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La Tomographie par Emission de Positons au RSNA 2002

Mis à jour le 13/08/2010 par SFR

Hervé FOEHREBACH
Service de médecine nucléaire, Hôpital d'Instruction des Armées du Val de Grâce - Paris

1. INTRODUCTION

La Tomographie par Emission de Positons (TEP) est une technique d'imagerie utilisée de longue date dans les centres de recherche équipés de cyclotrons pour la production des traceurs utilisés mais qui figure parmi les plus récemment introduites dans la pratique du diagnostic médical. Cette modalité relève de l'imagerie scintigraphique puisqu'elle comporte l'injection d'un traceur radioactif puis la réalisation d'images de sa distribution in vivo au moyen d'une caméra à scintillation. Sa spécificité procède du mode d'émission des rayonnements électromagnétiques détectés et de l'organisation particulière des appareils nécessaires pour cette détection et la réalisation des images correspondantes.

Technique de médecine nucléaire, la TEP et ses applications ont été le sujet d'un peu plus de 70 communications orales et affichées dans le cadre du RSNA 2002. 25 sessions de formation continue lui ont été également consacrées.

2. PRINCIPAUX THEMES ACTUELS

2.1. Traceur

Le produit actuellement à la base de la plupart des applications cliniques est le déoxyglucose marqué au fluor 18 (FDG). Les communications relatives à des applications cliniques reposent toutes sur l'utilisation de ce traceur. De même, la plupart des sessions de formations sont consacrées à la reconnaissance de la distribution normale du FDG, de ses variantes et à ses applications cliniques.

Son intérêt physiologique réside dans sa capacité à être incorporé dans les cellules par les mêmes transporteurs que le glucose. Son intérêt pratique est qu'après sa phosphorylation intracellulaire, il s'accumule de façon irréversible dans la plupart des cellules. Ceci permet de réaliser des images de sa distribution à un temps donné après l'injection sans avoir à utiliser un modèle mathématique dynamique. La procédure d'imagerie est donc très simple à mettre en œuvre avec un traceur de ce type.

En raison de la technique de détection mise en œuvre dans un appareil TEP et des correction physiques mises en œuvre, une relation peut être établie entre le niveau de fixation observé pour un tissu donné et la quantité de traceur qui s'y est accumulée. Puisqu'il existe une relation entre la captation du traceur et la quantité de glucose consommée, la fixation est proportionnelle à la quantité de glucose consommée par le tissu concerné pendant la période de temps comprise entre l'injection et la réalisation des images.

L'information recherchée est visible dans les images sous deux formes. La première est celle d'une accumulation au sein d'une lésion, supérieure à celle des tissus normaux avoisinants, matérialisée par une hyperfixation. C'est la base de toutes les applications cancérologiques. A l'inverse, on peut aussi rechercher une réduction du métabolisme du glucose par rapport aux tissus normaux et c'est cette fois le cas des applications cardiologiques et neurologiques.

2.2. Domaines d'application

Au RSNA, reflétant les applications cliniques actuelles, la très grande majorité des communications et sessions de formation ont été consacrées à la cancérologie. Cette application repose sur la connaissance de l'accroissement de la consommation de glucose au sein des cellules néoplasiques. Il est intéressant de noter au passage qu'environ un demi siècle s'est écoulé entre la mise en évidence de cette caractéristique fondamentale de la plupart des cellules cancéreuses (Warburg 1930) et les premières images cliniques obtenues au début des années 80.

2.2.1. Détection des lésions malignes

Parmi les différentes applications cliniques connues en oncologie de l'imagerie au FDG, on retrouve une prédominance des travaux rapportés consacrés aux cancers broncho-pulmonaires, colo-rectaux, ORL et aux lymphomes. A propos de ces derniers, trois communications soulignent les meilleures performances de l'imagerie au FDG par rapport à celles de la scintigraphie au gallium 67, technique validée de longue date pour ces affections, notamment pour la caractérisation des masses résiduelles (213, 214, 1650). De ce fait, sous réserve de sa disponibilité, l'imagerie à positons est en passe de remplacer cette application plus ancienne par ailleurs handicapée par un délai de réponse plus long et une exposition radiologique très supérieure. La différence de performances est par contre plus tempérée entre FDG et scintigraphie osseuse comme cela est rappelé par un autre travail (360NM-p). En effet, celui-ci indique une meilleure sensibilité de la scintigraphie osseuse. Cependant, la meilleure spécificité de la TEP au FDG permet de ne pas réaliser la scintigraphie osseuse a posteriori si une lésion osseuse a été mise en évidence en TEP – FDG.

