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IMAGERIE DU CARTILAGE

   Dr Sébastien CHOMEL
   Dr Carole LAPRA
   Infirmerie Protestante
   Clinique Saint Charles



   Séminaire
   Vendredi 6 Janvier 2012


Pas de conflit d’intérêt
Imagerie du cartilage/pourquoi?
 Prévalence des lésions chondrales et de la dégénerescence du cartilage
 Amélioration de la détection des lésions chondrales stade I-II
 Modèle de développement actuel = cartilage genou (le plus épais)
 Evaluation pré et post-thérapeutique (chirurgicale ou médicale) des lésions
   ostéo-chondrales
      o Champs d’application multiples ( traumatique, dégénérative,
          inflammatoire et autres
      o Intérêts dans le suivi et le développement des techniques de réparation
          chirurgicale du cartilage altéré
               •    Bilan lésionnel précis (situation, volume)
               •    Contrôle de l’intégration des greffons et de l’efficacité
                    thérapeutique de nouvelles molécules chondroprotectrices


      Développement d’une imagerie spécifique du cartilage
                          IRM +++
Imagerie du cartilage/ Comment?
   Développement permanent des constructeurs
     o Nouvelles machines
     o Nouvelles antennes
     o Nouvelles séquences




Réseau antennes 15 canaux genou
Qu’attendre des séquences du cartilage?
o   L’idéal
    •   Temps d’examen acceptable
    •   Résolution en contraste pertinente
    •   Résolution spatiale élevée
         •     Segmentation, volumétrie, affichage 3D
o   Actuellement
    •   Approche « anatomique et morphologique » quantitative de l’épaisseur
    •   Imagerie de surface (Arthro-TDM ou Arthro-IRM)
    •   Imagerie chondrale et sous-chondrale (IRM +++, TDM +)
o   Le futur
    •   Evaluer les qualités biomécaniques du cartilage
    •   Modifications ultra-structurales (altération collagène)
    •   Modifications biochimiques (déplétion protéoglycanes, augmentation contenu en eau)
    •   Discriminer les lésions des couches superficielles des profondes
o   Le but
    •   Visualisation directe de l’aspect multi-lamellaire du cartilage hyalin en s’approchant
        de son aspect histologique
    •   Détection de pathologie chondrale avant les anomalies morphologiques irréversibles
Etat de l’art / Imagerie
 Rx standards      IRM
   TDM               Non invasive
   Arthro-TDM        Non irradiante
   IRM               Sans injection intra-articulaire
   Arthro-IRM        Analyse globale (ménisco-
                       ligamentaire, synoviale)
                      Analyse quantitative chondrale
                       ○ Epaisseur
                       ○ Signal (chondral et sous-chondral)



  IRM standard                IRM Nouvelles applications
       ou                  Analyse quantitative et qualitative
   Arthro-IRM
IRM standard/Séquences du cartilage?




                                                               3D DESS WE (3D double écho stationnaire)
                                         DP Fat Sat            cartilage seule structure en hypersignal
                                isosignal < liquide synovial     (séquence longue 5-7 minutes, très
                                       T2TSE ou FSE               sensible aux artefacts de sensibilté
                                    Cartilage hyposignal              magnétique et métallique)
         T1 SE, TSE
      3D T1 EG (FSPGR)
         anatomique,
       haute résolution,
   signal intermédiaire du
  cartilage, faible contraste
cartilage – liquide synovial)                                       Arthro-IRM T1 Fat Sat
                                                                 cartilage en hypersignal
                                                                 Contraste en hypersignal
IRM standard/cartilage pathologique




          Méniscectomie médiale à 1 an
Chondrolyse rapide fémoro-tibiale médiale stade IV
          Languette méniscale médiale
Modifications en miroir des lames sous-chondrales
            Synovite hypertrophique
IRM standard/cartilage pathologique




            Cartilage fémoro-patellaire pathologique
         Chondropathie patellaire fissuraire stade II à III
Chondropathie profonde zone portante condylienne médiale stade III




                         Cartilage fémoro-patellaire pathologique
                       Ulcérations trochléennes focales stade III à IV
                          Ulcération patellaire focale stade III à IV
IRM standard/cartilage pathologique




                                             Cartilage fémoro-patellaire pathologique
                                                    Lésions trochléennes focales
                                            Amincissement chondral patellaire régulier
                                                              Stades ?




