Tomographie par Emission de Positons (TEP) pour le cancer

Tomographie par Emission de Positons (TEP) pour le cancer - TECHNOLOGIE ET
APPLICATIONS
FONCTIONNEMENT
Description technique
La tomographie par émission de positrons (TEP)(1)
La tomographie par émission de positrons (TEP) est une technologie d’imagerie médicale tridimensionnelle
utilisée en médecine nucléaire. On administre au patient une substance radioactive. Le patient est ensuite
placé dans le champ d’une caméra qui permet d’imager la distribution de cette substance dans l’organisme.
La TÉP se distingue d’autres technologies d’imagerie médicale par le fait qu’elle permet d’observer l’activité
métabolique des tissus ainsi que leur flux sanguin.
Fonctionnement la TEP La TÉP fournit des images de la
répartition dans le corps d’une molécule particulière, appelée traceur. Pour les fins de la TÉP, le traceur est
marqué par un isotope émetteur de positrons. Chargé positivement, le positron est l’antiparticule de
l’électron, de charge négative. Le traceur est administré en infime quantité au patient. Cette injection ne
présente aucun danger pour le patient, et n’occasionne pas de douleur. Les isotopes contenus dans le
traceur libèrent des positrons. En quittant le noyau des isotopes, les positrons rencontrent des électrons.
Cette rencontre provoque l’annihilation des deux particules, et l’émission de deux photons, ou particules de
lumière, dans des directions opposées. La détection simultanée de ces photons par les caméras permet,
après traitement informatique, de constituer une image tridimensionnelle des tissus où le traceur est présent.
On choisit le traceur selon la fonction particulière de l’organisme qu’on désire observer. Par exemple, pour
identifier des cellules cancéreuses, on peut utiliser une molécule de glucose dont un des atomes d’oxygène a
été remplacé par un atome de fluor 18. De cette façon, on peut localiser les régions de l’organisme où le
glucose est en forte demande. C’est le cas des cellules cancéreuses, dont le métabolisme est plus élevé que
celui des cellules normales. Le fluor 18, incorporé au fluorodésoxyglucose (ou FDG), est l’isotope le plus
fréquemment utilisé pour des examens de TEP. On utilise aussi l’oxygène 15, l’azote 13 et le carbone 11.
Equipements nécessaires au fonctionnement de la TÉP
Un cyclotron
Lors des examens de TÉP, on doit injecter au patient un traceur marqué par un radio-isotope émetteur de
positrons. Ces radio-isotopes sont produits par un accélérateur de particules appelé cyclotron. Puisqu’il s’agit
d’une technologie basée sur l’énergie nucléaire, il est essentiel que le cyclotron soit blindé contre les
radiations. La plupart des isotopes utilisés en TÉP possèdent une très courte demi-vie, de 2 minutes pour
l’oxygène 15 à 110 minutes pour le fluor 18. Les installations de TÉP doivent donc être situées suffisamment
près d’un cyclotron pour permettre le transport des produits dans un court délai.
Un laboratoire de radiochimie Une fois les radio-isotopes produits par le cyclotron, ils sont incorporés au
traceur dans un laboratoire de radiochimie. Une caméra TÉP Après l’injection d’un traceur, le patient est
placé dans le champ d’une caméra TÉP. Cette caméra cylindrique, constituée de détecteurs en forme
d’anneaux, détecte le rayonnement produit par le traceur. Une installation de TÉP doit aussi être dotée
d’équipements de radioprotection, de même que de l’équipement informatique nécessaire au traitement des
données et à la production d’images tridimensionnelles. Le fonctionnement d’une installation de TÉP requiert
un personnel hautement qualifié : technicien, personnel infirmier radiopharmacien et spécialiste en médecine
nucléaire. Dans les cas d’installations avec cyclotron, il faut également prévoir l’intervention d’opérateurs de
cyclotron et de radiochimistes.