Par contre, on retrouve des limitations également connues de la technique pour le cancer prostatique et les néoplasies endocriniennes bien que dans ce dernier des cas des résultats très favorables aient pu être rapportés pour diverses tumeurs neuro-endocrines (743).

2.2.2. Autres applications oncologiques

Les différentes applications qui viennent d'être évoquées font toutes références à l'aptitude de la technique à détecter des lésions tumorales évolutives ou à permettre de reconnaître le caractère malin évolutif de lésions détectées par l'imagerie anatomique mais non caractérisées par celle-ci. Il est intéressant que deux autres applications sont également illustrées par d'autres travaux, applications exploitant plus l'information métabolique fournie par la technique que lors de la simple détection du cancer. La première est la confirmation de la corrélation entre le niveau de fixation observé et la différenciation des cellules constituant la tumeur. Le cas des adénocarcinomes broncho-pulmonaires (379) et celui du carcinome hépato-cellulaire (742) est particulièrement démonstratif. Dans ce dernier cas, la TEP- FDG est créditée d'une sensibilité de détection médiocre à moins de 50 %. Par contre, elle peut être indiquée du fait de cette corrélation avec la différenciation tumorale, qui n'existe pas pour la prise de contraste en TDM ou en IRM. En cela, elle devient un test à valeur pronostique. Cette corrélation avec la différenciation est à rapprocher de celle qui existe avec la capacité proliférative de ces lésions puisque la fixation du FDG a également été corrélée avec ce paramètre.

Une seconde application de cette information métabolique est la mise en évidence précoce de l'effet d'une chimiothérapie (741). Cette précocité est compréhensible par le fait que l'effet initial de la chimiothérapie est la perturbation du métabolisme des cellules tumorales et que la réduction de volume tumoral mesurable par l'imagerie anatomique ne survient que plus tardivement après l'élimination des cellules néoplasiques tuées.

2.2.3. Applications non oncologiques

Il est probable que l'importance numérique des indications oncologiques de la TEP au FDG ait éclipsé les autres domaines. Cependant, les applications cardiologiques et surtout neurologiques ne doivent pas être oubliées et certaines sessions de formation continue ont été consacrées à ces sujets. Parmi ces différences utilisations potentielles, l'une d'elle est évoquée à plusieurs reprises. Il s'agit du diagnostic précoce des affections neuro – dégénératives. L'altération du métabolisme neuronal est précoce au cours de ces affections et elle peut donc être mise en évidence par la TEP au FDG bien avant la survenue de lésions cérébrales macroscopiques, lors des premières manifestations cliniques. Compte tenu de la fréquence prévisible de la maladie d'Alzheimer au sein d'une population vieillissante et des incertitudes relatives au possible développement de formes nouvelles de la maladie de Creutzfeld-Jacob, on peut mesurer l'importance potentielle de ce type d'applications.

2.3. Appareillage

Le développement des appareils TEP a été très rapide au cours de ces dernières années avec l'apparition de cristaux scintillateurs plus performants permettant l'obtention d'images de meilleure qualité, tant en terme de résolution spatiale que de rapport signal / bruit, en un temps plus bref. L'évolution majeure la plus récente a été l'association de la caméra TEP avec le scanner au sein d'un même système. Malgré le caractère très récent de ces appareils, presqu'un tiers des communications cliniques et plus de la moitié des communications techniques sont relatifs à des résultats obtenus avec ces systèmes. En particulier, dans les travaux cliniques, l'apport de l'information anatomique est indiquée comme cruciale pour l'interprétation des images de TEP – FDG car elle améliore significativement les performances diagnostiques de l'imagerie scintigraphique. Ceci est plus lié au fait que l'image FDG n'est constituée que par les structures ayant accumulé le traceur que par la moindre résolution spatiale de l'imagerie TEP.

Ainsi, il devient possible de localiser précisément une hyperfixation maligne ganglionnaire dans un relais particulier, de distinguer une localisation ganglionnaire d'une localisation métastatique parenchymateuse ou viscérale, et même d'identifier des fixations normales, susceptibles de produire des résultats faussement positifs, en reconnaissant leur support anatomique (386). Ce cas est particulièrement illustré par le lien établi entre certaines fixations thoraciques hautes et des amas de graisse brune (387).

