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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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
Synthèse de l’émetteur de positonsSynthèse de l’émetteur de positons
L ’émission L ’émission dede
positons positons
La détectionLa détection
Le Le 1818F- FDGF- FDG
Cyclotron
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
511 keV
511 keV
Emission de positonsEmission de positons
e-
L ’émission L ’émission dede
positons positons
La détectionLa détection
Le Le 1818F- FDGF- FDG
AnnihilationAnnihilation
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
Gamma caméra à cristaux épais et détection de coïncidenceGamma caméra à cristaux épais et détection de coïncidence
L ’émission L ’émission dede
positonspositons
La détectionLa détection
Le Le 1818F- FDGF- FDG
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
Gamma caméra à cristaux épais et détection de coïncidenceGamma caméra à cristaux épais et détection de coïncidence
L ’émission L ’émission dede
positonspositons
La détectionLa détection
Le Le 1818F- FDGF- FDG
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
Caméra TEP dédiéeCaméra TEP dédiée
L ’émission L ’émission dede
positonspositons
La détectionLa détection
Le Le 1818F- FDGF- FDG
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
TEP-TDMTEP-TDM
Camera TEP / TDM Biograph de Siemens®adaptée pour la radiothérapie conformationnelle
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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)
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
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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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
Correction d'atténuationCorrection d'atténuation
Émission Transmission Image corrigée
• Meilleure visualisation des structures profondes
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
Émission Transmission Image corrigée
• Meilleure visualisation des structures profondes
• Aide à la localisation anatomique des foyers
Correction d'atténuationCorrection d'atténuation
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
[18-F]-FLUORO-2-DESOXYGLUCOSE[18-F]-FLUORO-2-DESOXYGLUCOSE
Le [Le [1818F]-FDG, sucre analogue du glucoseF]-FDG, sucre analogue du glucose
L ’émission L ’émission dede
positonspositons
La détectionLa détection
Le Le 1818F- FDG F- FDG
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
Le [Le [1818F]-FDG, sucre analogue du glucoseF]-FDG, sucre analogue du glucose
L ’émission L ’émission dede
positonspositons
La détectionLa détection
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
Biodistribution normale du [F18]-FDG Biodistribution normale du [F18]-FDG Caméra TEP dédiéeCaméra TEP dédiée
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
TEP au [18F]-FDG TEP au [18F]-FDG Examen normal, visualisation tridimensionnelleExamen normal, visualisation tridimensionnelle
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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)
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
[F-18] - F Na [F-18] - FDG
Biodistribution pathologique du [F18]-Biodistribution pathologique du [F18]-FDG FDG
Caméra TEP dédiéeCaméra TEP dédiée
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
• 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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
[F18]-FDG TEP = absence de captation FAUX NEGATIF : adénocarcinome
avec composante bronchioloalvéolaire
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
Extension ganglionnaire : NExtension ganglionnaire : N
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Extension métastatique : MExtension métastatique : M
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
TDM TEP-FDG
Homme de 55 ans,Carcinome à grande cellules LSG
Métastase surrénalienne prouvée histologiquement
Extension métastatique : MExtension métastatique : M
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
- 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
Extension métastatique : MExtension métastatique : M
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
Extension métastatique : MExtension métastatique : M
Scintigraphie du squeletteDiphosphonates-99mTechnétium
TEP au [F-18]-FDG
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
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
Tenon 13-11-2003Tenon 13-11-2003Hôpital TENONHôpital TENON
Même patient. Le nodule de l’apex droit est mieux visualisé sur les images non corrigées de l’atténuation