Chondropathie patellaire, couche profonde
                Stade ?
Améliorations récentes (1)
            Approche ultra-structurale
              Augmentation résolution spatiale
                 Striations radiaires, aspect multicouches
              Augmentation intensité du champ magnétique
                   ○ 1,5 T = majorité des imageurs
                   ○ 3 T = quelques centres
                   ○ 6 à 7 T = expérimentation




                                  2010                      2010
1995                         Routine clinique           Expérimental
           EG T2 TRA               DP FS TSE TRA   DP FS TSE TRA 0.1x0.1x3mm à 7T
           5mm à 1 T               3mm à 1.5 T     Image SIEMENS
Améliorations récentes (2)
 Augmentation résolution spatiale
 Nouvelles séquences
           ○ T 2 TSE ou FSE 3D à angles de refocalisation variable
                 ○ Acquisition isotropique infra-millimétrique
                     ○ Plus de volume partiel
                 ○ V voxel 0.6 x 0.6 x 0.6 mm3, T Acq 6 à 8 minutes à 1.5 T
                 ○ Impossible sur les séquences plus anciennes ou temps d’examen trop long
                 (1 heure!!)
           ○ TSE à couverture radiale (Syngo BLADE Siemens)
               ○ Diminution des artefacts de mouvements




Coupe sagittale 2D, 3 mm                        Syngo SPACE 3D
Image SIEMENS                                   Image SIEMENS
Améliorations récentes (3)
 Augmentation résolution spatiale
    Séquence 3D type DESS
    Volumétrie (calcul global ou compartimental)
        Mesures quantitatives en ml
    Segmentation automatique non disponible
    Attention pas d’analyse ménisco-ligamentaire
Perspectives
   Approche ultra-structurale
     Augmentation résolution spatiale
            o Volumétrie 3D
     Augmentation intensité du champ
      magnétique
           ○ 6 à 7 T = expérimentation


              Imagerie du rat 7T
              Coupe sagittale haute résolution volumique




                 Segmentation manuelle
                 (palette graphique et stylet)


                 Reconstruction et représentation 3D
                 Compartiments fémoro-tibiaux


                                                           Imagerie du rat 7T
                                                           Image CNRS Nancy-Lyon
Cartilage / perspectives




                                                                             Image SIEMENS 7T


                                                                    Aspect multi-couches
                                                              Confrontation IRM haute résolution




Couche superficielle linéaire, dense, surface lisse et imperméable
Fibres collagènes parallèles à la surface, H+ immobiles

Zone transitionnelle, disposition en arche, H+ mobiles

Zone radiaire, disposition verticale, fibres collagènes perpendiculaires à la surface, GAG +++, peu d’H+

Cartilage profond calcifié et lame osseuse sous-chondrale, pas d’H+
Axes de développement
   Micro-imagerie du cartilage

     Détection lésionnelle Grade I, précision des limites lésionnelles

     Approche biochimique et moléculaire
        Marquage du taux de GAG (glycoamynocglycanes)
           • d GEMRIC (delayed Gd MRI of cartilage)
           • T1 Rhô

     Approche biomécanique (état du collagène)
        Cartographie T2, appréciation et analyse des mouvements de l’eau
          extra-cellulaire et de sa distribution avec les fibres de collagène
         Cartographie (mapping) avec échelle colorimétrique
         T2, T2*, T1
Perspectives (1)
   Approche biochimique et moléculaire
        d GEMRIC (delayed Gd MRI of cartilage)
            Zone 3 riche en GAG chargées négativement
            Le Gadopentate de diméglumine(Gd) est chargé négativement,
            Pas de pénétration normale du Gd dans le cartilage
            Augmentation de la fixation du Gd si déplétion des GAG (cartilage lésé)
            SI fixation Gd augmente, index T1 cartilage diminue


                                          CARTOGRAPHIE T1 du Cartilage
                                            Injection Double dose Gd IV +
                                                Déambulation 10 min
                                            IRM réalisé 60 à 90 mn après

