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Radiologie
Imagerie par résonance magnétique de la moelle osseuse normale et anormale
Cours de Radiologie
 

 

 

De l’os à la moelle :

Le squelette osseux est composé d’une substance minéralisée (le réseau cortical et trabéculaire) et d’un tissu fibrovasculaire comportant des vaisseaux, le mésenchyme ostéogénique et la moelle osseuse.

Bien qu’inerte en apparence, ce tissu conjonctif très différencié est organisé d’une manière complexe de façon à servir de point d’ancrage pour les muscles et à jouer un rôle fondamental dans l’homéostasie du métabolisme phosphocalcique, la formation des éléments figurés du sang, l’immunité et le contrôle de la coagulation.

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Les techniques d’imagerie ionisantes telles que la radiographie, le scanner et la scintigraphie au 99mTc diphosphonate révèlent les lésions médullaires de façon indirecte en « imageant » leurs répercussions sur le métabolisme osseux.

En effet, toute image radiographique d’un os est le reflet de la balance entre l’activité ostéoclastique (résorption osseuse) et l’activité ostéoblastique (formation osseuse), équilibre qui est essentiellement sous le contrôle de facteurs mécaniques et métaboliques dans des conditions normales.

En circonstances anormales, le capital osseux est modifié (localement ou globalement) sous l’influence de divers facteurs qui entraînent un déséquilibre dans l’unité fonctionnelle ostéoclaste/ostéoblaste.

L’IRM est très peu sensible à la composante minérale des os.

Elle fournit des informations capitales sur la composante non minéralisée des os, le contenu de la cavité médullaire et sur les tissus mous extraosseux.

Une image IRM d’un os dépend plus de son contenu médullaire que de son architecture minérale.

De plus, vu l’aspect caractéristique en IRM du tissu graisseux et son importance dans la moelle osseuse, l’image IRM d’un os reflète la balance entre les composants graisseux et non graisseux de la moelle osseuse qui varie sous l’influence de nombreux paramètres en circonstances normales et anormales.

Moelle osseuse : l’organe

La moelle osseuse occupe environ 85 % du volume de la cavité médullaire du squelette, le reste étant occupé par le réseau trabéculaire.

À l’examen macroscopique, la moelle osseuse peut être rouge, suite à la présence d’hémoglobine dans les érythrocytes et leurs précurseurs.

Cette composante de la moelle osseuse est le siège de l’activité hématopoéïtique.

À l’opposé, la composante médullaire non active d’un point de vue hématopoïétique est jaune à cause de la présence de dérivés des caroténoïdes dissous dans les gouttelettes graisseuses des adipocytes.

Chez l’adulte, environ la moitié du volume médullaire total est occupée par de la moelle jaune, localisée en grande partie dans le squelette appendiculaire.

La moelle jaune contient essentiellement des adipocytes et sa composition biochimique consiste en environ 80 % de graisse, 15 %d’eau et 5 %de protéines.

L’autre moitié des espaces médullaires abrite la moelle rouge qui contient approximativement 60 % de cellules hématopoïétiques et 40 % de cellules graisseuses.

La moelle rouge est donc un mélange de tissu hématopoïétique et de tissu graisseux.

Parmi les composants biochimiques de la moelle rouge, on trouve de la graisse (40 %), de l’eau (40 %) et des protéines (20 %).

La moelle rouge de l’adulte est située essentiellement dans le squelette axial et la partie proximale des membres.

Chez l’adulte jeune, le pelvis et les membres inférieurs contiennent environ 40 % du volume total de moelle rouge, tandis que, chez l’enfant, le crâne et les membres contiennent environ 50 %du volume total de la moelle rouge.

Moelle osseuse : le tissu

La moelle osseuse est un tissu composé d’un compartiment extravasculaire, hématopoïétique, et d’un compartiment vasculaire.

Ces deux compartiments sont intimement connectés et développés de façon variable.

A - Compartiment extravasculaire ou hématopoïétique :

Le compartiment extravasculaire est constitué d’amas d’éléments cellulaires parmi lesquels se trouvent des cellules souches précurseurs, des cellules du sang en voie de maturation, des macrophages, des mastocytes et d’autres cellules du tissu conjonctif.

On y trouve occasionnellement des nodules lymphoïdes et des nerfs mais pas de vaisseaux lymphatiques.

Ce compartiment extravasculaire est pleinement développé dans la moelle rouge.

Il est très atrophique dans la moelle jaune où seuls sont observés quelques macrophages et lymphocytes.

B - Vaisseaux :

Les composantes rouge et jaune de la moelle se différencient également par leur organisation vasculaire.

Le réseau vasculaire de la moelle rouge est constitué de quelques artères et veines et d’un très large réseau de vaisseaux à paroi fine dénommé sinusoïdes ou sinus.

Leur membrane basale et leurs cellules adventitielles forment une couche discontinue à la périphérie de l’endothélium.

À l’opposé, le réseau vasculaire de la moelle jaune est plus lâche et est constitué de formations capillaires dont la membrane basale est continue.

C - Cellules périvasculaires :

Les cellules adventitielles ou périvasculaires de la moelle rouge forment un réseau grâce à leur expansion cytoplasmique et leur sécrétion extracellulaire.

Ce réseau est destiné à supporter mécaniquement les cellules hématopoïétiques et à leur apporter des éléments nutritionnels.

Ces mêmes cellules adventitielles peuvent aussi accumuler de la graisse et devenir des adipocytes.

