J Radiol 2006;87:807-21© Éditions Françaises de Radiologie, Paris, 2006 formation médicale continue le point sur…

IRM de perfusion des tumeurs cérébrales

JF Le Bas, S Grand, A Krainik, V Lefournier, I Tropres et C Rémy

es tumeurs cérébrales, quelle que soit leur nature, consti-tuent une entité dont la localisation particulière est sourcede difficultés thérapeutiques et de conséquences rapide-

ment délétères lors de la croissance tumorale. Les difficultés thé-rapeutiques tiennent en partie aux difficultés de caractérisationin situ, à partir d’une biopsie, et au problème de classificationet/ou de grading, qui gêne des évaluations thérapeutiques biencodifiées.Il apparaît dès lors capital, pour progresser dans le traitement etl’évolution des thérapeutiques, de trouver de nouveaux mar-queurs en biologie sur les biopsies, mais aussi en imagerie dansune approche globale de la tumeur et de son environnement.L’étude de la vascularisation de la tumeur, et plus précisément, lacaractérisation microvasculaire de la tumeur, constituent sansaucun doute un enjeu important dans cette perspective.La formation de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de vais-seaux existants (angiogenèse ou néo-vascularisation) est nécessairepour la croissance tumorale et pour la dissémination métastati-que (1). Par ailleurs, l’efficacité de la radiothérapie, de la chimio-thérapie ou de thérapies spécifiquement anti-angiogéniques, estconditionnée à la fois par le degré d’oxygénation et par la naturede la vascularisation des tumeurs (2). Ainsi, la caractérisation desparamètres hémodynamiques et morphométriques de la micro-vascularisation d’une tumeur peut jouer un rôle important dansle diagnostic, la planification d’une thérapie anti-tumorale et lesuivi du traitement des tumeurs malignes.L’IRM de perfusion (3-4) effectuée à l’aide d’agents de contrasteinfusés dans le sang, occupe déjà une place importante en cancé-rologie. Cette technique est non invasive et, à la différence d’unebiopsie, donne des renseignements sur tout le volume d’une tu-meur. La limitation majeure de l’IRM est que sa résolution spa-tiale est faible : les dimensions d’un voxel dépassent largementcelles d’un capillaire. L’exploitation ou l’analyse des donnéesrepose sur l’utilisation de modèles basés sur des hypothèses

concernant la cinétique des traceurs à l’échelle du capillaire et deleur extravasation. Ces hypothèses ne sont probablement pastotalement vérifiées dans le cas de tumeurs cérébrales : les néo-vaisseaux présentent des caractéristiques différentes des vaisseauxnormaux en terme de tortuosités, d’épaississements pariétaux, deréactivité, ou encore de perméabilité.Après avoir rappelé les principes de bases de la technique (5), ditede premier passage, il convient, à la lumière de l’expérience ac-quise et de celle de la littérature d’analyser l’apport et les limitesde cette technique (aujourd’hui utilisable en routine sur toutes lesmachines) et de voir quelles sont les évolutions que l’on peut at-tendre dans ce domaine, au niveau de cette technique ou auniveau de techniques alternatives.

Description de la technique de premier passage

1. Principes de baseLes produits de contraste à base de Gadolinium jusqu’ici utilisésen imagerie par résonance magnétique ont des effets paramagné-tiques et modifient localement les temps de relaxation des signauxRMN observés. Les mécanismes mis en jeu sont assez complexes(plus complexes que ne l’est la modification de contraste induitepar l’injection d’iode en imagerie par rayons X) et il n’y a pas pro-portionnalité, dans toute situation, entre les effets observés et laconcentration in situ du produit injecté. Ces produits de contraste,injectés par voie intraveineuse, vont être véhiculés dans lecompartiment vasculaire, ils vont y diffuser et se distribuer auxcompartiments tissulaires par extravasation vers les espaces in-terstitiels.Parmi les mécanismes du contraste en imagerie par résonancemagnétique, il en est un, en particulier, qui correspond à deseffets de susceptibilité magnétique. Cet effet se traduit par unediminution du signal RMN (diminution due à des déphasagesentre les signaux électriques) dans un champ magnétique inho-mogène. C’est ce qui se passe aux interfaces vaisseaux-tissus,

Abstract RésuméPerfusion MR imaging in brain tumors.J Radiol 2006;87:807-21

Perfusion MR Imaging is useful for initial diagnosis and follow up of brain tumors. Dynamic susceptibility contrast MR imaging is described. The limitations and advantages of this technique are discussed with respect to quantification and interpretation of results.

L’approche de la perfusion par IRM des tumeurs cérébrales permet une caractérisation de l’angiogenèse tumorale et devient un élément important dans le diagnostic initial et le suivi de l’évolution des tumeurs cérébrales. La technique la plus facile à utiliser est la technique de premier passage : elle requiert l’injection intraveineuse d’un embole de produit de contraste IRM et des acquisitions rapides pondérées en T2 ou T2*. La réalisation pratique et l’interprétation des données sont analysées. La discussion porte sur les aspects métho-dologiques et d’interprétation clinique.

Key words: Brain neoplasms, MR. Magnetic Resonance (MR), Perfusion study. Magnetic Resonance (MR), contrast enhancement.

Mots-clés : Encéphale, tumeur. IRM, perfusion. Produit de contraste, technique d’exploration.

