Quantification

en SPECT/CT

Docteur Frédéric Paycha

Service de Médecine Nucléaire

Hôpital Lariboisière

Assistance Publique-Hôpitaux de Paris

Mél: frederic.paycha@wanadoo.fr

Quantification en SPECT/CTPour quoi faire ?

SPECT/CT quantitative ?

Balayage corps entier quantitatif ?

Quantification en SPECT/CTIndications cliniques ?

• Oncologiques

– Aide au diagnostic différentiel/étiologique

– Evaluation pronostique

– Evaluation pré-thérapeutique de la radiothérapie

vectorisée

– Evaluation de l’efficacité thérapeutique

• Non oncologiques

– Pathologies osseuses focales

– Pathologies osseuses diffuses

Suivi sous traitementdes métastases osseuses

Au-delà des critères RECIST

Suivi sous traitementPosition du problème

Les MO ne sont pas des lésions mesurables

dans les systèmes de type RECIST (Therasse, JNCI 2000)

Recalcification des lésions ostéolytiques (RX, TDM) mais

défaut de critères pour les lésions ostéocondensantes

(Bäuerle Eur Radiol 2009)

Disparition de l’hyperfixation SO et TEP

(Stafford, Acad Radiol 2002)

Taille de la MO en IRM (Lecouvet, JCO 2007)

Profiter des scanners de surveillance pour examiner l’os

(Hamaoka, J Clin Oncol 2004)

Critères révisés MD Anderson (MDA) de réponse des MO

Hamaoka, Br J Cancer 2010SS: scintigraphie osseuse

Evaluation thérapeutique

SPECT/TDM:

Métastases

ostéocondensantes

d’un cancer de la prostate

sous radio-chimiothérapie:

(1) SO CE initiale

Evaluation thérapeutique SPECT/TDM:Métastases ostéocondensantes

d’un cancer de la prostatesous radio-chimiothérapie:(2)

SPECT/TDM quantitative

Comparaison clinique,

radiographieset

scintigraphie

C BlomqvistCancer, 1987

D Singh, Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys., Vol. 58, No. 1, pp. 3–10, 2004

QuantificationCorps entier

Contexte clinique:Cancer de la prostateopéré en 1995RTE + BAC• mai 2004Douleur aine GPSA = 22 ng/mL• novembre 2004Sciatalgie DPSA = 7 ng/mL

Scintigraphie osseuse:Hyperfixation cotyle G ↑Indice évolutif = 1,26

Approche quantitative YE Erdi, J Nucl Med, 1997

J Clin Oncol 2012

ΔBSI% à 3 & 6 mois

Facteur pronostique

Survie globale

Analyse univariée

et bivariée (PSA)

MO ADK prostate (Face ant)

MO ADK prostate (Face post)

MO ADK prostate (Face post-brut)

MO ADK prostate (Face a+p-atlas)

MO ADK prostate

(Face a+p-atlas+hot spots)

ADK prostate+Paget+arthrose

(Face ant-atlas+hot spots)

ADK prostate+Paget+arthrose

(Face post-atlas+hot spots)

Place du volume métabolique dans la stratification du risque dans les lymphomes

avant traitement : Anne-Segolène Cottereau

Rencontre APRAMEN TEP en Onco-Hématologie, 13 Mars 2018

Dosimétrieen

radiothérapie vectorisée

Evaluation dosimétrique des cibles

osseuses en radiothérapie vectorisée

J Nucl Med 2012; 53:1310–1325YK Dewaraja

• Distribution intra-tumorale non uniforme

• Erreurs en quantification planaire

• Résolution spatiale SPECT ou TEP:

5-25 mm

• Répartition d’activité 3-D

• Possibilité de substituer un radionucléide

par un autre à l’étape de mesure SPECT/CT

• Carte des débits de dose voxel-par-voxel

• Couplage histogrammes dose-volume

aux modèles pour obtenir EUD et BED

Comparaison

des images

BP-(99mTc) et

EDTMP-(153Sm)

Calculs par l'ICRP de

dose délivrée aux

cibles métastatiques

avec une large

fourchette

d’incertitude:

3 Gy <

D métastases

osseuses

< 300 Gy

Aide d’appointau

diagnostic différentiel/étiologique

Exemples

Prothèse articulaire douloureuse

Fixation post-opératoire physiologique vs. pathologique: où est la limite ?

