Spectroscopie par résonance magnétique de la prostate

Annales d‘urologie 41 (2007) 145–157

d i s p o n i b l e e n l i g n e s u r w w w. s c i e n c e d i r e c t . c o m

j o u r n a l h o m e p a g e : h t t p : / / f r a n c e . e l s e v i e r. c o m / d i r e c t / A N N D U R /

Spectroscopie par résonance magnétique de la prostate Prostate MRI spectroscopy P. Younès*, N. Chemla, B. Hamzé, J. Mani, J.-F. Naouri Centre médicochirurgical Paris V, service d’imagerie médicale, 36, boulevard Saint-Marcel, 75005 Paris, France

MOTS CLÉS Cancer de prostate ; Citrate ; Choline ; Spectroscopie ; IRM

Résumé La spectroscopie en imagerie par résonance magnétique (IRMS) est une méthode de détection non invasive, de métabolites actifs utilisés comme marqueurs. Les métabolites étudiés dans le cancer de la prostate sont le citrate et la choline. L’information recueillie est une cartographie métabolique qui va se combiner à l’imagerie morphologique. Cette combinaison apporte une nouvelle approche pour la détection du cancer de la prostate chez les patients à biopsie négative et à prostate specific antigen (PSA) en ascension. Elle permet également de parfaire l’évaluation du risque d’extension extracapsulaire dans le bilan préthérapeutique du cancer de prostate. Enfin, la spectroscopie-IRM permet de détecter la maladie résiduelle et la reprise évolutive chez les patients traités.

© 2007 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

KEYWORDS Prostate cancer; Choline; Citrate; Spectroscopy; Magnetic resonance imaging

Abstract MRI spectroscopy is a non invasive method for detecting active metabolites used as markers. Chorine and citrate are used for analyzing prostate cancer. MRI spectroscopy combines morphologic imaging and metabolic cartography. This combination allows a new approach for the diagnosis of prostate cancer in patients with negative biopsy and high levels of PSA. With MRI spectroscopy the local staging of prostate cancer has a better accuracy than with MRI alone. It can also be used for the diagnosis of residual disease and recurrence in patients treated with conservative therapy.

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Introduction La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (IRMS) est une méthode non invasive, de détection in vivo et in vitro de métabolites actifs, autres que l’eau, utilisés comme marqueurs. Elle s’obtient au moyen d’un appareil * Auteur

correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (P. Younès).

de résonance magnétique, qui utilise la même chaîne de radiofréquence et les mêmes antennes qu’un appareil d’IRM, mais l’information recueillie est de nature biochimique. Cette information est couplée à l’imagerie IRM anatomique de l’organe étudié.

Base physique Lorsqu’ils sont placés dans un champ magnétique, les noyaux d’hydrogène ou protons (1H) s’alignent, ils sont

0003-4401/$ - see front matter © 2007 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.anuro.2007.05.001

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alors excités par une onde de radiofréquence, avec laquelle ils entrent en résonance, et dont la longueur d’onde correspond exactement à la fréquence de précession des protons (fréquence de Larmor). Exemple : le proton résonne à 63,8 MHz dans un champ à 1,5 tesla (T) et à 42,5 MHz dans un champ à 1 T1. L’énergie que les protons absorbent alors va être restituée lorsqu’ils reviennent à leur état d’équilibre ; c’est la relaxation des protons qu’on capte sous forme d’une onde radio à l’origine du signal IRM. Les temps de relaxation T1 et T2 sont caractéristiques d’un tissu donné. La spectroscopie IRM est une étude des fréquences de résonance et non des temps de relaxation d’atomes de même nature dans un environnement chimique différent. La fréquence de résonance pour un atome d’hydrogène lié à différents composants chimiques est déplacée selon les composants chimiques avec lesquels l’atome est lié (exemple : les protons liés aux lipides ou aux lactates ont une fréquence de résonance différente). C’est ce déplacement de fréquence que l’on étudie (chemical shift) lié aux différences d’environnement. On obtient, au décours de la séquence de spectroscopie, non pas une image spatiale, mais un spectre qui est un graphique comportant en abscisses les différentes fréquences caractéristiques des métabolites de l’organe étudié, et en ordonnées leur amplitude (Fig. 1). L’unité des abscisses (x) devrait être exprimée en Hz, pour exprimer des variations de fréquence, mais il est apparu plus commode d’employer une unité relative qui exprime ces variations indépendamment du type de champ utilisé. Les variations de fréquence des métabolites sont donc exprimées en ppm (parties par million).

