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Page de résumé pour ULgetd-10122009-211420

Auteur : Bolen, Geraldine
E-mail de l'auteur : gbolen@ulg.ac.be
URN : ULgetd-10122009-211420
Langue : Français/French
Titre : CONTRIBUTION A L’ETUDE DE L’IMAGERIE PAR RESONANCE MAGNETIQUE DU PIED EQUIN : EFFETS SUR L’IMAGE DE LA CONSERVATION DES MEMBRES ISOLES, DU CHAMP MAGNETIQUE, DES SEQUENCES ET DES PLANS DE COUPE/CONTRIBUTION TO THE STUDY OF MAGNETIC RESONANCE IMAGING OF THE EQUINE FOOT: EFFECTS ON THE IMAGE OF ISOLATED LIMBS PRESERVATION, OF MAGNETIC FIELD, OF SEQUENCES AND OF SECTION PLANES
Intitulé du diplôme : Doctorat en sciences vétérinaires
Département : FMV - Département des sciences cliniques des grands et petits animaux
Jury :
Nom : Titre :
Audigié, Fabrice Membre du jury/Committee Member
Balligand, Marc Membre du jury/Committee Member
Cassart, Dominique Membre du jury/Committee Member
Dondelinger, Robert Membre du jury/Committee Member
Gabriel, Annick Membre du jury/Committee Member
Grulke, Sigrid Membre du jury/Committee Member
Sandersen, Charlotte Membre du jury/Committee Member
Saunders, Jimmy Membre du jury/Committee Member
Tapprest, Jackie Membre du jury/Committee Member
Lekeux, Pierre Président du jury/Committee Chair
Busoni, Valeria Promoteur/Director
Snaps, Frédéric Promoteur/Director
Mots-clés :
  • conservation/preservation
  • congélation/freezing
  • champ magnétique/magnetic field
  • pied/foot
  • équin/equine
  • IRM/MRI
Date de soutenance : 2009-09-11
Type d'accès : Restreint/Intranet
Résumé :

Description du sujet de recherche abordé:

Le pied du cheval est composé de nombreuses structures anatomiques renfermées dans une boîte cornée rendant l’investigation de celles-ci plus compliquée (Dyson, 2003). Les méthodes d’imagerie classiquement utilisées en médecine équine telle la radiographie et l’échographie montrent de nombreuses limites dans l’investigation de cette région. C’est pourquoi, l’imagerie par résonance magnétique (IRM) est de plus en plus souvent utilisée pour l’investigation des boiteries du pied chez le cheval, permettant à la fois une investigation des structures osseuses et des tissus mous (Dyson et Murray, 2007c; b ; Werpy, 2009).

De nombreuses études IRM ont été réalisées sur membres isolés afin de permettre un examen différé dans le temps et dans l’espace voire d’utiliser différentes techniques d’investigation (Denoix, et al., 1993 ; Whitton, et al., 1998 ; Widmer, et al., 1999 ; Widmer, et al., 2000 ; Busoni, et al., 2005 ; Murray, et al., 2006 ; Spriet, et al., 2007). Le protocole de conservation varie d’une étude à l’autre, utilisant en général des membres congelés puis décongelés. Une étude décrit un protocole de conservation basé sur la congélation et la décongélation du membre (Widmer, et al., 1999). Cependant, ce protocole est fastidieux. De plus, plusieurs limites sont présentes dans cette étude. Dans une étude précédente sur des membres isolés, certains membres avaient été évalués ante-mortem (Murray, et al., 2006). Ceux-ci ont permis une comparaison qualitative des images ante-mortem et post-mortem d’un même pied sans mise en évidence de changement de signal. Cependant, aucune étude quantitative n’a été réalisée et il n’est pas précisé comment la comparaison a été réalisée et sur bases de quels critères.

