Le phénomène de résonance magnétique nucléaire

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Les symphyses intervertébrales

Elles unissent les corps vertébraux
• Surfaces articulaires
Les faces supérieure et inférieure des corps vertébraux sont concaves, et sont recouvertes de cartilage hyalin.
Les disques intervertébraux sont des fibrocartilages qui s’interposent entre deux surfaces articulaires. Ils ont la forme d’une lentille biconvexe, avec une partie périphérique (l’anneau fibreux) et une partie centrale (le noyau pulpeux ou nucleus pulposis). Le noyau du disque atteint 12 mm au niveau du rachis lombaire.
L’anneau fibreux est constitué de lamelles fibro-cartilagineuses concentriques. Dans chaque lamelle, les fibres s’étendent d’une vertèbre à l’autre et elles sont parallèles et obliques.
Le noyau pulpeux est une substance gélatineuse molle contenant 70 à 80 % d’eau qui se densifie et se réduit avec l’âge.
• Ligaments
Le ligament longitudinal antérieur (LLA) est une longue bande fibreuse tendue de la partie basilaire de l’occipital à la face antérieure de S2. Il adhère au périoste de la face antérieure des corps vertébraux et des disques intervertébraux.
Le ligament longitudinal postérieur (LLP), situé dans le canal vertébral, est une longue bande fibreuse qui prolonge la membrane tectoriale. Il est tendu de la face postérieure du corps de l’axis à celle du coccyx.

Les articulations des arcs vertébraux

• Les articulations zygapophysaires
Les articulations des processus articulaires sont trochoïdes au niveau lombaire. Les surfaces articulaires supérieures sont des gouttières verticales orientées en arrière et médialement.
Les surfaces articulaires inférieures sont inversement orientées.
La capsule articulaire contient une membrane fibreuse fixée sur les pourtours articulaires très résistante dans la région lombaire et une membrane synoviale.
• Les ligaments
Les ligaments jaunes se fixent sur le bord des lames sus jacentes et sous jacente. Ils sont rectangulaires, particulièrement épais et résistants dans la région lombaire. Ils limitent la flexion. Les ligaments supra-épineux sont des cordons fibreux solides tendus du processus épineux de la septième vertèbre cervicale à la crête sacrale ; ils se fixent au sommet des processus épineux des vertèbres.
Les ligaments inter-épineux unissent chacun le bord des processus épineux sus-jacents et sous- jacents. Solides et très élastiques, ils limitent la flexion du rachis et contribuent au maintient de la posture verticale.
Les ligaments intertransversaires sont de fines lames fibreuses unissant les processus transversaires des vertèbres.

La jonction lombo-sacrée

Charnière entre la colonne vertébrale mobile et fixe, elle met en présence la cinquième vertèbre lombaire et la base du sacrum. Elle comprend :
La symphyse lombo-sacrale qui présente des surfaces articulaires divergentes en avant, formant un angle de 16° environ. Le disque est plus épais en avant, son épaisseur antérieure est le double de l’épaisseur postérieure. L’angle lombo-sacral est d’environ 140°.
Les articulaires zygapophysaires lombo-sacrales qui sont des trochoïdes forment avec le plan sagittal un angle de 45°.

IRM DU RACHIS

Bases physiques de l’IRM

L’IRM repose avant tout sur les propriétés magnétiques de la matière notamment le proton d’hydrogène principal constituant des tissus mous qui contiennent 70 à 90% d’eau.

Noyau d’hydrogène

La matière est composée d’atomes qui présentent un noyau composé de nucléons répartis en protons (charge positive) et en neutrons (charge neutre) et un nombre égal de protons et d’électrons assurant la neutralité électronique. Ceci n’est pas le cas de l’atome d’hydrogène. En effet, ce dernier est constitué uniquement par un proton portant une charge positive animées d’un mouvement de rotation au tour de son axe.
La charge du proton d’hydrogène tournant autour d’elle-même induit un champ magnétique appelé moment magnétique représenté par le vecteur d’aimantation noté µ. Ainsi l’atome d’hydrogène se comporte comme un dipôle magnétique assimilé à un petit aimant avec un pole positif et négatif, ce qui implique le terme de magnétisme nucléaire.

