imagerie de la perfusion et du métabolisme cérébral brain...

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Annales Françaises d’Anesthésie et de Réanimation 25 (2006) 722–728

Réunion de neuroanesthésie–réanimation

Imagerie de la perfusion et du métabolisme cérébral ☆

Brain perfusion and metabolism imaging techniques

J.-F. Payen a,*, V. Lefournier b, E. Barbier c, F. Dardérian a, B. Fauvage a, J.-F. Le Bas b

aDépartement d’anesthésie–réanimation, hôpital Michallon, BP 217, 38043 Grenoble cedex 09, Franceb Service de neuroradiologie, hôpital Michallon, BP 217, 38043 Grenoble cedex 09, France

c Inserm, UM 594, neuro-imagerie fonctionnelle et métabolique, hôpital Michallon, BP 217, 38043 Grenoble cedex 09, France

Disponible sur internet le 15 mai 2006

Résumé

Depuis plusieurs années, la mise à disposition des cliniciens de nouvelles techniques d’imagerie cérébrale a permis de mieux comprendre laphysiopathologie du cerveau, d’améliorer la performance diagnostique, voire de modifier la stratégie thérapeutique. Des gains notables dans larésolution spatiale et temporelle rendent aujourd’hui possible l’obtention d’images de la perfusion et du métabolisme cérébral chez l’homme.Dans cette mise au point, l’accent sera mis sur quatre techniques dont les applications médicales peuvent concerner les patients de neuroréani-mation : la tomodensitométrie (TDM) de perfusion, l’IRM de perfusion, la tomographie d’émission de positons (PET-scan) et l’imagerie spec-troscopique RMN. Outre leur principe théorique, chacune de ces techniques possède des avantages et des limites qu’il importe de connaître. Deschamps d’utilisation préférentielle sont possibles, en tenant compte du niveau d’information délivré par chaque technique, de son accessibilitédans la pratique quotidienne, et de la fenêtre d’observation la plus pertinente dans l’histoire du patient.© 2006 Elsevier SAS. Tous droits réservés.

Abstract

Due to recent efforts in improving spatial and temporal resolution in imaging techniques, it is now possible to get relevant information aboutbrain perfusion and metabolism in humans. This information can significantly impact on brain pathophysiology, diagnosis assessment and ther-apy options, particularly in patients having brain ischemia. Among these imaging and metabolism techniques are dynamic perfusion computedtomography, perfusion MRI, positron emission tomography and NMR spectroscopic imaging. The goal of this article is an overview of these fourtechniques, with their own technical description, advantages and drawbacks. Details are provided about brain parameters given by each techniqueand their clinical relevance, the accessibility of the technique in the emergency setting and the optimal window to use it during the patient’sevolution.© 2006 Elsevier SAS. Tous droits réservés.

Mots clés : Résonance magnétique nucléaire ; Tomographie d’émission de positons ; Tomodensitométrie ; Spectroscopie RMN ; Métabolisme cérébral ; Perfusioncérébrale ; Débit sanguin cérébral ; Volume sanguin cérébral ; Temps de transit moyen

Keywords: Computed tomography; Magnetic resonance imaging; Magnetic resonance spectroscopy; Positron emission tomography; Brain perfusion; Brainmetabolism

☆ Travail présenté lors des XXVIIes Journées de l’association de Neuroanes-thésie-réanimation de langue française, Toulouse, les 17 et 18 novembre 2005.

* Auteur correspondant.Adresse e-mail : [email protected] (J.-F. Payen).