Cette capacité double des cellules périvasculaires de former tantôt des parois de sinus et de sécréter des fibres ou tantôt d’accumuler de la graisse est probablement responsable de la capacité de la moelle rouge de modifier sa cellularité en réponse à différents stimuli.

Les adipocytes de la moelle rouge sont vraisemblablement dans un état relativement instable et peuvent présenter des changements rapides de volume en réponse à des stimuli appropriés.

En revanche, les adipocytes de la moelle jaune seraient dans un état relativement stable et ne pourraient se modifier que très lentement.

Signal IRM de la moelle osseuse : éléments constitutifs principaux

Les éléments qui contribuent aux caractéristiques du signal de la moelle osseuse en IRM sont la graisse, l’eau et, dans une moindre mesure, la matrice minéralisée.

Non seulement la proportion variable de chacun de ces éléments, mais aussi leur distribution plus ou moins intriquée, sont responsables des caractéristiques de signal de la moelle rouge et jaune.

Il est fort probable que d’autres constituants médullaires tels que le fer ou d’autres ions, participent aux caractéristiques de signal de la moelle rouge.

Il est bien évident que chacune de ces composantes a une influence variable selon le type et la pondération de la séquence considérée.

A - Graisse :

La graisse est un élément prédominant dans la genèse du signal de la moelle osseuse, tout du moins sur les séquences en pondération T1.

La plupart des protons de la graisse sont localisés dans des groupes CH2 hydrophobes situés dans des complexes moléculaires relativement lourds qui sont responsables de temps de relaxation entre le proton et le réseau très court, autrement dit un temps de relaxation transverse T1 court.

Les temps de relaxation entre les spins des protons de la graisse est plus long et résulte en un temps de relaxation T2 relativement long qui est toutefois plus court que celui des protons de l’eau.

B - Eau :

L’eau des tissus vivants existe sous la forme de différents stades chimiques et l’eau intracellulaire a des caractéristiques de temps de relaxation différentes de celles de l’eau extracellulaire.

L’eau ne joue virtuellement aucun rôle significatif dans le signal de la moelle jaune mais elle contribue au signal de la moelle rouge d’une manière très mal comprise.

C - Os :

Dans la matrice osseuse minéralisée, les protons d’hydrogène ont une densité relativement faible et une mobilité réduite vu la structure cristalline de l’os.

Ces caractéristiques sont responsables de temps de relaxation T1 très long et T2 très court avec, en corollaire, un signal très faible sur les séquences en pondération T1 et T2.

Artefacts

IRM dans l’imagerie de la moelle osseuse :

Certaines modifications de signal peuvent être observées en IRM sans qu’elles ne témoignent d’une réalité anatomique.

Ces artefacts, visibles sur certaines séquences seulement, sont liés à certaines caractéristiques propres de la moelle osseuse, mélange d’eau et de graisse dispersé entre les maillons du réseau d’os trabéculaire.

A - Artefact de déplacement chimique :

Les protons de l’eau et de la graisse sont animés de mouvements rotatoires de fréquences différentes. Cette différence de fréquence de précession est de 2,4 MHz à un champ de 0,5 T et de 7 MHz à 1,5 T.

À l’interface séparant des tissus qui contiennent soit des lipides, soit de l’eau, cette différence de fréquence de précession entraîne un déplacement, ou glissement, de la position apparente des protons de la graisse selon l’axe de la fréquence par rapport à la position des protons de l’eau.

Par exemple, cet artefact de déplacement chimique est responsable, en tout ou partie, de l’image en double bande observée dans les infarcissements médullaires, situation caricaturale où une bande de tissu fibrovasculaire (équivalant à l’eau) est en contact avec de la moelle jaune (équivalant à la graisse).

La composante de signal élevé en T2 représente le tissu fibrovasculaire, tandis que la composante de bas signal est artefactuelle et sa position relative varie selon la direction des gradients d’encodage en fréquence.

B - Artefact de déplacement chimique microscopique :

La moelle rouge étant constituée d’adipocytes et de cellules hématopoïétiques, le signal d’un voxel donné de moelle rouge reflète la quantité relative d’eau et de graisse.

Sur les images en écho de gradient, l’absence d’impulsion 180° entraîne la persistance du déphasage eau/graisse induite par leur différence de fréquence de précession.

Les images étant acquises à des temps d’écho variables où l’eau et la graisse sont soit en phase, soit en opposition de phase, le signal d’un voxel contenant de la moelle rouge fluctue selon le temps d’écho.

C - Artefact de susceptibilité magnétique :

À la surface des trabécules osseux, des petits champs magnétiques sont générés par les dipôles fixes des protons immobiles de l’os.

Ces petits gradients sont responsables d’inhomogénéité au niveau du champ magnétique.

Ces inhomogénéités ainsi que celles résultant de la présence de fer intracellulaire peuvent jouer un rôle déterminant dans les caractéristiques de signal de la moelle jaune et rouge sur les images en écho de gradient, essentiellement sur les imageurs à champ élevé.

Aspect IRM de la moelle normale :

A - Moelle jaune :

Sur les images en écho de spin pondérées T1, le signal de la moelle jaune est élevé et est quasiment identique à celui de la graisse sous-cutanée.

L’intensité du signal de la moelle jaune est intermédiaire sur les séquences conventionnelles pondérées T2 et élevée sur les séquences rapides pondérées T2.

Le signal de la moelle jaune est faible sur les séquences en suppression du signal de la graisse.

