Tenon 13-11-2003 Hôpital TENON Bases physiques de la tomographie démission de positons (TEP) Pr JN. TALBOT Service de Médecine Nucléaire et Centre TEP

Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON

Bases physiques de la Bases physiques de la

tomographie d’émission de tomographie d’émission de

positons (TEP)positons (TEP)

Bases physiques de la Bases physiques de la

tomographie d’émission de tomographie d’émission de

positons (TEP)positons (TEP)

Pr JN. TALBOTPr JN. TALBOT

Service de Médecine Nucléaire et Centre TEP AP-HPService de Médecine Nucléaire et Centre TEP AP-HP

Hôpital TenonHôpital Tenon ParisParis


PLAN DE L’EXPOSEPLAN DE L’EXPOSE

Définitions, bases physiques et biologiquesDéfinitions, bases physiques et biologiques TEP au [F18]-FDG en pathologie thoracique TEP au [F18]-FDG en pathologie thoracique

tumoraletumorale

- Nodule pulmonaire isolé- Nodule pulmonaire isolé

- Stadification des CBNPC- Stadification des CBNPC

- Impact sur la prise en charge- Impact sur la prise en charge

- Valeur pronostique- Valeur pronostique

- Evaluation de la réponse thérapeutique- Evaluation de la réponse thérapeutique Autres cancers broncho-pulmonaires et de la Autres cancers broncho-pulmonaires et de la

plèvreplèvre PerspectivesPerspectives ConclusionConclusion


Emission de positonsEmission de positons

L ’émission L ’émission dede

positons positons

La détectionLa détection

Le Le 1818F- FDGF- FDG

• Positon : particule bêta positive = +

• Emetteur de positons : Isotope artificiel , produit dans un cyclotron, en bombardant une cible déterminée par un faisceau de protons

• Principaux émetteurs +

demi-vies & parcours moyen dans l’eauFluor-18 18 F 110 min. 1,0 mmCarbone-11 11 C 20 min. 1,1 mmAzote-13 13 N 10 min. 1,4 mmOxygène-15 15 O 2 min. 1,5 mm


Synthèse de l’émetteur de positonsSynthèse de l’émetteur de positons


positons positons



Cyclotron


511 keV

511 keV

Emission de positonsEmission de positons

e-


positons positons



AnnihilationAnnihilation


TOMOGRAPHIE PAR EMISSION TOMOGRAPHIE PAR EMISSION DE POSITONSDE POSITONS

Détection en coïncidence

Lignes de réponse (LdR)

Circuit de coïncidence

Détecteur2

Détecteur1

*e+

e+ ** e-

Le 18F- FDG

L ’émission depositons

La détection


Gamma caméra à cristaux épais et détection de coïncidenceGamma caméra à cristaux épais et détection de coïncidence


positonspositons




Gamma caméra à cristaux épais et détection de coïncidenceGamma caméra à cristaux épais et détection de coïncidence


positonspositons




Caméra TEP dédiéeCaméra TEP dédiée


positonspositons




TEP-TDMTEP-TDM

Camera TEP / TDM Biograph de Siemens®adaptée pour la radiothérapie conformationnelle


Gemini,PMS

PETPETCT CT 1 m separation

for patient access

Integrated Operation(CT/PET Imaging)

Example: Identify active lymph node using PET – biopsy using CT.

Separated Operation(Independent CT imaging)


Détection de coïncidenceDétection de coïncidence

511 keV

LDR

Coïncidence vraie:- les 2 sont totalement absorbés (P-P)- LDR (ligne de réponse) passe par l'objet

511 keV

511 keV

LDR

Coïncidence fortuite:- 2 sont détectés, mais issus d'objets - LDR ne passe pas par l'objet

511 keV Fenêtre temporelle: 6-12ns


Coïncidences diffuséesCoïncidences diffusées

Diff. dans le patient:- Pic-Compton- LDR incorrecte

300 keV

511 keV

LDR

Diff. dans le cristal:- Pic-Compton- LDR correcte

300 keV

Double diffusion:- Compton-Compton- LDR incorrecte

300 keV

511 keV

LDR LDR

400 keV


Mode 3D ou mode 2DMode 3D ou mode 2D

Cristal

Septa

Les septa réduisent:• les coïncidences fortuites

( angle solide effectif)• le rayonnement diffusé• Mais, temps d’acquisition

plus long, moins efficace

TEP = technique 3D par excellence• sensibilité (nombreux évènements)• faibles doses• acquisitions courtes• Mais, temps de reconstruction

élevés, diffusé, fortuits


Correction d'atténuationCorrection d'atténuation

µ tissuµ tissuµ airµ air

Principe:1. Le flux des photons est atténué de

façon différente selon la densité des structures traversées avant d’atteindre le détecteur

2. Pour corriger, il faut acquérir une cartographie des coefficients d’atténuation à l’aide d’une source (68Ge, 137Cs,…) ou X (TDM) externe

