UTILISATION DU TEP-SCAN 4D POUR LA RADIOTHÉRAPIE
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UTILISATION DU TEP-SCAN 4D POUR LA RADIOTHÉRAPIE
Régis AMBLARD – Tristan BERANGER – Nicolas GARNIER – Rémy VILLENEUVE – Benjamin SERRANO
DIVISION DE RADIOPHYSIQUE ET DE RADIOPROTECTION
DEPARTEMENT DE MEDECINE NUCLEAIRE
SERVICE DE RADIOTHERAPIE
Centre Hospitalier Princesse Grace - Monaco
Principe du TEP
u Tomographie par Emission de Positrons (TEP)
u Imagerie fonctionnelle / métabolique è visualisation du métabolisme cellulaire
u Injection couple vecteur – traceur (ex : Glucose / 18F)
u Traceur = Emetteur de positron β+ è annihilation avec e- du milieu è émission de 2 hv de 511 keV à 180°
u Détection d’une coïncidence è localisation de la Ligne de Réponse (LOR) sur laquelle a lieu l’annihilation
u Utilisation du 18F-FDG è visualisation de la consommation glucidique des Cellules
u Pathologies cancéreuses
u Infections
u Fixation physiologique normale :
cerveau / reins / vessie …è vidange avant examen , muscles è repos strict entre injection et examen (1 h)
Intérêt du Scanner (CT)
u Information anatomique supplémentaire (Fusion)
u Problématique de l’atténuation en TEP :
u Détection d’une coïncidence ó 2 photons hv
u + le lieu d’annihilation du β+/ création des 2 est profond è + la chance que l’un des 2 hv soit absorbé est grande
è Perte de sensibilité en profondeur
Sans correction µ Avec correction µ
Sans correction µ Avec correction µ
Fantôme homogène Patient
Nécessité de corriger dans l’algorithme de reconstruction !!!
Le TEP du CHPG
Modèle Biograph mCT Siemens
Champ de vue Trans-axial Diamètre 78 cm x Longueur 22 cm ó sensibilité
Nombre d’anneaux 4
Longueur du pas d’acquisition L = 22 cm
Résolution spatiale 1 cm è 4,3 mm // 10 cm è 5,5 mm // 20 cm è 7 mm
Résolution temporelle 550 ps è correction temps de vol (TDV)
Type de cristal LSO (Orthosilicate de Lutétium) 4 x 4 x 20 mm ó Résolution
Corrections Atténuation + Diffusion + TDV + mvts respiratoires (gating)
Dose injectée 3 MBq / kg
Durée acquisition ~ 15 minutes soit 8 x 2 min/pas
Synchronisation respiratoire Sur TEP / Sur CT / Sur TEP et CT
Proximité des services de Medecine Nucléaire et Radiothérapie au sein du CHPG
è Possibilité de faire des TEP « dédiés » à la radiothérapie sur des créneaux réservés
è utilité pour des traitements stéréotaxiques (précision +++)
Intérêts du TEP pour la RT
u Moyen efficace de :
u Localiser tumeur è définition du V à traiter (CTV è PTV)
u Taille / Forme tumeur
u Mesure agressivité lésion avec SUV (indice de malignité)
u TTT RT Localisations Pulmonaires et hépatiques +++ è forte sensibilité / CT
u Inconvénient majeur : artefacts de mouvements dus à la respiration
Image CT à un instant t / 1 phase de la respiration (si blocage respi)
Image TEP = moyenne sur toutes les phases respiratoires
Impact des Mouvements Respiratoires
Acq° respi bloquée
T = 20 s
è 1 lésion visible !
= le + proche de la réalité
Acq° respi libre
è 2 lésions observables
è Erreur diagnostique
è Erreur délinéation thérapie
u Déformation de la lésion + erreur de localisation ó importance définition des V en RTImpact des Mouvements Respiratoires
Acq° respi bloquée
T = 20 s
è Lésion clairement visible !
= le + proche de la réalité
Acq° respi libre
è Faible contraste de la lésion
Lésion floue difficile à distinguer du fond
Localisation précise impossible
u Diminution sensibilité détection petites lésions mobiles ó importance diagnostique + définition V en RTQuantification en TEP
u Quantification = extraire une grandeur numérique N d’une image
u Relative è Rapport de fixation
u Absolue è SUV
u Standard Uptake Value : valeur de fixation normalisée au poids et à l’activité injectée
Permet :
• D’avoir une valeur objective de fixation, représentative de la consommation en FDG de celle-ci ó malignité / agressivité
• Appliquer un seuil de délinéation en RT (ex : 40% SUVmax)
• Effectuer des comparaisons dans les suivis thérapeutiques (évolution du SUV)Impact des Mouvements Respiratoires
Acq° respi bloquée
T = 20 s
è Lésion clairement visible !