L

Unité IRM, CHU Grenoble, BP 217, 38043 Grenoble Cedex 9.Correspondance : JF Le BasE-mail : JFLeBas@chu-grenoble.fr

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lorsque le produit de contraste est distribué uniquement dans lecompartiment vasculaire. Ce produit paramagnétique acquiert,dans le champ statique créé par l’aimant de l’équipement RMN,une aimantation différente de celle du milieu environnant : depart et d’autre des vaisseaux, et sur quelques dizaines de microns,il existe un gradient de champ magnétique entre la lumière vas-culaire et les espaces interstitiels et cellulaires adjacents. La dimi-nution du signal observé dans un volume élémentaire, dépend dela concentration du traceur dans le vaisseau (c’est-à-dire en faitdans le plasma sanguin), mais elle est aussi en première approxi-mation proportionnelle au nombre de vaisseaux par unités de vo-lume, c’est-à-dire à la densité vasculaire.En allant un peu plus loin, on peut même dire et montrer (par desétudes de modèles) que cette diminution de signal dépend dunombre de vaisseaux et de leur diamètre. Parmi les espoirs fon-dés sur l’étude par RMN de l’angiogenèse, il y a clairement cetteperspective d’apprécier in situ et in vivo la densité vasculaire et ladistribution des diamètres des vaisseaux : cette approche pourraitdevenir un outil essentiel dans la quantification de l’angiogenèsetumorale et dans le suivi de son évolution sous traitement.Si on réalise une injection rapide d’un bolus intraveineux (5 à 6 ml/s)une quantité de produit de contraste voisine de celle qu’on utilisehabituellement (0,2 ml/kg), contemporaine d’une acquisition dy-namique (15 coupes de 5 à 6 mm d’épaisseur toutes les 2 secondespar exemple) pendant 1 minute, dans le plan axial, on se retrouveavec un volume de données de 30 dynamiques sur 15 niveaux decoupes.On observe facilement lors du défilement d’une coupe sur l’écranen fonction du temps, qu’il existe 10 à 15 secondes après l’injec-tion du produit de contraste, une diminution relative du signalRMN importante dans les vaisseaux péri-cérébraux mais notableaussi au niveau du parenchyme. Après être passées par un mini-mum, qui intervient dans les 5 à 10 secondes, suivant l’arrivée du

produit de contraste, les intensités signaux retrouvent leur valeurde départ après encore un délai de 10 à 15 secondes. Ceci corres-pond aux effets liés au premier passage du produit de contrastedans le compartiment vasculaire. Le retour à l’équilibre peut êtreaffecté par un deuxième passage qu’on observe parfois.La prise en compte au cours du temps de la variation du signal enchaque pixel de chaque coupe constitue un échantillonnage de lacourbe de premier passage en chacun de ces volumes élémentaires.L’amplitude de la variation, et plus précisément la surface sous lacourbe de premier passage, est proportionnelle au volume san-guin cérébral régional (VSCr). Un paramétrage plus précis decette courbe de premier passage, modélisée par une fonction« gamma dérivée » permet de mesurer différentes caractéristi-ques (fig. 1) :• T0 : le temps qui correspond à l’arrivée du bolus et donc audébut de la courbe ;• Tc : le temps qui correspond au minimum c’est-à-dire aumaximum de la variation de contraste (time to peak) ;• VSC : index de volume sanguin cérébral régional, calculéd’après la surface sous la courbe ;• TTM : le temps de transit moyen (mean transit time) ;• DSC : index de débit sanguin cérébral calculé à partir du rap-port entre le volume sanguin cérébral et le TTM.Ce qui va nous intéresser pour étudier la néo-vascularisation tu-morale, c’est cette possibilité d’avoir accès de façon simple et im-médiate (en 1 minute) à un paramètre tissulaire comme le volumesanguin cérébral régional, qui sera mesuré point par point danstout le plan de coupe. Cette mesure n’est aujourd’hui que relativeet l’interprétation se fait par comparaison d’une région d’intérêt(ROI) par rapport à une autre. Mais elle permet quantitative-ment de comparer, pour deux régions d’intérêt, l’importance dela variation du volume sanguin cérébral observé. On pourra ainsiobserver que, dans la couronne hypervascularisée d’un glioblas-tome par exemple, le volume sanguin cérébral régional est multi-plié par 3 ou 4 par rapport au tissu normal.À l’inverse, on pourra constater que le volume sanguin cérébralrégional est diminué d’un facteur 1,2 ou 1,5 lorsqu’il y a œdèmeou hypercellularité tumorale.On peut, en première approximation, considérer que l’on a ainsiaccès à un paramètre vasculaire représentatif de la densité vasculai-re. Ce paramètre est indépendant de la prise de contraste qui estobservée sur des images T1 standard, que l’on pourra (et qu’il fau-dra) acquérir à distance de l’injection.La « prise de contraste », que l’on observe en IRM cérébrale 5 à10 minutes après l’injection est le reflet, non pas de la densité vas-culaire, mais principalement de l’extravasation du produit decontraste au-delà de la barrière hémato-encéphalique (BHE).Cette extravasation au-delà de la BHE, lorsqu’elle est lésée, (etc’est le cas en général au niveau des néo-vaisseaux), est bien miseen évidence sur les courbes de premier passage. Elle se traduit parune remontée de l’intensité des signaux IRM, après le premierpassage, au-delà de la ligne de base. Cet effet de dépassement dela ligne de base est très directement lié aux effets T1 qui se mani-festent sur des séquences à TR court (fig. 2).

2. Aspects pratiques2.1. L’acquisitionDans la réalisation de ce type d’examen, plusieurs exigences sontà respecter.

Fig. 1 : Courbe de premier passage. Pour une région d’intérêt défi-nie, la courbe de premier passage représente la variation de l’intensité du signal RMN moyen mesurée en fonction du temps. À partir des points expérimentaux, on peut, par un ajustement, modéliser cette courbe en déterminant les para-mètres T0, Tc, VSC (volume sanguin cérébral), TTM (temps de transit moyen). Celui qui nous intéresse pour caractériser l’angiogenèse tumorale est le VSC qui est apprécié à partir de la surface « sous » la courbe du 1er passage.

Fig. 1: First-pass curve in region of interest represents the inten-sity variation of MR signal on dynamic imaging. Modelisa-tion of this curve allows to determine parameters like T0, Tp (Time to peak), CBV (cerebral blood volume), MTT (mean transit time), CBF (cerebral blood flow). Tumoral angiogenesis is appreciated on CBV measurement “under” the first-pass curve.

