PET-scanner : les bases àconnaître par tout imageur

J San Roman 1, P Omoumi 1,2, Y Blumenkrantz 1, L Brunereau 2, JL Baulieu 2

1 Hospital Italiano de Buenos Aires, Argentina2 Centre Hospitalo-Universitaire de Tours, France

Contact: pomoumi@yahoo.fr

INTRODUCTION

• La TEP-TDM (PET-scanner en anglais) est une technique d’imagerie

• alliant l’information fonctionnelle du TEP• à l’information morphologique du scanner.

• Elle se trouve à la frontière entre la médecine nucléaireet la radiologie.

+ =

INTRODUCTION

• C’est une technique en plein développement• Qui présente de nombreuses applications

(oncologie+++)• Le radiologue y sera de plus en plus confronté,

soit activement (interprétation des examens en collaboration avec les nucléaristes), soit lors des réunions multidisciplinaires

PLAN

• RAPPELS TECHNIQUES• LIMITES• APPLICATIONS ET INDICATIONS• CONCLUSION

DEFINITION

PET?

= Positron Emission Tomography= Tomographie par Emission de Positons

(TEP)

PLAN

• Ils représentent la base du signal enregistré.

• Ils sont émis par un isotope radioactif• Après avoir parcouru une courte distance,

ils vont s’annihiler avec un électron en émettant deux photons en sens opposé à180°.

DANS TEP, IL Y A POSITONS

PLAN

• Tomographie par Emission de Positons (β+)

Isotope radioactif

Photon γ = 511 keV

Photon γ = 511 keV

180°

β+e-

Réaction d’annihilation PLAN

DANS TEP, IL Y A TOMOGRAPHIE

• Tomographie par Emission de Positons

PLAN

DANS TEP, IL Y A TOMOGRAPHIE

• Un ensemble de détecteurs montés en couronne autour du patient va pouvoir détecter les deux photons arrivant en même temps sur la couronne (photons coïncidents)

• On localise ainsi l’origine de l’émission

PLAN

• Tomographie par Emission de Positons

Détection de 2 photons coïncidents PLAN

• Sous quelle forme va-t-on administrer l’isotope radioactif au patient pour en tirer l’information métabolique qui nous intéresse?

• On fixe l’isotope sur une molécule tel que le glucose pour former un traceur radioactif

• Ce traceur radioactif a pour intérêt de suivre les mêmes voies de métabolisme que le glucose.

PLAN

• Traceur radioactif • = vecteur moléculaire (glucose) + isotope

radioactif

H

H

H

CH2OH

OH

OH

OHOH

18F

O

=PLAN

H

H

H

CH2OH

OH

OH

OH

OH

O

OH

18F =+ =

Traceur radioactif(18FDG)

Isotope radioactif

(18F)

Vecteur moléculaire (Glucose)

+ =

H

H

H

CH2OH

OH

OH

OH

OH

18F

O

=

Demi-vie= 110 minPLAN

• Le FDG est le traceur le plus couramment utilisé, mais il n’est pas le seul traceur existant.

• D’autres traceurs existent, présentant une plus grande spécificité que le FDG.

• Leur utilisation reste encore limité dans la pratique.

PLAN

Isotopes émetteurs de positons et traceurs radioactifs

Cardiologie N 1310’N 13

NeurologieO2, CO220’O 15

OncologieC 11

méthionine20’C 11

Oncologie NeurologieCardiologie

F 18 Déoxi-glucose

FDG110’F 18

ApplicationTraceur

radioactifDemi-

vieIsotope

Métabolisme du FDG dans l’organisme:

suit le métabolisme du glucose

• Il entre en compétition avec le glucose au niveau des transporteurs membranaires.

• Il pénètre ainsi dans la cellule.• Comme le glucose, il est ensuite

phosphorylé par une héxokinase.• Mais du fait du remplacement du groupe –OH, son métabolisme s’arrête là.

PLAN

Métabolisme du FDG

18FDG

Glucose-6P

-6P

héxokinase

Cellule normale PLAN

• L’intérêt, c’est que dans les cellules tumorales, avec un grand besoin en énergie, les réactions sont déplacées vers la droite, avec une forte activitéhexokinase et une surexpression des récepteurs membranaires du glucose.

• Le FDG va donc être piégé au sein de ces cellules hypermétaboliques.

