Comparatif des systèmes d’imagerie par résonance magnétique chez le cheval - Pratique Vétérinaire Equine n° 160 du 01/10/2008
Pratique Vétérinaire Equine n° 160 du 01/10/2008

Article de synthèse

Auteur(s) : Julien Olive*, Marc-André d’Anjou**

Fonctions :
*DMV
**DMV, DACVR
Service d’imagerie médicale
Faculté de médecine vétérinaire
Université de Montréal
1525, rue des Vétérinaires
J2S2M2 St-Hyacinthe, QC, Canada

L’IRM est très utile pour le diagnostic des affections de l’appareil locomoteur. Avant de s’équiper ou de référer un cas, il convient de choisir l’appareil le plus adapté.

L’utilisation de l’imagerie par résonance magnétique (IRM) pour le diagnostic des affections locomotrices équines n’a pas encore pris le même essor en France que dans le reste de l’Europe et en Amérique du Nord. Au-delà du coût de cette technologie, le caractère relativement récent de son introduction en imagerie vétérinaire équine explique sans doute un certain manque d’intérêt, notamment des praticiens de terrain. Après une introduction aux principes physiques de l’IRM et à ses indications cliniques, cet article propose une discussion objective sur les possibilités matérielles et techniques, compare et évalue leur potentiel dans la démarche diagnostique, notamment en pathologie locomotrice équine.

Principes physiques de l’IRM

Afin de mieux appréhender les critères distinctifs des différents types de systèmes d’IRM, une introduction simplifiée aux principes physiques qui régissent la formation des images est nécessaire. En effet, en IRM, plus que pour tout autre modalité d’imagerie, la connaissance des éléments fondamentaux est indispensable à quiconque désire optimiser la technique d’acquisition d’images et a fortiori les interpréter [12]. L’IRM est fondée sur les propriétés électromagnétiques des protons d’hydrogène, les atomes les plus abondants de tout corps vivant. Placés dans l’aimant IRM, ces protons sont soumis à un champ magnétique intense (environ 4 000 à 60 000 fois celui de la Terre) qui se mesure en Tesla (T). Ils s’orientent en majorité dans la direction du champ magnétique et parviennent à l’état de repos (figure 1a). Il s’agit ensuite d’étudier leur comportement lorsqu’ils sont soumis à une série de stimulations. Lors de la phase d’excitation, une onde électromagnétique dite de radiofréquence (RF) apporte une quantité précise d’énergie aux protons qui changent d’orientation dans l’espace (figure 1b). Dès que l’excitation par l’onde RF cesse, la phase de relaxation débute. Elle se caractérise par un retour des protons dans leur position initiale d’équilibre, longitudinale au champ magnétique, se traduisant par le relâchement de l’énergie excessive absorbée au préalable et l’émission d’un signal enregistrable (figure 1c). Comme le système IRM est pourvu de mécanismes permettant la localisation spatiale des signaux émis par les tissus sous la forme de tranches (coupes), des images représentatives de l’anatomie normale et pathologique sont créées. À la différence de la tomodensitométrie où les images de haute résolution ne sont obtenues qu’en plan transverse, chaque séquence IRM peut être acquise dans tous les plans de l’espace, soit, par convention, sagittal, transversal, dorsal et oblique (figure 2). Cette possibilité de visualiser de façon aussi détaillée les structures dans tous les plans représente un atout important.

Selon le réglage de plusieurs paramètres dont le temps d’écho (TE), le temps de répétition (TR) ou l’angle de bascule (encadré), des structures moléculaires différentes sont mises en évidence. Pour simplifier, la mise en évidence d’une structure particulière varie d’une séquence à l’autre. Ainsi, les images peuvent montrer par un fort signal (blanc) soit les tissus graisseux (dite séquence en pondération T1), soit les milieux aqueux (séquence en pondération T2). Une même structure, le liquide synovial de la bourse podotrochléaire par exemple, peut apparaître en hypersignal (gris clair à blanc) ou en hyposignal (gris foncé) selon les séquences utilisées, d’où l’aspect parfois déroutant de la lecture des images IRM. Comme la structure moléculaire varie à l’intérieur des tissus, il est possible, du moins a priori, d’imager tous les tissus d’une région anatomique : les os trabéculaire, cortical et sous-chondral, le cartilage, la cavité articulaire, les tendons, les muscles et les ligaments.