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• Les temps d’injection « en bolus » qui permettent au niveaucarotidien de retrouver un embole contrasté doivent être courts.Il ne faut pas oublier que le passage cardio-pulmonaire crée unfiltrage temporel de cet embole et qu’il est illusoire de vouloir quetout le produit de contraste injecté en intraveineux puisse se re-trouver dans la même fraction d’éjection au niveau du ventriculegauche. En pratique, la largeur de cet embole artériel estd’une dizaine de secondes. Une vitesse d’injection de 5 à 6 mlpar seconde est tout à fait suffisante pour injecter un volume deproduit de contraste qui va être de 15 à 20 ml, voire davantage sion utilise des doses d’injection qui dépassent les traditionnels0,2 ml par kilogramme de poids. Certains préconisent une dou-ble dose (6). À notre avis, si l’on doit travailler avec des séquencesd’écho de gradient, cette double dose rehausse de façon trop im-portante les gros vaisseaux péri-cérébraux, et peut nuire à l’ana-lyse quantitative de voxels situés proches des régions corticales.Le fait d’utiliser un injecteur à double corps, qui permet de poussercet embole contrasté avec un volume équivalent, voire supérieur,de sérum physiologique, assure la meilleure reproductibilité desrésultats.• Des temps d’échantillonnage de l’ordre de 2 secondes convien-nent. Des temps plus longs peuvent nuire à la précision des re-constructions paramétriques. Des temps plus courts n’apportentrien sur le plan de cette précision et peuvent nuire cette fois aurapport signal/bruit, donc à la qualité des mesures.• Des séquences pondérées en T2 ou en T2* sont nécessairespour exploiter correctement les effets de susceptibilité magnétiqueliés à l’embole contrasté. Les variations de signal sur les séquences

en T2 sont représentatives des variations de densité de la micro-circulation et les séquences T2* sont plus sensibles à des vaisseauxde plus grande taille. En théorie, il conviendrait donc de travailleren séquence de spin écho. En pratique, pour des raisons decompromis entre la dynamique, le nombre de coupes et le rapportsignal/bruit, il n’y a pas semble-t-il, dans la caractérisation des tu-meurs en tout les cas, de différence importante en ce qui concerneces mesures de volume sanguin cérébral par l’une ou l’autre destechniques d’acquisition (SE ou EG, EPI). La signification des ré-sultats et les seuils discriminants entre les volumes sanguins céré-braux relatifs mesurés par ces deux approches sont équivalentspour peu que l’on évite de faire des mesures dans des volumesd’intérêt qui incluent de façon évidente des gros vaisseaux.• Les épaisseurs de coupes et les résolutions spatiales dans leplan d’acquisition doivent permettre de couvrir la zone d’intérêtdans un temps d’acquisition imparti, en gardant un bon rapportsignal/bruit. Une matrice 128 × 128, voire 128 × 64, suffit en pra-tique.

2.2. Le post-traitementIl existe aujourd’hui, sur tous les équipements récents 1,5 Tesla(et probablement 3 Tesla), des logiciels qui permettent facile-ment l’établissement des cartes paramétriques et leur utilisationsur la station de post-traitement livrée avec la machine.Ces logiciels permettent à partir de l’ensemble des dynamiquesde reconstituer les cartes paramétriques T0, Tc, VSC, TTM,DSC. Dans le cas des tumeurs, ce sont essentiellement les cartesVSC (volume sanguin cérébral) qui nous intéressent. Elles sont

Fig. 2 : Glioblastome.a-b Il n’y a pas de superposition exacte entre la prise de contraste en

T1 après injection de chélates de Gadolinium (a) et les valeurs de volume sanguin cérébral observées dans chaque pixel sur la carte paramétrique (b).

c Il existe une angiogenèse tumorale mais aussi d’importantes lésions de la BHE si l’on en juge par l’extravasion dont témoi-gne la remontée de la courbe de premier passage au-dessus de la ligne base.

Fig. 2: Glioblastoma.a-b There is not a complete superposition between enhancement

on postcontrast T1-weighted images (WI) (a) and values of CBV for each pixel on a parametric map (b).

c There is tumoral angiogenesis but also important lesions of BBB (blood brain barrier) as demonstrated by extravasation of contrast agent.

a bc

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Fig. 3 : Abcès cérébral. Ce patient, au décours d’un traitement immunosuppresseur, présente une lésion frontale qui s’est révélée être un abcès.

a Sur l’image pondérée en T2, il paraît difficile d’argumenter en faveur de ce diagnostic.b L’image en T1 après injection de chélates de Gadolinium est déjà plus évocatrice avec une prise de contraste périphérique et un centre

nécrotique.c L’image de perfusion est intéressante car elle montre qu’il n’y a pas d’angiogenèse en périphérie de la lésion, ce qui est peu en faveur

du diagnostic de tumeur agressive primitive ou secondaire.

Fig. 3: Cerebral abscess. This patient under immunosuppressive therapy has a frontal abscess.a Diagnosis is ambiguous on T2-WI.b Postcontrast T1-WI is more suggestive with a peripheral contrast uptake and a necrotic center.c Perfusion imaging does not demonstrate angiogenesis at the periphery of the lesion, as we can see in aggressive tumors.

a b c

Fig. 4 : Sclérose en plaques dans une phase évolutive. Ce patient présente un déficit de l’hémicorps gauche d’évolution assez rapide. En fait, il s’agissait d’une sclérose en plaques dans une phase évolutive, diagnostic qui pouvait se faire au vu de l’ensemble des coupes de la séquence en T2.

a Il existe, sur les images en T2, des lésions multiples.b La lésion du centre ovale à droite prend le contraste sur les images en T1.c L’imagerie de perfusion n’objective pas à ce niveau d’augmentation significative du volume sanguin cérébral.

Fig. 4: Multiple sclerosis in acute phase. This patient presents with rapidly progressive left hemiparesis. He has multiple sclerosis in the acute phase. This diagnostic could be done on T2-WI.

a Mutilple brain lesions are demonstrated.b One lesion located in the centrum semi ovale enhances on post-contrast T1-WI.c Perfusion imaging does not demonstrate CBV increase.

a b c

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établies à partir de la courbe de premier passage en chaque pointpar un ajustement par moindre carré par rapport à une courbegamma dérivée modélisée. La surface sous la courbe modéliséeest alors calculée et exprimée dans une échelle arbitraire en termede VSC. Le résultat est présenté avec une échelle colorimétrique,que l’on va exploiter visuellement en faisant varier la fenêtre devisualisation pour l’ensemble de la coupe imagée.Pour une exploitation quantitative, bien que relative, il convientde choisir des ROI (régions d’intérêt) en zone pathologique et enzone saine, ce qui est source d’approximations, et il convient dedéfinir un certain nombre de règles pour standardiser au mieuxles résultats.