PLAN

CATABOLISME

18FDG

Glucose

x

-6P

-6P

héxokinase

Cellule néoplasique

Métabolisme du FDG

PLAN

RESUME

Injection du 18FDGCaptation du 18FDGProduction de

l’isotope radioactif

Production du traceur radioactif (18FDG)

Cartographie du métabolisme du

glucose

Détection de la coïncidence

Traitement et analyse de l’image

annihilation

H

H

H

CH2OH

OH

OH

OH

OH

18

F

O

=

x-6P-6P

PLAN

Notion de l’atténuation

• Une partie des photons émis est atténué par les tissus du patients, en fonction de la profondeur et de la composition des tissus traversés.

• Ce phénomène d’atténuation, s’il n’est pas corrigé, entraîne une sous-évaluation des fixations les plus profondes.

• Un scan de transmission est donc réalisé afin de déterminer la distribution des coefficients d’atténuation du patient et de corriger l’atténuation sur les images TEP.

• Ce scan de transmission est réalisé avec une source radioactive externe telle que le germanium 68 ou le Césium 137. Mais il peut aussi être obtenu à l’aide des rayons X sur les appareils hybrides, avec pour avantage de diminuer la durée de l’examen d’une trentaine de minutes. PLAN

Notion de scans d’émission et de transmission

Correction de l’atténuation

Sans atténuation

Avec atténuation

Scanner de

transmission68Ge, 137Cs ou Rx

PLAN

Notion de SUV (standard uptake value)

• C’est une manière de quantifier la fixation tissulaire du FDG.

• Il est calculé sur les scans avec correction de l’atténuation.

• Il a deux applications:– Permet d’établir un seuil entre bénignité et

malignité (SUV=2,5)– Permet de quantifier la réponse thérapeutique

PLAN

• Analyse semi-quantitative

• Correspond au rapport entre la fixation du traceur et la dilution homogène du traceur dans le volume du patient

• Limite de la malignité: SUV = 2.5

AT = Activité mesuré dans le ROI (mCi/g)Kg= Poids du patient (Kg)A = Activité injectée (mCi)

SUV =

Avant chimioTSUV = 17.2

Après une cureSUV = 3.9

Après 6 curesSUV = 1.8

ROI

SUV (standard uptake value)

AROI

A / Kg

PLAN

LIMITES de la TEP

• SENSIBILITE– RESOLUTION SPATIALE (6mm) entraînant

des faux négatifs

• SPECIFICITE– CAPTATION PHYSIOLOGIQUE– CAPTATION CELLULES INFLAMMATOIRES

entraînant des faux positifs

PLAN

Captation physiologique

Wahl R, et al. Positron emission tomography. Philadelphia. Lippincott Williams & Wilkins. 2002: 395-410.

• Thymus • Métaphyse • Muscles • Thyroïde et glandes

salivaires• Tube digestif • Graisse brune

(thermogénèse)• Extravasation • Moelle osseuse et rate

– Facteurs stimulants de l’hématopoïèse et chimiothérapie

PLAN

• Thymus • Métaphyse • Muscles • Thyroïde et glandes

salivaires• Tube digestif • Graisse brune

(thermogénèse)• Extravasation • Moelle osseuse et rate

– Facteurs stimulants de l’hématopoïèse et chimiothérapie

Captation physiologique

PLAN

APPLICATIONS-INDICATIONS

INFECTIOLOGIE•Foyer infectieux occulte

CARDIOLOGIE•Viabilité myocardique

NEUROLOGIE•Gliome, épilepsie et démence

ONCOLOGIE• Poumon, côlon, mélanome, lymphome, sein, ORL, œsophage et estomac, GIST, testicules, ovaires, thyroïde, etc.

PLAN

Indications du FDG (AMM 1998)Diagnostic primaire :• diagnostic différentiel des masses pulmonaires• bilan d'extension initial :

– des lymphomes hodgkiniens et non hodgkiniens– des cancers du poumon non à petites cellules– des cancers du rhinopharynx– des mélanomes

Suivi thérapeutique précoce et recherche de maladies résiduelles:• lymphomes hodgkiniens et non hodgkiniens

Récidives et métastases :• cancers colorectaux : bilan d'opérabilité• cancer du poumon non à petites cellules

Mais affin d’intégrer les nouvelles indications, l’AMM a été modifié et autorise l’exploration des patients en s’appuyant sur un staff multidisciplinaire et les données de la littérature.

