Chap 2 La SRM - Notes de cours 3 PDF

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Pathologies et méthodes d’imagerie biomédicale (J. Hamacek) CM CM8 8 : 22 / 0 02 2 / 16 & CM11 : 01 / 03 /16

Chap 2 : La SRM : Spectroscopie de Résonance Magnétique C’est entre l’imagerie et la spectroscopie d’RMN. Ça permet d’accéder à l’information dans les endroits donnés dans l’organisme de manière non évasive. On obtient des signaux qui correspondent à la concentration des métabolites présents dans ces endroits. Comme on peut obtenir un profil métabolique pour différent tissu, ça permet de faire des bases de données pour distinguer les maladies qu’on a et établir un diagnostic correct. On peut détecter des métabolites libres, en solution. Des molécules qui ont des noyaux répondant dans l’RMN surtout les protons mais aussi carbone 13, phosphore 31 etc. on a 35 métabolites cérébraux potentiellement détectables par RMN in vivo ou in vitro. Dans l’IRM on mesure le signal de l’eau qui nous permet de pondérer selon les tissus. L’eau est le signal le plus grand donc il faudra s’en débarrasser pour pouvoir mesurer une ligne de base assez faible (pour ne pas avoir un grand pic de l’eau seulement). On peut faire ça avec des séquences en RMN, en pré-saturant la résonance de l’eau.

I-

Principes de la SRM

On a l’info métabolite à l’endroit donné, et pour avoir de l’information plus spécifique, on utilise des métabolites différents : -

Phosphore 31 : utilisé pour le métabolisme énergétique (ATP, ADP, PCr, Pi…) : muscles Carbone 13 : marqueur du métabolisme (cycle de Krebs). Le glucose marqué avec le carbone 1 est consommé donc on augmente la consommation des métabolites Sodium 23 : métabolisme rénal

On peut obtenir des infos sur : -

La concentration absolue La concentration relative : importante pour le diagnostic (évaluation des modifications des rapports de concentration entre un état normal et pathologique) Les flux métaboliques pH, coefficient de diffusion

Aspects techniques Pour localiser l’endroit où on veut mesurer, on doit coder l’espace avec un gradient. On utilise des gradients dans les 3 directions de l’espace : impulsion électromagnétique. Permet de sélectionner des fréquences de résonance pour localiser un volume minimal qui peut être sondé, mesuré. Le spectre de SRM ressemble au spectre de RMN, mais c’est plus complexe (car chargé). Pour collecter le signal à partir de ce codage, on implique une séquence d’excitation. On voit des tranches selon les axes. On a des crushers qui nous permettent une focalisation. On mesure un signal sous forme d’écho. Le signal d’eau est tellement supérieur aux autres qu’il faudra s’en débarrasser. Il y a des fréquences qui permettent de s’affranchir de ce signal de l’eau. Ces techniques qui permettent sa suppression. (intensité : 10-5)

Si on choisit un volume d’intérêt dans lequel on obtient un spectre avec une strie : on compare les signaux avec les pics caractéristiques. L’intensité du pic correspond à la concentration de ces marqueurs. Le but c’est d’obtenir ce spectre -là caractéristique du métabolite. Les signaux de métabolites cérébraux : Lipides si acide lactique. Lipides liés à la démyélinisation et donc à la maladie de sclérose en plaque. Donc on s’attend à l’augmentation de ces signaux dans le cas de la sclérose en plaque. La choline, créatine, phosphocréatine. Lié aussi à démyélinisation. On a des métabolites caractéristiques des anomalies. Métabolisme énergétique cérébral : Le métabolisme neuronal est principalement oxydatif : dégradation de glucose par voie glycolytique dans astrocytes. -

Recapture Na+ dépendante du glutamate synaptique par des transporteurs spécifiques Capture du glucose plasmatique par couplage à des pompes ATPasiques Voir diapo

Dans le métabolisme mitochondrial, on a : -

-

le système basé sur créatine et phosphocréatine : créatine kinase (CK) qui régénère ATP à partir de phosphocréatine (PCr) on voit ces signaux dans la mise en spectre. Lié à l’activité, métabolisme énergétique, on peut détecter avec phosphore 31 le système adénylate kinase qui convertit 2 ADP en ATP et AMP

Métabolites caractéristiques en neurologie : -

maladie d’Alzheimer : on peut détecter des neurotransmetteurs liés à l’activité de la choline acétyl transférase. Maladie de Huntington : augmentation de lactate Sclérose en plaques : diminution de NAA (N-acétylaspartate)

On peut attribuer chaque métabolite à une fonction. Dans le profil caractéristique de chaque pathologie, on sait quels métabolites on doit suivre dans chaque pathologie.

