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La TEP/TDM en oncologie thoracique
Au-delà de l’interprétation visuelle et du SUV : Un nouveau modèle pronostique ?
Pr Catherine CHEZE LE REST – CHU Poitiers
1ERES RENCONTRES D’ONCOLOGIE THORACIQUE EN NOUVELLE-AQUITAINE
Imagerie multimodale TEP/TDM
2
Ron Nutt & David Townsend2000
Acquisition TDM~ 20 sec
Acquisition TEP~ 20 min
Anatomique :densité des tissus
Fonctionnelle :(concentration de radiotraceur injecté)
Scanner multimodal TEP/TDM
Beyer T, et al. A combined PET/CT scanner for clinical oncology. J Nucl Med. 2000
Contexte de l’oncologie thoracique
Problèmes posés :
• Diagnostic : Faisceau d’arguments Diagnostic positif
• Bilan initial : recueil d’éléments pronostiques pour guider la prise en charge
Impact de l’extension initiale
Interprétation visuelle
ADK<CEBA, carcinoide : Faux-Granulomatose, infection : Faux+
TEP
TEP
Indications de la TEP en oncologie thoracique
Diagnostic Caractérisation des nodules de plus de 8-10 mm
Bilan d’extension du CPNPC Extension ganglionnaire médiastinale : VPN Extension à distance
Suspicion de récidive Réponse thérapeutique tardive
interprétation visuelle
Quantification du signal
Détermination et suivi de changements
• concentration d’activité : SUV• volume métabolique• distribution de l’activité intra-tumorale
Réponse précoce
Valeur prédictiveValeur pronostique
Radiothérapie guidée par l’imagerie TEP/TDM
caractérisation tumorale
Nouvelles indications
Un pronostic qui reste souvent sombre..
5
Taux de survie à 5 ans : IA : 65%, IB : 55% IIA : 50%, IIB : 40% IIIA : 25%, IIIB : 10% IV: <5%
Facteurs pronostiques : Stade TNM Age > 70 ans Performance status Tabagisme Marqueur tumoral CYFRA 21-1 (> 3,6 ng/ml) Sur-expression de Ki 67 Sur-expression de HER 2 Paramètres TEP-TDM : SUV ? Volume ? TLG ? Hétérogénéité ? Forme ?
N0 N1 N2 N3
T1I II IIIA IIIB IVT2
T3 II
T4
M0 M1
SUV : Standardized Uptake Value
)(/)()/(
gpatientdupoidskBqinjectéedosemlkBqfixationSUV =
Correction d’atténuation (atélectasie, mvt, PDC)Mouvement respiratoire
kBq/ml Cps/s/pixel
Caractérise l’intensité de fixation
Mouvement respiratoire3D PET 4D PET
- Heterogeneous parts of the tumour might be completely missed- High intensity regions are ‘averaged’; quantification of SUV is incorrect- Gross tumour volume might be overestimated
3D ‘normal’ PET4D respiration correlated PET
SUV : Standardized Uptake Value
)(/)()/(
gpatientdupoidskBqinjectéedosemlkBqfixationSUV =
Correction d’atténuation (atélectasie, mvt, PDC)Mouvement respiratoireEffet de volume partiel
kBq/ml Cps/s/pixel
Caractérise l’intensité de fixation
Activité réelle Activité mesurée
TEP
Effet de volume partiel
SUV : Standardized Uptake Value
)(/)()/(
gpatientdupoidskBqinjectéedosemlkBqfixationSUV =
Correction d’atténuation (atélectasie, mvt, PDC)Mouvement respiratoireEffet de volume partielMéthode de reconstruction Méthode de mesure : SUV max, moyen, peak, SUL….
kBq/ml Cps/s/pixel
Caractérise l’intensité de fixation
SUV : standardized Uptake Value
Correction d’atténuation (atélectasie, mvt, PDC)Mouvement respiratoireEffet de volume partielMéthode de reconstruction Méthode de mesure : SUV, SUL…. kBq/ml Cps/s/pixel
Caractérise l’intensité de fixation
)(/)()/(
gpatientdupoidskBqinjectéedosemlkBqfixationSUV =
12
Interprétation : autres limites Glycémie Délai Histologie : ADK, CE, BA, Faux positifs : granulomatose
Très nombreux facteurs de variation
Standardized Uptake Value, Silly Uptake Value, Smart Uptake Value,
Simple Uptake Value Pas d’utilité diagnostique : Pb du seuil et de la spécificité
Intensité : témoigne de l’agressivité
13
Le volume tumoral métabolique (MATV) : 61 patients; CBPNPC de stade I à III MATV > à 46 ml = moins bon pronostic
Lee P ,et al. Clin Lung Cancer 2012 ;13(1) :52-8.