Il est cependant nécessaire de rappeler ici que l'apport anatomique du scanner associé à la TEP n'est pas le seul puisqu'il fournit également des mesures physiques d'atténuation destinées à la correction des images TEP. L'intérêt du scanner est sa haute résolution spatiale comparée à celle des autres dispositifs utilisés sur les appareils TEP seuls. Cette propriétés permet d'optimiser la correction physique des petites lésions. D'autre part, la rapidité d'acquisition du scanner permet, lorsqu'il est couplé aux nouveaux détecteurs actuels et qu'il remplace la mesure de transmission jusque là effectuée au moyen de sources radioactives émettrices de positons ou de simples photons, de réduire la durée d'acquisition d'un examen corps entier à des temps de l'ordre de 15 à 30 mn.

L'inconvénient majeur de ces systèmes est bien évidemment leur coût puisque leur acquisition revient à acheter une caméra TEP et un scanner simultanément, d'autant que les constructeurs proposent actuellement une association de détecteurs performants et de scanner hélicoïdal dotés au minimum de deux barrettes de détecteurs. C'est pourquoi des solutions alternatives sont actuellement à l'étude. L'une des solutions envisagées est l'utilisation de logiciels permettant la mise en correspondance a posteriori d'images acquises par deux appareils distincts et transférées sur une même station de traitement. Dans cette approche, l'acquisition du logiciel et d'une station de traitement est beaucoup moins onéreuse. Cependant, la complexité des algorithmes nécessaires pour la mise en correspondance non rigide de ces deux volumes est très grande en raison de la déformabilité des segments anatomiques étudiés qui doit être compensée pour obtenir un résultat d'une précision satisfaisante. Des résultats sont proposés avec des résultats intéressants indiquant l'apport de l'introduction de l'information anatomique par cette voie (1652). Enfin, la complexité de mise en œuvre de tels programmes a par ailleurs justifié une session de formation continue spécifique.

Enfin, même dépourvue de scanner, une caméra TEP reste un investissement important et l'existence d'une alternative à moindre coût est rappelée. Il s'agit de gamma-caméras usuelles de médecine nucléaire modifiées pour permettre la réalisation d'images de traceurs émetteurs de positons tout en conservant la capacité de détecter les rayonnements émis par les traceurs émetteurs de simple photons gamma utilisés dans les procédures de routine de médecine nucléaire. Cependant, les contraintes physiques imposées par la détection de rayonnements électromagnétiques d'énergie très différentes sont à l'origine de performances médiocres pour l'imagerie des émetteurs de positons. Il faut noter que ce n'est pas la résolution spatiale qui différencie ces appareils des caméras TEP dédiées à l'imagerie des positons mais leur sensibilité de détection qui est très inférieure. La conséquence en est un faible rapport signal / bruit et donc des performances en détectabilité également inférieures. De plus, du fait de cette faible sensibilité, la durée des acquisitions est élevée, plus du double de celle nécessaire pour une caméra TEP dédiée.

3. NOUVEAUTES, PERSPECTIVES, DEVELOPPEMENTS


3.1. Traceurs

L'expérience actuellement acquise en oncologie avec le FDG a permis d'identifier les points forts de cette technique mais également ses limites. L'une des plus pénalisantes pour le diagnostic oncologique est l'existence de fixations bénignes du FDG, essentiellement sur des lésions inflammatoires. Cette propriété a même permis des travaux utilisant ce traceur pour la mise en évidence de lésions inflammatoires ou infectieuses notamment vasculaires (365NM-p) ou ostéo – articulaires (170).

De plus, l'absence de fixation du FDG, ou son caractère inconstant, sur certains types de cancer comme celui de la prostate justifie également la recherche de traceurs plus adaptés à ces lésions.

Divers travaux ont donc été consacrés à de nouvelles molécules en indiquant le plus souvent l'apport de ces traceurs par rapport au FDG utilisé comme référence. Ainsi, puisqu'il a été question plus haut de l'adénocarcinome prostatique, la choline marquée au carbone 11 s'est avérée beaucoup plus performante que le FDG (1460).

D'autres substances ont été également testées. La méthionine marquée au carbone 11 donne des résultats globalement comparables au FDG mais lui est très supérieur pour la recherche des lésions cérébrales puisqu'il n'existe pas de fixation corticale alors que la matière grise fixe intensément le FDG avec pour conséquence un effet de masquage des éventuelles lésions malignes secondaires ou primitives (744). Par ailleurs, des analogues des nucléotides, comme le FMAU marqué au carbone 11, produisent une information beaucoup mieux corrélée à la prolifération cellulaire (1657). Le marquage de précurseurs comme l'adénosine permet une représentation du métabolisme énergétique des cellules malignes (372NM-p).