Images normales – Hyperfixation du radiobsiphosphonate

PTH PTG

Quand ? Jusqu’à 2 ans Jusqu’à 4 ans

Type d’hyperfixation ?

Hyperfixation plutôt homogèneHyperfixation peu intense

hétérogène et asymétrique

Où ? Région cotyloïdienneGrand trochanter

Extrémité inferieureCompartiment médial tibial

Place de la scintigraphie osseuse planaire et TEMP/TDM dans l’exploration des prothèses de hanche douloureuses. A.

Girma, F. Paycha. Médecine Nucléaire 37 (2013) 338-352

Rôle de la scintigraphie osseuse dans l’exploration des prothèses de genou douloureuses. A.Girma, F.Paycha, R. Nizard.

Travail présenté à la 69ème Réunion Scientifique de l’ACOMEN « Prothèses orthopédiques et Médecine Nucléaire », Nice, mars 2013

Fixation post-opératoire physiologique vs. pathologique: où est la limite?

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace postérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace postérieure

Face antérieure Face postérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace postérieure

Temps tardifFace postérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace postérieure

Face antérieure Face postérieure

Contexte clinique:

F, 88 ans adressée pour bilan d’extension initial d’un carcinome lobulaire mammaire

PTG D, PTH D et PTG G asymptomatiques posées 6, 4 et 3 ans auparavant.

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace postérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace postérieure

Face antérieure Face postérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace postérieure

Temps tardifFace postérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace postérieure

Face antérieure Face postérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace postérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace postérieure

Face antérieure Face postérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace postérieure

Temps tardifFace postérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace antérieure

Temps tardifFace postérieure

Face antérieure Face postérieure

(Hyper-)fixation normale

Hyperfixation post-opératoire physiologique vs. pathologique: où est la limite?

Descellement

PTH PTG

Descellement mécanique

Descellement septique

Descellement mécanique

Descellement septique

Fréquence ? 10% 3% 4%2,5% (1ère chir) 5% (2ème chir)

Quand ? Temps tardif Temps tissulaire et tardif idem PTH idem PTH

Où ?

CotyleGrand trochanter

Queue tige fémorale

Hyperfixation diffuseEmbase ± quille tibiale

Bouclier fémoralen post.-médial/latéral

idem PTH

Signes radiologiques

Liseré >2mm / évolutif

Migration d’une pièce prothétique

GranulomeFracture du ciment

Liseré étendu Géodes

Ostéolyse floue et mal limitéeGranulome, abcès, épanchement,

trajet fistuleux, bulles d’air

Réaction périostée extensive

idem PTH idem PTH

• Hyperfixation péri-PTG: descellement ou ostéointégration ?• TDM: Repérage anatomique et biomécanique• Seuillage hyperfixation: choix et normalisation VOI fémur

J Nucl Med 2009; 50:368–375

Métastases osseuses ou autre ?

Evaluation pré-thérapeutiquede l’hyperremodelage osseux:Pathologie focale non tumorale

Complications tardives de la PTH:

Ossifications para-articulaires• Proviennent de cellules souches mésenchymateuses présentes

à l’état quiescent dans les tissus mous et se différenciant en cellules ostéogéniques sous l’action d’un stimulus approprié.

• Terrain favorisant (hyperostose ankylosante diffuse : maladie de Forestier, SPA…)

• Elle peut apparaitre précocement entre 3 et 6 semaines après implantation de la prothèse

• Fixation élevée:– durant sa période de formation (durée de 6 à 12 mois mais

pouvant aller jusqu’à 5 ans)– ou lorsqu’il est responsable d’une inflammation des parties

molles ou d’une bursite à son contact.

