Cours n 7 : Place de la médecine nucléaire en pneumologie : Principe, Technologie et Évolutions technologiques

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1 UE12 : Appareil respiratoire Pr. Rachida Lebtahi Le 18/02/19 à 15h30-16h30 Ronéotypeuse : De Freitas Thomas Ronéoficheur : Devel Jules Cours n 7 : Place de la médecine nucléaire en pneumologie : Principe, Technologie et Évolutions technologiques Le professeur a accepté de relire la ronéo. Elle nous a dit qu il n y avait pas vraiment de questions tombables sur son cours, mais qu il fallait maîtriser la partie sur la TEP, le FDG, mais également les indications, précautions et préparations nécessaires pour les types d examens présentés dans ce cours. Son mail si vous avez des questions : rachida.lebtahi@aphp.fr. Ronéo 5, cours n 7, UE12 Page 1! sur 10!

2 Sommaire : I. Principe d imagerie en scintigraphie II. Imagerie gamma caméra : émission à simple photon A. Généralités B. Préparation radio pharmaceutique C. Examens en pneumologie 1. Ventilation : principe et technique 2. Perfusion : principe et technique III. Imagerie tomographique d émission de positons : TEP A. Généralités B. Quantification et interprétation C. Traceurs TEP autorisés en France D. Contre-indication E. Réalisation de l examen F. Indication du 18-FDG TEP en pneumologie Ronéo 5, cours n 7, UE12 Page 2! sur 10!

3 I. Principe d imagerie en scintigraphie En scintigraphie, on distingue deux techniques d imageries : -Gamma caméra (la plus ancienne) : utilisée en pneumologie pour les examens de ventilation et perfusion; -TEP (la plus récente, existe depuis une dizaine d années) : cancer du poumon (utilisation du marqueur 18-FDG). Ces deux techniques sont généralement couplées avec des scanners faible dose (imagerie hybride morphologique et anatomique), ce qui permet d obtenir des images de fusion dans les 3 plans (sagittal, coronal et frontal). Ces images de fusion ont l avantage d améliorer la localisation anatomique des anomalies, mais l utilisation du scanner faible dose permet la reconstruction d image en scintigraphie de meilleure qualité grâce à la correction d atténuation. En scintigraphie il y a une utilisation de traceurs radioactifs : -qui émettent une faible quantité de radioactivité : émission de rayonnement par désintégration (mais depuis quelques années il y a l utilisation de plus forte quantité de radioactivité dans le cadre de la radiothérapie); -avec des radio-isotopes, le plus souvent, de demi-vie (période) courte afin de limiter l exposition des patients mais aussi du personnel; -le plus souvent par injection IV (mais aussi voie orale ou ventilation pour certaines pathologies ou autres spécialités); -Enregistrement d images séquentielles réalisées à différents temps après injection selon le traceur et l organe qui doit être analysé. Les traceurs peuvent être un radioélément seul ou une molécule (choisie pour son affinité pour un organe) marquée par un radioélément (qui est spécifique de la technique utilisée). Les traceurs se distribuent dans des organes spécifiques et permettent d étudier le métabolisme du traceur (répartition normale ou anormale du traceur afin de faire le bilan d extension lors de cancers). C est donc une imagerie fonctionnelle (une des caractéristiques la plus importante de la scintigraphie) mais qui avait pour inconvénient d être limitée au niveau de la localisation anatomique et qui est donc maintenant la plupart du temps couplée à une imagerie morphologique (scanner faible dose). L imagerie Gamma caméra permet la détection de rayonnement Gamma et l acquisition de différents types d images : -images planaires : le détecteur est soit fixe et centré sur l organe que l on veut voir, soit en déplacement afin de faire une acquisition corps entier; -images tomographiques (Tomographie d émission monophotonique ou TEMP) : les détecteurs tournent autour du patient et enregistrent une série d images reconstituées en coupe par ordinateur. L imagerie de caméra TEP : détection de l annihilation de positons dans la matière (donne lieu à l émission de 2 rayonnements gamma en coïncidence de 511 kev à 180 ) de plus en plus performantes et développées. -images tomographiques (Tomographie d émission de positons ou TEP) : radiopharmaceutique émetteur de positons (Donc avec l imagerie caméra TEP il y a seulement des images tomographiques alors qu avec l imagerie Gamma caméra on peut avoir des images planaires ou tomographiques.) Ronéo 5, cours n 7, UE12 Page 3! sur 10!