Sur les séquences en écho de gradient, son signal varie en fonction de la quantité du réseau trabéculaire.

Il n’existe pas de modification de l’intensité du signal dans la moelle jaune après injection de gadolinium sur les séquences en écho de spin, mais des modifications pourraient être observées sur les images en écho de gradient obtenues en opposition de phase.

B - Moelle rouge :

Sur les images en écho de spin pondérées T1, l’intensité du signal de la moelle rouge est intermédiaire, plus faible que celui de la moelle jaune et plus élevé que celui des muscles et des disques intervertébraux normaux.

La moelle rouge a un signal faible à intermédiaire (généralement plus faible que celui de la graisse) sur les images en écho de spin conventionnelles pondérées T2.

La différence d’intensité de signal entre la moelle rouge et jaune est cependant moins élevée que sur les images en pondération T1.

Sur les images obtenues après suppression du signal de la graisse, la moelle rouge a un signal intermédiaire à élevé, généralement plus élevé que celui de la moelle jaune.

En écho de gradient, l’intensité du signal de la moelle rouge dépend étroitement de paramètres techniques.

Vu l’absence d’impulsion 180° de refocalisation dans les séquences en écho de gradient, les images en écho de gradient peuvent être obtenues en choisissant un temps d’écho pour lequel les phases de l’eau et de la graisse sont soit opposées (image en opposition de phase), soit parallèles (image en phase) suite à l’existence d’une différence de fréquence de précession entre l’eau et la graisse (déplacement chimique).

Puisque la moelle rouge contient approximativement des quantités équivalentes d’eau et de graisse, la différence nette de magnétisation de l’eau et de la graisse qui règle l’intensité du signal des voxels est proche de zéro sur les images en écho de gradient obtenues à un moment où les magnétisations du proton de l’eau et de la graisse sont en opposition (image en opposition de phase).

Des modifications de susceptibilité magnétique dues à la présence des travées osseuses et du fer intracellulaire peuvent aussi être responsables d’une chute de signal sur les images en écho de gradient.

Le rehaussement de l’intensité du signal de la moelle rouge chez les adultes après injection intraveineuse de gadolinium est très discrète et à peine visible sur les images en écho de spin pondérées T1.

Des mesures objectives de l’intensité du signal sur les images T1 permettent cependant de détecter un discret rehaussement de l’intensité du signal après injection de dérivés du gadolinium chez l’adulte sain.

Chez les nouveau-nés et les enfants, un rehaussement franc de l’intensité du signal peut être observé après contraste.

La brièveté relative du temps de relaxation T1 de la moelle rouge (de l’ordre de 350 à 550 ms à 0,5T) pourrait en partie expliquer la faible amplitude de modification de l’intensité du signal médullaire après contraste, qui est paradoxale vu l’importance du débit sanguin dans les os et la perméabilité élevée du réseau vasculaire.

Distribution et composition de la moelle rouge : variations avec l’âge et le sexe

La conversion de la moelle rouge en moelle jaune est un processus physiologique par lequel la moelle rouge est progressivement remplacée par la moelle jaune dans le squelette périphérique et par lequel la proportion de cellules graisseuses dans les territoires de moelle rouge du squelette axial augmente progressivement.

Ce processus physiologique est responsable des modifications de distribution et de composition de la moelle rouge liées à l’âge, qui expliquent les variations de distribution des lésions osseuses en fonction de l’âge.

La transformation de la moelle rouge en moelle jaune débute dans les phalanges distales avant la naissance et progresse jusqu’aux territoires plus proximaux du squelette appendiculaire dans une direction centripète.

Au sein de chaque os considéré individuellement, la conversion médullaire commence autour des vaisseaux diaphysaires centraux et progresse en direction caudale et craniale, la progression centrifuge étant plus rapide.

A - Distribution de la moelle rouge dans le squelette :

La distribution de la moelle rouge telle qu’elle apparaît sur les images IRM pondérées T1 est parallèle à celle observée sur des spécimens macroscopiques d’autopsie.

Il existe toutefois une surestimation systématique de la quantité de graisse sur les images en pondération T1 par rapport aux observations macroscopiques.

À la naissance, le signal des cavités médullaires est très faible, probablement en partie suite à l’absence de graisse dans la moelle rouge du nouveau-né.

Des zones de signal élevé en pondération T1 apparaissent dans l’os présphénoïdal et dans l’os frontal peu avant l’âge de 1 an.

Dès que les épiphyses commencent à s’ossifier, la moelle jaune y apparaît et toute diminution franche du signal épiphysaire qui persisterait 6 mois après l’apparition des noyaux d’ossification pourrait être anormale.

Entre 1 et 10 ans, la moelle jaune occupe la plupart des régions diaphysaires des os longs des membres supérieurs et inférieurs ainsi que du crâne sur les images IRM, alors que de la moelle rouge est toujours présente à l’examen macroscopique.

Entre 10 et 20 ans, la moelle jaune prédomine largement dans les membres avec un peu de moelle rouge résiduelle dans les métaphyses fémorales et humérales en IRM.

À la fin de la deuxième décade, la moelle rouge persiste toujours dans les régions distales des fémurs et des humérus à l’examen macroscopique, mais elle est quasiment invisible sur les images en écho de spin pondérées T1 de ces régions.

Le crâne a un contenu quasiment exclusivement graisseux avec des régions de conversion graisseuse plus marquées dans les os frontaux et occipitaux que dans l’os pariétal.

