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Applications de la TEP au FDG

A l'exception des pathologies broncho-pulmonaires et des lymphomes.

DCEM 1

15 Mars 2006

Pierre PayouxService de Médecine Nucléaire

Centre TEP

Le Centre de Tomographie par Émission de Positon ( T.E.P.) du CHU de Toulouse

Plan

1. Introduction

2. Bases Physiques : rappels

3. Approche technologique

4. Applications cliniques à ce jour à l’exception des tumeurs pulmonaires et des lymphomes

5. Avantages et inconvénients de l'exploration en TEP

6. Conclusion

La tomographie par émission de positons

e+ e-

e+

Radiopharmaceutique

γγγγ

γγγγ

Acquisition Reconstruction

Introduction

L’émission de positons

traceur

positon électron

photonphoton511 keV511 keV

photonphoton511 keV511 keV

Bases physiques

Le Cyclotron

Bases physiques

Le cyclotron (accélérateur de particules)

- un système de vide très poussé- une source d’ions- un aimant (un champ magnétique)- un système radio-fréquence

suivis

- d’un système d’extraction du « faisceau »- d’une cible où a lieu la réaction nucléaire

comprend 4 éléments:

Bases physiques

le vide atteint des valeurs de l’ordre de 10-7 mb.

( ordre de grandeur:pression atmosphérique = environ 1000 mb )

Dans l’enceinte du cyclotron:

Bases physiques

La source d’ions

source

Bases physiques

La source d’ions

Arrivée du gaz source(le Deutérium)

source

Bases physiques

Arrivée du gaz source(le Deutérium)

source

Formation d’ions négatifs (les Deutons)

Bases physiques

Le champ magnétique

bobines

Champ magnétique(2 Tesla)

Ordre de grandeur: champ magnétique terrestre environ 5.10-5 Tesla

trajectoire circulaire

Bases physiques

Le champ magnétique

bobines

Champ magnétique(2 Tesla)

Ordre de grandeur: champ magnétique terrestre environ 5.10-5 Tesla

trajectoire circulaire

Bases physiques

Le champ électrique

Tensionélectrode

t

D-

répulsion

attraction

ions négatifs / électrode négative = répulsionIons négatifs / électrode positive = attraction

Phénomène d’attraction/répulsion à chaque passage au voisinagedes électrodes polarisées

Bases physiques

Le champ électrique

D-

répulsion

attraction

ions négatifs / électrode négative = répulsionIons négatifs / électrode positive = attraction

Phénomène d’attraction/répulsion à chaque passage au voisinagedes électrodes polarisées

Tensionélectrode

t

Bases physiques

Trajectoire et Energie

plus le rayon de la trajectoire augmente plus l’énergie des particules est grande

rayon maximal = énergie maximale

Bases physiques

Azote14N

D-

L’extraction du faisceau et la réaction Bases physiques

Azote14N

D-

stripper

L’extraction du faisceau et la réaction Bases physiques

Azote14N

D-

stripper

D+

L’extraction du faisceau et la réaction Bases physiques

D-

stripper

H+

Réaction nucléaire

L’extraction du faisceau et la réaction Bases physiques

Oxygène18O

Production d’ 18F

D-

stripper

H+

Réaction nucléaire

L’extraction du faisceau et la réaction Bases physiques

Radioélément Elémentcible

Energie dela particule

Particuleincidente

Période duradioélement

11C azote 18 Mev proton 20mn

13N oxygène 16 18 Mev proton 10mn

15O azote 9 Mev deuton 2mn

18F oxygène 18 18 Mev proton 1,9h

Exemples de radioéléments produits dans un cyclotron

Bases physiques

La détectionApproche technologique

e+ e-

γγγγ

γγγγ

Ligne de CoïncidenceFenêtre de coïncidence6 à 20 ns

Coïncidence vraie

La caméra Approche technologique

La caméra Approche technologique

Un des anneaux de détecteurs Approche technologique

Un des anneaux de détecteurs Approche technologique

Emission des photons Approche technologique

Emission des photons Approche technologique

Détection des photons

Stockage de l’image

Approche technologique

Détection des photons

Stockage de l’image

Approche technologique

Détection des photons

Stockage de l’image

Approche technologique

Détection des photons

Stockage de l’image

Approche technologique

Stockage de l’image

Détection des photons Approche technologique

Reconstruction de l’image Approche technologique

Reconstruction de l’image Approche technologique

Reconstruction de l’image

TEPmulti-détecteurs

en anneaux

3 familles

TEDC

TEP détecteurs plans en couronnes

Approche technologique

TEP avec multi-détecteurs en anneau

Tomographie d’Emission avec Détection de Coïncidences

Approche technologique

100-15030-601-6Index signal/bruit

500-600100-15020-40Taux de comptage coïncidences (kcps)

20-303-71Sensibilité relative

TEPMulti-détecteurs en

anneau

TEPdétecteurs plans en

couronne

TEDC

Performances comparées

D'après De Dreuille et al.