Indications de l’IRM

Les indications de l’IRM sont potentiellement nombreuses. En général, ce moyen d’imagerie est indiqué lorsqu’une boiterie a été localisée par l’examen clinique, des anesthésies nerveuses ou articulaires, voire par scintigraphie, et que des résultats équivoques ont été produits par les techniques d’imagerie conventionnelles. L’IRM a prouvé son intérêt pour l’imagerie des tissus mous du pied et notamment les ligaments collatéraux de l’articulation interphalangienne distale, les ligaments sésamoïdiens collatéraux, le ligament sésamoïdien distal impair, la partie distale du tendon fléchisseur profond, les cartilages ungulaires, la bourse podotrochléaire et l’articulation interphalangienne distale (photo 1) [7, 8, 14]. En effet, bien qu’apportant des orientations parfois intéressantes, les échographies du paturon et transfurcale sont loin de fournir une certitude diagnostique des affections podotrochléaires et des desmites de ligaments collatéraux du pied, étant donné la restriction de la fenêtre acoustique occasionnée par la boite cornée [8, 11].

Plus récemment, l’IRM a démontré un intérêt certain et une plus grande précision que l’échographie ou l’anesthésie locale dans le diagnostic différentiel des douleurs localisées en région proximale du métacarpien ou du métatarsien principal [4]. La description récente d’une technique échographique élaborée en 11 à 20 étapes et utilisant deux sondes distinctes révèle la difficulté de l’examen de cette région [6]. L’IRM permet également un diagnostic plus précoce de certaines fractures non déplacées et des fractures de fatigue dont la détection radiographique est difficile dans leur phase initiale [19]. Il s’agit également du seul moyen d’imagerie permettant de caractériser précisément un processus inflammatoire ou nécrotique osseux, maintenant bien identifié comme cause de boiterie, notamment pour l’os naviculaire [8]. Par ailleurs, elle permet une évaluation approfondie de toutes les structures anatomiques potentiellement impliquées dans une lacération profonde ou en cas de corps étranger pénétrant la sole ou la fourchette [13]. L’IRM apporte aussi des informations précoces sur les processus ostéoarthrosiques (photo 2) [1, 3]. L’examen IRM de la tête ou de l’encolure est indiqué :

- lors d’examen neurologique ayant ciblé une affection centrale localisée dans ces régions [10] ;

- lors d’affection des cavités nasales ou sinusales difficilement mises en évidence par examen radiographique en raison des superpositions [2] ;

- lors d’affection rétro-orbitaire ou encore temporo-mandibulaire pour lesquelles l’échographie n’aurait pas été satisfaisante.

Les examens IRM réalisés sur ces régions et les études publiées ne sont pas assez nombreux pour en connaître toutes les indications. Toutefois, l’impact diagnostique de cette modalité pour ces régions anatomiques, maintenant bien reconnu chez l’homme et les petits animaux, devrait logiquement se refléter chez le cheval.

Comparaison des machines disponibles

Il est classique de distinguer les aimants en deux grandes catégories, ceux de haut champ, dont le champ magnétique est supérieur ou égal à 1 T, comme ceux maintenant rencontrés dans la plupart des hôpitaux humains, et ceux de bas champ dont le champ magnétique est généralement compris entre 0,2 et 0,35 T. Tous ces aimants nécessitent d’être isolés des ondes radiofréquences parasites extérieures. Ils sont donc contenus dans une salle protégée par une cage de Faraday à l’intérieur des murs. De plus, tous les aimants, mais plus particulièrement ceux de bas champ, sont sensibles aux variations de température. Les salles d’IRM sont donc équipées de systèmes de climatisation pour éviter des artefacts liés à des inhomogénéités de champ magnétique.

Les différentes formes d’aimant et les régions évaluables

Il existe depuis peu une machine permettant l’examen sur cheval debout tranquillisé, alors que la plupart des systèmes requièrent une anesthésie générale (tableau 1) [15].

