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IMAGERIE DES CANCERS DE LA CAVITE BUCCALE

Lopez R

Chirurgie Maxillo-Faciale et plastique de la face INSERM U825, Pavillon Baudot, CHU Purpan, 31059 Toulouse Cedex Ecole doctorale GEET - LASS

L’imagerie médicale

Introduction

En radiologie, l'image est la visualisation d'une série de traitements d'une information (signal) issue des phénomènes physiques (électromagnétisme, rayonnement, acoustique, …) utilisés. Il est donc souvent délicat d'y associer une réalité visuelle de type photographique. L'interprétation d'une image est donc à associer à la technique d'imagerie employée.

L’interprétation d’une image est la corrélation d’une connaissance du processus physique et des connaissances anatomiques.

Du pixel au voxel

Image numérique bidimensionnelle: constituée par des pixels (picture elements).

Image représentée sous forme d’une trame régulière de points selon deux axes orthogonaux (matrice).

Résolution d’une image numérique est dépendante du nombre de pixels par unité de longueur dans cette image.

Résolution mesurée en nombre de pixels par pouce (ppp) équivalent à dots per inch (dpi).

Plus le nombre de pixels est important par unité de longueur, plus précise sera l’image.

Acquisition des données

Du pixel au voxel

Quantification ou échantillonnage des pixels: chaque pixel peut avoir une ou plusieurs valeurs

Mesuré en nombre de bits par pixel de l’image (bpp).

Valeurs les plus fréquemment utilisées 8 bits par pixel pour les images en niveaux de gris (256 niveaux de gris) et 24 bits par pixel pour les images couleurs.

Un bit (valeurs monochromes: noir ou blanc), plusieurs bits (plusieurs niveaux de gris).

Image numérique alors appelée image bitmap (bits mapped).

Du pixel au voxel

Stockage des données

Volume des données peut être très important et nécessite une compression.

Compression non destructive: compression des données sans perte d’information. Ex: TIFF, PNG, BMP, PICT.

Compression destructive: perte d’information Ex: JPEG.

Image numérique médicale: DICOM, norme standard: format de fichier et protocole de transmission des données.

Du pixel au voxel

Echantillonnage volumique ajoute une troisième dimension, le Pixel devient Voxel (Volume élément)

L’ image volumique est considérée comme une fonction discrète de [1,…,N] x [1,…,M] x [1,…,Q] qui à chaque position (x,y,z) de la "grille 3D" associe une information particulière.

Méthodes de visualisation et reconstruction des images numériques médicales.

Rendu volumique / rendu surfacique

Rendu surfacique: approche 3D avec comme possibilités: mesures, simulation, réalité virtuelle… Nombre de données réduit (surface)

Rendu volumique: plus grande potentialité visuelle, traitement d’image (segmentation, filtrage…). Cependant temps de traitement et stockage élevés, peu de travail en temps réel.

Visualisation des données

Rendu volumique.

!  Reconstructions multiplanaires: multiplanar reconstruction (MPR)

Reconstruction d’images 2D dans le volume selon différents plans (choisis) de coupe (A, C, S).

Rendu volumique.

Reconstruction d’images 2D dans le volume selon différents plans (choisis) de coupe (A, C, S).

Rendu volumique.

MPR courbe (exemple du dentascanner)

Rendu volumique.

!  Images MIP: Maximal Intensity Projection

Technique de segmentation (par seuillage de l’intensité des projections).

Seule la valeur maximum rencontrée par le rayon est conservée sur l’image de projection.

Technique du lancer de rayons et de sélection des pixels d’intensité maximale

Rendu volumique.

ΣCT, MIP TEP MIP CT, ΣTEP MIP CT, MIP TEP ΣCT, ΣTEP

Rendu volumique.

Visualisation des structures absorbant les RX (os, CE …)

Très utilisée pour la visualisation des vx (PDC) Angioscanner, angioIRM

Rendu surfacique.

Approches surfaciques s’appuient sur les points appartenant à la surface des organes à modéliser.

Nécessitent au préalable une segmentation des voxels (intérieur, extérieur).

Segmentation: Définition de ROI (manuellement, croissance de région, détection de contours…)

Utilisation d’un éclairage extérieur

Approches où l’on attribue des opacité ou des couleurs aux différents tissus en fonction de leur atténuation.

Rendu surfacique.