Magnétisme

Dans la matière vivante, en l’absence de champ magnétique externe l’orientation de l’aimantation de chaque proton d’hydrogène est aléatoire et l’aimantation de la matière est nulle.
Si on soumet un champ magnétique principal statique appelé Bo les protons se répartissent en deux populations sensiblement égales, parallèles à Bo (protons de plus bas niveau énergie) et anti parallèles à Bo (protons de plus haut niveau d’énergie). Le champ magnétique résultant aura pour origine le faible excès de protons de sens parallèle et les autres vecteurs vont s’annuler deux à deux. Cette résultante est appelée vecteur d’aimantation Mzo parallèle au champ principal Bo tout en adoptant un mouvement de rotation, c’est le mouvement de précession dont la fréquence est proportionnelle à l’intensité du champ magnétique Bo. Le vecteur d’aimantation Mzo est définit par deux composantes, la première est appelée aimantation longitudinale ML, la deuxième aimantation transversal MT projection de M sur le plan xy perpendiculaire à Bo.
L’appareil d’IRM utilise des aimants supra conducteurs qui sont des électroaimants constitués de métaux purs (nobium, titane) refroidis au zéro absolu par l’hélium liquide (-269°). L’unité de mesure du champ magnétique est le tesla.

Le phénomène de résonance magnétique nucléaire(RMN) :

La RMN consiste à étudier les modifications d’aimantation des noyaux d’hydrogène d’une substance sous l’action conjointe de deux champs magnétiques :
• Un champ magnétique statique fixe B0 et
• Un champ électromagnétique tournant B1 encore appelé onde de radiofréquence (RF).
L’application de l’onde de RF entraine une bascule de l’aimantation des protons de 90° et 180° ce qui aura pour conséquence une modification des aimantations longitudinale ou transversale. Cette bascule de l’aimantation des protons n’est possible que si l’onde de radiofréquence B1 est égale à la fréquence de précession des protons : c’est la fréquence de Larmor.
Ainsi à l’état initial le vecteur M a pour composante longitudinale maximale et transversale minimale.
Sous l’effet de la RF il y’a bascule à 90° (l’aimantation transversale est maximale et la longitudinale est minimale) ou à 180°.
A l’arrêt de l’impulsion de la RF les protons retournent à leur état initial (c’est la relaxation) et rendent l’énergie acquise :
• Sous forme d’un signal sinusoïdal à l’origine de l’image en IRM et
• sous forme de chaleur.
L’IRM étudie le temps que mettent les différents tissus à retrouver leur état initial, ce sera l’étude des temps de relaxation qui se fait en deux temps :
• T1 ou la composante longitudinale
• T2 ou la composante transversale
T1 et T2 sont indépendants, T1 est toujours supérieur à T2. La mesure de la relaxation T1 et T2 par la mesure des vecteurs d’aimantation longitudinale et transversale conduit à la formation d’images exprimant respectivement les propriétés de T1 et T2 des protons des tissus.
Pour accéder à ces paramètres tissulaires, il faut réaliser une séquence de base que l’on appelle écho de spin conditionné par deux paramètres instrumentaux : le TR (temps de répétition des impulsions de RF) et TE (temps d’écho = temps de recueil du signal ). C’est par un choix adéquat de TR et TE que l’on influence le contraste de l’image.