L’examen IRM, qui peut durer jusqu’à plus d’une heure, nécessite l’immobilité de l’animal afin de permettre une localisation anatomique précise. Cette immobilisation n’est en fait jamais réellement atteinte, soit parce que l’animal est toujours vigile et effectue des oscillations périodiques bien que tranquillisé, soit en raison des mouvements respiratoires ou simplement du pouls sanguin chez les chevaux anesthésiés.

Les aimants de bas champ, souvent dérivés de la médecine humaine sont en forme de U, de type ouvert, permanent ou plus rarement résistif (photo 3). L’espace utile compris entre les deux pôles de l’aimant est généralement de 20 à 40 cm et permet l’examen des membres jusqu’au carpe et au tarse et, selon leur taille, de la tête et d’une partie restreinte de l’encolure. L’aimant permettant les examens debout est également de type bas champ (0,27 T) et permet théoriquement de réaliser l’examen des membres jusqu’au carpe et au tarse (photos 4, 5 et 6). Cependant, la réalisation d’examen IRM debout demeure un défi et la qualité reste nettement inférieure à celle qui est obtenue avec les systèmes nécessitant une anesthésie générale, notamment pour les régions proximales au paturon, plus sujettes au mouvement que le pied [20, 21].

De plus, cet aimant debout dispose d’une fenêtre de visualisation restreinte (environ 14 cm), ce qui ne permet pas toujours d’imager complètement une région anatomique d’intérêt en une seule fois. Les aimants de haut champ, tous dérivés de la médecine humaine, sont pour la plupart en forme de tunnel (photos 7a et 7b). Ils sont de type supraconducteur, c’est-à-dire qu’ils utilisent le froid, sous forme d’hélium liquide, pour réduire la résistance au courant qui passe dans une bobine de fil à l’origine de la création du champ magnétique. En l’absence de résistance au courant, le champ magnétique devient permanent, ce qui représente une contrainte dans la gestion biosécuritaire de l’environnement du système.

Dans les rares tunnels d’environ 30 cm de diamètre, il n’est possible d’imager que des membres jusqu’au carpe et au tarse. Dans la plupart des aimants de 1,0 ou 1,5 T, de 60 cm de diamètre pour environ 160 cm de longueur, la tête, la partie craniale de l’encolure jusqu’à C4-C5 et des corps entiers de jeunes poulains peuvent être imagés. La longueur et la largeur du tunnel jouent alors un rôle important dans la capacité d’imager les différentes régions anatomiques chez le cheval couché. En effet, la région d’intérêt doit être placée le plus proche possible de la portion centrale de l’aimant, appelée isocentre, pour optimiser le signal IRM perçu et par conséquent la qualité diagnostique.

Sur les machines les plus récentes avec un tunnel très court (120 cm) et de diamètre maximal (67 cm), des grassets sur des chevaux de moins de 550 kg et présentant une conformation favorable peuvent désormais être imagés [5]. Cette configuration permet aussi d’atteindre la région cervicale caudale chez certains chevaux. Les examens sous anesthésie générale nécessitent un équipement d’anesthésie spécifique pour le système IRM, et notamment une table amagnétique, ainsi qu’un système d’anesthésie gazeuse et un monitorage compatibles ou localisés en dehors de la cage de Faraday.

Comme pour toute intervention sous anesthésie générale, une IRM doit faire l’objet d’un consentement éclairé du propriétaire.

La qualité d’image et son impact diagnostique

Les principaux critères de qualité de l’image IRM sont le rapport signal sur bruit, le contraste, la résolution spatiale et la présence d’artefacts. Le rapport signal sur bruit est défini comme étant la quantité d’informations recueillies correspondant véritablement aux structures anatomiques de l’individu vis-à-vis de l’information erronée produite par l’animal ou par le système IRM (photo 8). Ce rapport est indicatif de l’exactitude de l’information recueillie, donc intimement lié au pouvoir diagnostique. Le contraste de l’image dicte la capacité du système à différencier les tissus dont les comportements électromagnétiques sont différents. Un contraste élevé favorise la détection des lésions dont la différence avec les tissus sains adjacents est plus subtile. En IRM, c’est la variation de certains paramètres d’acquisition tels que le TR, le TE et l’angle de bascule qui influence le plus le contraste de l’image, d’où l’importance d’utiliser un protocole de séquences comportant des paramètres différents qui mettent en relief les diverses zones normales et anormales dans les tissus. De plus, ce contraste est affecté par le rapport signal sur bruit, lequel est principalement lié à l’intensité du champ magnétique.

