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La TEP/TDM en oncologie thoracique
Au-delà de l’interprétation visuelle et du SUV : Un nouveau modèle pronostique ?
Pr Catherine CHEZE LE REST – CHU Poitiers
1ERES RENCONTRES D’ONCOLOGIE THORACIQUE EN NOUVELLE-AQUITAINE
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Imagerie multimodale TEP/TDM
2
Ron Nutt & David Townsend2000
Acquisition TDM~ 20 sec
Acquisition TEP~ 20 min
Anatomique :densité des tissus
Fonctionnelle :(concentration de radiotraceur injecté)
Scanner multimodal TEP/TDM
Beyer T, et al. A combined PET/CT scanner for clinical oncology. J Nucl Med. 2000
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Contexte de l’oncologie thoracique
Problèmes posés :
• Diagnostic : Faisceau d’arguments Diagnostic positif
• Bilan initial : recueil d’éléments pronostiques pour guider la prise en charge
Impact de l’extension initiale
Interprétation visuelle
ADK<CEBA, carcinoide : Faux-Granulomatose, infection : Faux+
TEP
TEP
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Indications de la TEP en oncologie thoracique
Diagnostic Caractérisation des nodules de plus de 8-10 mm
Bilan d’extension du CPNPC Extension ganglionnaire médiastinale : VPN Extension à distance
Suspicion de récidive Réponse thérapeutique tardive
interprétation visuelle
Quantification du signal
Détermination et suivi de changements
• concentration d’activité : SUV• volume métabolique• distribution de l’activité intra-tumorale
Réponse précoce
Valeur prédictiveValeur pronostique
Radiothérapie guidée par l’imagerie TEP/TDM
caractérisation tumorale
Nouvelles indications
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Un pronostic qui reste souvent sombre..
5
Taux de survie à 5 ans : IA : 65%, IB : 55% IIA : 50%, IIB : 40% IIIA : 25%, IIIB : 10% IV: <5%
Facteurs pronostiques : Stade TNM Age > 70 ans Performance status Tabagisme Marqueur tumoral CYFRA 21-1 (> 3,6 ng/ml) Sur-expression de Ki 67 Sur-expression de HER 2 Paramètres TEP-TDM : SUV ? Volume ? TLG ? Hétérogénéité ? Forme ?
N0 N1 N2 N3
T1I II IIIA IIIB IVT2
T3 II
T4
M0 M1
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SUV : Standardized Uptake Value
)(/)()/(
gpatientdupoidskBqinjectéedosemlkBqfixationSUV =
Correction d’atténuation (atélectasie, mvt, PDC)Mouvement respiratoire
kBq/ml Cps/s/pixel
Caractérise l’intensité de fixation
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Mouvement respiratoire3D PET 4D PET
- Heterogeneous parts of the tumour might be completely missed- High intensity regions are ‘averaged’; quantification of SUV is incorrect- Gross tumour volume might be overestimated
3D ‘normal’ PET4D respiration correlated PET
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SUV : Standardized Uptake Value
)(/)()/(
gpatientdupoidskBqinjectéedosemlkBqfixationSUV =
Correction d’atténuation (atélectasie, mvt, PDC)Mouvement respiratoireEffet de volume partiel
kBq/ml Cps/s/pixel
Caractérise l’intensité de fixation
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Activité réelle Activité mesurée
TEP
Effet de volume partiel
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SUV : Standardized Uptake Value
)(/)()/(
gpatientdupoidskBqinjectéedosemlkBqfixationSUV =
Correction d’atténuation (atélectasie, mvt, PDC)Mouvement respiratoireEffet de volume partielMéthode de reconstruction Méthode de mesure : SUV max, moyen, peak, SUL….
kBq/ml Cps/s/pixel
Caractérise l’intensité de fixation
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SUV : standardized Uptake Value
Correction d’atténuation (atélectasie, mvt, PDC)Mouvement respiratoireEffet de volume partielMéthode de reconstruction Méthode de mesure : SUV, SUL…. kBq/ml Cps/s/pixel
Caractérise l’intensité de fixation
)(/)()/(
gpatientdupoidskBqinjectéedosemlkBqfixationSUV =
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12
Interprétation : autres limites Glycémie Délai Histologie : ADK, CE, BA, Faux positifs : granulomatose
Très nombreux facteurs de variation
Standardized Uptake Value, Silly Uptake Value, Smart Uptake Value,
Simple Uptake Value Pas d’utilité diagnostique : Pb du seuil et de la spécificité
Intensité : témoigne de l’agressivité
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13
Le volume tumoral métabolique (MATV) : 61 patients; CBPNPC de stade I à III MATV > à 46 ml = moins bon pronostic
Lee P ,et al. Clin Lung Cancer 2012 ;13(1) :52-8.
