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IMAGERIE DES LESIONS OSSEUSES RADIO-INDUITES

R.Souillard, S.Taieb, D.Pasquier, E.Lartigau, L.Ceugnart

Centre Oscar Lambret - Lille - France

� Radiothérapie (RT)Traitement curatif ou palliatif de néoplasies osseuses et extra-osseusesA l’origine de remaniements osseux post-radiques

� ROLE de l’IMAGERIE dans la surveillance post-RT- Reconnaître les aspects des modifications osseuses induites par la RT- Savoir les différencier d’une récidive tumorale

MODIFICATIONS OSSEUSES POST-RT ET DELAI D’APPARITION

�Aspect normal de la moelle osseuse < 3 sem.�Transformation graisseuse de la MO

- hétérogène 3-6 sem.- homogène > 6 sem.

�Troubles de la croisance 8-10 mois�Ostéoradionécrose 1-3 ans�Fractures 3-12 mois�Infection variable�Tumeurs radio-induites

- bénigne 5 ans- maligne 11-14 ans

RADIOTHERAPIE

Facteurs influençant nature et étendue des remaniements osseux post-RT:

- Dose totale- Homogénéité de la dose- Fractionnement de la dose- Temps entre les fractions- Volume de tissu irradié- Traitements associés: chirurgie, chimiothérapie- Age et état général du patient

Mitchell MJ et al. Radiation-induced changes in bone. Radiographics. 1998.

REMANIEMENTS OSSEUX POST-RT: HISTOLOGIE

� Perte cellulaire et atteinte vasculaire� 2 phases- Précoce: œdème et destruction vasculaire-Tardive: déplétion en cellules hématopoiétiques,

remplacement par des cellules graisseuses

Stevens SK et al. Early and late bone-marrow changes after irradiation: MR evaluation. AJR Am J Roentgenol. 1990.

REMANIEMENTS OSSEUX POST-RT: IRM

� 3 premières semaines suivant RT:STIR: hypersignalT1: iso ou hyper (hémorragie) ou hypo (œdème)

� 3-6 semaines: IRM: signal hétérogène en T1 et en T2(transformation graisseuse incomplète et

régénération hématopoiétique)

IRM coupe sagittale T2Cancer du col utérin irradié (45Gy). Contrôle 4 semaines après le début de la

radiothérapie:Signal hétérogène de la moelle osseuse des vertèbres

lombo-sacrées en T2 ( )

Avant RT 4 sem. après RT

REMANIEMENTS OSSEUX POST-RT: IRM

� > 6 semainesT1: hypersignal homogène (remplacement

graisseux diffus) Ou T1: hypersignal central (transformation

graisseuse) et signal intermédiaire périphérique (régénération hématopoiétique)

T2 : signal variable: absence de modification de signal ou hypersignal

Stevens SK et al. Early and late bone-marrow changes after irradiation: MR evaluation. AJR Am J Roentgenol. 1990.

IRM coupe sagittale T1 sans gadolinium avant traitement

Sarcome d’Ewing ( ) en regard de T12 ( ) avant traitement

Noter l’aspect homogène des corps vertébraux en regard de la tumeur

IRM coupe sagittale T2 après traitement : Chirurgie + RT

Hyposignal global des corps vertébraux

Noter l’absence de modification de signal des corps vertébraux irradiés en T2

IRM coupe sagittale T1 sans gadolinium après traitement

Hypersignal des corps vertébrauxirradiés

Champ d’irradiation délimité de façon très nette par l’absence de modification de signal des corps vertébraux non irradiés sus et sous-jacents

IRM coupe sagittale en T2 avant traitement par RT (a) d’un cancer du col utérin et 2 ans après RT (b)

Hypersignal de la moelle osseuse de L5 et des vertèbres sacrées

a b

REMANIEMENTS OSSEUX POST-RT: TDM

� Os sain irradié : Association de plages d’ostéopénie et de plages de condensation

� Métastases osseuses irradiées : – Condensation traduisant la reminéralisation des lésions

ostéolytiques– Diminution de la condensation des lésions condensantes

Chow et al. CT evaluation of breast cancer patients with osteolytic bone metastases undergoing palliative radiotherapy. Radiother Oncol. 2004;70(3):291-4.

Chen HH et al. Changes in bone mineral density of lumbar spine after pelvic radiotherapy. Radiother Oncol. 2002 Feb;62(2):239-42.

TDM coupe coronaleMétastases osseuses de L2 & L5 traitées par RT:

hyperdensité après irradiation ( ) en rapport avec la reminéralisation du tissu osseux.