0750-7658/$ - see front matter © 2006 Elsevier SAS. Tous droits réservés.doi:10.1016/j.annfar.2006.03.032

1. Introduction

Depuis des années, un effort considérable a été effectuédans les techniques d’imagerie afin de mieux comprendre laphysiopathologie des lésions cérébrales, d’améliorer la perfor-mance diagnostique et, le cas échéant, d’orienter la stratégiethérapeutique. Grâce à une résolution temporelle et spatialesans cesse améliorée, il est désormais possible d’obtenir des

mailto:[email protected]

dx.doi.org/10.1016/j.annfar.2006.03.032

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informations quantitatives sur la perfusion et le métabolismecérébral chez le patient en situation d’agression cérébrale. Lepoint commun de ces techniques d’imagerie est leur caractèrenon invasif, au sens où aucune implantation d’un capteur intra-crânien n’est nécessaire pour obtenir une information sur laperfusion ou sur le métabolisme cérébral. De nombreuses tech-niques d’imagerie de la perfusion cérébrale existent, applica-bles chez l’homme, dont la pertinence a été récemment analy-sée [1]. Pour le patient en situation d’agression cérébrale(accident vasculaire cérébral, traumatisme crânien, hémorragiesous-arachnoïdienne), la tomodensitométrie (TDM) de perfu-sion prend une place de plus en plus importante. D’un accèsmoins facile, trois autres techniques sont possibles : l’IRM deperfusion (gadolinium, marquage artériel), la tomographied’émission de positons (PET), outil d’analyse de la perfusionet du métabolisme cérébral, et l’imagerie métabolique par spec-troscopique RMN (SRM). Enfin, la tomodensitométrie auxénon stable (TDM-Xe) et la tomographie d’émission mono-photonique (SPECT) ont vu leur intérêt progressivement dimi-nué. Le Tableau 1 résume les principales caractéristiques deces techniques. Les quatre premières techniques (TDM de per-fusion, IRM de perfusion, PET, SRM) font l’objet de cettemise au point, avec une présentation pour chacune d’elles deson principe de fonctionnement, de ses avantages et de ses li-mites, et de son domaine d’application clinique. Une attentionparticulière sera donnée à l’accessibilité de la technique en pra-tique quotidienne, à la qualité des informations fournies et aumeilleur moment dans l’histoire du patient de les obtenir.

2. Tomodensitométrie de perfusion

2.1. Principes généraux

Le principe de la tomodensitométrie (TDM) de perfusion estfondé sur l’analyse de l’évolution du contraste lors du premierpassage d’un bolus intravasculaire d’un agent non diffusible,

Tableau 1Principales caractéristiques des techniques d’imagerie de la perfusion cérébrale [1]

TDM–perfusion TDM–Xénon IRM–GadolAgent de contraste Iode Xénon stable GadoliniumRadiation ionisante 2–3 mSv 3,5–10 mSv NonDurée examena 5–10 min 20 min 5–10 minIntervalle entre 2 examens 10 min 20 min 25 minParamètres mesurés DSC, VSC TTM DSC DSC, VSC,Valeurs absolues Oui Oui NonInfluence gros vaisseaux Oui Non OuiVariabilité 10–15 % 12 % 10–15 %Résolution spatiale 1–2 mm 4 mm 2 mmIndications cliniques AVC AVC AVC

Traumatisme Traumatisme TumeursVasospasme Vasospasme VasospasmeTumeurs Épilepsie

Disponibilité pour l'urgence Oui Oui Possible

VSC : volume sanguin cérébral ; DSC : débit sanguin cérébral ; EO2 : extraction ddes spins artériels ; mSv : millisievert.a La durée d’examen correspond à la somme du temps d’acquisition et du temps