Des Standards, Options et Recommandations ont été établis pour la pratique de la TEP en cancérologie (2003) dont nous rappelerons quelques points. Il sont consultables sur le site www.fnclcc.fr PLAN

Notre expérience

Activité Hôpital Italien 2003-2005 (n=2100)

Oncologique96%

Neurologique3%

Cardiogique1%

PLAN

Activité Oncologie Hôpital Italien (n=2016)

POUMON20%

SEIN5%

LYMPHOME11%

MELANOME8%

PRIMITIF INCONNU4%

AUTRES26%

COLON26%

Notre expérience

PLAN

• Nous allons revoir et illustrer par des cas issus de notre expérience les indications principales de la TEP-TDM en oncologie.

PLAN

• Le cas du cancer pulmonaire non à petites cellules permet d’illustrer les applications du TEP dans les différentes étapes de la prise en charge des patients en oncologie.

PLAN

APPLICATION AU CANCER BRONCHOPULMONAIRE

(non à petites cellules)• INDICATIONS DU TEP-SCANNER

– DIAGNOSTIC POSITIF• NODULE PULMONAIRE SOLITAIRE

– BILAN D’EXTENSION– PLANIFICATION DE LA RADIOTHERAPIE– EVALUATION DE L’EFFICACITE

THERAPEUTIQUE– DIAGNOSTIC DE MALADIE RESIDUELLE– DIAGNOSTIC DE RECCURENCE

PLAN

TEP et le cancer broncho-pulmonaire

9572100929094Réponse autraitement

746493869183Extension

--6790917396Diagnostic

TCSp

TCSe

TEPVPN

TEPVPP

TEPSp

TEPSe %

Gambhir S et al. A tabulated summary of the FDG PET literature. J Nucl Med 2001; 42: 1S-93S

957297939298Récidive

PLAN

Nodule pulmonaire solitaireQue faire?

Gould M. Accuracy of PET for diagnosis of pulmonary nodules and mass lesions: a meta-analysis. JAMA 2001; 285:914-924

Patz E. Focal pulmonary abnormalities: evaluation with FDG PET scanning. Radiology 1993; 188: 487-490

Gould: 1.474 nodules Se=97% Sp=78% Faux (-) = stade 1 de bon pronostic (la captation du FDG est proportionnelle au grade de malignité)

TEP

3-6 moisFaux (-) et (+)

Contrôlescanner

Invasif (morbidité 1-10%)Faux (-) (5-25%)

PonctionBiopsie

Beaucoup de lésions bénignes (40-50%)Morbidité

Chirurgie

PLAN

DIAGNOSTIC POSITIF

• Nodule pulmonaire solitaire de plus de 8 mm sans critère définitif de bénignité à l’imagerie �indication de TEP

Intérêt:• Accélérer le diagnostic en cas de positivité• Éviter une procédure invasive en cas de

négativité (surveillance par scanner)• Éviter une procédure invasive en cas de facteur

de risque (BPCO sévère, risque hémorragique…)

PLAN

Nodule pulmonaire bénin

PLAN

Nodule pulmonaire malin

PLAN

Faux positifs

• Captationphysiologique

• Infection et inflammation active– Pneumonie, BK,

sarcoidose, etc.– Post-radiothérapie,

post-chirurgie

�Effectuer l’examen:� avant biopsie/chirurgie�En dehors d’un épisode

infectieuxPLAN

Faux négatifs

• Taille < 7 mm• Faible métabolisme

tumoral– Tumeur carcinoïde– Ca. Bronchiolo-

alvéolaire

� Intérêt de la partieTDM

2 lésions néoplasiques de taille différentes

BILAN D’EXTENSION

STADIFICATION TNM:

– INTERET PRONOSTIC:• I: 60-70%• II: 30-50%• III: 5-30%• IV: < 2%

– INTERET THERAPEUTIQUE:• Opérabilité jusqu’au stade IIIA• Association chirurgie et chimiothérapie néo-

adjuvante pour le stade IIIA

PLAN

BILAN D’EXTENSION

STADIFICATION TNM:• T: scanner• N: TEP

– Si positif: biopsie par médiastinoscopie(faux (+))

– Si négatif et >16mm: biopsie (faux (-))1

• M: TEPNB: IRM>TEP pour métastases cérébrales, à

rechercher uniquement si symptomatologieNon-small cell lung cancer: prospective comparison of integrated FDG PET/CT and CT alone for preoperative staging. Shim SS, Lee KS, Kim BT, Radiology 2005 Sep;236(3):1011-9.