Approches où l’on attribue des opacité ou des couleurs aux différents tissus en fonction de leur atténuation.

Suppression d’organes, animation de structures

Traitement des données

Recalage d’images

Le recalage est défini comme la superposition exacte de deux images représentant un même objet. Les termes de recalage et de fusion d’images (respectivement “registration’’ et “fusion’’) sont non seulement souvent confondus dans la littérature mais d’autres termes sont utilisés pour les désigner comme “correlation’’, “matching’’, “maping’’, ou “alignement’’.

Deux méthodes: automatiques, semi-automatiques

Exemples: - TEMP-TDM - TEMP-IRM - PET-TDM - PET-IRM - TDM-IRM - Ultrasons-IRM - Radiographies-IRM

Point commun: associer, le plus souvent, une information anatomique et une information fonctionnelle.

Recalage d’images

Indications à visée diagnostique

- l’étude fonctionnelle cérébrale (dégénérescence cérébrale, maladie de Parkinson, perfusion cérébrale après accident vasculaire cérébral), - l’étude anatomo-fonctionnelle cardiaque, - l’évaluation de l’évolution de métastases osseuses, - la localisation de cancers abdominaux,

- recalage en orthopédie (surtout pour l’étude du fémur), il s’agit le plus souvent de transformations rigides et d’une méthode automatique utilisant radiographie standard et TDM, - la localisation de cancers pulmonaires,

- détection des GS cervicaux (recherche).

Recalage d’images

A visée thérapeutique Le recalage d’images médicales peut être utilisé pour évaluer le volume tumoral et ainsi attribuer une dose précise et adaptée lors d’un protocole de radiothérapie. Le recalage utilise le plus souvent des images de TDM et une transformation rigide, une méthode automatique basée sur la propriété des voxels.

Différents types d’imageries médicales

3 types d’imagerie médicale

" Imagerie Morphologique ou Anatomique

" Imagerie Métabolique ou Fonctionnelle

" Imagerie Hybride

Principe: Emission de RX par un tube et détection opposée. Atténuation des RX par différents tissus Energie de 20 à 150 KeV

Acquisition: Calcul de la distribution des coefficients d’atténuation des tissus rencontrés. Caractéristiques des images: Résolution spatiale 1x1x1 mm.

Tps d’acquisition: 25 à 30s/image Images en niveaux de gris

Quantification en « niveaux de gris » sur une large dynamique : 12 bits par voxel, soit 4096 niveaux de gris (= 212). Échelle densitométrique de Hounsfield : valeurs entières de –1000 (densité nulle de l’air) à +1000 (os dense). Eau = 0.

Quantification très importante : tous ces niveaux de gris ne peuvent pas être affichés (dynamique d’un moniteur limitée à 256 niveaux de gris) ou vus (trentaine de niveaux de gris vus par l’oeil). Solution utilisée : le fenêtrage.

- 1000 à 0 (= noir) < 0 à 70 < 70 à 1000 (= blanc)

Imagerie basée sur la Résonance Magnétique Nucléaire.

Modification des protons de l’atome sous l’influence d’un fort champ magnétique (3 voire 4 tesla). Lors du retour à l’état d’équilibre, émission d’une onde électromagnétique détectée par un capteur.

L’IRM utilise la RMN des protons de l’H (eau , graisse, moelle…) = tissus mous.

Quantification possible par IRM fonctionnelle, IRM spectroscopique

Caractéristiques des images: Résolution de l’ordre du mm Tps d’acquisition: 1 à 20mn / séquence

Scintigraphie, TEMP ou SPECT

Principe: Imagerie d’émission, détection de photons Injection d’un traceur radioactif (Tc 99 m) Demi-vie de 6 heures (désintégration β du Molybdène99)

Formation des images: Scintigraphie planaire Reconstructions tomographiques

Quantification: Mesure indirecte de la concentration radioactive tissulaire

Caractéristiques des images: Résolution de 4 à 5mm Tps d’acquisition: 10 à 30mn / examen

Acquisition: Emission de rayons de 140KeV Acquisitions de projections (rayonnement γ) Gamma-caméra

Indications:

Scintigraphie, TEMP ou SPECT

"  Scintigraphie myocardique

Etude de la perfusion myocardique

"  Scintigraphie osseuse (Médronate et Tc99m) Intéressante dans les processus infectieux, tumoraux