l’iode. Une information sur des paramètres hémodynamiquescérébraux est ainsi disponible, dont la lecture est rendue facilepar des cartes fonctionnelles en couleurs. L’acquisition se faitgrâce à un scanner en mode dynamique, à raison d’une à quatrecoupes jointives pendant 40 secondes (une image par secondeou toutes les deux secondes), pendant l’injection périphériqueintraveineuse d’un agent de contraste iodé (40 ml) à un faibledébit d’injection (4 ml/s). Le logiciel de perfusion permet àl’utilisateur de traiter une série temporelle d’images dynami-ques, à partir de l’évolution de la valeur des unités Hounsfieldde chaque voxel pendant l’administration de l’agent decontraste. Des paramètres de la perfusion cérébrale sont calcu-lés selon un modèle mathématique (pente maximale, volumecentral) en ayant défini une fonction d’entrée artérielle (le si-gnal en provenance d’une artère dans l’image, généralementl’artère cérébrale antérieure) et/ou une fonction de sortie vei-neuse (généralement le sinus sagittal supérieur) du produit decontraste. Les quatre paramètres essentiels de la perfusion cé-rébrale sont : le temps de transit moyen (TTM, en secondes), levolume sanguin cérébral (VSC, en ml/100 g de tissu), le débitsanguin cérébral (DSC, en ml/100 g de tissu par minute), letemps du pic maximal de contraste (TTP, en seconde). LeDSC est calculé à partir de la mesure du TTM et du VSC,selon l’équation : DSC = VSC/TTM. Une zone d’hypoperfu-sion cérébrale se traduit alors par un allongement du TTM,qui est une donnée très sensible à comparer au TTM des zonessaines (miroir) ; si cet allongement du TTM est associé à uneaugmentation du VSC, il s’agit probablement d’une zone depénombre avec conservation d’une autorégulation. La Fig. 1donne un exemple d’image acquise par cette technique.

2.2. Avantages et limites

La TDM de perfusion est accessible même en urgence etpeut s’intégrer dans le bilan lésionnel initial du patient fait avecla TDM conventionnelle ; elle fournit des données régionales et

inium IRM–MSA PET SPECTNon 15O2, C

15O2, H215O2

99mTc-HMPAO, 133XénonNon 0,5–2 mSv 3,5–12 mSv10–15 min 10–20 min 15–20 min0 min 10 min 10 min

TTM DSC DSC, VSC, EO2, glu DSCOui Oui NonNon Non Non10 % 5 % 10 %2 mm 4–6 mm 4–6 mmAVC AVC AVCTumeurs Psychiatrie TraumatismeDégénératif Épilepsie PsychiatrieÉpilepsie Tumeurs ÉpilepsieFonctionnel Fonctionnel FonctionnelPossible Non Possible

’oxygène ; Glu : glucose ; TTM : temps de transit moyen ; MSA : marquage

d’analyse.

Fig. 1. Fenêtre de visualisation des quatre cartes de perfusion acquises par TDM de perfusion chez une patiente ayant eu une hémorragie sous-arachnoïdienne parrupture d’anévrisme sylvien droit clippé, en phase vasospasme (j10). L’analyse de la perfusion montre une zone d’hypoperfusion dans le territoire sylvien droit(flèche blanche) : diminution du débit sanguin cérébral (DSC) de plus de 50 %, allongement du temps de transit moyen (TTM) et du temps du pic maximal decontraste (TTP), volume sanguin cérébral (VSC) peu modifié.

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absolues de perfusion cérébrale [2]. Ces propriétés sont desatouts majeurs par rapport aux autres techniques. Dans de bon-nes conditions d’acquisition et d’analyse, la TDM de perfusiondonne des résultats précis et fiables, validés par rapport à laTDM-Xe et à l’IRM de perfusion [3,4]. Les résultats de laTDM de perfusion sont disponibles en quelques minutes. Ce-pendant, la variabilité de l’examen n’est pas négligeable (10–15 %), et le champ anatomique exploré reste faible pour lemoment (une zone de 20 mm d’épaisseur avec un équipementà quatre barrettes de détection, une zone de 80 mm avec unéquipement à 16 barrettes). Les gros vaisseaux et les pixels àVSC élevés (supérieurs à 9 ml/100 g) influencent les calculs,ce qui nécessite de les éliminer. En outre, cet examen nécessiteune injection d’iode et délivre une dose d’irradiation de l’ordrede 2 mSv, ce qui reste du même ordre qu’en TDM convention-nelle.

