Docteur Frédéric Paycha

Service de Médecine Nucléaire

Hôpital Lariboisière

75010 Paris

Cours de Biophysique L2-UE2-Biopathologie tissulaire (2 heures)Faculté de Médecine

Université Denis Diderot-Paris 7 24 octobre 2019

Imagerie hybrideTEMP/TDM (SPECT/CT)

TEP/TDM (PET/CT) TEP/IRM (PET/MRI)

Préambule

Ce cours est consacré à l’imagerie (hybride) couplant technologiquement et/ou informatiquement 2 modalités d’imagerie, l’une métabolique, l’autre morphologique

Cette présentation n’est pas un cours sur les modalités d’imagerieindividuelles (ou séparées)

La connaissance des cours sur les caméras TEMP (ou gamma-caméras) et les caméras TEP (Professeur François Rouzet), la TDM (ProfesseurLaure Sarda), l’IRM (Professeur Ilana Peretti) et la dosimétrie (Professeur Rachida Lebtahi) constitue donc un préalable à l’étude du cours de l’imagerie hybride

Les notions indispensables à connaître pour l’examen sont signalées parl’icône

Plan de cours Définition de l’imagerie hybride Imagerie hybride en routine clinique

TEMP/TDM (SPECT/CT)

TEP/TDM (PET/CT)

Evolution du parc d’équipement TEMP/TDM et TEP/TDM

Représentation /navigation 3 D: MPR, MIP, triangulation, VRT, fVRT

Dosimétrie: SPECT/TDM, TEP/TDM

Gains procurés par l’imagerie hybride

Comparaison TEMP/TDM vs TEP/TDM

Interprétation intégrée en imagerie hybride

Exemples cliniques

Imagerie ostéo-articulaire

Applications de l’imagerie hybride aux autres organes/pathologies

Imagerie hybride en développement clinique

TEMP/IRM (SPECT/MRI)

TEP/IRM (PET/MRI)

Conclusion

Références

Sites web

Imagerie hybrideQuézaco ?

Les 2 modalités d’imagerie appariées sont généralement une modalité d’imagerie métabolique + une modalité d’imagerie morphologique

Les 2 modalités d’imagerie appariées sont obligatoirement des modalités d’imagerie en coupes

Les modalités d’imagerie métabolique les plus fréquemment (mais non exclusivement) concernées sont la TEMP (SPECT en anglais) [Tomographie d’Emission Mono-Photonique] et la TEP (PET enanglais)

La modalité d’imagerie morphologique la plus fréquemment concernée est la TDM (CT en anglais), en sachant que l’IRM combinée à la TEP a fait récemment irruption sur la scène de l’imagerie hybride clinique

Imagerie hybrideExemple-type: l’imagerie osseuse

Radiopharmaceutiques ostéotropes injectés

• SPECT/CT (TEMP/TDM) aux bisphosphonates-(99mTc) [BP-(99mTc)]

• TEP/TDM au Fluorure de sodium-(18F) [FNa-(18F)]

Radiopharmaceutiques ostéotropes Biodistribution : BP-(99mTc) vs FNa-(18F)

Ce qu’il faut retenir

De manière analogue aux 99mTc-BP, l’accumulation osseuse du 18F-FNa reflète la vascularisation et le remodelage (turn over)osseux

Le niveau de la captation osseuse du 18F-FNa est 2 fois plus élevé que celui des 99mTc-BP

SPECT/CT (ou TEMP/TDM)

TDM: Acquisition séquentielle des 2 portions de l’examen1) TEMP puis 2) TDM

SPECTTDM

Caméra hybride SPECT/TDM

http://www.youtube.com/watch?v=Lp4eVxTEK9I

Aire sous la courbe TPF=f(FPF)

Mesure de l’exactitude diagnostique

Comparison directe de la fusion obtenue par assemblage caméra-TDM et examen côte-à-côte

Utsunomiya et al. Radiology 2006

Reproductibilitéinterlecteur:

K{SPECT/TDM}> K{SPECT+TDM}

> K{SPECT} (0,762; 0,678;0,343)

Analyse des courbes ROC:

AUC{SPECT/TDM}> AUC{SPECT+TDM}

>AUC{SPECT} (0,947; 0,831; 0,589)

Volume SPECT

Volume TDM

Adaptationde la

Résolution

Calcul d’une

transformation

Mesurede

similarité

Fusion

Similitude ?

Oui

Non

Translations Rotations

Reformatage Sous-échantilonnage CT

Etape préalable à la fusion des coupes SPECT(ou TEP) et TDM:

Recalage rigide intrinsèque global

+/- Recalage élastique local

Itérations

Maximisation information mutuelle

Vermandel, Méd Nucl 2010

Quadruple apport potentiel du scanner pour laTEMP/TDM:

Correction d’atténuation et de diffusé des photons γ Localisateur de l’anomalie scintigraphique Diagnostique Correction du volume partiel & quantification

Le choix du modèle du scanner (nombre de barrettesou « coupes » [détecteurs]) en imagerie hybride estdéterminé par son mode d’utilisation

De quelle TDM a besoin la TEMP/TDM ?

