Utilisateur:Wikimavi2014/Imagerie médicale bi-modalité IRM-TEP

L'imagerie bi-modalité IRM-TEP est une technique d'Imagerie médicale qui utilise deux modalités : l'Imagerie par résonance magnétique (IRM) qui fournit une image anatomique et la Tomographie par émission de positons (TEP) pour avoir une image fonctionnelle.

Histoire

Le premier succès de l’imagerie hybride a été marqué par la mise en service de l'appareil de TEP/TDM à l’Hôpital universitaire de Zurich en 2001, qui utilise les rayons X.

Le premier projet TEP-IRM a été publié en 1997 et depuis des nombreux développements ont essayé de dépasser les interférences entre les deux modalités. Les premiers prototypes se limitaient à l'utilisation pour les animaux ou pour l'imagerie du cerveau. Le radiologue Heinz-Peter Schlemmer des Hôpitaux de l' Université Eberhard Karl de Tübingen, a publié en novembre 2006 les premières images du corps humain obtenues par IRM-TEP dans le journal “Radiology”.

En avril 2010, le premier appareil de type IRM-TEP en Europe et le deuxième au monde a été installé à The University Hospitals of Geneva (HUG). Le scanner a été développé par la société Philips. L'autre scanner de ce type se trouvait à Mount Sinai Hospital (New York). Les deux ont été installés afin d'être utilisés dans des routines cliniques et des projets de recherche destinés à tester et prouver la valeur de ce type de modalité hybride dans des domaines tels que la neurologie, la cardiologie et les maladies infectieuses et inflammatoires. Celui-ci a été le premier scanner capable d'effectuer des images du corps entier, malgré le fait que le deux sous-parties soient séparées. Le scanner a été développé pendant une année par Philips en partenariat avec Translational and Molecular Imaging Institute du Mount Sinai School of Medicine à New York. Les applications étudiées dans le cadre de ce projet visaient la cardiologie. Les scanners ont été ensuite installés à Dresden, Madrid et Sao Paulo pendant l'année suivante. L’unité d’imagerie médicale de l’Hôpital universitaire de Zurich utilise depuis l’automne 2010 un système de TEP/TDM-IRM, qui allie la TEP/ TDM et l’IRM grâce à une table de transfert spécialement développée. Durant la première année d’utilisation, plus de 250 patients ont été examinés à Zurich. Les réglages de l’appareil ont continuellement été analysés et optimisés. Il a ainsi été possible de réduire considérablement la durée d’acquisition corps entier par IRM. En 2013, seulement quelques unités de IRM-TEP étaient utilisés en clinique. La plupart des 30-40 appareils hybrides existants dans le monde étaient utilisés dans des instituts de recherche et dans des hôpitaux universitaires. Dans le cadre des équipements d'excellence du programme "Investissements d'Avenir", le Centre de Recherches Multimodal et Pluridisciplinaire en Imagerie du Vivant (CERMEP) de Lyon s'est vu attribuer un projet de recherche, nommé LILI, consistant à développer une plateforme hybride TEP-IRM, avec le début d'activité prévu pour l'été 2014. Celle-ci est la première installation d'une modalité de ce type en France.

Technologie

Cette technique d'imagerie médicale utilise deux modalités : l'IRM et la TEP. C'est donc une assemblage de ces deux machines, qui peut être sous différentes formes (voir Machines Existantes). Cette machine hybride sert donc à réaliser une examen TEP et IRM simultané, mais aussi on peut dissocier ces deux examens. Lors d'un examen TEP-IRM, on superpose les deux images des deux modalités pour avoir une combinaison des résultats sur une même image.

Fusion matérielle

Une première contrainte est technologique, il s'agit de faire fonctionner les deux technologies en même temps et donc éviter des interférences mutuelles. En effet, les champs magnétiques intenses de l'IRM est perturbateur pour les Photomultiplicateur de la TEP et génèrent des Courants de Foucault. En plus, la machine IRM dissipe une relative chaleur et entraîne des vibrations. De même, l'électronique de la machine TEP trouble les acquisitions IRM par des perturbations de l'homogénéité du Champ magnétique constant B₀, ainsi que des interférences radio-fréquences, ce qui va augmenter le bruit de l'IRM et donc limiter le Rapport signal sur bruit.