Complications tardives (1): Hyperostoses

mécaniques

Classification de Brooker

Ossifications péri-articulaires

Scintigraphie osseuse

Critères d’opérabilitéd’une ossification para-articulaire

Shehab D, et al. J Nucl Med 2002; 43: 346-353

Autres indications cliniques• Calcinose tumorale

• CRSP I des extrémités réfractaire ou atypique

– Pronostique/suivi sous traitement

– Aide au diagnostic positif/différentiel

Rev Rhum 1994

Calcinose tumoraleSodium thiosulphate treatment of uraemic tumoral calcinosis.

Malbos S(1), Urena-Torres P, Cohen-Solal M, Trout H, Lioté F,

Bardin T, Ea HK. Rheumatology 2014 Mar;53(3):547-51.

• Hyperfixation hétérogène

• Géométrie 3D chaotique

• Frontières intra-osseuses à gradient variable

• Expansion extra-osseuse

Evaluation de la réponse de l’hyperremodelage osseux

aux traitements systémiqueset/ou chirurgicaux:

Pathologie diffuse non tumorale

Dysplasie fibreuse des os

Extension squelettique de la dysplasie fibreuse:Evaluation scintigraphique semi-quantitative

Suivi traitement par bisphosphonates

MT Collins, JBMR 2005

Dysplasie fibreuseUne pseudo-tumeur propice à la

scintigraphie osseuse ? Histologie: Accumulation de tissu fibreux irrégulier, non

connecté et faiblement minéralisé, prenant progressivement la place du réseau de tissu osseux lamellaire

Cytologie: Diminution du nombre d’ostéoblastes matures, invasion du stroma médullaire par une population de cellules immature de morphologie fibroblastique: les préostéoblastes, zones d’hyperésorption localisée

Bases moléculaires: Mutation activatrice de la sous-unité αde la protéine G stimulatrice. Les cellules ostéoprogénitrices du stroma médullaire en constituent la cible cellulaire

Etiopathogénie de la dysplasie fibreuse: Récapitulatif

Hyperparathyroïdie

Pertinence technique:

SPECT ou balayage CE ?

Hyperparathyroïdieprimitive

(PTH 1-84 = 800 pg/L (N: 3 – 51),

adénome parathyroïdien)

Scintigraphie osseuse aux bisphosphonates-(99mTc)

Lésions osseusesde

l’hyperparathyroïdieConfrontation scano-

scintigraphique

Configuration (pattern)anatomo-pathologiquede l’hyperparathyroïdie

Remaniements dystrophiques avec hyperremodelage du

tissu osseux:

aspect d’os tissé

TDM initiale

ceinture pelvienne

fenêtre osseuse

TDM à 6 mois

après

parathyroïdectomie

ceinture pelvienne

fenêtre osseuse

Ca = 1,88 mmol/L PTH = 37 ng/L

Pertinence clinique ?

Maladie de Paget

Maladie de Paget

Une configuration anatomo-pathologique

et une histoire naturelle caractéristiques• Combinaison d'ostéogénèse, d'ostéorésorption, de fibrose

médullaire, de dédifférenciation cortico-médullaire et de

néovascularisation

• Emballement anarchique du turn over accéléré d'un facteur

20

• L'anomalie fondamentale initiale affecte l'ostéoclaste. Les

ostéoclastes pagétiques sont géants, ils contiennent en

moyenne 20 noyaux

• Les lésions d'ostéolyse s'associent aux lésions

d'ostéosclérose de façon variable dans l'espace et dans le

temps, avec possibilité de chevauchement

• Si la plurifocalité est une caractéristique de la maladie de

Paget, l'asynchronisme des lésions en est une autre, y

compris aux dépens d'une même pièce osseuse

• La maladie de Paget ne progresse que dans les pièces

osseuses déjà partiellement atteintes, sans s'étendre d'os en

os au cour de la vie

• Classification évolutive en 3 phases:

• Phase I: Ostéolyse

• Phase II: Ostéolyse+Ostéosclérose

• Phase III: Ostéosclérose (burn out)

Ai/An

=

ratio des taux de comptage

fi

=

volume de la pièce osseuse/volume du squelette

X

fraction atteinte pagétique

WBI normal = 100%

Corrélation BSI vs PAL totales

Mala

die

de

Pag

et s

ous b

isp

ho

sp

ho

na

tes:

Bio

chim

ie o

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cin

tigra

phie

?