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TEP pour le cancer (2) Développée initialement pour l’étude du cerveau et du coeur, la TEP est aujourd’hui
principalement utilisée en cancérologie. Ceci résulte en partie du développement de nouvelles caméras
permettant notamment l’examen du corps entier mais surtout du nombre croissant de publications montrant
l’efficacité de cette technique aux différentes étapes de la prise en charge d’un grand nombre de cancers, du
bilan d’extension au suivi post-thérapeutique (plusieurs centaines de publications portent sur ce thème
depuis une dizaine d’années). Dans la majorité des cas, le traceur utilisé est le [18F]-fluorodéoxyglucose
([18F]-FDG). Les bases biochimiques et physiopathologiques de l’utilisation du FDG en oncologie ont été
largement étudiées depuis que Warburg et al., il y a près de 70 ans, démontraient l’augmentation de l’activité
glycolytique au sein des tissus cancéreux. En bref, la transformation néoplasique induit, dans la plupart des
cancers, une augmentation des transporteurs du glucose (en particulier GLUT1) et de l’activité des enzymes
glycolytiques (en particulier l’hexokinase). Ces modifications sont responsables d’une augmentation de
l’activité glycolytique des cellules cancéreuses tant en conditions aérobies qu’anaérobies. L’activité
glycolytique serait en relation avec la masse cellulaire tumorale viable. L’augmentation du transport du
glucose serait un reflet de la prolifération cellulaire. La fixation du glucose n’est cependant pas spécifique des
tumeurs malignes. Elle peut être augmentée dans des tumeurs bénignes ou dans des pathologies
inflammatoires (sarcoïdose, granulomatose par exemple). Le FDG est un analogue du glucose. Il entre en
compétition avec ce dernier au niveau des transporteurs transmembranaires. Plusieurs phénomènes
concourent à l’accumulation du FDG dans la cellule cancéreuse. Les plus importants sont l’augmentation de
l’expression des transporteurs transmembranaires du glucose et l’activation de la glycolyse. La première
étape de la glycolyse permet la phosphorylation du FDG en FDG-6P. L’étape suivante comporte l’action
d’une deuxième enzyme permettant une phosphorylation en position 1. Le FDG-6P n’étant pas un substrat
pour cette enzyme, il n’est donc pas dégradé et s’accumule dans la cellule. [...]
Biodistribution Le FDG s’accumule dans les tissus qui consomment du glucose [VUILLEZ1998]. À l’état
physiologique, il est capté par le cerveau (d’où les limites de l’utilisation de cette technique dans l’exploration
des tumeurs cérébrales) ou le muscle strié lors d’un exercice (ceci concerne le myocarde lorsque le patient
n’est pas en état de jeûne). En situation pathologique, il se fixe dans les tissus en prolifération (tissu
cancéreux notamment). Sa distribution peut être déterminée in vivo en utilisant l’émission radioactive β+
du fluor-18. Après injection en intraveineuse du [18F]-FDG, la radioactivité décroît rapidement, la période
physique du fluor-18 n’étant que de 110 minutes. L’irradiation du patient est de ce fait modeste, comparable
à celle d’une scintigraphie du squelette et inférieure à celle des examens tomodensitométriques (scanner).
La tolérance du traceur est excellente, aucun effet secondaire sévère n’ayant été rapporté.
Réalisation
technique de l’examen En cancérologie, l’examen TEP comporte systématiquement une acquisition “ corps
entier”. Celle-ci est habituellement limitée à la partie basse de l’encéphale (pour éviter une saturation de
l’image par la fixation physiologique intense du cerveau) et à mi-cuisse (sauf si une recherche de localisation
tumorale sur les membres inférieurs est nécessaire). Pour éviter une compétition entre le FDG et le glucose
sérique, le patient sera maintenu à jeun au moins pendant 6 heures avant l’injection. Le patient peut boire de
l’eau ou des boissons non sucrées durant cette période. Un contrôle de la glycémie doit être réalisé pour
éviter d’injecter en situation de déséquilibre (diabète). Pour limiter la fixation physiologique musculaire, le
patient est maintenu au repos, dans une ambiance calme et si possible en lumière douce. On évitera la
lecture et la mastication (chewing-gum). L’administration de diazépam per os peut être nécessaire,
notamment lorsque les régions à étudier sont très musclées (par exemple la face et le cou dans l’exploration
des cancers ORL ou les lymphomes). L’utilisation de diurétiques peut être nécessaire si l’activité vésicale est
trop intense. L’activité injectée par voie intraveineuse dépend du poids du patient et du type de machine. Elle
varie de 150 à 300 MBq. L’enregistrement tomographique débute en moyenne 1 heure après injection
(minimum 45 minutes) et dure selon les machines de 40 à 70 minutes. Les images reconstruites sont
visualisées suivant les trois plans orthogonaux habituels. Certaines machines sont couplées avec une TDM
permettant directement une fusion des images. Ceci représente une aide importante au diagnostic.
Traitement de l’image / quantification La fixation tumorale du [18F]-FDG étant représentative de la
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prolifération cellulaire, il est intéressant de pouvoir la quantifier. L’évolution de cette fixation au cours du
temps pourrait être un bon indicateur de la réponse thérapeutique. Un certain nombre d’algorithmes ont été
développés, plus ou moins aisés à mettre en oeuvre en routine clinique. La plupart des travaux font référence
à un indice relatif de fixation normalisé (SUV : standardized uptake value) obtenu de façon simple en
rapportant la fixation tumorale à l’activité totale injectée et au poids du patient, selon une formule : SUV =
(Concentration du traceur (kBq/mL)) / (Activité injectée (kBq) / Poids patient (g)) Ce paramètre apparaît
comme discriminant (bénin/malin) dans un certain nombre d’études mais reste à confirmer dans l’évaluation
de la réponse thérapeutique.