P. Younès et al.

Par convention, la valeur 0, qui est celle du métabolite de référence en spectroscopie protonique (le tétraméthylsilane), se trouve à droite de l’échelle. Les valeurs de déplacement chimique les plus élevées se trouvent à gauche. La surface sous la courbe est proportionnelle à la concentration d’un métabolite donné. La spectroscopie nécessite une excellente homogénéité de champ pour une bonne reconnaissance de la fréquence de chaque métabolite. Elle n’est possible qu’avec des champs d’au moins 1,5 T. L’augmentation du champ magnétique permet d’augmenter la dispersion spectrale et améliore ainsi la différenciation des métabolites. L’utilisation d’un champ à 3 T permettrait ainsi d’isoler le pic de polyamines du pic de choline et du pic de créatine, informatifs dans le diagnostic du cancer de la prostate.

Métabolisme prostatique Les métabolites étudiés pour la prostate existent dans le cytosol de la cellule et les canaux extracellulaires. Les métabolites les plus utiles dans la pathologie prostatique sont la choline, la créatine et le citrate se trouvant respectivement sur l’échelle ppm à 3,2 ; 3 et 2,6. Les travaux de Costello2-5 ont montré que la glande prostatique sécrète et stocke des quantités importantes de citrate. La décroissance du taux de citrate dans le cancer prostatique est due à la diminution de capacité de sécrétion du tissu cancéreux. Biochimiquement, la baisse du citrate dans le cancer de la prostate est liée à la variation du taux de zinc, élevé dans le tissu sain et bas dans le cancer de la prostate ; la présence de hauts niveaux de zinc inhibant l’oxydation du citrate dans le cycle de Krebs.

Figure 1 Spectre normal. Graphique comportant, en abscisses, les variations de fréquences caractéristiques des métabolites étudiés (par exemple choline 3,20 ppm, citrate 2,60 ppm ; et en ordonnées, la concentration du métabolite étudié.

Spectroscopie par résonance magnétique de la prostate

Le citrate est cependant également réduit dans la prostatite, dans l’hémorragie postbiopsique ou toute condition qui entraîne une réduction de l’anatomie canalaire et du flux circulant riche en citrate circulant. La choline est un important composant de la membrane cellulaire, ce qui explique son augmentation en cas de prolifération cellulaire, mais aussi en cas de destruction (nécrose). L’élévation de la choline dans le cancer prostatique est due à la prolifération des cellules et à leur dédifférenciation6,7. Mais d’autres métabolites ont été découverts : polyamines, myo-inositol taurine ; le plus intéressant apparaît être le polyamine qui est élevé dans le tissu périphérique et l’hypertrophie bénigne de la prostate (HBP) et très réduit dans le cancer8,9.

Acquisition des données L’acquisition spectroscopique H1 de la prostate demande : ● une haute sensibilité qui est procurée par l’antenne endorectale. L’acquisition spectroscopique de la prostate doit se faire seulement avec l’antenne endorectale, sans les antennes externes qui doivent être désactivées afin de limiter l’excitation du tissu périprostatique. Cela limite cependant l’étude de la partie antérieure de la prostate en raison de sa distance avec l’antenne (faible rapport signal/bruit) ; ● une sélection du volume d’analyse à la glande prostatique en excluant les signaux d’autres régions ; ● la suppression des signaux de l’eau et de la graisse périprostatique, qui sont les signaux les plus importants, afin de détecter les métabolites en faible concentration : citrate, choline, et polyamines. La séquence spectroscopique point resolved spatial selection (PRESS) permet d’acquérir des spectres de la prostate sur un volume suffisamment petit en un temps acceptable de 18 minutes en moyenne10-12. Mais la durée totale d’un examen prostatique par IRM avec spectroscopie est proche de 1 heure, en comptabilisant l’installation du patient, la mise en place de l’antenne endorectale, la réalisation des séquences IRM T2 et la réalisation de la séquence de spectroscopie (relativement longue en raison du temps d’acquisition et du temps nécessaire au positionnement correct et indispensable des multiples bandes de saturation périprostatique, pour supprimer le signal eau et graisse environnant). La spectroscopie 2D (monovoxel) est capable de fournir une information métabolique sur une zone localisée donnée de la prostate, et se fonde sur une localisation a priori connue du cancer sans pouvoir le détecter précisément si sa localisation n’est pas connue13. L’utilisation de la spectro-IRM trouve sa meilleure place avec une acquisition 3D. Après la sélection du volume par la séquence PRESS, trois codages de phase sont appliqués selon les directions X, Y et Z pour former une matrice de 16 × 8 × 8/ soit 1 024 voxels de 0,34 ml de volume (CSI localisation ou chemical shift localisation).