2.2.1. Le choix de la région d’intérêt (ROI) en zone pathologiqueTous les utilisateurs s’accordent sur le fait qu’il convient de choi-sir cette ROI dans la zone où le VSC apparaît le plus élevé. C’esten effet dans la zone d’angiogenèse maximum qu’il faut essayerde caractériser la lésion. Pour ce faire, il faut que la ROI soit pla-cée en dehors des gros vaisseaux corticaux, ou en dehors bien sûrde zones qui incluraient des vaisseaux profonds ou une partie desplexus choroïdes. On s’aide pour cela des coupes axiales en T1qui auront été acquises en général à distance de l’injection pourapprécier la prise de contraste conventionnelle. Il faut aussi choi-sir une taille de ROI qui permette d’inclure une dizaine de pixels,ce qui correspond en pratique à une ROI de l’ordre du cm2. Endéplaçant cette ROI, on peut apprécier les variations de ce para-mètre dans différentes zones de la lésion, apprécier aussi l’allurede la courbe de premier passage et la qualité de l’ajustement pourfaire un choix qui soit cohérent. Ce travail devra être fait sur lesdifférentes coupes qui passent par la tumeur.

2.2.2. Le choix de la ROI en zone sainePlusieurs possibilités sont offertes : soit retenir en zone saine uneROI symétrique à celle choisie en zone pathologique quand c’estpossible ; soit choisir systématiquement une ROI dans une zone desubstance blanche repérable sur la même coupe ; une troisième so-lution qui pourrait assurer une meilleure reproductibilité, maisqui est peu utilisée semble-t-il, serait de choisir une ROI qui englo-be la majeure partie de l’hémisphère contro-latéral à la tumeur.En pratique, nous utilisons la seconde option (ROI placée dans lasubstance blanche) comme la plupart des équipes.On calcule ensuite par simple division le rapport entre ce volumesanguin cérébral maximal dans la lésion et le volume sanguin céré-bral en zone normale, et c’est à partir de cette valeur VSCmax/VSCnormal que l’on va raisonner par la suite. On le notera rVSC.Il est clair que la mesure faite dans ces conditions est sujette à desvariations internes inter et intra observateurs assez importantes,probablement de l’ordre de quelques 20 ou 30 % voire davantagepour le VSCmax. Ces variations seront d’autant plus importantesque la lésion est hétérogène et angiogénique (7).Avec ces réserves, la plupart des auteurs s’accordent pour définirun seuil du rapport VSCmax/VSC normal (rVSC) qui se situeentre 1,5 et 2 pour parler de néo-angiogenèse significative.

Résultats cliniques : les questions poséesNous ne reprendrons pas ici tous les résultats qui ont été publiés(8-9). Nous nous contenterons de donner un certain nombre

d’exemples pratiques qui montrent comment l’IRM de perfusionpermet de répondre aux différentes questions posées dans la ges-tion de ces tumeurs cérébrales.

1. Le diagnostic de tumeur cérébraleL’étude en perfusion est intéressante dans diverses situations oùle diagnostic différentiel se pose entre une tumeur cérébrale etune lésion circonscrite d’une autre nature.• Dans le cas d’une lésion infectieuse (qui par ailleurs pourraêtre affirmée par diffusion ou par spectrométrie, s’il s’agit d’unelésion à pyogènes) la prise de contraste au niveau de la paroi necorrespond pas à une zone de VSC élevée (fig. 3). Elle peut mêmeapparaître assez avasculaire, ce qui est contraire à ce que l’on ob-serve dans le cadre d’une tumeur nécrosée, qu’elle soit primitiveou secondaire. La prise de contraste en IRM T1 est liée dans cecas à l’inflammation et aux ruptures de la BHE et non pas à unenéo-vascularisation.• Dans le cas de lésions de sclérose en plaques, qui peuvent avoirun aspect pseudo-tumoral avec des prises de contraste le plus sou-vent modérées, l’image de perfusion n’objective aucune élévationdu rVSC, amenant là encore à s’interroger sur l’hypothèse tumo-rale (fig. 4).

2. Le diagnostic différentiel entre différentes entités tumoralesDans notre expérience et lorsque l’imagerie standard ne permetpas de conclure ou fait hésiter entre plusieurs hypothèses, l’ima-gerie de perfusion est toujours informative (8-9). Elle peut êtredécisive dans un certain nombre de situations, qui ont déjà faitl’objet de publications antérieures (10-12).• Entre un gliome de haut grade et un lymphome par exemple,le gliome de haut grade se présente dans la majorité des cas avecun rVSC compris entre 2 et 5 au niveau de la prise de contraste,alors que le lymphome se présente lui avec un rVSC normal,voire diminué, au niveau de la prise de contraste même quandcelle-ci est relativement intense. De fait, l’hypercellularité tumo-rale s’accompagne de lésions de la BHE, mais il n’y a pas de néo-angiogenèse (fig. 5).• Entre un astrocytome pilocytique du cervelet, lorsqu’il se pré-sente avec une composante kystique et un nodule mural quiprend le contraste, et un hémangioblastome, on fera très bien ladifférence, ce dernier présentant une élévation très importantedu rVSC au niveau du nodule mural (rVSC de 8 à 10) (fig. 6).• Entre différentes entités métastatiques, on identifiera les mé-tastases très vasculaires qui se présentent avec des rVSC trèsélevés et qui font évoquer une tumeur primitive au niveau durein ou un mélanome (rVSC supérieur à 5) (fig. 7).• Entre un méningiome et d’autres hypothèses tumorales, l’ima-gerie de perfusion sera utile, notamment lorsqu’il s’agit d’un mé-ningiome intra-ventriculaire. Le méningiome présente souventdes rVSC très élevés de l’ordre de 6 à 10 qui sont assez typiques(fig. 8).