À cette période, la moelle jaune peut devenir prédominante autour des veines basilaires des vertèbres.

Aux environs de la vingt-cinquième année, la distribution médullaire de type adulte est établie.

Cette distribution est caractérisée par la présence de moelle rouge dans le squelette axial, le sternum, les côtes et les régions proximales des fémurs et des humérus.

Pendant la vie adulte, la conversion de la moelle rouge progresse à un rythme plus lent.

La rétraction de la moelle rouge à partir de l’extrémité proximale du fémur est quasiment complète aux environs de 35 ans chez les hommes, alors que chez les femmes la partie proximale du fémur contient de la moelle rouge jusque l’âge de 55 ans environ.

Des modifications similaires en fonction de l’âge et du sexe sont observées dans le territoire proximal de l’humérus.

B - Distribution de la moelle rouge dans les os :

La distribution de la moelle rouge dans chaque os considéré individuellement reflète la distribution du système vasculaire de chaque os.

Dans chaque os, le système vasculaire est développé de façon prédominante dans les régions métaphysaires ou les équivalents métaphysaires, dans la région sous-chondrale des épiphyses et au niveau du versant endostéal des diaphyses.

En IRM, la moelle rouge prédomine généralement dans les métaphyses des os longs ou les équivalents métaphysaires tels que les parties supérieures et inférieures des corps vertébraux et la partie périphérique des os plats.

Dans le cas du bassin, la moelle rouge prédomine de part et d’autre des articulations sacro-iliaques et au niveau du versant endothélial des ailes iliaques.

Dans les os longs, la moelle rouge diaphysaire est localisée de façon préférentielle contre l’endoste.

Les épiphyses contiennent généralement exclusivement de la moelle jaune chez les adultes.

Toutefois, au niveau des têtes fémorales et humérales, des zones sous-chondrales linéaires de signal intermédiaire sont fréquemment visibles sur les images pondérées T1, suggérant la présence de moelle rouge dans ces épiphyses proximales.

C - Composition de la moelle rouge :

La cellularité de la moelle rouge (autrement dit la proportion de volume médullaire occupé par les cellules différentes des adipocytes) diminue au cours de la vie à un rythme qui varie entre les différents os du squelette.

Chez les enfants de moins de 2 mois, le signal de la moelle osseuse sur les images en pondération T1 est très faible, plus faible que le signal des muscles et des disques intervertébraux.

Par la suite, l’intensité du signal de la moelle rouge augmente progressivement sur les images pondérées T1, l’augmentation de signal étant inversement parallèle à la diminution de la cellularité médullaire.

Les modifications de la composition médullaire avec l’âge et le sexe ont été « investiguées » par des techniques IRM de quantification.

Le rapport entre les quantités d’eau et de graisse au sein de la moelle vertébrale lombaire semble diminuer rapidement chez les hommes jusqu’à l’âge de 25 ans puis se stabilise.

Chez les femmes, en revanche, la chute progressive du rapport eau/graisse se produit plus tardivement, aux environs de la quarante-cinquième année.

Le fait que la moelle vertébrale présente un rapport eau/graisse plus élevé et que la portion proximale du fémur contienne plus de moelle hématopoïétique que de moelle jaune chez les femmes que chez les hommes, suggère que les femmes ont une quantité plus importante de tissu hématopoïétique que les hommes pendant une grande partie de leur vie adulte.

Il existe de plus une corrélation inverse entre la cellularité fémorale et le taux sanguin d’hémoglobine.

Cette différence de composition médullaire liée au sexe résulte vraisemblablement des pertes sanguines menstruelles et de l’influence des hormones sexuelles.

Aspects IRM de la moelle osseuse : critères de normalité et variantes

En pratique quotidienne, le radiologue est fréquemment confronté à la difficulté de préciser le caractère normal ou anormal d’un aspect IRM donné des espaces médullaires.

Des critères basés sur l’analyse de l’intensité, de l’hétérogénéité et de la distribution de la moelle rouge peuvent être proposés tout en sachant que, dans le futur, d’autres séquences ou d’autres caractéristiques verront peut-être le jour pour résoudre cette difficulté.

Il faut toutefois garder en mémoire qu’actuellement une moelle osseuse d’aspect normal en IRM peut être pathologique à l’examen histologique.

A - Hétérogénéités normales de la moelle rouge :

En pondération T1, un aspect hétérogène lié à la présence de zones de signal élevé au sein des territoires de moelle rouge est fréquent et est vraisemblablement secondaire à une distribution hétérogène de la conversion graisseuse de la moelle rouge.

Cette hétérogénéité est sans signification clinique. En pondération T1, un aspect hétérogène lié à la présence de zones de bas signal au sein de territoires de moelle rouge est également fréquent.

Cet aspect correspond à la tendance qu’a le tissu hématopoïétique de se distribuer de façon hétérogène dans les espaces médullaires.

Certaines données morphologiques permettent de reconnaître, de façon imparfaite, les hétérogénéités observées chez les sujets sains de celles observées chez les patients atteints de pathologie médullaire.

Ces foyers de moelle rouge plus cellulaire sont fréquemment juxtacorticaux et sont souvent distribués symétriquement.

Leurs limites sont nettes si le processus de conversion médullaire est avancé mais les limites peuvent être plus indistinctes si la moelle adjacente est relativement riche.

La présence de petites zones de signal élevé en T1 au sein de ces zones de bas signal suggère l’existence d’une zone graisseuse centrale et est retrouvée dans les îlots de moelle normale.