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La spectroscopie (3D) sélectionne un volume de prostate en excluant les tissus périprostatiques, donnant des spectres sur plusieurs plans de coupes sur toute la hauteur du volume prostatique ; la position des voxels peut être changée rétrospectivement pour mieux examiner une région (interactivité de l’analyse)14,15. Cette acquisition ne nécessite pas de connaître la position exacte du cancer ; on peut donc le détecter en interrogeant des voxels correspondant à des hyposignaux T2, ou des sextants en isosignal. On obtient une information sur la localisation, l’extension et l’hétérogénéité du cancer. Le protocole standard de spectroscopie 3D comporte une résolution spatiale de 6,9 mm donnant un voxel d’analyse de 0,34 cm3 ; une tumeur sphérique doit être d’une taille d’au moins 0,5 cm3 (1 cm de diamètre) de façon à ce qu’idéalement, la tumeur et le voxel aient le même centre géométrique ; le remplissage incomplet étant la source d’effet de volume partiel, source de faux négatifs. Un voxel est donc considéré comme interprétable s’il comprend au moins 75 % de tissu prostatique. Les voxels couvrant l’urètre et les canaux éjaculateurs ne doivent pas être interprétés, en raison de la présence d’une concentration potentiellement élevée de glycérophosphocholine susceptible d’augmenter le pic de choline et d’entraîner de faux positifs de cancer prostatique. Les spectres obtenus sont considérés comme cliniquement interprétables s’ils ne sont pas contaminés par des pics d’eau ou de lipides insuffisamment supprimés ; et s’ils ont un rapport signal sur bruit supérieur à 5. Les données métaboliques sont superposées sur les coupes anatomiques sous forme de grilles d’analyses constituant donc une combinaison de l’imagerie métabolique et de l’imagerie anatomique (Fig. 2).

Interprétation des résultats15,16 À l’état normal17 Les concentrations de citrate et de choline varient en fonction de la zone anatomique de la prostate. Dans la zone périphérique (ZP), la prédominance du tissu glandulaire, qui sécrète et stocke le citrate, entraîne des concentrations importantes de citrate et des concentrations intermédiaires de choline. À l’opposé, les zones de transition et centrale, qui ont moins de tissu glandulaire, présentent des taux de citrate très inférieurs et des niveaux de choline similaires à ceux de la ZP (Fig. 3). Enfin, le tissu périurétral et le stroma fibromusculaire antérieur ont des taux de citrate très bas dus à leur faible taux de tissu glandulaire. Le taux de choline est en revanche plus élevé dans le tissu périurétral (11 %) qui est riche en glycérophosphocholine contenu dans le liquide séminal.

Influence de l’âge et de l’hypertrophie adénomateuse18 L’âge ne modifie pas les taux de sécrétion de citrate et de choline dans la ZP, malgré l’atrophie physiologique du tissu prostatique chez l’homme de plus de 50 ans.

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P. Younès et al.

Figure 2

Les données métaboliques sont superposées à l’imagerie par résonance magnétique morphologique (T2).

Figure 3 Variations spectrales en fonction de la zone anatomique. ZT : zone de transition antérieure ; ZP : zone périphérique postérieure.

En revanche, le taux de citrate augmente avec l’hypertrophie de la zone de transition (ZT) de l’HBP ; cette augmentation est cependant variable en fonction du caractère stromal ou glandulaire de l’HBP ; si le taux de citrate peut être élevé en cas d’HBP à forte composante glandulaire, il peut être bas si l’HBP est à composante stromale et pauvre en tissu glandulaire.

La concentration en choline est en revanche stable et reste superposable à celle observée dans la ZP.

Cancer prostatique7,19-21 La spectroscopie du cancer se caractérise par deux points (Fig. 4) :

Spectroscopie par résonance magnétique de la prostate

Figure 4

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Spectre du cancer de la prostate. Chute du citrate. Élévation de la choline.

Figure 5 Spectres métaboliques standardisés de la prostate périphérique , du normal au pathologique , cotés de un à cinq. 1. Tissu sain ; 2. tissu probablement sain ; 3. tissu équivoque ; 4. cancer probable ; 5. cancer.