SUVmax = 7,88
= le + proche de la réalité
Acq° respi libre
è Faible contraste de la lésion
Lésion floue difficile à distinguer du fond
SUVmax = 3,35
u Diminution significative de l’indice de fixation SUV ó importance diagnostique / suivi / contours RT (seuil)Conclusion TEP et Mouvements respiratoires
u Impact des mouvements respiratoires :
u Qualitatif
u Déformation des Tumeurs
u Mauvaise localisation des Tumeurs
u Mauvaise correction d’atténuation (CT vs TEP)
Nemeh et al., J Nucl Med 2002
u Quantitatif
u Diminution du SUV è influence sur les contours via le seuilSolutions pour la radiothérapie
Fx de ttt
Marges
Marges
Acquisition statique / ttt non synchro : Acquisition synchro / ttt non synchro : Acquisition synchro / ttt synchro(gating ou inspi bloquée) :
• Marges isotropes ó expérience, littératures, etc… • Marges personnalisées au patient • Marges minimales
• Fx ttt = f (position T) sur examen • Fx ttt ≠ f (position T) sur examen • Ttt lorsque la T est à 1 position donnée uniquement
• ▼ marges taille Fx ttt è ▼ D OAR • ▼ +++ taille Fx ttt è +++ ▼ D OAR
• ▲ t de tttSolutions pour la radiothérapie
STOP
Marges
Marges
Acquisition statique / ttt non synchro : Acquisition synchro / ttt non synchro : Acquisition synchro / ttt synchro(gating ou inspi bloquée) :
• Marges isotropes ó expérience, littératures, etc… • Marges personnalisées au patient • Marges minimales
• Fx ttt = f (position T) sur examen • Fx ttt ≠ f (position T) sur examen • Ttt lorsque la T est à 1 position donnée uniquement
• ▼ marges taille Fx ttt è ▼ D OAR • ▼ +++ taille Fx ttt è +++ ▼ D OAR
• ▲ t de tttSolutions pour la radiothérapie
STOP
Marges
Marges
Acquisition statique / ttt non synchro : Acquisition synchro / ttt non synchro : Acquisition synchro / ttt synchro(gating ou inspi bloquée) :
• Marges isotropes ó expérience, littératures, etc… • Marges personnalisées au patient • Marges minimales
• Fx ttt = f (position T) sur examen • Fx ttt ≠ f (position T) sur examen • Ttt lorsque la T est à 1 position donnée uniquement
• ▼ marges taille Fx ttt è ▼ D OAR • ▼ +++ taille Fx ttt è +++ ▼ D OAR
• ▲ t de tttSolutions pour la radiothérapie
Fx de ttt
Marges
Marges
Acquisition statique / ttt non synchro : Acquisition synchro / ttt non synchro : Acquisition synchro / ttt synchro(gating ou inspi bloquée) :
• Marges isotropes ó expérience, littératures, etc… • Marges personnalisées au patient • Marges minimales
• Fx ttt = f (position T) sur examen • Fx ttt ≠ f (position T) sur examen • Ttt lorsque la T est à 1 position donnée uniquement
• ▼ marges taille Fx ttt è ▼ D OAR • ▼ +++ taille Fx ttt è +++ ▼ D OAR
• ▲ t de tttSystème de synchronisation respiratoire
u Mise en place du patient :
u Décubitus dorsal, bras sur tête
u Mise en place d’un capteur de pression avec ceinture où amplitude respi max
u Nécessité respiration la plus régulière possible
u Acquisition en mode liste : LOR1, t1, LOR2, t2, …, LORn, tn
u Reconstruction à posteriori des différentes phases possiblePrincipe synchronisation respiratoire
u Acquisition mode liste u Phases temporelles
u Découpage des cycles respiratoires en « phases » φi
u Reconstruction des données φ par φ séparément
u Phases en amplitude
Mouvements « détectés » par examen dépendent :
u Paramètres de la synchronisation (N φ, t acquisition, ΔA, etc …)
u Méthode de synchronisation utiliséePrincipe synchronisation respiratoire
u Courbe respiratoire