Ces foyers de moelle riche doivent présenter un signal identique à celui de la moelle hématopoïétique normale sur les autres séquences (signal intermédiaire en pondération T2, séquences d’inversion-récupération et peu de rehaussement après injection intraveineuse de produit de contraste).

En cas de doute, il ne devrait y avoir aucune anomalie sur les clichés radiographiques, les images scintigraphiques ou tomodensitométriques de ces régions.

B - Distribution de la moelle rouge :

La distribution de la moelle rouge dans chaque os respecte une certaine symétrie liée à la symétrie du développement du système vasculaire.

Cette symétrie est la règle dans le squelette appendiculaire.

Dans les corps vertébraux, cette symétrie peut être retrouvée sur des coupes coronales ou en comparant la distribution de la moelle rouge entre chaque vertèbre sur les images sagittales.

Devant un aspect de signification ambiguë, l’analyse du côté controlatéral ou d’une région plus périphérique du squelette démontre l’absence d’asymétrie ou l’absence d’expansion anormale au niveau du squelette périphérique et conforte l’hypothèse d’un aspect normal.

C - Hyperplasie médullaire bénigne :

L’hyperplasie médullaire bénigne est une variante dans la distribution et l’aspect de la moelle osseuse caractérisée par la visualisation de zones d’intensité de signal intermédiaire à faible en pondération T1 au niveau de la métaphyse fémorale distale et occasionnellement tibiale proximale chez les patients de plus de 25 ans.

Initialement, cette condition a été reconnue de façon fortuite sur les examens IRM de genou avec une prévalence variant de 0,7 % à 35 % des sujets suivant l’attention accordée à l’analyse du signal de la moelle osseuse et l’absence de définition claire.

Généralement, les épiphyses adjacentes ne contiennent pas de tissu hématopoïétique, ce qui, dans la plupart des cas, permet de différencier l’hyperplasie médullaire bénigne de l’hyperplasie secondaire à une pathologie médullaire.

Sur les séquences additionnelles, le signal métaphysaire reste identique à celui de la moelle rouge.

Chez les patients présentant une hyperplasie médullaire bénigne, l’intensité du signal des vertèbres reste généralement plus élevé que celui des disques en T1 (94 % de 15 patients) mais des foyers de bas signal sont observés assez fréquemment.

Cette variante est nettement plus fréquente chez les femmes que chez les hommes et elle est observée plus fréquemment chez les fumeurs, les marathoniens et chez les femmes obèses.

L’hyperplasie médullaire bénigne résulte probablement d’une hypoxie tissulaire chronique chez les fumeurs, suite à une augmentation du degré de carboxylation de l’hémoglobine, et d’une anémie chronique chez les coureurs de fond, suite à une hémolyse mécanique, bien que la fréquence de l’hyperplasie médullaire chez les marathoniens soit plus élevée que celle de l’anémie.

Moelle osseuse anormale : mécanismes physiopathogéniques

L’IRM met en évidence un large éventail de modifications focales ou diffuses du signal de la moelle osseuse.

Ces modifications peuvent être classées selon la catégorie de maladies auxquelles elles appartiennent (traumatique, néoplasique, infectieuse ou inflammatoire...). Vogler et Murphy ont proposé un système de classification basé sur un nombre limité de mécanismes pathophysiologiques par lesquels ces lésions se développent.

Cette approche de la pathologie médullaire est communément acceptée. Toutefois, l’absence de corrélation entre ces différentes catégories de mécanismes physiopathologiques et leur aspect IRM limite l’utilisation de ce système en pratique clinique.

A - Reconversion médullaire :

La reconversion de la moelle jaune en moelle rouge est un processus par lequel la moelle jaune se transforme progressivement en moelle rouge, à l’inverse de la conversion physiologique de la moelle rouge en moelle jaune.

La reconversion se développe à partir du squelette axial où la cellularité médullaire augmente.

Progressivement, la moelle rouge s’expanse dans le squelette périphérique avec recolonisation des territoires graisseux par du tissu non graisseux.

La reconversion médullaire est un phénomène secondaire à diverses affections telles que les anémies chroniques, les maladies cardiaques cyanogènes et les circonstances où il existe une infiltration du squelette axial.

Elle résulte vraisemblablement d’une insuffisance de production de cellules sanguines avec insuffisance d’oxygénation des tissus périphériques.

B - Infiltration ou remplacement médullaire :

Les termes « infiltration » ou « remplacement » médullaire sont utilisés de façon indistincte pour caractériser les lésions dans lesquelles la cavité médullaire est occupée par des cellules ou une substance interstitielle anormale dans le contexte des affections néoplasiques ou infectieuses.

Ces lésions d’infiltration et de remplacement se développent essentiellement dans les territoires qui contiennent du tissu hématopoïétique.

C - Déplétion médullaire :

C’est une situation opposée à l’infiltration cellulaire et qui est caractérisée par une diminution de la proportion de cellules hématopoïétiques en faveur d’une augmentation de la proportion des adipocytes.

D - OEdème médullaire :

Il consiste en une augmentation de liquide interstitiel dans la moelle probablement par l’intermédiaire d’une hyperémie.

E - Ischémie médullaire :

Elle est caractérisée par la mort des cellules osseuses et médullaires en association avec des modifications réactionnelles de la moelle adjacente.

En territoire contenant de la moelle jaune, l’ischémie ne s’accompagne que tardivement de modifications de signal du tissu nécrotique.