3. On corrige ensuite sur ordinateur l’image d’émission grâce à celle de transmission

= e-µD= e-µDNNN0N0



Émission Transmission Image corrigée

• Meilleure visualisation des structures profondes


Émission Transmission Image corrigée

• Meilleure visualisation des structures profondes

• Aide à la localisation anatomique des foyers



Effet de volume partielEffet de volume partiel

J0 = pas de nodule J30 = nodule 7 mm J60 = nodule 13 mm

Bilan d’extension d’un adénocarcinome colorectal


TEP couplée au scannerTEP couplée au scanner

Lardinois et al. New Engl J Med 2003;348:2500-7Schöder et al. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2003;30:1419-37

• Meilleure cartographie des coeff. d’atténuation(conversion d’unités Hounsfield en coeff. µ à 511 keV)

• Temps plus court des images de transmission

• Meilleure localisation anatomique des foyers


Spiral CT

Whole-body PET

(1-8 min total)

(6-40 min total)

Corrections:• scatter• attenuation

Fused PET/CT

PET

CT

PET/CT scan protocolPET/CT scan protocol

Reconstruction:• FORE + OSEM

CT PET

CT PETUniversity of Pittsburgh Medical CenterCourtesy of David Townsend


Head and neck cancerHead and neck cancer PET/CT scanner

University of Pittsburgh Medical CenterCourtesy of David Townsend

CT: 160 mAs; 130 KVp; pitch 1.6; 5 mm slices

PET: 7 mCi FDG; 2 x 15 min; 3.4 mm slices

Sagittal

Transverse


[18-F]-FLUORO-2-DESOXYGLUCOSE[18-F]-FLUORO-2-DESOXYGLUCOSE

Le [Le [1818F]-FDG, sucre analogue du glucoseF]-FDG, sucre analogue du glucose


positonspositons


Le Le 1818F- FDG F- FDG


Le [Le [1818F]-FDG, sucre analogue du glucoseF]-FDG, sucre analogue du glucose


positonspositons


Le Le 1818F- FDG F- FDG

18F-FDG

hexokinase

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

isomérase

18F-FDG-6-phosphateCancer forte consommation de glucose

Warburg O. The metabolism of tumours. London, 1930


Biodistribution normale du [F18]-FDG Biodistribution normale du [F18]-FDG Caméra TEP dédiéeCaméra TEP dédiée


TEP au [18F]-FDG TEP au [18F]-FDG Examen normal, visualisation tridimensionnelleExamen normal, visualisation tridimensionnelle


Précautions d’examenPrécautions d’examen

• Grossesse, allaitement (rayonnement ionisants)

• Radiothérapie < 4 mois, chirurgie/chimio < 1 mois

• Jeûne depuis 6h

• Diabète (équilibré ++, glycémie prélevée avant inj. < 10 mmol/L)

• Hydratation ++ (pas sous forme de sérum glucosé!)

• Délai entre injection et images > 45 min, repos strict

• Eventuellement myorelaxants

Réactivation thymiquesous chimiothérapie

Réactivation thymiquesous chimiothérapie

Sonde gastriqueà demeure

Sonde gastriqueà demeure

Contraction musculaire(Trapèzes)

Contraction musculaire(Trapèzes)


[F-18] - F Na [F-18] - FDG

Biodistribution pathologique du [F18]-Biodistribution pathologique du [F18]-FDG FDG

Caméra TEP dédiéeCaméra TEP dédiée


QUELQUES EXEMPLE DE TOMOGRAPHIE QUELQUES EXEMPLE DE TOMOGRAPHIE

PAR EMISSION DE POSITONS AU PAR EMISSION DE POSITONS AU

[18F]-FDG EN [18F]-FDG EN

PATHOLOGIE TUMORALE THORACIQUEPATHOLOGIE TUMORALE THORACIQUE

BRONCHO-PULMONAIREBRONCHO-PULMONAIRE


Homme de 50 ans, bilan d’une paralysie de la corde vocale gaucheDécouverte d’un carcinome à grandes cellules de 8 mm du culmen sans adénopathie médiastinale et d’une hypertrophie de la surrénale gaucheDécision thérapeutique avant TEP-FDG : traitement chirurgicalTEP-FDG : N3M1, adénopathies médiastinales bilatérales, métastase surrénalienneMédiastinoscopie : aspect normal, biopsies systématiques : métastases ganglionnaires médiastinales droites chimiothérapie