1De Langen, A. J., P. Raijmakers, et al. (2006). "The size of mediastinal lymph nodes and its relation with metastaticinvolvement: a meta-analysis." Eur J Cardiothorac Surg 29(1): 26-9.

TEP et stadification N

869170Pieterman ’97

888875Bury ‘96

9989690Vansteenkiste ’98

9810075Scott ’96

Sp %Se %nAutheur

Valeur du scanner seul pour la stadification N:

• Dwamena Se 60% et Sp 77%

• Oncology Group Se 52% et Sp 69% PLAN

Stade N1

PLAN

Stade N2

PLAN

Stade N3

Scanner antérieur: classé I

TEP scanner: classé IIIB

PLAN

M1

Chirurgies inefficacesSans TEP 41% Avec TEP 21%

Verboom P Fau - van Tinteren, H., O. S. van Tinteren H Fau - Hoekstra, et al. "Cost-effectiveness of FDG-PET in staging non-small cell lung cancer: the PLUS study."

PLAN

15 (23%) reclassés non opérables par TEP-scanner• 7 N3 (scanner seul <N3)• 8 M1 (scanner seul M0)5 (7%) reclassés opérables par TEP-TDM• 3 N2 (scanner seul N3)• 2 M0 (scanner seul M1)

Dans la littérature, l’impact sur la thérapeutique concerne jusque 41% des patients. 2, 3

Notre expérience: 20/66 patients (30%) sontsous- ou sur-classés par le scanner seul1

1Diaz G. PET-TCH en la estadificación del cáncer de pulmón. Rev Argent Radiol 2005; 69:83-91

2Hicks RJ, Kalff V, MacManus MP, et al. (18)FDG PET provides high-impact and powerful prognosticstratification in staging newly diagnosed non-small cell lung cancer. J Nucl Med 2001; 42:1596–1604.

3Hicks RJ, Kalff V, MacManus MP, et al. The utility of (18)F-FDG PET for suspected recurrent non-smallcell lung cancer after potentially curative therapy: impact on management and prognostic stratification. J Nucl Med 2001; 42: 1605–1613.

EVALUATION PRECOCE DE LA REPONSE AU TRAITEMENT

• Basé sur la mesure semi-quantitative (SUV) avant et après les premiers cycles de chimiothérapie,

• Précède parfois le stade des modifications structurelles

• Valeur pronostique et prédictif de la réponse histopathologique

Value of 18F-fluoro-2-deoxy-D-glucose-positron emission tomography/computed tomography in non-small-cell lungcancer for prediction of pathologic response and times to relapse after neoadjuvant chemoradiotherapy. Pottgen C, Levegrun S, Theegarten D. Clin Cancer Res 2006 Jan 1;12(1):97-106.

PLANIFICATION DE LA RADIOTHERAPIE

Schmücking M. Nuklearmedizin, 2000Erdi YE. Radiotherapy Oncology, 2002

Volume à irradierd’après le scanner

Volume à irradierd’après le TEP-TDM

Margesde sécurité

• Aide à déterminer le volume à irradier

• Réduit jusqu’à 20% l’irradiation des organes sensibles

PLAN

EVALUATION DE LA MALADIE RESIDUELLE ET DE LA

RECIDIVE

• Permet de distinguer la maladie résiduelle ou la récidive des modifications fibrosiques post-thérapeutique.