2.3. Applications cliniques

Les premières applications de la TDM de perfusion ontconcerné les patients ayant un accident vasculaire cérébral(AVC) ischémique, susceptibles d’un traitement thromboly-tique. La détermination des territoires ayant une ischémie ré-

versible (pénombre) et ceux ayant un infarctus massif avecrisque de transformation hémorragique doit être rapide et pré-cise. Dans ce cadre, l’examen de référence est l’IRM de diffu-sion, mais la TDM de perfusion s’est peu à peu imposéecomme une alternative précise et fiable [5]. Ainsi, le choix deseuils pour le DSC (–34 % par rapport aux zones saines) etpour le VSC (2,5 ml/100 g) a permis d’identifier les zones depénombre et les zones d’infarctus, avec des résultats très corré-lés à ceux de l’IRM de perfusion–diffusion [6]. D’autres étudesont montré que le TTM était aussi un paramètre sensible pourapprécier la perfusion cérébrale, en prenant un seuil de six se-condes [7].

Le vasospasme complique plus de 50 % des hémorragiessous-arachnoïdiennes (HSA) par rupture d’anévrisme et s’ac-compagne dans 20 à 40 % des cas d’une ischémie cérébraleretardée. Chez dix patients ayant une HSA avec persistancede troubles neurologiques après exclusion de l’anévrisme, laTDM de perfusion a permis d’affiner le diagnostic en docu-mentant selon les cas un vasospasme sans ischémie, une isché-mie ou une hyperhémie [8]. L’apport de cette technique parrapport à l’artériographie conventionnelle, examen de référencedu vasospasme artériel, doit être évalué. Mais la possibilité derépéter l’analyse à intervalles réguliers des mêmes régions d’in-


térêts (ROI) devrait faciliter la stratégie thérapeutique : indica-tion d’artériographie et de traitement endovasculaire, intensitéet durée du traitement médical.

En neurotraumatologie, la TDM de perfusion devrait avoirun impact important. Ainsi, la présence de zones avec des fai-bles valeurs de VSC dès l’admission a été un des facteurs in-dépendants de mauvais pronostic à trois mois d’un traumatismecrânien sévère [9]. Cet examen a permis de faire une évaluationprécoce du statut hémodynamique de 61 patients traumatiséscrâniens sévères, en distinguant ceux qui avaient une faiblerelation entre pression de perfusion cérébrale et paramètresTDM de perfusion (autorégulation probablement conservée)et ceux qui avaient une relation étroite entre ces deux entités(autorégulation probablement altérée) [10]. En somme, malgrédes imperfections, la TDM de perfusion devient un outil d’é-valuation de la perfusion cérébrale, disponible précocementpour les traumatisés crâniens et pour le suivi des patients ayantune HSA.

2.4. TDM au xénon stable

La TDM de perfusion est à distinguer de la TDM au xénonstable (xénon naturel). Celle-ci a été l’examen de référencependant plus de 20 ans pour estimer le DSC chez l’homme.Après inhalation de xénon (28 à 30 % de fraction inspirée),le DSC est calculé selon l’équation modifiée de Kety-Schmidt,qui tient compte du coefficient de partition entre le sang et lecerveau puisque le xénon stable est diffusible, et de la fonctiond’entrée artérielle estimée par la fraction expirée de xénon. Ce-pendant, des effets indésirables (sédation, nausées), une grandesensibilité aux mouvements du patient et une faible résolutionspatiale ont rendu cette technique de moins en moins utilisée.Une étude récente a rapporté l’effet propre du xénon inhalé surle DSC (+12 %) chez des patients ventilés après TC ou HSA,ainsi qu’une forte variabilité inter- et intra-individuelle (20 à40 %) [11].

3. IRM de perfusion


Comme la TDM de perfusion, l’IRM de perfusion reposesur la détermination de la quantité d’un traceur sanguin quicircule dans un volume de tissu donné, pendant un tempsdonné en IRM, le signal est celui de l’eau [12]. Un agent decontraste (gadolinium) peut être injecté pour modifier le signalde l’eau (traceur exogène). Cette approche est aujourd’hui pri-vilégiée en clinique. L’eau peut aussi être marquée magnéti-quement (traceur endogène) ; c’est le marquage des spins arté-riels (MSA).