Approche technologique

Approche technologique

Imagerie et principales applications cliniques à ce jour

Cancérologie : 18F-FDG

Le 18F-FDG

18F-FDG

hexokinase

18F-FDG-6-phosphateglucose-6-phosphate

isomérase

18F-FDG-6-phosphate

GLUT

Cellule tumorale���� GLUT 1

���� Glycolyse

!Quantification

Imagerie et principales applications cliniques à ce jour

En Pratique

�Examen long :• A jeun depuis 6 heures• Mise au repos, perfusion de NaCl• 250 MBq à 500 MBq• Repos 45 minutes

Imagerie et principales applications cliniques à ce jour

Aspect normal

Imagerie et principales applications cliniques à ce jour

AMM (11/1998)

Diagnostic primaire : - diagnostic différentiel des masses pulmonaires.- bilan d’extension initial des lymphomes hodgkiniens et non-hodgkiniens, des cancers du poumon non à petites cellules, des cancers du rhinopharynx et des mélanomes.

- Suivi thérapeutique précoce et recherche de maladies résiduelles :

dans les lymphomes hodgkiniens et non-hodgkiniens.

- Récidives et métastases :- cancers colorectaux : bilan d’opérabilité.- cancer du poumon non à petites cellules.

Imagerie et principales applications cliniques à ce jour

AMM et �Standards : à l’unanimité�Options : par la majorité�Recommandations : niveaux de preuve.

• A = essais de bonne qualité et cohérents• B = preuve de qualité correcte :

• - essai randomisé B1.• -études prospectives ou rétrospectives.

• C = études critiquables ou incohérentes.• D Pas de données ou quelques séries de cas• Accord d’experts

SOR

Une AMM en perpétuelle évolution

Cancers digestifs

Mme M. 65 ans

11/03 01/04

Mr S., 74 ansNéoplasie du cardia en récidive ?

Février 2004

Mme M., 36 ansMétastases hépatiques d'un K du colon ?

Janvier 2004

IMPACT DU [18F]-FDG DANS LE RECHERCHE DE RECIDIVE DU CANCER

COLORECTAL

MODIFICATION DU STADE

COLON Meta et alTEP

TenonTEP

TenonTEDC

Non 32 (56 %) 98 (65 %) 22 (71 %)Augmentation 20 (35 %) 46 (30 %) 8 (26 %)Diminution 5 (9 %) 8 (5 %) 1 (3 %)Total 57 152 31Taux demodification

44 % 35 % 29 %

MODIFICATION DE L’ATTITUDE THERAPEUTIQUE

COLON Meta et alTEP

TenonTEP

TenonTEDC

Non 19 (33 %) 87 (57 %) 12 (39 %)Chirurgie remplacée 10 (17 %) 21 (14 %) 4 (13 %)Chirurgie indiquée 8 (14 %) 19 (13 %) 5 (16 %)Modification de lachimiothérapie

4 (7 %) 4 (3 %) 2 (6 %)

Autre changement 17 (29 %) 21 (14 %) 8 (26 %)Total 58 152 31Taux de modification 67 % 44 % 61 %

Cancers ORL

Mr B. Franck, 55 ansGanglion cervical droit suspect.

Février 2004

Mélanome

Mr D. Franck, 26 ansMélanome du dos opéré.

Octobre 2003

Mars 2004

Mr V. Mélanome du dos.

TEP-FDG

Fusion

TEP/TDM

TEP

TDM

•Physiques :

•Sa période est de 110 minutes.

•Il nécessite une caméra à positons et un cyclotron médical à proximité.

Inconvénients

Inconvénients et avantages de l'exploration en TEP.

•Physiologiques :

•Faux négatifs •taille infracentimétrique de la lésion

•tumeurs quiescentes ou sidérées par une thérapie récente, à faible activité métabolique ou largement nécrosées

• Faux positifs• muscles contractés

•processus hypermétaboliques non malins (adénomes parathyroïdiens, infections, inflammation)

•fixation myocardique inhomogène , arbre urinaire …

InconvénientsInconvénients et avantages de l'exploration en TEP.

Inconvénients et avantages de l'exploration en TEP.

Un problème de santé publique

Problème du coût de l'examen !

Doit justifier sa place dans l'arbre diagnostique.