                                             Contrainte de temps +++
                                         3DEGT1 utilisation clinique possible
                                      Williams A and all; Glycosaminoglycan distribution in cartilage
                                      as determined by delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage
                                      (dGEMRIC):potential clinical applications ,AJR 2004;182:167-172
                                      Etude chondrale sur rupture du LCA
Perspectives (2)
   Approche biomécanique (état du collagène)
           Cartographie (mapping), échelle colorimétrique
                 MapIt Siemens
                 Cartigram Ge
                                                                    Cartilage trochléen lésé
          T1,T2, T2*                                                     Cartigram Ge

          Cartographie T2, analyse indirecte de la matrice extra-cellulaire en étudiant
           les mouvements de l’eau, les types de collagène et le taux de GAG
          Etude ciblée limitée à quelques coupes pour le moment




Lésions chondrales trochléennes
         MapIt Siemens
                                                                    Cartilage trochléen sain
                                   Cartilage fémoro-tibial sain
Perspectives (2)
  Cartographie T2,, T2,*




                                                                     Compartiment médial stade IV
                                                            Modification de signal compartiment latéral avant
                                                                        anomalie morphologique
                             Cartilage fémoro-tibial sain

 Fissure osseuse pure sous-chondrale condylienne
            Pas de fissuration chondrale
Perspectives (3)
  T1 Rhô (sensible à l’agitation macro-moléculaire)




 T2 FS TSE TRA            T1 FS TSE TRA   Cartographie T1 surperposée sur T1 GRE WE

  Imagerie du sodium (Na 23)                                   Fusion




Anatomie         T2 Map      T1 Rhô Map    Imagerie du sodium
Conclusion
   IMAGERIE MODERNE DU CARTILAGE
     IRM INCONTOURNABLE
      o Développement permanent (imageurs, antennes, séquences)
            •  Meilleure résolution spatiale et en contraste
      o   Approche globale articulaire
      o   Approche de plus en plus spécifique du cartilage
      o   Evolution d’une imagerie anatomique et morphologique (épaisseur et volume) vers une
          imagerie de la physiologie articulaire (approche biochimique et moléculaire, GAG,
          ultra-structure du collagène)
      o   Le futur, Imagerie fondamentale non clinique
            • Spectroscopie
            • Séquence UTE
            • Imagerie H+, Na 23 (concentration dans protéoglycanes)

     COMPREHENSION SI COLLABORATION AVEC
      CLINICIENS ET CHIRURGIENS
     PB : EXAMEN LONG ET PARC D’ IRM SATURE et
      HETEROGENE
MERCI DE VOTRE ATTENTION
   BONNE ANNEE 2012




   Séminaire
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Imagerie du Cartilège

