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La tomographie par émission de positrons (Positron Emission Tomography ou PET en anglais) est une technique de scintigraphie basée sur l'utilisation de radio-isotopes émetteurs de positrons à demi-vie extrêmement courte permettant l'évaluation du métabolisme tissulaire. La tomographie PET est utilisée de plus en plus couramment dans le diagnostic, le staging et le suivi des cancers. La valeur de cette technique a été démontrée dans l'étude des tumeurs pulmonaires, des lymphomes, des mélanomes, des tumeurs du sein et des tumeurs colorectales. La tomographie CT et l'IRM restent les techniques de choix pour l'évaluation des altérations anatomiques et morphologiques des tumeurs, mais la tomographie PET a la capacité de mettre en évidence les anomalies métaboliques aux niveaux cellulaire ou tissulaire avant même que des modifications de taille ou de morphologie tissulaire ne soient observables. La tomographie par émission de positrons est aussi un outil remarquable pour le suivi des traitements anticancéreux et la détermination de la présence de tissu tumoral résiduel métaboliquement actif.
Toutefois, la tomographie PET souffrant d'une résolution spatiale limitée ne permet pas toujours de déterminer avec certitude la localisation d'anomalies métaboliques. Il est souvent nécessaire d'obtenir une information complémentaire à partir d'images anatomiques d'IRM ou de CT. Il n'est cependant pas toujours aisé de déterminer avec exactitude la localisation anatomique d'une lésion hypermétabolique. Les techniques de fusion d'images appliquées aux images cérébrales permettant de superposer les images de PET avec les images de CT ou d'IRM ne s'appliquent pas très bien aux images du tronc ou de l'abdomen en raison des déformations importantes des structures anatomiques pouvant résulter de la variation de positions entre les différents examens.
La nécessité de pouvoir corréler les images anatomiques avec les images métaboliques a motivé le développement de scanners hybrides combinant un scanner PET et un scanner CT. Un premier prototype fut développé par D. Townsend, et T. Beyer en 1994.1,8 Plusieurs modèles commerciaux ont ensuite été développés par un certain nombre de constructeurs (fig. 1). Ces nouveaux scanners permettent de superposer des images anatomiques et métaboliques parfaitement alignées (fig. 2).
Le traceur le plus couramment utilisé pour l'étude des tumeurs est le Fluoro-désoxy-glucose (FDG) marqué au Fluor-18 émetteur de positrons. Le désoxyglucose est un analogue du glucose qui a la propriété de se fixer dans les cellules sans être métabolisé comme le glucose. C'est donc un excellent marqueur de l'activité métabolique cellulaire permettant d'identifier les cellules tumorales à forte activité métabolique. Les cellules tumorales ont un fort taux de croissance et une activité métabolique élevée. Toutefois, une augmentation du taux métabolique tissulaire n'est pas spécifique des tissus tumoraux, mais peut également être observée dans toute inflammation ou infection tissulaire. D'autres traceurs plus spécifiques sont actuellement à l'étude pour le marquage des cellules tumorales.
L'utilisation du FDG pour la détection et la localisation des tumeurs et de leur dissémination ont fait l'objet de très nombreuses études qui ont démontré la valeur ajoutée de la tomographie PET sur l'imagerie anatomique conventionnelle telle que le CT et l'IRM.10-14 Par sa sensibilité, la tomographie PET permet notamment de déterminer si des ganglions satellites d'une tumeur font l'objet d'un envahissement tumoral (fig. 3 et 4). Une activité métabolique élevée d'un ganglion peut signaler la présence de cellules tumorales même si le ganglion n'est pas d'une taille dépassant les critères de normalité fixée arbitrairement à 1 cm. La possibilité d'effectuer un examen du corps entier permet également de détecter des foyers hyperactifs pouvant correspondre à des métastases à distance de manière beaucoup plus sensible que les tomographies CT ou IRM.
La tomographie par émission de positrons est également un excellent moyen pour évaluer la réponse des tumeurs aux différents traitements de radio- ou chimiothérapie. Elle permet de déterminer la présence de tissu tumoral métaboliquement actif qui est un critère plus objectif de la présence de tissu tumoral résiduel que les techniques d'imagerie conventionnelles de CT et IRM qui ne permettent de déterminer la réponse aux traitements que par des changements de la taille des masses tumorales. Il est fréquent de constater que la réponse à un traitement ne se traduit pas toujours rapidement par un changement de taille de la masse tumorale. La persistance de tissus cicatriciels ou de nécrose de certaines parties des tumeurs peut subsister longtemps après la disparition complète de tout tissu tumoral (fig. 5). Seule une technique telle que la tomographie par émission de positrons permet de déterminer l'existence et la localisation de zones résiduelles viables de tissu tumoral.