Total Lesion Glycolysis (TLG) : = SUV moyen x MATV TLG élevé = moins bon pronostic
Chen HH ,et al. Radiology 2012 ;264(2) :559-66.
Hyun SH,et al. Ann Surg 2013 ;257(2) :364-70.
L’hétérogénéité intra-tumorale ? Sarcome Eary JF ,et al. J Nucl Med 2008 ;49 :1973-1979.
Cancer de l’œsophage Tixier F ,et al. J Nucl Med 2011 ;52 :369-378.
CBPNPC (53 patients) Cook GJ ,et al. J Nucl Med 2013 ;54 :19-26.
L’hétérogénéité en imagerie
14
Etude de la relation entre les voxels de l’image.
Hétérogénéité globale, régionale, locale
Très nombreux paramètres …..
« Radiomics » et modèle pronostique
116 pts NSCLC
stade I (n=29), II (n=30), III (n=57) 88 H / 28 F Age : 63 ± 9 ans
Traitement : Chirurgie (n=59) Chimiothérapie (n=87) Radiothérapie (n= 53)
28
219
14 43
1
0
Chir
Chimio Radio
Desseroit MC, et al. Development of a nomogram combining clinical staging with 18F-FDG PET/CT image features in Non-Small CellLung Cancer stage I-III, Eur J Nucl Med Mol Imaging 2016
Survie globale N=116 71 décès (61%)
3-year survival ~40%
Desseroit MC, et al. Development of a nomogram combining clinical staging with 18F-FDG PET/CT image features in Non-Small CellLung Cancer stage I-III, Eur J Nucl Med Mol Imaging 2016
17
Clinical stage
1.4 [95% C.I. 0.8-2.5]
Quid en ajoutant paramètres TEP/TDM pour patients stade II-III (N=87) ?
18
Analyse des images TEP et TDM
image TDM «Low-dose» 3D Slicer [2]
Image TEP
FLAB [1]
1. Segmentation
1. Hatt, et al. A fuzzy locally adaptive Bayesian segmentation approach for volume determination in PET. IEEE Trans Med Imaging. 2009
2. Velazquez, et al. Volumetric CT-based segmentation of NSCLC using 3D-Slicer. Sci Rep. 2013
3. Weber, et al. Repeatability of 18F-FDG PET/CT in Advanced Non-Small Cell Lung Cancer: Prospective Assessment in 2Multicenter Trials. J Nucl Med. 20154. Desseroit, et al. Reliability of PET/CT radiomics features in functional and morphological components of NSCLC lesions:a repeatability analysis in a prospective a multicenter cohort, AAPM annual meeting, 2016
2. Quantification Paramètres 1er ordre: volume,
histogramme intensité),
Analyse de forme (sphericity, irregularity…)
Analyse de texture 2nd- et 3rd-ordre
Etude TEP/TDM test-retest :73 patients, étude prospective, multi-centrique (ACRIN + Merck trials) [3]
3. Choix des paramètres
105 lésions en TEP and 76 TDM [4]
Bland-Altman analysis
Paramètres retenus si répétabilité < ±16%
19
Stage + PET volume + PET and CT heterogeneity
Stade+ volume TEP + hétérogénéité TEP + hétérogénéité TDM
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 12 24 36 48 60 72 84Temps (mois)
Prob
abilit
é de
sur
vie
(%)
Stade I (groupe 1)N=29, 6 décès (20,7%)Survie médiane --
Risque faible (groupe 2)N=72, 50 décès (69,4%)Survie médiane = 21,2 moisHazard ratio (vs. groupe 1) = 4,9
Risque élevé (groupe 3)N=15, 15 décès (100%)Survie médiane = 6,5Hazard ratio (vs. groupe 1) = 17,4Hazard ratio (vs. groupe 2) = 3,6
STADE
Volume TEP
21
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 12 24 36 48 60 72 84Temps (mois)
Prob
abili
té d
e su
rvie
(%)
Stade I (groupe 1)N = 6, 0 décès (0%)Survie médiane = --
Risque faible (groupe 2)N = 14, 4 décès (28%)Survie médiane = --Hazard ratio (vs. groupe 1)= --
Risque élevé (groupe 3)N = 2, 1 décès (50%)Survie médiane = 2,9Hazard ratio (vs. groupe 1) = --Hazard ratio (vs. groupe 2) = 2,2
N=22 (prospectif)
