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Qu’attendons-nous de la TEP-IRM ?

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CEA –

mailto:[email protected]


Beyer et coll. J Nucl Med (2000) 41:1369-79Bar-Shalom et coll. J Nucl Med (2003) 44:1200-9

• Indications croissantes de la TEP (oncologie, neurologie, infectieux, inflammatoire, cardiologie… )

• Imagerie hybride TEP-TDM supérieure à la TEP : “Hybrid PET/CT improves the diagnostic interpretation of 18F-FDG PET and CT in cancer patients and has an impact on both diagnostic and therapeutic aspects of patient management.”

• IRM>TDM… donc TEP-IRM>TEP-TDM ?

• La technologie a devancé la médecine : les indications/modalités de la TEP-IRM restent à définir

Introduction

Pourquoi une TEP-IRM ?


1. Qu’est-ce qu’une TEP-IRM ?Approches séquentielle et simultanée

Evolutions hardware du côté de la TEP

Evolutions software du côté de l’IRM

2. Qu’en attendre en termes de qualité d’image ?Sensibilité TEP améliorée

Quantification TEP fragilisée par la correction d’atténuation

Quantification TEP améliorée par la correction des mouvements ?

IRM dépendante du workflow

3. Qu’en attendre en termes diagnostiques ?En oncologie

En neurologie


Philips Ingenuity TF PET/MR(début 2011)

• Acquisitions TEP et IRM non simultanées

Antennes RMN pour l’IRM corps entier

Approches séquentielle et simultanées

Approche séquentielle

• Fusion TEP-IRM immédiate car position du patient sur le lit inchangée entre les 2 examens


Siemens Biograph mMR(début 2011)

GE Signa PETMR(2014)

Un système TEP-IRM simultané est un anneau TEP nouvelle générationinséré dans une IRM peu ou pas modifiée.

Donc les évolutions hardware portent principalement sur la TEP

• Caméra TEP intégrée à l’IRM

• Acquisitions TEP et IRM « simultanées »

• Fusion TEP-IRM immédiate

Approches séquentielle et simultanées

Approche simultanée


Détection des photons par couplage : cristal /tube photomultiplicateur


Détection en TEP

e+e-

tubePM

cristalscintillant



Incompatibilité des tubes PM avec B0Déviation des électrons (charge q) en mouvement (vitesse v) dans le tube photomultiplicateur par la force de Lorentz :

0


• Éloignement entre la TEP et l’IRM (~4m)

• Écrantage magnétique par de l’acier :

- couvercle arrière de la TEP :

- tubes PM :


Ecrantage des tubes PM pour l’approche séquentielle



Diodes PM pour l’approche simultanée

photodiode

refroidissement

• Incompatibilité des tubes PM car :- Écrantage des tubes PM impossible au cœur de l’IRM- Encombrement géométrique des tubes PM incompatible avec l’IRM

• Alternative au tube PM compatible avec l’IRM : photodiode (= diode PM)

- Compacité- Gain dépendant de la température, refroidissement nécessaire


• Contrôle de la température des photodiodes nécessaire car élévation de température due au tunnel de gradient de l’IRM

• Contrôle par :

- Refroidissement à l’eau (18 degrés)

- Correction en temps réel du gain par mesure de latempérature des photodiodes (refroidissement imparfait)

• Gain des photodiodes sans et avec correction pendant l’utilisation de l’IRM (ordre de grandeur des variations sans correction ~10%) :


Diodes PM pour l’approche simultanée


• Intérêt de la TEP : quantification du métabolisme (SUV)

• Atténuation des photons par les tissus biologiques

• Nécessité de corriger les images de l’atténuation, donc de déterminer le coefficient d’atténuation en chaque point du patient

• En TEP-TDM : conversion directe des UH (atténuation des photons X) en coefficients d’atténuation des photons (relation linéaire par morceaux)

TEP non corrigée TEP corrigée

TDM


Séquences IRM pour la correction de l’atténuation


• Les principaux déterminants de l’atténuation des photons sont :- la densité- le numéro atomique Z

• L’IRM détecte la densité des atomes d’hydrogène 1H (Z=1), donc l’atténuation ne peut pas être calculée à partir du signal IRM.