3. Le grading des tumeurs glialesCette question est bien résolue s’il s’agit de différencier entre unastrocytome de bas grade qui prend le contraste (comme l’astro-cytome pilocytique, voire le xantoastrocytome) et un gliome dehaut grade. Pour l’astrocytome pilocytique, curieusement, il n’y a

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pas d’augmentation importante du rVSC dans la zone qui prendle contraste (fig. 9). Il se peut que l’effet T1 dû à la filtration mas-que en partie les effets T2* lors du 1er passage.Un cas qui mérite une attention plus particulière est celui des oligo-dendrogliomes. On pourrait espérer que cette approche par per-fusion avec la mesure du rVSC puisse être plus indicative que nel’est la seule prise de contraste au niveau d’un nodule au seind’une plage qui apparaît en hyposignal en T1. Faut-il en conclurequ’il s’agit dans ce cas d’une transformation maligne locale selonla tendance habituelle d’évolution de ces lésions ?En fait, il est acquis qu’il existe des oligodendrogliomes de bas gradequi localement présentent un nodule qui prend le contraste et quin’évoluent pas ou évoluent lentement (10), alors que d’autres qui neprésentent pas de prise de contraste lors d’un premier examen vontévoluer rapidement vers une lésion de haut grade. La mesure durVSC pourrait être plus indicative que ne l’est la prise de contraste.Il n’est pas assuré que la mesure du rVSC puisse tout résoudre,mais, à la lumière de travaux déjà publiés sur ce sujet et à celle denotre expérience, il nous paraît intéressant d’approfondir ce point

en réalisant une étude multicentrique qui inclut un nombre impor-tant de malades et pour lequel l’examen anatomo-pathologique etl’évolution clinique permettraient d’individualiser précisément lesindividus dans ces deux groupes (fig. 10).

4. Le bilan d’opérabilitéEn général, l’IRM de perfusion n’apporte pas grand-chose dansl’appréciation des limites de la lésion. Au niveau d’une infiltra-tion tumorale comme au niveau de l’œdème, au-delà de la prisede contraste, on a en règle générale une diminution du volumesanguin cérébral. Dans le cas où la tumeur est agressive et a unretentissement vasculaire, l’IRM de perfusion fera bien la diffé-rence entre une éventuelle zone ischémique et la lésion tumoraleelle-même, avec dans la zone ischémique une hypoperfusionet surtout un retard d’opacification que l’on appréciera sur lescartes paramétriques T0 et MTT (fig. 11).L’IRM de perfusion est, en revanche, intéressante dans la pers-pective d’une biopsie en conditions stéréotaxiques pour guider le

Fig. 5 : Lymphome cérébral.a-b Les images T2 (a) et T1 avec injection (b) sont peu spécifiques.c L’image de perfusion n’objective pas de néo-vascularisation significative.d Les courbes de premier passage montrent qu’il n’y a pas d’augmentation impor-

tante du volume sanguin cérébral mais qu’il existe par contre une extravasation interstitielle. Cet aspect est évocateur d’un lymphome.

a bc d

Fig. 5: Primary CNS lymphoma.a-b T2-WI (a) and postcontrast T1-WI (b) are not specific.c Perfusion imaging shows no significant increase of CBV.d First-pass curve shows interstitial extravasation of contrast agent compatible with lymphoma.

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geste sur la zone d’angiogenèse maximale, zone qui ne corres-pond pas toujours à celle où l’intensité de la prise de contraste estla plus importante.

5. Le suivi évolutifLe suivi d’une tumeur traitée se fait d’abord, il est vrai, sur deséléments morphologiques concernant la taille de la tumeur. Maisl’analyse en contraste peut être un élément important dans cesuivi, l’apparition d’une prise de contraste étant en général évoca-trice d’une évolution péjorative de la lésion. À l’inverse, la dimi-nution d’une prise de contraste, sous chimiothérapie par exempleest logiquement en faveur d’une efficacité thérapeutique.On manque encore de données quantitatives pour juger dans cescirconstances le plus que pourrait apporter la mesure du VSC.Par contre, dans le cas des lésions traitées par radiothérapie, etqui ont bien répondu à ce traitement, il est établi que lors d’unereprise évolutive à distance avec un œdème et une prise decontraste, l’IRM de perfusion est intéressante pour argumenteren faveur d’une récidive ou d’une radionécrose, la radionécrosene s’accompagnant pas d’une néo-angiogenèse, mais d’une né-crose vasculaire.

DiscussionDe nombreux travaux ont été publiés depuis 15 ans après les pre-mières publications originales de l’équipe de Boston sur l’apport

de cette technique de premier passage à la caractérisation destumeurs cérébrales. La plupart des références importantes et an-térieures à 2002 peuvent être retrouvées dans l’article de revuepublié par HJ Aronen et J Perkio (10).Dans le cadre de la discussion, nous souhaitons cibler troispoints : le premier est relatif aux aspects méthodologiques et à laquantification ; le deuxième concerne les aspects cliniques et lesuivi de l’évolution ; le troisième permet d’évoquer d’autres ap-proches, qui potentiellement, pourraient se développer dans lesannées qui viennent.

1. L’IRM de perfusion en technique de 1er passage1.1. Sur le plan méthodologiquePour tous les aspects relatifs aux paramètres d’injection, aux tech-niques d’acquisition et aux post-traitements qui permettent l’éta-blissement des cartes paramétriques et leur exploitation, nousrenvoyons le lecteur à l’ouvrage de AG Sorensen et P Reimer (5)qui constitue une excellente référence en la matière.• La valeur du VSC mesurée dans une ROI ne peut à elle seuleavoir une signification quantitative précise : elle dépend de lafonction d’entrée artérielle et des paramètres de séquence. Enrevanche, si l’on fait l’hypothèse réaliste, que ces différents pa-ramètres influent « de façon proportionnelle » sur les valeursmesurées en zone pathologique et en zone saine, on peut esti-mer que les rapports des volumes sanguins cérébraux mesurésentre les deux zones sont quantitativement significatifs et re-productibles.

Fig. 6 : Hémangioblastome de la fosse cérébrale postérieure.a Lésion kystique de la fosse cérébrale postérieure avec un

nodule mural qui prend le contraste sur l’image en T1.b-c L’imagerie de perfusion (b) est particulièrement démons-

trative avec cette augmentation importante du volume sanguin cérébral au niveau du nodule et un rapport prati-quement de 10 par rapport au tissu normal (c). Cet aspect est très évocateur d’un hémangioblastome.