IR Reid New Engl J Med

Conclusions Progrès

Intérêt en classification des images

Mise au point de logiciels cliniquement validés

Démarche d’extension d’application des critères RECIST au squelette

Incertitudes Regain de développement d’analyse semi-quantitative

ou qualitative

Validation clinique des logiciels de quantification

Métastases médullaires ignorées

Quantification en SPECT/TDM squelette entier ?

Avenir TEP/TDM au FNa-(18F), SPECT/CT CZT Whole body

BSI 3 D appliqué SPECT au BP-(99mTc) & TEP au FNa-(18F)

Repères bibliographiques1. Doi K. Computer-aided diagnosis in medical imaging:

historical review, current status and future potential. Comput Med Imaging Graph. 2007;31(4-5):198-211.

2. Erdi YE, Humm JL, Imbriaco M, Yeung H, Larson SM. Quantitative bone metastases analysis based on image segmentation. J Nucl Med. 1997; 38(9):1401-6.

3. Chakraborty DP, Berbaum KS. Observer studies involving detection and localization: modeling, analysis, and validation. Med Phys 2004; 31: 2313-2330.

4. Sadik M, Jakobsson D, Olofsson F, Ohlsson M, Suurkula M, Edenbrandt L. A new computer-based decision-support system for the interpretation of bone scans. Nucl Med Commun. 2006;27(5):417-23.

5. Shiraishi J, Li Q, Appelbaum D, Pu Y, Doi K. Development of a computer-aided diagnostic scheme for detection of intervalchanges in successive whole-body bone scans. Med Phys. 2007;34(1):25-36.

6. Sajn L, Kononenko I, Milcinski M. Computerizedsegmentation and diagnostics of whole-body bonescintigrams. Comput Med Imaging Graph. 2007;31(7):531-41.

QuantificationTDM

Docteur Frédéric Paycha

Service de Médecine Nucléaire

Hôpital Lariboisière

Assistance Publique-Hôpitaux de Paris

France

Mél: frederic.paycha@wanadoo.fr

Echelle UH + 1000

0

- 1000

Lytique (116)

Condensant (440)

Méta

sta

ses +/- 300 UH

Kalender CT 2000 / Vassiliou CEM 2007 / Quattrocchi SR 2007

Métal

Métastases ostéocondensantes…

tjs associées à une ostéolyse

Vertèbre normale Métastase ostéocondensante

Tamada, Skeletal Radiology 2005

Métastases ostéolytiques:

TDM: ostéolyse + ostéocondensation

C Whyne et al. Med Phys 2007; 34: 3279-3285

Lésion condensante focalisée solitaireUn dilemme diagnostique en TDM !?

Ilôt condensant béninMétastase condensantenéoplasie de prostate

• Densité faible, en règle < densité de la corticale• Texture hétérogène• Contours flous• Effraction corticale fréquente• Pédicule souvent envahi

• Nodule condensant à densité très élevée,en règle > corticale

• Texture homogène• Géométrie arrondie ou oblongue• Développé en plein spongieux

mais à proximité d’une corticale• Corticale respectée• La taille varie en règle entre 1 mm et 2 cm• Contours nets et spiculés

en continuité avec les trabécules osseuses• Pédicule rarement impliqué

TDM réglée en diagnostiqueindispensable au décryptage sémiologique

pour le différentiel !