Fusion des images

Une seconde contrainte est sur le plan du post-traitement. Lorsque l'image ne contient pas de repères fixes identifiables, par exemple pour des tissus mous, il est très difficile de fusionner les images des deux modalités.

Une troisième contrainte vient du fait que le champs de vue de l'IRM est inférieure au champs de vue de la TEP. De plus, la résolution spatiale et temporelle est différentes. Il est donc nécessaire de dégrader la résolution de l'image TEP, par troncature, pour la faire correspondre à l'image de l'IRM.

Intérêts cliniques

La bi-modalité IRM-TEP permet de combiner les avantages des deux technologies d'imagerie médicale. En effet, l'IRM offre des informations sur le plan anatomique et la TEP sur le plan fonctionnel. Ces deux aspects sont complémentaires et permettent la détection précoce des pathologies ou l'évaluation de l'efficacité de traitements en cours sur un patient.

Un autre avantage est d'apporter un gain de temps et de confort pour le patient en effectuant deux examens en un.

Ceci a également des conséquences sur la qualité des images en garantissant ainsi une synchronisation entre l'acquisition IRM et TEP, ce qui simplifie les problématiques de recalage des images. Cet avantage contribue particulièrement à améliorer l'évaluation des tumeurs ORL où la localisation exacte des lésions est difficile si les images ne sont pas enregistrées dans les mêmes positions.

Comparaison à la TEP/TDM

Un des principaux avantages de l’imagerie TEP/IRM est la réduction de dose de radiation par rapport à l’imagerie TEP/TDM (Tomodensitométrie) en éliminant l’irradiation de l’examen TDM. Cette diminution, quoique minime, prend son importance surtout chez les patients jeunes et les enfants. Elle est moins critique chez les patients âgés et les patients souffrant de cancers avec une espérance de vie réduite.

Par rapport aux images TDM, les images IRM présentent un bien meilleur contraste des tissus mous, ce qui est particulièrement utile lors de l’exploration du cerveau, de la région de la tête et du cou ainsi que du foie. En plus de l’anatomie macroscopique, l’IRM offre également la possibilité d’obtenir des informations sur les processus au niveau moléculaire, c'est l'IRM fonctionnelle. Ainsi, il est par exemple possible de mesurer la diffusion des molécules d’eau, ce qui est utile pour détecter des infarctus cérébraux, des abcès ou des tissus tumoraux.

L’IRM peut également permettre de mesurer la concentration de différentes molécules afin d’obtenir des informations plus précises sur la composition des tissus. Dans le cas des tumeurs cérébrales, il est possible d’acquérir des informations sur l’ampleur de la prolifération cellulaire, sur le métabolisme énergétique, sur l’hypoxie et la nécrose, ainsi que sur l’intégrité des cellules nerveuses.

Souvent, les métastase cérébrales ne peuvent pas être diagnostiquées par TEP/TDM alors qu’elles peuvent être détectées avec une grande sensibilité avec l’IRM.

Dans la région de la tête et du cou, les artéfacts liés aux implants dentaires empêchent souvent une transposition anatomique fiable des données TEP à la TDM, ce qui peut être évité à l’IRM.

Par ailleurs, l’IRM permet de visualiser les vaisseaux sanguins et d’étudier le flux sanguin sans employer de produit de contraste.  Dans certains cas, l’imagerie IRM fournit toutes les informations anatomiques et morphologiques nécessaires rendant l’imagerie TDM souvent non contributive au diagnostic. C’est, dans ces cas, qu’une imagerie hybride TEP/IRM prend toute sa valeur remplaçant avantageusement l’imagerie TEP/TDM.

Applications

Actuellement, la bi-modalité IRM-TEP est encore en phase d'intégration et est plutôt utilisée pour la recherche. Selon les chercheurs du CERMEP de Lyon, il est aujourd'hui difficile de désigner une application phare de l'IRM-TEP. Cependant, la précision de l'IRM pour la visualisation des lésions ainsi que son bon contraste des tissus mous laisse penser que la neurologie et l'oncologie feront parties des applications majeures de cette technologie hybride. Le professeur Bruno Dubois, directeur de l'IM2A à la Pitié-Salpêtrière confirme l’intérêt pour la prévention de maladies neurodégénératives comme la maladie d'Alzheimer. Les applications "corps entier" sont également ciblées par ce type d'imagerie de par le rapport performance/rapidité d'analyse. L'IRM-TEP offre un spectre d'analyse plus large que la TEP-TDM et a vocation à la remplacer. Cependant,de par sa rareté (une cinquantaine dans le monde), l'IRM-TEP est encore en phase de développement et d'amélioration notamment du point de vu des protocoles d'analyse.

