IRM fonctionnelle

Radiothérapie encéphalique de haute précision
aidée par
l’ IRM fonctionnelle: vers un nouveau concept ?
F Dhermain 1 , D Ducreux 2 , F Bidault 3 , B Pehlivan 1 , F Parker 4
T Roujeau 5 , A Beaudré 1 , R Sigal 3 , C Haie-Meder 1 , J Bourhis 1
(1) Département de Radiothérapie-Radiophysique (3) Service d’ Imagerie médicale
Institut Gustave Roussy, Villejuif
(2) Service de Neuroradiologie Pr Lasjaunias, CHU de Bicêtre, Le Kremlin-Bicêtre
(4) Service de Neurochirurgie, CHU de Bicêtre, Le Kremlin-Bicêtre
(5) Service de Neurochirurgie, Hôpital Sainte Anne, Paris

Introduction
• Après biopsie et / ou exérèse, la Radiothérapie de Haute précision
(RHP) est le traitement habituellement proposé aux patients
adultes porteurs de Gliomes cérébraux primitifs, de Grade OMS 2
« défavorables » ou de Grade 3 – 4.
• Les doses recommandées (de 50 à 60 Gy) sont limitées par la
nette augmentation des toxicités neurologiques tardives au delà
de ce seuil, en particulier si les volumes irradiés sont importants.
• La 1ère cause d’ échec restant dans 90% des cas d’ ordre local,
il faut se demander comment améliorer le contrôle tumoral sans
ajouter de toxicité neurologique cliniquement détectable ?

Introduction
(suite)
Le modèle des Gliomes de Grade 2 - 3 possède plusieurs intérêts :
(1) le pronostic de ces patients est « intermédiaire »: leur Survie
médiane allant de 4 à 10 ans, les longs survivants justifiant
l’ effort de réduction des toxicités neurologiques tardives.
(2) leur évolutivité moins rapide que celle des Gliomes de Grade 4
(Glioblastomes) permet de programmer sans urgence une IRM.
(3) dans ces gliomes de fort volume, des zones de grade plus élevé
coexistent au sein de zones moins actives: doit-on les irradier,
sans distinction, aux mêmes doses et comment les visualiser ?

Justificatifs
• Comme le Neurochirurgien peut en bénéficier avant une exérèse
quand il l’ envisage « aussi radicale que possible »,
• le Radiothérapeute peut disposer, avant sa RHP, en complément
de l’ IRM morphologique (IRMm) en T1 +/- Gado, T2 / FLAIR,
des images d’ IRM fonctionnelle (IRMf) avec séquences :
1
de perfusion, 2 de tenseur de diffusion (DTI), 3 d ’ activation,
• Dans le but de préciser au mieux et respectivement :
1
les zones plus actives du gliome, 2 son extension microscopique,
3
ses rapports avec les aires impliquées dans les fonctions de la
mémoire et du langage, parfois atteintes chez les longs survivants

Objectifs
• Evaluer la faisabilité de l’ IRM f en pratique clinique.
• Déterminer les apports potentiels respectifs des différentes
séquences de l’ IRM f en fonction des situations cliniques:
exérèse radicale, partielle, biopsie, gliome de bas / de haut grade.
• Envisager l’ Intégration « Multi-modalité » des Images
morphologiques (TDM / IRM m) et des images fonctionnelles,
puis de l’ ensemble avec les logiciels de calcul de dose pour la
planification Dosimétrique de la Radiothérapie.

Matériel & Méthodes
• Adultes porteurs de Gliome cérébral primitif prouvé, uni-focal,
de siège sus-tentoriel, grade OMS 2 « défavorables » ou grade 3.
• Critères « défavorables » de l’ EORTC : âge de 40 ans et plus,
taille de 6 cm et plus, déficit focal, hypertension intra-crânienne,
déficit neuro-cognitif, progression IRM, crises comitiales
invalidantes résistant à une bi-thérapie.
• Délai entre biopsie/ exérèse et TDM-IRM: entre 4 et 6 semaines.
• Examens TDM / IRM m - IRM f groupés sur 1 seule semaine.

