LU 50 SIMAD (Simulations, Instrumentations et Matériaux pour les Applications Dosimétriques)

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1 Etude des effets de l amplitude du mouvement sur les coefficients de recouvrement, seuils optimaux en TEP/TDM synchronisée à la respiration : étude sur fantôme. David DIDIERLAURENT, Cyril JAUDET, Frédéric COURBON, Olivier CASELLES LU 50 SIMAD (Simulations, Instrumentations et Matériaux pour les Applications Dosimétriques) Service de médecine nucléaire Institut Claudius Regaud - 20/24 rue du pont Saint-Pierre TOULOUSE

2 Intérêt de la synchronisation respiratoire en TEP/TDM > TEP/TDM au 18 F-FDG: technique de référence pour le bilan d extension, la stadification, le suivi thérapeutique des cancers. > Le temps d acquisition est long (2 min 30 s) => les tumeurs mises en mouvement par la respiration (poumon, foie, pancréas) sont floues: baisse de l activité détectée et augmentation du Volume Biologique Tumoral. > L amplitude du mouvement de la tumeur varie en fonction de sa localisation: de quelques mm à 25 mm. > Nécessité de limiter le mouvement et de développer des techniques de segmentation des tumeurs pour améliorer la balistique de radiothérapie (à plus long terme, envisager des traitements par «dose painting»).

3 Sujet de l étude La technique de synchronisation respiratoire limite le mouvement des tumeurs en TEP. Nécessité de quantifier les effets du mouvement sur les images et donner des règles: -pour faciliter l interprétation des images par le clinicien -pour segmenter les tumeurs en TEP/TDM synchronisée à la respiration CONTRAINTES: > utilisation des conditions d acquisition recommandées en pratique clinique (découpage en phase). > Études des paramètres habituellement utilisés pour l interprétation des images (Activité maximale) et la segmentation (seuillage adaptatif en % de l activité maximale)

4 Matériel et méthode (1) > mesure du déplacement de l abdomen - Real time Position Management (caméra infra-rouge). > Envoi par le système de signaux à chaque amplitude maximale respiratoire > Découpage des acquisitions en 6 phases (bins) pour chaque cycle respiratoire. > Regroupement des données pour chaque bin sur une acquisition de 12 min (2 min par bin) > Simulation du mouvement des tumeurs à l aide d une plate-forme respirante et d un fantôme IEC avec 6 sphères de diamètres de 9.8 à 37 mm.

5 Matériels et méthodes (2) > Développement d un signal respiratoire avec amplitude de mouvement par bin calibré > Injection de 40 kbq/ml dans les sphères (activité moyenne des tumeurs pulmonaires) et d activités variables dans le corps du fantôme pour simuler différents environnements (médiastin, poumon, foie) > Calcul des paramètres de caractérisation des images: >> Coefficient de recouvrement de l activité (CR): Activité Max mesurée / activité injectée >> Seuil optimal (SO) en % de Amax pour segmenter chaque sphère de volume calibré >> allongement des sphères dans le sens du déplacement témoin du mouvement par bin

6 Matériels et méthodes (3) > 2 expériences: >> effet du mouvement par bin avec des mouvements d amplitude maximale 10, 15, 20, 25 et 30 mm (mouvement par bin de 0 à 22,5 mm) et rapport signal sphère / signal tissu environnant (SBR) = 9. >> effet du mouvement par bin avec un mouvement d amplitude maximale 22.5 mm (mouvement d amplitude par bin mm) avec SBR = 3.5, 5, 7.3, 9, 10.4 et 20. Comparaison : CR avec mouvement vs CR acquisition statique (diff. sign. > 10%). SO avec mouvement vs SO acquisition statique (diff. sign. > 5%).

7 Résultats (1) > effet du mouvement par bin sur les CR et SO avec des mouvements d amplitude maximale 10, 15, 20, 25 et 30 mm et rapport signal sphère / signal tissu environnant (SBR) = 9. -sid>27.9mm,pasdechangementsignificatifdescretso. -si 12.8<D<27.9mm,changementsignificatifdesCRetSOpouruneamplitudesupérieureà7.5mmdansunBIN.