Temps

d‘acquisitionLocalisation

Diagnostic

os

Diagnostic

avec PDC

Angiographie

coronaire

TDM spiralé2 coupes

30´´ + 0

TDM spiralé6 – 16coupes

20´´ ++ +

TDM spiralé64 coupes

10´´

De quelle TDM a besoin la TEMP/TDM ?

Rappel: Coupes = barrettes = détecteurs

TEP/TDM (PET/CT)

Caméras hybrides TEP/TDM

DW Townsend, J Nucl Med 2008

TEP/TDM (PET/CT)De l’acquisition à la fusion des coupes TEP et TDM

NE Bolus, Journal of Nuclear Medicine Technology 2009

DosimétrieSPECT/TDM & TEP/TDM osseuses

Activité injectéeidentique en

scintigraphie osseuse planaire et en SPECT

SFMN : 8-10 MBq/kg

Pas de recommandation de bonne pratique

adaptée à la SPECT/CT !

E ~ 4 mSvSFMN 2004

Dose efficace (E) en scintigraphie osseuse

Dosimétrie comparative : FNa-(18F) vs BP-(99mTc)-

RadiopharmaceutiqueEquivalent de dose/activité

injectée (mSv/MBq)

Dose

absorbée

organes

critiques

(mGy/MBq)

Activitéinjectée(MBq)

Dose efficace E

(mSv)

BP-(99mTc) 0,0054Vessie

0,22

8-10MBq/kg

4-6

FNa-(18F)0,024

Surfaces

osseuses

0,063

1,5-4MBq/kg

4-8

+TDM low dose (99mTc-BP SPECT) : E = 2-3 mSv/FOV *

+ TDM low dose (18F-FNa TEP) : E =10-15 mSv

* FOV: champ de vue (field of view), nombre de FOV = 1 à 3

Dosimétrie patient en imagerie hybride

Un double progrès

TEP

Caméras TEP temps de vol: Activité pondérale injectée

diminuée d’un facteur 3-4 par rapport à une TEP non temps

de vol

TDM

Algorithme de reconstruction itérative (RI) [amélioration

du rapport signal/bruit de l’image]

Dose efficace E abaissée d’un facteur 2 (-50%) par rapport

à une TDM non RI

Patiente de 75 ans

Lombalgie inflammatoire évoluant depuis

1 mois non calmée par antalgiques de

classe I, II et AINS

ATCD de néoplasie mammaire

Marqueurs tumoraux ACE, CA 15-3 et CA

19-9 sont négatifs

Illustration clinique

Balayage squelette entier (imagerie planaire)

Discopathie érosive L4-L5 + hernie intra-spongieuse

SPECT/TDM osseuse:Localisation exacte d'arthropathies dégénératives

Evolution del’équipement

Caméras hybrides vs

Appareils d’imagerie monomodalité

Parc français: Etat des lieux 2013 (Moyens)

Parc français: Etat des lieux 2013 (Activité)

TEMP/TDM os

Parc français: Nombre de TEMP±TDM annuelles

TEP monomodalité vs TEP/TDM:Evolution comparative des ventes du marché US

Shipments of PET and PET/CT scanners for U.S. market as recorded by NEMA

for January 2002 to October 2007.

Shipments of PET-only scanners declined to zero from January 2006 onward.

Overall market for PET or PET/CT remained fairly constant

DW Townsend J Nucl Med 2008; 49: 938–955

TEP monomodalité vs TEP/TDMEvolution comparative des ventes du marché mondial

• Bar graphs show (a) percentages of stand-alone PET scanners (blue bars) versus percentages of PET/CT scanners (purple bars) worldwide

• (b) Total numbers of PET and PET/CT scannersworldwide

H Hricak, Radiology 2010

Comparaisonscintigraphie osseuse planaire aux BP-(99mTc)

vsTEP/TDM au FNa-(18F)

Taux de détection des métastases osseuses (MO):Scintigraphie planaire aux (99mTc)-BP vs TEP/TDM au (18F)-FNa

Auteur

(année)Schéma Primitif Pts/MO

99mTcBP+18F-Na -

99mTcBP -18F-Na +

99mTcBP +18F-Na +

Schirrmeister

(1999)Prospectif divers* 44 / 96 0 44 45

Schirrmeister

(1999)prospectif sein 34 / 64 0 35 29

Schirrmeister

(2001)prospectif thyroïde 35 / 43 0 15 27

Hetzel

(2001)prospectif poumon 103 /?** 0** 23** 10**

Even-Sapir

(2006)prospectif prostate 44 / 57 0 34 12

* primitifs étudiés : prostate, thyroïde, poumon

** nombre de MO total et détectées indisponibles : seul nombre de patients rapporté

La TEP au (18F)-FNa détecte 2 fois plus de métastases osseuses

que la scintigraphie planaire aux (99mTc)-BP

ComparaisonSPECT/CT aux BP-(99mTc)

vsPET/CT au FNa-(18F)

