Relaxométrie par imagerie par résonance magnétique pour déterminer l'état de chargement dans le ligament croisé antérieur in vivo

Alors que le diagnostic et le traitement de la rupture du ligament croisé antérieur (LCA) du genou ont été fortement étudiés dans les trois dernières décennies, l'évaluation postopératoire consiste encore en des méthodes qualitatives pour déterminer si la chirurgie a été un succès. La présente étude vise à utiliser l'imagerie par résonance magnétique (IRM) pour déterminer l'état de chargement dans le LCA et donc à apporter un élément quantitatif dans l'évaluation postopératoire de la chirurgie de reconstruction. Huit volontaires sains, tous des hommes âgés de 22 à 37 ans ont eu leur genou gauche imagé en deux positions : en extension complète et à 20 degrés de flexion. Les positions du genou ont mis le LCA en deux états : en chargement lorsque le genou était en extension et pratiquement au repos lorsque le genou était en flexion. Les acquisitions IRM ont été effectuées à l'aide d'un appareil d'IRM Phillips Achieva X-Series de 3T en utilisant une antenne de genou clinique. Les tranches ont été orientées dans l'axe du ligament dans un plan sagittal oblique. Les cartographies des temps de relaxation spin-lattice dans le plan rotatif (T1ρ), le temps de relaxation transverse (T2) ainsi que le temps de relaxation transverse considérant les inhomogénéités du champ magnétique (T2*) ont été mesurés en utilisant des séquences adaptées provenant de la littérature scientifique. En utilisant un algorithme de segmentation semi-automatique par modèle déformable, le LCA a été isolé sur chacune des cartographies de paramètres de relaxométrie. Une analyse de variance (ANOVA) utilisant deux voies et un niveau de signification de α = 95% ainsi qu'une analyse par regroupement hiérarchique ont été effectuées afin de vérifier si des différences significatives existaient entre les deux positions du genou ainsi qu'entre les sujets. Les données obtenues ont aussi été analysées en utilisant 11 statistiques descriptives pour évaluer la distribution des données. Une étude de répétabilité a aussi été effectuée en imageant le même patient à trois occasions séparées afin d'évaluer le caractère aléatoire des données. Les ANOVA ont permis d'identifier des différences significatives entre les positions du genou pour les paramètres T1ρ et T2*. Une différence significative a aussi été identifiée entre les sujets pour T1ρ. Le regroupement hiérarchique a montré la haute sensibilité, spécificité et précision des paramètres T1ρ et T2 pour l'identification des positions du genou. L'analyse par histogramme ainsi que les 11 statistiques descriptives n'ont pas montré de tendance significative entre les

Abstract

While the diagnosis and treatment of a ruptured anterior cruciate ligament (ACL) have been under heavy study for the last three decades, the postoperative evaluation is still using qualitative methods to assess the success of the surgery. This study aims at using magnetic resonance (MR) relaxometry to assess the loading state of the ACL and thus bring a quantitative element to the postoperative evaluation process. Eight healthy volunteers, all male aged between 22 and 37, had their left knee imaged in two positions: in full extension and at 20 degrees of flexion. The positions of the knee put the ACL in two states: under heavy loading while in extension and nearly at rest while in flexion. The MR imaging (MRI) acquisitions were done using a 3T whole-body Phillips Achieva X-Series scanner using a clinical knee antenna. Slices were oriented in the axis of the ligament in an oblique-sagittal plane. The cartographies of the spin-lattice relaxation time in the rotating frame (T1ρ), the transverse relaxation time (T2) and the transverse relaxation time considering magnetic field inhomogeneity (T2*) were obtained using sequences adapted from the literature. Using a semi-automated active contour model segmentation algorithm, the ligament was isolated in the quantitative MR marker maps. Two-way analysis of variance (ANOVA) at a significance level of α = 95% and agglomerative hierarchical clustering were used to assess significant differences between knee positions and subjects. The data obtained was also analyzed using 11 descriptive statistics to assess the distribution of the data. A reliability study consisting of imaging the same patient on three separated occasions was also conducted to assess the randomness of the data. ANOVA results indicated that there is a significant difference between knee positions for T1ρ and T2*. A significant difference was also found between subjects for T1ρ. The agglomerative hierarchical clustering showed high sensibility, specificity and accuracy for T1ρ and T2. The histogram analysis coupled with the 11 descriptive statistics did not show any significant trend between knee positions or subjects in their distribution function. The reliability study on the same subject showed no significant difference for the subject factor for all three quantitative MR markers but showed a significant difference between knee positions for T1ρ.