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Qu’attendons-nous de la TEP-IRM ?

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CEA –

mailto:[email protected]


Beyer et coll. J Nucl Med (2000) 41:1369-79Bar-Shalom et coll. J Nucl Med (2003) 44:1200-9

• Indications croissantes de la TEP (oncologie, neurologie, infectieux, inflammatoire, cardiologie… )

• Imagerie hybride TEP-TDM supérieure à la TEP : “Hybrid PET/CT improves the diagnostic interpretation of 18F-FDG PET and CT in cancer patients and has an impact on both diagnostic and therapeutic aspects of patient management.”

• IRM>TDM… donc TEP-IRM>TEP-TDM ?

• La technologie a devancé la médecine : les indications/modalités de la TEP-IRM restent à définir

Introduction

Pourquoi une TEP-IRM ?


1. Qu’est-ce qu’une TEP-IRM ?Approche simultanée

Evolutions hardware du côté de la TEP

Evolutions software du côté de l’IRM

2. Qu’en attendre en termes de qualité d’image ?Sensibilité TEP améliorée

Quantification TEP fragilisée par la correction d’atténuation

Quantification TEP améliorée par la correction des mouvements ?

IRM dépendante du workflow

3. Qu’en attendre en termes diagnostiques ?En oncologie

En neurologie


Siemens Biograph mMR(début 2011)

GE Signa PETMR(2014)

Un système TEP-IRM simultané est un anneau TEP nouvelle générationinséré dans une IRM peu ou pas modifiée

Donc les évolutions hardware portent principalement sur la TEP

• Caméra TEP intégrée à l’IRM

• Acquisitions TEP et IRM « simultanées »

• Fusion TEP-IRM immédiate

Approche simultanée


Détection des photons par couplage : cristal /tube photomultiplicateur

Incompatibilité des tubes PM avec B0 : les électrons sont déviés par le champ magnétique (forces de Lorentz)

Encombrement des tubes PM incompatible avec le diamètre de l’IRM


Détection en TEP

e+e-

tubePM

cristalscintillant



Diodes PM pour la TEP/IRM

Alternative au tube PM compatible avec l’IRM : photodiode (= diode PM)

- Insensibilité à B0

- Compacité

versus


• Intérêt de la TEP : quantification du métabolisme (SUV)

• Atténuation des photons par les tissus biologiques

• Nécessité de corriger les images de l’atténuation, donc de déterminer le coefficient d’atténuation en chaque point du patient

• En TEP-TDM : conversion directe des UH (atténuation des photons X) en coefficients d’atténuation des photons (relation linéaire par morceaux)

TEP non corrigée TEP corrigée

TDM


Séquences IRM pour la correction de l’atténuation


• Les principaux déterminants de l’atténuation des photons sont :- la densité- le numéro atomique Z

• L’IRM détecte la densité des atomes d’hydrogène 1H (Z=1), donc l’atténuation ne peut pas être calculée à partir du signal IRM.

Estimation par segmentation des IRM en classes de tissus et attribution d’un coefficient d’atténuation prédéfini à chaque classe




Hofmann et coll, J Nucl Med (2008) 49:1875–1883

GraisseEau In phase

1. IRM Dixon 2 pts

seuillage Eau

seuillage Graisse

analyse en composantes connexes

Poumons + Air

2. Segmentationen 4 classes de tissu

3. Attribution d’un prédéfini à chaque classe de tissu




1. Qu’est-ce qu’une TEP-IRM ?Approches séquentielle et simultanée








En neurologie


Sensibilité TEP améliorée

z

z

• Modification de la géométrie de l’anneau TEP pour la TEP-IRM simultanée :

- réduction du diamètre de l’anneau TEP de ~80cm à ~60cm

- allongement de l’anneau TEP (selon z) de ~15cm à ~25cm

• Sensibilité de détection en TEP proportionnelle au rgéo cad à l’angle solide de détection :

Queiroz et coll, PLOS One (2015) 10(7): e0128842

Amélioration du rendement géométrique

Amélioration du rendement géométrique (et diodes PM) sensibilité TEP (kcps/MBq) ~doublée



Limitations de la correction par IRM Dixon

Atténuation IRM Dixon

AtténuationTDM


Absence de segmentation de l’os

erreur sur la SUV osseuse (~30%)

erreur sur la SUV des tissus mous adjacents

erreur critique au niveau cérébral (~20%)

Hofmann et col. Eur J Nucl Med Mol Imaging. (2009) 36:93–104Samarin et coll, Eur J Nucl Med Mol Imaging (2012) 39:1154-1160

Akbarzadeh et coll, Ann Nucl Med. (2013) 27:152-162Dickson et coll, Eur J Nuc Med Mol Imaging (2014) 41:1176-1189


Limitations de la correction par IRM Dixon


Correction de l’atténuation crânienne par atlas TDM

Principe de la correction- atlas TDM de référence- recalage élastique des TDM sur chaque patient -> PseudoTDM

Hofmann et coll, J Nucl Med (2008) 49:1875–1883Rota et coll, IEEE Nucl Sci Conf R (2008) 3786–3789


LimitationVariabilité inter-individuelle non prise en compte


Les 1H de l’os corticalOs cortical = cristaux d’hydroxyapatite + collagène + pores acqueux

pas de 1H 1H du collagène 1H de l’eau

T2 des 1H de l’os cortical• 10µs < T2H de l’os cortical < 1ms

-> Les 1H de l’os cortical ne sont pas vus en IRM conventionnelle (TE>3ms)

Seifert et coll, Curr Osteoporos Rep. 2016 Jun;14(3):77-86

Détection de l’os cortical par IRM


Intérêt des séquences à TE court• UTE (UltrashortTE) : TEmin~100µs• ZTE (ZeroTE) : TEmin~qques µs

Wagenknecht et coll, Magn Reson Mater Phy (2013) 26:99–113


kx

ky

RF

Gcoupe

Gphase(Y)

kx

ky

Séquence UTE :

RF

Gcoupe

Glect.