La présence d’un agent de contraste paramagnétique dans lecompartiment vasculaire induit un gradient de susceptibilitémagnétique entre le compartiment vasculaire et le comparti-ment tissulaire. Pour un voxel contenant un faible volume san-guin (inférieur à 4 %), la variation du signal RMN est propor-tionnelle à la concentration en agent de contraste. En injectant

le produit de contraste sous forme de bolus, et en analysant lesvariations de signal RMN grâce à des techniques d’imagerierapide (séquences en écho de gradient), on peut calculer unecarte d’index de VSC. En mesurant la fonction d’entrée arté-rielle, on peut obtenir une carte d’index de DSC. Mais l’obten-tion de valeurs quantitatives du DSC est difficile du fait de larelation complexe, non linéaire, entre le signal du sang et laconcentration en agent de contraste.

Le marquage des spins artériels (MSA) repose sur la détec-tion d’eau endogène marquée magnétiquement. La modifica-tion de l’aimantation de l’eau artérielle (inversion) induit uneréduction de quelques pour cent du signal RMN dans le tissuanalysé. Cette modification d’aimantation est directement liéeau DSC sur une cartographie en T1. De nombreuses manièresde réaliser l’expérience de marquage des spins artériels ont étédécrites [13]. Dans tous les cas, un volume de sang est marquéavant d’irriguer le tissu d’intérêt, soit par un marquage pulsédes spins artériels, soit par un marquage continu.


Après injection intraveineuse de gadolinium, l’analyse dupassage de l’embole est riche en informations, déjà décritesavec la TDM de perfusion : TTM, TTP, VSC, index de DSC,extravasation de la BHE. Mais ici, l’analyse est semi-quantita-tive : des cartographies de ces paramètres permettent une com-paraison entre des régions lésées et des régions saines. Cettetechnique présente l’avantage de produire des données avecun bon rapport signal sur bruit en un minimum de temps(< 1 minute). Elle est possible sur tous les imageurs cliniquesde 1,5 Tesla, et présente l’avantage d’une association possibleavec d’autres méthodes IRM pour améliorer la performancediagnostique : cartographies quantitatives T1 et T2, imageriede diffusion, spectroscopie RMN. Cependant, les situationsde bas débit sanguin cérébral (DSC inférieur à 8 ml/100 g parminute) et de rupture de la BHE (extravasation de l’agent decontraste) ne permettent pas des mesures fiables du DSC.

En ce qui concerne le MSA, l’analyse repose sur des diffé-rences faibles d’aimantation de l’eau entre avant et après mar-quage, ce qui impose des images avec un excellent rapport si-gnal sur bruit. La méthode est prise en défaut en cas de basdébit (inférieur à 10 ml/100 g/min) et d’hyperhémie (supérieurà 150 ml/100 g/min). Cependant, le MSA produit des cartes deDSC sans être influencé par le signal des gros vaisseaux. L’ab-sence d’injection intraveineuse rend cette approche acceptablechez l’enfant, voire in utero, et permet de répéter sans délai lesmesures. Par ailleurs, la vitesse d’échange de l’eau au traversde la BHE reste mal connue et pourrait influencer les mesures.Une comparaison entre le MSA et le PET (H2

15O2) chez desvolontaires a donné une bonne concordance des mesures, prin-cipalement dans la substance grise [14]. Cela étant, la princi-pale limite des examens IRM réside dans l’accessibilité du pla-teau technique et dans les contraintes liées aux champsmagnétiques de haute intensité.



