Les semi-conducteurs: une révolution en cardiologie nucléaire

Bernard SONGY, David LUSSATO,

Mohamed GUERNOU, Mathieu QUENEAU

CCN, 31 mai 2010

Avec la participation de :

• Ricardo GERONAZZO, cardiologue, stagiaire en cardiologie nucléaire

• Sébastien HAPDEY, physicien

• Hélène ROBALLO, Laurence MERLIN,

Christel PETIT, Agnès LOROTTE,

Sophie BOUFFARE, Dalila ACHOURI,

Jamila DIOUANE, Foued KAROUNE,

David GRONDIN, technicien(ne)s

• Jean-Marie SCHOLL, Daniel HIVOUX,

David CHAOUAT, Hassene BOUCHOUCHA,

Hachemi RABIA, cardiologues

(épreuves d’effort et tests pharmacologiques)

• Christine WAIBEL, Elisabeth LEVANT ,

Linda CHAOUKI, Fanny PITOIS

techniciennes des épreuves d’effort

• Dominique OLIVIERO, Aurélie FRYDMAN, Marie BELAIR, Audrey LE MEUT, Carma NEVES , secrétaires

L'évolution de la cardiologie nucléairede la découverte du thallium aux 9M d’explorations annuelles aux USA

• 1957: caméra de Anger

• 1975: thallium 201

• 1980: SPECT

• 1990: détecteurs double tête; sestaMIBI

• 1993: premiére des grandes études pronostiques (Machecourt)

• 1995: gated SPECT; tetrofosmine

• 1998: études coût efficacité

• 2005: rubidium; TEP;

• 2007: logiciels half-time

• 2009: caméras à semi-conducteur

détecteur fixe: demi anneau extrêmement compact; aucun mouvement du détecteur pendant l’acquisition; 2 positions: dorsale ou ventrale

cristal CZT pixellisé avec ses anodes collectrices.

Dimensions : 4 cm x 4 cm x 5 mm

Regroupés par 4 détecteur de 8 x 8 cm

Présenté ici avec son électronique

Systéme de détection multi-pinhole sur 3 rangées et 180 degrés

19 détecteurs fixes disposés sur 3 rangées et sur 180 degrés

géométrie de détection de la caméra DNM : détection multipinhole et volume reconstruit

acquisitions des données sur les 19 détecteurs et reconstruction itérative du volume cible.

Detector Na I + PM CZT

Resolution énergétique 9.5 – 12% 5 - 6%

Resolution spatiale 4 mm 2.5 mm

CZT versus NaI

CZT

Na I

Double source de Tc99m et I123

Validation with thallium-201

of a new Cadmium-Zinc-Telluride (CZT) cardiac camera

Bernard SONGY, Mohamed GUERNOU, David LUSSATO,

Mathieu QUENEAU, Ricardo GERONAZZO

Centre Cardiologique du Nord (CCN)

Saint-Denis, PARIS, France

Objectives:

• Validation with thallium-201 of the new CZT cardiac camera GE Discovery NM 530C

• This cardiac camera introduced by GE manufacturer in 2009 is characterized by Cadmium Zinc Telluride (CZT) solid state detectors, focused collimation, stationnarydata acquisition and 3D iterative reconstruction

• This camera had been validated with technetiumagents ( Esteves, J Nucl Cardiol, 2009; 16:927-934) but had not yet been validated with thallium-201

Methods (1):

• Monocentric prospective study

• Inclusion of 153 consecutive patients refered for exercise myocardial perfusion imaging in july 2009

• Age: 60y ± 11, BMI: 27 ± 4 , men: 78%

• Injection of 111 to 148 MBq at peak of exercise, and redistribution with reinjection (37MBq) when initial images were abnormal

Methods (2):

• Successive acquisitions at– Anger camera (Philips dual head axis camera) with 30

steps of 40 to 60 seconds (so total time = 10-15 mn) , prone, with filtered backprojection reconstruction

– Then CZT in 5 minutes, prone then supine

– Immmediatly after stress

– 4 to 6 hours later at redistribution

• Blinded images analysis by two experimentedphysicians

Conclusions:

• With thallium-201, the GE Discovery NM 530c CZT cardiac camera allows 5 minutes acquisitions with an increased image quality and a reliable diagnosis quality, both in prone and in supine positions.

• The myocardial counts rate is multiplicated by 6-8 by comparison with a Anger double head tomographiccamera.

• This high myocardial counts rate allows to decrease acquisition time or thallium injected activity (and so effective dose) or both.