Interprétation des images : images normales et pathologiques La fixation du
FDG reflète le métabolisme glucidique. Le sucre étant un substrat énergétique pour la plupart des cellules de
l'organisme, certaines structures seront alors visibles lors d'un examen normal, en particulier le cerveau et le
myocarde (dont le métabolisme est assuré à la fois par le catabolisme des acides gras et celui du glucose).
Le cerveau normal est constamment visible. La fixation cardiaque est quant à elle variable, dépendante
notamment du respect et de la durée de la diète préconisée avant l’examen. Les autres muscles du squelette
(muscles striés) peuvent également être visualisés, notamment après un exercice musculaire. De même, les
structures musculaires du cou sont parfois visibles lorsque le sujet est algique, contracté ou stressé (ce qui
peut gêner la recherche de fixations pathologiques au niveau de la tête et du cou). Pour diminuer ces
fixations myocardique et musculaire, l’injection est effectuée chez un patient à jeun et au repos musculaire
complet. Le système urinaire (reins et vessie) est également visualisé car le FDG n’étant pas réabsorbé au
niveau du rein, contrairement au glucose, il existe une élimination urinaire du traceur. Une fixation d’intensité
plus faible et plus diffuse peut être observée au niveau d’autres organes en particulier le foie, la rate et la
moelle osseuse, de même qu’au niveau de l’estomac et du côlon. L’analyse des images cherchera
essentiellement à mettre en évidence une hyperfixation anormale du [18F]-FDG, celle-ci pouvant être liée à
une prolifération tumorale.
Dosimétrie, toxicité […] Chez le sujet adulte, la dose efficace est estimée à 0,021
mGy/MBq. L’activité injectée peut varier de 150 à 300 MBq. Le [18F]-FDG est parfaitement bien toléré ;
aucun effet secondaire majeur n’a été rapporté sur plus de 10 ans d’utilisation, ce qu’a confirmé une
synthèse de 1998 portant sur plus de 80 000 administrations [SILBERSTEIN1998].
Lien vers les dossiers ETSAD traitant d'un sujet proche:
- Tomographie par émission de positons couplée à la tomodensimétrie (TEP-TDM)
Sources : (1) AETMIS, 2001; (2) FNCLCC, Utilisation de la TEP-FDG en cancérologie, 2003
Matériovigilance
Alertes ANSM
06/01/2014 - [DM] - Système de medecine nucléaire Gemini TF 16, Gemini TF 64, Gemini TF ready, Gemini
LXL, Gemini TF Big Bore et TruFlight Select- Philips - Information de sécurité
L'ANSM a été informée dela mise en œuvre d'une action de sécurité effectuée par PHILIPS. Lesutilisateurs
concernés ont reçu le courrier ci-joint (06/01/2014)
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Brilliance CT, Gemini, Precedence - Philips - Information de sécurité
24/09/2013
L'ANSM a été informée de la mise en œuvre d'une action de sécurité effectuée par Philips. Les utilisateurs
concernés ont reçu le courrier (24/09/2013) , ainsi que sa note additionnelle (24/09/2013)
Brilliance CT, Gemini, Precedence - Philips - Information de sécurité
26/07/2013
L'ANSM a été informée de la mise en œuvre d'une action de sécurité effectuée par Philips. Les utilisateurs
concernés ont reçu le courrier (26/07/2013) , ainsi que sa note additionnelle ci-joints (26/07/2013)
16/10/2012 - [DM] - Gamma camera Discovery NM/CT670 et Discovery NM630 - GE Healthcare Information de sécurité
L'ANSM a été informée de la mise en œuvre d'une action de sécurité par la société GE Healthcare. Les
utilisateurs concernés ont reçu le courrier ci-joint (16/10/2012)
01/03/2012 - [DM] - Gamma caméras Infinia - société GE Healthcare - Information de sécurité
L'Afssaps a été informée d'une action de sécurité effectuée par la société GE Healthcare. Les utilisateurs
concernés ont reçu le courrier ci-joint. (01/03/2012)
Horloge du système de tomographie par émission de positrons - GE Healthcare - Information de
sécurité
16/06/2011
L'Afssaps a été informée de la mise en œuvre d'une action de sécurité effectuée par la société GE
Healthcare le 10/06/2011. Les utilisateurs concernés ont reçu le courrier ci-joint (16/06/2011)
Information concernant les applications Cardiac Viewer et pulmonary Viewer utilisées avec les
TEP-SCAN Gemini Philips
20/11/2007
L'Afssaps a été informée de recommandations d'utilisation communiquées par la société Philips Systèmes
Médicaux le 16 novembre 2007 aux utilisateurs des applications "Cardiac Viewer" et "Pulmonary Viewer"
utilisées sur certaines versions des tomographes à émission de positons équipés de tomodensitomètres
(TEP-SCAN) Gemini et stations de travail EBW, suite à la mise en évidence d'un défaut du logiciel.