Total Lesion Glycolysis (TLG) : = SUV moyen x MATV TLG élevé = moins bon pronostic
Chen HH ,et al. Radiology 2012 ;264(2) :559-66.
Hyun SH,et al. Ann Surg 2013 ;257(2) :364-70.
L’hétérogénéité intra-tumorale ? Sarcome Eary JF ,et al. J Nucl Med 2008 ;49 :1973-1979.
Cancer de l’œsophage Tixier F ,et al. J Nucl Med 2011 ;52 :369-378.
CBPNPC (53 patients) Cook GJ ,et al. J Nucl Med 2013 ;54 :19-26.
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L’hétérogénéité en imagerie
14
Etude de la relation entre les voxels de l’image.
Hétérogénéité globale, régionale, locale
Très nombreux paramètres …..
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« Radiomics » et modèle pronostique
116 pts NSCLC
stade I (n=29), II (n=30), III (n=57) 88 H / 28 F Age : 63 ± 9 ans
Traitement : Chirurgie (n=59) Chimiothérapie (n=87) Radiothérapie (n= 53)
28
219
14 43
1
0
Chir
Chimio Radio
Desseroit MC, et al. Development of a nomogram combining clinical staging with 18F-FDG PET/CT image features in Non-Small CellLung Cancer stage I-III, Eur J Nucl Med Mol Imaging 2016
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Survie globale N=116 71 décès (61%)
3-year survival ~40%
Desseroit MC, et al. Development of a nomogram combining clinical staging with 18F-FDG PET/CT image features in Non-Small CellLung Cancer stage I-III, Eur J Nucl Med Mol Imaging 2016
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17
Clinical stage
1.4 [95% C.I. 0.8-2.5]
Quid en ajoutant paramètres TEP/TDM pour patients stade II-III (N=87) ?
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18
Analyse des images TEP et TDM
image TDM «Low-dose» 3D Slicer [2]
Image TEP
FLAB [1]
1. Segmentation
1. Hatt, et al. A fuzzy locally adaptive Bayesian segmentation approach for volume determination in PET. IEEE Trans Med Imaging. 2009
2. Velazquez, et al. Volumetric CT-based segmentation of NSCLC using 3D-Slicer. Sci Rep. 2013
3. Weber, et al. Repeatability of 18F-FDG PET/CT in Advanced Non-Small Cell Lung Cancer: Prospective Assessment in 2Multicenter Trials. J Nucl Med. 20154. Desseroit, et al. Reliability of PET/CT radiomics features in functional and morphological components of NSCLC lesions:a repeatability analysis in a prospective a multicenter cohort, AAPM annual meeting, 2016
2. Quantification Paramètres 1er ordre: volume,
histogramme intensité),
Analyse de forme (sphericity, irregularity…)
Analyse de texture 2nd- et 3rd-ordre
Etude TEP/TDM test-retest :73 patients, étude prospective, multi-centrique (ACRIN + Merck trials) [3]
3. Choix des paramètres
105 lésions en TEP and 76 TDM [4]
Bland-Altman analysis
Paramètres retenus si répétabilité < ±16%
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19
Stage + PET volume + PET and CT heterogeneity
Stade+ volume TEP + hétérogénéité TEP + hétérogénéité TDM
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 12 24 36 48 60 72 84Temps (mois)
Prob
abilit
é de
sur
vie
(%)
Stade I (groupe 1)N=29, 6 décès (20,7%)Survie médiane --
Risque faible (groupe 2)N=72, 50 décès (69,4%)Survie médiane = 21,2 moisHazard ratio (vs. groupe 1) = 4,9
Risque élevé (groupe 3)N=15, 15 décès (100%)Survie médiane = 6,5Hazard ratio (vs. groupe 1) = 17,4Hazard ratio (vs. groupe 2) = 3,6
STADE
Volume TEP
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21
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 12 24 36 48 60 72 84Temps (mois)
Prob
abili
té d
e su
rvie
(%)
Stade I (groupe 1)N = 6, 0 décès (0%)Survie médiane = --
Risque faible (groupe 2)N = 14, 4 décès (28%)Survie médiane = --Hazard ratio (vs. groupe 1)= --
Risque élevé (groupe 3)N = 2, 1 décès (50%)Survie médiane = 2,9Hazard ratio (vs. groupe 1) = --Hazard ratio (vs. groupe 2) = 2,2
N=22 (prospectif)
M-C. Desseroit, et al. Nomogram for NSCLC exploiting clinical staging, tumor volume and PET/CT heterogeneity features:development using support vector machines in a retrospective cohort and first validation results in prospectively recruitedpatients. SNMMI annual meeting 2016
