Spectroscopie par résonance magnétique Aspects théoriques et pratiques Damien Galanaud Service de Neuroradiologie Hôpital La Pitié Salpêtrière

Objectifs Comprendre les bases de la spectroscopie Maitriser la programmation d’une séquence de spectro Comprendre les artéfacts, et les moyens de les corriger Connaître les applications en dehors du proton et du cerveau

Principe général de l'IRM H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O

Principe général de la SRM H2O H2O H2O I H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O

En résumé: IRM : recueil du signal des molécules d ’eau SRM : suppression du signal de l ’eau recueil du signal des molécules dissoutes Même appareil, même examen image caractérisation métabolique

Signal [ ] TE FID B H FT H fréquence Impulsion RF

Principe: utilisation des différences de fréquence de résonance des protons des différentes molécules

Transformée de Fourier H H I I H Fréquence/déplacement chimique temps

2 temps d'écho réalisables TE Long (PRESS 135 ms) TE Court (STEAM 20 ms)

SRM à temps d'écho long NAA tCr tCho

NAA (N-Acetyl-Aspartate) : index de souffrance ou de mort neuronale TE = 135 ms Cho Cr/PCr Lac NAA (N-Acetyl-Aspartate) : index de souffrance ou de mort neuronale CHO (Choline) : marqueur des membranes (lésions, renouvellement), de la myéline ou d ’une inflammation (bétaïne) Cr/PCr (Créatine-Phosphocréatine) : marqueur de densité cellulaire Lac (Lactate) : témoin d ’un processus ischémique, d ’un dysfonctionnement mitochondrial ou d ’une infiltration macrophagique

SRM à temps d'écho court NAA tCr tCho Ins Glx Lipides

mI: myoinositol, glie normale Cho Cr NAA TE = 35 ms mI: myoinositol, glie normale mI Glx: glutamine-glutamate, « neurotransmetteurs » Glx Lip: lipides, nécrose ou contamination (scalp) Lip

SRM Monovoxel Avantages Inconvénients un seul point rapide (1 mn) traitement simple Inconvénients un seul point

Imagerie métabolique (CSI) Avantage multiples points d ’étude = profil métabolique Inconvénients long (13 mn) traitement complexe

NAA Créatine Choline Choline/NAA Choline/Créatine

Quand fait-on de la spectro ? Tumeurs Bilan initial Suivi évolutif Maladies métaboliques Bilan étiologique d’un trouble neurologique, d’une encéphalopathie Suivi de malade sous traitement Comas Autres Suivi = nécessité de positionner le voxel toujours au même endroit Sauvegarder et transférer sur IMPAX les localisers +++

SNR Largeur spectrale Critères de qualité d’un spectre - Qualité du shim - Qualité du WS - Antenne - Champ magnétique

Mise en place d’une séquence de spectro Est-ce faisable ? Positionnement du voxel Positionnement des OVS

Mise en place d’une séquence de spectro Shim localisé (Largeur H2O, NAA) < 10 Hz: OK > 15 Hz: Pas bon B B distance distance

Mise en place d’une séquence de spectro Suppression du signal de l’eau (% WS) Réglage du gain (TG, % signal) Acquisitions FT, reconstruction Fréquence Fréquence 21

Positionnement du voxel 22

Positionnement des OVS Pas de règle absolue Attention au recouvrement 23

Taille du voxel 96 nex 96 nex 24

Nombre d'acquisitions 96 nex 32 nex 25

La SRM en dehors du proton Possibilité d’étudier d’autres noyaux 3T et plus ! Nécessité de faire une acquisition d’image de repérage (H) puis la SRM Fréquences de résonnance différentes Antennes dédiées Antennes mono atome (surfaciques) Antennes à découplage Noyaux étudiables P31 Métabolisme énergétique (muscle, cerveau) Na23 AVC, SEP, métabolisme rénal C13 Cycle de Krebs (ça coûte très très cher !)

SRM du phosphore Possible théoriquement dès 1.5T mais signal très faible Intérêt théorique Métabolisme énergétique Mesures de pH Nécessite des antennes à découplage Muscle >>> Cerveau Possibilités de faire des épreuves dynamiques Applications pratiques: myopathies, pathologies vasculaires, cytopathies mitochondriales, schizophrénie, Parkinson…

Pi PDE PCr ATP aATP bATP HEP pH

La SRM en dehors du cerveau Difficultés Nécessite une immobilité prolongée Problème lié au signal de la graisse Applications essentiellement en pathologie tumorale (choline) Prostate: étude du pic de citrate + choline. Intérêt: diagnostic du cancer, suivi évolutif sous hormonothérapie/radiothérapie Sein ORL Foie …

Kurhanewicz and Vigneron, Magn Reson Imaging Clin N Am 2008 16, 697-x

Conclusion SRM cérébrale facilement réalisable en routine Nécessité de bien comprendre le fonctionnement de la séquence SRM extra cérébrale: routine en prostate, le reste en développement SRM extra protonique du domaine de la recherche.