VALIDATION D’UN PROTOCOLE « THALLIUM 201 FAIBLE DOSE » AVEC UNE CAMERA A SEMI-CONDUCTEUR

CADMIUM-ZINC-TELLURIDE (CZT)

B. Songy, D. Lussato, M. Guernou,

M. Queneau, R. Geronazzo

Centre Cardiologique du Nord ( CCN ),

Saint-Denis, France

48ème COLLOQUE DE MEDECINE NUCLEAIREDE LANGUE FRANCAISECentre Acropolis Nice 8 - 11 mai 2010

Contexte:

Le thallium 201 présente par rapport aux autres traceurs myocardiques:

• une meilleure extraction myocardique (x 3 - 4)

• une meilleure traçabilité du débit sanguin myocardique

• Son principal désavantage est sa dosimétrie patient plus importante – jusque 40 mSv aux USA dans certaines publications avec des activités injectées

élevéesRadiology, 2008, 248-263; N Engl J Med 2009, 849-857)

– En règle 25 mSv avec les activités habituelles

• Dose efficace: 0.16 mSv/MBq pour 70kgsThomas et al: radiation-absorbed dose from 201Tl-thallous chloride,

J Nucl Med. 2005; 46: 502-8

• Nos caméras CZT ont une sensibilité de détection myocardique multipliée par 6 à 8

• Nous avons utilisé cette propriété pour diminuer l’activité injectée

Matériel et méthode:

• 137 patients inclus prospectivement: 129 effort, 8 dipyridamole

• Ayant eu précédente scintigraphie au thallium dans notre service au cours des 5 dernières années avec une caméra conventionnelle double tête

• injection de 1 à 1.2 MBq/kg

• Acquisition en 5 à 8 mn

• Redistribution à H4 si images initiales anormales– Avec réinjection (37 MBq) si hypofixation sévère ou antécédent d’infarctus– Sans réinjection dans les autres cas

• Comparaison avec la scintigraphie précédente

Thallium faible dose, CCN

Résultats

• qualité des images CZT meilleure dans 70%(cavité mieux définie, piliers visibles, analyse de l'épaississement facilitée)identique dans 24%moins bonne dans 6% des cas (artéfacts:6, contamination digestive:2)

• artéfacts: 30 inchangés, 29 en moins, 6 en plus

• aucune image pathologique "manquée" par rapport à l'examen précédent

• par contre 5 diagnostics redressés avec la CZT

• Dose efficace calculée < 12mSv (pas de réinjection) et < 18 mSv (réinjection)

Thallium faible dose, CCN

Conclusion

• Dans cette étude:

– avec une faible dose de thallium 201

– une dosimétrie réduite ( moins 30%)

– un temps d’examen divisé par 2

– on obtient des images fiables et de haute qualité

– avec une statistique de comptage trés favorable

• Autorisant une réduction de dose ou de temps plus importante:

– par exemple moins de 1 MBq/kg

– dosimétrie ramenée à 10 mSv

And now… low dose…

low dose

regular dose0

50

100

150

50 kgs70 kgs

90 kgs110 kgs

37

6080

110

111 111130

148MBq

weight

42 years old female

1m72, 60 kgs

45 MBq, 8 mn

1 Mcps, 450 Kcps in the myocardium

7 mSv !

42 years old female

1m72, 60 kgs

45 MBq, 8 mn

1 Mcps, 450 Kcps in the myocardium

7 mSv !

62 years old male

1m70, 52 kgs

30 MBq, 8 mn

1.05 M cps400 Kcps in the myocardium

5 mSv !

62 years old male

1m70, 52 kgs

30 MBq, 8 mn

1.05 M cps400 Kcps in the myocardium

5 mSv !

Thallium ou MIBI?

• Thallium 201: – Traceur « dynamique » du métabolisme du potassium

– captation myocardique élevée (x4)

– linéarité débit coronaire – captation

– dosimétrie « élevée »

• sestaMIBI-Tc99m:– Traceur « statique » du métabolisme de la mitochondrie

– dosimétrie faible

– même sensibilité diagnostique pour le dépistage

« ultra-fast » caméra à semi-conducteur

• Thallium : – 0.16 mSv/ MBq (pour 70 kgs)

– 1 MBq / kg

11 mSv ( = DLP à 650 )

• SestaMIBI: – 0.0074 mSv/ MBq (pour 70 kgs)

– 3 MBq / kg

1,5 mSv ( = DLP à 90 ! )

3 fois moins de rayons que si vous déménagez de Paris en Bretagne

Quelque soit l’âge, la FC, l’état respiratoire du patient !

algorithme

• Dépistage, faible prévalenceMIBI = traceur de dépistage peu irradiant1,5 mSv = DLP à 90!

• Coronarien connuthallium = meilleur traceur10 à 15 mSv = DLP entre 600 et 900

Conclusion

• Avec :

– les nouvelles caméras cardiaques ultrasensibles à semi-conducteurs

– les deux types de traceurs disponibles:

Thallium 201 et sestaMIBI-Tc 99m

• Nous avons développé et validé des protocoles « faible dose »

• La dose efficace est réduite à:

– 1,5 mSv en cas d’examen de dépistage ( = DLP à 90 !!! ) sestaMIBI- Tc 99m

– 10 à 15 mSv en cas d’examen approfondi chez les coronariens thallium 201( = DLP entre 600 et 900 )

• Ce qui correspond à une irradiation négligeable ou faible

• Et constitue une réponse de qualité

– à la pénurie mondiale en radioisotopes

– aux préoccupations de radioprotection