- TEDC : 450 000 €- PET Dédié + TDM haut de gamme : 2 M€

PET CDET MFF MFF

Caméra PET 5- 15 Caméra 2 têtes 2.5

+ Coïncidence 0.5-1

Cyclotron 10-15 - -

Frais cyclotron 5-10 - -

Maintenance 2.5-5 Maintenance 0.2

Doses F18

Patients explorés

3.3

1260

Doses F18 (2555 x 6/j x210j)

1.07

1260

Pecking et al.

Sources : SFBMN 11/01

Inventaire des installations TEP

Inconvénients et avantages de l'exploration en TEP.

Inventaire des installations TEP

Inconvénients et avantages de l'exploration en TEP.

Conclusions

•Réduction de la durée d'examen •Actuellement 45 à 70 minutes•Objectif 30 mn (LSO, GSO)

•Localisation anatomique: machines bi-modales ou réseau

•meilleure localisation des lésions•cartographie d'atténuation

•Dosimétrie et radioprotection

•Accélération de l'implantation de Tomographes àÉmission de Positons

Le ganglion sentinelle

Après la pause …

But

�Mettre en évidence le premier relais de drainage ganglionnaire de la lésion

�Postulat :Un éventuel envahissement métastatique se fera en premier par ce ganglion

Injection

Imagesdynamiques

2 heures

Images tardives

Repérageper-opératoire

Lymphoscintigraphieexploration sur une journée

Comptage ex vivo

Technique : Lymphoscintigraphie

�Phase précoce :• Injection de nanocolloides de sulfure de rhénium marqués au Technétium en périphérie de la lésion

• Injections intradermiques de 0,01 à 0,02 ml (activité totale de 1 à 3 mCi environ)

• Acquisition dynamique d'images pour visualiser la migration du traceur (environ 10 à 15 minutes) au niveau du premier relais ganglionnaire

Exemple du mélanome

Mme E. 3 injections au niveau de l ’extrémité de l ’annulaire gauche. Images statiques précoce.

Avant bras G : vue ant.Epaule G : vue ant.

10 mn après injection

Technique (2)

�Phase tardive :• Balayage corps entier• Clichés centrés sur le ganglion sentinelle• Repérage cutané (feutre) sous la caméra à l'aide d'un crayon de cobalt

Vue antérieure Vue postérieure2 heures après injection

Mme R. , Mélanome pelvien (Breslow 6mm)bassin en vue antérieure à la deuxième heure

GaucheDroite

Détection per Opératoire

�Utilisation d'un compteur externe�Repérage et comptage de la lésion avant ouverture

�Dissection de l'aire ganglionnaire avec répérage par la sonde des zones suspectes

�Comptage de chaque ganglion ex vivo et de la zone d'exérèse après enlèvement du ganglion

Repérage per-opératoire d’un ganglion inguinal gauche.

Comptage de la radioactivité contenue dans la pièce opératoire

Autre application : les carcinomes épidermoïdes de la cavité buccale.

IntroductionObjectifsPatients et MéthodesRésultatsDiscussion

Cancers de la cavitébuccale

Epidémiologie :

-6ème rang des cancers.

-USA 30000 nouveaux cas par an.

-Sex ratio H/F = 2/1 2000 contre 3/1 en 1970.

Pronostic :

- 12% des décès par cancer chez l'homme, 1,6% chez la femme.

Etiologie :

-Tabac, alcool, alimentation.

-Virus.

IntroductionObjectifsPatients et MéthodesRésultatsDiscussion

Cancers de la cavitébuccale

Anatomopathologie : 95% carcinomes épidermoïdes

-Classification : TNMT T1 Tumeur de 2 cm ou moins dans son plus grand axe

T2 Tumeur comprise entre 2 et 4 cm dans son plus grand axe T3 Tumeur supérieure à 4 cm dans son plus grand axe T4 Tumeur avec extension à l’os, au muscle, à la peau

N N1 ADP Métastatique unique unilatérale < 3 cm N2a ADP Métastatique unique homolatérale entre 3 et 6 cm N2b ADPs Métastatiques multiples homolatérales < 6 cm N2c ADP Métastatique bilatérales ou controlatérales de moins de 6 cm N3 ADP Métastatique de plus de 6 cm dans sa plus grande dimension

80% de survie à 5 ans pour N0, 40% si N+

Cancers de la cavitébuccale

N0, évidement triangulaire exploratoire ! : 70% des cas N-

Niveau I Ganglions sub-mentaux et sub-mandibulaire

Niveau IIGanglions situés au dessus de la veine jugulaire interne,en arrière de la glande sub-mandibulaire en avant dumuscle SCM, au dessus de l'os Hyoïde

Niveau IIIGanglions situés au milieu de la veine jugulaire interneen avant du muscle SCM.

