Apport de la tomographie par émission monophotonique en neurologie

1. Apport de la tomographie par émission monophotoniqueen neurologie SERVICE DE MEDECINE NUCLEAIRE CHU RABAT PROFESSEUR N.BEN RAIS

2. PLAN • Introduction : • Rappels anatomiques : • Les traceurs : • Réalisation de l’examen : • indications de la TEMP cérébrale • Conclusion : Les traceurs de perfusion. Les radioligans de la neurotransmission dopaminergique. Traceurs des tumeurs cérébrales. Paramètres d’acquisition : Durée de l’examen : Contrôle de qualité de l’acquisition : Positionnement du patient pendant l’acquisition: Traitement d’images Correction de l’atténuation Réorientation : Visualisation des coupes Correction d’atrophie

3. Introduction : La tomographie par émission monophotonique est technique de médecine nucléaire qui permet d’explorer les aspects circulatoires et métaboliques du fonctionnement des organes et particulièrement le système nerveux. ses principales indications dans ce domaine sont : les affections neurodégénératives, les maladies cérébrovasculaires, les épilepsies, et les tumeurs.

4. Spécialisation du cortex • Aires primaires : (réception) • Assurent les fonctions élémentaires Premiers relais corticaux de l’information sensorielle

5. Aires associatives: fonctions complexes • Unimodales (perception): traitent l’information d’une aire primaire ou d’autres aires unimodales du même type • Hétéromodales (interprétation): traitent les informations provenant d’autres aires unimodales ou hétéromodales, quelque soit leur type.

6. Spécialisation du cortex frontal: partie latérale ou dorsale • Cortex moteur • Moteur primaire • Aire motrice Suppl. (AMS) et • cortex prémoteur • préparation et exécution des • Mouvements • Cortex préfrontal dorsolatéral • Attention • Mémoire de travail • Planification • Raisonnement • Langage

7. Spécialisation du cortex frontal: région interne ou "mésiale« Cortex moteur Aire motrice Suppl Moteur cingulaire: réponses motrices aux émotions Cortex préfrontal mésial Initiative Motivation Cortex orbito-frontal Personnalité Inhibition Contrôle social

8. Spécialisation du cortex pariétal • Lobule pariétal supérieur (AB 5, 7) • Repérage du corps dans l’espace • Manipulation d’objets • Exécutions de gestes symboliques … • Lobule pariétal inférieur (AB 39, 40) • Calcul • Reconnaissance des différentes • parties du corps, • Distinction D/G

9. Spécialisation du cortex temporal • Gyrus temporal moyen et supérieur • -Aire auditive primaire (BA 41, 42) • -Perception consciente et interprétation des sons (BA 22, ant. part) • -Production et compréhension du langage (aire de Wernicke, BA 22, post. part) • Gyrus temporal inférieur: • -Composante « quoi? » des voies visuelles.

10. Partie interne du cortex temporal: structures amygdalo-hippocampiques: Mémoire

11. Les traceurs Les traceurs de perfusion • Héxaméthyl-Propylène-Amine- Oxyme (HMPO) éthyl-cystéinate-dimer (ECD) • sont des molécules lipophiles de petits poids moléculaires diffusant passivement à travers la barrièrehémato-encéphalique et qui restent ensuite piégées au niveau cérébral en se transformant en substances hydrophiles par : • D-estérification pour l’ECD • phénomène d’instabilité de la molécule pour l’HMPAO. • ont l’avantage d’être marqués au technétium 99m.

12. se fixent très rapidement au niveaucérébral, dans les 10 à 15 secondes qui suivent l’injection intraveineuse de façon proportionnelle au flux sanguin cérébral et demeurent fixés dans les neurones pendant un nombre d’heures proportionnel au flux sanguin existant au moment de l’injection. • Ainsi, la distribution du traceur sur les images acquises est le reflet de la perfusion cérébrale au moment de l’injection.

13. Il existe un « wash out » pour l’ECD :La clairance du traceur est différente selon les régions cérébrales, plus marquée au niveau occipital dés la deuxième heure post injection • La clairance sanguine de l’ECD est plus rapide que celle de l’HMPAO, ce qui permet d’obtenir des images cérébrales plus précoces et plus contrastéesevec l’ECD. • l’HMPAO se fixe préférentiellement sur les régions temporales internes, cérébelleuses et les sous-corticales, tandis que l’ECD présente une fixation plus intense au niveau cortical, surtout occipital et pariétal.