Matériel & Méthodes (suite)
Scanner (TDM) « radiothérapie »
1 / Injection sauf contre-indication.
2 / Mise en place du patient.
Le patient a un masque de contention personnalisé, avec cale adaptée.
Sur le masque sont dessinées * la ligne médiane (laser sagittal) et
* 1 croix correspondant à l’ iso-centre prévisionnel: hauteur table + « z ».
Fil radio-opaque sur la ligne médiane, 1 bille sur chaque croix latérale.
On aligne le masque / au laser sagittal et aux lasers latéraux.
3 / Réalisation de l’ examen
Zéro de la table sur la croix du masque avec l’ iso-centre prévisionnel.
Mode RADIO de Face et de Profil, coupes axiales.
Epaisseur 3 mm, jointives tous les 3 mm, une passant par la croix latérale.
PITCH = 1 / SFOV = large / DFOV = 35 cm / Matrice = 512 x 512

Matériel & Méthodes (3)
IRM morphologique « radiothérapie » 1.5 T GE
1 / Injection d’ emblée, injection de 0.2 ml/ kg de gadolinium
2 / Mise en place du patient.
• Patient aligné dans l’ antenne tête sans son masque de contention, il repose sur
une cale appuie-tête adaptée. L’ angle de reid est celui du TDM « radiothérapie ».
3 / Réalisation de l’ examen IRM m : 3 séquences
ZERO de la table à l’ isocentre prévu déterminé lors de la confection du masque.
• Séquence 1 : injectée, coupes SAGITTALES « de repérage » du haut du crâne
juqu’ à C3. Acquisition : mode SE T1, épaisseur 5 mm, tous les 2.5 mm.
• Séquence 2 : injectée, coupes AXIALES jointives, dans la région d’ intérêt
couvrant tout le volume tumoral. Acquisition: mode SE T2, coupes jointives de 3
mm, tous les 0 mm. Champ : 24 cm / matrice : 256 x 256 / NEX = 1 / TR = 4000
• Séquence 3 : injectée utilisée par le logiciel de fusion d’ image, coupes
AXIALES sur un volume débordant la région d’ intérêt. ZERO inchangé.
• Acquisition: mode FSPGR 3D T1, coupes de 3 mm, champ : 24 cm / 256 x 256

Matériel & Méthodes (4)
IRM fonctionnelle 1.5 T Siemens
Position de la tête la plus proche possible de celle du TDM « radiothérapie »
1 / Repérage (Sagittal EG T1)
2 / Axial SE T1 28 coupes de 5 mm de l’encéphale, 256 x 256, FOV 240 mm
3 / Séquences fonctionnelles: EPIBOLD, 30 coupes de 4 mm sur l’encéphale,
128 x 128, FOV 240, 42 phases, TR 5000 (langage), TE 60, Flip Angle 90°.
Paradigmes en bloc: Fluence verbale catégorielle : recherche mentale de verbes
commençant par une lettre donnée, parmi un pool de lettres sélectionnées (P, R, S)
• Ecoute d’une histoire sans mémorisation, contrastant avec les phases de repos (bruit).
Mots répétés mentalement (Citron, Clef, Ballon) en opposition avec des phases de
repos (calcul mental). Alternance des phases : 7 époques (pour chaque fonction).
4 / Tenseur de Diffusion: 1 acquisition (b=0 et 25 b=1000) en epi2 dans le cadre de la
séquence Tenseur de diffusion, 30 coupes axiales de 4 mm, 128 x 128, FOV 280 mm.
5 / Perfusion : 15 cc de Gado bolus poussés par 15 cc de Sérum Physiologique.
EPI SE T2, 20 coupes de 5 mm, 128 x 128, TR 2000, 50 phases, FOV 240 mm.
6 / Séquence 3D T1 : 160 x 1 mm, FOV 240 mm, 256 x 256.

Résultats
• De Novembre 2004 à Juillet 2005: 10 pts consécutifs inclus.
La séquence IRM f a allongé de 30 minutes environ l’ IRM.
• Tous les pts ont pu avoir TDM + IRM m + IRM f … mais
2 patients / 10 n’ ont pas eu la séquence « tracking » (DTI)
pour raisons techniques + 1 patient a saigné en intra-tumoral.
• Pour 9 pts / 10, l’ IRM f a été évaluée « contributive »
sur au moins 1 séquence, en complément des TDM et IRM m
• Pour 5 d’ entre eux, l’ IRM f a été jugée très contributive.

IRM f : Contribution pour les 10 patients

Apport des différentes Séquences
1
Perfusion
Contribution très intéressante dans les :
• Gliomes de Grade 3 en résection partielle
• Gliomes de Grade 2 en place, volumineux et hétérogènes
Elle aide à mieux visualiser la maladie « plus active »
Elle peut modifier la délinéation du GTV et du CTV
• GTV = Gross Tumor Volume = Volume Macroscopique
• CTV = Clinical Target Volume = Volume « Microscopique »

Femme de 55 ans, Gliome Grade 3, réséqué partiel.
Flèche Jaune: l’ extension gliale visible
est limitée à l ’ Hypersignal en TI gado
IRM m T1 Gado
Flèche Blanche: zone hyper-perfusée,
rouge, plus étendue en arrière/ IRM m
IRM f Perfusion