Estimation par segmentation du corps en classes de tissus et attribution d’un coefficient d’atténuation prédéfini à chaque classe




Hofmann et coll, J Nucl Med (2008) 49:1875–1883

GraisseEau In phase

1. IRM Dixon 2 pts

seuillage Eau

seuillage Graisse

analyse en composantes connexes

Poumons + Air

2. Segmentationen 4 classes de tissu

3. Attribution d’un prédéfini à chaque classe de tissu












En neurologie


Sensibilité TEP améliorée

z

z

• Modification de la géométrie de l’anneau TEP pour la TEP-IRM simultanée :

- réduction du diamètre de l’anneau TEP de ~80cm à ~60cm

- allongement de l’anneau TEP (selon z) de ~15cm à ~25cm

• Sensibilité de détection en TEP proportionnelle au rgéo cad à l’angle solide de détection :

Queiroz et coll, PLOS One (2015) 10(7): e0128842

Amélioration du rendement géométrique


Sensibilité TEP améliorée

Amélioration du rendement géométrique et du couplage cristal/PM sensibilité TEP (kcps/MBq) ~doublée

Queiroz et coll, PLOS One (2015) 10(7): e0128842

Amélioration du couplage cristal/photodiode

Compacité des diodes PM par rapport aux tubes PM

-> meilleur couplage cristal/PM

~1 tube PM pour 4x4 cristaux 1 diode PM pour 2x2 cristaux voire 1 diode PM pour 1 cristal



Limitations de la correction par IRM Dixon

Atténuation IRM Dixon

AtténuationTDM


Absence de segmentation de l’os

erreur sur la SUV osseuse (~30%)

erreur sur la SUV des tissus mous adjacents

erreur critique au niveau cérébral (~20%)

Hofmann et col. Eur J Nucl Med Mol Imaging. (2009) 36:93–104Samarin et coll, Eur J Nucl Med Mol Imaging (2012) 39:1154-1160

Akbarzadeh et coll, Ann Nucl Med. (2013) 27:152-162Dickson et coll, Eur J Nuc Med Mol Imaging (2014) 41:1176-1189


Limitations de la correction par IRM Dixon


Correction de l’atténuation crânienne par atlas IRM-TDMPrincipe de la correction

1. Constitution d’un atlas IRMT1-TDM sur N sujets sains 2. Pour chaque patient :

- recalage élastique des N IRMT1 sur l’IRMT1 du patient- mêmes déformations élastiques appliquées aux N TDM de la base - PseudoTDM = moyenne des N TDM déformées

Hofmann et coll, J Nucl Med (2008) 49:1875–1883Rota et coll, IEEE Nucl Sci Conf R (2008) 3786–3789


LimitationVariabilité inter-individuelle non prise en compte


Les 1H de l’os corticalOs cortical = cristaux d’hydroxyapatite + collagène + pores acqueux

pas de 1H 1H du collagène 1H de l’eau1H de l’eau liée au collagène

T2 des 1H de l’os cortical

Seifert et coll, Curr Osteoporos Rep. 2016 Jun;14(3):77-86

Détection de l’os cortical par IRM


mobilité moléculaire

T2 (s) à 1,5T

1H du collagèneeau liée au collagène

eau des pores

tissus mousIRMconv

TE>5ms


-> Les 1H de l’os cortical ne sont pas vus en IRM conventionnelle.

-> En IRM conventionnelle : os cortical = air

Wagenknecht et coll, Magn Reson Mater Phy (2013) 26:99–113




Intérêt des séquences à TE court :



mobilité moléculaire

T2 (s) à 1,5T

H du collagèneeau liée au collagène

eau des pores

tissus mousIRMconv

TE>5msUTE

TE>0,1msZTETE~0

• UTE (Ultrashort TE) : TEmin~100µs• ZTE (Zero TE) : TEmin~qques µs

Seifert et coll, Curr Osteoporos Rep. 2016 Jun;14(3):77-86


kx

ky

RF

Gcoupe

Gphase(Y)

kx

ky

Séquence UTE :

RF

Gcoupe

Glect.

Glect.(X)

Rappel : la séquence d’écho de gradient :



balayage radial du plan de Fourier Bergin et coll, Radiology (1991) 179:777-781


Hafner, Magn Reson Imaging (1994) 12:1047-51

kx

kySéquence UTE :

RF

Gcoupe

Glect.



RF

Glect.

Séquence ZTE :


Catana et coll, J Nucl Med (2010) 51:1431–1438 Keerman et coll, J Nucl Med (2010) 51:812–818

IRMconv (TE = 4 ms)

Comparaison IRM conventionnelle / UTE

UTE (TE = 70 µs)




• Mouvements respiratoires à l’échelle de la TEP (>2min/pas)

• Effet sur la quantification en TEP :

- étalement des foyers hypermétaboliques

- erreur de correction d’atténuation (aux interfaces tissulaires)

- critique au niveau pulmonaire et hépatique

Quantif. TEP améliorée par la correction des mouvements ?