  • 1. IMAGERIE DU CARTILAGE Dr Sébastien CHOMEL Dr Carole LAPRA Infirmerie Protestante Clinique Saint Charles Séminaire Vendredi 6 Janvier 2012 Pas de conflit d’intérêt
  • 2. Imagerie du cartilage/pourquoi?  Prévalence des lésions chondrales et de la dégénerescence du cartilage  Amélioration de la détection des lésions chondrales stade I-II  Modèle de développement actuel = cartilage genou (le plus épais)  Evaluation pré et post-thérapeutique (chirurgicale ou médicale) des lésions ostéo-chondrales o Champs d’application multiples ( traumatique, dégénérative, inflammatoire et autres o Intérêts dans le suivi et le développement des techniques de réparation chirurgicale du cartilage altéré • Bilan lésionnel précis (situation, volume) • Contrôle de l’intégration des greffons et de l’efficacité thérapeutique de nouvelles molécules chondroprotectrices Développement d’une imagerie spécifique du cartilage IRM +++
  • 3. Imagerie du cartilage/ Comment?  Développement permanent des constructeurs o Nouvelles machines o Nouvelles antennes o Nouvelles séquences Réseau antennes 15 canaux genou
  • 4. Qu’attendre des séquences du cartilage? o L’idéal • Temps d’examen acceptable • Résolution en contraste pertinente • Résolution spatiale élevée • Segmentation, volumétrie, affichage 3D o Actuellement • Approche « anatomique et morphologique » quantitative de l’épaisseur • Imagerie de surface (Arthro-TDM ou Arthro-IRM) • Imagerie chondrale et sous-chondrale (IRM +++, TDM +) o Le futur • Evaluer les qualités biomécaniques du cartilage • Modifications ultra-structurales (altération collagène) • Modifications biochimiques (déplétion protéoglycanes, augmentation contenu en eau) • Discriminer les lésions des couches superficielles des profondes o Le but • Visualisation directe de l’aspect multi-lamellaire du cartilage hyalin en s’approchant de son aspect histologique • Détection de pathologie chondrale avant les anomalies morphologiques irréversibles
  • 5. Etat de l’art / Imagerie  Rx standards  IRM  TDM  Non invasive  Arthro-TDM  Non irradiante  IRM  Sans injection intra-articulaire  Arthro-IRM  Analyse globale (ménisco- ligamentaire, synoviale)  Analyse quantitative chondrale ○ Epaisseur ○ Signal (chondral et sous-chondral) IRM standard IRM Nouvelles applications ou Analyse quantitative et qualitative Arthro-IRM
  • 6. IRM standard/Séquences du cartilage? 3D DESS WE (3D double écho stationnaire) DP Fat Sat cartilage seule structure en hypersignal isosignal < liquide synovial (séquence longue 5-7 minutes, très T2TSE ou FSE sensible aux artefacts de sensibilté Cartilage hyposignal magnétique et métallique) T1 SE, TSE 3D T1 EG (FSPGR) anatomique, haute résolution, signal intermédiaire du cartilage, faible contraste cartilage – liquide synovial) Arthro-IRM T1 Fat Sat cartilage en hypersignal Contraste en hypersignal
  • 7. IRM standard/cartilage pathologique Méniscectomie médiale à 1 an Chondrolyse rapide fémoro-tibiale médiale stade IV Languette méniscale médiale Modifications en miroir des lames sous-chondrales Synovite hypertrophique
  • 8. IRM standard/cartilage pathologique Cartilage fémoro-patellaire pathologique Chondropathie patellaire fissuraire stade II à III Chondropathie profonde zone portante condylienne médiale stade III Cartilage fémoro-patellaire pathologique Ulcérations trochléennes focales stade III à IV Ulcération patellaire focale stade III à IV
  • 9. IRM standard/cartilage pathologique Cartilage fémoro-patellaire pathologique Lésions trochléennes focales Amincissement chondral patellaire régulier Stades ? Chondropathie patellaire, couche profonde Stade ?
  • 10. Améliorations récentes (1)  Approche ultra-structurale  Augmentation résolution spatiale  Striations radiaires, aspect multicouches  Augmentation intensité du champ magnétique ○ 1,5 T = majorité des imageurs ○ 3 T = quelques centres ○ 6 à 7 T = expérimentation 2010 2010 1995 Routine clinique Expérimental EG T2 TRA DP FS TSE TRA DP FS TSE TRA 0.1x0.1x3mm à 7T 5mm à 1 T 3mm à 1.5 T Image SIEMENS
  • 11. Améliorations récentes (2)  Augmentation résolution spatiale  Nouvelles séquences ○ T 2 TSE ou FSE 3D à angles de refocalisation variable ○ Acquisition isotropique infra-millimétrique ○ Plus de volume partiel ○ V voxel 0.6 x 0.6 x 0.6 mm3, T Acq 6 à 8 minutes à 1.5 T ○ Impossible sur les séquences plus anciennes ou temps d’examen trop long (1 heure!!) ○ TSE à couverture radiale (Syngo BLADE Siemens) ○ Diminution des artefacts de mouvements Coupe sagittale 2D, 3 mm Syngo SPACE 3D Image SIEMENS Image SIEMENS