Niveau IVGanglions situés au dessous de la veine jugulaireinterne, au dessus de la clavicule, sous le muscle omohyoïdien

Niveau V Ganglions situés en arrière de SCM

Niveau VIEntre artères carotides depuis le bord supérieurde l’os hyoïde au bord supérieur du manubriumMemorial Sloan-Kettering

Cancer Center Classification.

Cancers de la cavitébuccale

Revue de la littérature

1 cas de micrométastase (12,5%)

8 casAlex JC et AL 2000

9 cas de micrométastases (22%)

50 cas Werner et al 2003

3 cas (13,6%)22 casTartaglione et al. 2002

1 cas (14,3%)7 cas de ganglions

marqués sur 12 maladesShoaib et al. 1999

GS+SérieAuteurs

Objectifs

Etablir la faisabilité d’un protocole de détection du GS dans le cadre particulier des cancers de la cavitébuccale.

Evaluer les performances de la technique.

Patients et Méthodes

-De Septembre 2002 à Septembre 2003 inclusion de 20 patients présentant une tumeur de la cavité buccale N0 (clinique et TDM).-Tous candidats à un évidement triangulaire classique.

Age : 58 ans ± 9 ans, Sex ratio H/F = 5

20 patients inclus , 22 évidements

510

1 4T1

T2

T3

T4

Méthodes

Injection :

- 4 seringues à Insuline, aiguille solidaire.- 0,1 ml par seringue.- 18 MBq de sulfure de rhénium colloïdal (Nanocis©) marqués au 99mTc par seringue.

- Anesthésie locale par Xylocaïne visqueuse 2%.-Sous muqueuse.-Péritumorale.-Eviter l'injection sous pression.

Méthodes

Images:

Caméra 3 têtes Phillips, parallèle, THR.

Dés la fin de l'injection : clichés dynamiques durant 14 minutes sous 3 incidences (OAD, OAG, Post).

Puis clichés précoces statiques de 10 mn sous les 3 incidences.

Reprise pour clichés tardifs 2 heures après l'injection.

Repérage à la peau et contrôle par sonde (Europrobe Cis bio/Schering).

IntroductionObjectifsPatients et MéthodesRésultatsDiscussion

Méthodes Chirurgie

Evidement ganglionnaire contrôlé ex-vivo et adressé séparément du GS à l'anatomopathologie.

Tumeur enlevée dans un premier temps.

Ganglion sentinelle prélevé sous contrôle de la sonde.

Résultats

Sur 20 patients 34 GS ont été scintigraphiquement identifiés c'est à dire moins de 2 GS/tumeurs.

Sur les 22 évidements les 34 GS scintigraphiques ont étéretrouvés chirurgicalement et analysés séparément de la pièce d'évidement.

Pour un seul patient sur 20 la lymphoscintigraphie a éténégative (gencive).

IntroductionObjectifsPatients et MéthodesRésultatsDiscussion

Résultats

Valeur prédictive négative : 96,7%

13GS +

129GS -

Evidement+

Evidement-Histologie

IntroductionObjectifsPatients et MéthodesRésultatsDiscussion

Le point de vue du Médecin Nucléaire

Exploration réalisable en routine clinique.

Nécessité d'une véritable courbe d'apprentissage (1 échec / 5 premiers).

Nécessite d'une standardisation de la technique.

Spécificité technique :

- Aiguille solidaire de la seringue.

- Faible volume injecté, 0,1 ml.

- Migration rapide du Nanocis© (Abraham J et al, 1999).

- Proximité site d'injection et GS (≠ Mélanome).

- Intérêt de caméra à plusieurs têtes.

IntroductionObjectifsPatients et MéthodesRésultatsDiscussion

Le point de vue du Chirurgien

Exploration réalisable en routine clinique.

Apprentissage rapide de la manipulation de la sonde de détection avec l'aide dans un premier temps du médecin nucléaire.Allonge malgré tout le temps d'intervention.

VPN comparable aux données de la littérature (Werner et al. 2003).

Validation permettra de limiter les risques per-opératoires et d'éviter les

70% d'évidements inutiles chez les N0. Limitera les séquelles (douleurs

spinales, sécheresse salivaire...)

Sous réserve d'une étroite collaboration entre les médecins

nucléaires et les chirurgiens, cette technique est parfaitement

réalisable en routine avec une VPN satisfaisante.

La généralisation de cette technique impose la définition d'un

consensus pour rendre les séries cliniques comparables.

Au total

La comparaison multicentrique des résultats pourrait modifier le comportement chirurgical face aux cancers de la Cavité buccale et de l'oro-pharynx classés N0.