Glect.(X)

Rappel : la séquence d’écho de gradient :



balayage radial du plan de Fourier Bergin et coll, Radiology (1991) 179:777-781


Hafner, Magn Reson Imaging (1994) 12:1047-51

kx

kySéquence UTE :

RF

Gcoupe

Glect.



RF

Glect.

Séquence ZTE :


Catana et coll, J Nucl Med (2010) 51:1431–1438 Keerman et coll, J Nucl Med (2010) 51:812–818

IRMconv (TE = 4 ms)

Comparaison IRM conventionnelle / UTE

UTE (TE = 70 µs)




• Mouvements respiratoires à l’échelle de la TEP (>2min/pas)

• Effet sur la quantification en TEP :

- étalement des foyers hypermétaboliques

- erreur de correction d’atténuation (aux interfaces tissulaires)

- critique au niveau pulmonaire et hépatique

Quantif. TEP améliorée par la correction des mouvements ?

Artéfacts de mouvement en TEP


Stratégies de limitation des artefacts de mouvement en TEP/TDM :

Acquisition synchronisée retenant 1 ou quelques phases du mouvement périodique (mais perte de sensibilité)

Intérêt de l’IRM pour l’estimation du champ de déplacement :

• acquisitions à différents cycles (non ionisantes)

• séquences IRM sensibles aux déplacements (tagging, écho navigateur)

Quantif. TEP améliorée par la correction des mouvements ?

Artéfacts de mouvement en TEP


La TEP-IRM simultanée est une IRM 3T dans laquelle une couronne TEP modifiée est insérée IRM de qualité identique à une IRM 3T clinique


Qualité d’image des IRM

Workflow en TEP-IRM

Workflow = enchaînement des pas d’acquisition TEP et des séquences IRM

L’optimisation du workflow est une problématique propre à la TEP-IRM car:

• l’IRM offre un très large choix de séquences, contrairement à la TDM ;

• l’IRM est une modalité performante localement (protocoles spécifiques d’organes, indications de l’IRM CE marginales), contrairement à la TDM ;

• les protocoles IRM pertinents pour le diagnostic oncologique ont une mauvaise résolution temporelle (env. 20min vs 2min par pas en TEP).

Question du workflow cruciale en routine clinique :

• rapport coût-efficacité par rapport à TEP-TDM et à TEP + IRM séparées

• nécessité de maximiser le temps d’acquisition simultané


après la TEP (plus simple) OU pendant la TEP (simultané)

Workflow type- 4 à 6 pas d’acquisition TEP de 2min- à chaque pas de 2min : - pré-scan IRM (shim et ajustement de f0)

- IRM Dixon 2 points (~1min)


Stratégies d’optimisation du workflow en PET-IRM

- Ajout de séquences IRM dédiées :

Von Schulthess et coll, J Nucl Med (2014) 55:1-6


Optimisation du workflow par :

- Protocoles IRM orientés par l’indicationex : IRM cérébrale + IRM synchro pulmonaire dans CBP

Von Schulthess et coll, J Nucl Med (2014) 55:1-6Queiroz et coll, Eur J Nucl Med Mol Imaging (2014) 41:2212-21

- Sélection des séquences IRM les plus pertinentesex : « rule-out brain metastasis protocol » : T2-FLAIR et T1-Gd


Stratégies d’optimisation du workflow en PET-IRM


1. Qu’est-ce qu’une TEP-IRM ?Approches séquentielle et simultanée








En neurologie


• Nombreuses études comparatives sur des petites séries de patients

• Quelques méta-analyses depuis 2014 :

Qu’attendre de la TEP-IRM en termes diagnostiques ?

TEP-IRM vs TEP-TDM en oncologie

-> performances comparables sauf pour :- lésions prostatiques et osseuses : TEP-IRM>TEP-TDM - lésions pulmonaires : TEP-IRM<TEP-TDM

(Czernin et al, J Nucl Med 2014)

(Spick et al, J Nucl Med 2016)

(Riola-Parada et al, Rev Esp Med Nucl Imag Mol 2016)


• Difficulté de comparer rigoureusement les 2 techniques :

- absence de protocole IRM standardisé pour la TEP-IRM

- sensibilité /résolution TEP améliorée sur les TEP- IRM

• Intérêt potentiel pour l’évaluation thérapeutique (thérapies ciblées)

Qu’attendre de la TEP-IRM en termes diagnostiques

TEP-IRM vs TEP-TDM en oncologie

TEP-IRM en neurologieIntérêt du recalage plus précis et/ou de la simultanéité TEP-IRM :

- Bilan pré-chirurgical des épilepsies focales pharmacorésistantes avec colocalisation par IRM de perfusion(Galazzot, NeuroImage Clin 2016)

En oncologie comme en neurologie : intérêt de la double lecture simultanée radiologue/médecin nucléaire

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