Dr Mabille TEP Paris Nord

TEP-TDM


Vue 3D Transverse Sagittale Frontale

• Patiente de 54 ans, tabagique

•Nodule isolé du poumon droit, suspect

•[F18]-FDG TEP sur caméra TEP dédiée

•Pas de captation de FDG par le nodule

•Histologie : granulome inflammatoire

•Pas de cellule maligne


• Nodule solitaire du poumon chez un patient de 55 ans, tabagique • TDM : nodule de 23 mm de grand axe avec deux adénopathies satellites• [F18]-FDG TEP sur caméra TEP dédiée • Captation très intense de FDG par le nodule et des 2 ganglions satellites• Classé T2N1 par la TEP• Histologie : carcinome épidermoïde• Stade histologique : T2N1


Vue 3D Transverse Sagittale Frontale

• Patient de 50 ans, non tabagique • Nodule solitaire du poumon chez un TDM : nodule bénin, probable hamartochondrome. • [F18]-FDG TEP en caméra TEP• Distribution physiologique. • Pas de captation de FDG par le nodule = bénin• Histologie : Hamartochondrome


[F18]-FDG TEP = absence de captation FAUX NEGATIF : adénocarcinome

avec composante bronchioloalvéolaire


Extension ganglionnaire : NExtension ganglionnaire : N


Volumineux foyer intenseTDM : N0

N2 Petit foyer d’intensité modéréeTDM : N1

N2

Volumineux foyer d’intensité modéréeTDM : N2

N2

Petits foyers d’intensité modéréeTDM : N0

N0

Extension ganglionnaire : NExtension ganglionnaire : N


Carcinome épidermoïde du LID,

Métastase pulmonaire controlatérale prouvée histologiquement

Extension métastatique pulmonaireExtension métastatique pulmonaire

- - Même difficultés diagnostiques que pour la caractérisation tumoraleMême difficultés diagnostiques que pour la caractérisation tumorale

TEP sans CATEP sans CA

CBPCBP

Extension métastatique : MExtension métastatique : M


Extension pleuraleExtension pleurale (Gupta, Chest 2002)(Gupta, Chest 2002)

35 pts avec CBP et une suspicion d’extension pleurale35 pts avec CBP et une suspicion d’extension pleurale(épanchement pleural ou épaississement pleural)(épanchement pleural ou épaississement pleural)Gold standard : histologie, suivi sans traitement pour 3 ptsGold standard : histologie, suivi sans traitement pour 3 pts

TEP-FDG : Se = 89%TEP-FDG : Se = 89% Sp = 94%Sp = 94% Ex = 91%Ex = 91%

Cancer pulmonaire Cancer pulmonaire non à petites cellulesnon à petites cellules

TEP-FDG : TEP-FDG : envahissement pleuralenvahissement pleuralconfirmé en per-opératoireconfirmé en per-opératoire



TDM TEP-FDG

Homme de 55 ans,Carcinome à grande cellules LSG

Métastase surrénalienne prouvée histologiquement



Homme, 47 ans, carcinome à grandes cellules LSDTDM: adénopathies médiastinales, surrénale gauche suspecteFDG-TEP: extension métastatique ganglionnaire médiastinale bilatérale, jugulocarotidienne gauche et surrénalienne gauche

Emission Fusion émission/transmission


- TEP-FDG : pas de fixation des HNF et des angiomesTEP-FDG : pas de fixation des HNF et des angiomes

(Marom, Radiology 1999)(Marom, Radiology 1999)100 pts avec un CBP, 6 avec des métastases hépatiques100 pts avec un CBP, 6 avec des métastases hépatiques

TEP-FDG : Exactitude = 100%TEP-FDG : Exactitude = 100%

(Kinkel et al, Radiology 2002)Kinkel et al, Radiology 2002)Méta analyse dans les cancers colorectaux, gastriques et Méta analyse dans les cancers colorectaux, gastriques et oesophagiens de la détection des métastases hépatiques oesophagiens de la détection des métastases hépatiques par la TEP-FDG, US, TDM et IRMpar la TEP-FDG, US, TDM et IRM

Pour une Spécificté Pour une Spécificté ≥ 85% :≥ 85% :Se = 55% US vs 42% TDM vs 76% IRM vs Se = 55% US vs 42% TDM vs 76% IRM vs 90% TEP90% TEP

Extension hépatiqueExtension hépatique




Scintigraphie du squeletteDiphosphonates-99mTechnétium

TEP au [F-18]-FDG


Bilan d’extension d’un CPC. TEP-FDG : fixation au niveau de l’extension médiastinale et de l’atteinte ganglionnaire cervicale connues, découverte d’une atteinte sternale confirmée histologiquement


Récidive d’un carcinome à petites cellules du poumonTDM : masse résiduelle stable depuis 12 mois et petit nodule infra centimétrique d’apparition récente tous deux FDG + Récidive au niveau de la masse gauche confirmée à l’histologie


Même patient. Le nodule de l’apex droit est mieux visualisé sur les images non corrigées de l’atténuation

Documents

Tenon 13-11-2003 Hôpital TENON Bases physiques de la tomographie démission de positons (TEP) Pr JN. TALBOT Service de Médecine Nucléaire et Centre TEP