Différents systèmes sont maintenant disponibles pour l’IRM du pied équin dont notamment une machine permettant l’examen des membres sur chevaux debout, uniquement sous sédation (Mair, et al., 2005) contrairement aux systèmes adaptés de la médecine humaine où l’anesthésie générale est toujours nécessaire. Cependant, aucune étude sur des chevaux, n’a comparé la qualité des images obtenues sur des machines avec une intensité de champ magnétique différente si ce n’est une étude sur le cartilage et l’os sous-chondral (Tapprest, et al., 2003). Cette étude a comparé un système de bas champ (low field - LF) pour chevaux couchés à un système de haut champ (high field –HF). Elle a démontré une différence entre les 2 machines uniquement pour la détection de lésion cartilagineuse de bas grade. La comparaison d’un système pour chevaux debout à un système de haut champ n’a jamais été réalisée si ce n’est par le biais de la littérature humaine.

Aucune unanimité sur les séquences et plans de coupe à utiliser lors d’examen IRM du pied équin n’a été établie dans la littérature. La majorité des études utilisent 3 séquences différentes (T1, T2, séquence avec suppression de la graisse) dans les 3 plans de coupe (Whitton, et al., 1998 ; Dyson, et al., 2003 ; Murray, et al., 2003 ; Dyson, et al., 2004 ; Zubrod, et al., 2004).

Les objectifs suivants ont donc été établis : 1. évaluer le changement dans le temps du signal IRM du pied équin sain réfrigéré à 4°C (étude I : effets sur l’image de la conservation des membres isolés), 2. évaluer l’effet sur la qualité de l’image IRM du pied équin sain du cycle de congélation/décongélation et du type de procédé de décongélation (étude II : effets sur l’image de la conservation des membres isolés), 3. comparer qualitativement les images IRM de mêmes pieds sains isolés obtenues sur 3 systèmes avec une intensité de champ différente (0.27 Tesla (T), 1.5T et 3T) (étude III : effets sur l’image du champ magnétique), 4. établir un ou plusieurs protocoles courts d’examen IRM du pied équin en choisissant les séquences les plus appropriées dans un nombre limité de plans de coupes, permettant de visualiser les différentes structures anatomiques les plus souvent atteintes lors de pathologie du pied équin (étude IV : effets sur l’image des séquences et plans de coupe).

Résultats:

Les Etudes I et II ont permis de démontrer l’effet de la conservation des pieds isolés sur la qualité de l’image. Aucun changement de la qualité de l’image n’a été mis en évidence lors de la réfrigération (Etude I). Une légère diminution de la taille des récessus synoviaux a été observée subjectivement. Aucun changement de signal n’a été noté subjectivement si ce n’est pour la moelle osseuse, qui apparait légèrement plus hyperintense en séquence Short Tau Inversion Recovery (STIR) et légèrement plus hypointense en Turbo Spin Echo (TSE) pondérée en T2 après réfrigération comparé à T0. L’analyse quantitative a démontré un changement significatif du rapport signal sur bruit (SNR) dans la moelle osseuse des membres réfrigérés lorsqu’ils sont comparés à T0 en séquences STIR et en TSE pondérée en T2. Le réchauffement à température ambiante produit l’effet inverse sur le SNR avec une augmentation significative du SNR en TSE pondérée en T2. Après 14 jours de réfrigération, une diminution du SNR a été observée dans la moelle osseuse avec les séquences TSE pondérée en T2 et Double Echo in Steady State (DESS). Le signal du tendon fléchisseur profond du doigt n’a pas montré de changement significatif avec la réfrigération. Aucun changement de netteté d’images n’a été observé dans l’étude II, si ce n’est pour la partie dorsale et distale du sabot après congélation-décongélation. En effet, celle-ci apparaît hyperintense après congélation-décongélation dans toutes les séquences utilisées dans l’étude II mais de manière plus marquée en séquences TSE T2/PD et STIR. La liaison kéraphylle-podophylle est moins visible en séquences Gradient Echo (GE) T2* et TSE T2/PD après congélation-décongélation. A l’exception du tendon, de petits changements de signaux ont été observés subjectivement dans toutes les structures investiguées mais pas dans toutes les séquences après un cycle congélation/décongélation. L’analyse quantitative a démontré un changement de signal significatif dans la moelle osseuse en Spin Echo (SE) pondérée en T1 uniquement pour P3 lorsque les pieds sont décongelés à température ambiante avant l’examen. En ce qui concerne les pieds décongelés à 4°C, les changements de SNR de la moelle osseuse ont été observés dans toutes les structures osseuses et avec différentes séquences. Des changements de signal ont été significatifs dans le récessus synovial lorsque les extrémités digitées sont conservées à 4°C avant l’examen et ne sont pas retrouvés lorsque les pieds sont laissés à température ambiante pendant 24h. Les structures tissulaires telles le coussinet digital, la peau et le tissu sous-cutané, le DDFT ont montrés la plupart du temps une augmentation significative du SNR due à la congélation-décongélation et ceci avec les 2 types de décongélation (température ambiante vs. à 4°C). Ces changements étaient plus souvent présents avec les séquences GE qui semblent donc plus sensibles aux variations de signal induites par les conditions de conservation.