15. l’imagerie de perfusion cérébrale permet une étude du débit sanguin cérébral régional qui est corrélé à l’activité neuronale. • L’apport d’oxygène et de glucose est régulé par les nécessités métaboliques de chaque région cérébrale, qui sont déterminées par l’intensité de l’activité neuronale. • Les images de scintigraphie de perfusion, par TEMP (Tomographie d’Emission Mono Photonique), reflètent indirectement l’activité neuronale de chaque région cérébrale

16. Les radioligans de la neurotransmission domaminergique (récepteurs dopaminergiques et transporteur de la dopamine). • La dopamine joue un rôle important dans la régulation et le contrôle du mouvement, des comportements et de certaines fonctions cognitives. • Les neurones dopaminergiques sont localisés dans le mésencéphale et leurs axones font principalement synapse dans le striatum. • elle est libérée dans la fente synaptique pour se fixer sur des récepteurs post synaptiques dont il existe deux types : récepteurs D1 et D2 ; elle est ensuite re-intériorisée dans les neurones pré synatiques par un transporteur membranaire spécifique, le DaT

17. elle est libérée dans la fente synaptique pour se fixer sur des récepteurs post synaptiques dont il existe deux types : récepteurs D1 et D2 ; elle est ensuite reintériorisée dans les neurones présynatiquespar un transporteur membranaire spécifique, le DaT

18. Au niveau de la synapse il existe plusieurs cibles pour le marquage en TEMP et enTEP :

19. Les ligands du transporteur pré synaptique : FP-CIT, PE2I et β -CIT • FP-CIT : • L’ioflupaneest un analogue de la cocaïne,présente une affinité élevée pour le transporteur présynaptique de la dopamine etdonc l’ioflupane (123 I) radiomarqué peut être utilisé comme un marqueur de substitution pourexaminer l’intégrité des neurones dopaminergiques nigrostriataux. • L’ioflupane se lieégalement au transporteur de la sérotonine sur les neurones 5-HT mais avec une affinité plusfaible (environ 10 fois moindre). • L’iode 123 a une période de 13,2 heures et une émission principale de photons gamma d’énergie 159 keV et des rayons X (27 keV).

20. Après l’injection intraveineuse, seulement 5 % de l’activité administrée reste dans le sang total cinq minutes après injection. La fixation cérébrale correspond à 7 % de l’activité injectée dix minutes après l’injection et est de 3 % cinq heures après l’injection. L’élimination est essentiellement urinaire. • Indications • Différenciation entre un tremblement essentiel et un syndrome extrapyramidal typique ou non (maladie de Parkinson idiopathique, atrophie multisystématisée, paralysie supranucléaire) • Différenciation entre une démence à corps de Lewy probable et une démence de type Alzheimer.

21. Le βCIT est un marqueur du transporteur de la dopamine (DaT) au niveau du striatum ; il permet d’évaluer l’intégrité pré synaptique de la voie nigrostriée mais présente deux inconvénients majeurs que sont sa lente cinétique de clairance cérébrale, l’équilibre étant atteint au-delà de 8h post IV et sa faible spécificité pour le DaT.

22. Ligands des récepteurs D2 post synaptiques : Iodo-Lisuride, IBZM Ces ligands, spécifiques des récepteursD2, permettent d’étudier le système dopaminergique nigro strié post synaptique. Le radioligand le plus utilisé est le 123I- IBZM (iodobenzamide), antagoniste spécifique des RD2 qui appartient à la famille des benzamides. • L’IBZM aun intérêt dans le diagnostic précoce de la maladie de Parkinson.

23. Traceurs des tumeurs cérébrales Le thallium-201 Le MiBi Tc 99m • Le thallium-201, se comporte comme un analogue du potassium, il est transporté par la pompe Na /K ATPase, transporteur actif dont le rôle est de maintenir la différence de potentiel transmembranaire. • L’affinité du thallium pour ce transporteur est dix fois supérieure à celle du potassium. • Une fois dans la cellule, le thallium est libéré plus lentement que le potassium. • Ce traceur ne traverse la barrière hémato-encéphalique qu’en cas de rupture. Le tissu cérébral sain fixe donc peu le thallium

24. La fixation du thallium dans les cellules tumorales est due : 1 à la rupture de la barrière hémato-encéphalique, 2 au flux sanguin tumoral, 3 à la pompe Na /K ATPase sur la membrane des cellules viables. L’activité de la pompe Na /K ATPase est augmentée au niveau des cellules tumorales du fait de leur métabolisme et de leur index mitotique élevé. Le thallium est donc capté préférentiellement par les cellules tumorales viables et non par les tissus nécrotiques ou les cellules gliales non prolifératives.