"  Scintigraphie thyroïdienne (I123)

Nodules chauds, froids

TEP ou PET-scan

Principe: Production d’un isotope radioactif (cyclotron) Injection d’un traceur radioactif (18F- FDG) émetteur de positrons Fixation du traceur radioactif dans les tissus selon la consommation de glucose Suivi du fonctionnement d’un organe Demi-vie de 110mn

Annihilation (e-+e+), émission de deux photons de direction opposée

Imagerie d’émission, détection de photons (ligne de

réponse)

Acquisition: Emission de photons de 511KeV Acquisitions des deux photons

TEP ou PET-scan

Caractéristiques des images: Résolution de 4 à 5mm Tps d’acquisition: 10 à 30mn / examen

Quantification: Mesure indirecte de la concentration radioactive tissulaire SUV: Standardized Uptake Value = fixation dans le tissu d'intérêt en KBq/mL

dose injectée en KBq)/poids du patient en g

Sensibilité > TEMP car pas de collimation (collimateur électronique).

Formation des images: Images en coupes Reconstructions tomographiques

TEP ou PET-scan

Intérêts en cancérologie

!  Diagnostic initial - Diagnostic différentiel du nodule pulmonaire

!  Bilan d’extension initial

- Modification du staging - Modification de l’attitude thérapeutique +++

!  Diagnostic de maladie résiduelle

Fibrose, ORN versus récidive ou poursuite évolutive !  Diagnostic et bilan d’extension des récidives

!  Facteur pronostic

!  Evaluation des traitements non chirurgicaux (radiothérapie, radio-chimiothérapie)

"  Images Hybrides

Principe: Mettre en correspondance spatiale les données acquises par deux modalités d'imagerie regroupées sur un même appareil, à savoir actuellement la tomodensitométrie X et la tomographie par émission.

Historique: "  1987, dépose le premier brevet (russe) d’un système hybride (Mirshanov et al).

"  1991, premier prototype d’imagerie hybride TEMP/TDM.

"  1998, premier prototype de TEP/TDM (Kinahan et al).

La commercialisation des premiers systèmes hydrides TEMP/TDM et TEP/TDM se déroulera dans les années 1999 à 2000.

Intérêts:

•  Dans la localisation des lésions L’image hybride va permettre d’augmenter la certitude de la localisation des lésions. Une lésion hyperfixante sera située de façon précise sur une région anatomique.

•  Dans la quantification La TDM va permettre, dans certains cas, de mieux caractériser les limites spatiales exactes de la lésion (zone d’intérêt) et permettre d’effectuer des mesures d'activité locales (SUV : Standard Uptake Value) plus précises.

•  Dans la reconstruction de l’image (TEMP/TEP) L’imagerie hybride va alors fournir des informations anatomiques pertinentes en utilisant la carte des coefficients d'atténuation obtenue à partie des données du scanner X.

Indications - Dans le suivi thérapeutique L’image fonctionnelle associée à l’image anatomique permet la comparaison d’examens réalisés à différents temps (des semaines ou des mois).

Dans des conditions d’examens comparables (poids constant du patient, activité identique injectée) cette évaluation peut être quantitative par la détermination du SUV.

- Dans la caractérisation tissulaire La TEP/IRM est plus puissante que la TEP/CT dans la caractérisation tissulaire (tissus mous). (IRM fonctionnelle, spectrométrie) est utile lors de lésion cancéreuse entraînant un défaut de perfusion tissulaire (nécrose tumorale).

- Dans la pathologie ostéoarticulaire L’image hybride TEMP/TDM est très intéressante en pathologie ostéoarticulaire et détrône la scintigraphie osseuse. (plus grande SE et SP que la scintigraphie osseuse pour la caractérisation de lésions osseuses bénignes ou malignes).

Indications

- Dans la recherche biomédicale L’image hybride TEP/IRM est particulièrement adaptée à la recherche biomédicale notamment sur les petits animaux.

Application of PET-MRI registration techniques to cat brain imaging Yubei Shimadaa; Journal of Neuroscience Methods 101 (2000) 1–7

Indications

- Dans la recherche biomédicale L’image hybride TEP/IRM est particulièrement adaptée à la recherche biomédicale.