u Acquisition mode liste :
LOR1, t1, LOR2, t2, … LORn , tn
φ1 φ2 φ3 φ4
è Tri en fonction des phases respiratoires φ
Reconstruction indépendante
de chaque V
φ1 φ2 φ3 φ4Gating respiratoire et correction atténuation
Acquisition TEP « gaté »
Acquisition CT moyennée sur plusieurs φ
T totale acq°
Correction µ
φ1 φ2 φ3 φ4
Σφ
• Mauvaise superposition des structures (image CT moyennée)
• Mauvaise correction µ sur certaines images TEP
φ1 φ2 φ3 φ4Gating respiratoire et correction atténuation
Acquisition TEP « gaté »
Acquisition CT inspiration bloquée
T totale acq°
Correction µ
φ1 φ2 φ3 φ4
φ1
• Bonne superposition CT avec 1 phase respiration de TEP (φ1)
• Simple à mettre en œuvre (t inspi = 7 s)
φ1 φ2 φ3 φ4 • Mauvaise superposition avec les autres φGating respiratoire et correction atténuation
Acquisition TEP « gaté »
Acquisition CT « gaté »
Correction µ
φ1 φ2 φ3 φ4
φ1 φ2 φ3 φ4
• Bonne superposition CT avec toutes les φ
• Exposition RX supérieure (3 à 4 x) et qualité image CT – bonne
φ1 φ2 φ3 φ4 (à mettre au regard de la dose prescrite en RT)Etude sur objet test mobile : Mode opératoire
u Objet test mobile è conditions similaires à la clinique
u Fantôme QUASAR è 10 sphères de Ø 6 mm à 33 mm
u Mouvement périodique è translation et rotation
u Rythme respiratoire : 12 rpm
u [Ainj (18F-FDG)] = 36 MBq / 150 mL = 0,24 MBq/mL
u Milieu environnant = polystyrène ≈ air
u Paramètres acquisition et reconstruction
u Gating sur 8 phases au CT + au TEP
u t acq TEP = 10 min
u Matrice 200 x 200 / Zoom 1 / Filtre Gaussien FWHM = 2 mm
On s’attend à avoir un SUV theorique de 1 dans les sphères / 0 autourPrincipe
TEP Synchronisé
TEP Synchronisé
CT non synchronisé
CT SynchroniséMéthodes d’analyse
u Mesures sur image TEP
u SUVmax
u V ROI (SUV > 40% SUVmax)
u Mesures sur images CT
u V (sphères)
Sphéres de 9 mmRésultats : influence du Ø des sphères sur le SUV
u Influence de la taille de la sphère sur le SUVmax
SUV max / SUV max,STATIQUE = f(Ø sphères)
1,20
Avec Gating PET CT
1,00
STATIQUE
0,80
SUVmax / SUVmax,
0,60
0,40
0,20
0,00
33,27 26,82 21,79 17,69 14,43 11,89 9,86 8,23 6,95 5,94
Ø sphères (mm)
u SUVmax ▼ quand Ø ▼
u SUVmax ▼ légèrement entre 33 et 12 mm, puis ▼ rapidement après è Effet de Volume Partiel (EVP)Effet de Volume Partiel
u Détecteur parfait :
u Réponse du détecteur = 1 dirac 100% 100%
u Image(1 point) = 1 point
x =
u Détecteur réel :
u Réponse du détecteur = imparfaite Fonction de
Objet Image observée
dispersion ponctuelle
u Image(1 point) = 1 gaussienne parfaite
u Étalement du signal
u Augmentation de la taille de l’objet
u Diminution de l’intensité de fixation
è Une partie de A (intérieur) objet détectée à l’exterieur et vis versa
u EVP dépend : 68%
u Résolution spatiale du système è σ Gaussienne FDP x =
u Taille de l’objet
u Contraste objet/fond (RSB)
Fonction de
è Effet d’autant + important que la structure est petite Objet dispersion ponctuelle
Image observée
réélleRésultats : influence de l’EVP
u Influence de la taille de la sphère sur le SUV
SUV max / SUV max,STATIQUE = f(Ø sphères)
1,20 RS (TEP) ≈ 4 à 5 mm
Avec Gating PET CT EVP visible à 3 x RS
1,00 è 12 mm
STATIQUE
0,80
SUVmax / SUVmax,
0,60
0,40
0,20
0,00
33,27 26,82 21,79 17,69 14,43 11,89 9,86 8,23 6,95 5,94
Ø sphères (mm)
u SUVmax ▼ quand Ø ▼
u SUVmax ▼ légèrement entre 33 et 12 mm, puis ▼ rapidement après è Effet de Volume Partiel (EVP)Résultats : influence de l’EVP