Métastase ostéoblastique/ostéocondensante solitaire de S1

SPECT/CT bassin: Coupes TDM & fusion

TEP/TDM au FNa-(18F)Coupes axiales+sagittales+coronales de la région lombo-pelvienne

TEP/TDM au FNa-(18F)Coupes axiales zoomées du pelvis

TEMP/TDM BP-(99mTc) vs TEP/TDM FNa-(18F):

Comparaison côte à côte

TEP/TDM vs scintigraphie osseuse planairevs SPECT/TDM osseuse

Comparaison des performances diagnostiques

TEP/TDM au FNa-(18F): spécificité supérieure à la

scintigraphie osseuse planaire aux BP-(99mTc):démontrée

TEP/TDM au FNa-(18F): sensibilité supérieure à la

scintigraphie osseuse planaire aux BP-(99mTc):démontrée

TEP/TDM au FNa-(18F): sensibilité supérieure à la

SPECT/CT aux BP-(99mTc): non démontrée

TEP/TDM au FNa-(18F): spécificité supérieure à la SPECT/CT aux BP-(99mTc): non démontrée

TEP/TDM ou TEMP/TDM osseuse ?Facteurs intervenant dans l’analyse comparative

Génération des caméras TEP/TDM et TEMP/TDM

Paramétrage des caméras

TEP/TDM et TEMP/TDM

(Nombre de champs de vue TEMP)

Propriétés des images de coupe obtenues par émission de

simple photon vs par émission de positon

Biodistribution des bisphosphonates et du fluorure

de sodium

Phénotype des métastases osseuses

Effet des thérapies systémiques sur les métastases osseuses

Caméra TEP/TDM ou TEMP/TDM ?Critères généraux de choix

• Les radiopharmaceutiques TEP (FDG, FCH, FNa, DOPA, DOTATOC,…) développés en clinique sont très majoritairement indiqués en Oncologie

• Les radiopharmaceutiques TEMP (SPECT) développés en clinique sont très majoritairement indiqués hors Oncologie: Rhumatologie, Orthopédie, Cardiologie, Pneumologie, Endocrinologie, Infectiologie, Neurologie, Hépato-Gastro-Entérologie,…

• En pratique, il n’existe qu’une exception où un radiopharmaceutique TEP et un radiopharmaceutique TEMP (SPECT) sont disponibles, donc concurrents, en routine clinique: l’exploration des pathologies du squelette [(99mTc)-bisphosphonates pour la SPECT vs (18F)-Fluorure de Sodium pour la TEP]

SPECT/CT du squelette entiersous la contrainte d’une durée

raisonnable de l’examen

Mission impossible ?

MIP

3 FOV de 40x50cm

= 25 min !(vs 12 min Balayage Planaire

Squelette Entier)

fVRT

SPECT/CT squelette axial 3 champs de vue (FOV)

sur caméra d’Anger FOV 1

FOV 2

FOV 3

SPECT/CT aux bisphosphonates-(99mTc) sur nouvelles caméras à détecteurs CZT grand champ

41

Caméra Veriton (Spectrum Dynamics)

Caméra Discovery NM/CT 670 CZT (GE Healthcare)

Valiance X12 prototype(Molecular Dynamics)

http://www.molecular-d.com/Producthttps://www.spectrum-dynamics.com/multi-purpose-spect-scanner/

Détecteurs mobiles à angulation variable et susceptibles

de se placer au plus près des organes à analyser

Sensibilité de détectionx 2,5-3

Durée d’examendivisée d’un facteur 2,5-3

Laetitia Imbert et al. J Nucl Med 2019;60:1288

SPECT/CT squelette entierpar caméra CZT Veriton (Spectrum Dynamics)Temps d’acquisition = 20 min

vsImage planaire (balayage) squelette entierTemps d’acquisition = 12 min

Plus-value de l’imagerie hybridesur l’imagerie de coupe monomodalité

Gains du mode tomographique TEP sur le mode planaire (1/2):

Recours à un traceur ostéotrope (fluorure de sodium-(18F)) proche de la molécule tracée (cristal d’hydroxyapatite) explorant le turn-over (remodelage) osseux et/ou à un traceur reflétant le métabolisme cellulaire (FDG-(18F)) sans équivalent en imagerie planaire

Amélioration de la résolution spatiale (exemple : résolution= 3-5 mm pour la TEP(/TDM) osseuse)

Gains du mode tomographique TEP sur le mode planaire (2/2):

Amélioration du rapport signal/bruit (niveau de fixation du squelette/niveau de fixation des tissus mous)

Amélioration du contraste lésionnel (niveau de fixation d’une lésion osseuse/niveau de fixation du squelette normal)

Possibilité de quantification des lésions (exemple : SUV)

Amélioration de la localisation anatomique (exemple : distinction des éléments osseux de l’arc postérieur d’une vertèbre : pédicule, lame, articulation inter-apophysaire postérieure,isthme)