La résolution spatiale est définie comme étant la capacité d’un système à reconnaître et à différencier les structures anatomiques plus petites. La résolution spatiale en IRM est liée à l’épaisseur de coupe et à la taille de la matrice employée pour former chaque image. La matrice comporte des nombres x de colonnes et y de rangées de petits cubes, appelés voxels, dont l’épaisseur z correspond à celle de la coupe (figure 3). Ainsi, une image ayant une matrice de 512x par 512y possède une résolution spatiale supérieure à celle qui est obtenue avec une matrice de 256 par 256 (figure 4).

Passer d’une épaisseur de coupe de 4 à 2 mm a aussi un effet important sur la définition anatomique.

Le signal et la résolution spatiale sont intimement liés en IRM. En effet, pour une région de tissu donné, la sélection de voxels plus volumineux, par le choix d’une matrice inférieure, d’une coupe plus épaisse ou encore d’un champ de vue plus large à matrice constante permet l’acquisition d’images comportant un meilleur signal, mais affecte négativement la résolution spatiale. Comme le signal est supérieur à haut champ, une matrice et des coupes plus fines peuvent être employées, garantissant un meilleur détail anatomique.

Afin de favoriser l’intensité du signal et ainsi permettre une résolution accrue, le temps d’acquisition peut être allongé. En effet, en augmentant la stimulation (nombre d’excitations) des tissus, un meilleur signal peut être recueilli. Toutefois, cette compensation peut devenir incompatible avec une durée raisonnable d’anesthésie ou l’immobilisation prolongée d’un membre chez un cheval debout. Pour un même nombre de séquences (environ 7 à 10), le temps d’examen par région est généralement de 25 à 40 minutes pour un aimant de haut champ, alors qu’il atteint 40 à 70 minutes avec un aimant de bas champ chez cheval anesthésié ou debout.

Un certain nombre de paramètres sont non opérateur-dépendant. Parmi eux se trouvent les données liées à la région anatomique et ses propriétés intrinsèques, mais aussi les facteurs liés à la qualité du matériel et en particulier de l’aimant, de l’émetteur, des gradients et des antennes. En plus de la force de l’aimant mesurée en Tesla, l’intensité des gradients et la station logicielle sont des facteurs déterminants de qualité.

Les artefacts en IRM se manifestent par des zones d’erreur de signal qui modifient l’apparence des structures anatomiques étudiées et qui peuvent, par conséquent, mimer ou masquer des lésions. Certains artefacts sont produits par les tissus eux-mêmes alors que plusieurs sont produits par le système IRM. La force du champ magnétique employé peut influencer l’apparition et l’ampleur de certains artefacts.

Ces derniers associés au manque d’homogénéité du champ sont plus susceptibles d’apparaître avec les systèmes de bas champ. Il en est de même pour les artefacts de mouvement, dont la probabilité d’apparition est liée à la longueur de l’examen et aussi à la mobilité du membre examiné (exemple debout versus anesthésié) (photo 9). En revanche, certains artefacts sont plus importants à haut champ, comme ceux associés à la présence de métal (implant orthopédique, résidu de clou de ferrure, saletés sur la peau) et à la localisation erronée de tissus adipeux et liquidiens rapprochés, bien que ce dernier artefact n’ait que peu d’importance en orthopédie.

