : 597-603.

13 Kiryu S, Dodanuki K, Takao H, Watanabe M, Inoue Y, Takazoe M, et al. Free-breathing diffusion-weighted imaging for the assessment of inflammatory activity in Crohn's disease. J Magn Reson Imaging 2009 ; 29 : 880-6.