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DES Radiodiagnostic » Modules de base » Imagerie fonctionnelle - Imagerie hybride 1
Qu’attendons-nous de la TEP-IRM ?
vincent.lebon@cea.fr
CEA –
DES Radiodiagnostic » Modules de base » Imagerie fonctionnelle - Imagerie hybride 2
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 ?
DES Radiodiagnostic » Modules de base » Imagerie fonctionnelle - Imagerie hybride 3
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
DES Radiodiagnostic » Modules de base » Imagerie fonctionnelle - Imagerie hybride 4
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
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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
Evolutions hardware du côté de la TEP
Détection en TEP
e+e-
tubePM
cristalscintillant
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Evolutions hardware du côté de la TEP
Diodes PM pour la TEP/IRM
Alternative au tube PM compatible avec l’IRM : photodiode (= diode PM)
- Insensibilité à B0
- Compacité
versus
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• 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
Evolutions software du côté de l’IRM
Séquences IRM pour la correction de l’atténuation
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• 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
Evolutions software du côté de l’IRM
Séquences IRM pour la correction de l’atténuation
DES Radiodiagnostic » Modules de base » Imagerie fonctionnelle - Imagerie hybride 9
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
Evolutions software du côté de l’IRM
Séquences IRM pour la correction de l’atténuation
DES Radiodiagnostic » Modules de base » Imagerie fonctionnelle - Imagerie hybride 10
1. Qu’est-ce qu’une TEP-IRM ?Approches séquentielle et 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
DES Radiodiagnostic » Modules de base » Imagerie fonctionnelle - Imagerie hybride 11
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
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Quantification TEP fragilisée par la correction d’atténuation
Limitations de la correction par IRM Dixon
Atténuation IRM Dixon
AtténuationTDM
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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
Quantification TEP fragilisée par la correction d’atténuation
Limitations de la correction par IRM Dixon
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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
Quantification TEP fragilisée par la correction d’atténuation
LimitationVariabilité inter-individuelle non prise en compte
DES Radiodiagnostic » Modules de base » Imagerie fonctionnelle - Imagerie hybride 15
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
Quantification TEP fragilisée par la correction d’atténuation
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
DES Radiodiagnostic » Modules de base » Imagerie fonctionnelle - Imagerie hybride 16
kx
ky
RF
Gcoupe
Gphase(Y)
kx
ky
Séquence UTE :
RF
Gcoupe
Glect.
Glect.(X)
Rappel : la séquence d’écho de gradient :
Détection de l’os cortical par IRM
Quantification TEP fragilisée par la correction d’atténuation
balayage radial du plan de Fourier Bergin et coll, Radiology (1991) 179:777-781
DES Radiodiagnostic » Modules de base » Imagerie fonctionnelle - Imagerie hybride 17
Hafner, Magn Reson Imaging (1994) 12:1047-51
kx
kySéquence UTE :
RF
Gcoupe
Glect.
Détection de l’os cortical par IRM
Quantification TEP fragilisée par la correction d’atténuation
RF
Glect.
Séquence ZTE :
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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)
Détection de l’os cortical par IRM
Quantification TEP fragilisée par la correction d’atténuation
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• 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
DES Radiodiagnostic » Modules de base » Imagerie fonctionnelle - Imagerie hybride 20
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
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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
IRM dépendante du workflow
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
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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)
IRM dépendante du workflow
Stratégies d’optimisation du workflow en PET-IRM
- Ajout de séquences IRM dédiées :
Von Schulthess et coll, J Nucl Med (2014) 55:1-6
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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
IRM dépendante du workflow
Stratégies d’optimisation du workflow en PET-IRM
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1. Qu’est-ce qu’une TEP-IRM ?Approches séquentielle et 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
DES Radiodiagnostic » Modules de base » Imagerie fonctionnelle - Imagerie hybride 25
• 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)
DES Radiodiagnostic » Modules de base » Imagerie fonctionnelle - Imagerie hybride 26
• 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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