Fig. 6: Hemangioblastoma of posterior cerebral fossa.a Cystic lesion of posterior cerebral fossa with enhanced

peripheral nodule on postcontrast T1 WI.b-c Perfusion imaging (b) is very contributive demonstrating

within the nodule a strong increased CBV ratio of 10 (c).

a bc

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• Un point qui mérite attention est celui du choix de la séquen-ce : spin écho ou écho de gradient. Les travaux de RM Weisskoffet al. (13) ont bien montré, sur la base de modélisation précise duréseau vasculaire dans un voxel (distribution, taille des vaisseaux,densité des vaisseaux), que les séquences de spin écho sont plussensibles aux variations de densité des micro-vaisseaux de tailleinférieure à 10 microns, alors que les séquences d’écho de gra-dient sont plus sensibles aux variations de densité de vaisseaux detaille supérieure à 10 microns. Il serait donc plus logique pourapprécier précisément une augmentation de la prolifération vas-culaire dans le parenchyme tumoral, si l’on veut être comparatifet reproductible, de travailler en spin écho. En pratique en spinécho, les variations de l’intensité du signal sont plus faibles qu’enécho de gradient, et pour arriver à une bonne sensibilité, il fautinjecter des doses de produit de contraste plus importantes, ce quifait que la plupart des équipes utilisent aujourd’hui des séquen-ces en écho de gradient. À la lumière de ce que l’on peut voir dansla littérature, les valeurs des rapports rVSC obtenues par l’une etl’autre des techniques ne semblent pas très différentes et quelle

que soit la technique, on retrouve dans la littérature qu’un rap-port rVSC > 1,5 à 1,7 entre tissu tumoral et tissu sain est corréléavec l’existence d’une prolifération microvasculaire. Dans la dis-tinction entre gliome de haut grade et gliome de bas grade, MHLev et al. (10), travaillant en spin écho, trouvent un seuil statisti-que discriminant pour ce rapport rVSC qui se situe à 1,5 alorsque d’autres auteurs qui travaillent en écho de gradient le situentvers 1,7 (14). Compte tenu de la précision de ces mesures, ces dif-férences sont peu significatives.• Les modifications de perméabilité vasculaire qui sont fré-quemment présentes lorsqu’il existe une néo-vascularisation tu-morale peuvent se traduire par une extravasion rapide du produitcontraste, dès le premier passage, du secteur vasculaire dans lesecteur extra-vasculaire et sont responsables de modifications deT1. Ces modifications de T1 vont entraîner sur la courbe de pre-mier passage une remontée de la courbe au-dessus de la ligne debase, et dans ce cas, on a une sous-estimation de la surface sous lacourbe de premier passage lors de la mesure du volume sanguincérébral à partir de l’intégration de la surface de la courbe de pre-

Fig. 7 : Métastase du tronc cérébral d’un cancer du rein.a Cette lésion unique du tronc cérébral qui s’accompagnait d’une symptomatologie clinique relativement aiguë apparaît relativement

bien limitée en T2.b Elle prend le contraste après injection de chélates de Gadolinium sur l’image en T1.c-d L’image de perfusion (c) objective une augmentation très locale et limitée du volume sanguin cérébral avec un rapport par rapport au

tissu normal qui est pratiquement de 10 (d).

Fig. 7: Metastatis of the brainstem from kidney cancer.a-b This solitary lesion of the brainstem appears well-limited on T2-WI (a) and postcontrast T1 WI (b).c-d Perfusion imaging (c) demonstrates an increased CBV ratio of 10 (d).

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mier passage. Pour corriger cet effet, on peut, soit injecter unepetite dose de produit de contraste avant la réalisation de la sé-quence de perfusion, de façon à ce que cette augmentation de T1se traduise déjà sur la ligne de base avant l’injection réalisée pourla mesure de la perfusion, soit apporter des corrections logicielles.En pratique et dans tous les cas, il est intéressant de regarder l’al-lure de ces courbes de premier passage pour mieux interpréter lesvaleurs de VSC mesurées.

1.2. Sur le plan de l’utilisation clinique et de la caractérisation de l’angiogenèse tumoraleIl est établi, qu’il existe une bonne corrélation entre les augmenta-tions du rapport rVSC dans les tumeurs cérébrales et la proliférationmicrovasculaire dans les gliomes. De ce fait, cette technique estadaptée pour une approche de l’angiogenèse tumorale (15).Elle est utilisable, sur les mêmes bases quantitatives et avec lesmêmes limites, pour les tumeurs cérébrales de l’enfant (16).Il faut sans doute être très prudent dans l’interprétation de cesdonnées lorsqu’il existe au sein de la lésion des phénomènes hé-morragiques qui peuvent, du fait des effets T2 et T2* liés ausang, masquer les effets de l’injection du produit de contraste, etaboutir à une sous-estimation des valeurs mesurées pour la courbede premier passage. En pratique cependant, ce phénomène inter-vient dans les régions plutôt centrales et nécrotiques et ne modi-fie pas sensiblement les valeurs observées en périphérie de lalésion qui sont effectivement, en règle générale, les plus significa-tives d’une angiogenèse active.

Il apparaît tout aussi clairement que l’intensité de la prise decontraste en T1, sur les séquences pondérées en T1, réaliséesquelques minutes après l’injection de chélates de Gadolinium,n’est pas corrélée à l’importance de la néo-vascularisation. Il fautle redire, la prise de contraste sur les séquences T1 Gadoliniumclassique est le reflet des lésions de la BHE et de l’extravasationvasculaire et non pas en rapport avec la densité microvasculaire.Un des mérites de la technique de perfusion de premier passageest d’apporter des informations globales sur la lésion et son envi-ronnement et d’être représentative de l’hétérogénéité tumorale.Si l’on considère le problème spécifique que posent les gliomes,sur le plan du diagnostic et sur le plan du grading à visée pronos-tique, il apparaît que l’imagerie RMN classique, de même quel’histologie réalisée sur une biopsie, n’est pas toujours en mesurede répondre précisément à ces questions. En l’état des connais-sances, il semble peu probable que l’imagerie de perfusion puissepermettre une distinction entre astrocytome et oligodendroglio-me, qu’il soit de bas grade ou de haut grade. Par contre, il nousparaît clair que cette approche en perfusion peut avoir un rôlecentral dans la classification entre bas grade et haut grade, qu’ils’agisse d’astrocytome ou d’oligodendrogliome (17-18). Plusieursarguments plaident en ce sens.• En histologie, la classification entre haut grade et bas gradesemble devoir reposer, en particulier pour les oligodendrogliomes,sur la présence d’une prolifération microvasculaire. Celle-ci estliée au pronostic de ces lésions.