Les utilisateurs concernés, en France, ont reçu le courrier ci-joint (16/11/2007)
Les autorités compétentes européennes ont été informées de cette mesure par fabricant.
Cette information s'adresse aux directeurs d'établissements de santé et correspondants locaux de
matériovigilance pour diffusion aux services concernés.
Action corrective concernant les systèmes Biograph PET/CT- Siemens
30/07/2007
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En accord avec l'Afssaps, la société Siemens a informé le 26/07/2007 les utilisateurs des systèmes Biograph
PET/CT d'une action corrective suite à un risque d'apparition d'artéfacts asymétriques sur les images
reconstruites.
Les établissements de santé concernés par cette action, en France, ont reçu le courrier ci-joint (26/07/2007)
à l'attention des directeurs d'établissements de santé et correspondants locaux de matériovigilance pour
diffusion aux services concernés.
Les autorités compétentes européennes ont été informées de cette mesure par le fabricant.
Sources : AFSSAPS
UTILISATIONS
Indications
- Cancer de l’ovaire (1)
primary diagnosis, primary staging, restaging and recurrence diagnosis of ovarian cancer.
- Cancer du col de l’utérus (2)
detection of residual cervical cancer following treatment (surgery, radiation, chemotherapy, or combination)
- Cancer du sein précoce/récurrent (3)/(4)
- Cancer du cerveau (2)
Primary brain tumors arise predominantly from the neuroglia (or glial cells), which provide neuronal support.
There are four types of glial cells: astrocytes, oligodendrocytes, microglia, and ependyma (ependymocytes).
Gliomas – the most common type of brain tumor – arise from glial cells and this wide variety explains the
heterogeneity of gliomas. In addition to classification by cell type, brain tumors are characterized by grade,
using the widely accepted WHO classification (Kleihues, 1993). The criteria that are utilized to grade brain
tumors are: (a) cellular atypia, (b) mitoses, (c) infiltration, (d) necrosis, and (e) vascular changes.
- Cancer du pancréas (2)
adjunct to conventional imaging (e.g., CT, MRI, endoscopic ultrasound) in the following clinical situations:
> In differentiating benign from malignant pancreatic lesions
> In detecting metastatic pancreatic cancer
- Cancer pulmonaires à petites cellules (2)
> staging to determine the true extent of disease at initial diagnosis in patients with small cell lung cancer
(SCLC)
> restaging post treatment to evaluate the response to initial treatment (detect residual or new disease sites)
in patients with SCLC
> diagnosing occult small cell lung cancer in patients with paraneoplastic syndrome(s) commonly associated
with this neoplasm.
- Cancer du côlon et du rectum (5)
diagnosis; staging and restaging; evaluation of treatment response; and detection of recurrent colorectal
cancer.
- Cancer du testicule (2)
> initial staging
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> evaluation of residual masses or suspected recurrent disease to reliably distinguish between viable tumor
and fibrosis/necrosis
> determining if there has been a recurrence of tumor in patients with rising serum tumor markers and a
normal CT
- Mélanome malin (6)
primary staging and diagnosis of recurrences in malignant melanoma
- Tumeurs de la tête et du cou (7)
The investigated indications for the use of PET or PET/CT were a) determination of the tumour stage
(“staging”), b) response of the tumour to treatment (“residual disease evaluation/restaging”), and c) detection
of recurrence in the case of justified suspicion. In addition, it was examined whether, in patients with an
unknown primary tumour, patient-relevant benefit or harm resulted from diagnosis by means of PET or
PET/CT versus conventional diagnostic procedures applied in the search for the tumour and in TNM staging.
- Lymphome malin (8)
This was primarily concerned with describing the patient-relevant benefit that doctors and patients can expect
from imaging procedures using PET or PET/CT in malignant lymphoma. Its use was considered in the
following indications:
> Determination of the tumour stage (staging),
> Treatment response of lymphoma (residual disease evaluation/restaging), and
> Evidence of recurrence in the case of justified suspicion
Sources : (1) IQWIG, 2012
(2) AHRQ, 2004
(3) AHTA, 2009
(4) NCCHTA, 2010
(5) REBRATS, 2010
(6) IQWIG, 2011
(7) IQWIG, 2011
(8) IQWIG, 2009
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