Pour certains types de tumeurs, l'utilisation d'un précurseur d'une fonction donnée permet une représentation spécifique de ces lésions. Le marquage de l'hydroxyéphédrine par le carbone 11 permet une imagerie spécifique des phéochromocytomes (745).

Enfin, la contribution de la technique à l'optimisation des thérapeutiques progresse grâce au marquage direct de molécules de chimiothérapie. Un travail consacré au paclitaxel marqué au carbone 11 permet la cartographie d'éléments tumoraux résistants à la chimiothérapie du fait de l'expression du gène MDR (373NM-p).

3.2. Domaines d'application

L'extension des domaines d'application de la technique TEP peut être prévue en fonction du développement des nouveaux traceurs comme ceux qui ont été évoqués au paragraphe précédent. En oncologie par exemple, il a été indiqué que, maintenant, divers aspects du métabolisme tumoral voire de l'interaction des tumeurs avec les molécules de chimiothérapie peuvent être représentés. Aussi, diverses applications peuvent s'envisager en fonction de la stratégie thérapeutique prévue pour une affection donnée, selon l'information nécessaire pour la mettre en œuvre. Le traceur utilisé pour l'une de ces applications étant alors sélectionné également en fonction de la nature des lésions étudiées et de l'aspect fonctionnel que l'on veut mettre en évidence, métabolisme, prolifération, viabilité.

3.3. Appareillage

Il a été vu plus haut que la tendance actuelle est à incorporer dans les appareils l'ensemble des éléments permettant une exploitation optimale des informations fournies par l'imagerie à positons. Cela fait référence à des détecteurs performants et l'association avec le scanner. De nouvelles évolutions sont en cours en vue de la réduction progressive de la durée d'examen en conservant la qualité d'image acquise, voire en l'améliorant.

Outre l'aspect matériel, l'évolution des procédures est également à remarquer avec plusieurs travaux consacrés aux perturbations éventuelles de l'imagerie scintigraphique à positons par l'utilisation de produits de contraste radiologiques destinés à augmenter la pertinence diagnostique de l'imagerie tomodensitométrique associée. Ces études ont porté tant sur l'introduction d'un contraste digestif (737, 738) que sur l'injection d'un produit de contraste intraveineux (572). Il peut être rappelé ici que la présence de tels augmentations artificielles de densité ne sont pas anodines retentissent sur l'image TEP car les données du scanner n'ont pas qu'une vocation diagnostique mais également de correction physique de l'atténuation dans les images scintigraphiques. Ainsi, une hyperdensité induite par un produit de contraste peut faire apparaître une fausse hyperfixation en introduisant une surcorrection par surestimation de la densité tissulaire locale.

4. REFLEXIONS

Les travaux rapportés dans le cadre de ce congrès constituent un échantillon de petit volume mais représentatif des données acquises et des tendances actuelles en matière d'imagerie à positons. Ils illustrent les informations inédites produites par cette technique qui justifient son développement actuellement très rapide. En particulier, certains travaux insistent sur l'influence des résultats obtenus sur la stratégie thérapeutique. On relève cependant l'absence de travaux relatifs à l'apport de la technique dans le diagnostic des affections neuro-dégénératives, domaine d'application pourtant bien documenté par ailleurs.

Une place centrale est donnée à l'évolution majeure de la technique avec l'association au sein d'un même système d'une caméra à positons et d'un scanner. Celle-ci est d'autant plus compréhensible que cette synthèse des moyens de l'imagerie métabolique et anatomique permet de dépasser les limitations de chacune dans le domaine de la cancérologie :
- défaut de spécificité de l'imagerie anatomique pour la caractérisation tissulaire des lésions détectées,
- limitation de l'imagerie à positons pour l'identification du siège et de l'environnement d'une lésion pourtant reconnue comme maligne

Au delà de la technique, sont également évoquées des évolutions significatives en matière de procédure de mise en œuvre de ces appareils. Dans sa forme première, l'adjonction du scanner n'avait pour autre but que d'être un moyen de correction physique rapide et précis des images de la caméra TEP et de fournir en complément un moyen de localisation anatomique des anomalies constatées. Actuellement, diverses investigations sont en cours pour exploiter toutes les possibilités diagnostiques offertes par les scanners présents dans ces systèmes d'autant que les performances de ceux-ci sont tout à fait compatibles avec une telle utilisation. Il sera intéressant de suivre cette évolution dans les prochaines années et de vérifier si cette tendance se confirme et pour quels types d'applications ou de circonstances pathologiques. Dans cette éventualité, il est possible que ce type d'approche conduise à une réflexion quant aux compétences nécessaires aux utilisateurs de tels systèmes ou quant aux collaborations qui devraient se mettre en place.