Les domaines de prédilection de l’IRM de perfusion sont lestumeurs et les accidents vasculaires cérébraux (AVC). La na-ture des tumeurs (gliome de bas ou de haut grade), leur réponseau traitement (récidive ou radionécrose), la distinction avec unabcès cérébral sont des exemples qui font largement appel àcette technique. Dans de nombreux centres, l’indication d’untraitement thrombolytique en cas d’AVC ischémique reposesur un examen par IRM de diffusion associé à une angiogra-phie par IRM (angio-IRM) et/ou à une IRM de perfusion pourpréciser l’étendue de la zone à risque d’ischémie irréversible[15]. L’association des deux examens IRM (diffusion + perfu-sion) a permis de préciser la nature exacte d’une détériorationneurologique chez des patients de soins intensifs devant unediscordance entre les signes cliniques et la TDM convention-nelle [16]. Grâce à cette approche combinée, l’étendue des lé-sions ischémiques a été précisée chez des patients ayant unvasospasme après HSA [17]. Pour le moment, aucune étudeclinique n’a été rapportée par IRM de perfusion après injectionde gadolinium chez des traumatisés crâniens. Pour le MSA,moins utilisé en clinique, des travaux ont été conduits chezdes patients ayant eu un AVC ischémique, une tumeur, uneépilepsie, et en imagerie fonctionnelle grâce à la possibilitéde répéter facilement l’examen. Cette technique a permis dequantifier les variations régionales du DSC chez le rat dansun modèle de traumatisme crânien [18].

4. Tomographie d’émission de positons (PET)


L’imagerie par PET repose sur l’administration de traceursexogènes radioactifs, marqués par des isotopes du carbone, del’oxygène ou du fluor, qui sont détectés par une caméra à po-sitons. Selon l’isotope choisi, il est possible d’obtenir des in-formations sur la perfusion cérébrale (15O) ou sur le métabo-lisme du glucose (18F). Pour la mesure de la perfusioncérébrale, le traceur peut être injecté en intraveineux (H2

15O)et/ou inhalé (C15O2) pendant quelques minutes. Dans les deuxcas, il est nécessaire d’effectuer des prélèvements artériels demanière simultanée pour connaître la fonction d’entrée arté-rielle et permettre le calcul des paramètres cérébraux. Ainsi,cette technique permet la détermination régionale et absoluedu DSC, du VSC, de la consommation cérébrale d’O2

(CMRO2) et du coefficient d’extraction cérébrale en O2

(EO2). Le métabolisme cérébral régional du glucose (CMRglu)est déterminé après injection intraveineuse du 18F-fluro-déso-xyglucose (18F-FDG).


La demi-vie rapide des traceurs radioactifs (deux heurespour 18F, deux minutes pour 15O) nécessite leur préparationquasi-instantanée par un accélérateur de particules (cyclotron),sur le site même de l’utilisation pour l’15O, ce qui constitue un

facteur limitant. L’irradiation corporelle après un examen PETest d’environ 0,5 à 2 mSv, comparable à la TDM. La résolutionspatiale d’un examen PET (4–6 mm) est moins bonne qu’avecl’IRM ou la TDM de perfusion ; il est souvent nécessaire deprojeter sur la cartographie en PET une image anatomique(TDM, IRM). Néanmoins, il s’agit d’une technique dotéed’une faible variabilité (5 %), permettant des résultats quanti-tatifs, ne subissant aucune influence des conditions locales deperfusion (gros vaisseaux, hypoperfusion).


L’essentiel des études menées en PET concerne des affec-tions chroniques : évaluation préopératoire d’une sténose caro-tidienne, tumeurs, épilepsie, démence, mouvements anormaux,imagerie fonctionnelle. Dans le cadre de la recherche clinique,la PET 15O a été utilisée pour l’étude de la perfusion régionalechez des traumatisés crâniens. Il a été ainsi montré que l’hy-perventilation (PaCO2 25–30 mmHg) pouvait réduire le DSCsans altérer la consommation d’O2 en raison d’une meilleureextraction d’O2, y compris dans les zones les plus à risqued’ischémie [19]. Plus récemment, les seuils admis pour entraî-ner une ischémie cérébrale irréversible en pathologie neurovas-culaire (DSC inférieur à 10 ml/100 g/min) ont été revus à lahausse en pathologie traumatique (DSC 15 ml/100 g/min) [20].La même équipe vient de montrer que l’augmentation de lapression de perfusion cérébrale (de 70 à 90 mmHg) pouvaitaugmenter le DSC et l’oxygénation cérébrale mesurée par lapression intraparenchymateuse en O2 (PtiO2) et diminuer enconséquence l’EO2 [21]. Cependant, l’examen par PET n’estpas adapté à l’exploration en routine des patients en situationd’agression cérébrale.