● une chute du taux de citrate due à la perte de la capacité de synthèse du citrate à cause de la modification du tissu sécrétoire. Ce taux de citrate peut être aussi réduit par la prostatite ou l’hémorragie postbiopsie ; ● une élévation du taux de choline due à la prolifération de cellules cancéreuses à la place du tissu sécrétoire. Le rapport choline + créatine/citrate apparaît comme le ratio le plus fiable pour différencier cancer, périphérie normale et HBP. La valeur de ce rapport dans la prostate périphérique normale est de 0,22 +/- 0,013. Il peut être éventuellement ajusté avec le rapport Cho/Cr22. Les spectres de choline et de créatine peuvent être inséparables. L’inclusion de créatine dans le ratio n’est pas considérée comme une source potentielle d’erreur car la créatine reste à un niveau relativement constant dans le tissu sain et le tissu cancéreux. Le cancer est : ● possible si ce rapport est supérieur à 2 déviations standards (DS) au-dessus de la normale, soit > à 0,75 ; ● identifié si le rapport est supérieur à 3 DS ; > à 0,86 ; ● au-dessous de 0,75, le tissu est considéré comme normal23,24. D’autres rapports peuvent être utilisés tels que le rapport citrate/citrate normal qui devient pathologique s’il est inférieur à deux fois la normale14, ou le rapport choline/créatine. Par ailleurs, le niveau de polyamines chute dans le cancer de la prostate ; le pic de polyamine se trouve entre la créatine et la choline et n’apparaît pas à l’état normal ; sa

chute peut être reconnue par la séparation nette de la choline et de la créatine. Les spectres obtenus peuvent aussi être classés en cinq types en fonction des rapports respectifs de citrate et de choline : ● type 1 : aspect normal ; ● type 2 : aspect probablement normal ; ● type 3 : égalisations des spectres de choline et de citrate, aspect équivoque ; ● type 4 : aspect probablement cancéreux ; ● type 5 : aspect de cancer avéré avec chute du taux de citrate et très forte ascension du taux de choline (Fig. 5). Ce scoring permet de distinguer le malin du bénin avec une fiabilité de 88 % et un indice K de variabilité interobservateur de 0,8025. Il a été établi au départ sur le rapport choline + créatine/citrate, puis secondairement sur le ratio choline/créatine, le taux de polyamines, le rapport signal/bruit.

Applications cliniques Rôle de l’imagerie par résonance magnétique spectroscopique dans le diagnostic du cancer de la prostate Les patients à biopsies négatives et à PSA en ascension, à haut risque de cancer de la prostate, sont en nombre croissant du fait du manque de spécificité du PSA et de l’échographie endorectale. Par ailleurs, le rendement des rebiopsies échoguidées (transrectal ultrasound : TRUS) décroît au fur et à mesure

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des séries. Il passe ainsi de 23 % à la première série à 17 %, 11 %, 8 % et 0 % de la deuxième à la cinquième séries dans l’étude de Zackrisson26. L’amélioration de ce rendement passe par deux solutions : soit améliorer le nombre de sites de prélèvements (biopsies systématisées pouvant aboutir à la biopsie de saturation) ; soit améliorer la détection du cancer et cibler les biopsies sur les zones suspectes. Les premières séries couplant IRM endorectales et biopsies ciblées27-30 ont rapporté des résultats à 83 % de sensibilité et à 50 % de valeur prédictive positive. Cependant, les hyposignaux T2 de la glande périphérique ne sont pas spécifiques du cancer et peuvent être dus à différentes causes : prostatite, hémorragie postbiopsie. Plusieurs équipes ont donc entrepris d’utiliser la détection du cancer par la spectroscopie IRM sur les hyposignaux de l’IRM T2, mais également sur les voxels iso-intenses en IRM et positifs à la spectroscopie. Puis de transposer les résultats de l’IRM spectroscopique sur l’échographie prébiopsique réalisée dans un second temps.

P. Younès et al.

Trois séries de travaux récents adoptant cette méthodologie31-33 montrent des résultats intéressants chez ces patients à biopsie négative et à haut risque de cancer de prostate avec une valeur prédictive positive moyenne de 70 % et une valeur prédictive négative moyenne à 91 % (Fig. 5–7) (Tableau 1). Dans la série de Prando32, le taux de détection est de 4 % pour les biopsies systématisées et de 44 % pour les biopsies guidées. Beaucoup de cancers non diagnostiqués à la biopsie systématisée avaient une localisation médiane, ou concernaient des prostates de gros volume. Limites de la méthode La transposition des résultats de l’IRM spectroscopique à l’échographie est une procédure manuelle, difficile, se basant sur des repères anatomiques sources d’erreurs de localisations. Ces difficultés expliquent que plusieurs équipes commencent à développer les biopsies directement sous IRM34. La spectro-IRM comporte également un taux de faux positifs incompressible, expliqué depuis les travaux de

Figure 6 Patient de 60 ans, prostate specific antigen (PSA) à 12 ng/ml. Deux précédentes séries de biopsies négatives : concentration de choline élevée à la jonction transition périphérie gauche (zone en rouge) ; isosignal à l’IRM morphologique de la prostate périphérique ; analyse métabolique sélective montrant des spectres de type 4 avec rapport choline/créatine/citrate à 1,18, soit plus de 3 déviations standards (DS) au-dessus de la normale. La biopsie ciblée sur cette zone retrouve un adénocarcinome Gleason 3+4.