u Influence de la taille de la sphère sur le SUV
SUV max / SUV max,STATIQUE = f(Ø sphères)
1,2 RS (TEP) ≈ 4 à 5 mm
Sans Gating (180 s)
EVP visible à 3 x RS
Avec Gating PET CT
1 è 12 mm
STATIQUE
0,8
SUVmax / SUVmax,
0,6
0,4
0,2
0
33,27 26,82 21,79 17,69 14,43 11,89 9,86 8,23 6,95 5,94
Ø sphères (mm)
u SUVmax ▼ quand Ø ▼
u SUVmax ▼ légèrement entre 33 et 12 mm, puis ▼ rapidement après è Effet de Volume Partiel (EVP)
u Apport du gating sur sphères moyennesRésultats : influence du Ø des sphères sur le V
u Influence de la taille de la sphère sur le V des ROI des images TEP
u VROI (TEP) = V contenant les voxels dont le SUV > 40%.SUVmax
6
V ROI TEP/ V théorique
5
4
3
2
1
0
35 30 25 20 15 10 5 0
Ø sphères (mm)
u VROI (TEP gaté) ≈ V sphère lorsque Ø > 12 mm
u Si Ø < 12 mm è VROI (TEP gaté) ▲+++ / rapport à V sphèreRésultats : influence du Ø des sphères sur le V
u Influence de la taille de la sphère sur le V des ROI des images TEP
u VROI (TEP) = V contenant les voxels dont le SUV > 40%.SUVmax
6 RS (TEP) ≈ 4 à 5 mm
V ROI TEP/ V théorique
EVP visible à 3 x RS
5 è 12 mm
4
3
2
1
0
35 30 25 20 15 10 5 0
Ø sphères (mm)
u VROI (TEP gaté) ≈ V sphère lorsque Ø > 12 mm
u Si Ø < 12 mm è VROI (TEP gaté) ▲+++ / rapport à V sphèreRésultats : influence de la phase sur le SUV
u Influence de la phase sur le SUVmax
Ex : Sphère 14,43 mm Ø
SUV max = f(φ)
1,2
SUV max (Φ) / SUV max (STATIQUE) 1 SUV théorique
0,8
0,6 SUV statique
0,4
0,2
0
1 2 3 4 5 6 7 8
Φ respiratoire
u SUV max dépend de la phase de la respiration
u SUV max ▲ aux φ 1, 4, 5 et 8 è correspondent aux φ où vitesse sphères = minimaleEffet de Flou Cinétique
u Mouvement / accélération sphère = f(phase respi)
u Incertitude sur la position exacte de la lésion
u Création d’un flou cinétique sur Im TEP et CT
Lésion
u Affecte +++ les phases intermédiaires Lésion
u Affecte le – les phases extrêmes 0% et 100% inspi
è Affecte images TEP et CTè affecte matching PET CT Lésion
è Conclusion : phases extrêmales les plus précises ! Lésion
Lésion Lésion
LésionConclusion
u Mouvements respiratoires du patient = importants dans 2 types de localisations
u Thoracique (Poumons, Œsophage, etc …)
u Abdominale (Foie, reins, etc …)
u Imagerie TEP CT très sensible aux mouvements :
u Impact diagnostic au travers du SUV
u Impact thérapeutique au niveau forme contours, localisation, SUVseuil
u Nécessité de les prendre en compte +++ en RT, d’autant + si ttt stéréo
u Gating respiratoire = 1 solution qui permet
u De connaître position T = f(t)
u Création ITV si l’on veut traiter sur toutes les phases respiratoires (sans gating en ttt)
u Réduction importante du V traité si gating ttt
u Amélioration qualité imagerie è Amélioration qualité RTMerci de votre attention
Correction d’atténuation
u Principe :
u Il existe une probabilité p(i,j) que l’un des photons hv produit en (i,j) soit atténué le long de la LDR è p(i,j) = f(e1,e2,µTissus (511 keV))
u Obtention des µTissus à l’aide d’un CT 120 kV è ds chaque voxel on a µTissus (120 kV)
u Passage µTissus (120 kV) è µTissus (511 keV)
u Acorr (i,j) = Ames (i,j)*exp(-∫LOR µTissus ,511 keV (x). dx)
e1
Table de
correspondance
e2
Mise à l’échelle Sous Correction
en énergie échantillonnage Atténuation LOR/LOR
120 kV 511 keV 511 keV
Cartographie 512 * 512 µTissus (120 kV) Cartographie 512 * 512 µTissus (511 keV) Echantionnage 512 * 512 µTissus (511 keV)
=
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