À l’opposé, en territoire de moelle rouge, l’ischémie est souvent associée à de l’oedème médullaire.

Moelle osseuse anormale : lésions élémentaires

La plupart des lésions médullaires peut être définie par une modification de la composition médullaire secondaire à un déséquilibre quantitatif entre les éléments normaux de la moelle ou à la présence d’un constituant anormal.

Cette modification de la composition médullaire entraîne un déséquilibre entre les contingents graisseux et non graisseux de la moelle.

De façon caricaturale, la balance eau/graisse peut être altérée dans deux directions opposées qui sont soit une augmentation, soit une diminution de la graisse concomitamment à une modification inverse de la quantité d’eau ou de cellules.

Cette altération de la balance eau/ graisse au sein de la moelle peut être focale, régionale ou diffuse.

Le signal de la moelle osseuse sur les images pondérées T1 dépend pour une part importante de la présence de graisse et cette séquence permet d’analyser la balance eau/graisse dans une région donnée ou dans le squelette entier.

Les anomalies médullaires visibles sur les images en pondération T1 peuvent être classées selon leur intensité de signal.

L’intensité de signal peut être augmentée quand il existe une augmentation relative du contenu en graisse ou déplétion médullaire.

Au contraire, l’intensité du signal est diminuée quand il existe une diminution relative de la quantité de graisse, par exemple en cas d’infiltration médullaire, de remplacement médullaire ou de vide de signal.

A - Déplétion médullaire :

C’est une lésion élémentaire de la moelle rouge caractérisée, sur la séquence en écho de spin pondérée T1, par une augmentation marquée de l’intensité du signal par rapport à la moelle rouge adjacente.

Le signal de la lésion est identique ou quasiment identique à celui de la graisse extraosseuse en pondération T1.

Cette altération de signal reflète une augmentation de la quantité relative en graisse avec une diminution concomitante du contenu en eau.

1- Déplétion médullaire focale :

En dehors des zones de déplétion médullaire focale considérées comme variantes du normal, des zones de déplétion médullaire peuvent être observées dans le suivi de lésions traumatiques, infectieuses ou néoplasiques traitées.

De même, des foyers de conversion graisseuse sont observés très fréquemment dans les territoires sous-chondraux des corps vertébraux, dans des territoires adjacents à des disques intervertébraux pathologiques.

Il s’agit vraisemblablement d’un stade terminal d’altération de la moelle secondaire à une pathologie dégénérative ou à des modifications biomécaniques.

Enfin, des lésions quiescentes telles que les hémangiomes vertébraux asymptomatiques présentent souvent un signal élevé sur les séquences en pondération T1 et T2.

L’ensemble de ces observations suggère que les foyers de déplétion médullaire pourraient représenter en quelque sorte un tissu cicatriciel et être le témoin d’une lésion ancienne.

2- Déplétion médullaire régionale :

Une région de déplétion médullaire peut être observée après radiothérapie locale, la distribution anatomique de cette involution graisseuse correspondant aux limites du territoire d’irradiation.

Dans un corps vertébral irradié, l’augmentation de l’intensité du signal est souvent diffuse, mais elle peut prédominer au centre de la vertèbre avec du tissu de signal intermédiaire en périphérie du corps vertébral.

3- Déplétion médullaire diffuse :

Une augmentation diffuse de l’intensité du signal de la moelle vertébrale sur les images en écho de spin pondérées T1 peut être observée en association avec une corticothérapie au long cours ou en cas d’aplasie médullaire.

Ce syndrome rare, caractérisé par une pancytopénie et une hypocellularité médullaire, est idiopathique ou secondaire à des médicaments, des substances toxiques, des radiations ionisantes et des infections virales.

Dans ces circonstances, une augmentation de la proportion de tissu adipeux peut être observée dans la moelle osseuse.

Il ne faut toutefois pas oublier que la séquence en écho de spin pondérée T1 surestime le degré de lipomatose médullaire et qu’une moelle osseuse vertébrale de signal élevé en pondération T1 contient encore du tissu hématopoïétique en quantité appréciable.

B - Infiltration médullaire :

C’est une lésion caractérisée en pondération T1 par une diminution modérée de l’intensité du signal de la moelle, qui reste toutefois plus élevé que celui des muscles adjacents ou des disques intervertébraux.

Le signal de l’infiltration médullaire est très souvent hétérogène suite à la présence de petits foyers de signal élevé, disséminés au sein d’une région de signal intermédiaire.

La persistance de tissu adipeux résiduel dans ces foyers d’infiltration médullaire pourrait expliquer à la fois la discrétion de la diminution du signal et son hétérogénéité sur la séquence en écho de spin pondérée T1.

De façon caractéristique, en cas d’infiltration médullaire, l’interface entre la moelle anormale et la moelle normale adjacente est floue et la zone de transition est large.

Ce type de lésion est le plus facilement reconnu dans la moelle jaune.

Dans les territoires contenant de la moelle rouge, l’infiltration médullaire est détectée de façon nettement moins aisée, à moins que la diminution du signal ne soit franche.

Le terme « infiltration » est proposé pour suggérer que la moelle anormale infiltre la moelle normale plutôt qu’elle ne la remplace complètement.

Cette interprétation est théorique et demande à être confirmée ou infirmée par des corrélations histologiques.

Sur les autres séquences, le signal de l’infiltration médullaire est le reflet de ses différentes composantes.

Dans la situation particulière où l’infiltration médullaire présente un signal élevé sur les images pondérées T2, le terme « oedème médullaire » est fréquemment utilisé parce que l’élévation du signal suggère la présence d’une augmentation en eau libre.