En ce qui concerne l’effet de l’intensité du champ magnétique sur la qualité de l’image (Etude III), les images obtenues dans chaque examen avec chaque machine étaient de valeur diagnostique à l’exception des images de la boite cornée où des artéfacts considérables ont été observés avec le système de bas champ pour chevaux debout créant une distorsion et une perte de signal dorsalement et/ou distalement. Ces artéfacts étaient plus important en GE pondérée en T2*. Les valeurs de scores qualitatifs obtenues pour les différentes structures anatomiques à 3T et 1.5T (systèmes HF) étaient significativement plus grandes que les scores obtenus à 0.27T (système LF pour chevaux debout). Les scores des images obtenues à 3T étaient significativement plus grands que les scores obtenus à 1.5T. La moyenne des scores de chaque structure anatomique évaluée était statistiquement inférieure pour les images acquises avec le système LF pour chevaux debout par rapport aux images obtenues avec les 2 systèmes HF. La différence de moyenne des scores entre les 2 systèmes HF était inférieure à la différence de moyenne des scores entre les systèmes HF et le système LF pour chevaux debout. Cependant, la différence de moyenne des scores entre les systèmes HF était significative. La phalange distale, les cartilages unguéaux, l’os sésamoïde distal, le tendon fléchisseur profond du doigt, le ligament annulaire digital distal, le ligament sésamoïdien distal impair, le coussinet digital, le sabot et la couronne ont obtenus la plus grande différence en moyenne de scores (>1 point de score) entre le système LF et les systèmes HF. Le cartilage et l’os sous-chondral de l’articulation interphalangienne distale (AIPD) sont les structures avec la moindre différence de moyenne de scores entre le système LF et les systèmes de HF (< 0.6 point de score entre le système de bas champ et 1 ou 2 des systèmes de haut champ). La différence de moyenne de scores entre les images obtenues à 1.5T et les images obtenues à 3T a été plus importante pour le cartilage de l’AIPD et les cartilages unguéaux (> 0.2 point de score).

Trois protocoles courts ont été proposés par l’Etude IV. Le premier utilise principalement les séquences de SE, une séquence avec atténuation de la graisse et une séquence plus spécifique pour l’évaluation du cartilage. Ces séquences sont: SE pondérée en T1 dans le plan transversal 2 (perpendiculaire au cortex palmaire de l’os sésamoïde distal), TSE dual echo pondérée en T2 et en PD dans le plan sagittal, STIR dans le plan sagittal, DESS 3D sans excitation selective de l’eau (sans WE) dans le plan dorsal 1 (parallèle à l’axe de l’extrémité digitée). Le deuxième protocole utilise en plus les séquences GE intéressantes pour mettre en évidence les sites d’hémorragie et le cartilage articulaire. Les séquences utilisées sont : GE pondérée en T1 en 3D dans le plan dorsal 1, SE pondérée en T1 dans le plan transversal 2, GE 2D pondérée en T2* dans le plan transversal 2, TSE dual echo pondérée en T2 et en PD dans le plan sagittal, STIR dans le plan sagittal, DESS 3D sans WE dans le plan sagittal. Le troisième ajoute des plans de coupe particuliers : un perpendiculaire à l’insertion distale du tendon fléchisseur profond du doigt (dorsal 3) et l’autre perpendiculaire aux ligaments collatéraux de l’articulation interphalangienne distale (transversal 3) ainsi qu’une séquence supplémentaire alliant visualisation du cartilage et suppression de la graisse. Les séquences utilisées sont : GE pondérée en T1 en 3D dans le plan dorsal 1, SE pondérée en T1 dans le plan transversal 2, GE pondérée en T2* en 2D dans le plan transversal 2, TSE dual echo pondérée en T2 et en PD dans le plan sagittal, STIR dans le plan transversal 2, TSE dual echo dans le plan dorsal 3, TSE dual echo dans le plan transversal 3, DESS 3D avec WE dans le plan sagittal.