II-

Les mesures 1) Réalisation technique des mesures

De 2 manières : -

En simple voxel En multiple voxel : On fait des scans points par points. Permet d’établir une cartographie, distribution spatiale des différents marqueurs qui donnent l’info sur la localisation. Donne une résolution augmentée mais acquisition courte.

Importance de combinaison d’IRM / SRM : il nous faut localiser le volume d’abord. Pour ça, scanne d’IRM classique. Ensuite, une fois qu’on a l’info anatomique d’où se trouve l’endroit à examiner, on peut changer de mode de spectroscopie.

On calcule les concentrations des marqueurs pour visualiser l’image qui donne les concentrations relatives des molécules. On voit l’hypoxie. Localisation bivoxel : On prend 2 voxels d’un cerveau pour comparer les zones de composition similaires : si les 2 zones n’ont pas de pathologies, les 2 spectres doivent être identiques, sinon on a modification du spectre et donc zone malade. L’acquisition est de même durée que l’acquisition monovoxel. Mesures : On utilise 2 fréquences différentes pour coder pour les 2 profils. Exemple : pour l’ischémie cérébrale On peut effectuer des scans en 2D (ex cosy). Pour l’hémisphère sain, on voit des marqueurs qu’on ne voit pas sur l’hémisphère ischémique. On voit des signaux pas caractéristiques : augmentation de lactate.

2) Etude de métabolisme cérébral par SRM Selon l’info qu’on veut, on utilise des marqueurs différents : -

En proton : donne l’info sur un état physiopathologique statique En carbone 13 : avec injection de glucose marqué au carbone 13. Donne l’information sur les cascades biochimiques (cycle de Krebs) mais c’est cher Carbone 13 et proton pour accroitre a sensibilité

Cycles métaboliques détectables par spectroscopie Carbone 13 : Collaboration entre astrocytes et neurones, donc on a révolution de la concentration en glucose marqué dans la cellule. Permet d’étudier interaction neurone-astrocyte. Mesures du flux métaboliques : Si on fait la RMN de phosphore, l’ATP, NADH, Pcr etc. la concentration peut être comparée avec un métabolite normal -

13C : mesure de cinétique 31P : métabolisme énergétique cérébral

On peut mesurer le pH : différence de déplacement chimique peut être dû à la loi d’Hasselbach pH = pKa + log (Base / acide)

III-

Pathologies 1) Encéphalopathie mitochondriale

C’est le métabolisme mitochondrial qui est modifié, peut servir pour la détection mitochondriale. On a une atteinte globale de l’encéphale touchant les mitochondries, un manque de force musculaire, une accumulation de lactate, souffrance neuronale, diminution de NAA. Premier examen : détection de la pathologie par IRM et positionnement du volume d’intérêt. On distingue 2 situations : -

Avant le traitement

-

Après le tt : NAA a beaucoup augmenté, on en a 2 fois plus. Pour le lactate, on a un signal mais très petit

2) Epilepsie Des troubles dans l’activité électrique normale du cerveau. Elle se traduit par des crises dont la nature dépend de la région du cerveau affectée. La SRM du proton est employée dans l’exploration de la pathologie en raison de ses meilleures capacités de localisation et de sa plus grande sensibilité. On regarde : Le rapport NAA/ (Cr +Cho), une diminution de NAA, glutamate / GABA

3) La SRM en cancérologie Elle permet de : -

Quantifier les métabolites dans la tumeur Classifier les tumeurs selon leurs types

Leurs concentrations relatives sont caractéristiques. (Cho, Cr, lactate, NAA, lipides) -

Cho indique indirectement la prolifération Cr : reflet du métabolisme énergétique Lactate : glycolyse anaérobie NAA : marqueur de l’intégralité neuronale Lipides :

Tumeurs : -

Métastase : lactate et lipides Tumeurs du cerveau (glioblastome) : créatine et phosphocréatine. Radiation nécrose : présence de lactate. Ce n’est pas une tumeur, mais une lésion, un profil métabolique différent. On peut distinguer entre la radiation nécrose et la tumeur récurrente.

Conclusion La SRM permet : -

De détecter des métabolites dans un voxel De faire l’imagerie en 3D Elle est basée sur la détection des métabolites, on observe les spectres RMN typiques pour ces métabolites. Quelques pics caractéristiques sont suivis. On peut ainsi détecter des pathologies....