Microvascularisation
Imagerie de la Perfusion et de la Perméabilité
en TDM et IRM pondérée T1
DCE-Imaging
CA Cuenod, Daniel Balvay
LRI-INSERM 970
Paris Descartes University
Georges Pompidou Hospital Paris
?
cBV
cBF
MTT
Entrée artérielle
Sortie Veineuse
Microcirculation dans le réseau capillaire
Zone d’échange
Gare
Arrêt => Echanges
CA Cuenod
Cross-sectional area is enlarged
=> Velocity is slow down
• Présente dans tous les organes
• Anormale lors des états pathologiques:
• Ischemie / atherosclerose/ diabete
• Inflammation
• Cancer
Pourquoi étudier la microcirculation ?
Angiogénèse tumorale
Angiognèse tumorale
Vaisseaux anormaux
==> microcirculation
anormale
• Diagnostique (détection précoce, caractérisation)
• Prognostique (gravité)
• Suivi
• Traitement :
- évaluation de nouveaux traitements
- optimisation-monitoring d’un traitement
Objectifs Cliniques de l’étude de la
microcirculation ?
Comment analyser la
microcirculation en imagerie?
Il y a de nombreuses méthodes en imagerieIRM
DCE-IRM
DSC-IRM
Spin Labeling
Diffusion IVIM
BOLD
CT DCE-CT Perfusion CT
Xenon -CT
US microbules
DCE-US
Destruction-replenishment
Doppler
PET
Tracer kinetic
Il y a de nombreuses méthodes en imagerieIRM
DCE-IRM
DSC-IRM
Spin Labeling
Diffusion IVIM
BOLD
CT DCE-CT Perfusion CT
Xenon -CT
US microbules
DCE-US
Destruction-replenishment
Doppler
PET
Tracer kinetic
Dynamic Contrast Enhanced Imaging
DCE-IMAGING
Les principes
L’acquisition et l’analyse
Dynamic Contrast-Enhanced
imaging
• MRI
• CT
• US
=> DCE-MRI
DCE-CT
=> DCE-US
Bolus
Injection
Petites molécules qui fuient dans l’interstitium
Larges bulles
4 minute3 minute2 minute1 minute
TIME
SIG
NAL I
NTEN
SIT
Y
Résolution temporale basse
IMR du Sein
1
2
3
4
DCE-CT
Résolution temporale élevée
4
1
2 3
Arterial Input Function
Comportement dans les tissus
Courbes de dynamique d’intensité de signal
?
Signal
Temps
?
CAS n°1 l’agent de contraste
reste en intracapillaire
CT et IRM : Cerveau
US : Bulles
Arterial Input function
Tissue response
Tissue response
Tissue response
Tissue response
Tissue response
Tissue response
Tissue response
Tissue response
Tissue response
Tissue response
Tissue response
Tissue response
Réponse tissulaire = transformation de l’entrée artérielle
1er passage2Ème passage
État d’équilibre dynamique
Réponse tissulaire = transformation de l’entrée artérielle
recirculation
CAS N°2 l’agent de contraste peut fuire et
s’accumuler dans l’espace interstitiel
CT et IRM dans le corps
Pas de diffusion dans les cellules
CAS N°2 l’agent de contraste peut fuire et
s’accumuler dans l’espace interstitiel
CT et IRM dans le corps
Pas de diffusion dans les cellules
Fuite
intersitielle
Réponse tissulaire
Fuite interstitielle
Interstitial Leak
La réponse tissulaire est la
somme :
- de l’agent de contraste
contenu dans les capillaires
- ET de l’agent de contraste
contenu dans l’interstitiel
Comment analyser les courbes de
dynamique de rehaussement ?
Description qualitative
Description semi-quantitative
Analyse quantitative
Comment analyser les courbes de
dynamique de rehaussement ?
Description qualitative = Visuelle
Description semi-quantitative
Analyse quantitative
Imagerie IRM
du sein
Description Qualitative
Pre
persistent
plateau
washout
Tanya Niemeyer*a, Chris Wooda, Keith Stegbauera, Justin Smithab
Schémas simple de classification
Temps
Wash-in
Malin
Benin
Comment analyser les courbes de
dynamique de rehaussement ?