Gains du couplage d’images SPECT ou TEP

et TDM (1/2) Amélioration de la localisation anatomique du foyer hypermétabolique (plus

généralement de l’anomalie métabolique) par les coupes TDM de repérage

Correction d’atténuation des photons γ des images SPECT ou des photons de coïncidence de 511 keV des images TEP en utilisant la carte d’atténuation des rayons X du scanner

Amélioration de la résolution spatiale de la SPECT (diminution de l’effet de volume partiel) par mise à profit de l’information TDM afin d'accentuer la segmentation tissulaire (os/tissus extra-osseux)

Evaluation quantitative de l’évolutivité (ou activité) métabolique par les coupes SPECT ou TEP des atteintes osseuses visibles en coupes TDM dont l’information est morphologique (ou anatomique)

Gains du couplage d’imagesTEP et TDM (2/2)

Amélioration de la sensibilité diagnostique par l’interprétationdes foyers hypermétaboliques à TDM normale (précocité de l’imagerie métabolique de coupe)

Amélioration de la spécificité diagnostique par l’interprétation des foyers hypermétaboliques osseux en prenant en compte l’aspect des structures anatomiques et des lésions en TDM correspondants en topographie à cesfoyers

Facilitation d’une lecture de synthèse par la fusion des images orientées selon les 3 plans de l’espace (coupes axiales, coronales, sagittales) issues des 2 modalités d’imagerie de coupe

Optimisation de la lecture de la fusion des images issues des 2 modalitésd’imagerie de coupe avec réduction des données à l’aide d’algorithmes standardisés de rendu volumique (exemples : MIP+triangulation, fused VRT)

Correction d’atténuation en TEP/TDM

Principe et techniqueExemple TEP/TDM

Graphe de régression linéaire par morceauxde conversion des densités TDM (HU) en coefficients d’atténuation

linéaire des photons de 511 keV de la TEP.

DW Townsend, J Nucl Med 2008; 49: 938–955

Correction d’atténuation Effet sur la

quantification ExempleSPECT/CT

V Schulz et al, Nuklearmedizin 2007; 46: 38–42

Coupes axiales d’un fantôme cylindrique rempli de 99mTc avec profils d’activité:

a) Pas de correction d’atténuationb) Correction d’atténuationc) Correction d’atténuation mais coupes TDM

décalées par rapport aux coupes SPECT

La SPECT/CT augmentela spécificité de la scintigraphie osseuse

Etudes

&Exemples cliniques

Gain de classification des foyers d’hyperfixation du squelette axial par la SPECT/CT

Tableau récapitulatif des 5 études publiées de 2004 à 2007

Intérêt clinique de la SPECT/CT

Synthèse

La SPECT/CT contribue à diminuer la proportion de résultats indéterminés de la scintigraphie osseuse planaire (de 70 à 80 %), autrement dit améliore la spécificité des anomaliesobservées

L’exactitude de la scintigraphie osseuse est augmentée avant tout par l’identification fiable des arthropathies dégénératives (arthrose) du rachis

La SPECT/CT réduit la nécessité de recourir à des explorations radiologiques complémentaires

Spécificité

Illustration en SPECT/CT osseuse

Contexte clinique

Patiente de 73 ans Douleur inguinales

D évoluant depuis 2-3 mois sans circonstance traumatique

Initialement d’horaire nocturne, présenced’une aggravation récente avec réveilnocturne

ATCD

Cirrhose OH

Fracture du coccyx il y a 1-2 ans

? ?

Scintigraphie osseuse Balayage squelette entier planaire

SPECT/TDM du bassin: Probable ostéonécrose tête fémur D

DDF: Coxarthrose G évoluée

DDF: Métastase ostéolytique de la tête fémorale G

Quantification

Illustration en SPECT/CT osseuse

Contexte clinique

Pollakiurie révélant un cancer

de la prostate en octobre 2008

PSA total initial = 23 ng/mL

Prostatectomie en février 2009

suivie d’une hormonothérapie

Dernier PSA total (il y a 3 mois)

contrôlé à 7,94 ng/mL

ATCD: Fractures traumatiques de

l’épaule droite, de l’extrémité

supérieure du fémur droit, de la

mâchoire, entorses à répétition de

la cheville gauche

Foyer hyperfixant

indéterminé de L3

SPECT/CT osseuse: Rachis lombaire

Scintigraphie initiale (6 mois auparavant)

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

Métastases osseuses

condensantes (ostéoblastiques)

(1/2)

Métastases ostéocondensantes (2/2)

Densités: MO = 500 HU

Spongieux=100 HU

Rapport d’activité MO/spongieux:

= 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)

Quantification SPECT/CT:

Outil d’aide au diagnostic

étiologique/différentiel

Visualisation 3 Den imagerie hybrideSPECT/CT & PET/CT

5000 coupes à analyser par examen hybride ?!

Quelles sont les techniquesde représentation 3 D synthétique

d’une pile d’images en coupes ?!