Spectroscopie par résonance magnétique de la prostate

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Figure 7 Patient de 69 ans ; prostate specific antigen (PSA) à 20 ng/ml, deux séries de biopsies négatives. Spectroscopie montrant des spectres de type 5 avec effondrement du citrate à l’apex antérieur droit. Les biopsies ciblées retrouvent un adénocarcinome Gleason 4+4. Tableau 1 Résultats des procédures de couplage imagerie par résonance magnétique (IRM), IRM spectroscopique et biopsies ciblées, chez les patients à biopsies négatives et à prostate specific antigen (PSA) élevé IRMS et biopsies négatives Couple IRM/spectroscopie avec biopsies ciblées

Prando Kurhanewicz n = 42/17K 40 %

Amsellem Younes n = 42/15 35 %

Yuen n = 24/7K 29 %

Sensibilité

100 %

73,3 %

100 %

Spécificité

44 %

96,2 %

70,6 %

VPP

55 %

91,6 %

58,3 %

VPN

100 %

86,6 %

100 %

VPP : valeur prédictive positive ; VPN : valeur prédictive négative.

Shukla-Dave35 par la présence de foyers de prostatite chronique, donnant une signature spectroscopique proche de celle du cancer. L’interprétation de la spectroscopie peut être aidée par l’IRM morphologique, les foyers de prostatite chronique étant, à la différence du cancer (au niveau de la prostate périphérique), plus souvent sous forme de plages en hyposignal T2 que d’images nodulaires. L’adjonction de séquences dynamiques avec injection de gadolinium aide également à résoudre ce problème. Les séquelles de prostatite chronique se différencient des foyers tumoraux par une prise de contraste progressive, alors que le cancer se rehausse de façon intense et précoce36. L’IRM spectroscopique a été validée sur la glande périphérique, zone préférentielle de localisation des cancers. Zakian et al.37 ont étudié, sur une série de 40 patients, le profil spectroscopique du cancer de la zone de transition difficile à diagnostiquer en imagerie du fait de son intrication avec l’HBP. Le résultat de cette série montre que le cancer de la ZT a un profil différent du tissu bénin de la ZT ; l’étude de Zakian montre que la présence d’au moins un voxel avec un spectre montrant un pic de choline pathologique est très évocateur de cancer ; cependant, il existe

un chevauchement important entre les voxels tumoraux et non tumoraux, rendant difficile la fixation d’un seuil pathologique du rapport choline + créatine/citrate. Une autre limite de l’IRM spectroscopique est la résolution spatiale du voxel de base à 0,34 cm3 (soit 6,9 mm de côté) permettant de détecter la présence de foyers cancéreux significatifs (supérieure à 0,5 ml), mais pouvant entraîner des faux négatifs avec les foyers de plus petite taille, du fait de phénomènes de volume partiel38.

Rôle de l’imagerie par résonance magnétique spectroscopique dans le bilan préthérapeutique du cancer de la prostate Localisation du cancer de la prostate La biopsie en sextant et le toucher rectal sont actuellement utilisés pour réaliser le diagnostic et la localisation du cancer de la prostate. Le mapping du cancer prostatique par la biopsie comporte néanmoins des insuffisances39. Les travaux récents de Mullerad et al.40 ont récemment démontré la supériorité de l’IRM endorectale par rapport à la biopsie et au toucher rectal pour la localisation du cancer, à la base et à la partie médiane de la prostate mais pas à l’apex. Cependant, les hyposignaux T2 pathologiques que l’on observe dans la prostate périphérique en IRM endorectale, parfaitement contrastés par l’hypersignal de la glande saine adjacente, ne sont pas spécifiques du cancer et peuvent être dus à différentes causes : prostatite, hémorragie postbiopsie, aspect post-thérapie41. Les travaux de Scheidler24 et al. ont démontré que l’addition de la spectroscopie IRM à l’imagerie IRM permettait une meilleure localisation du cancer de la prostate par sextant que ne le ferait l’IRM seule, avec notamment une amélioration de la spécificité à 90 % et une sensibilité de 50 %. La valeur prédictive positive de l’IRM spectroscopique serait de 88 à 92 % et la valeur prédictive négative de 80 à 86 %. Cette étude a été menée avec le ratio choline + créatine/citrate. L’utilisation d’autres ratios : citrate/citrate normal et l’étude des polyamines vont améliorer la localisation métabolique du cancer.