TDM coupe sagittalehyperdensité du corps vertébral de L5 irradié ( )

REMANIEMENTS OSSEUX POST-RT: TEP

Diminution de l’activité métabolique de la moelle irradiée:

hypofixation du traceur F18-FDG (fluorine-18-fluorodeoxyglucose)

Meyer MA et al. Reduced F-18-fluorodeoxyglucose uptake within marrow after external beam radiation. Clin Nucl Med 2002.

COMPLICATIONS:1/ TROUBLES DE LA CROISSANCE� Facteurs favorisants- Dose d’irradiation élevée- Patient jeune� EPIPHYSESegment osseux le plus sensible à la RT- élargissement du cartilage de conjugaisonà partir du 1er mois post-RT- altération définitive de la longueur d’un membre

Roebuck DJ. Skeletal complications in pediatric oncology patients. Radiographics. 1999.

COMPLICATIONS:1/ TROUBLES DE LA CROISSANCE� METAPHYSEBandes denses ou aspect érodé� TETE FEMORALE/ TETE HUMERALEGlissement: délai de 3 ans après RT Favorisé en cas de chimiothérapie concomitante� INTERLIGNE ARTICULAIREElargissement: 8-10 mois après fin RT(dommage vasculaire et/ou atteinte des

ostéocytes)

COMPLICATIONS:1/ TROUBLES DE LA CROISSANCE

� RACHIS

- Scoliose dans 80% des casAngle de la scoliose concave vers le côté irradiéEnfant < 2 ans +++- Diminution de hauteur vertébrale et irrégularité

des plateaux vertébraux si dose > 20-30 Gy

COMPLICATIONS:2/ OSTEORADIONECROSE

� Endartérite oblitérante� Temps de latence: 1-3 ans� Dose > 50 Gy� Radiographie standard – TDMOstéolyse irrégulière avec fragmentation osseusePrésence ou non de séquestres osseux� IRMFine bande de démarcation en hyposignal T1 et

T2 (liseré bordant la nécrose)


� Diagnostic différentiel- Récidive tumorale- Complications infectieuses� Arguments en faveur d’une ostéoradionécrose- Caractère restreint au champ d’irradiation- Absence de masse- Absence de prise de contraste nodulaire- Aspect stable au cours de la surveillance


� Os les plus exposés- MANDIBULE++Atteinte préférentielle liée à localisation

superficielle et vascularisation pauvreRadio: aspect irrégulier de la corticale

externe en cas de RT externe ou interne en cas de curiethérapie, avec ou sans séquestres osseux. Détachement possible de ces derniers.

TDM: coupe axiale sans injectionOstéolyse irrégulière de la corticale interne de la

branche horizontale de la mandibule droite ( ) avec séquestres osseux ( )

IRM: coupe axiale T1 sans gadoliniumAspect en hyposignal de la médullaire de la branche

horizontale droite de la mandibule ( )Noter que l’atteinte corticale est mal étudiée en IRM

IRM: coupe axiale T1 avec gadolinium, graisse saturéePrise de contraste diffuse de la médullaire sans syndrome de masse. L’aspect évoque une séquelle

post-RT et non une récidive tumorale.


- BassinSacrum, ailes iliaques et têtes fémorales:inclus dans champ d’irradiation pour cancer de la prostate

ou cancer gynécologique• Sacrum: aspect ostéopénique marqué• Aile iliaque: modification débutant sur le versant iliaque

de l’articulation sacro-iliaque puis aspect élargi et irrégulier de l’articulation

Sovik E et al. Post irradiation changes in the pelvic wall. Findings on MR. Acta Radiol. 1993.


- Clavicule, côtes, humérus et scapulaInclus dans champ d’irradiation pour cancer

du sein ou lymphome hodgkinien

COMPLICATIONS:3/ FRACTURES

� Fragilisation osseuse induite par RTOstéopénie majorée en cas de chimiothérapie

concomitante� Temps de latence: 3-12 mois après RT et +� Facteurs favorisants- Dose d’irradiation élevée- Energie élevée du rayonnement- Otéoporose sous-jacente


� Radio standard – TDM- Os spongieux: difficulté à identifier les fractures en

raison de l’ostéopénie et des lésions de radionécrose sous-jacentes

- Corticale: Solution de continuité � IRMŒdème associé: sensibilité IRM +++Hyposignal T1, hypersignal T2 et STIRRéhaussement modéré après injection de gadolinium� Scintigraphie Tc 99mFixation importante du marqueur en regard de la

fracture


� Diagnostic différentielMétastase osseuse� Arguments en faveur d’une fracture- Localisation dans le territoire irradié- Distribution en bande- Contours flous- Récupération d’un signal identique à la moelle

osseuse adjacente après injection de gadolinium (excepté au niveau du trait de fracture)

- Absence de lésion ostéolytique- Absence de masse tissulaire associée


� Localisations- Etage thoraciqueFracture de côte: asymptomatique,

découverte fortuite, multiple, partie post. ou partie ant. des 3è-4è-5è côtes

Fracture claviculaire

Bluemke DA et al. Skeletal complications of radiation therapy. Radiographics. 1994.