Artéfacts de mouvement en TEP


Stratégies de limitation des artefacts de mouvement en TEP/TDM :

• acquisition synchronisée retenant 1 ou quelques phases du mouvement périodique (mais perte de sensibilité)

• estimation du champ de déplacement à partir des données TEP synchronisées (mais fixation intense nécessaire)

Intérêt de l’IRM pour l’estimation du champ de déplacement :

• acquisitions à différents cycles (non ionisantes)

• séquences IRM sensibles aux déplacements


Artéfacts de mouvement en TEP


Séquences IRM :

• coupes sagittales en écho de gradient rapide avec ou sans tagging

• écho navigateur

• acquisition dédiée insérée dans les séquences diagnostiques

• estimation du champ de déplacement par recalage non rigide


Correction des mouvements respiratoires par IRM


Würslin et coll, J Nucl Med (2013) 54: 464-471

Illustration pour la quantification d’une tumeur pulmonaire en 18F-FDG (coupe TEP sagittale) :

Non corr.

Tacq

Synchro.

Tacqx5

Corrigé par IRM

Tacq


Correction des mouvements respiratoires par IRM

Correction pas encore implémentée en routine


La TEP-IRM simultanée est une IRM 3T dans laquelle une couronne TEP modifiée est insérée IRM de qualité identique à une IRM 3T clinique


Qualité d’image des IRM

Workflow en TEP-IRM

Workflow = enchaînement des pas d’acquisition TEP et des séquences IRM

L’optimisation du workflow est une problématique propre à la TEP-IRM car:

• l’IRM offre un très large choix de séquences, contrairement à la TDM ;

• l’IRM est une modalité performante localement (protocoles spécifiques d’organes, indications de l’IRM CE marginales), contrairement à la TDM ;

• les protocoles IRM pertinents pour le diagnostic oncologique ont une mauvaise résolution temporelle (env. 20min vs 2min par pas en TEP).

Question du workflow cruciale en routine clinique :

• rapport coût-efficacité par rapport à TEP-TDM et à TEP + IRM séparées

• nécessité de maximiser le temps d’acquisition simultané


après la TEP (plus simple) OU pendant la TEP (simultané)

Workflow type- 4 à 6 pas d’acquisition TEP de 2min- à chaque pas de 2min : - pré-scan IRM (shim et ajustement de f0)

- IRM Dixon 2 points (~1min)


Stratégies d’optimisation du workflow en PET-IRM

- Ajout de séquences IRM dédiées :

Von Schulthess et coll, J Nucl Med (2014) 55:1-6


Optimisation du workflow par :

- Protocoles IRM orientés par l’indicationex : IRM cérébrale + IRM synchro pulmonaire dans CBP

Von Schulthess et coll, J Nucl Med (2014) 55:1-6Queiroz et coll, Eur J Nucl Med Mol Imaging (2014) 41:2212-21

- Sélection des séquences IRM les plus pertinentesex : « rule-out brain metastasis protocol » : T2-FLAIR et T1-Gd


Stratégies d’optimisation du workflow en PET-IRM










En neurologie


• Nombreuses études comparatives sur des petites séries de patients

• Quelques méta-analyses depuis 2014 :

Qu’attendre de la TEP-IRM en termes diagnostiques ?

TEP-IRM vs TEP-TDM en oncologie

-> performances comparables sauf pour :- lésions prostatiques et osseuses : TEP-IRM>TEP-TDM - lésions pulmonaires : TEP-IRM


Difficuté de comparer rigoureusement les 2 techniques :

- absence de protocole IRM standardisé pour la TEP-IRM

- sensibilité /résolution TEP très améliorée sur les TEP- IRM

Qu’attendre de la TEP-IRM en termes diagnostiques

TEP-IRM vs TEP-TDM en oncologie

TEP-IRM en neurologieIntérêt du recalage plus précis et/ou de la simultanéité TEP-IRM :

- Bilan pré-chirurgical des épilepsies focales pharmacorésistantes avec colocalisation par IRM de perfusion(Galazzot, NeuroImage Clin 2016)

En oncologie comme en neurologie : intérêt de la double lecture simultanée radiologue/médecin nucléaire

qu’attendons-nous de la tep-irm · 2016. 12. 7. · 1. constitution d’un atlas irm t1-tdm sur...

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