• Il est conseillé de pratiquer la réévaluation au moins 12 semaines après la fin de la radiothérapie (faux positif liés àl’inflammation)

PLAN

Récidive

PLAN

CARCINOME COLO-RECTAL

• Standards, options et recommandations 2003:– Diagnostic de récidive en cas d’élévation

confirmée de l’ACE (niveau de preuve B2)– Bilan préopératoire des récidives locales et

métastatiques (niveau de preuve B2)– Bilan initial préopératoire (niveau de preuve

C), dans le cadre de protocoles évalués

PLAN

DIAGNOSTIC DE RECIDIVE EN CAS D’AUGMENTATION DE L’ACE

Cancer du colon gauche opéré. Augmentation de l’ACE. Imagerie conventionnellenégative. Mise en évidence de métastases hépatiques, de nodules péritonéauxdans la région gastroduodénales et d’un second cancer du colon droit

PLAN

BILAN D’OPERABILITE DES RECIDIVES: DETECTION DES

METASTASES EXTRA-HEPATIQUES• Lai: métastases extra-

hépatiques non vues àl’imagerie conventionnelle chez 32% des patients

• Vitola: modification de la chirurgie dans 25% des cas

• Limites – Faux négatifs (< 1 cm) – Faux positifs (après

chimiothérapie)

Tzimas G. PET and colorectal carcinoma: an update. J Am Coll Surg 2004; 198/4: 645-652

Lai D. The role of whole-body PET with FDG in identifying operable colorectal cáncer metastases for hte liver. Arch Surg1996; 131: 703-707

Vitola J. PET to stage suspected metastatic colorectal carcinoma to the liver. Am J Surg 1996; 171: 21-26 PLAN

BILAN DE RÉCIDIVE LOCALE

1. Distinction fibrose/récidive locale

2. Détection de métastases hépatiques

3. Détections de métastases extra-hépatiques

Imdahl A, Reinhardt MJ, Nitzsche EU, et al. Impact of 18F-FDG-positron emission tomography for decision making in colorectal cancer recurrences. Langenbecks Arch Surg 2000; 385:129–134.Takeuchi O, Saito N, Koda K, Sarashina, Nakajima N. Clinical assessment of positron emission tomography for diagnosis of local recurrence of colorectal cancer. Br J Surg 1999; 86:932–937.

Sensibilité pour la détection des métastaseshépatiques de cancers digestifs:

• Echographie 55 %• TDM 72 % • IRM 76 %• TEP 90 %

Kinkel K. Detection of hepatic metastases from cancers of the gastrointestinal tract by using noninvasive imaging methods(US, CT, MR imaging, PET): a meta-analysis Radiology 2002, 224, 748-756

Bilan initial pré-opératoire

Cancer du sigmoîde avec coloscopie incomplète (obstacle au passage de l’endoscope). Deuxième foyer au niveau de l’angle colique droit: adénome

prénéoplasique. PLAN

LYMPHOMES

• Standards, options et recommandations 2003:– Bilan de l’extension initiale en complément de

l’imagerie conventionnelle de MH, LMNH agressifs et lymphomes folliculaires (niveau de preuve B2)

– Diagnostic de la maladie résiduelle des MH et LMNH agressifs (niveau de preuve B2)

– Évaluation précoce de la réponse thérapeutique (niveau de preuve B2)

PLAN

BILAN D’EXTENSION INITIAL

Femme de 17 ans. Lymphome de Hodgkin. Adénopathies cervicales et médiastinales.

DIAGNOSTIC DE LA MALADIE RESIDUELLE

Lymphome de Hodgkin. Masse résiduelle médiastinale post-thérapeutique. Biopsie négative mais captation du FDG. PLAN

EVALUATION DE LA REPONSE THERAPEUTIQUE

Kostakoglu L. PET predicts prognosis after 1 cycle of chemotherapy in aggressive lymphoma and Hodgkin’s disease. J Nucl Med 2002; 43(8): 1018-1027.

Avant traitement Après traitement

PLAN

EVALUATION DE LA REPONSE THERAPEUTIQUE

1

2

Kazama, T. FDG PET in the Evaluation of Treatment for Lymphoma. RadioGraphics 2005;25:191-207PLAN

CANCERS ORL

• Standards, options et recommandations 2003:– Bilan d’extension des cancers VADS non traités (niveau de

preuve B2)– Diagnostic des récidives (niveau de preuve B2)– Diagnostic différentiel des tumeurs bénignes et malignes lorsque

la biopsie n’est pas contributive (niveau de preuve B2)– Recherche d’un second cancer lors de la découverte d’une

tumeur maligne (niveau de preuve B2)– Recherche de tumeur primitive en cas d’adénopathie

métastatique cervicale sans cancer primitif connu (niveau de preuve C)

– Évaluation de la réponse thérapeutique, incluant la caractérisation des masses résiduelles (niveau de preuve B2)

• Contre-indications:– Prise en charge des patients atteints d’un cancer des glandes

salivaires, hors protocoles évalués

PLAN

REFCHERCHE DE PRIMITIF D’UNEADENOPATHIE CERVICALE

Adénopathie jugulocarotidienne droite. Primitif inconnu avec examen clinique négatif. TEP: carcinome amygdalien sous-muqueux.