Toutefois, ce terme pourrait être inapproprié parce que des zones d’hémorragie ou de fibrose jeune peuvent entraîner des modifications identiques du signal médullaire.

Sur les images en écho de gradient en opposition de phase, l’infiltration médullaire présente souvent un signal faible, probablement parce que les moments magnétiques opposés des composantes hydriques et lipidiques présentes en quantité relativement équivalentes ne sont pas suffisamment inégaux pour produire une zone de signal élevé.

Après injection de gadolinium, l’infiltration médullaire présente généralement un rehaussement homogène de l’intensité du signal.

1- Infiltration médullaire focale :

C’est une anomalie très aspécifique, généralement secondaire à une pathologie adjacente.

Par exemple, en territoire épiphysaire, une zone d’infiltration sous-chondrale peut être associée à une lésion cartilagineuse, à une fracture de la lame osseuse sous-chondrale, à une contusion médullaire ou à une nécrose.

D’autres situations telles que l’ostéoporose transitoire, l’algodystrophie et le syndrome d’oedème médullaire transitoire s’accompagnent d’une infiltration médullaire.

Une zone d’infiltration médullaire métaphysaire ou diaphysaire peut être associée à une fracture corticale, un ostéome ostéoïde, une métastase ou une infection.

Une infiltration médullaire régionale ou mono-osseuse peut être observée en cas de maladie de Paget.

Cette maladie affecte de façon prédominante le mésenchyme osseux et le signal IRM de la moelle osseuse d’un os pagétique dépend essentiellement de la balance entre la composante ossifiée et la composante médullaire normale résiduelle.

C’est pourquoi l’association de zones de signal normal avec des zones d’infiltration reflétant la présence de tissu conjonctif fibrovasculaire, de vaisseaux dilatés ou de substance ostéoïde non calcifiée est fréquente en cas de remaniement pagétique.

Les signes cardinaux de la maladie de Paget, à savoir l’hypertrophie osseuse et l’épaississement corticotrabéculaire, sont plus évidents sur les radiographies conventionnelles et le scanner que sur les IRM.

2- Infiltration médullaire diffuse :

C’est une modification aspécifique du signal médullaire caractérisée par une diminution modérée de l’intensité du signal en T1.

Quelle que soit sa cause, l’infiltration médullaire montre une prédilection pour les territoires de moelle rouge et, en cas de cause chronique, est associée à une expansion du tissu non graisseux au sein du squelette appendiculaire.

Parfois difficile à reconnaître dans le squelette axial, l’infiltration peut être reconnue plus facilement lors de l’examen du squelette appendiculaire, où certains territoires tels que les épiphyses, à l’exception des épiphyses proximales des fémurs et humérus, ne peuvent contenir que du tissu graisseux en condition normale.

Une infiltration médullaire diffuse résulte soit d’une proportion anormale de constituants hématopoïétiques normaux, soit de la présence d’éléments anormaux, l’une et l’autre situations entraînant une diminution de la quantité de graisse.

La première situation correspond à la reconversion médullaire qui est secondaire à une anémie, une maladie cardiaque cyanogène ou à une infection chronique.

La seconde situation est observée en cas d’infiltration néoplasique ou en cas d’accumulation d’une substance particulière comme par exemple en cas de maladie de surcharge.

Il faut souligner que les situations d’infiltration néoplasique diffuse et de reconversion médullaire peuvent présenter un signal IRM similaire.

Des différences parfois subtiles dans la distribution de ces anomalies pourraient aider à différencier ces deux situations, l’infiltration néoplasique étant parfois moins homogène que l’infiltration résultant d’un trouble métabolique.

C - Remplacement médullaire :

C’est une lésion caractérisée en pondération T1 par une diminution marquée de l’intensité du signal de la lésion qui est identique ou plus faible que celle des muscles adjacents ou des disques intervertébraux normaux.

L’intensité du signal du foyer de remplacement reste toutefois plus élevée que celle de l’os cortical.

Le terme « remplacement » est proposé car il suggère que la moelle normale est complètement remplacée et qu’aucun adipocyte n’est présent au sein de la lésion.

L’interface entre la moelle normale et le foyer de remplacement médullaire peut être nette ou floue en cas d’infiltration médullaire adjacente.

Sur les autres séquences, l’intensité du signal et le type de rehaussement après injection intraveineuse de gadolinium varient et reflètent le type de modification tissulaire tel que fibrose, hémorragie, nécrose ou abcès.

La différence entre « remplacement » et « infiltration » médullaire est subjective et repose sur le degré de diminution de l’intensité du signal en pondération T1.

L’importance de cette différenciation est sous-tendue par le fait qu’une zone d’infiltration médullaire est le plus souvent secondaire à une affection adjacente alors que le foyer de remplacement médullaire est le témoin direct de la pathologie.

Un foyer de remplacement médullaire est aspécifique. Dans la moelle rouge, un foyer de remplacement médullaire résulte souvent d’une pathologie néoplasique, infectieuse ou traumatique.

Dans la moelle jaune, moins vascularisée, le remplacement médullaire résulte souvent de modifications sous-chondrales, de sclérose osseuse, de nécrose avasculaire, de fracture et plus rarement d’infection ou de néoplasie (enchondromes).

En cas de nécessité, des investigations complémentaires par radiographie et scanner peuvent être utiles pour caractériser la lésion.