4 II. Imagerie gamma caméra : émission à simple photon A. Généralités Technique d Imagerie Fonctionnelle et métabolique (attention : c est une toujours imagerie fonctionnelle mais pas forcément métabolique, elle étudie le métabolisme dans certains cas mais le produit n est pas toujours intégré dans le métabolisme de la cellule). Système hybride : TEMP couplé à un TDM (imagerie couplée morphologique et fonctionnelle) Injection d un traceur «émetteur de rayonnement Gamma». Le traceur peut être un radioélément seul ou molécule marquée (c est le plus souvent le cas) par un radioélément (radiopharmaceutique). Le technétium ( 99m Tc) est le radioélément le plus utilisé en médecine nucléaire sur les gamma caméra conventionnelles (d émission simple photon). Il est présent dans tous les services de médecine nucléaire et reçu dans un générateur qui permet de produire du 99m Tc. Il a une demi-vie de 6 heures ce qui est relativement court. B. Préparation radio pharmaceutique La préparation des produits radios pharmaceutiques se fait à l intérieur d une enceinte. On utilise toujours des gants pour les manipuler et on place ensuite le flacon ou la seringue qui contient le produit dans un puit (activimètre) qui mesure la quantité de radioactivité qui sera choisie en fonction du patient et de l examen que l on fait. Le flacon est finalement placé dans une enceinte plombée afin de diminuer l exposition à la radioactivité. C. Examens en pneumologie Il y a deux examens (généralement couplés) qui sont les plus demandés dans les services de pneumologie 1. Ventilation : principe et technique On commence généralement par cet examen. La scintigraphie de ventilation pulmonaire consiste en l inhalation d un aérosol de particules ultra-fines (0,14 µm de diamètre) de carbones marqués au 99m Tc d une petite quantité de radiopharmaceutique marqué, les particules vont se répartir dans les deux poumons en fonction des volumes alvéolaires. Les images de ventilation et perfusion sont réalisées de manière séquentielle. Ou l inhalation d un gaz radioactif, le Krypton ( 81 Kr) qui est un gaz rare (et non un aérosol) le patient fait plusieurs inhalations jusqu à avoir suffisamment de Krypton dans les poumons pour permettre la formation d une image, le Krypton présente l avantage de permettre l acquisition simultanée des images de ventilation et de perfusion, mais il coûte cher et n est pas toujours disponible dans les services car il a une demie très courte de 13 secondes (il doit donc être commandé à l avance). Préparation du patient : aucune (patient non à jeun) Patient allongé en décubitus dorsal Ventilation du patient avec un embout buccal (et utilisation d un pince-nez) ou un masque durant 3 à 5 minutes avec une pause de 3 à 4 secondes à la fin de chaque inspiration. La distribution des aérosols marqués ou du gaz Kr81 est le reflet de la distribution des débits d air bronchoalvéolaire. Réalisation immédiate d images planaires (détecteurs face au patient, statique) et/ou d images tomographiques (rotation des détecteurs autour du patient et reconstitution de la coupe par ordinateur). Ronéo 5, cours n 7, UE12 Page 4! sur 10!