- Etage pelvienSymtomatologie douloureuseFractures multiples et bilatéralesLocalisation: versant sacré des articulations

sacro-iliaques

Blomlie V et al. Incidence of radiation-induced insufficiency fractures of the female pelvic: evaluation with MR imaging. AJR. 1996.

TDM: coupe coronaletrait de fracture transversal de la partie droite du sacrum

Observer la solution de continuité corticale

TDM: coupe axialeMise en évidence de 2 solutions de continuité corticales

à la partie antérieure et latérale droite du sacrum

IRM: coupe coronale STIRHypersignal STIR du sacrum en rapport avec l’œdème associé à la fracture sacrée à droite, sans fracture

visualisée sur les 2 versants de la sacro-iliaque gauche.

IRM: coupe coronale T1 sans inj. de gadoliniumTrait de fracture transversal en hyposignal à la partie

supérieure droite du sacrumNoter l’aspect en hyposignal de l’œdème associé

IRM:coupe coronale T1 avec inj. de gadoliniumVisualisation du trait de fracture sacré droit et prise de

contraste modérée de l’œdème sacré

COMPLICATIONS:4/ INFECTION

� Favorisée par l’ostéoradionécrose � Temps de latence variable� Radiologie: Signes tardifs et peu spécifiquesIRM = examen de choix en cas de suspicion

d’ostéomyélite ou de spondylodisciteMeilleur signe = abcès intra-osseux

Rades D et al. Spondylodiscitis in patients with spinal cord compression: a possible pitfall in radiation oncology. Radiother Oncol. 2001.

Radiographies standard du rachis de face et de profilSpondylodiscite chez une patiente irradiée pour

métastase osseuse d’un cancer du sein 6 mois avant:pincement discal, lacunes, corps vertébral en galette

IRM coupe sagittale en T2, T1 sans et avec gadolinium- Hypersignal T2 des disques adjacents à la vertèbre atteinte.

- Œdème vertébral en hypersignal T2.- Zone nécrosée en hyposignal T1, ne prenant pas le contraste.

- Prise de contraste de l’abcès osseux ( ) exerçant un effet de masse sur le cordon médullaire ( )

Noter l’aspect hétérogène des vertèbres adjacentes par régénération hématopoiétique per-chimiothérapie

T2 T1 sans T1 avec

COMPLICATIONS:5/ TUMEURS RADIO-INDUITES

�Tumeur bénigne- Ostéochondrome = tumeur la plus fréquente- Temps de latence: 5 ans - Facteur favorisant:

enfant traité avant l’âge de 2 ans- Aspect identique à l’ostéochondrome

d’apparition spontanée


Bluemke DA et al. Skeletal complications of radiation therapy. Radiographics. 1994.


� Tumeur maligne- Ostéosarcome dans 90% des cas

Autre: fibrosarcome, chondrosarcome, histiocytome fibreux malin

- Rare: 0,035% des patients irradiés à 5 ans- Temps de latence: 11-14 ans en moyenne- Dose d’irradiation > 30 Gy- Enfant ++

Lorigan JG et al. Radiation-induced sarcoma of bone: CT findings in 19 cases. AJR. 1989.


4 critères établis pour le diagnostic d’ostéosarcome radio-induit:

- Longue période de latence (min. 4 ans, moy.11-14 ans)

- Topographie: au sein du champ d’irradiation- Preuve histologique- Histologie différente de celle de la tumeur initiale


Lorigan JG et al. Radiation-induced sarcoma of bone: CT findings in 19 cases. AJR. 1989.

TDM coupes axiales sans inj. en fenêtre tissus mous et en fenêtre osseuse:

lésion lytique de l’aile iliaque gauche avec fragments osseux ( ) associée à une masse tumorale tissulaire ( ) correspondant à un

ostéosarcome radio-induit

Ostéosarcome de la branche horizontale gauche de la mandibule post-radiothérapie pour angiome cutané de la

joue dans l’enfance

Radiographie standard de mandibule

Prolifération tumorale ( ) à développement cortical externe de la branche horizontale mandibulaire gauche

TDM en fenêtre osseuse

syndrome de masse extra-mandibulaire ( ) associé à la prolifération tumorale ( )

IRM: coupe axiale en T1 avec gadolinium sans et avec saturation de la graisse

Syndrome de masse tissulaire ( ) développé au dépens de la branche horizontale mandibulaire gauche avec lyse de la corticale

externe ( ) et infiltration médullaire ( )

MODIFICATIONS OSSEUSES RADIO-INDUITES versus RECIDIVE TUMORALE:

DIFFERENCIATION

Données essentielles au diagnostic:- Connaître la pathologie initiale- Connaître les traitements antérieurs

(champs d’irradiation ++)- Disposer des documents d’imagerie

précédents pour comparaison précise- Examen clinique


DIFFERENCIATION

Facteurs favorisant une récidive tumorale locale:- Extension locale- Extension ganglionnaire- Marges d’éxérèse non saines- Poursuite d’une éventuelle intoxication en cas

de cancer alcoolo-tabagique dépendant


DIFFERENCIATION

Critères radiologiques en faveur d’une récidive tumorale:

- Syndrome de masse- Prise de contraste nodulaire- Envahissement osseux cortical (lyse ou

érosion/TDM++) ou médullaire (IRM++)- Apparition d’adénopathies loco-régionales- Modification comparativement au bilan antérieur


DIFFERENCIATION

Critères radiologiques en faveur de remaniements post-RT:

- Caractère restreint au champ d’irradiation- Absence de masse associée- Absence de prise de contraste nodulaire- Aspect stable au cours des examens de

surveillance

IRM pelvienne: coupe coronale T2Patiente traitée par RT et chimiothérapie pour un cancer du col

utérin stade IVSurvenue 2 ans après de douleurs pelviennes et lombaires:

récidive locale ( ) et fracture aile iliaque gauche ( )

IRM pelvienne: coupe sagittale T2fracture aile iliaque gauche post-RT ( )

IRM pelvienne T2, T1 sans et avec gadolinium (soustraction)

- Remaniements osseux post-RT des vertèbres sacrées en hypersignal T1 et T2, sans prise de contraste

-Métastase osseuse de L5 en hyposignal T1 et T2 avec prise de contraste nodulaire ( )

- Récidive tumorale au niveau du col utérin ( )


DIFFERENCIATIONTechniques d’imagerie:Délai de 4 mois après RT�TDM�IRM

Sensibilité et spécificité > scintigraphie pour détection de métastases osseuses

Ghanem N et al. Comparative diagnosic value and therapeutic relevance of MRI and bone marrow scintigraphy in patients with metastatic solid tumors of the axial skeleton. Eur J Radiol.2002


DIFFERENCIATIONTechniques d’imagerie – suite�TEP +++ - Sensibilité et VPN élevées ++- Etude corps entier ++ - Tumeur Hyperfixation d’un marqueur riche

en glucose (FDG)- ATTENTION: nombreux faux positifs (granulome

inflammatoire, foyer infectieux, contraction musculaire accrue)

Greven KM et al. Can positron emission tomography distinguish tumor recurrence from irradiation sequelae in patients treated for larynx cancer? Cancer J Sci Am.1997.

CONCLUSION

• La différenciation entre remaniements osseux post-RT et récidive tumorale reste difficile.

• Intérêt de bien connaître l’aspect en imagerie des modifications osseuses induites par la RT.

• Technique prometteuse = TEP-TDM

REFERENCES• Mitchell MJ et al. Radiation-induced changes in bone.

Radiographics. 1998.• Stevens SK et al. Early and late bone-marrow changes

after irradiation: MR evaluation. AJR Am J Roentgenol. 1990.

• Chow et al. CT evaluation of breast cancer patients with osteolytic bone metastases undergoing palliative radiotherapy. Radiother Oncol. 2004;70(3):291-4.

• Chen HH et al. Changes in bone mineral density of lumbar spine after pelvic radiotherapy. Radiother Oncol. 2002 Feb;62(2):239-42.

• Roebuck DJ. Skeletal complications in pediatric oncology patients. Radiographics. 1999.

REFERENCES

• Sovik E et al. Post irradiation changes in the pelvic wall. Findings on MR. Acta Radiol. 1993.

• Bluemke DA et al. Skeletal complications of radiation therapy. Radiographics. 1994.

• Blomlie V et al. Incidence of radiation-induced insufficiency fractures of the female pelvic: evaluation with MR imaging. AJR. 1996.

• Rades D et al. Spondylodiscitis in patients with spinal cord compression: a possible pitfall in radiation oncology. Radiother Oncol. 2001.

• Lorigan JG et al. Radiation-induced sarcoma of bone: CT findings in 19 cases. AJR. 1989.

REFERENCES

• Ghanem N et al. Comparative diagnosic value and therapeutic relevance of MRI and bone marrow scintigraphy in patients with metastatic solid tumors of the axial skeleton. Eur J Radiol.2002.

• Greven KM et al. Can positron emission tomography distinguish tumor recurrence from irradiation sequelae in patients treated for larynx cancer? Cancer J Sci Am.1997.

• Meyer MA et al. Reduced F-18-fluorodeoxyglucose uptake within marrow after external beam radiation. Clin Nucl Med 2002.

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