Technique d’examen du rachis

Contre-indications

Les contre indications de l’IRM sont essentiellement liées à l’utilisation de l’aimant. Elles peuvent être absolues ou relatives
• Les contres indications absolues sont représentées essentiellement
par les stimulateurs cardiaques (pace-maker) ou les appareils de même type (neuro-stimulateurs, stimulateurs sensoriels auditifs) ou tout matériel implanté comportant une partie électrique ou un système mécanique tournant (certaines pompes d’injection médicamenteuse).
Il faut signaler également les valves de drainage des hydrocéphalies à pression ajustable utilisées en neuro-chirurgie.
Les autres contre indications sont représentées par les corps étrangers ferromagnétiques intra-oculaires (à rechercher systématiquement chez les travailleurs de métaux par un cliché standard de face) ou des corps étrangers ferromagnétiques mal placés (en théorie depuis plusieurs années aucun matériel ferromagnétique n’est plus utilisé par les chirurgiens).
• Les contres indications relatives sont représentées par la présence de corps étrangers métalliques surtout s’ils sont ferromagnétiques et implantés au niveau du rachis (plaque de fixation type Roy-Camille ou fil d’ostéosynthèse…) ; la modification du champ magnétique due à la présence de corps métalliques entraîne des modifications du champ magnétique locale qui rend, en générale, l’image ininterprétable (avec un hyposignal dans la région de la prothèse, et en périphérie des hypersignaux et des déformations de l’image).
Enfin, dans les contre-indications relatives, il faut citer :
• L’absence de coopération du malade dont il faut obtenir une immobilité absolue pendant plusieurs minutes. Ce qui est très difficile sans prémédication ou anesthésie pour les traumatisés, les enfants en bas âge ou certains patients.
• La claustrophobie, qui est rare (inférieure à 1%) mais peut nécessiter une bonne psychothérapie préalable, une prémédication voire une anesthésie.

Choix des paramètres

Installation du patient

Mise en place du patient dans l’aimant seulement après s’être assuré de l’absence de contre-indication en décubitus dorsal, rectitude du rachis dans l’axe de l’aimant, flexion des genoux soutenus par un coussin et compression abdominale modérée.

Choix de l’antenne

L’antenne corps entier présente l’avantage d’explorer la totalité du rachis, avec l’inconvénient d’un rapport signal/bruit moindre.
L’antenne « lombaire » est rectangulaire, plane et permet l’exploration de la totalité du rachis lombaire, du sacrum et de la région dorsale inférieure.

Choix des plans de coupes

Dans un premier temps, on réalisera des séquences de repérage ultra-courtes dans le plan frontal pour vérifier le centrage et le bon alignement du rachis et positionner au mieux les coupes sagittales.
Le plan sagittal est devenu le plan « de référence » quasi-obligatoire en IRM permettant l’exploration d’ensemble de tout un segment.
Les coupes axiales transverses sont réalisées sur les trois derniers étages lombaires. Elles sont programmées sur la séquence sagittale qui précède.
Des coupes frontales peuvent être utiles dans certains cas, notamment pour apprécier un envahissement tumoral ou infectieux des parties molles péri-rachidiennes et en cas de scoliose. Des coupes obliques variées sont toujours réalisables mais consommatrices de temps et d’interprétation anatomique parfois acrobatique. Citons toutefois les coupes frontales obliques dans le plan des foramens qui permettent une bonne étude des émergences radiculaires.

Epaisseur de coupes

Une faible épaisseur de coupe améliore la résolution spatiale et diminue les effets de volume partiel, mais diminue également le rapport signal/bruit. L’épaisseur la plus courante est comprise entre 3 et 5 mm. Des coupes fines de l’ordre du millimètre peuvent être obtenues en acquisition 3D.

Matrice et champ de vue

A l’étage lombaire, un champ de vue de 30 cm est préférable dans le plan sagittal. Un champ de vue trop petit par rapport à l’objet étudié expose à l’artefact de repliement. Pour une même résolution spatiale, la taille de la matrice doit varier de façon proportionnelle à la taille du champ (résolution spatiale = matrice/nb lignes matrice). L’augmentation de la matrice augmente le temps d’acquisition et diminue le rapport signal/bruit.

Choix des séquences

La diversité des paramètres accessibles rend compte du grand nombre de séquences utilisables. Le choix de ces séquences doit répondre au double impératif de bonnes performances en sensibilité et spécificité et d’un temps d’examen tolérable.