4.4. PET et SPECT

La PET est à distinguer de la tomographie d’émission mo-nophotonique (SPECT), qui requiert l’injection intraveineusede traceurs (99mTc-HMPAO, 133Xenon) et une gamma-caméra[22]. Son principal écueil réside dans sa faible résolution spa-tiale liée à la dispersion des photons, sa variabilité non négli-geable (10 %) et l’absence de quantification des mesures régio-nales de DSC. La SPECT est surtout utilisée pour lacartographie de récepteurs des neuromédiateurs. Quelques étu-des ont été réalisées chez des traumatisés crâniens, ayant per-mis notamment de suivre l’évolution temporelle du DSC dansles suites d’un traumatisme crânien grave [23].

5. Imagerie métabolique par spectroscopie RMN (SRM)


La SRM exploite le principe général de l’IRM (perturbationd’une aimantation dans un champ magnétique) tout en tenantcompte de l’environnement électronique des espèces biochimi-ques dans lesquelles se trouvent les noyaux de l’atome en ré-sonance (spins). En effet, à chaque espèce biochimique corres-


pond une fréquence de résonance très légèrement différente parrapport à une autre, ce qui lui confère une « signature » parti-culière. Par conséquent, l’application d’une transformée deFourier sur le signal RMN d’un atome présent dans plusieursespèces biochimiques permet d’obtenir un spectre formé deplusieurs pics. Chaque pic correspond à la fréquence de réso-nance d’une espèce biochimique par rapport à un pic de réfé-rence, exprimée en partie par million (ppm) ; l’intensité oul’aire de chaque pic correspond à la concentration de l’espècebiochimique considérée. Les noyaux les plus étudiés dans lecerveau par SRM sont ceux du proton (H1) en raison de sonabondance naturelle et de sa grande sensibilité, et du phosphore(P31) en raison de son intérêt bioénergétique. La SRM H1 né-cessite des méthodes d’acquisition RMN avec suppression dusignal de l’eau puisque les métabolites détectables sont enfaible concentration (mM). Le spectre typique du cerveau hu-main permet de détecter plusieurs résonances : le N-acétylas-partate (NAA), la choline, la créatine et phosphocréatine (PCr),et le pic du lactate, négligeable en conditions normales. Lespectre RMN P31 comporte plusieurs pics, attribués aux phos-phomonoesters (PE), au phosphate inorganique (Pi), aux phos-phodiesters, à la PCr, et aux trois groupements phosphate del’ATP. Pour obtenir une imagerie métabolique par SRM, ilexiste plusieurs séquences d’acquisition du signal (par exem-ple, chemical shift imaging), qui permettent de construire descartographies des différents métabolites observés (NAA, lac-tate, choline). D’une durée d’acquisition de 10–20 minutes,cette méthode rend « visible » des différences régionales demétabolisme, par exemple, entre une lésion (tumeur, ischémie)et un territoire sain.


Une quantification des différents métabolites par SRM H1

est possible à partir de l’intégration de l’aire sous la courbede chaque pic. Néanmoins, le spectre doit être de très bonnequalité, avec un rapport signal/bruit supérieur à 3, une sépara-tion nette des résonances de choline et de créatine et une sup-pression d’eau maximale. Comme il est difficile de calibrerl’intensité des pics, cette quantification est relative, expriméesous la forme de rapport entre deux métabolites : NAA/créa-tine, NAA/choline. En raison de la faible concentration desmétabolites intracérébraux, la résolution spatiale de la SRMest inférieure à celle de l’IRM puisque le voxel nominal me-sure de 1 à 8 cm3 chez l’homme. La plupart des imageurs desunités d’IRM (1,5 à 3 Tesla) sont dotés des antennes et deslogiciels spécifiques pour l’imagerie spectroscopique H1. Maisla contrainte majeure de la SRM réside dans sa relative com-plexité et dépend étroitement du savoir-faire de l’équipe médi-cale.