Conclusions et Perspectives:

Les Etudes I et II ont permis de démontrer l’effet de la conservation des pieds isolés sur la qualité de l’image. Les changements de SNR significatifs rencontrés dans les études I et II démontrent que la conservation influence l’image IRM et que lors des études ex vivo, les facteurs liés à la conservation et à la température du membre doivent être pris en considération pour interpréter tout résultat. Aussi bien sur les membres réfrigérés que sur ceux congelés, aucun changement de netteté d’images n’a été observé dans ce travail, si ce n’est pour la partie dorsale et distale du sabot après congélation-décongélation. Etant donné ces changements, il sera conseillé dans le futur de réaliser les études concernant le sabot sur pieds frais ou réfrigérés. La réfrigération est une méthode simple de conservation ne nécessitant aucune planification de l’examen. Ceci est particulièrement attrayant car de nombreux examens à des fins expérimentales doivent être insérés entre les patients cliniques, voire reportés en fin de journée. De plus, si le flux de patients de la journée est plus élevé que prévu, l’examen de ces extrémités digitées peut être reporté au lendemain. La congélation du membre quant à elle nécessite une planification car une décongélation préalable est indispensable. En effet, les protons des structures gelées ne sont pas mobiles et n’engendrent donc pas ou peu de signal (Widmer, et al., 1999). Une légère diminution de la taille des récessus synoviaux a été observée subjectivement après réfrigération mais pas après congélation-décongélation. Ceci peut être dû à l’utilisation de gants pour recouvrir les pieds dans la seconde étude, or ceci n’avait pas été utilisé lors de la première étude. En effet, il a été démontré que la perte de poids de la viande par déshydratation à température basse lors du stockage est inférieur lorsque la viande est emballée (Bustabad, 1999). Aucun changement de signal n’a été noté subjectivement lors de réfrigération et ceci jusqu’à 14 jours, si ce n’est pour la moelle osseuse. L’analyse quantitative a démontré un changement significatif du SNR dans la moelle osseuse des membres réfrigérés lorsqu’ils sont comparés à T0 en séquences STIR et TSE pondérée en T2 et le réchauffement à température ambiante a produit l’effet inverse sur le SNR comparé à la réfrigération. Il faudra donc tenir compte des changements dus à la température du membre et si nécessaire ramener le spécimen à température ambiante si une étude ex vivo est entreprise sur des pieds réfrigérés. Le changement de signal en STIR avec la température démontré dans l’étude I ne semble pas avoir été décrit précédemment. Le TI optimal peut varier entre individus et entre différentes parties du corps (Shuman, et al., 1989 ; Shuman, et al., 1991). Comme le T1 de la moelle osseuse diminue légèrement à modérément avec une diminution de la température (Petrén-Mallmin, et al., 1993), une suppression incomplète de la graisse en STIR sur des membres réfrigérés a eu lieu suite au changement de température. De ce fait, une suppression incomplète du signal de la graisse doit être attendue dans les examens post-mortem sur pieds réfrigérés. Une technique a été décrite pour obtenir le TI optimal (Shuman, et al., 1991). Il peut donc être intéressant de faire varier le TI sur des membres réfrigérés afin d’obtenir une suppression complète du signal de la graisse et ainsi améliorer la détection de lésion discrète. Après 14 jours de réfrigération, une diminution du SNR à été observée dans la moelle osseuse avec les séquences TSE pondérée en T2 et DESS. Il est donc préférable de garder des pieds isolés dans un frigo au maximum pendant 7 jours afin d’éviter cette chute du SNR due à la dégradation des tissus, même si la qualité de l’image ne semble pas changé après 14 jours de réfrigération. Une congélation-décongélation sera préférée si une conservation des membres supérieure à 7 jours est nécessaire. Une décongélation à température ambiante semble aussi préférable car elle crée moins de changement de signal. Les résultats obtenus dans ce travail, en ce qui concerne le changement de signal en fonction de la conservation, sont très intéressants et il y a très peu de travaux publiés à ce sujet. Cependant, ces résultats entrainent de nombreuses autres questions. Ainsi, l’établissement d’une courbe en fonction de la température interne des tissus semble intéressant afin de mieux cerner à partir de quelle température les changements s’opèrent. De plus, les résultats de cette étude pourraient également servir à l’évaluation d’examen in vivo notamment pour les examens réalisés lors de température extérieure ou corporelle anormalement élevée ou basse qui pourrait avoir une influence sur le signal obtenu pour les différentes structures tel le phénomène de « cold-limb syndrome » retrouvé en scintigraphie (Dyson, 2007). Une évaluation du changement de signal du liquide synovial en fonction de la température et en fonction du temps semble également intéressante car celui-ci montre un comportement différent par rapport aux autres tissus. Comme les pieds examinés dans cette étude ne l’ont été que dans les 12h après la mort des animaux, une étude comparant le signal des différentes structures in vivo à ces mêmes structures ex vivo juste après la mort permettrait une évaluation des changements précoces obtenus après la mort. De même, il semble intéressant d’évaluer ces méthodes de conservation sur des pieds pathologiques afin de voir si ce type de conservation n’influence pas la qualité du diagnostic. En médecine humaine et vétérinaire, la préservation du sperme des ovocytes et d’autres tissus reporte différents résultats en fonction de la température de congélation ainsi que de la vitesse de celle-ci et de la température de décongélation (Cui, et al., 2007 ; Luciano, et al., 2009). Une étude faisant varier ces paramètres permettrait l’obtention de protocoles idéaux pour la préservation des pieds entre les examens. De même, une étude histologique lors de ces différents protocoles permettrait l’établissement de protocole plus adapté à un examen histopathologique permettant une meilleure compréhension de la physiopathologie des lésions affectant le pied.