Pre-clinical PET/MR: technological advances and new perspectives in biomedical research Hans F. Eur J Nucl Med Mol Imaging (2009) 36 (Suppl 1):S56–S68

Imagerie des cancers de la cavité buccale (et annexes)

I - Cancers de la cavité buccale

-  Lèvres -  Gencives -  Langue -  Plancher buccal -  Commissure intermaxillaire -  Palais -  Joue

Non considérés comme tels:

- Oropharynx - Pharyngo-larynx - Glandes salivaires

Fente orale

Isthme du gosier

Fosse nasale

Sont considérés comme cancers de la CB:

TDM cervico-faciale APC

Analyse de la lésion: Taille (mm ou cm) Extension Rapports Lyse osseuse

Analyse des ganglions: Localisation (aires) Taille (mm) Nombre Homogénéité Rapports (JI, Carotides)

Classification clinique et radiologique

AAO-HNS: American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Surgery 2002

Classification clinique et radiologique AAO-HNS: American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Surgery 2002

Caractéristiques de la lésion:

Analyse des ganglions:

Taille Nombre Localisation Forme Homogénéité Rapports

Analyse des ganglions: ggl intraparotidiens

TDM thoraco-abdominale APC

Bilan d’extension à distance (Poumon, Médiastin, Foie, Reins, Prostate, Os…)

Antenne tête et cou: exploration depuis la base du crâne à la base du cou Séquences d’écho de spin rapide (TSE) Pré-saturation de la graisse Avant et après injection de Gadolinium. Réduire le temps d’acquisition: acquisition parallèle (-20 mn)

Extension d’une lésion pelvi-linguale

Analyse de la lésion Moins d’artéfact que la TDM IRM

TSE - T2 avec saturation de graisse

TSE - T1 avec saturation de graisse Après injection

TSE - T1 sans saturation de graisse Sans injection

Extension d’une lésion linguale (base de langue gauche)

Extension d’une lésion maxillaire

Extension à la mandibule

!T1 sans saturation de graisse

Extension locale

Extension au sinus caverneux droit

Extension cervicale

IRM équivalente à la TDM (Radiology 1998; 207, 123)

Critères identiques à la TDM -  Taille > ou = 1 cm -  Rapport L/l < 2 -  Morphologie

T1 et T2 N0 M0

Evidemment ganglionnaire triangulaire ± élargi

Ou Radiothérapie

OPTIONS

Pas d’attitude standard. Attitude TTT fonction concertation pluridisciplinaire (accord experts).

STANDARD

RECOMMANDATIONS Traitement systématique des aires ganglionnaires envisagé.

Evidemment ganglionnaire ou radiothérapie

Conclusion Technique du ganglion sentinelle: Selon équipe, (étude multicentrique)

INDICATIONS: SOR

TEMP, lymphoscintigraphie

DETECTION

Lympho-scintigraphie 4 à 24 h avant la Xie.

-  4 seringues à Insuline -  0,1 ml par seringue. - 18 MBq (Nanocis®) par seringue

Injection du NANOCIS® ( 99mTc – Sulfure colloïde )

-  Anesthésie locale (Xylocaïne visqueuse 2%) -  Sous muqueuse, quatre points cardinaux -  Eviter l'injection sous pression

I - Cancers de la cavité buccale " Imagerie Métabolique ou Fonctionnelle

Site d’injection GS

Gamma-caméra 3 têtes

DETECTION

DETECTION Lympho-scintigraphie planaire

Repérage à la peau / sonde gamma (Europrobe® Cis bio/Schering)

DETECTION

TEP Cyclotron, 18F-FDG

Intérêts dans l’analyse de la lésion.

Intensité de la fixation, limites

TEP Cyclotron, 18F-FDG

Intérêts dans l’analyse des ganglions cervicaux.

Modifie dans plus de 20% des cas la thérapeutique prévue

Intérêts dans le bilan d’extension.

Analyse de la lésion et extension locale

Bilan d’extension à distance

Caractérisation tissulaire des hyperfixations.