• Outils de visualisation 3 D imagerie monomodalité (Applications: TDM, SPECT, TEP, IRM) et hybride

• MPR : Multi Planar Reconstruction

• MIP : Maximum Intensity Projection

• VRT : Volume Rendering Technique

• Outils de visualisation 3 D imagerie dédiés hybride

(Applications: SPECT/TDM, TEP/TDM, TEP/IRM)

• Mire de triangulation

• fVRT : Fused Volume Rendering Technique

Visualisation 3 D:Boîte à outils

MPR

MPR: Multiplanar Reconstruction

La technique MPR consiste à extraire des coupes dans n’importe quel plan de l’espace en s’appuyant

sur les coordonnées spatiales des voxels de la pile (stack) des coupes transverses (axial images).

L’opération consiste à ne sélectionner que les voxels qui ont les coordonnées du plan choisi.

http://www.youtube.com/watch?v=GSJHohSjXd0

MPR: Multiplanar Reconstruction Exemple: SPECT/CT osseuse

Coupes axiales Coupes coronales Coupes sagittales

Quelle échelle de couleurs

pour les images de fusion

SPECT/TDM et TEP/TDM ?

Images de fusion:

Echelle monochrome

à privilégier

(« hot metal »)

Images de fusion TEP/TDM ou SPECT/TDM

Fusion TEP/TDM:Echelle de couleurs monochrome

“hot metal”(permettant de distinguer les structures

anatomiques sous-jacentes)

TDM:

Echelle de couleurs

monochrome gamme de gris

TEP:

Echelle de couleurs

monochrome gamme de gris

MPR Réorientation oblique (1/3) Fémur droit

MPR Réorientation oblique (2/3) Plan sacré: Coupes standard

MPR Réorientation oblique (3/3) Coupes sacrées réorientéesImages TEP en échelle log

MIP

MIP: PrincipeEtape 1: Choisir un point de vue

Etape 2: Lancer de rayons à partir du point

de vue explorant chaque point du volume

Etape 3: Déterminer la valeur maximale

de tous les pixels traversés par la

trajectoire de chaque rayon

Etape 4: Placer la valeur maximale du pixel

recueillie pour chaque rayon dans l’image

finale

DD Cody, RadioGraphics 2002; 22: 1255–1268RH Choplin, RadioGraphics 2004; 24: 343–356

Projection du maximum d'intensité (MIP): intérêts & limites

1 2 6 2 3 8 6

Excellent contraste tissulaire et lésionnel

Perte du repérage topographique 3 D des structures normaleset des foyers anormaux

Le MIP n’est pas une image diagnostiquemais une image de débrouillage/criblage pour repérer des anomalies !

MIP SPECT osseuse

TDM

Comparaisonscintigraphie osseuse aux bisphosphonates-

(99mTc) balayage corps entier (CE) etTEP/TDM au FNa-(18F)

Représentation MIP

MIP

CE

Triangulation

Triangulation: Illustration clinique

Contexte clinique

Patient de 81 ans

Suivi d’un ADK de prostate

(Gleason4+2) traité en 98

par radiothérapie et

hormonothérapie (stop en

99)

Bilan d’extension initial

• PSA total = 14 ng/mL

Pas de douleur

ATCD:

PTH G : 09/07

PTH D : 99

Chute il y a 15 jours

Fracture poignet G en

52

Triangulation

L’opérateur place le curseur sur l’anomalie de fixation suspectée sur l’image MIP, une mire de

triangulation se positionne alors automatiquement sur les 3 plans de coupe axial, coronal,

sagittal, correspondant aux images TEP (ou SPECT), TDM et fusion

MI

P

SPECT/TDM

Métastase ostéocondensante isolée de S1

Coupes axiales zoomées

Mire de triangulation

Triangulation (suite)

Techniques de Rendu VolumiqueVRT & fused VRT

VRT: Volume Rendering Technique (Technique de rendu volumique)

Le terme générique de « rendu de volume » désigne un processus qui produit une image 2D à partir d'un modèle 3D

L'image résultante est formée à partir de tous les pixels de l'objet que traverse le rayon virtuel depuis l'œil de l'observateur

La contribution de tous les pixels à l'image est pondérée par l'attribution d'un degré d'opacité d'une part, et par une couleur ou une teinte de gris attribuée à chaque valeur de pixel d'autre part. Ainsi, les tissus superficiels peuvent être rendus totalement transparents, les vaisseaux opaques et l'os encore plus opaque

Un ombrage génère l'impression tridimensionnelle à l'ensemble

VRT: Volume Rendering Technique

Le VRT permet une segmentation simple de plusieurs tissus de densité ou de signal différents

Cette technique s’applique à la TDM et à l’IRM

Contrairement aux représentations 3 D surfaciques où la définition d’un seuil de densité entraîne une réponse binaire (représentation ou absence de représentation du voxel), la méthode de segmentation utilisée pour le VRT est une classification par pourcentage qui évalue la probabilité pour un tissud’être présent de manière homogène à l’intérieur d’un voxel