Le phosphore une sensibilité plus faible par rapport au pro-ton, ce qui nécessite l’accumulation de 60 à 120 scan pourl’obtention d’un seul spectre (soit 10–20 minutes d’acquisi-tion). Cette limite de sensibilité rend très difficile l’obtentiond’imagerie métabolique par SRM P31. Bien que la SRM P31

puisse mesurer in vivo le pH intracellulaire (pHi) [24], aucune

imagerie du pHi n’est possible pour le moment par SRM P31.C’est pourquoi, une nouvelle approche a été récemment propo-sée, fondée sur le principe du transfert de magnétisation del’eau libre et de l’eau liée aux protéines, sensible au degréd’acidité du milieu. Une cartographie du pH intracérébral aété ainsi proposée sur un modèle animal à partir de l’imageriespectroscopique H1 [25].


Le domaine le plus prometteur pour l’imagerie métaboliquepar SRM est sans aucun doute le traumatisme crânien (TC), enraison de ses perturbations biochimiques diffuses et de l’exis-tence potentielle de marqueurs biochimiques comme facteursprédictifs du devenir neurologique de ces patients. Avant lepremier mois post-traumatique (3–25 jours post-TC), il a étéainsi rapporté une diminution du rapport NAA/choline mesurédans la substance blanche de la région frontale et une augmen-tation du rapport choline/créatine [26]. Dans ce travail, le rap-port NAA/choline a été diminué au prorata de la sévérité duTC (score de Glasgow initial entre 4 et 15). Au décours d’unTC avec lésion axonale diffuse, les concentrations absolues deNAA et de créatine, mesurées dans les substances blanche etgrise, ont été liées aux résultats de tests cognitifs [27]. Desconclusions comparables ont été faites auprès de 40 enfantsvictimes d’un TC récent (1–16 jours) [28]. Un suivi longitudi-nal a été effectué dans trois études, permettant de tester la per-tinence d’une information biochimique précoce et répétée surle devenir neurologique : à 45 jours et à six mois post-TC [29],à 45 jours, à trois et à six mois [30], à 12 jours et à six mois[31]. Dans ces travaux, la détermination précoce du NAA et dela choline a été bien corrélée aux tests neurofonctionnels.L’évolution temporelle des pics de NAA et de choline a étéconforme au rôle biochimique supposé pour ces deux métabo-lites : viabilité neuronale (NAA), réaction gliale (choline). En-fin, une seule étude a été menée par SRM en dehors ducontexte du TC : l’importance du pic de lactate et la réductiondu pic de NAA ont été liées au degré de sévérité l’atteinteclinique après HSA [32]. Malgré ces résultats prometteurs,l’utilisation de l’imagerie par SRM comme outil de prédictiondu statut neurologique en neurotraumatologie est encore pré-maturée [33]. En effet, plusieurs points méthodologiques doi-vent être résolus, auxquels s’ajoutent la contrainte des champsmagnétiques et l’accessibilité du plateau technique : le choixd’une population appropriée de TC (typiquement les lésionsaxonales diffuses), la fenêtre d’observation la plus pertinente(par exemple, le premier mois post-TC), le choix de la régiond’intérêt (substance blanche ou grise), la méthode de quantifi-cation absolue du signal RMN. En aucun cas, l’imagerie méta-bolique par SRM n’est un examen dédié pour l’urgence.

6. Conclusion

Il est désormais possible de quantifier la perfusion et le mé-tabolisme cérébral chez l’homme par différentes techniquesd’imagerie. Chaque technique a ses avantages et ses limites,

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et son recours dépend aussi de l’expertise de l’équipe médicaleet de son environnement. Néanmoins, la TDM de perfusionoffre des avantages en termes d’accessibilité et de pertinencediagnostique qui devrait lui conférer un intérêt particulier pourles patients de neuroréanimation (traumatisme crânien, HSA).

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imagerie de la perfusion et du métabolisme cérébral brain...

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