Examens Classification clinique TNM (Tumor – Node – Métastase)

Classification pré-thérapeutique: TNM Classification post-thérapeutique: pTNM UICC

Tumor – T TX Tumeur primitive non évaluable T0 Pas de tumeur primitive décelable Tis Carcinome in situ 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

Nodes – N

NX Les adénopathies régionales ne peuvent être évaluées N0 Absence d’adénopathie régionale métastatique N1 Adénopathie métastatique unique unilatérale de moins de 3 cm dans sa plus grande dimension N2 N2a Adénopathie métastatique unique homolatérale de dimension comprise entre 3 et 6 cm N2b Adénopathies métastatiques multiples homolatérales de moins de 6 cm dans leur plus grande dimension N2c Adénopathies métastatiques bilatérales ou controlatérales de moins de 6 cm N3 Adénopathie métastatique de plus de 6 cm dans sa plus grande dimension

Métastases – M

MX Métastase à distance ne pouvant être évaluée M0 Pas de métastase à distance M1 Métastase à distance

Imagerie des cancers des glandes salivaires

II - Cancers des glandes salivaires

Lésion hétérogène Rehaussement avec PDC Envahissement loco-régional Ggl métastatiques

SFR: Cancers de la glande parotide. 2011 La TDM, utile pour étudier les destructions osseuses de la base du crâne en cas de lésion maligne invasive (extension tumorale), est nécessaire pour le bilan d'extension locorégionale et à distance de ces cancers. (niveau de preuve B). TDM : seulement si IRM non réalisable.

Lésion hétérogène, mal limitée Rehaussement hétérogène avec PDC Envahissement loco-régional Ggl métastatiques Signal hypo ou isointense T1 et T2 T2

T1 avec gadolinium

Examen de référence

SFR: Utile dans les cas de lésions profondes pour confirmer le diagnostic clinique si nécessaire, affirmer le caractère unique ou multiple de la ou des lésion(s) et leur localisation exacte (lobe superficiel, lobe profond). L'IRM est nettement préférable à la TDM. La surveillance des tumeurs opérées justifie de l'IRM.(Niveau B).

Moins bonne résolution que IRM et TDM. Fixation du FDG : peu spécifique. Lee YY, et al. Eur J Radiol 2008.

SFR ou REFCOR: non indiquée (niveau de preuve B).

Pas d’intérêt en 1ère intention.

Recherche en Imagerie des cancers de la cavité buccale

Recherche

#  Localisation précise des ganglions sentinelles cervicaux

Margolin et al. Nuclear Medecine Communications 2001.

Freire et al

Freire et al. Head and neck oncology 2003

Résolution du problème RECALAGE MULTIMODALITÉS

TEMP-γTransmission-TDM

Recherche

RECALAGE MULTIMODALITÉS TEMP-γTransmission-TDM

Recherche

GS et navigation

Imagerie morphologique ou anatomique

PROBLEMATIQUE

Aucune modalité d’imagerie ne montre précisément l’extension osseuse mandibulaire et ses limites.

Recherche

#  Imagerie mandibulaire des cancers de la cavité buccale.

Imagerie fonctionnelle ou métabolique TEP

Imagerie Hybride

PROBLEMATIQUE

Aucune modalité d’imagerie ne montre précisément l’extension osseuse mandibulaire et ses limites.

Recherche

La TEP au 18NaF est une modalité d’imagerie qui permet une étude spécifique du métabolisme osseux. (Messa et al; J Nucl Med 2000)

Son accumulation est alors conditionnée par le flux sanguin local et l’activité ostéoblastique.

La première indication de la TEP au 18NaF: métastases osseuses. (TEP 18F-NaF > scintigraphie osseuse: Kruger et al; Eur J Nucl Med Mol Imaging: 2009)

TEP 18F-NaF

TEP 18F-FDG !

Recherche

Marqueur osseux 18F-NaF

RESOLUTION Logiciel de visualisation et de traitement d’image (IDL).

TDM TEP NaF Image Hybride

Acquisition des données TDM TEP Images MIP

RESOLUTION

"  Image coupe par coupe

Logiciel de visualisation et de traitement d’image (IDL).

RESOLUTION

Rendre linéaire une structure osseuse non linéaire (référenciel spatial)

Onglet 3D Surface

Cas particuliers

Onglet “3D Surface“

Cas particuliers

Onglet “3D Surface“

PERSPECTIVES

1.  Optimisation des exérèses mandibulaires: Mandibulectomie assistée par ordinateur (MAO).

Exérèses personnalisées (Classification HCL)

PERSPECTIVES

2. Protocole de reconstruction mandibulaire

Prothèses (Polyéthylène poreux, PEEK, titane…)

Reconstruction par lambeaux libres

positdental©

Recherche

#  Recalage multimodalités dans la recherche sur le petit animal

Merci de votre attention

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