Une autre tendance, parallèle à l'appareillage, est également clairement illustrée. Celle-ci tient au développement des nouveaux traceurs devant dépasser les limitations, de mieux en mieux connues, du seul radiopharmaceutique actuellement utilisable en pratique clinique, le fluorodéoxyglucose. Ces développements vont permettre de s'intéresser à d'autres caractéristiques des lésions malignes comme par exemple le métabolisme des acides aminés ou des acides nucléiques. Ils sont possibles grâce à la caractéristique des émetteurs de positons de permettre le marquage sans altération des propriétés biochimiques de très nombreux composés organiques. Certains des travaux rapportés au cours de ce congrès donnent un aperçu des possibilités de la technique qui dépassent largement la seule détection du tissu malin. On peut rappeler le marquage de molécules de chimiothérapie permettant d'obtenir des informations a priori sur l'efficacité d'un traitement sans avoir à attendre d'en observer les effets. Ceci permet d'envisager un gain potentiel de temps, d'argent et une économie d'effets secondaires s'il est possible d'écarter d'emblée un produit inefficace. La conséquence de l'émergence de ces nouveaux traceurs est la nécessité de définir un mode d'emploi pour chacun comprenant le type de tumeur auquel il est destiné, le type d'information fournie en fonction de la phase évolutive de la maladie.

Au total, au delà des seuls travaux rapportés, la conjonction des avancées techniques en matière d'appareillage et de traceurs permet d'esquisser les contours d'un nouveau domaine de l'imagerie, au moins en cancérologie. Dans ce contexte, les spécialistes de ce type d'imagerie devraient connaître en détail l'imagerie tomodensitométrique anatomique normale et pathologique ainsi que la physiopathologie du cancer afin de pouvoir sélectionner le traceur optimal pour résoudre un problème clinique donnée à une phase évolutive donnée d'une tumeur donnée. Cette évolution est marquée en oncologie mais elle peut également s'envisager en neuro-imagerie avec l'émergence des traceurs métaboliques et surtout de la neurotransmission en raison de leur possibilité de fournir des informations inédites.

5. CONCLUSION

L'utilisation en imagerie clinique de la tomographie par émission de positons en est actuellement à ses débuts. Après une analyse systématique des apports du FDG en termes d'information diagnostique et d'impact sur la stratégie de prise en charge des malades, des travaux analogues seront à entreprendre au moyen des traceurs d'autres métabolisme et d'autres fonctions cellulaires afin d'en dégager les indications optimales en fonction des problèmes cliniques posés.

L'appareillage fondamental pour cette phase du développement est déjà acquis sous la forme de l'association de la caméra à positons et du scanner. Il n'est donc guère surprenant que le plus gros des demandes d'équipement actuel concerne des systèmes de ce type. L'augmentation progressive du nombre de ces appareils amènera nécessairement à considérer de nouveaux protocoles d'imagerie en cancérologie et vraisemblablement une nouvelle conception de l'imagerie dans cette discipline.

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Implication du radiologue en chirurgie plastique du sein


Chères consoeurs, chers confrères, chers amis,

Suite à l'évaluation très favorable de la dernière journée que nous avons organisée en avril 2016 à Lyon sur le thème de l’imagerie du sein et de la chirurgie plastique, nous organisons une nouvelle journée le samedi 1er avril 2017 à la salle Multimedia du Centre Léon Bérard à Lyon. Le nombre de participants sera limité, pour garder un caractère d'interactivité à cette journée. 
Le public concerné est celui des radiologues pratiquant la sénologie, spécialement ceux à très forte orientation sénologique.

Vous trouverez ci-joint le programme de cette journée et la fiche d'inscription. L'implication du radiologue en chirurgie plastique du sein et sa place fondamentale dans ce domaine seront les fils conducteurs de cette journée car les implications entre ces deux domaines deviennent de plus en plus fréquentes et le radiologue sénologue se doit de bien connaitre ces différentes interactions.

Dans l’attente de vous rencontrer, nous vous prions de croire, chères consoeurs, chers confrères, chers amis, en nos
sentiments dévoués les meilleurs.

Organisateurs : 
Christophe TOURASSE
Emmanuel DELAY