8 Résultats (1) > effet du mouvement par bin avec des mouvements d amplitude maximale 10, 15, 20, 25 et 30 mm et rapport signal sphère / signal tissu environnant (SBR) = 9. Une amplitude de 7.5 mm par bin entraine peu de changement pour D=12.8 mm Pour D<12.8 mm, la détection est toujours possible pour les faibles amplitudes de mouvement par bin.

9 Résultats (1) > effet du mouvement par bin avec des mouvements d amplitude maximale 10, 15, 20, 25 et 30 mm et rapport signal sphère / signal tissu environnant (SBR) = 9. Pour D=12.8 mm, une amplitude de mouvement de 7.5 mm n entraine pas de modification de la forme de la sphère. Même si le CR et le SO ne varie pas, les fortes amplitudes de mouvement entrainent un allongementduvolumedélinéépourd=37mm. Pour une amplitude de mouvement 7.5 mm par bin, la synchronisation respiratoire permet de limiter suffisament le mouvement pour D 12.8mm.

10 Résultats (2) > effet sur les CR du mouvement par bin avec mouvement d amplitude par bin mm, avec SBR = 3.5, 5, 7.3, 9, 10.4 et 20. mouvement par bin=0 Ø diff. Sign. mouvement par bin=7.5 mm diff. sign. Pr D<17.4 mm et SBR<6 mouvement par bin=15 mm diff. Sign. ++ pr D<22 mm

11 Résultats (2) >pour les plus fortes amplitudes de mouvement, les différences significatives du SO apparaissent pour D<22 mm quelque soit le SBR. > Une amplitude de 7,5 mm entraîne une différence du SO pour D<22 mm et SBR<7.

12 Synthèse (1) > Comment segmenter par seuillage adaptatif les images TEP/TDM soumises au mouvement respiratoire sur console d interprétation : adaptation de la méthode de Daisne et al > domaine de validité : mouvement par bin <7,5 mm, SBR>7.3, D>22 mm.

13 Synthèse (2) > estimation du mouvement par bin sur des données de patient: Amplitude maximale dans l'axe caudo-cranial = 25 mm ( lésions proche du diaphragme -10% des cas cliniques): on peut estimer l'amplitude de mouvement avec le modèle de Lujan à 12.3 mm pour les bins 2 et 5, et 6.3 mm pour les bins 1, 3, 4, 6. => validité de la méthode de Daisne sur les bins 1, 3, 4 et 6 sur les nodules pulmonaires > 22 mm (SBR>10). Amplitude moyenne des nodules dans l'axe caudo-cranial = 12.3 mm => validité de la méthode de Daisne quelque soit le bin sur les nodules pulmonaires > 22 mm.

14 Conclusion > Des acquisitions synchronisées ont été réalisées pour quantifier l effet du mouvement sur les images TEP/TDM. > Pas de changement significatif de l activité maximale pour des amplitudes de déplacement inférieures à 7.5 mm par bin. > La synchronisation respiratoire permet la détection les nodules de D < 12.8 mm, mais leur segmentation implique une correction de volume partiel. > Même si l activité et le seuil optimal des lésions de D > 12.8 mm ne changent pas significativement, l étirement des lésions dû au mouvement doit être pris en compte pour déterminer le BTV. > Dans la plupart des cas, le protocole d acquisition utilisé permet de compenser le mouvement sur tous les bins. Le domaine de validité d une méthode par seuillage adaptatif simple et utilisable sur console d interprétation a été investigué. Des courbes de calibration de seuil optimal sont maintenant disponibles pour une utilisation en routine clinique.

15 Je vous remercie de votre attention.. Projet COHERENCE LU 50 SIMAD (Simulations, Instrumentations et Matériaux pour les Applications Dosimétriques) Service de médecine nucléaire Institut Claudius Regaud - 20/24 rue du pont Saint-Pierre TOULOUSE