KP Andriole, Radiology 2011; 259: 346-362

VRT: Volume Rendering Technique Exemple de l’application au bassin osseux

Les valeurs de tous les

voxels parcourant une ligne

s’étendant depuis l’oeil de

l’observateur à travers le

tissu d’intérêt (l’os)

contribuent à la valeur du

pixel résultant autorisant la

visualisation de l’os sous-

cortical et des lésions

occultes

BS Kuszyk, Skeletal Radiol (1996) 25: 207–214

Principe du VRT en 7 étapes

RH Choplin, RadioGraphics 2004; 24:343–356

Etape 1:

Choisir un point de vue

Etape 2:

Créer un histogramme de

distribution des densités TDM

Etape 3:

A partir de l’histogramme fixer

l’intervalle d’unités Hounsfield

(HU) pour les tissus d’intérêt

Principe du VRT en 7 étapes (suite)

RH Choplin, RadioGraphics 2004; 24:343–356

Etape 4:

Assigner des valeurs d’opacité aux tissus

d’intérêt (de 0% (transparent)

à 100% (opaque))

Etape 5:

Lancer de rayons depuis le point de vue

à chaque point du volume

Etape 6:

Déterminer la valeur d’opacité de tous

les voxels sur le chemin de chaque rayon

Etape 7:

Placer la somme des valeurs d’opacité

pour chaque rayon dans l’image finale

Coupes coronales: A. VRT des densités tissus mousB. VRT des densités os et vaisseaux (après injection PDC)

VRT:Exemple TDM thoraco-abdomino-pelvien

MPR vs VRT: Exemple de la TDM

NC Dalrymple, RadioGraphics 2005; 25:1409–1428

Comparaison VRT et MIP Exemple de l’angio-TDM

EK Fishman, RadioGraphics 2006; 26: 905–922

VRT MIP

La technique MIP consiste à projeter sur un plan les voxels d’intensité maximale. Cependant, cette approche ne permet pas de déterminer la topographie des structures sur une seule projection. Étant toutes projetées sur un plan, les structures antérieures ne se différencient pas de celles qui sont plus postérieures. De plus, une structure très denseva oblitérer la vision des autres structures traversées par les mêmes raies de projection.

MPR ou MIP en TDM ?Illustration clinique

Patiente âgée de 43 ans

Lombalgie d’apparition récente

ATCD: CCI du sein gauche opéré 4 ans auparavant

Scintigraphie osseuse de référence de 2008: RAS

Nouveau bilan d’évaluation

Comparaison des SO CE planaires

SPECT/CT:Coupes TDM + fusion rachis lombaire

SPECT/CT:Coupe axiale fusion zoomée centrée sur L2

Comparaison MPR et MIPExemple de la TDM en fenêtre osseuse

Restitution de la totalité des structures anatomiques au prix d’une perte de contrastes tissulaire et lésionnel

Rendu 3-D en TEP/TDM MIP vs fVRT

Fused VRT=MIP (TEP ou SPECT)

fusionné au VRT (TDM)

Balayage corps entier vs fVRT en TEP/TDM

Métastases osseuses multifocales

TEP/TDM osseuse Comparaison topogramme

et fused VRT

Indications du fused VRT Exemple SPECT/CT osseuse

Région anatomique complexe :

scapulo-humérale,coxo-fémorale, pied

Région anatomique directement exposée (contre-

exemple: rachis masqué par gril)

Squelette arthrosique ++ avec suspicion d'une pathologienouvelle

Imbrication de plusieurs pathologies aiguës (ex : fracture

+ entorse + syndrome douloureux complexe régional de

type I)

Evaluation appropriée d'une pathologie multi-focale (localisationssecondaires)

Etude des parties molles ? (Choplin RSNA 2004)

« L’exemple par le pied… »

Où est située la lésion du pied droit ?!

Os naviculaire droit ?

SAGITTALTRANS POSTANT

Non !

il s’agit d’une lésion d’insertion

de la grosse tubérosité calcanéenneAinsi:

-En vue postérieure, une métastase du sternum peut sembler être vertébrale-En vue de profil, une cavité pyélo-calicielle peut sembler être une métastasevertébrale

fVRT: Eviter les images ambiguës !

Interprétation intégrée en imagerie hybride

Configuration scintigraphique

Configuration scano-scintigraphique

4 combinaisons possibles: Paires

concordantes:

TEP (ou SPECT)+/TDM+

TEP (ou SPECT)-/TDM-

Sûreté maximale d’affirmation ou d’élimination diagnostique

Paires discordantes:

TEP (ou SPECT)+/TDM-

TEP (ou SPECT)-/TDM+

Faux-positif de l’une ou faux-négatif de l’autre ?

Localisation de la lésion symptomatique?

