IRM pondérée en fonction de la diffusion.

La diffusion est le principal processus physique intervenant lors des réactions métaboliques de la cellule. La première image IRM pondérée en diffusion a été réalisée en 1985. L'IRM de diffusion est entrée en pratique clinique avec l'arrivée des scanners IRM de troisième génération. Pour obtenir des tomogrammes pondérés en diffusion, des séquences d'impulsions échoplanaires « spin echo » EPI avec deux gradients de diffusion de même amplitude et durée sont utilisées. Pour évaluer quantitativement les propriétés de diffusion de l'eau dans les tissus, des cartes de diffusion paramétriques sont construites, sur lesquelles la couleur de chaque pixel correspond au coefficient de diffusion mesuré. Sur la carte de diffusion, les tissus présentant un taux de diffusion élevé de l'eau sont colorés en rouge et blanc, tandis que ceux présentant un faible taux de diffusion sont colorés en bleu et noir.

La dépendance de la capacité de diffusion des molécules à la direction est appelée anisotropie de diffusion. Dans la substance blanche du cerveau, les molécules d'eau diffusent facilement le long des fibres nerveuses, mais leur mouvement à travers celles-ci est limité par l'imperméabilité de la gaine de myéline.

L'IRM du tenseur de diffusion est utilisée pour visualiser l'anisotropie de la diffusion de l'eau dans les tissus.

En IRM du tenseur de diffusion, l'orientation des ellipsoïdes de diffusion dans les voxels permet de déterminer le trajet des fibres nerveuses qui forment les faisceaux nerveux en reliant les vecteurs propres du tenseur de diffusion entre eux. Les algorithmes de connexion étant assez complexes, diverses méthodes de calcul sont utilisées pour « dessiner » le trajet de nombreuses fibres nerveuses qui forment un faisceau nerveux. De ce fait, l'IRM du tenseur est souvent appelée tractographie, une méthode de visualisation du trajet des faisceaux nerveux. Dans sa forme la plus simple, l'anisotropie partielle de diffusion est codée par couleur, et les directions du mouvement de diffusion des molécules d'eau dans les tissus sont visualisées en colorant les pixels d'une couleur spécifique selon l'orientation de leur vecteur propre (rouge sur l'axe des X, vert sur l'axe des Y, bleu sur l'axe des Z).

L'IRM du tenseur de diffusion nous permet de détecter les connexions structurelles entre les parties du cerveau, ce qui est particulièrement important dans les processus volumétriques et les maladies qui déforment la structure anatomique ou détruisent la matière blanche (tumeurs, traumatismes crâniens, maladies démyélinisantes, etc.).

Application clinique de l'IRM pondérée en diffusion et du tenseur de diffusion. Une diminution de la vitesse du coefficient de diffusion mesuré dans le tissu cérébral est un indicateur sensible des troubles ischémiques et de la gravité de l'ischémie. Aujourd'hui, l'utilisation d'images pondérées en diffusion est l'une des méthodes les plus rapides et les plus spécifiques pour diagnostiquer l'infarctus cérébral ischémique aux premiers stades de son développement (jusqu'à 6 heures), lorsqu'il existe une « fenêtre thérapeutique » pour le recours à la thrombolyse et la restauration partielle ou complète du flux sanguin dans les tissus cérébraux affectés. En phase aiguë d'un accident vasculaire cérébral (AVC), la zone de la lésion cérébrale sur les images pondérées en diffusion présente généralement un signal MP élevé, tandis que le tissu cérébral normal apparaît sombre. L'inverse est observé sur les cartes du coefficient de diffusion mesuré. Ces cartes sont devenues un moyen de diagnostiquer l'ischémie et de suivre de manière dynamique l'évolution de l'accident vasculaire cérébral aigu et de la dégénérescence tissulaire chronique consécutive à l'ischémie. Le caractère non invasif et la rapidité d’application des images pondérées en diffusion déterminent l’importance primordiale de la méthode dans le diagnostic primaire des lésions cérébrales ischémiques.

Toutes les études de diffusion sont réalisées sans produit de contraste, ce qui est important pour les patients gravement malades et pour les études spécialisées du développement cérébral chez l'enfant, dès la période intra-utérine. Dans ce dernier cas, l'IRM de diffusion permet d'obtenir des caractéristiques tissulaires qualitatives (visuelles) et quantitatives supplémentaires, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour l'étude de la microstructure du tissu cérébral au cours de son développement.

Les images pondérées en diffusion et les cartes de diffusion fournissent des informations diagnostiques supplémentaires pour différencier les tumeurs cérébrales avec des manifestations similaires sur l'IRM T1 et T2 (gliomes, tumeurs avec accumulation annulaire d'agent de contraste), l'œdème péritumoral (vasogène ou cytotoxique), fournissent des données sur la présence ou l'absence de kystes intratumoraux, etc.

Les images pondérées en diffusion fournissent des informations précieuses dans un temps d'acquisition aussi court pour le diagnostic des lésions inflammatoires du cerveau et de la colonne vertébrale (par exemple, abcès cérébraux, empyème). Le contenu purulent de l'abcès est caractérisé par un signal MP élevé et est facilement visualisé à tout stade du traitement, y compris postopératoire. L'organisation structurale de certaines tumeurs cérébrales, en particulier les méningiomes et les neurinomes, permet de prédire le type histologique de la tumeur avec une grande fiabilité lors de l'utilisation d'images pondérées en diffusion, même avant l'intervention chirurgicale. Grâce aux données de cette méthode, les kystes épidermoïdes et arachnoïdiens sont différenciés avec précision.

La tractographie est une technique nouvelle et prometteuse permettant d'observer de manière non invasive les voies de conduction cérébrales. Malgré les difficultés techniques encore existantes, les premiers résultats d'application à la neurochirurgie semblent prometteurs. Grâce à l'IRM du tenseur de diffusion, connaissant la localisation des voies de conduction et prenant en compte leur intérêt dans le processus pathologique (déplacement/déformation ou invasion et lésion), il est désormais possible de planifier l'approche chirurgicale et le volume d'ablation des tumeurs intracérébrales.

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