M-C. Desseroit, et al. Nomogram for NSCLC exploiting clinical staging, tumor volume and PET/CT heterogeneity features:development using support vector machines in a retrospective cohort and first validation results in prospectively recruitedpatients. SNMMI annual meeting 2016
Etude de Validation (en cours)
Personalized Medicine: Multifactorial Decision Support Systems
Lambin et al. Nature Rev. Clin. Oncol 2012
23 P Lambin, et al. Radiomics: extracting more information from medical images using advanced feature analysis. Eur J Cancer 2012HJ. Aerts, et al. Decoding tumour phenotype by noninvasive imaging using a quantitative radiomics approach. Nat Commun. 2014
Radiomics
Imagerie Segmentation Extraction de paramètres Analyse
TEP/TDM incontournable en oncologie thoracique
En dehors du bilan initial, nouvelles indications Réponse Planification
Interprétation VISUELLE actuellement en routine, Mais ….nouvelles informations avec de plus une valeur
pronostique à confirmer: volume, hétérogénéité
25
Merci de votre attention
Radiomics in PET/CT
27
Shape Asphericity
I. Apostolova, et al. Asphericity of pretherapeutic tumour FDG uptake provides independent prognosticvalue in head-and-neck cancer. Eur Radiol. 2014I. Apostolova, et al. Quantitative assessment of the asphericity of pretherapeutic FDG uptake as anindependent predictor of outcome in NSCLC. BMC Cancer. 2014
3D geometrical shape
Sphéricité faible
Sphéricité élevée
Irrégularitéélevée
Irrégularitéfaible
29
Hétérogénéité visuelle
31
Concordance inter-observateur : correcte Kappa 0.589 et kappa pondéré 0.683
Observateur n°2
Observateur n°1A B C
A 21 5 1 27 (22.1%)B 7 17 7 31 (25.4%)C 1 10 53 64 (52.5%)
29 (23.8%) 32 (26.2%) 61 (50.0%) 122
Comparaison analyse visuelle de l’hétérogénéité à l’analyse quantitative.
32
Paramètres de
texture
Observateur n°1 Observateur n°2
Inhomogénéité
Entropie
Aire sous la courbe
Déviation standard
IV
SZV
< 0.0001
< 0.0001
0.022
0.08
< 0.0001
< 0.0001
< 0.0001
< 0.0001
0.002
0.12
< 0.0001
< 0.0001
Survie globale
33
Facteurs péjoratifs p HR IC 95%
Age > 70 ans 0,66 1,13 0,65-1,97
Sexe masculin 0,0061 2,57 1,51-4,37
Fumeur 0,63 1,18 0,63-2,23
Performance Status > 0 0,15 0,70 0,43-1,23
VEMS < 80% 0,64 0,89 0,54-1,46
Stade tumoral > II A < 0,0001 3,56 2,20-5,75
Histologie (épidermoïde) 0,068 0,65 0,40-1,06
SUV max > 8,5 0,0003 2,61 1,59-4,23
MATV FLAB < 0,0001 3,34 1,95-5,73
TLG < 0,0001 3,09 1,74-5,58
Inhomogénéité < 0,0002 2,58 1,58-4,22
Entropie < 0.0001 3.35 1.97-5.70
Aire sous la courbe 0.10 1.50 0.90-2.52
Déviation standard 0,0024 2,19 1,34-3,57
IV < 0,0001 3,14 1,90-5,18
SZV < 0,0001 0,31 0,18-0,53
Analyse visuelle obs 1 > 2 0,02 1,80 1,12-2,93
Analyse visuelle obs 2 > 2 0,004 2,02 1,25-3,27
34
Facteurs péjoratifs p HR IC 95%
Age > 70 ans 0,66 1,13 0,65-1,97
Sexe masculin 0,0061 2,57 1,51-4,37
Fumeur 0,63 1,18 0,63-2,23
Performance Status > 0 0,15 0,70 0,43-1,23
VEMS < 80% 0,64 0,89 0,54-1,46
Stade tumoral > II A < 0,0001 3,56 2,20-5,75
Histologie (épidermoïde) 0,068 0,65 0,40-1,06
SUV max > 8,5 0,0003 2,61 1,59-4,23
MATV FLAB < 0,0001 3,34 1,95-5,73
TLG < 0,0001 3,09 1,74-5,58
Inhomogénéité < 0,0002 2,58 1,58-4,22
Entropie < 0,0001 3.35 1.97-5.70
Aire sous la courbe 0.10 1.50 0.90-2.52
Déviation standard 0,0024 2,19 1,34-3,57
IV < 0,0001 3,14 1,90-5,18
SZV < 0,0001 0,31 0,18-0,53
Analyse visuelle obs 1 > 2 0,02 1,80 1,12-2,93
Analyse visuelle obs 2 > 2 0,004 2,02 1,25-3,27
Pour résumer
36Tixier F ,et al. J Nucl Med 2011 ;52 :369-378.