5 2. Perfusion : principe et technique La scintigraphie de perfusion pulmonaire permet d étudier l irrigation des poumons. Elle consiste en l injection de macroaggrégats de sérum albumine humaine (diamètre :10 à 100 µm, nombre : à ) marqués au 99m Tc en IV (pli du coude avec patient en décubitus dorsal), qui se répartissent en fonction de l irrigation des poumons pour donner une image de perfusion pulmonaire. Se distribuent selon les débits loco-régionaux de perfusion pulmonaire, au niveau des capillaires. Patient non à jeun Pas de contre-indication de cet examen : seul examen de scintigraphie qui peut être réalisé chez la femme enceinte si une embolie pulmonaire est suspectée (on utilise une activité réduite). Chez la femme qui allaite, une interruption de l allaitement pendant 12 heures est nécessaire. (Les macroaggrégats de sérum d albumine humaine et les aérosols sont tous deux marqués au 99m Tc, leurs propriétés radioactives ne peuvent donc pas être distinguées par les détecteurs, c est pour cela que les examens sont réalisés séquentiellement alors que le Krypton possède des caractéristiques radioactives qui vont être distinguées de celles du 99m Tc par les détecteurs ce qui permet la réalisation simultanée des deux examens.) Lorsque c est anormal, cela se traduira par une zone non fixante scintigraphique : une hypoperfusion qui est systématisée : segmentaire, sous segmentaire ou lobaire (mais il arrive qu une grosse branche artérielle soit bouchée et dans ce cas un poumon entier peut ne pas être irrigué). La présence d une embolie va empêcher la distribution des MAA- 99m Tc : le territoire en aval ne sera pas perfusé (hypofixant). La scintigraphie de perfusion pulmonaire est indiquée dans le diagnostic d embolie pulmonaire, elle permet de réaliser une image de référence d embolie pulmonaire (après que le diagnostic d embolie pulmonaire ait été fait par scanner pour permettre d évaluer l impact sur les territoires non irrigués) et suivi pour les séquelles (6 mois pour évaluer la reperfusion après traitement sous anti-coagulants), examen de référence pré-opératoire de néoplasie pulmonaire pour apprécier la fonction respiratoire post exérèse (on quantifie la ventilation et l irrigation des zones qui ne vont pas être retirées chirurgicalement et si celles-ci sont insuffisantes cela peut modifier l indication chirurgicale). Acquisition des images de perfusion : planaires (selon 6 ou 8 incidences : faces antérieure et postérieure, obliques postérieures, obliques antérieures, ± profils) et/ou tomographiques. Ronéo 5, cours n 7, UE12 Page 5! sur 10!

6 Les images normales montrent une répartition homogène du traceur en ventilation et en perfusion (on peut distinguer une image de ventilation de celle de perfusion grâce au marquage de la trachée) Dans l embolie pulmonaire (présence d un caillot de sang qui entraîne une obstruction artérielle altérant la perfusion), les images de perfusion montrent une absence de perfusion de certains segments pulmonaires correspondant à des segments non perfusés mais l image de ventilation pulmonaire reste normale avec une répartition du traceur normale et homogène. Utilisation dans la chirurgie thoracique avant opération pour évaluer la fonction pulmonaire résiduelle après ablation d un segment, ou d un lobe. Pourcentage de participation à la fonction ventilatoire et perfusionelle de chacun des segments. Ronéo 5, cours n 7, UE12 Page 6! sur 10!

7 III. Imagerie tomographique d émission de positons : TEP A. Généralités Technique d Imagerie Fonctionnelle : -Système hybride : TEP couplé à un TDM (imagerie couplée morphologique et fonctionnelle) -PET Scan (terme anglais) Injection d un radiopharmaceutique «émetteur de positons» (ce dernier interagissant avec la matière pour donner deux photons gamma de 511 kev). Le plus utilisé actuellement le 18 Fluor qui a une demi-vie de 110 minutes et qui est produit grâce à un Cyclotron. Les images TEP sont des images fonctionnelles (par exemple : métabolisme du glucose pour le TEP 18FDG). Elles sont couplées à un scanner TDM et permettent d obtenir des images corrigées de l atténuation de meilleure qualité et des images de superposition des images morphologiques (TDM) avec les images fonctionnelles (TEP). Dans l image corrigée : les poumons sont en blancs, élimination urinaire du produit dans la vessie, cœur plus ou moins fixant en fonction des gens, petite fixation musculaire et fixation intense du cerveau. Les caméras de tomographie à émission de positons permettent de détecter les deux photons gamma de 511 kev émis à 180 lors de l annihilation du positon (il y a beaucoup d émetteurs de positons mais la plupart ont une demivie très courte donc en pratique on utilise surtout le Fluor 18 mais il y a le Gallium 68 qui lui est produit via un générateur, qui a été autorisé l année dernière et qui sera sûrement de plus en plus utilisé). Elles ont une meilleure sensibilité de détection et une meilleure résolution d image que les gamma caméras d émission à simple photon. Elles permettent ainsi de voir jusqu à des détails de quelques millimètres. B. Quantification et interprétation Pour quantifier l activité on utilise la SUV : c est la valeur de la fixation du traceur en intensité. La quantification permet de : -réaliser une analyse semi-quantitative : Valeur standardisée de la fixation SUV «standardized uptake value» qui est une quantité de FDG rapportée à l activité injectée et au poids du corps du patient. -caractériser la fixation du glucose (TEP-FDG) -analyser l évolution de la fixation (hypermétabolisme glucidique) des tumeurs pendant traitement La fixation est anormale si non physiologique (dans un organe qui ne fixe pas du tout normalement) ou augmentée. Cette hyperfixation traduit un hypermétabolisme glucidique. C. Traceurs TEP autorisés en France Métabolisme Glucidique-18 FDG (le plus utilisé) TEP au 18 FDG Analogue du glucose marqué au 18Fluor : [18F]-fluoro-2deoxyglucose Premier traceur TEP utilisé en cancérologie (depuis une vingtaine d année). Mesure l activité métabolique glucidique au niveau des tumeurs Analogue du glucose qui pénètre dans la cellule mais ne peut pas ressortir et s accumule dans la cellule Ronéo 5, cours n 7, UE12 Page 7! sur 10!