25. Indications: • s • Le 201Tl présente une fixation proportionnelle à la croissance cellulaire et au grade histologique. Il apparaît donc utile pour différencier les tumeurs de haut grade des tumeurs de bas grade. • Intérêt du thallium-201 dans la caractérisation de lésionscérébrales chez les patients atteints du SIDA:la découverte d’un processus expansif cérébral pose un problème de diagnostic différentiel principalement entre lymphome cérébral et toxoplasmose qui présentent souvent un tableau clinique et un aspect radiologique (IRM ou TDM) similaires. • Aide à la chirurgie et à la biopsie stéréotaxique

26. Le MIBI Tc 99m est un traceur lipophile qui passe facilement à travers les membranes cellulaires et se concentre au niveau des mitochondries. • Marqueur tumoral non spécifique des populations cellulaire à renouvellement accéléré. • La captation par les lignées cellulaires tumorales est environ 4 à 9 fois plus élevée que celle des cellules normales

27. Indication: Le 99mTc-MIBI ne se fixe pas sur les structures normales du cerveau, à l’exception de l’hypophyse et des plexus choroïdes. La présence d’une tumeur cérébrale se traduit par une hyperfixation anormale du 99mTc-MIBI et la corrélation entre l’intensité de la fixation et l’activité métabolique cellulaire de la tumeur permet de différencier une récidive tumorale d’une nécrose. De ce fait, la tomoscintigraphie cérébrale au 99m Tc-MIBI semble intéressante pour détecter les récidives tumorales chez les patients atteints de gliome malin traité et d’évaluer la réponse thérapeutique.

28. Realisation de l’examen : La préparation du patient • Le patient sera informé de l’examen dont il va bénéficier et • du déroulement de celui-ci, notamment en ce qui concerne les délais d’attente et le temps de réalisation de l’examen. Il est recommandé de mettre le patient au repos neuro-sensoriel dans la pénombre 15 à 20 minutes avant l’injection du traceur par voie intraveineuse (925 MBq). Si le patient est agité, une sédation est recommandée pour permettre des conditions optimales d’acquisition. • La mise en place d’une perfusion isotonique glucosée à 5% permet l’injection IV du radiopharmaceutique.

29. En cas d’injection d’un radiopharmaceutique marqué à l’iode 123, il est indispensable, au titre de la protection thyroïdienne, de réaliser un blocage de cette glande (solution delugol 1 %, perchlorate de potassium, iodure de potassium). Par exemple l’ingestion de 120 mg de iodure de potassium une heure avant l’injection et 12 heures après l’examen. L’élimination urinaire du radiotraceur impose que le patient soit abondamment hydraté (48 heures après l’injection).

30. Paramètres d’acquisition : • Une gamma caméra double voire triple tête, avec des collimateurs de très haute résolution ou des collimateurs en éventail (fanbeam). • Une acquisition en mode circulaire est actuellement la règle avec un rayon de rotation inférieur à 16 cm, 120 projections, 20 à 40 secondes par projection et une matrice 128 × 128 • Zoom d’acquisition peut s’avérer nécessaire pour les détecteurs grand champ • Les acquisitions en mode contour tête centrée et la matrice 64 × 64 ne doivent en général plus être utilisées. • La taille du pixel devrait être 1/3 à 1/2 de la résolution attendue sur les coupes reconstruites

31. Durée de l’examen : Trente à 45 minutes, quel que soit le type de caméra et de collimateur, il est souhaitable de réaliser une acquisition de 45 minutes afin de privilégier les taux de comptages et la résolution spatiale. Contrôle de qualité de l’acquisition : Vérification du sinogramme et des projections en mode ciné avec recherche d’éventuels mouvements du patient. Évaluation de l’activité extracérébrale (scalp, glandes salivaires, thyroïde), témoignant d’une mauvaise fixation cérébrale du traceur ou d’un taux anormalement élevé d’iode libre.

32. Positionnement du patient pendant l’acquisition: • Comme tout examen relativement long, il est fondamental d’assurer au patient un confort maximal tout en optimisant le positionnement de la tête : l’utilisation d’une têtière est fortement recommandée. Elle permet à la fois un positionnement optimal et une contention relative du patient . • les jambes du patient pourront être soulevées par des coussins afin d’améliorer le confort.

