Bases physiques de la tomographie d’émission de positons (TEP)

1. Bases physiques de la tomographie d’émission de positons (TEP) Pr JN. TALBOT Service de Médecine Nucléaire et Centre TEP AP-HP Hôpital Tenon Paris

2. PLAN DE L’EXPOSE • Définitions, bases physiques et biologiques • TEP au [F18]-FDG en pathologie thoracique tumorale - Nodule pulmonaire isolé - Stadification des CBNPC - Impact sur la prise en charge - Valeur pronostique - Evaluation de la réponse thérapeutique • Autres cancers broncho-pulmonaires et de la plèvre • Perspectives • Conclusion

3. Emission de positons • Positon : particule bêta positive = + • Emetteur de positons : • Isotope artificiel , produit dans un cyclotron, en bombardant une cible déterminée par un faisceau de protons • Principaux émetteurs + • demi-vies & parcours moyen dans l’eau • Fluor-18 18 F 110 min. 1,0 mm • Carbone-11 11 C 20 min. 1,1 mm • Azote-13 13 N 10 min. 1,4 mm • Oxygène-15 15 O 2 min. 1,5 mm L ’émission de positons La détection Le 18F- FDG

4. Synthèse de l’émetteur de positons L ’émission de positons La détection Le 18F- FDG Cyclotron

5. 511 keV 511 keV   Emission de positons Annihilation L ’émission de positons La détection Le 18F- FDG e- 

6. e+** e- *e+ TOMOGRAPHIE PAR EMISSION DE POSITONS Détection en coïncidence Le 18F- FDG L ’émission de positons La détection Détecteur 2 Détecteur 1 Circuit de coïncidence Lignes de réponse (LdR)

7. L ’émission de positons La détection Le 18F- FDG Gamma caméra à cristaux épais et détection de coïncidence

8. L ’émission de positons La détection Le 18F- FDG Gamma caméra à cristaux épais et détection de coïncidence

9. L ’émission de positons La détection Le 18F- FDG Caméra TEP dédiée

10. TEP-TDM Camera TEP / TDM Biograph de Siemens® adaptée pour la radiothérapie conformationnelle

11. Example: Identify active lymph node using PET – biopsy using CT. Integrated Operation (CT/PET Imaging) Separated Operation (Independent CT imaging) 1 m separation for patient access CT PET CT PET Gemini,PMS

12. Détection de coïncidence 511 keV 511 keV LDR LDR 511 keV 511 keV Fenêtre temporelle: 6-12ns • Coïncidence fortuite: • 2  sont détectés, mais issus d'objets  • LDR ne passe pas par l'objet • Coïncidence vraie: • les 2  sont totalement absorbés (P-P) • LDR (ligne de réponse) passe par l'objet

13. Coïncidences diffusées 300 keV 300 keV 400 keV LDR LDR LDR 300 keV 511 keV 511 keV • Diff. dans le patient: • Pic-Compton • LDR incorrecte • Diff. dans le cristal: • Pic-Compton • LDR correcte • Double diffusion: • Compton-Compton • LDR incorrecte

14. Mode 3D ou mode 2D Cristal Septa • TEP = technique 3D par excellence • sensibilité (nombreux évènements) • faibles doses • acquisitions courtes • Mais, temps de reconstruction élevés, diffusé, fortuits • Les septa réduisent: • les coïncidences fortuites • ( angle solide effectif) • le rayonnement diffusé • Mais, temps d’acquisition plus long, moins efficace

15. Correction d'atténuation µ tissu N µ air = e-µD N0 • Principe: • Le flux des photons est atténué de façon différente selon la densité des structures traversées avant d’atteindre le détecteur • Pour corriger, il faut acquérir une cartographie des coefficients d’atténuation à l’aide d’une source  (68Ge, 137Cs,…) ou X (TDM) externe • On corrige ensuite sur ordinateur l’image d’émission grâce à celle de transmission

16. Correction d'atténuation • Meilleure visualisation des structures profondes Émission Transmission Image corrigée

17. Correction d'atténuation • Meilleure visualisation des structures profondes • Aide à la localisation anatomique des foyers Émission Transmission Image corrigée

18. Effet de volume partiel J30 = nodule 7 mm J60 = nodule 13 mm J0 = pas de nodule Bilan d’extension d’un adénocarcinome colorectal

19. TEP couplée au scanner • Meilleure cartographie des coeff. d’atténuation • (conversion d’unités Hounsfield en coeff. µ à 511 keV) • Temps plus court des images de transmission • Meilleure localisation anatomique des foyers Lardinois et al. New Engl J Med 2003;348:2500-7 Schöder et al. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2003;30:1419-37

20. PET/CT scan protocol • Corrections: • scatter • attenuation Spiral CT (1-8 min total) Fused PET/CT CT PET CT PET Whole-body PET (6-40 min total) • Reconstruction: • FORE + OSEM CT PET University of Pittsburgh Medical Center Courtesy of David Townsend

21. PET/CT scanner CT: 160 mAs; 130 KVp; pitch 1.6; 5 mm slices Head and neck cancer PET: 7 mCi FDG; 2 x 15 min; 3.4 mm slices Transverse Sagittal University of Pittsburgh Medical Center Courtesy of David Townsend

22. Le [18F]-FDG, sucre analogue du glucose L ’émission de positons La détection Le 18F- FDG [18-F]-FLUORO-2-DESOXYGLUCOSE

23. Le [18F]-FDG, sucre analogue du glucose L ’émission de positons La détection Le 18F- FDG 18F-FDG 18F-FDG hexokinase 18F-FDG-6-phosphate glucose-6-phosphate isomérase Cancer forte consommation de glucose 18F-FDG-6-phosphate Warburg O. The metabolism of tumours. London, 1930