Echo de spin classique

Trois pondérations sont possibles et souvent réalisées :
• La pondération T1 : TR court et TE court. C’est donc une séquence courte, pratiquement toujours utilisée en pratique, dotée d’une bonne résolution spatiale. C’est la séquence de référence pour l’étude de la moelle osseuse.
• La densité protonique : TR long et TE court.
• La pondération T2 : TR long et TE long, qui correspondent aux 2 temps d’une séquence longue.
Le rapport signal/bruit est moindre qu’en T1. C’est la meilleure séquence pour l’appréciation des disques à l’étage lombaire.

Echo de spin rapide (Fast Spin Echo)

Ces logiciels plus récents permettent d’obtenir le même type d’images en T1ou T2 avec un gain de temps considérable.
L’obtention d’une forte pondération T2 est également possible avec des TR et TE très longs. La méthode a toutefois des inconvénients :
• Le LCR apparaît inhomogène avec des TE courts.
• Les coupes axiales transverses sont assez mauvaises en raison des artefacts de flux du LCR.
• Une augmentation du signal de la graisse en T2 rend nécessaire une technique de suppression de graisse pour apprécier correctement le spongieux vertébral.

Echo de gradient

Ces séquences permettent d’obtenir des coupes fines et jointives avec des temps d’acquisition moindres qu’en écho de spin. Plus l’angle de bascule initial est élevé, plus la pondération T1 est forte. Plus l’angle de bascule initial est faible, plus la pondération T2* est forte (effet pseudo-myélographique au niveau du rachis).
Ces séquences en écho de gradient sont très sensibles aux hétérogénéités de champ magnétique. Elles sont donc à éviter en cas de matériel d’ostéosynthèse. Les hétérogénéités locales de champ magnétique dues au voisinage du calcium de l’os trabéculaire diminuent le signal global du spongieux (effet de susceptibilité magnétique). Récemment certains ont souligné l’intérêt des coupes en EG T1* en opposition de phase avec injection de gadolinium pour explorer les pathologies infiltratives de la moelle osseuse.

Inversion-récupération

Une bascule initiale de 180° de l’aimantation longitudinale permet schématiquement de multiplier par 2 le contraste en T1 entre deux tissus. Si cette séquence est très sensible, son utilisation en pratique est limitée par sa durée d’acquisition et le faible nombre de coupes réalisables. Le STIR (Short Time Inversion Recovery) permet d’annuler sélectivement le signal d’un tissu en choisissant comme temps d’inversion le T1 de ce tissu.
L’annulation du signal de la graisse est particulièrement intéressante dans l’étude de la moelle osseuse vertébrale et dans le cadre des disques opérés.

Technique de présaturation (« Fat Sat »)

C’est une autre technique d’annulation du signal de la graisse: Un pulse initial de 90° bascule de façon sélective les protons de la graisse qui sont ainsi saturés au moment où la séquence démarre.
Elle a les mêmes applications que le STIR mais est très sensible aux inhomogénéités de champ magnétique. Elle nécessite une antenne de surface pour avoir un champ plus homogène et ne permet donc d’explorer qu’un segment limité de rachis.

Produit de contraste

Le seul produit de contraste actuellement utilisé au niveau du rachis est une substance paramagnétique (qui raccourcit le T1 des protons) : le Gadolinium, à la dose de 0,1 à 0,2 ml/kg.
Si une injection est envisagée, il est préférable de poser la voie veineuse avant de commencer l’examen.
En règle générale, il ne faut jamais injecter de gadolinium d’emblée, sans avoir fait de séquence T1 en contraste naturel, sous peine de méconnaître d’éventuels hyposignaux pathologiques.
L’injection de gadolinium se justifie en cas de :
• pathologies post-opératoires et reconnaissance des cicatrices épidurales,
• tumeurs osseuses, tumeurs extra et intradurales,
• spondylodiscites et autres processus infectieux.
• Chez les Insuffisants rénaux ou les transplantés hépatiques à cause du risque de survenue de la fibrose néphrogénique systémique ;
• Chez la femme enceinte l’utilisation du gadolinium ne doit être envisagée que si nécessaire ;
• Chez la femme allaitante Il est prudent d’interrompre transitoirement l’allaitement pendant les jours suivant l’injection .
• En cas d’allergie au gadolinium.

