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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.