Un autre artefact significatif est cependant prédominant en bas champ, celui de volume partiel. Comme décrit précédemment, l’utilisation d’une matrice de petits voxels permet un meilleur détail anatomique. Ainsi chaque voxel de chaque coupe est affiché à l’écran comme pixel, c’est la moyenne du signal qui le compose qui est représentée. Ainsi, les petites structures ou interfaces de fine structure, comme le cartilage articulaire, même lorsqu’elles émettent des signaux bien différents, sont confondues lorsqu’elles sont présentes dans un même voxel, et affichées dans un même pixel dans une teinte de gris correspondant à l’intermédiaire de leur signal (figure 5). Les structures fines et courbes, comme le cartilage articulaire, sont les plus touchées, donc les premières à perdre en définition lorsque la matrice de l’image est réduite, comme par exemple passant de 512 par 512 à 256 par 256 ou lorsque la coupe passe de 2 à 5 mm. L’augmentation significative de la taille de la matrice et la réduction de l’épaisseur de coupe sur des aimants de haut champ permettent de réduire ces artefacts.

Chez l’homme, la détection de certaines lésions, comme celles impliquant les structures de l’épaule, est accrue à 1,5 T comparativement à 0,2 T [16]. Toutefois, l’impact d’une meilleure résolution sur le potentiel diagnostic demeure assez théorique en médecine équine, alors qu’aucune étude n’a encore été menée pour valider cette supposition. Des études comparatives évaluant la sensibilité et la spécificité des différents systèmes sont donc nécessaires.

Le choix du système IRM en fonction des indications

Bien que souvent ignorées par les vétérinaires, il existe autant de disparités de qualité d’image en IRM qu’en échographie. Il convient de distinguer trois catégories d’images :

- les images de la plus haute qualité, obtenues par les aimants de haut champ, qui permettent d’établir un diagnostic fiable dans la plupart des circonstances (sensibilité et spécificité maximales) ;

- les images de qualité souvent diagnostique, mais avec de moins grandes spécificité et sensibilité, obtenues avec les aimants de bas champ. Avec le système debout, la qualité des images apparaît éminemment plus variable qu’avec le système sous anesthésie, en partie en raison du caractère imprévisible du cheval tranquillisé [20, 21] ;

- les images inutilisables en raison de la présence d’artefacts trop nombreux, qui peuvent être obtenues par tous les systèmes en cas d’erreur de manipulation, mais plus fréquemment avec l’aimant bas champ debout en raison des mouvements du cheval.

Un certain nombre d’indications peuvent être précisées (tableau 2). En effet, d’une manière générale, il peut paraître discutable d’effectuer un examen IRM avec un système de bas champ sous anesthésie générale lorsque d’autres systèmes sont disponibles, et que ceux-ci présentent l’avantage, soit d’une meilleure qualité d’image pour l’IRM de haut champ, soit celui d’éviter l’anesthésie pour les systèmes IRM de bas champ mais sur cheval debout.

Pour l’examen d’un pied, aucune étude n’a permis de montrer que la confiance dans le diagnostic est meilleure avec un système bas champ classique qu’avec un système bas champ debout. De l’avis des auteurs, pour l’examen de l’extrémité digitée, lorsque tous les systèmes sont disponibles, il semble préférable d’opter, soit pour un examen à haut champ afin d’obtenir les meilleures images possibles et visualiser le cartilage articulaire, soit pour un examen sur une machine debout évitant une anesthésie générale, mais en connaissant ses limites potentielles.

Pour l’examen orthopédique des autres régions sur cheval debout, la qualité des images obtenues est aléatoire et dépend largement du comportement du cheval. Là encore, le haut champ permet une évaluation des structures ostéoarticulaires avec bien plus de précision que le bas champ sous anesthésie, et reste le seul moyen d’évaluer le cartilage (photo 10).

Pour les examens du système nerveux (photo 11), les systèmes haut champ sont préférés, car ils ont une meilleure résolution, et présentent de plus l’avantage de disposer de certaines séquences spécifiques et performantes indispensables à une évaluation complète des tissus nerveux.

Bien qu’il serait idéal de suivre l’évolution d’une lésion avec un aimant à haut champ, certaines réévaluations, notamment des tissus mous du pied, peuvent alors raisonnablement s’envisager par IRM debout après que le diagnostic a été établi de manière fiable à l’aide d’un appareil à haut champ.