Machines existantes

Trois grands constructeurs d'imageurs médicaux ont conçu leur imageur hybride IRM-TEP. Ils proposent des structures et des solutions technologiques différentes pour palier aux contraintes de la fusion des deux techniques d'imageries.

Ingenuity TF PET/MRI de Philips

Le système développé par Philips Healthcare et certifié CE en Europe en 2011, l’Ingenuity TF PET/MRI, combine des dispositifs TEP caméra « temps de vol » Astonish ou Gemini TF et IRM Achieva 3T installés à une distance d’environ 3 mètres l’un de l’autre. Ils sont connectés par un lit d’examen unique, pivotant de 180° et permettant un déplacement du patient sans que sa position ne change entre les deux examens. Des éléments protecteurs isolent l’électronique et les photomultiplicateurs du tomographe TEP des effets du champ magnétique de l’IRM. D’autres modifications de ces composants ont également été appliquées pour diminuer leur risque de parasiter les images d’IRM. Une acquisition corps entier dure entre 24 et 30 minutes : 6 minutes d’IRM pour le calcul des coefficients d’atténuation et de 18 à 24 minutes d’images TEP en six à huit positions de lit de trois minutes à chaque fois. Chacun des dispositifs est utilisable individuellement. Néanmoins, l’unicité du lit d’examen interdit un usage simultané des deux appareils.

Biograph mMR de Siemens

La société Siemens Medical a développé en 2010 le Biograph mMR (molecular Magnetic Resonance) qui incorpore dans une seule machine les techniques TEP et IRM et permet une acquisition 3D simultanée du corps entier. L’anneau de détection TEP constitué de photodiodes avalanche (insensibles aux champs magnétiques) est intégré à l’intérieur d’un système IRM 3 Tesla (Siemens AG 2010). L’acquisition se fait selon un protocole IRM standard tandis que la caméra TEP collecte les données en arrière-plan. Une acquisition simultanée corps entier peut durer entre 45 et 75 minute suivant un protocole impliquant ou non un produit de contraste. L’appareil peut également être utilisé en tant qu’appareil IRM « stand alone ». Sa nature intégrant les deux fonctions dans un seul appareil lui permet de ne pas occuper plus de place qu’une IRM conventionnelle.

Signa PET/MR de GE

Le SIGNA PET/MR certifié CE en 2014 combine la puissance d'une machine IRM de 3.0T avec la dernière technologie intégrée par émission de positons (TEP) de GE. L'acquisition simultanée des données TEP et IRM permet de nouvelles opportunités pour les cliniciens. L'IRM est excellente pour l'imagerie des tissus mous ainsi que des détails morphologiques et fonctionnelles et l'imagerie TEP permet aux cliniciens de visualiser l'activité cellulaire et le métabolisme. Lorsque vous combinez ces deux outils innovants, les cliniciens peuvent être en mesure de voir des changements cellulaires précoces avant que des changements anatomiques peuvent être observés et peuvent alors fusionner les images anatomiques et les données de biochimie active ensemble pour identifier la croissance cellulaire anormale.

Tableau comparatif des performances

	Siemens Biograph mMR	Philips Ingenuity TF PET MR	GE Signa PET/MR
Champ magnétique	3.0 T	3.0 T	3.0 T
FOV	25.8 cm	18 cm	25 cm
Résolution spatiale moyenne	4.3 mm en pleine largeur, à la moitié du maximum, à un centimètre de décalage du centre du FOV	4.9mm dans l'axe; 5.5mm à 10cm de l'axe	--
Cristaux détecteurs PET	LSO	LYSO	Tube de photomultiplicateurs en silicium (SiPM) et scintillateur/cristal LBS
Sensibilité	15.0kcps/MBq le long du centre du scanner	6400 cps/MBq au centre et à 10cm	21 cps/kBq
Coefficient de dispersion	37.9%	32%	--
Homogénéité du champ B0	< 1 ppm dans un rayon de 120 mm	0.7ppm garantis dans 40x40x40cm	--
Homogénéité du champ B1	équivalent à un scanner MR standard	--	--
Peak noise equivalent count rate	184 kcps à 23.1 kBq/mL	76 kcps à 15 kBq/ml	--