L’Etude III a démontré l’effet de l’intensité du champ magnétique (0.27T, 1.5T, 3T) sur la qualité des images de pieds normaux. Les images obtenues dans chaque système étaient de valeur diagnostique à l’exception des images de la boite cornée où des artéfacts considérables ont été observés avec le système LF. Ces artéfacts sont dus aux inhomogénéités de champ et à des artéfacts métalliques. Ces artéfacts étaient plus important en GE pondérée en T2* car cette séquence est plus sensible aux inhomogénéités de champ (Kastler, 2003). Si une lésion est suspectée dans une région périphérique du pied, il est donc conseillé de placer cette région au centre de l’aimant dans le système LF pour chevaux debout. Ceci permettra d’avoir la région à investiguer dans la zone la plus homogène du champ magnétique et de réduire les artéfacts. L’étude III confirme que dans les séquences SE, moins d’artéfacts sont visibles dans le sabot. Une séquence SE est donc conseillée dans le système LF pour chevaux debout si une lésion périphérique du pied est suspectée. Avec les paramètres que nous avons utilisés pour l’Etude III, la qualité subjective de l’image et la visualisation des structures anatomiques du pied sain étaient meilleures sur les images obtenues avec les systèmes HF. Le système 3T offre la meilleure visualisation des structures anatomiques communément impliquées dans les boiteries du pied chez le cheval lorsque celle-ci est comparée aux systèmes 1.5T et 0.27T pour chevaux debout. Ce système 3T pourrait donc se révéler supérieur pour la détection de lésions plus discrètes telles des lésions cartilagineuses de bas grade, les lésions plus précoces ou la détection de lésion atteignant des structures anatomiques de petite taille telle le ligament annulaire digital distal, le ligament sésamoïdien distal impair. Les résultats obtenus lors de l’étude III sont en faveur des systèmes HF. Toutefois, en médecine humaine, même si les images avec les systèmes HF sont de meilleures qualités, plusieurs études montrent une efficacité diagnostique semblable avec un système LF (Barnett, 1993 ; Taouli, et al., 2004). Or, en médecine vétérinaire, le système LF pour chevaux debout prend une place de plus en plus importante aussi bien dans le diagnostic, le pronostic, le choix du traitement et le suivi des boiteries chez le cheval (Mair, et al., 2005). Ceci est dû au fait que de plus en plus de propriétaires acceptent de réaliser l’examen car aucune anesthésie du cheval n’est nécessaire. De plus, en présence d’un cheval de haute valeur, le choix d’un traitement optimal est important pour le retour à une carrière équivalente. C’est pourquoi, il est particulièrement important d’évaluer la qualité diagnostique de ce système LF, notamment en le comparant au système HF et ceci avec les mêmes pieds pathologiques.