152 Les travaux de Wefer42,43 effectués sur des pièces de prostatectomie ont confirmé la supériorité de l’IRM spectroscopique pour détecter les foyers cancéreux, la spectro-IRM analysant la totalité du sextant, la biopsie n’en prélevant qu’une partie. Kaji et al.44 ont montré que l’IRM spectroscopique apparaît particulièrement utile pour différencier les hyposignaux hémorragiques postbiopsie des hyposignaux du cancer. En effet, même en respectant le délai habituel de 3 semaines entre la biopsie et l’IRM, les artefacts postbiopsies peuvent persister. Par ailleurs, l’hémorragie postbiopsique dégrade l’aspect des spectres, en réduisant le taux de citrate et en réalisant une perte globale du niveau des métabolites sur les zones hémorragiques, dégradant le rapport signal sur bruit. L’étude de Coakley45 montre qu’un délai de 8 semaines après la biopsie est souhaitable pour obtenir une spectroscopie non dégradée. La détection et la localisation du cancer prostatique ont été aussi recherchées par des séquences d’IRM dynamique avec injection de gadolinium qui améliore la spécificité et la sensibilité des séquences T2. Ces séquences d’IRM dynamique peuvent être utilisées en complément (l’injection de gadolinium ne modifiant pas la carte métabolique46) ou remplacer la spectroscopie lorsque celle-ci s’avère prise en défaut par des impondérables techniques : prothèses fémorales artefactant le champ magnétique, loge de résection remplie de liquide vésical. Plusieurs travaux ont également associé l’imagerie de diffusion et la spectroscopie IRM pour détecter le cancer de la prostate47,48. Meilleure évaluation de l’extension extracapsulaire (EEC) du cancer de la prostate et du volume tumoral Stamey, Mc Neal, Bostwick49-52 ont démontré l’étroite corrélation entre le volume tumoral, l’EEC et le risque de rechute après prostatectomie. Extension extracapsulaire. Un article récent de Wang53 sur 612 patients est venu confirmer l’intérêt de l’IRM endorectale et de l’IRM endorectale combinée à la spectroscopie dans l’évaluation du risque d’extension locale du cancer de la prostate, par comparaison avec les normogrammes établis à partir du PSA, du score de Gleason et du toucher rectal (tables de Partin). Les critères directs d’EEC54 des séquences morphologiques T2 sont : ● un bombement irrégulier de la capsule ; ● l’envahissement de l’angle rectoprostatique et des plexus vasculonerveux adjacents ; ● l’envahissement des vésicules séminales. Mais la sensibilité de cette sémiologie directe est cependant faible55. C’est pourquoi, Yu et al.56 ont entrepris, sur une série de 53 patients, d’ajouter aux critères IRM classiques de l’EEC54,57,58 la mesure du volume tumoral par IRM spectroscopique. Les résultats montrent que le volume tumoral par lobe estimé par IRM spectroscopique est significativement plus élevé chez les patients avec EEC qu’avec les patients sans

P. Younès et al.

Tableau 2 Abaque du risque d’extension extracapsulaire (EEC) en fonction du nombre de voxels positifs par coupe à la spectroscopie % d'EEC IRMS 0-1 1-2 2-3 3-4 4 IRM + IRMS 1-2 2-3 4-7 7

6 10 33 50 80 0 13 39 90

IRM : imagerie par résonance magnétique ; IRMS : IRM spectroscopique.