  • 12. Améliorations récentes (3)  Augmentation résolution spatiale  Séquence 3D type DESS  Volumétrie (calcul global ou compartimental)  Mesures quantitatives en ml  Segmentation automatique non disponible  Attention pas d’analyse ménisco-ligamentaire
  • 13. Perspectives  Approche ultra-structurale  Augmentation résolution spatiale o Volumétrie 3D  Augmentation intensité du champ magnétique ○ 6 à 7 T = expérimentation Imagerie du rat 7T Coupe sagittale haute résolution volumique Segmentation manuelle (palette graphique et stylet) Reconstruction et représentation 3D Compartiments fémoro-tibiaux Imagerie du rat 7T Image CNRS Nancy-Lyon
  • 14. Cartilage / perspectives Image SIEMENS 7T Aspect multi-couches Confrontation IRM haute résolution Couche superficielle linéaire, dense, surface lisse et imperméable Fibres collagènes parallèles à la surface, H+ immobiles Zone transitionnelle, disposition en arche, H+ mobiles Zone radiaire, disposition verticale, fibres collagènes perpendiculaires à la surface, GAG +++, peu d’H+ Cartilage profond calcifié et lame osseuse sous-chondrale, pas d’H+
  • 15. Axes de développement  Micro-imagerie du cartilage  Détection lésionnelle Grade I, précision des limites lésionnelles  Approche biochimique et moléculaire  Marquage du taux de GAG (glycoamynocglycanes) • d GEMRIC (delayed Gd MRI of cartilage) • T1 Rhô  Approche biomécanique (état du collagène)  Cartographie T2, appréciation et analyse des mouvements de l’eau extra-cellulaire et de sa distribution avec les fibres de collagène  Cartographie (mapping) avec échelle colorimétrique  T2, T2*, T1
  • 16. Perspectives (1)  Approche biochimique et moléculaire  d GEMRIC (delayed Gd MRI of cartilage)  Zone 3 riche en GAG chargées négativement  Le Gadopentate de diméglumine(Gd) est chargé négativement,  Pas de pénétration normale du Gd dans le cartilage  Augmentation de la fixation du Gd si déplétion des GAG (cartilage lésé)  SI fixation Gd augmente, index T1 cartilage diminue CARTOGRAPHIE T1 du Cartilage Injection Double dose Gd IV + Déambulation 10 min IRM réalisé 60 à 90 mn après Contrainte de temps +++ 3DEGT1 utilisation clinique possible Williams A and all; Glycosaminoglycan distribution in cartilage as determined by delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage (dGEMRIC):potential clinical applications ,AJR 2004;182:167-172 Etude chondrale sur rupture du LCA
  • 17. Perspectives (2)  Approche biomécanique (état du collagène)  Cartographie (mapping), échelle colorimétrique  MapIt Siemens  Cartigram Ge Cartilage trochléen lésé  T1,T2, T2* Cartigram Ge  Cartographie T2, analyse indirecte de la matrice extra-cellulaire en étudiant les mouvements de l’eau, les types de collagène et le taux de GAG  Etude ciblée limitée à quelques coupes pour le moment Lésions chondrales trochléennes MapIt Siemens Cartilage trochléen sain Cartilage fémoro-tibial sain
  • 18. Perspectives (2)  Cartographie T2,, T2,* Compartiment médial stade IV Modification de signal compartiment latéral avant anomalie morphologique Cartilage fémoro-tibial sain Fissure osseuse pure sous-chondrale condylienne Pas de fissuration chondrale
  • 19. Perspectives (3)  T1 Rhô (sensible à l’agitation macro-moléculaire) T2 FS TSE TRA T1 FS TSE TRA Cartographie T1 surperposée sur T1 GRE WE  Imagerie du sodium (Na 23) Fusion Anatomie T2 Map T1 Rhô Map Imagerie du sodium
  • 20. Conclusion  IMAGERIE MODERNE DU CARTILAGE  IRM INCONTOURNABLE o Développement permanent (imageurs, antennes, séquences) • Meilleure résolution spatiale et en contraste o Approche globale articulaire o Approche de plus en plus spécifique du cartilage o Evolution d’une imagerie anatomique et morphologique (épaisseur et volume) vers une imagerie de la physiologie articulaire (approche biochimique et moléculaire, GAG, ultra-structure du collagène) o Le futur, Imagerie fondamentale non clinique • Spectroscopie • Séquence UTE • Imagerie H+, Na 23 (concentration dans protéoglycanes)  COMPREHENSION SI COLLABORATION AVEC CLINICIENS ET CHIRURGIENS  PB : EXAMEN LONG ET PARC D’ IRM SATURE et HETEROGENE
  • 21. MERCI DE VOTRE ATTENTION BONNE ANNEE 2012 Séminaire Vendredi 6 Janvier 2012