Les scanners hybrides PET-CT sont constitués d'un scanner CT conventionnel à rayons X accolé à un scanner PET généralement constitué d'un anneau de détecteurs à scintillation capable de détecter et d'enregistrer des photons gamma émis par l'annihilation des positrons émis par les isotopes injectés aux patients. L'examen est effectué après l'injection d'un radio-traceur émetteur de positron. Dans le cas du FDG marqué au Fluor-18, il convient d'attendre environ 60 minutes pour la fixation du traceur dans les tissus. Les images des deux modalités ne sont pas enregistrées simultanément mais séquentiellement avec le déplacement du patient à travers les deux scanners (fig. 1). Les images de CT sont généralement acquises en premier, suivies des images de PET. Les images de CT sont utilisées pour appliquer une correction de l'atténuation des photons gamma afin de corriger les effets de l'atténuation tissulaire des photons qui ont pour effet de diminuer l'intensité apparente des parties profondes par rapport aux parties superficielles du corps. Les scanners CT ayant évolué considérablement, la plupart des scanners PET-CT sont aujourd'hui équipés de scanner CT ultrarapide de type multidétecteur (multibarette) permettant des acquisitions très courtes. Dans la plupart des cas, l'examen CT est obtenu sans administration de produits de contraste. Cependant si l'on désire obtenir des images de CT de qualité diagnostique comparables aux examens obtenus sur des scanners traditionnels, il convient d'appliquer les mêmes protocoles avec injection de produit de contraste par voie intraveineuse et l'administration de contraste par voie orale pour une meilleure visualisation du tube digestif. Deux types de protocoles sont proposés et appliqués dans différentes institutions : soit une acquisition unique des images de CT avec produits de contraste préalable aux images de PET, soit une acquisition d'images CT sans produit de contraste à plus basse résolution et à des doses de radiations plus basses obtenues avant les images PET et essentiellement utilisées pour la correction de l'atténuation des images PET, suivie d'une acquisition CT à plus haute résolution avec produit de contraste sur des régions spécifiques du thorax et de l'abdomen selon des protocoles utilisés sur les CT conventionnels. La technologie des scanners PET a également considérablement évolué avec des détecteurs capables d'acquisitions beaucoup plus courtes que les scanners PET conventionnels. Une nouvelle génération de cristaux à scintillation d'Oxyorthosilicate de Lutetium (LSO) remplace aujourd'hui les cristaux de Silicate de Germanium (GSO) avec des taux de comptage nettement plus élevés permettant des acquisitions plus courtes avec des qualités d'image comparables. Alors que les scanners PET traditionnels aux cristaux de GSO nécessitaient des acquisitions dépassant les 45 minutes, il est possible aujourd'hui d'effectuer un examen PET de qualité comparable avec des cristaux de LSO en moins de 10 minutes.
La visualisation des images se fait après reconstruction des images dans différents plans orthogonaux et la superposition des images utilisant des techniques de fusion attribuant aux images de PET une échelle de couleur distinctive permettant de la distinguer de l'image CT représentée en échelle de gris. Les images étant parfaitement alignées lors de l'acquisition (si le patient n'a pas bougé durant l'examen) la fusion des images par superposition permet de déterminer avec exactitude la localisation anatomique des foyers de captation des radio-traceurs aux positrons. Il persiste cependant des possibilités de décalage des images si le patient bouge entre les deux acquisitions mais également dû aux simples mouvements respiratoires.15-18 L'examen de CT durant quelques secondes peut être effectué en apnée, mais l'examen de PET dure plusieurs minutes et doit se faire en respiration normale. Afin de minimiser le décalage entre les images de CT et de PET dû aux mouvements respiratoires visibles surtout aux bases pulmonaires et la partie supérieure de l'abdomen, on effectue l'enregistrement des images CT soit en position d'expiration moyenne, soit en demandant au patient de maintenir une respiration superficielle sans inspiration profonde qui correspond à la position moyenne des images de PET. Les mouvements respiratoires demeurent une source importante d'artéfacts et de détérioration des images étant donné que les images de CT sont utilisées pour appliquer un facteur de correction des tissus aux images de positrons et peuvent introduire des corrections inadéquates au niveau de l'interface entre la base des poumons et le diaphragme, ce qui risque d'occulter ou d'altérer la visualisation de lésions de la base des poumons ou de la partie supérieure de l'abdomen.19
L'acquisition simultanée d'images PET et CT parfaitement alignées représente un certain nombre d'avantages sur l'imagerie PET conventionnelle.
1. Quoiqu'il n'existe pour l'instant que quelques études préliminaires démontrant une amélioration dans la détermination et la localisation des lésions par PET-CT en comparaison avec le PET pris isolément, il y a déjà un certain nombre de publications qui montrent certains avantages. Les petites lésions qui généralement présentent une activité métabolique relativement basse, les rendant difficiles à détecter, seront plus facilement considérées comme pathologiques si elles se situent clairement sur une structure telle qu'un ganglion ou une lésion suspecte de malignité sur les images CT. Les images de fusion permettent aussi de mieux identifier des foyers d'hyperactivité métabolique pouvant correspondre à des structures anatomiques normales ayant une activité élevée telles que les structures vasculaires, les foyers inflammatoires ou des tissus ayant une activité métabolique physiologique élevée (les muscles ou parois intestinales, par exemple).