• SPECT+ : Image positive• TDM+: Image positive• SPECT-: Image négative• TDM-: Image négative

Imagerie hybride SPECT/CT & PET/CT

Autres applications cliniques

Scintigraphie

aux polynucléaires radio-marqués

SPECT/CT

Ostéite du pied diabétique

Courtoisie du

Pr Damien Huglo

CHRU Lille

Homme de 66 ans, AOMI, diabète de type 2

Ulcère artériel surinfecté en regard de la base du 5ème métatarsien droit

Nécessité de réaliser des coupes fines en TDM (1,25 mm) pour l’analyse

du pied

Couplage SPECT/TDM avec une scintigraphie aux leucocytes marqués

possible

Intérêt des réorientations dans l’axe des pieds

Messages-clés de l’observation

Scintigraphie osseuse planairevs

TEP/TDM au (18F)-FDG

Femme, 81 ans, BEG

ATCD:ADK colique

Problème posé: Douleur de l’aine G Radiographies Nles

Scintigraphie osseuse planaire:

Hyperfixation en halo du petit trochanter G

18F-FDG TEP/TDM :Foyer

hypermétabolique sur ostéolyse avec envahissement par

une masse tissulaire du petit trochanter G

+2ème MO lytique de T5

(invisible en SO CE planaire)

=> Changement de tactique

thérapeutique. : Chimio-radiothérapie

+Corticoïdes & BP

18F-FDG TEP/TDM:(suite)

Processus tissulaire hypermétabolique détruisant la partie

postérieure du corps

de T5 et l’hémi-arc postérieur droit, infiltrant le canal

médullaire, refoulant la moelle, s’étendant dans les

tissus para-vertébraux jusqu’à

la plèvre

Fusion logicielle (a posteriori) TEP/TDM

Exemple de fusion logicielle

appliquée aux coupes de TEP FDG-

(18F) et TDM diagnostique

(A) Après chargement des images

dans le logiciel de fusion, d’importants

décalages existent.

(B) Fusion optimisée après

enregistrement automatique par

l’algorithme d’ information mutuelle.

(C) Résultat final représentant les

images TEP incrustées dans les

coupes TDM.

WG Vogel, J Nucl Med 2004

Recherche de ganglion sentinelle avant exérèse d’un mélanome sous-auriculaire droitCoupe SPECT/CT transverse et fVRT: Foyers dus à l’injection (flèche pleine)et au ganglion sentinelle (flèche creuse)

G Mariani, Eur J Nucl Med Mol Imaging 2010

Lymphoscintigraphie aux colloïdes-(99mTc)Coupe axiale fusion Fused VRT

SPECT/CT au Pentetréotide‐(111In)

B

A

Contexte clinique:

Récidive occulte d’une tumeur carcinoïde du grêle révélée par une ascension des biomarqueurs

SPECT/CT::

A: Foyer physiologique dû à la vésicule biliaire

B: Foyer pathologique dû à une métastase hépatique du lobe gauche

CN Patel, Hybrid SPECT/CT: the end of ‘‘unclear’’ medicine, Postgrad Med J 2009

MIPAbdomen: coupes axiales

TEP/TDM DOPA-(18F)Représentation fVRT

Volumineux foyer hypermétabolique

correspondant à un phéochromocytome

www.siemens.com/mi

CN Patel, Hybrid SPECT/CT: the end of ‘‘unclear’’ medicine. Postgrad Med J 2009

SPECT/CT à l’iode 131Adénopathie métastatique à l’orifice supérieur du thorax

d’un carcinome thyroïdien différencié

Balayage corps entier

SPECT/CT

CN Patel, Hybrid SPECT/CT: the end of ‘‘unclear’’ medicine. Postgrad Med J 2009

SPECT/CT des parathyroïdes au sestamibi-(99mTc)

Identification d’un adénome parathyroïdien ectopique

dans le médiastin antérieur

TEP (ou SPECT)/IRM Corps EntierLe meilleur des deux mondes ?

Comparaison TDM, IRM, SPECT

Exemple de l’imagerie de coupe osseuse

Pourquoi une TEP (ou une SPECT)/IRM ?

TDM diagnostique

Contexte clinique

Patient de 72 ans

Douleur mécanique de hanchegauche d’apparition brutale et spontanée il y a 3 semaines

TDMRAS

FAPrécoce

FP Précoce

Scintigraphie osseuse

planaire aux (99mTc)-BP

SPECT/CT du bassin: Coupes TDM & fusion

Hyperfixation en bande transversale suggestive de fracture de fatigue

du col du fémur gauche

BassinFused VRT

IRM T1 bassin coupe coronale

Hyposignal T1 confirmant la fracture de fatigue

du col du fémur gauche

Messages-clés de l’observation

Diagnostic: Fracture par insuffisance osseuse

TDM diagnostique initial négatif !