MELANOME

• Standards, options et recommandations 2003:– Bilan de l’extension initiale des patients porteurs de

mélanome à risque métastatique élevé (stade III AJCC) (niveau de preuve B2)

– Bilan d’opérabilité d’une métastase présumée unique (niveau de preuve B2)

– Recherche de récidives dans le suivi (niveau de preuve B2)

• Contre-indications:– Rechercher des micrométastases ganglionnaires

(niveau de preuve B2)– Prise en charge des patients atteints d’un mélanome

autre que cutané, hors protocoles évalués

PLAN

BILAN D’EXTENSION INITIAL

Bilan d’extension initial d’un mélanome de stade III.PLAN

CANCERS DU SEIN

• Standards, options et recommandations 2003:– Bilan d’extension locorégionale et métastatique des tumeurs

invasives (niveau de preuve B2)– Suspicion de récidive locale ou métastatique (niveau de preuve

B2)– Évaluation de la réponse à la chimiothérapie néoadjuvante

(niveau de preuve D)– Évaluation de la maladie résiduelle (niveau de preuve C)

• Contre-indications:– Diagnostic de malignité des tumeurs mammaires (niveau de

preuve A)– Détection des micrométastases ganglionnaires (niveau de

preuve B2)

PLAN

Évaluation thérapeutique

Évaluation de la réponse à la chimiothérapie néo-adjuvante

avant après

PLAN

CANCER DE L’OVAIRE

• Standards, options et recommandations 2003:– Suspicion de récidive locale ou métastatique

(niveau de preuve B2)

PLAN

CANCER DE L’UTERUS

• Standards, options et recommandations 2003:– Bilan d’extension ganglionnaire chez les patientes

atteintes de cancer du col de l’utérus (niveau de preuve B2)

– Évaluation de la maladie résiduelle en fin de traitement (niveau de preuve C), dans le cadre de protocoles évalués

– Détection des récidives (niveau de preuve C), dans le cadre de protocoles évalués

• Contre-indications:– Prise en charge des patientes atteintes d’un cancer

de l’endomètre ou du vagin, hors protocoles évalués

PLAN

CANCER DE LA THYROIDE

• Standards, options et recommandations 2003:– Suspicion de maladie résiduelle ou de rechute

lorsque les données de l’imagerie conventionnelle (incluant l’iode radioactif) sont insuffisantes (niveau de preuve B2)

PLAN

INDICATIONS RECONNUES POUR LES AUTRES CANCERS

DIGESTIFSOesophage• Évaluation préthérapeutique du statut ganglionnaire et métastatique en complément

du scanner et de l’échoendoscopie (niveau de preuve B2)

Pancréas• Diagnostic différentiel et bilan d’extension du cancer du pancréas si la glycémie est

normale (niveau de preuve B2)• Diagnostic de malignité des tumeurs pancréatiques kystiques, en complément du

scanner (niveau de preuve C), dans le cadre de protocoles évalués

Foie• Diagnostic différentiel des métastases hépatiques, cholangiocarcinomes et tumeurs

bénignes, dans le cas d’une localisation hépatique isolée (niveau de preuve B2)• Bilan d’extension des carcinomes hépatocellulaires (niveau de preuve B2)• Diagnostic précoce de cholangiocarcinome en cas de cholangite sclérosante (niveau

de preuve C), dans le cadre de protocoles évalués

Tumeur neuroendocrine• Diagnostic et bilan d’extension uniquement si la scintigraphie au pentétréotide est

normale (accord d’experts)• Contre-indication: Examen de première intention (niveaude preuve B2) PLAN

CONCLUSION

• Information morphologique + information fonctionnelle

• Limites: sensibilité, spécificité, coût• Indications de plus en plus nombreuses• Le radiologue y sera de plus en plus

confronté et il est donc important d’en connaître les bases

PLAN