8 La cellule tumorale présente une forte consommation de glucose par captation et augmentation des transporteurs du glucose. Métabolisme des Acides Aminés-18 FDOPA (utilisé en neurologie mais aussi pour les tumeurs neuroendocrines pulmonaires ou digestives mais qui sont des pathologies rares) Métabolisme des Acides Gras-18 F Choline (substance qui rentre dans la composition des membranes, utilisé pour le bilan d extension de cancer de prostate ou pour le carcinome hépato-cellulaire) Fluorure de sodium : 18FNa (bilan de recherche de métastase osseuse) Absolue : Grossesse D. Contre-indication Relative : Allaitement : suspendre 24h Précautions : Diabète équilibré (si le patient a une glycémie élevée, l excès de sucre va empêcher la fixation du sucre radioactif par les cellules cancéreuses en entrant en compétition) Dosimétrie favorable (15 à 20 msv si TEP/CT) que ce soit pour les patients ou pour les professionnels E. Réalisation de l examen Patient à jeun de 6 heures pour éviter la compétition mais hydratation correcte Contrôle de la glycémie pour les diabétiques Mise au repos et au chaud (éviter la fixations musculaires et par la graisse brune du sucre) Injection intra veineuse de 5 MBq/kg de 18-FDG (en pratique on injecte beaucoup moins que ça grâce à l évolution des techniques Acquisition des images 1 heure après injection Cancer du poumon : F. Indication du 18-FDG TEP en pneumologie -Caractérisation d un nodule pulmonaire isolé (lorsque sa taille est > 1cm) mais ne permet pas une analyse histologique; -Bilan d extension d un cancer broncho-pulmonaire avéré (vérifier les atteintes ganglionnaires à distance); -Détection des récidives; -Evaluation sous traitement. Mais il y a des risques de faux négatifs surtout pour les nodules de petites tailles où il y a un risque de sousévaluation de l activité du nodule, de plus certains cancers n augmentent pas leur captation de produit radioactif (bronchiolo-alvéolaire) Il y a aussi des risques de faux positifs lors d hyperfixation au cours de maladies inflammatoires ou infectieuses. Ronéo 5, cours n 7, UE12 Page 8! sur 10!

9 Nouvelles indications : -indication de l examen TEP au 18 FDG dans la sarcoïdose : meilleure sensibilité de détection que la scintigraphie au gallium et permet de cartographier les lésions de sarcoïdose pour réaliser une biopsie et confirmer le diagnostic; -indication de l examen TEP au 18 FDG dans la tuberculose : sensible pour les sites actifs; -utilisation des images TEP en radiothérapie externe : permet de centrer les champs d irradiation des cancers selon les zones tumorales où la captation du traceur est la plus élevée La place de la TEP est importante en oncologie mais aussi pour la détection de processus infectieux ou inflammatoires. Le 18 FDG TEP traduit un hypermétabolisme glucidique, mais il n est pas spécifique de la nature de la lésion. On utilise de nouveaux traceurs pour mieux évaluer le suivi après traitement. Ronéo 5, cours n 7, UE12 Page 9! sur 10!

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