Concordance des anomalies SPECT et IRM

Configuration SPECT+/IRM+/TDM-

Combinaisons possibles TEMP±/TDM±Exemples fréquents en pathologie osseuse

TE(M)P TDM Exemples

Positive Positif

Métastases osseuses corticales,

ostéome ostéoïde, spondylodiscite,

TV récente (< 9 mois) pseudarthrose

hypertrophique Maladie de Paget en

phase II

Positive Négatif

Métastases osseuses du spongieux,

lymphome osseux, ONA débutante,

fissure, enthésopathie, contusion,

périostite, Paget phase I

Négative Positif

Myélome, dysplasie fibreuse,

hémangiome,

TV ancienne (> 9 mois)

pseudarthrose atrophique Paget

phase III

Négative Négatif Métastases intra-médullaires, Myélome

Fusion d’images a posteriori = Fusion logicielle

issues d’examens séparés TEP ou SPECT et IRM

TEP/IRM & SPECT/IRM

Fusion SPECT/IRM a posteriori

Exemple: Monoarthropathie subaiguë de la sterno-claviculaire gauche

Fusion SPECT/IRM a posterioriExemple: Ostéomyélite

IRM/SPECT (ou SPECT/IRM !?) aux leucocytes radio-marqués:

Ostéomyélite aiguë de la tête du 2ème métatarsien du diabétique

Surestimation de

l’étendue de

l’ostéomyélite par l’IRM :

œdème médullaire non

spécifique

SNM Congress 2008

Image of the Year

Fusion TEP/IRM a posteriori

Patient 76 ansCancer bronchique: Bilan d’extension

A: Visualisation TEP+/IRM+ tumeur primitive (nécrosée) du LSD B: Extension pariétale par contiguïté TEP-/IRM+C: Localisation secondaire du sternum TEP+/IRM+

RC Domingues AJR 2009

Fusion d’images natives (= fusion vraie)

=

Fusion à partir d’acquisitions TEP et IRM simultanées

TEP/IRM

TEP/IRMUne nouveauté en imagerie hybride

WBMRI 3 T&

TEPintégrés

Biograph mMRI®, Siemens, 2010

Remerciements à Stéphane Le Roy, Siemens France

Acquisition simultanée des coupes TEP et IRM Principe

SR Cherry J Nucl Med 2006

Acquisition simultanée des coupes TEP et IRM Technique

TEP/IRM: Comment corriger l’atténuation de la TEP sans TDM ?!

Méthodes de segmentation(1) Principe

• Les principaux types de tissus (poumons, air, tissus divers (graisse, muscles), os) sont segmentés à partir des coupes IRM

• Des coefficients d’atténuation forfaitaires de chaque milieu sont ensuite appliqués

à ces tissus ainsi délimités, donnant une pseudo-carte TDM d’atténuation des X

• Le nombre de tissus différenciés diffère selon les équipes (“no-bone” vs “bone”)

MRI-BASED ATTENUATION CORRECTION FOR PET RECONSTRUCTION

Jeffrey Steinberg, Dissertation, The Ohio State University, 2008

M Hofmann et al, J Nucl Med 2011; 52:1392–1399

TEP/IRM: Comment corriger l’atténuation de la TEP sans TDM ?!

Méthodes de segmentation

(2) Résultats sur la quantification TEP (SUV)

Segmentation IRM avec 3 tissus distincts avec 4 tissus distincts

MRI-based attenuation correction for PET reconstructionJeffrey Steinberg, Dissertation, The Ohio State University, 2008

Correction exacte

par CT associé

Sans

correction

TEP/IRM:

• Métabolisme/Anatomie

• Métabolisme1/Métabolisme2

• Anatomie/Métabolisme

• Anatomie1/Anatomie2

Selon radiopharmaceutique (TEP)

et séquences (IRM)

Evolution TEP

La SPECT/CT améliore la reproductibilité inter lecteur et l’exactitude (pourcentage depatients bien classés) de cette modalité d’imagerie comparativement à la SPECT

La SPECT/CT améliore la specificité comparativement à la scintigraphie planaire

Quadruple apport potentiel du scanner pour la SPECT/CT:

Correction d’atténuation et de diffusé des photons γLocalisateur de l’anomalie scintigraphiqueDiagnostiqueCorrection du volume partiel & quantification

Les radiopharmaceutiques TEP (FDG, FCH, FNa, DOPA, DOTATOC,…) développés en clinique sont très majoritairement indiqués en Oncologie

Les radiopharmaceutiques TEMP (SPECT) développés en clinique sont très majoritairement indiqués hors Oncologie: Rhumatologie, Orthopédie, Cardiologie, Pneumologie, Endocrinologie, Infectiologie, Neurologie, Hépato-Gastro-Entérologie,…

Exception à la règle: Un radiopharmaceutique TEP et un radiopharmaceutique TEMP (SPECT) sont disponibles, donc concurrents, en routine clinique pour l’exploration des pathologies du squelette [(99mTc)-bisphosphonates pour la SPECT vs (18F)-Fluorure de Sodium pour la TEP]

Conclusion

Citation

Structure without function is a corpse. . .

function without structure is a ghost .

— Stephen Wainwright

Cité par David W. Townsend, J Nucl Med 2008

Sites web

http://www.snm.org

http://www.auntminnie.com

http://www.radquiz.com

http://www.gehealthcare.com

http://www.medical.philips.com

http://www.siemensmedical.com