IRM du cartilage du genou.

L’usure du cartilage est un problème majeur en santé publique en particulier sur le genou : l’arthrose du genou.

Bien que le cartilage ne soit pas directement visible, la radiographie est l’examen classique pour étudier l’arthrose du genou. Pincement articulaire et ostéophytes sont les deux signes radiographiques de l’arthrose du genou.

L’IRM permet de voir directement le cartilage du genou. Cette technique est aujourd’hui largement utilisée en pratique courante pour explorer l’ensemble des pathologies du genou.

Ces deux vues de face, radiographique et IRM du même patient, montrent l’intérêt de l’IRM permettant une analyse directe du cartilage (flèche verte) mais aussi des autres structures associées : ménisque (flèche bleue), os sous chondral (flèche jaune) et ensemble capsulo-syovial (flèche rouge) alors que la radiographie ne montre qu’un discret ostéophyte (flèche rouge)  avec un pincement articulaire modéré (flèche verte).

Le but est ici de faire le point sur l’état de l’art dans l’exploration du cartilage du genou et des autres structures associées par IRM.

Principes de l’IRM.

L’IRM est une technique d’imagerie basée sur les propriétés de résonance du proton H+ présent dans l’eau (H2O) du corps humain.

Le proton possède um moment magnétique, le spin, réparti aléatoirement. En soumettant un ensemble de protons à un champ magnétique constant B0, leurs spins s’alignent et forment un moment magnétique total M0 aligné parallèlement à B0.

Si on applique un pulse de radiofréquence à la fréquence de résonance des protons sous B0, perpendiculaire à B0, le moment protonique M0 va être excité et va basculer dans le plan x,y (en fonction de l’intensité du pulse appliqué on pourra basculer M0 de 90 ou 180° comme dans l’exemple ci-dessous).

Après arrêt du pulse, le moment magnétique M0 des spins protoniques basculé va revenir à sa position initiale en émettant une énergie qu’il sera possible d’enregistrer, la relaxation. C’est cette énergie enregistrée sous forme d’une onde électromagnétique dans le plan x,y de B1qui va former le signal en IRM.

 

Ce signal va être dépendant de plusieurs paramètres :

• Le nombre de protons présents dans l’unité mesurée
• le T1
• le T2
• éventuellement le flux en cas d’échantillon en mouvement.

Le nombre de protons dépend du tissu examiné grande densité en protons ou faible densité donnant plus ou moins de signal.

Le T1 et le T2 sont deux paramètres dus au phénomène de relaxation lui-même. T1 est appelé temps de relaxation spin-réseau du moment M0 le long de l’axe z.  Il s’agit du temps mis par le moment T0 pour obtenir sa repousse le long de l’axe z. T2 est le temps de relaxation spin-spin du moment M0 dans le plan x,y. Il s’agit du temps mis par la composante x,y de M0 pour disparaître.

Les valeurs du T1 (spin-réseau) et du T2 (spin-spin) dépendent de l’environnement protonique. Cet environnement est responsable de la relaxation T1 et T2 par le biais de mécanismes dus à la structure et à l’environnement moléculaire

• interaction dipole-dipole
• chemical shift anisotropy
• diffusion moléculaire
• chemical exchange
• scalar-J coupling
• Electric-quadrupole couplng…

Ces différentes propriétés chimiques font que les protons ne possèdent pas le même T1 ou T2 dans la matière et ainsi permettent de différencier les structures du corps humain et en particulier le cartilage.

On voit sur ce tableau que les différences de T2 sont majeures entre l’eau, le cartilage et l’os permettant ainsi d’obtenir un contraste optimal plus qu’en T1.

L’acquisition du signal en IRM s’effectue dans le plan transverse (x,y). L’acquisition la plus simple est la FID (free induction decay) consistant à produire un pulse RF puis à récolter derrière le signal. Cette technique ne permet pas un recueil optimal du signal du au rephasage des protons. La séquence echo de spin est la séquence classique qui associe deux pulses : un premier de 90° puis un second de 180° permettant de récolter un écho avec un signal plus fort. Les TE, temps d’echo et TR, temps de répétition, sont des paramètres modifiables qui permettent d’ajuster le type de séquence à une pondération donnée.

Le TR et le TE sont deux paramètres modulables qui permettent de « pondérer » les images en T1 ou T2 en fonction. Ainsi un TR et un TE élevés pondéreront les images en T2, un TR et TE bas pondéreront les images en T1.

Ainsi, pour l’imagerie du cartilage, il va être recommandé des séquences en écho de spin ou écho de gradient en pondération plutôt T2.

Pourquoi faire un echo de gradient ou un echo de spin?

En echo de gradient, il n’y a qu’un seul pulse RF puisque la refocalisation s’effectue par un gradient. Cela entraîne un raccourcissement possible du TE et du TR (d’autant plus qu’on utilise un pulse avec un angle de bascule de <90°) ce qui permet de raccourcir les temps de séquence de manière notable. Ce type de séquence est utilisé pour l’imagerie 3D.

Enfin l’écho de gradient va rephaser l’ensemble des protons déphasés par le gradient c’est à dire que ce rephasage va concerner non seulement le T2 lui-même mais aussi des éléments perturbés par l’inhomogénéité du champ B0, les . En bref, l’écho de gradient ne va pas donner une image du vrai T2 mais plutôt d’un autre paramètre appelé T2*.

Le T2* est un T2 qui prend aussi en compte les inhomogénéité du champ B0.

Les séquences :

• Echo de spin :
  • T1SE
  • T2SE
  • T2TSE
• Echo de gradient :
  • SPGR FSPGR (GE) FLASH VIBE (Siemens) : spoiled gradient
  • DESS (Siemens), MENSA (GE) : dual echo steady state
  • bSSFP (FIESTA, True FISP, balanced FFE)
  • DEFT

Les autres séquences :

• STIR
• Diffusion
• dGEMRIC
• Na MRI

Le cartilage en IRM.

Le but de l’imagerie est de pouvoir montrer et surveiller :

• les defects cartilagineux
• la qualité du cartilage

Visualisation des defects cartilagineux.

La classification de CG Peterfy nous semble la plus adaptée. Elle est intégrée dans un système plus global « Whole-Organ Magnetic Resonance Imaging Score » dont la reproductibilité est intéressante.

REFERENCES.

1. Peterfy CG(1), Guermazi A, Zaim S, Tirman PF, Miaux Y, White D, Kothari M, Lu Y, Fye K, Zhao S, Genant HK.Whole-Organ Magnetic Resonance Imaging Score (WORMS) of the knee in osteoarthritis.Osteoarthritis Cartilage. 2004 Mar;12(3):177-90.
2. Crema MD(1), Roemer FW, Marra MD, Burstein D, Gold GE, Eckstein F, Baum T, Mosher TJ, Carrino JA, Guermazi A.Articular cartilage in the knee: current MR imaging techniques and applications in clinical practice and research.Radiographics. 2011 Jan-Feb;31(1):37-61.