La plupart des pieds pathologiques ont souvent une combinaison de lésions atteignant plusieurs structures anatomiques sur un même pied (Busoni, et al., 2005 ; Murray, et al., 2006 ; Dyson et Murray, 2007a). C’est pourquoi le choix d’un protocole permettant la visualisation de la plupart des structures anatomiques du pied est important. L’optimisation de quelques protocoles réalisée dans l’étude IV répond à un besoin de standardisation et à une recherche de données objectives sur lesquelles baser le choix de plans et séquences. Trois protocoles courts d’examen IRM ont été établis lors de l’Etude IV. Les 2 premiers protocoles ont donné une priorité aux structures les plus souvent atteintes lors de douleurs du pied tel l’os sésamoïde distal et le tendon fléchisseur profond du doigt (Murray, et al., 2006 ; Dyson et Murray, 2007a), tout en permettant une évaluation des autres structures. L’utilisation d’un plan de coupe transversal perpendiculaire au cortex palmaire de l’os sésamoïde distal sera préférée à un plan perpendiculaire à l’axe digité. En effet, en utilisant ce plan, une plus grande partie du cartilage entre l’os sésamoïde distal et la phalange moyenne est visualisée. De même, l’utilisation d’un plan dorsal parallèle à l’axe digité sera préférée à un axe parallèle au cortex palmaire de l’os sésamoïde distal permettant la visualisation d’une plus grande partie du cartilage articulaire de AIPD et ceci dans sa partie la plus centrale. L’utilisation de séquence en 3D permet le reformatage des images et ainsi d’obtenir des images dans un meilleur axe par rapport aux différentes structures telles les ligaments collatéraux de l’AIPD (Dyson, et al., 2008 ; Gutierrez-Nibeyro, et al., 2009). Le troisième protocole permet une meilleure visualisation de structures impliquées moins fréquemment dans les boiteries du pied tel les ligaments collatéraux de l’AIPD, le ligament sésamoïdien distal impair et les marges distales de la phalange distale (Murray, et al., 2006 ; Dyson, et al., 2008). Une séquence 3D réalisées dans le plan sagittal s’est révélée meilleure pour le reformatage du cartilage entre l’os sésamoïde distal et la phalange moyenne. Les trois protocoles utilisent des séquences en différentes pondérations et une séquence avec saturation de graisse comme recommander précédemment (Tucker et Sampson, 2007). Le choix des séquences et des plans de coupes semble allier temps d’examen réduit et visualisation correcte de toutes les structures. D’un point de vue pratique, le choix des bonnes séquences et des bons plans permet de réduire le temps d’anesthésie sur les animaux anesthésié et permet de réduire le risque de mouvement sur chevaux sédatés lors d’examens réalisés sur chevaux debout. Cependant, la comparaison de l’efficacité diagnostique entre un protocole court et un protocole long sur des pieds ou des chevaux pathologiques (contenant tous les plans pour chaque séquence) est nécessaire afin de confirmer l’efficacité de ceux-ci.

Ce travail a permis de démontrer le rôle essentiel joué par la conservation des membres lors des études ex vivo (études I et II) et de part l’évaluation des différents systèmes, séquences et plans (études III et IV) permet une analyse critique de la littérature précédente et jette les bases nécessaires à une future standardisation des protocoles d’IRM du pied équin.

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