Simulations pour la radiothérapie

TECHNOLOGIE SUR LA TEPTDM
Sarah Touchard
manipulatrice en électroradiologie médicale
Centre Hospitalier René Dubos
Pontoise
INTRODUCTION
Examen de médecine nucléaire permettant l’acquisition
et la fusion d’images scanographiques et
scintigraphiques.
apport d’informations anatomiques et fonctionnelle
TDM
TEP
INTRODUCTION
 Examen complémentaire des autres examens
radiologiques
 Généralisation en cours dans la plupart des services
de médecine nucléaire
 Le principal objectif est la recherche d’une tumeur
primitive et de faire le bilan d’éventuelles localisations
secondaires ou ganglionnaires
INTRODUCTION
INTRODUCTION
 Autres objectifs:
 Modification de la prise en charge initiale
 Evaluation précoce de l’efficacité de la chimiothérapie
PRINCIPE PHYSIQUE
 Utilisation d’isotopes émetteurs de positons ou
particules +
18
 Le plus utilisé est le F
 Synthèse de l’isotope dans un cyclotron medical
PRINCIPE PHYSIQUE
 Bombardement d’une cible
constituée d’eau enrichie en O
par des protons
 Equation de réaction:

18
1
8𝑂 + 1𝑃
→
18
8𝐹
+ 10𝑛
 Enrichissement du noyau rendra
l’atome instable
PRINCIPE PHYSIQUE
Pour revenir à son état normal
le fluor émettra un positon 
d’énergie 634 keV.
Equation de réaction:
18
9𝐹
→
18
8𝑂
+ 01𝑒 + (neutrino)
Période fluor= 109,8 min
PRINCIPE PHYSIQUE
Collision avec un électron de la
matière crée la création de
deux photons  de 511 keV
chacun émis en sens parallèle
et en direction opposé.
Disparition de la matière et
apparition d’énergie 
Réaction d’annihilation
PRINCIPE PHYSIQUE
Limites de la résolution spatiale:
 Parcours du positon avant
collision 0,6 mm dans l’eau.
 Faible variation de l’angulation
= 1802°
Résolution spatiale TEP=4-5mm
Résolution spatiale
scanner=submillimétrique
PRINCIPE PHYSIQUE
Pourquoi utiliser le sucre comme traceur?
 Les cellules ont besoins d’énergie
 Glucose est un sucre assimilable
 Plus les cellules sont actives plus elles consomment
du sucre
 Les cellules cancéreuses se multiplient sans cesse
donc elles ont besoins de beaucoup d’energie
PRINCIPE PHYSIQUE
Le fluor (petite taille et propriété physique) viendra remplacer
un groupement OH (Hydroxyle) sur la molécule de glucose.
Glucose
FDG(fluoro-2-désoxy-D-glucose)
PRINCIPE PHYSIQUE
Contrôle de qualité du traceur:
 Pureté chimique
 Pureté radio-chimique
 Pureté radio-isotopique
 Pureté micro biologique
 pyrogénécité
RADIOPHARMACEUTIQUES UTILISES
Métabolisme glucidique cellulaire
dans la cellule normale:
 Captation par transmetteur
 Transformation en glucose-6Phosphate grâce à Hexokinase
 Nombreuses réactions
chimique pour aboutir à la
production d’ATP qui va réguler
la glycolyse
RADIOPHARMACEUTIQUES UTILISES
Métabolisme glucidique cellulaire
dans la cellule tumorale:
 Captation par transmetteur
 Augmentation de l’activité de
l’Hexokinase
 La glycolyse est accélérée
RADIOPHARMACEUTIQUES UTILISES
Captation cellulaire du FDG:
 Analogue du glucose
 Capté par la cellule comme
le glucose
 Transformation en fluoro-2DG-6-Phosphate grâce à
Hexokinase
 Accumulation normale
RADIOPHARMACEUTIQUES UTILISES
Captation cellulaire du FDG:
 Dans une cellule tumorale cette
molécule ne peut être
métabolisé par aucune enzyme
 Piégé dans la cellule
 Accumulation excessive
RADIOPHARMACEUTIQUES UTILISES
 Indication principale : oncologie
 Traceur peu spécifique:
 Cellule tumorale
 Sites inflamatoires
 Infections
 Délai chimiothérapie: 3 à 4 semaines
 Délai radiothérapie : 4 mois
 Délai chirurgie : 6 semaines
RADIOPHARMACEUTIQUES UTILISES
Autres isotopes utilisables:
Eléments
Périodes(en min)
Parcours moyen du positon
dans l’eau (en mm)
18𝐹
109,8
0,6
11𝐶
20,4
1,12
13𝑁
10
1,44
2
2,22
82𝑅𝑏
1,3
4,7
68𝐺𝑎
68
2,4
15
𝑂
RADIOPHARMACEUTIQUES UTILISES
Autres traceurs utilisables:
Isotopes
18
𝐹
15
𝑂
13𝑁
Traceur
Métabolisme étudies
18FDG
Métabolisme glucidique
18F-Fluoro-Dopa
Synthèse dopaminergique
18F-Fluoro-misonidazole
Cellules tumorales hypoxiques
18F-Uracile(FU)
Evaluation de réponse
chimiothérapeutique (5FU)
18F-Fluoro-choline
Cancer de prostate
18FLT Thymidine fluorée
Prolifération cellulaire
H²O15( eau marquée)
perfusion
13N-NH3(ammoniaque)
Perfusion myocardique
13N-Glutamate
Métabolisme tumoral
RADIOPHARMACEUTIQUES UTILISES
Autres traceurs utilisables(suite):
Isotopes
11
𝐶
Traceurs
Métabolismes étudiés
11C-Acétate
Métabolisme oxydatif (myocardique +
tumeur)
11C-Palmitate
Métabolisme myocardique (acides gras)
11C-Tyrosine
Métabolisme tumoral
11C-Thymidine
Prolifération cellulaire
11C-Méthionine
Métabolisme tumoral des acides aminés
et transport
11C-Acide-AminoIsoButyrique(AIB)
Métabolisme tumoral des acides aminés
11C-Acide-AminoCyclopentaneCarboxylique(AC
PC)
Métabolisme tumoral des acides aminés
PRESENTATION DU TEP-TDM
PRESENTATION DU TEP-TDM
PRESENTATION DU TEP-TDM
Cristal et couronne de détecteurs:
 Propriétés d’un cristal scintillant idéal:
 Densité et coefficient d’atténuation linéaire du cristal élevé
 Sensibilité du cristal meilleure
 Photofraction élevée
Favorise la sensibilité du cristal
PRESENTATION DU TEP-TDM
Cristal et couronne de détecteurs:
 Propriétés d’un cristal scintillant idéal:
 Rendement lumineux ou de scintillation doit être bon
 Résolution en énergie meilleure
 Décroissance de la luminescence rapide
 Favorise la sensibilité du cristal
PRESENTATION DU TEP-TDM
 Les principaux scintillateurs utilisés pour la TEP:
Scintillateur Densité Atténuation
(g/cm3)
linéaire
Photofraction
(%)
Décroissance
de la
scintillation
(ns)
Rendement
lumineux (%)
NaI(Tl)
3,7
0,34
18
230
100
BGO
7,1
0,95
42
60/300
22
BaF2
4,9
0,45
19
0,8-630
5-21
LSO
7,4
0,86
33
40
75
PRESENTATION DU TEP-TDM
Unité de détection=bloc de
cristal+ 4 photomultiplicateurs
Un module =2 fois 4 unités de
détection
Couronne de détection= 35
modules
PRESENTATION DU TEP-TDM
PRESENTATION DU TEP-TDM
Détection de coïncidence


Si deux photons sont détectés
dans un intervalle de temps <4 à
20 ns selon le réglage des
appareils, ils sont considérés
comme étant “en coïncidence” et
avoir été issus de la même
annihilation.
Temps de vol=mesure de la
différence des temps d’arrivée
PRESENTATION DU TEP-TDM
 Si l’un des 2 photons arrive
sur le détecteurs après le
temps déterminé par la
fenêtre de coïncidence il ne
sera pas pris en compte.