Fig. 8 : Méningiome.a L’aspect de ce méningiome est tout à fait typique en T1.b-c L’image de perfusion (b) est, elle aussi, tout à fait caractéris-

tique avec un volume sanguin cérébral très augmenté, d’un facteur pratiquement 10 par rapport au tissu normal (c).

Fig. 8: Meningioma.a Typical aspect of meningioma on T1-WI.b-c Perfusion imaging (b) with a very high and homogeneous

CBV ratio (c).

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• En imagerie par résonance magnétique, la prise de contrasteen séquence T1 à distance de l’injection ne suffit pas à la dis-tinction entre bas grade et haut grade, et il est maintenant ac-quis que la prise de contraste est liée à l’importance de l’atteintede la BHE et non pas à celle de la néo-vascularisation. Le travailpublié récemment par M Law et al. (17) est à cet égard parti-culièrement intéressant, car ces auteurs ont mesuré simulta-nément par IRM les variations de rVSC et les variations deperméabilité membranaire (Ktrans) dans une population de tu-meurs cérébrales et ils ont confronté ces données à celles du gra-de tumoral déterminé en histologie. Il apparaît que si le rVSCest corrélé au grade, il n’en est pas de même du Ktrans. Il n’en

reste pas moins que, dans la plupart des cas, il y a vraisembla-blement au sein d’une lésion tumorale, à la fois prolifération etlésion de la BHE, mais ces modifications peuvent intervenir defaçon dissociée spatialement au sein d’une même tumeur. Il aété montré que les « points chauds » en rVSC ne sont pas tou-jours les mêmes que ce qui correspondent au maximum d’in-tensité de la prise de contraste.En ce sens, nous pensons que la proposition faite par C Daumas-Duport et al. (19), de se fier à la prise de contraste pour classer lesoligodendrogliomes en bas grade et en haut grade, va dans le bonsens, mais n’est pas suffisante. Il nous paraît probable qu’uneclassification basée sur la mesure du rVSC serait plus fiable, puis-

Fig. 9 : Astrocytome pilocytique.a-b Lésion essentiellement kystique en T2 (a) avec un nodule mural qui prend fortement le contraste sur l’image en T1 (b).c L’image de perfusion est particulièrement intéressante avec l’absence d’augmentation du volume sanguin cérébral au sein de ce

nodule mural.d Démonstration sur la courbe de premier passage d’une extravasation importante du produit de contraste en rapport avec des lésions

de la BHE.Cet aspect est typique d’un astrocytome pilocytique.

Fig. 9: Pilocytic astrocytoma.a-b Cystic lesion (a) with a solid nodule strongly enhanced on postcontrast T1–WI (b).c Perfusion imaging is interesting, demonstrating no CBV increase in this nodule.d The first-pass curve indicates interstitial extravasation, corresponding to a BBB lesion.

This aspect is typical of pilocytic astrocytoma.

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que les augmentations de rVSC sont corrélées à la proliférationmicrovasculaire alors que les prises de contraste sont corréléesaux lésions de la BHE.L’enjeu est en fait d’avoir des mesures suffisamment précises etreproductibles pour suivre l’évolution de l’angiogenèse tumoraleau cours de la croissance tumorale ou de l’évolution traitée. Il fautpour cela encore faire des progrès ou imaginer le développementde techniques alternatives.

2. Autres approches alternatives du VSCEn fait, nous voulons évoquer ici deux techniques en particulier,les techniques IRM avec les méthodes à l’équilibre, et l’utilisation

du scanner de perfusion avec injection de produit de contrasteiodé qui ne va pas manquer de se développer.

2.1. La mesure du VSC en IRM par les méthodes à l’équilibreElle repose sur le même principe que la méthode de 1er passage :si le produit de contraste RMN (chélates de Gadolinium) restecompartimenté dans l’espace vasculaire pendant la durée des me-sures et que sa demi-vie plasmatique est de plusieurs heures, onpeut considérer que sa concentration reste stable dans les quel-ques minutes qui suivent une injection. La différence d’intensitésignaux en chaque point sur deux séries d’images pondérées en

Fig. 10 : Oligodendrogliome de grade II.a-b Initialement, il existe une prise de contraste centrale modérée (grade B de Daumas-Duport) (a). L’imagerie de perfusion (b) confirme

qu’il existe à ce niveau une augmentation significative du volume sanguin cérébral en faveur d’une néo-angiogenèse active.c-d Après traitement par chimiothérapie, la même séquence permet d’objectiver sur l’image en T1 une réduction du volume lésionnel, une

absence de prise de contraste (c) et sur l’image de perfusion un retour à la normale (d).

Fig. 10: Oligodendroglioma grade II.a-b Moderate enhancement on postcontrast T1-WI (grade B of Sainte-Anne) (a). Perfusion imaging (b) confirms a significative increase of

CBV ratio, indicating active angiogenesis.c-d After chemotherapy, there is a decrease of the volume of the lesion, no enhancement after contrast injection (c) and normalization of

CBV map (d).

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T2, l’une acquise avant l’injection, l’autre après l’injection per-met un calcul du ∆R2 (séquence spin écho) ou ∆R2* (séquenceécho de gradient).Cette variation ∆R2 (ou ∆R2*) est proportionnelle au volumesanguin cérébral et à la densité vasculaire. On peut là encore,construire voxel par voxel des cartes représentatives du VSC.L’avantage principal de cette technique est qu’elle permet d’uti-liser des séquences d’acquisition relativement longue (de l’ordrede quelques minutes pour chaque coupe) qui autorise pour cha-que voxel une bonne précision, que ce soit sur l’analyse spatialeou sur l’analyse en contraste. L’inconvénient majeur est qu’il faut

effectuer la soustraction des deux jeux d’images, l’un acquisavant injection et l’autre après injection. La qualité de la sous-traction suppose qu’il y ait une superposition parfaite des couplesd’images et cette superposition est d’autant plus critique que l’onveut travailler avec des résolutions spatiales élevées.Les types de produit de contraste qui permettent les applicationscommencent tout juste à être commercialisés. La plupart sont en-core au stade de validation clinique dans cette indication.Ils se répartissent en 2 catégories principales : d’une part des mo-lécules marquées avec du Gadolinium, d’autre part des particulesd’oxyde de fer (USPIO). Le Sinerem® (Laboratoire Guerbet) fait