Ilôt condensant bénin• De nombreuses lésions osseuses bénignes sont découvertes

incidemment chez les patients cancéreux (prostate ++) et entraînent des diagnostics différentiels

• La grande majorité de ces diagnostics est établie correctement grâce à la sémiologie pour la plupart typique des lésions bénignes sur les radiographies, la TEMP ou la TEP osseuse et la TDM

• Si ce n’est pas le cas, lorsque le traitement en cours ne peut être changé, quelque soit le diagnostic, un suivi régulier de la lésion permet très souvent d’exclure ou de confirmer un diagnostic

• L’ilôt condensant bénin: groupe des pseudo-tumeurs

• C’est un incidentalome

• C’est une Don’t touch lesion

• 1/3 de formes cliniques atypiques = hyperfixants en scintigraphie osseuse mais parfois visibles sur la seule TEMP/TDM

Distinguishing untreated sclerotic/osteoblasticmetastases from bone islands using

CT attenuation measurements

Mean and maximum CT attenuation values of enostoses were 1190 ± 239 HU and 1323 ± 234 HU, respectively

Mean and maximum CT attenuation values of osteoblastic metastases were 654 ± 176 HU and 787 ± 194 HU, respectively

Using a cutoff of 885 HU for mean CT attenuation, the AUC was 0.982, sensitivity was 95%, and specificity was 96%

Using a cutoff of 1060 HU for maximum CT attenuation, the AUC was 0.976, sensitivity was 95%, and specificity was 96%

Ulano, A AJR 2016; 207: 362–368

Distinguishing untreated sclerotic/osteoblasticmetastases from bone islands using CT attenuation measurements (C’t’d)

AUC of 0.982 for maximum attenuation AUC of 0.976 for mean attenuation

Quantification couplée (intégrée)

SPECT/CT

Ilôt condensant bénin:Comparaison des mesures

de densité (TDM) et de remodelage (TEMP)

Densités:

ICB = 600 HU

Spongieux=100 HU

Rapport d’activité

ICB/spongieux:

=

4,5

Sclerotic metastasisCarcinoid tumor

Densities:

BM = 500 HU

Spongiosa=100

HU

Uptake ratio

BM/spongiosa:

=

3,7

Métastase osseuse

condensante

Contingent ostéolytique élevé Taux de remodelage élevé

Hyperdensité modérée

Ratio fixation/densité élevé

Hyperfixation intense

Dysplasie osseuse

condensante

Contingent ostéolytique limité Taux de remodelage faible

Hyperdensité élevée

Ratio fixation/densité faible

Hyperfixation modérée ou absente

Métastases et dysplasies

ostéocondensantes:Ratios comparatifs

des mesures scintigraphiques(fixation) et TDM

(densité)

Achong DM.

Increased uptake in

a vertebral bone

island seen only on

SPECT.

Clin Nucl Med 2007;

32(8): 620-3.

Quantification TDM

Evaluation thérapeutique

Densité UH et acide zolédronique

MO iliaque G

Os normal (L2)

MO acétabulaire G

Quattrocchi SR 2007

Densité UH et hormonothérapie

Beheshti EJNMMI 2007 TEP FCH

CONCLUSION

CONCLUSION

Quantification déjà utilisée en PET et devient accessible en SPECT

Quantification en PET/CT osseuse au FNa-(18F)

Le SUV ne peut pas être utilisé comme paramètre quantitatif du remodelage osseux en TEP/CT

Quantification en SPECT/CT osseuse aux bisphosphonates-(99mTc)

Possibilité d’étalonner la caméra SPECT/CT en suivant un protocole similaire à celui des caméras TEP

Correction d’atténuation

Correction de diffusion

Résolution spatiale

Erreur < 10% pour des objets de diamètre > 2-3 LMH

Correction d’effet de volume partiel (objets de diamètres < 2-3 LMH)

74

CONCLUSION

Algorithmes de reconstruction performants proposés par les constructeurs

Installation de caméras CZT grand champ en cours/ à venir

Applications cliniques potentielles en orthopédie (ostéome, calcinose tumorale, prothèses

articulaires,…), rhumatologie (sacro-iliite,…) et en oncologie (suivi des métastases osseuses)

75

MERCI DE VOTRE ATTENTION

Remerciements :

Frédéric Paycha & Antoine Martineau