Etude de Validation (en cours)
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Personalized Medicine: Multifactorial Decision Support Systems
Lambin et al. Nature Rev. Clin. Oncol 2012
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23 P Lambin, et al. Radiomics: extracting more information from medical images using advanced feature analysis. Eur J Cancer 2012HJ. Aerts, et al. Decoding tumour phenotype by noninvasive imaging using a quantitative radiomics approach. Nat Commun. 2014
Radiomics
Imagerie Segmentation Extraction de paramètres Analyse
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TEP/TDM incontournable en oncologie thoracique
En dehors du bilan initial, nouvelles indications Réponse Planification
Interprétation VISUELLE actuellement en routine, Mais ….nouvelles informations avec de plus une valeur
pronostique à confirmer: volume, hétérogénéité
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25
Merci de votre attention
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Radiomics in PET/CT
27
Shape Asphericity
I. Apostolova, et al. Asphericity of pretherapeutic tumour FDG uptake provides independent prognosticvalue in head-and-neck cancer. Eur Radiol. 2014I. Apostolova, et al. Quantitative assessment of the asphericity of pretherapeutic FDG uptake as anindependent predictor of outcome in NSCLC. BMC Cancer. 2014
3D geometrical shape
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Sphéricité faible
Sphéricité élevée
Irrégularitéélevée
Irrégularitéfaible
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29
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Hétérogénéité visuelle
31
Concordance inter-observateur : correcte Kappa 0.589 et kappa pondéré 0.683
Observateur n°2
Observateur n°1A B C
A 21 5 1 27 (22.1%)B 7 17 7 31 (25.4%)C 1 10 53 64 (52.5%)
29 (23.8%) 32 (26.2%) 61 (50.0%) 122
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Comparaison analyse visuelle de l’hétérogénéité à l’analyse quantitative.
32
Paramètres de
texture
Observateur n°1 Observateur n°2
Inhomogénéité
Entropie
Aire sous la courbe
Déviation standard
IV
SZV
< 0.0001
< 0.0001
0.022
0.08
< 0.0001
< 0.0001
< 0.0001
< 0.0001
0.002
0.12
< 0.0001
< 0.0001
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Survie globale
33
Facteurs péjoratifs p HR IC 95%
Age > 70 ans 0,66 1,13 0,65-1,97
Sexe masculin 0,0061 2,57 1,51-4,37
Fumeur 0,63 1,18 0,63-2,23
Performance Status > 0 0,15 0,70 0,43-1,23
VEMS < 80% 0,64 0,89 0,54-1,46
Stade tumoral > II A < 0,0001 3,56 2,20-5,75
Histologie (épidermoïde) 0,068 0,65 0,40-1,06
SUV max > 8,5 0,0003 2,61 1,59-4,23
MATV FLAB < 0,0001 3,34 1,95-5,73
TLG < 0,0001 3,09 1,74-5,58
Inhomogénéité < 0,0002 2,58 1,58-4,22
Entropie < 0.0001 3.35 1.97-5.70
Aire sous la courbe 0.10 1.50 0.90-2.52
Déviation standard 0,0024 2,19 1,34-3,57
IV < 0,0001 3,14 1,90-5,18
SZV < 0,0001 0,31 0,18-0,53
Analyse visuelle obs 1 > 2 0,02 1,80 1,12-2,93
Analyse visuelle obs 2 > 2 0,004 2,02 1,25-3,27
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34
Facteurs péjoratifs p HR IC 95%
Age > 70 ans 0,66 1,13 0,65-1,97
Sexe masculin 0,0061 2,57 1,51-4,37
Fumeur 0,63 1,18 0,63-2,23
Performance Status > 0 0,15 0,70 0,43-1,23
VEMS < 80% 0,64 0,89 0,54-1,46
Stade tumoral > II A < 0,0001 3,56 2,20-5,75
Histologie (épidermoïde) 0,068 0,65 0,40-1,06
SUV max > 8,5 0,0003 2,61 1,59-4,23
MATV FLAB < 0,0001 3,34 1,95-5,73
TLG < 0,0001 3,09 1,74-5,58
Inhomogénéité < 0,0002 2,58 1,58-4,22
Entropie < 0,0001 3.35 1.97-5.70
Aire sous la courbe 0.10 1.50 0.90-2.52
Déviation standard 0,0024 2,19 1,34-3,57
IV < 0,0001 3,14 1,90-5,18
SZV < 0,0001 0,31 0,18-0,53
Analyse visuelle obs 1 > 2 0,02 1,80 1,12-2,93
Analyse visuelle obs 2 > 2 0,004 2,02 1,25-3,27
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Pour résumer
36Tixier F ,et al. J Nucl Med 2011 ;52 :369-378.