ρ-MRI : IRM pondérée en densité de protons AF : Anneaux Fibreux
CERC : Centre d’Enseignement et de Recherche Chirurgical
CRMBM : Centre de Résonance Magnétique Biologique et Médicale CT : Computed Tomography
CV Corps Vertébral
DD : Dégénérescence Discale
DGEMRIC : Delayed Gadolinium Enhanced Magnetic Resonance Imaging DIV : Disque intervertébral
DWI-MRI : Imagerie de diffusion (Diffusion Weighted Imaging) EOS : Radiographie basse dose
FID : Signal de précession libre
GAG : Chaines de GlycosAminoGlycanes
HR-MAS : High Resolution Magic Angle Spinning IRM : Imagerie de Résonance Magnétique
LCVA : Ligament Commun Vertébral Antérieur LCVP : Ligament Commun Vertébral Postérieur MEC : Matrice ExtraCellulaire
MEF : Modélisation par Éléments Finis MEI-MRI : Imagerie par Echo Magique Na-MRI : IRM de Sodium
NP : Noyau Pulpeux
OD3 : Outils de Diagnostics pour la Dégénérescence Discale PCV : Plaques Cartilagineuses Vertébrales
Nomenclature qMRI : IRM quantitative
RMN : Résonance Magnétique Nucléaire
SRM : Spectroscopie par Résonance Magnétique T1-MRI : Pondération T1
T1ρ-MRI : Pondération T1ρ T2-MRI : Pondération T2 TDM : Tomodensitométrie
Xi la fraction massique de la phase (i)
Deuxième Congrès Tunisien de Mécanique COTUME’2012
Sousse 19-21 Mars 2012 Page 1/5
Abstract: Disc degeneration (DD) is a major public
health problem in industrialized countries where it affects a large proportion of the population. It is considered as one of the leading causes of pain consultation and sick leave in France. This study subscribes itself as a part of the diagnosis of DD and to a wider extent in the assessment of the functionality and viability of intervertebral disc (IVD) . Our aim was to quantify the behavior of the aqueous phase contained in the disc, under mechanical stress.
Our experimental study consisted in relaxation tests on porcine lumbar discs in a 4.7-Tesla Tesla horizontal superconducting magnet (47/30 Biospec Avance; Bruker, Germany) using a mechanical test bench for uniaxial stress-relaxation essays which was designed with complete amagnetic materials and can be integrated into the spectrometer imager.
The bench enables to mechanically load ex-vivo intervertebral discs and places them in contact with solutions of different molarity. Proton density-weighted imaging (H) of the samples was acquired after relaxation.
The Post-processing on MRI data allowed to reconstruct the 3D deformation under a known mechanical load, to calculate the porosity in the disc, and to plot the curves of porosity versus strain. This study shows that the evolution of porosity within the disk follows the law of evolution of an incompressible poroelastic model.
Keywords: Disc degeneration; intervertebral disc; Diagnosis; MRI; Porosity
Résumé: La dégénérescence discale (DD) est un problème majeur de santé publique dans les pays industrialisés où elle touche une grande partie de la population. Elle est considérée comme l'une des premières causes de consultation antidouleur et d’arrêt de maladie en France. La présente étude s'inscrit dans le cadre du diagnostic de la DD et plus largement de l’évaluation de la fonctionnalité et de la viabilité du disque intervertébral (DIV). Une étude expérimentale consistant à réaliser des essais de relaxation sur des disques lombaires de porc dans un spectromètre imageur Biospec Avance (Bruker, Germany) opérant à 4,7 Teslas a été réalisée dans l'objectif de quantifier le comportement sous contrainte mécanique de la phase aqueuse contenue dans le disque. Pour cela un banc de compression uniaxial intégrable dans l’aimant horizontal du spectromètre imageur a été conçu avec des matériaux totalement amagnétiques. Cette cellule de compression permet de solliciter mécaniquement des disques intervertébraux ex-vivo et de les placer en contact avec des solutions de molarité différentes. Des images IRM, pondérées en densité de proton (H) de l’échantillon, sont été acquises après relaxation. Les campagnes de mesure ont permis de récolter un set de données important. Le post-traitement effectué sur les données IRM a permis de reconstruire la déformation 3D du DIV sous un chargement mécanique connu, de calculer la porosité dans le disque, et de tracer les courbes de porosité en fonction de la déformation. L'évolution de la porosité
au sein du disque est trouvée suivre globalement la loi d’évolution d'un modèle poroélastique incompressible.
Mots clefs : Dégénérescence discale ; Diagnostic ; IRM ;
Porositélasticité
1. Introduction
Le DIV est un fibrocartilage en forme de lentille biconvexe enchâssé entre deux vertèbres. Sa circonférence apparaît à la face antérieure et latérale du rachis sous la forme d’une bande blanchâtre transversale et radio-transparente. Elle est entourée en avant et en arrière par deux ligaments longitudinaux LCVA et LCVP, respectivement pour ligament commun vertébral antérieur et postérieur, qui s’étendent sur toute la longueur du rachis [1].
La coupe sagittale d’un DIV permet de distinguer trois structures différentes qui sont les Anneaux Fibreux (AF) en périphérie, le Noyau Pulpeux (NP) au centre et les plaques cartilagineuses vertébrales (PV) qui sont des zones d’interface avec les vertèbres.
Fig.1 Coupe sagittale d’un DIV de porc 2. Objectifs de l’étude
Des travaux précédents menés au sein du laboratoire ont montré l’importance que revêt la teneur en eau du DIV dans l’efficacité des mécanismes de transport nutritionnel. En effet le DIV est un milieu non vascularisé et les nutriments nécessaires à la viabilité cellulaire pénètrent en son sein à partir des plateaux vertébraux principalement par diffusion dans la phase aqueuse [2,3]. En assimilant le comportement mécanique du DIV à celui d’un milieu poroélastique il a été montré qu’une sollicitation mécanique non physiologique pouvait remanier le champ de porosité au sein du disque et dégrader singulièrement l’efficacité des processus nutritionnels. La présente étude expérimentale a pour but principal de vérifier les hypothèses faites sur le
comportement mécanique du disque et plus
particulièrement celle consistant à le considérer comme un milieu poroélastique incompressible.