Description qualitative
Description semi-quantitative
Simple
Relative
Analyse quantitative
Approche semi-quantitative
Hauteur du pic
Peak Height (PH)
Pente
Slope
Temps avant le pic
Time to peak (TTP)
Approche semi-quantitative
Aire sous la courbe (AUC)
AUC 60s AUC 90s
CA Cuenod
CA Cuenod
Approche semi-quantitative
Hauteur du pic
Peak Height (PH)
Pente
Slope
Temps avant le pic
Time to peak (TTP)
Comparaison à un tissus de référence ++
Approche semi-quantitative
Hauteur du pic
Peak Height (PH)
Pente
Slope
Temps avant le pic
Time to peak (TTP)
Aire sous la courbe
Area Under the curve AUC
Comparaison à un tissus de référence ++
Comment analyser les courbes de
dynamique de rehaussement ?
Description qualitative
Description semi-quantitative
Analyse quantitative
Heuristique
Modèle réaliste
Nécessité d’une AIF
Grande variété de modèles …..
Modèles de Perfusion- 1er passage
Axel
Maximal gradient Miles
Gamma variate
Deconvolution Ostergaard-Sorensen
Modèles de Perméabilité
Tofts and Kermode / Kety / Larsson/ Knopp
Patlak Shames-Brash
Extended Kety or extended Tofts
Grande variété de modèles …..
Modèles de Perfusion- 1er passage
Axel
Maximal gradient Miles
Gamma variate
Deconvolution Ostergaard-Sorensen
Modèles de Perméabilité
Tofts and Kermode / Kety / Larsson/ Knopp
Patlak Shames-Brash
Extended Kety or extended Tofts
Modèles complets – 4 paramètres
St Lawrence-T Lee
Brix
Cuenod and de Bazelaire
Two-Compartment eXchange Model (2CXM) (Buckley, Sourbron)
• • •
Quels sont les paramètres de
microcricularion que l’on veut
quantifier ?
Les 4 paramètres principaux
IN
OUT
Ve (%)
Volume intersitiel
tissulaire
PxS(ml/min/100ml)
Fuite
FT
(ml/min/100ml)
Débit sanguin
tissulaire
BVT
(%)
Volume sanguin
tissulaire
Les 4 paramètres principaux
IN
OUT
Ve (%)
Volume intersitiel
tissulaire
PxS(ml/min/100ml)
Fuite
FT
(ml/min/100ml)
Débit sanguin
tissulaire
BVT
(%)
Volume sanguin
tissulaire
F = Vsang/ t
Débit sanguin
N’est pas un réel paramètre de perfusion
F = Vsang/ t Ftissu = (Vsang/t)/Vtissu
Débit sanguin vs. Débit de perfusion tissulaire
ml/min/100 mlml/min
Débit de perfusion tissulaire
Tissue Blood Flow
Volume sanguin tissulaire
« Volume of blood
within a volume of tissue »
ml/100 ml de tissu ou %
Cerveau Foie
Volume sanguin tissulaire
Faible Important
Transit Time
Transit Time
Transit Time
Transit Time = Mean Transit Time (MTT)
1/sec = 1/sec
Central Volume Theorem
Stewart and Hamilton (1894)
ml/min/100ml = (ml/100ml) x (1/min)
FT= VT/ MTT
Deux familles de stratégies
- Déconvolution
- Analyse compartimentale
Deux familles de stratégies
- Déconvolution
- Analyse compartimentale
Tissu
interstitium
Plasma
Globules
rouges
Cellules
PS
Espace
capillaire
Espace
capillaire
Espace
Extra-capillaire
Espace
Extra-capillaire
FTB
Artère (AIF) Tissue
Plasma
artery
red cells