EEC ; le volume correspond à la somme des voxels tumoraux par le volume du voxel. Les critères utilisés reprennent les ratios choline + créatine/citrate > 2 DS, en calculant le nombre de voxels de cancer par coupe pour chaque lobe, réalisant ainsi un abaque du risque d’EEC (Tableau 2). Le risque d’EEC est corrélé au nombre de voxels envahis ; il est de 6 % si 0-1 voxel est envahi, pour atteindre 80 % si le nombre de voxels est > 4. L’IRM spectroscopique améliore ainsi le diagnostic de l’EEC en diminuant le nombre de faux positifs et la variabilité interobservateurs ; elle améliore la fiabilité des lecteurs les moins expérimentés (Fig. 8). Volume tumoral. Coakley et al.59 rapportent, dans une étude sur 37 patients, une bonne corrélation entre le volume tumoral histopathologique des pièces de prostatectomie et celui déterminé par IRM spectroscopique, mais seulement pour les tumeurs de taille significative (0,5 ml minimum). L’IRM spectroscopique surestimerait probablement les cancers de faible volume. L’IRM spectroscopique pourrait néanmoins être utile pour évaluer la signification d’un microfoyer tumoral observé sur une seule biopsie (cancer peu significatif). Évaluation de l’agressivité du cancer Vigneron et al.60 (Fig. 9) rapportent, dans une étude sur 26 patients, la corrélation étroite entre la chute du taux de citrate, l’ascension du taux de choline et le score de Gleason. Les tumeurs de haut grade présentent un profil spectroscopique très différent des tumeurs de bas grade avec, en particulier, une choline plus élevée dans les hauts grades (Gleason 7 et 8) que dans les bas grades (Gleason 5, 6). Les tumeurs de bas grade ou de faible cellularité peuvent donc ne pas être détectées à la spectroscopie du fait de leur faible signal. Ces notions ont été confirmées par les travaux récents de Zakian et al.61 par une étude sur 123 patients avec corrélation sur les pièces de prostatectomie. Cette série montre que la sensibilité de l’IRM spectroscopique pour détecter les tumeurs de la ZP augmente avec le score de Gleason, passant de 44 %, 76 %, 86 %, et 89 % respectivement pour les scores 3+3, 3+4, 4+3, et 4+4 de Gleason. L’étude montre

Spectroscopie par résonance magnétique de la prostate

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Le seuil de détection pour les tumeurs 3+3 les plus différenciées était de 11,6 mm, alors que les tumeurs plus petites avec un diamètre moyen de 7,9 mm n’étaient pas détectées. Cette étude a été réalisée avec une résolution spatiale de 6,2 mm, entraînant une acquisition plus longue, mais un voxel effectif de 0,12 cm3 par interpolation des niveaux supérieurs et inférieurs. Le score de Gleason de la biopsie est upgradé sur la pièce de prostatectomie dans plus de 50 % des cas22. Une technique non invasive permettant d’établir l’agressivité du cancer et de prédire précocement le score de Gleason peut être d’une contribution substantielle au bilan préthérapeutique du patient. Planification du traitement La fusion d’image tomodensitométrie (TDM)/IRM a montré que la TDM sans injection surestimait le volume cible d’environ 34 % par rapport à l’IRM62. L’estimation de la dose volume par IRM permet de limiter la dose reçue à la vessie, au rectum et aux têtes fémorales. Pickett et al.63 ont démontré la faisabilité de traiter la localisation dominante du cancer de la prostate définie par IRM spectroscopique à 90 Gy, et de traiter la prostate entière à 70 Gy sans augmenter la dose aux tissus environnants. Plus récemment, DiBiase et al.64 et Zaider et al.65 ont proposé d’améliorer la curiethérapie en réalisant des surdosages (boosts) (130 %) sur les zones de cancers localisés dans la prostate par l’IRM spectroscopique.

Suivi du traitement et récidive Le PSA remonte lentement après radiothérapie, et est d’interprétation difficile chez les patients sous hormonothérapie. En cas de rising PSA après radiothérapie, la distinction entre récidive locale et diffusion générale est donc difficile à prouver en dehors de la biopsie. Par ailleurs, l’imagerie (ultrasons, IRM) est peu contributive après radiothérapie, curiethérapie, ou traitement hormonal, la glande périphérique en IRM devient hypo-intense masquant le signal tumoral66 ; le contraste entre la zone saine et le cancer est réduit. Coakley et al.67 ont donc entrepris d’évaluer l’addition d’une information métabolique chez ces patients en pratiquant une IRM spectroscopique chez 21 patients traités par radiothérapie pour cancer de la prostate et PSA en réascension (trois élévations successives de PSA après que le nadir a été atteint). Les résultats ont été corrélés à la biopsie échoguidée. Les voxels anormaux ont été définis par : Figure 8 Patient de 58 ans. Prostate specific antigen (PSA) à 20 ng/ml. Bilan d’extension en imagerie par résonance magnétique (IRM) morphologique montrant un hyposignal focalisé de la périphérie gauche avec bombement régulier des contours. IRM spectroscopique retrouvant 4 voxels continus de score 4 et 5, soit un risque d’extension extracapsulaire de 80 %. Agressivité estimée au niveau 8 de Gleason.

également, de façon concomitante, que le volume tumoral défini par le nombre de voxels positifs est corrélé avec le score de Gleason.

● des métabolites détectables avec un rapport signal/bruit > 5 et un rapport choline/créatine supérieur à 1,5 ; ● en l’absence de créatine, une choline détectable. La présence de trois (ou plus) voxels positifs contigus fait porter le diagnostic de récidive avec une sensibilité de 87 % et une spécificité de 72 %. La courbe receiver operator characteristic (ROC) d’analyse est 0,81 pour l’IRM spectroscopique contre 0,50 pour l’IRM seule (Fig. 10).