D - Absence de signal :

C’est une lésion caractérisée par la présence d’un signal très faible en pondération T1, signal identique à celui de l’os cortical.

Cette intensité de signal reflète une réduction nette de la quantité de protons mobiles mais elle peut également résulter de l’influence de substances paramagnétiques.

Les limites de cette lésion sont généralement nettes.

L’intensité du signal reste le plus souvent très faible sur les autres séquences.

Un exemple caricatural de lésion responsable d’un vide de signal focal est un foyer d’énostose ou îlot osseux compact.

D’autres causes plus rares peuvent être retenues telles que vide ou gaz intraosseux, flux rapide ou encore corps étranger tel que ciment.

Un vide diffus de signal peut être observé en cas d’hémosidérose médullaire qui consiste en une accumulation de fer généralement dans les macrophages suite à une hémolyse chronique (anémie falciforme, thalassémie), à des transfusions chroniques ou à une perturbation métabolique dans les maladies inflammatoires chroniques.

L’atome de fer complexé dans des molécules d’hémosidérine ou de ferritine raccourcit les temps de relaxation T1 et T2 des protons de voisinage à un point tel que le signal enregistré devient très faible.

E - Associations de lésions élémentaires :

Ces altérations élémentaires du signal, telles que déplétion, infiltration, remplacement et vide de signal, peuvent être combinées de façon à produire une variété infinie de modifications focales ou diffuses de l’intensité du signal en IRM.

Un foyer de remplacement médullaire entouré par une zone d’infiltration médullaire présentant un signal élevé sur les séquences en pondération T2 (signe du halo en T2) suggère une lésion active.

Un foyer de remplacement médullaire entouré par un anneau de déplétion médullaire (signe du halo en T1) peut être observé dans des lésions traitées.

Un remplacement médullaire diffus avec des foyers d’absence de signal peut être observé en cas de métastases condensantes.

Une infiltration médullaire diffuse avec des foyers de remplacement peut être observée dans les infections chroniques, les métastases, le myélome multiple, les lymphomes, les maladies de stockage et les maladies métaboliques osseuses.

Une déplétion médullaire diffuse avec des foyers d’infiltration ou de remplacement peut par exemple être observée en cas d’aplasie médullaire associée à des foyers de régénérescence de tissu hématopoïétique.

F - Limites de cette classification :

Cette proposition d’approche raisonnée de la séméiologie IRM des lésions médullaires comporte de nombreuses limites.

L’analyse de l’intensité du signal de la moelle repose sur l’hypothèse que l’intensité et l’homogénéité du signal en T1 reflètent une modification des contenus hydriques et lipidiques.

Cette hypothèse reste à confirmer par l’obtention de corrélation entre l’aspect IRM et histologique de lésion médullaire élémentaire.

Il est toutefois évident que d’autres paramètres interviennent tels que la densité des protons (gaz ou vide), la mobilité des protons (os ou liquides circulants) et la présence de substances qui modifient le comportement des protons (fer, substance paramagnétique).

De plus, certaines lésions présentent un signal élevé en pondération T1 et modifient l’intensité du signal de la moelle par l’intermédiaire de leurs caractéristiques propres plutôt que par celles du remplacement de la graisse médullaire.

Ceci est notamment observé en cas de myélome multiple ou de métastases pigmentées d’un mélanome.

Cette classification est purement descriptive et le composant qui modifie la balance eau/graisse de la moelle peut être oedémateux, fibreux, nécrotique, gazeux, osseux ou cellulaire, y compris graisseux, néoplasique ou inflammatoire.

Il en résulte que ces altérations élémentaires du signal sont tout à fait aspécifiques.

Des notions de topographie, de morphologie, d’intensité de signal sur d’autres séquences sont indispensables pour une approche diagnostique plus précise.

La présence de modifications de l’os cortical et des tissus mous adjacents constitue des éléments morphologiques indispensables pour raccourcir, dans une certaine mesure, la liste des diagnostics possibles.

Enfin, les limites entre ces différentes catégories sont floues et subjectives.

Par exemple, des foyers confluents d’infiltration peuvent créer une image de remplacement focal.

Une même lésion peut également présenter plusieurs aspects selon son degré d’évolution, un foyer de remplacement pouvant progressivement laisser place à une infiltration médullaire et éventuellement une déplétion terminale, notamment en cas d’affection infectieuse ou néoplasique.

Les adipocytes et les cellules hématopoïétiques de la moelle osseuse occupent un espace fixe déterminé par les contours osseux et la proportion relative de ces éléments cellulaires varie de façon physiologique essentiellement en fonction de l’âge et de la topographie.

Les images en pondération T1 reflètent au mieux cet équilibre entre les adipocytes et les cellules hématopoïétiques vu l’importance de la graisse dans la genèse du signal en T1.

Une approche logique de la séméiologie IRM des lésions élémentaires de la moelle osseuse peut être basée sur l’analyse de l’intensité du signal en T1 qui reflète une perturbation (focale ou diffuse) de la quantité de graisse médullaire.

Une augmentation de l’intensité du signal ou zone de déplétion médullaire témoigne d’une augmentation du contenu graisseux et est souvent sans signification clinique.

En cas d’infiltration, de remplacement et de vide de signal, il existe une disparition partielle ou complète de la graisse médullaire. Un foyer d’infiltration médullaire est fréquemment secondaire à une anomalie adjacente tandis qu’un foyer de remplacement médullaire témoigne le plus souvent d’une pathologie significative.

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