33. Traitement d’images • Méthodes de reconstruction : Rétro projection filtrée ou reconstruction itérative • Le choix du filtre est le problème clef de la reconstruction, il résulte d’un compromis entre résolution et rapport signal sur bruit. • En effet, les filtres trop lissants ne sont plus recommandés, car parfois responsables d’une perte importante d’informations subtiles et sources de faux négatifs de la scintigraphie cérébrale. • Le filtre Butterworth (ordre 4 – fréquence de coupure 0,4) est recommandée.

34. Correction de l’atténuation Le cerveau est un organe symétrique et relativement superficiel présentant des paramètres d’atténuation relativementhomogènes : la correction d’atténuation ne s’avère donc pas indispensable. • Elle est cependant indispensable pour l’évaluation des structures profondes (noyaux gris centraux et hippocampe) ; Les zones temporales internes paraissent hypofixantes en absence de correction d’atténuation

35. Réorientation : Le cerveau doit être réorienté de manière symétrique dans les 3 plans de l’espace :transverse, sagittal et coronal. • Le caractère symétrique de la réorientation est fondamental, car toute bascule oblique peut entraîner des erreurs diagnostiques majeures. • Dans la plupart des cas, une réorientation passant par la ligne commissure antérieure – commissure postérieure (CA–CP) est la plus indiquée, La ligne (CA–CP) peut être définie, sur une coupe médio-sagittale, à partir de la régression linéaire des quatre points correspondant au pôle frontal, à la limite antéro-inférieure du corps calleux, à la région sous-thalamique et au pôle occipital • Cette orientation peut être complétée, le cas échéant (épilepsie temporale, études des hippocampes) par une réorientation passant par l’axe du lobe temporal (réorientation hippocampique).

36. Visualisation des coupes : La fixation correspond à une échelle de couleur graduée qui doit être visualisée à côté des coupes. Celles-ci doivent être normalisées en intensité de façon à avoir la valeur maximale des pixels au niveau du cervelet [ En effet, le cervelet n’étant pas concerné par les atteintes dégénératives cérébrales et présentant la fixation physiologique maximale de l’HMPAO, est pris comme référence, et toute fixation correspond à un pourcentage par rapport au cervelet.

37. Correction d’atrophie • Les hypoperfusions sur les images peuvent correspondre à un hypométabolisme ou à une atrophie. • En effet, l’atrophie sur les images de TEMP majore l’hypoperfusion par effet de volume partiel. • les atrophies liées à l’âge sont en général diffuses, touchant simultanément le cortex et le cervelet, et on peut supposer que la normalisation des images sur l’activité maximale du cervelet permet de s’affranchir, au moins partiellement, de la correction d’atrophie..

38. indications de la TEMP cérébrale : • les affections neuro dégénératives : • Les démences • La maladie de Parkinson • la pathologie cérébrovasculaire, • les épilepsies, pour la localisation préopératoire des foyers épileptogènesrebelles aux traitementsmédicaux, • les tumeurs cérébrales.

39. les affections neuro dégénératives : • Les démences • La maladie d’Alzheimer (MA) • Sur le plan anatomopathologique, elle se traduit par l’accumulation de substance β-amyloïde au sein des plaques séniles et l’hyperphosphorylation des protéines tau à l’origine des dégénérescences neurofibrillaires. • Ces anomalies histologiques sont surtout localisées dans les aires cérébrales associatives postérieures, les hippocampes, le noyau basal de Meynert • Le tableau clinique est celui d’une démence débutant souvent par des troubles mnésiques et évoluant vers un syndrome aphaso-apraxo-agnosique.

40. Cette hypoperfusion débute souvent par les hippocampes, puis, avec la progression de la maladie, elle devient diffuse, concernant l’ensemble du cortex associatif, mais avec une relative préservation du cortex primaire. • Elle prédomine souvent dans les régions postérieures, mais atteint également le cortex frontal L’hypoperfusion est souvent asymétrique, voire parfois unilatérale, au début de la maladie,

42. hypoperfusion pariétale, temporale bilatérale à prédominance gauche, frontale, avec relative préservation des aires primaires. Aspect scintigraphique évocateur de maladie d’Alzheimer Monsieur R., 71 ans, aux antécédents familiaux de MA (frère décédé suite à une MA évoluée), présentant des troubles mnésiques, était adressé en neurologie par son médecin traitant pour bilan de ces troubles L’imagerie morphologique montre une atrophie cortico sous-corticale estimée normale pour l’âge du patient. 99 m Tc-HMPAO,

43. La démence fronto-temporale (DFT) Caractérisé sur le plan anatomopathologique, par la présence de neurones ballonisés, dont certains contiennent des inclusions argylophiles. Ces anomalies histologiques intéressent, avec prédilection, les lobes frontaux et temporaux. Le tableau clinique est celui d’une installation insidieuse de signes frontaux, associés typiquement au début de la maladie, à une apathie, un repli sur soi avec des difficultés attentionnelles.