 Pas de collimation physique
mais une collimation
électronique (TEP 100 fois
plus sensible que TEMP)
PRESENTATION DU TEP-TDM
 Coïncidences vraies:
Coïncidence permettant une
information utile et correcte
afin de localiser l’annihilation
le long de la ligne de réponse
reliant les deux détecteurs
PRESENTATION DU TEP-TDM
 Coïncidences diffusées:
Photons diffusé par les électrons de
la matière = diffusion Compton
 Coïncidences fortuites :
Photons provenant de l’annihilation
de deux positons différents
détectés simultanément 
localisation de l’annihilation erronée
PRESENTATION DU TEP-TDM
Correction d’atténuation
 Rayonnements photoniques atténués selon la masse volumique
des organes avant d’atteindre les détecteurs
 Quantités de photons qui parviennent aux détecteurs:
N=N0e -μD
 N=Nombre de photons atteignant le détecteur


N0=Nombre de photons réellement émis
μ= valeur moyenne des coefficients d’atténuation tissulaires se trouvant sur
la ligne considérée
 D= Distance entre les deux détecteurs
PRESENTATION DU TEP-TDM
 Correction d’atténuation
 on peut retrouver le nombre de photons en
connaissant la masse volumique
 Le TDM donne cette information en faisant la
cartographie des coefficients d’atténuation tissulaire
du corps(conversion d’unités Hounsfield en
coefficient μ à 511 keV )
PRESENTATION DU TEP-TDM
Correction d’atténuation
Emission
TEP
Transmission
Scanner
image corrigée
de l’atténuation
PRESENTATION DU TEP-TDM
Correction d’atténuation
A. Coupes coronale et sagittale sans
correction d’atténuation
B. Coupes coronale et sagittale avec
correction d’atténuation
La correction d’atténuation permet une meilleure visualisation des structures
profondes (rachis) et facilite la localisation des différentes lésions
PRESENTATION DU TEP-TDM
Correction d’atténuation
 Avant l’utilisation de la TDM on utilisait des sources
radioactives externe comme le 68Ge ou le 137Cs qui
tournait autour du patient.
Correction d’atténuation correcte mais temps
d’acquisition doublé et obligation de renouveler les
sources régulièrement
PRESENTATION DU TEP-TDM
Standardized uptake value (SUV)=valeur de captation
normalisée
 Rapport de fixation dans un tissus d’intérêt( kBq/ml) à
un instant donné par rapport à la dose injectée au
patient(kBq) et son volume(ml)

𝐹𝑖𝑥𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑎𝑛𝑠 𝑙𝑒 𝑡𝑖𝑠𝑠𝑢𝑠 𝑑 ′ 𝑖𝑛𝑡é𝑟ê𝑡(𝑘𝐵𝑞/𝑚𝑙)
SUV=
𝐷𝑜𝑠𝑒 𝑖𝑛𝑗𝑒𝑐𝑡é𝑒(𝑘𝐵𝑞)/𝑝𝑜𝑖𝑑𝑠(𝑔)
PRESENTATION DU TEP-TDM
Standardized uptake value (SUV)=valeur de captation
normalisée
 SUV dépend de phénomènes aléatoires:
 Atténuation des photons gamma sous estime la mesure de
concentration du FDG
 Les organes mobiles entraine du flou cinétique et donc la
concentration de FDG est sous estimé
 En mode 3D Coïncidences diffusées plus nombreuses qu’en
2Dcorrection de diffusion provoque des erreurs
d’estimation de l’activité
PRESENTATION DU TEP-TDM
Standardized uptake value (SUV)=valeur de captation
normalisée
 SUV index utile
 Méthode d’acquisition de traitement d’images doivent suivre
le même protocole et être reproductibles
 Permet de comparer l’intensité de fixation du FDG au sein de
la tumeur entre les différents patients ou à différent stade de
la prise en charge thérapeutique pour le même patient
 En pratique SUV>2,5 territoire franchement pathologique
PRESENTATION DU TEP-TDM
Synchronisation respiratoire
 Artéfacts qualitatifs:
 déformation de la tumeur
 Augmentation de la taille de la tumeur
 Déplacement des petits nodules
 Artéfacts quantitatifs:
 Baisse de la valeur du SUV
PRESENTATION DU TEP-TDM
Synchronisation respiratoire
PTV Mode non gaté
PTV Mode gatéTEP
Effet du gating sur volume d’une lésion
-14% en taille
+21% SUVmax
PRESENTATION DU TEP-TDM
Synchronisation respiratoire
Console d’acquisition recoit
Blocs de 2 réflecteurs IR
et découpe les cycles en
phases(fonction du temps ou
de l’amplitude)
CaméraIRRecalage par algorithme
pour réaligner les images
synchronisées puis les
sommer.