Les coûts comparés des différentes machines

Le principal avantage des aimants de bas champ sont des coûts d’installation, d’utilisation et de maintenance plus faibles que ceux de haut champ. En revanche, l’achat n’est pas toujours significativement différent par rapport aux aimants de haut champ d’entrée de gamme. La location d’un aimant bas champ debout, qui ne nécessite qu’une sédation, et l’achat des systèmes haut champ de faible diamètre se situent dans la gamme intermédiaire de prix. À puissance égale, le prix d’achat d’un aimant de haut champ est, entre autres facteurs, approximativement proportionnel au diamètre de son tunnel central, en relation avec la difficulté technique d’obtention d’un champ magnétique homogène avec les aimants de plus fort diamètre. Les systèmes haut champ comportant la technologie la plus récente, de diamètre supérieur à 50 cm, sont nettement plus onéreux neufs, mais se trouvent facilement d’occasion à des prix similaires aux autres systèmes. À ces coûts doivent s’ajouter ceux qui sont associés à la construction de la salle IRM, généralement plus importants pour les systèmes à haut champ.

La facture destinée au client est par conséquent moins importante (aux environs de 1 000 €) lorsque l’examen est réalisé sur une machine debout. Un examen nécessitant une anesthésie générale fait “grimper” le prix aux alentours de 1 300 à 1 800 € en raison du personnel, du matériel et du temps supplémentaires requis. Cependant, ces tarifs sont à mettre en regard des frais potentiellement occasionnés par des traitements inadaptés en cas de diagnostic imprécis, voire erroné. L’IRM présente donc un avantage décisif lorsqu’elle est utilisée précocement dans la démarche diagnostique et beaucoup moins lorsqu’elle est employée en toute fin d’une série de procédures diagnostiques et thérapeutiques infructueuses.

L’IRM a de nombreuses indications et a permis de réaliser de formidables progrès, en particulier dans la compréhension et le diagnostic du syndrome podotrochléaire, mais aussi des desmites des ligaments collatéraux du pied, des fractures de fatigue et des stades précoces de l’ostéoarthrose. L’ensemble des systèmes IRM est capable de détecter la plupart des lésions non visibles à la radiographie ou à l’échographie, avec de bonnes sensibilité et spécificité. Ces attributs devraient conduire à sa plus grande utilisation en pathologie locomotrice équine dans la prochaine décennie. Les limites de l’IRM sont en grande partie liées à chaque type d’aimant. À l’heure actuelle, les lésions discrètes et, de manière spécifique, celles touchant le cartilage, ne sont détectables qu’avec des aimants de haut champ. L’intérêt croissant pour cette technique devrait motiver certaines cliniques à investir pour repousser les limites diagnostiques actuelles et adapter plus précocement et plus finement les démarches thérapeutiques.

Éléments à retenir

→L’IRM est particulièrement indiquée dans les cas de suspicion de syndrome podotrochléaire, de desmite de ligament collatéral de l’articulation interphalangienne distale et d’ostéoarthrose au stade précoce.

→La qualité d’image est influencée, entre autres facteurs, par l’intensité du champ magnétique et la réalisation de l’examen debout ou sous anesthésie générale.

→Tous les systèmes IRM sont capables de détecter la plupart des lésions non visibles à l’examen radiographique ou échographique, avec de bonnes sensibilité et spécificité.

→L’évaluation fiable du cartilage articulaire nécessite des séquences spécifiques et une intensité de champ magnétique que seuls les aimants de haut champ peuvent fournir.

Encadré : Définition de quelques paramètres des séquences IRM

• Temps d’écho (TE) : intervalle de temps entre l’onde radiofréquence excitatrice et la lecture du signal recueilli. En écho de spin, le TE est court sur les séquences pondérées T1 et le TE est long pour les images pondérées T2.

• Temps de répétition (TR) : intervalle de temps séparant deux excitations successives au cours d’une même séquence d’acquisition. Le TR est court sur une séquence pondérée T1 et plus long sur une séquence pondérée T2.

• Angle de bascule : angle d’excitation auquel sont soumis les protons par rapport à l’axe du champ magnétique statique de l’aimant. Classiquement, en écho de spin, l’angle de bascule est de 90°, alors qu’il est plus faible et variable selon les séquences en écho de gradient. Il constitue alors un élément déterminant de la pondération T1 ou T2* des séquences en écho de gradient.

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