44. La TEMP de perfusion révèle une hypoperfusion isolée des lobes frontaux et de la partie antérieure des lobes temporaux formant ainsi un gradient de perfusion antéro-postérieur aux dépens du cortex antérieur Avec l’évolution de la maladie, on peut observer une hypoperfusion plus postérieure, surtout pariétale, mais la scintigraphie garde tout de même l’aspect de gradient antéropostérieur aux dépens du cortex antérieur

45. La scintigraphie cérébrale, retrouve une hypoperfusionfronto-temporale bilatérale, sévère et diffuse, allant jusqu’au cortex orbito-frontal et qui prédomine à droite. Cet aspect scintigraphique de gradient antéro-postérieur est évocateur d’une pathologie corticale-frontale (DFT). Monsieur P.A., 60 ans, est adressé en neurologie pour bilan de trouble du comportement, il est tantôt apathique et dépressif, tantôt désinhibé avec des comportements bizarres La TDM permet de retrouver une atrophie cortico sous-corticale, avec une discrète prédominance antérieure. 99 m Tc-HMPAO,

46. L’aphasie primaire progressive : Sur le plan anatomopathologique, les lésions sont souvent aspécifiques et voisines de celles observées dans les démences frontales. se localisent au lobe temporal, avec parfois une extension frontale et périsylvienne de l’hémisphère . Sur le plan clinique, les atrophies primaires progressives désignent des aphasies d’installation et d’aggravation progressive qui, pendant longtemps, évoluent sans s’étendre à d’autres fonctions cognitives et sans troubles comportementaux. La TEMP de perfusion révèle une hypoperfusion du lobe temporal gauche avec parfois une extension au lobe frontal gauche.

47. La démence à corps de Lewy (DCL) Deuxième cause de démence après la M, elle se caractérise, sur le plan anatomopathologique, par la présence d’inclusions intracytoplasmiques (les corps de Lewy) répartis de façon diffuse au niveau du cortex cérébral. Sur le plan clinique, la DCL se manifeste par des hallucinations visuelles qui accompagnent ou parfois précèdent l’apparition d’un syndrome extrapyramidal, associé à des troubles cognitifs fluctuants, des apraxies visuoconstructives et parfois des troubles mnésiques La TEMP de perfusion révèle une hypoperfusion corticale diffuse les hypoperfusions de la DCL n’épargnent pas les aires primaires ≠ MA

48. La démence sous-cortico-frontale : Ces démences ont pour caractères anatomopathologiques principaux d’épargner le cortex cérébral. Sur le plan clinique, les perturbations cognitives sont de type frontal, caractérisées par une lenteur idéomotrice, une apathie, des troubles des fonctions exécutives et des troubles attentionnels. Ces troubles sont imputés à une désafférentation du cortex frontal, privé de ses connexions sous-corticales. La TEMP de perfusion révèle une hypoperfusionfrontalepouvant toucher le cingulum antérieur. Cette hypoperfusion est relativement discrète, peu étendue, contrastant avec la sévérité et l’étendue de l’hypoperfusion visible dans les démences corticales comme la DFT.

49. La démence vasculaire Les démences par infarctus multiples s’installent suite à des accidents ischémiques répétitifs, et s’accompagnent, à l’examen clinique, de signes de localisation neurologiques. La TEMP de perfusion révèle une hypoperfusion dans le territoire artériel concerné, comparable à l’hypodensité scanographique, ou un aspect de syndrome sous-cortico-frontal si les infarctus sont localisés au niveau de la substance blanche.

50. les affections neuro dégénératives : • La maladie de Parkinson • Affection dégénérative du Système Nerveux Central intéressant essentiellement les neurones dopaminergiques de la voie nigro-strié, responsable de troubles moteurs (akinésie, hypertonie crantée, tremblement de repos et altération des réflexes posturaux).