Egalement utiliser en
simulation de radiothérapie
au TEP TDM
PRESENTATION DU TEP-TDM
Synchronisation respiratoire
Console d’acquisition reçoit et découpe les cycles en
phases(fonction du temps ou de l’amplitude)
Recalage par algorithme pour réaligner les images synchronisées
puis les sommer.
Egalement utiliser en simulation de radiothérapie au TEP TDM pour
tenir compte des mouvements respiratoires du patient
PRESENTATION DU TEP-TDM
Synchronisation cardiaque
 Enregistrement de l’électrocardiogramme pendant
toute la durée de l’examen
 Découpage du cycle cardiaque en phases et rejet des
cycles inutiles en cas de problèmes rythmiques
 Acquisition environ 10 min
 A la fin , les images contiennent assez d’informations
pour être visualisées avec une bonne résolution et
sensibilité
PRESENTATION DU TEP-TDM
Simulations pour la radiothérapie
 Nouvelle technique qui devrait améliorer la qualité des
traitements par radiothérapie car image fonctionnelle et
métabolique en plus de l’image anatomique
 Installation du patient sur un plan dur avec les mêmes
accessoires que ceux utilisés à chaque séance de rayons(
posibras, masque personnalisé, cales…)
PRESENTATION DU TEP-TDM
Simulations pour la radiothérapie
 Une fois positionné et aligné, on définit le point de centrage
plus ou moins arbitraire en fonction de la zone à traiter
 Nécessité de repérer ce point de tatouage ainsi que la
hauteur de table { l’aide de billes métalliques qui pourrons
être vu au TEP-TDM
 Alignement patient et billes réalisé { l’aide des lasers
 Acquisition standard réalisée
PRESENTATION DU TEP-TDM
Simulations pour la radiothérapie
 Médecin radiothérapeute peut contourer sur les images TEP
le volume à irradier après avoir appliqué un certain seuillage
 Ce volume à irradier comprendra la tumeur( CTV=clinical
target volume), l’envahissement métabolique ainsi qu’une
marge de sécurité.(PTV= planning target volume)
 Organes critiques également matérialisés (œsophage,
poumons moelle épinière)
PRESENTATION DU TEP-TDM
Simulations pour la radiothérapie
 Grâce aux contours effectués par le médecin et au logiciel
informatique prévu à cet effet, les lasers vont se déplacer sur
le patient et définir ainsi le nouvel isocentre qui sera tatoué
PRESENTATION DU TEP-TDM
Simulations pour la radiothérapie
 Inconvénient: examen long sur le plan dur sans bouger
(environ 1h)pour le patient et plus irradiant pour les
manipulateurs
 Avantage permet de mieux cibler le volume à irradier et
optimiser la qualité du traitement
PRESENTATION DU TEP-TDM
Modalités de l’examen:
 Préparation du patient:
 Examen à réaliser 6 semaines après chirurgie
 Examen à réaliser 4 mois après radiothérapie
 Examen à réaliser 3à4 semaines après
chimiothérapie
 Vérification absence de grossesse
 Arrêt de l’allaitement pendant 12 heures
PRESENTATION DU TEP-TDM
Modalités de l’examen:
 Préparation du patient:
 A jeun 6 heures avant examen
 Si DNID: a jeun 6 h avant mais doit prendre son
médicament le matin même dans de l’eau
 Si DID: petit déjeuné léger avant l’examen ainsi que
son insuline habituelle
 Si glycémie trop élevé le médecin peut décider
d’injecter de l’insuline mais il faudra attendre 45
min avant d’injecter le FDG
PRESENTATION DU TEP-TDM
Modalités de l’examen:
 Préparation du patient:
 Repos en position allongé pour éviter les fixations
musculaire 20min avant et 45 min après IV
 Bonne hydratation avec du sérum physiologique
 Un cp de benzodiazépine per os peut être
éventuellement prescrit et administré 1 heure avant
IV( valium pour relâchement des muscles striés)ou
un cp de phloroglucinol per os(spasfon pour les
muscles lisses comme péristaltisme intestinal)
PRESENTATION DU TEP-TDM
Modalités de l’examen:
 Préparation du patient:
 Repos avec une
couverture et
éventuellement donner
un cp d’Avlocardil pour
limiter la graisse brune
RADIOPROTECTION
 Temps
 Distance
 Ecrans
 Dosimétrie