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE
1. RAPPELS ANATOMIQUES
1.1.Os de la colonne lombaire
1.1.1. Le corps vertébral
1.1.2. L’arc vertébral
1.1.3. Le canal vertébral
1.2.Articulations de la colonne lombaire
1.2.1. Les symphyses intervertébrales
1.2.2. Les articulations des arcs vertébraux
1.2.3. La jonction lombo-sacrée
1.3.Anatomie du nerf sciatique ou ischiatique
1.3.1. Origine
1.3.2. Trajet
1.3.3. Terminaison
2. RAPPELS CLINIQUES
3. IRM DU RACHIS
3.1.Bases physiques de l’IRM
3.1.1. Noyau d’hydrogène
3.1.2. Magnétisme
3.1.3. Le phénomène de résonance magnétique nucléaire
3.2.Technique d’examen du rachis
3.2.1. Contre-indications
3.2.2. Choix des paramètres
3.2.2.1. Installation du patient
3.2.2.2. Choix de l’antenne
3.2.2.3. Choix des plans de coupes
3.2.2.4. Epaisseur de coupes
3.2.2.5. Matrice et champ de vue
3.2.2.6. Choix des séquences
3.2.2.6.1. Echo de spin classique
3.2.2.6.2. Echo de spin rapide (Fast Spin Echo)
3.2.2.6.3. Echo de gradient
3.2.2.6.4. Inversion-récupération
3.2.2.6.5. Technique de présaturation (« Fat Sat »)
3.2.2.6.6. Produit de contraste
3.3.Anatomie IRM du rachis lombaire
3.3.1. Plan sagittal
3.3.1.1. Disque
3.3.1.1.1. écho de spin T1 (SET1)
3.3.1.1.2. écho de spin T2 (SET2)
3.3.1.1.3. En écho de gradien
3.3.1.2. Corps vertébraux
3.3.1.3. Liquide céphalo-rachidien
3.3.2. Plan axial transverse
3.3.3. Plan frontal et oblique
DEUXIEME PARTIE : TRAVAIL PERSONNEL
PATIENTS ET METHODES
1. Cadre de l’étude
2. Patients et Méthodes
2.1.Patients
2.2.Méthodes
2.2.1. Technique IRM
2.2.2. Analyse des IRM
3. Analyse statistique
RESULTATS
1. Données épidémiologiques
1.1.Répartition selon le sexe
1.2.Répartition selon l’âge
1.3.Examens d’imagerie antérieurs
2. Données cliniques
3. Aspects IRM
3.1.Causes de lombo-sciatalgie primaire
3.1.1. Discopathie dégénérative
3.1.2. Conflit disco-radiculaire
3.1.3. Canal lombaire étroit
3.1.4. Sténose du canal latéral
3.2.Causes de lombo-sciatalgie secondaire
4. Concordance radio-clinique
COMMENTAIRES
1. Epidémiologie
1.1. Sexe
1.2.Age
2. Données cliniques
3. Aspect IRM
3.1. Causes de lombo-sciatalgie primaire
3.1.1. Discopathie dégénérative
3.1.2. Conflit disco-radiculaire
3.1.3. Canal lombaire étroit
3.1.4. Sténose du canal latéral
3.2.Causes de lombo-sciatalgie secondaire
3.2.1. Les infections rachidiennes
3.2.2. Spondylarthropathies
3.2.3. Affections tumorales vertébrales
4. Concordance radio-clinique
5. Place de l’IRM devant une lombo-sciatalgie
5.1.Indication en première intention
5.2.Indication dans un deuxième temps
5.3.On réalisera une IRM après le scanner
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE

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