24. Biodistribution normale du [F18]-FDG Caméra TEP dédiée

25. TEP au [18F]-FDG Examen normal, visualisation tridimensionnelle

26. Précautions d’examen • Grossesse, allaitement (rayonnement ionisants) • Radiothérapie < 4 mois, chirurgie/chimio < 1 mois • Jeûne depuis 6h • Diabète (équilibré ++, glycémie prélevée avant inj. < 10 mmol/L) • Hydratation ++ (pas sous forme de sérum glucosé!) • Délai entre injection et images > 45 min, repos strict • Eventuellement myorelaxants Réactivation thymique sous chimiothérapie Sonde gastrique à demeure Contraction musculaire (Trapèzes)

27. Biodistribution pathologique du [F18]-FDG Caméra TEP dédiée [F-18] - F Na [F-18] - FDG

28. QUELQUES EXEMPLE DE TOMOGRAPHIE PAR EMISSION DE POSITONS AU [18F]-FDG EN PATHOLOGIE TUMORALE THORACIQUEBRONCHO-PULMONAIRE

29. Homme de 50 ans, bilan d’une paralysie de la corde vocale gauche Découverte d’un carcinome à grandes cellules de 8 mm du culmen sans adénopathie médiastinale et d’une hypertrophie de la surrénale gauche Décision thérapeutique avant TEP-FDG : traitement chirurgical TEP-FDG : N3M1, adénopathies médiastinales bilatérales, métastase surrénalienne Médiastinoscopie : aspect normal, biopsies systématiques : métastases ganglionnaires médiastinales droites  chimiothérapie TEP-TDM Dr Mabille TEP Paris Nord

30. Vue 3D Transverse Sagittale Frontale • Patiente de 54 ans, tabagique • Nodule isolé du poumon droit, suspect • [F18]-FDG TEP sur caméra TEP dédiée • Pas de captation de FDG par le nodule • Histologie : granulome inflammatoire • Pas de cellule maligne

31. Nodule solitaire du poumon chez un patient de 55 ans, tabagique • TDM : nodule de 23 mm de grand axe avec deux adénopathies satellites • [F18]-FDG TEP sur caméra TEP dédiée • Captation très intense de FDG par le nodule et des 2 ganglions satellites • Classé T2N1 par la TEP • Histologie : carcinome épidermoïde • Stade histologique : T2N1

32. Vue 3D Transverse Sagittale Frontale • Patient de 50 ans, non tabagique • Nodule solitaire du poumon chez un TDM : nodule bénin, probable hamartochondrome. • [F18]-FDG TEP en caméra TEP • Distribution physiologique. • Pas de captation de FDG par le nodule = bénin • Histologie : Hamartochondrome

33. [F18]-FDG TEP = absence de captation FAUX NEGATIF : adénocarcinome avec composante bronchioloalvéolaire

34. Extension ganglionnaire : N

35. Extension ganglionnaire : N  N2 Volumineux foyer intense TDM : N0  N2 Petit foyer d’intensité modérée TDM : N1  N0 Petits foyers d’intensité modérée TDM : N0 Volumineux foyerd’intensité modérée TDM : N2  N2

36. Extension métastatique : M Extension métastatique pulmonaire - Même difficultés diagnostiques que pour la caractérisation tumorale TEP sans CA CBP Carcinome épidermoïde du LID, Métastase pulmonaire controlatérale prouvée histologiquement

37. Extension métastatique : M Extension pleurale (Gupta, Chest 2002) 35 pts avec CBP et une suspicion d’extension pleurale (épanchement pleural ou épaississement pleural) Gold standard : histologie, suivi sans traitement pour 3 pts TEP-FDG : Se = 89% Sp = 94% Ex = 91% Cancer pulmonaire non à petites cellules TEP-FDG : envahissement pleural confirmé en per-opératoire

38. Extension métastatique : M TDM TEP-FDG Homme de 55 ans, Carcinome à grande cellules LSG Métastase surrénalienne prouvée histologiquement

39. Emission Fusion émission/transmission Homme, 47 ans, carcinome à grandes cellules LSD TDM: adénopathies médiastinales, surrénale gauche suspecte FDG-TEP: extension métastatique ganglionnaire médiastinale bilatérale, jugulocarotidienne gauche et surrénalienne gauche

40. Extension métastatique : M Extension hépatique - TEP-FDG : pas de fixation des HNF et des angiomes (Marom, Radiology 1999) 100 pts avec un CBP, 6 avec des métastases hépatiques TEP-FDG : Exactitude = 100% (Kinkel et al, Radiology 2002) Méta analyse dans les cancers colorectaux, gastriques et oesophagiens de la détection des métastases hépatiques par la TEP-FDG, US, TDM et IRM Pour une Spécificté ≥ 85% : Se = 55% US vs 42% TDM vs 76% IRM vs 90% TEP

41. Extension métastatique : M TEP au [F-18]-FDG Scintigraphie du squelette Diphosphonates-99mTechnétium

42. Bilan d’extensiond’un CPC. TEP-FDG : fixation au niveau de l’extension médiastinale et de l’atteinte ganglionnaire cervicale connues, découverte d’une atteinte sternale confirmée histologiquement

43. Récidive d’un carcinome à petites cellules du poumon TDM : masse résiduelle stable depuis 12 mois et petit nodule infra centimétrique d’apparition récente tous deux FDG + Récidive au niveau de la masse gauche confirmée à l’histologie

44. Même patient. Le nodule de l’apex droit est mieux visualisé sur les images non corrigées de l’atténuation