Fig. 11 : Volumineux glioblastome à point de départ insulaire droit.a-b Par rapport à l’image T2 (a), l’image de perfusion (b) est intéressante, car elle montre à la partie antérieure de la zone lésionnelle une

augmentation très significative du volume sanguin cérébral alors qu’à la partie postérieure, il y a au contraire une diminution impor-tante de celui-ci.

c-d En fait comme on le vérifie très bien sur l’image de diffusion (c) et sur l’angio 2D-PC dans le plan frontal (d), il existe une extension tumo-rale au niveau de la cérébrale moyenne qui se traduit par une ischémie sylvienne droite.

Fig. 11: Large hemispheric glioblastoma.a-b With regards to T2-WI (a), perfusion imaging is interesting (b), demonstrating a CBV increase in the anterior part of the lesion and a CBV

decrease in the posterior part.c-d Diffusion imaging (c) and 2D-PC MR angiography (d) show ischemic lesion in the posterior part and an occlusion of the right middle

cerebral artery.

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partie des produits de contraste utilisables dans cette indication.Les USPIO sont doublement intéressants dans la caractérisationdes tumeurs cérébrales, car il a été montré chez l’animal et chezl’homme qu’il existe à distance de l’injection une captationmacrophagique (20). Ainsi, sur des images qui vont être réaliséestardivement, plusieurs heures après l’injection du produit decontraste, voire plusieurs jours, on peut observer cette activitémacrophagique et avoir une idée de « l’agressivité tumorale ».Les doses autorisées aujourd’hui en clinique sont pour un pro-duit comme le Sinerem® (Laboratoire Guerbet) de 45 µmol defer par kilogramme de poids corporel. Dans notre expérience, cesdoses donnent des variations ∆R2* (séquence T2*) utilisables,mais qui restent faibles à 1,5 Tesla. Elles ne permettent pasd’avoir des variations suffisantes en séquence spin écho.Si l’on veut aller plus loin dans cette caractérisation microvas-culaire, dans le cadre de protocole de recherche préclinique,voire clinique, on peut coupler des séquences T2 et T2* avant etaprès injection pour établir à la fois carte ∆R2 et ∆R2*. À partirde ces cartes, ∆R2 et ∆R2*, on peut alors établir, sous certainesconditions, des cartes paramétriques qui sont représentativesd’un index de taille des vaisseaux (21).

2.2. En scanner X avec les techniques de premier passage et l’injection d’iodeLes développements spectaculaires des nouveaux scanners Xavec les multibarrettes et des temps d’acquisition élevés en modemulticoupes, permettent aujourd’hui d’appliquer ces techniquesde premier passage d’un embole contrasté à partir d’une injectionde produit iodé au pli du coude, exactement comme on le faisaitavec les chélates de Gadolinium en IRM. Il est inutile de revenirici sur les aspects méthodologiques.Il y a des éléments qui sont tout à fait intéressants et qui sont enfaveur du scanner X. Les mécanismes du contraste en X après in-jection d’un embole iodé sont beaucoup plus univoques et linéai-res qu’ils ne le sont en IRM avec le Gadolinium. La quantificationpeut être beaucoup plus précise. En scanner X, il est tout à faitpossible de mesurer au niveau d’un gros vaisseau artériel unefonction d’entrée qui soit utilisable pour avoir cette fois des infor-mations quantitatives absolues.Un certain nombre de logiciels constructeurs sont là encore dispo-nibles, et il ne fait pas de doute que ces techniques sont appeléesà se développer en pathologie vasculaire, mais aussi en pathologietumorale (22). On devrait voir apparaître assez rapidement destravaux comparatifs entre l’IRM de perfusion en premier passageet le scanner de perfusion.

ConclusionMême si aujourd’hui il reste sur le plan méthodologique à mieuxstandardiser la procédure, cette approche de la densité microvas-culaire par les techniques de perfusion de premier passage éclaired’un jour nouveau l’approche diagnostique et pronostique destumeurs cérébrales. Elle est un élément essentiel du grading desgliomes.

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Suite en page suivante.

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cas clinique

Cas clinique

Histoire de la maladieCe patient de 46 ans présentait un oligodendrogliome de gradeII, insulaire gauche, révélé par une crise d’épilepsie. Il a été traitépar radiothérapie et a bénéficié d’un suivi régulier avec des IRMtous les 4 mois. Il avait une stabilisation des lésions, sans prise decontraste notable. Deux ans après la fin du traitement, lors d’unnouveau contrôle, il présente ces images en IRM (fig. 1-2).

Questions1) Quelles sont les hypothèses diagnostiques à discuter ?Une imagerie de perfusion a été réalisée (fig. 3-4).2) Quelle est approximativement la valeur du rapport entre levolume sanguin cérébral dans la zone lésionnelle par rapport autissu sain ?3) Qu’en concluez-vous ?

Fig. 1 : Séquence pondérée T2. Lésion temporale gauche.

Fig. 1: T2 weighted image. Left temporal lesion.

Fig. 2 : Séquence pondérée T1 après injection de chélates de Gadolinium.

Fig. 2: Post contrast T1 weighted image.

Fig. 3 : Imagerie de perfusion.

Fig. 3: Perfusion imaging.

Fig. 4 : Courbe de premier passage dans la ROI.

Fig. 4: First-pass curve in region of interest.

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Réponses1) Les hypothèses diagnostiques à discuter sont essentiellementune récidive locale et une radionécrose.2) L’imagerie de perfusion n’objective pas d’angiogenèse tumo-rale significative au niveau de la zone qui prend le contraste. Le

rapport des volumes sanguins cérébraux entre la zone lésionnelleet la zone normale contro-latérale est approximativement de 1.3) Il s’agissait effectivement d’une radionécrose qui sera confir-mée par le suivi évolutif de ce patient qui en fait, 2 ans plus tard,présentera une récidive à distance du foyer initial au niveau dusplénium du corps calleux à gauche.