Femme de 58 ans, Gliome de Grade 2, biopsiée.
L ’ extension gliale « visible » ne
touche pas la capsule externe Gauche
IRM m T 2
Zones hyper-perfusées (rouge & vert)
dont 1 capsulaire, non visible en IRM m
IRM f Perfusion

Homme 48 ans, Gliome Grade 2 biopsié, progression lente
Vaste zone en Hypersignal, calcifications Sur cette coupe, aucune zone focale en
en Hyposignal, contour glial mal défini. Hyper-perfusion, zone normo-perfusée
IRM m FLAIR
IRM f Perfusion

Même patient, Gliome de Grade 2, coupe sus-jacente
Aucun hypersignal, malgré une discrète
déviation du Ventricule Lat Droit :
extension microscopique ?
IRM m FLAIR
Zone focale Hyper-perfusée Insulolenticulaire
Dte, non visible en FLAIR
IRM f Perfusion

Femme 36 ans, Gliome de Gr. 2 évoluant vers le Gr. 3
Exérèse Sub-totale, résidu discret
en postérieur, contours mal définis
IRM m FLAIR
Aucune zone hyper-perfusée.
Pas de contribution utile de l ’ IRM f
IRM f Perfusion

Apport des différentes Séquences
2
Tenseur de Diffusion avec Tractographie
Contribution intéressante dans :
• Les Gliomes de Grade 2 de fort volume (plus de 6 cm).
• Les Gliomes de Grade 3 après résection partielle.
• Visualisant indirectement l ’ infiltration gliale « minimale » ,
non visible en IRM m, même en T2 / FLAIR, en relation
avec la déformation liée à la compression / dissociation de
fibres de la substance blanche par les amas tumoraux.

Homme 48 ans, Gliome Grade 2 biopsié progressant en 10 ans
Hypersignal modéré, contours flous
Flèche: infiltration microscopique ?
IRM m FLAIR
Orientation des fibres de substance
blanche modifiée au delà de
l ’ Hypersignal en IRM m FLAIR
IRM f DTI

Femme 58 ans, Gliome Grade 2, évolution lente.
Hypersignal bien visible en T2
Flèche: infiltration microscopique ?
IRM m T2
En Bleu : fibres dissociées
En Rouge: fibres comprimées
IRM m T1 Gado + IRM f Tracking
Extension microscopique ?

Apport des différentes Séquences
3
Activation avec Paradigmes du Langage et de la Mémoire
Contribution potentielle
pour diminuer la toxicité neurologique tardive de l ’ irradiation
• Pour les patients les plus jeunes, les Gliomes de Grade 2.
• Pts avec de Longues Survies médianes attendues (plus de 5 ans)
=> La RHP avec Modulation d ’ Intensité ou la Protonthérapie
peuvent éviter très précisément ces régions fonctionnelles,
tout en assurant une couverture optimale du Volume Tumoral

Homme 48 ans, Gliome Grade 2 en progression sur 10 ans
Irradiation « au plus près » du
Volume Tumoral défini par
l ’ hypersignal en IRM T2
IRM m T2
Aires impliquées dans le Langage
et la Mémoire immédiate bien visualisées
IRM m T1 Gado
+ IRM f d ’ Activation
Radiothérapie de Conformation
avec Modulation d ’ Intensité
Isodose 95%

Discussion
D’ autres techniques d’ Imagerie Fonctionnelle existent.
• La Spectroscopie MR : véritable examen « métabolique », elle
n’ est pratiquée en mode Multivoxel que par quelques équipes
au niveau mondial et requiert des puissances de calcul telles que
l’ analyse est souvent limitée à une partie du Volume tumoral.
La taille du Voxel est de 1 cm 3 , résolution spatiale médiocre.
• La TEP utilisant la Méthionine marquée au C -11 a suscité
plusieurs publications récentes et encourageantes. Elle a une
résolution spatiale structurellement limitée, supérieure à 3 mm.
Elle est coûteuse en investissement et en consommable.
De plus, elle nécessite l’ existence d’ un cyclotron à proximité.

Conclusion
• En complément de la TDM et de l’ IRM m ,
• L’ IRM f apporte des données vraiment nouvelles
pouvant modifier à terme la planification en radiothérapie
de haute précision des Gliomes cérébraux primitifs.
• Elle bénéficie d’ une excellente faisabilité, se compare
favorablement aux autres techniques Fonctionnelles :
TEP à la Méthionine, Spectroscopie-MR.
• Elle ne nécessite aucune injection de produit Radioactif.

Conclusion
(suite)
Cependant, des progrès doivent être obtenus dans :
La Validation des Protocoles d’ acquisition (tracking).
La Quantification des données, permettant ainsi
Le Recalage des Images de l ’ IRM f vers l ’ IRM m
La Corrélation des Images avec l ’ évolution clinique