2. La fusion des images PET et CT permet dans de nombreux cas d'affirmer avec plus de certitude le diagnostic de certaines lésions suspectes qui seraient jugées à la limite de la normale sur chacune des modalités prises isolément mais, si elles coïncident sur les deux modalités, sont interprétées comme pathologiques avec une plus grande certitude.
3. L'utilisation des images de CT pour la correction d'atténuation tissulaire des images PET permet de raccourcir considérablement la durée de l'examen. En effet sur les scanners PET conventionnels, il est nécessaire d'effectuer une acquisition supplémentaire d'un scan dit de transmission grâce à une source radioactive externe qui prolonge l'examen d'environ 25 à 30 minutes.
4. L'acquisition simultanée des deux types d'images en un seul examen présente aussi un avantage pour les patients oncologiques qui doivent traditionnellement effectuer ces examens en deux fois.
L'évolution de la technologie des scanners CT avec la venue de machine de type multi-détecteur permettant des acquisitions simultanées de 16, 32, voire 64 coupes donc extrêmement rapides ouvrent de nouvelles perspectives. Il est possible avec ces nouvelles machines d'effectuer par exemple des examens cardiaques en synchronisant l'acquisition avec l'ECG pour obtenir des images dynamiques des mouvements et de la fonction des cavités ventriculaires. Grâce à la très haute résolution de ces images et la possibilité d'obtenir des images arrêtées en diastole, il est possible de visualiser les vaisseaux coronaires après injection d'un produit de contraste par voie intraveineuse. La nouvelle génération de scanners PET-CT équipés de ces scanners CT ultrarapides a donc le potentiel de permettre l'acquisition d'images morphologiques de haute définition mais également d'images fonctionnelles de la perfusion et du métabolisme cardiaque obtenues grâce aux images PET. L'imagerie multimodalité PET-CT pourrait donc voir un développement rapide en cardiologie et devenir une modalité de dépistage et d'investigation des maladies coronariennes (fig. 6).
La fusion d'images tridimensionnelles provenant de différentes modalités telles que la tomographie PET et CT, rajoute une nouvelle dimension aux données. La visualisation et l'analyse de ces images deviennent de plus en plus complexes obligeant l'utilisateur à naviguer entre les différentes dimensions des données.20-23 En plus de la navigation tridimensionnelle dans les différents plans de l'espace, le passage d'une modalité à l'autre représente une dimension supplémentaire qui demande une manipulation interactive des données affichées en ajustant le contraste et l'intensité des deux modalités superposées. Dans le cadre d'images dynamiques cardiaques par exemple, l'espace temporel vient encore augmenter l'espace des données d'une dimension supplémentaire. La visualisation des données exige de l'utilisateur une manipulation supplémentaire pour afficher les images temporelles telles que le mouvement cardiaque par exemple. Malheureusement, les logiciels de visualisation des images de multimodalité et multidimensionnelles sont assez mal adaptés à une utilisation de routine et nécessitent en général une interaction laborieuse de l'utilisateur pour l'affichage et la navigation dans les différentes dimensions des données. On constate qu'en application clinique, l'analyse et l'interprétation de ces examens prennent de plus en plus de temps et demandent un nombre de manipulations qui prolonge considérablement le temps nécessaire pour l'interprétation des examens et sont souvent peu compatibles avec une routine clinique déjà souvent assez chargée. De nouveaux concepts informatiques de visualisation de ces images multidimensionnelles sont actuellement à l'étude pour permettre une navigation plus intuitive et une interprétation plus rapide et plus efficace de ces examens complexes.24-29 Un exemple d'un logiciel de visualisation et de navigation multidimensionnelle est illustré sur la figure 7 et est disponible gratuitement à l'adresse Internet suivante : http://homepage.mac.com/rossetantoine/osirix/
L'imagerie multimodalité par scanner PET-CT représente une nouvelle génération de techniques d'imagerie médicale et d'investigation clinique.30,31 L'acquisition simultanée des deux types d'examens apporte un certain nombre d'avantages et d'informations supplémentaires qu'on n'obtient pas forcément à partir des renseignements obtenus par les deux modalités prises séparément. Cette nouvelle technologie ouvre aussi de nouvelles perspectives dans le domaine de la visualisation et de l'interprétation des images. L'évolution accélérée des techniques d'imagerie telles que les scanners CT de type multidétecteur apporte de nouvelles perspectives cliniques à un rythme qui dépasse souvent la capacité du corps médical à intégrer et valider ces nouvelles techniques. Les techniques d'imagerie multimodalité ne vont certainement pas se limiter à la fusion de la tomographie par émission de positrons avec la tomographie CT. Certains laboratoires travaillent déjà sur des projets de fusion de l'IRM avec les scanners PET.
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