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Figure 9 Parallélisme entre le taux d’agressivité de la tumeur exprimé par le score de Gleason et l’élévation du rapport choline plus créatine sur citrate (d’après Vigneron et al.60).

Figure 10 Patient de 61 ans traité par radiothérapie conformationnelle (76 Gy) 7 ans auparavant pour un T3a N0 M0. Remontée progressive du prostate specific antigen (PSA) avec temps de dédoublement de 10 mois, à 4,77 ng/ml lors de l’examen. Scanner abdominopelvien et scintigraphie osseuse normale. L’imagerie par résonance magnétique (IRM) endorectale montre un hyposignal accentué de la prostate périphérique droite médioapexien, non spécifique ; l’ensemble de la prostate est en hyposignal relatif du fait de la radiothérapie. La spectroscopie identifie sur la prostate médioapexienne droite des spectres de type 5, avec effondrement de la choline et rapport choline plus créatine sur citrate (Cho + Créat/Cit) à plus de huit fois la normale ; la prostate gauche se présente, elle, en atrophie métabolique. La spectroscopie permet de porter le diagnostic de récidive locale droite.

Cette possibilité d’imager la récidive locale après radiothérapie a été confirmée tout récemment par Pucar et al.68 en comparant les résultats du toucher rectal de la biopsie échoguidée et de l’IRM spectroscopique chez neuf patients ayant été traités par prostatectomie de rattrapage. Les critères de positivité de la spectroscopie ont été définis par : ● un rapport choline plus créatine/citrate > 0,5 ; ● une choline détectable si le citrate n’est pas visible. Les résultats montrent que le couple IRM + IRM spectroscopique apparaît plus sensible que la biopsie en sextant et

que le toucher rectal pour affirmer la récidive locale : 68 et 77 % pour 48 et 16 % respectivement. L’IRM + IRM spectroscopique permet donc de distinguer les succès thérapeutiques des traitements conservateurs (curiethérapie, radiothérapie et hormonothérapie, cryothérapie)69-71 par la perte complète d’activité métabolique et l’atrophie qu’elle enregistre, d’une maladie résiduelle ou récidivante qui conserve un profil métabolique (Fig. 11). La détection de cancer résiduel à l’IRM + IRM spectroscopique précocement après le traitement initial72,73, que la thérapeutique initiale soit l’hormonothérapie, la radiothérapie, la curiethérapie ou même sur la loge d’anastomose

Spectroscopie par résonance magnétique de la prostate

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Figure 11 Suivi métabolique d’un cancer de prostate traité par brachythérapie. La zone en rouge au bord latéral droit de la prostate correspond à la zone néoplasique ; les spectres métaboliques correspondants sont de types 4 et 5. Après traitement, transformation des spectres 4 et 5 en atrophie métabolique, témoignant de l’efficacité du traitement (avec l’aimable autorisation de J. Kurhanewicz).

après prostatectomie radicale, est particulièrement intéressante et permettrait sans doute le développement de thérapeutiques ciblées de deuxième ligne sur la zone à activité métabolique suspecte, également à visée curative (ultrasons focalisés, radiofréquence etc.)74.

Futur L’arrivée des machines à hauts champs en routine clinique (3 T) va permettre de réaliser des acquisitions 3D avec un voxel de base à 0,15 ml (soit la moitié du voxel actuel). La recherche in vitro utilisant, elle, de très hauts champs, 7 à 11 T75, de nouveaux marqueurs du cancer plus sensibles et spécifiques sont testés. La spectroscopie du carbone 13 polarisé pourrait remplacer celle de l’atome d’hydrogène, avec une sensibilité beaucoup plus élevée. Enfin, de nouvelles machines IRM à visée interventionnelle, tant biopsique que thérapeutique, intégreront ces nouvelles techniques.

Conclusion La spectroscopie IRM est une technique nouvelle dont l’évolution est constante, et qui actuellement est la seule technique combinant une information morphologique et métabolique sur la localisation du cancer de la prostate, son agressivité et son stade.

Points forts La spectroscopie IRM permet la combinaison d’une cartographie métabolique et d’une imagerie morphologique. Méthode nouvelle en pleine évolution, elle améliore la localisation du cancer de la prostate. Elle complète la sémiologie IRM pour établir avec plus de sensibilité et de spécificité le risque d’EEC dans le bilan préthérapeutique du cancer de la prostate. Enfin, elle permet de suivre le patient traité.

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