interstitium
vpc
qpc
vi
qi
Plasma
capillary
red cells
tissue cells
PS
vRC
0
vCell
0
1-Hct
qpa
FTp
FTB
FTp
VT =1
qT
Hct
0
qT = qpc + qi + 0 + 0
dqpc/dt= FTp*qpa- FTp*qpc/vpc- PS*qpc/vpc+ PS*qi/vi
dqi/dt = PS*qpc/vp - PS*qi/vi
FTB
Tissue
Plasma
artery
red cells
interstitium
vpc
qpc
vi
qi
Plasma
capillary
red cells
tissue cells
PS
vRC
0
vCell
0
1-Hct
qpa
FTp
FTB
FTp
VT =1
qT
Hct
0
Artère (AIF)
qT = qpc + qi + 0 + 0
dqpc/dt= FTp*qpa- FTp*qpc/vpc- PS*qpc/vpc+ PS*qi/vi
dqi/dt = PS*qpc/vp - PS*qi/vi
FTB
Artery (AIF)Tissue
Plasma
artery
red cells
interstitium
vpc
qpc
vi
qi
Plasma
capillary
red cells
tissue cells
PS
vRC
0
vCell
0
1-Hct
qpa
FTp
FTB
FTp
VT =1
qT
Hct
0
(s)
AIF
Interstitium
Plasma
Tissue
Arterial input function
Arterial input
function
• AIF individuelle
• AIF moyenne
• AIF synthétique
Ajustement de la courbe par ordinateur
Ajustement des paramètres
FT vb PS ve
Temps
inte
nsite
Temps
I
R
M
FT FT
PSve
vb
Ajustement de la courbe par ordinateur
Paramètres finaux
F vb PS ve
Temps
inte
nsite
Temps
I
R
M
F F
PSve
vb
(s)
AIF
Arterial input function
Interstitium
Plasma
Tissu qT = qpc + qi
Modèle completRésolution temporelle élevée
Acquisition temporelle longue
Rehaussement tissulaire
(s)
AIF
Arterial input function
Interstitium
Plasma
Tissu qT = qpc + qi
Modèle completRésolution temporelle élevée
Acquisition temporelle longue
Rehaussement tissulaire
Débit de
perfusion
tissulaire
Volume
sanguin
tissulaire Perméabilité x
Surface
Volume Intersititiel
tissulaire
Résolution temporelle élevée
Acquisition temporelle longue
PS
Ve
VB
FT
C’est le cas idéal …
Mais si …
Résolution temporelle élevée
Acquisition temporelle moyenne
Résolution temporelle élevée
Acquisition temporelle moyenne
PS
Ve
VB
FT
Résolution temporelle élevée
Acquisition temporelle courte (1er passage)
Résolution temporelle élevée
Acquisition temporelle courte (1er passage)
PS
Ve
VB
FT
Résolution temporelle élevée
Acquisition temporelle ultra-courte (pente)
Résolution temporelle élevée
Acquisition temporelle ultra-courte (pente)
PS
Ve
VB
FT
Résolution temporelle basse
1 image/ 10 sec 1 image / 1 min
1 image/ 10 sec 1 image / 1 min
Le vrai pic est manqué
Pente intitiale fausse
Etat d’équilibre OK
Faux pic
Artery (AIF)Tissue
Plasma
artery
red cells
interstitium
vpc
qpc
vi
qi
Plasma
capillary
red cells
tissue cells
PS
vRC
0
vCell
0
1-Hct
qpa
VT =1
qT
Hct
0
Résolution temporale faible
Acquisition longue ==> Extended Tofts- Kety
Extended Tofts-Kety
Interstitium
Plasma
Tissue
Ve
VB
FT
Ktrans
Théorie unifiée de la DCE-imagerie
Acquisition
Résolution
temporelle
Courte
60s
Intermédiaire Longue
≥ 600 s
Haute
1-3 s
FT VB
-- --
First pass
FT VB
PS --
FT VB
PS VeCompr. Model
Intermédiaire
-- VB
PS --
Patlak
-- VB
Ktrans Ve
Extended Kety
Ktrans Ve
Tofts
Basse
30-60s
First pass Compr. Model
Patlak