Camera CZT dediee vs CZT grand champs

La scintigraphie est une technique d’imagerie fonctionnelle non invasive, qui permet l’exploration de nombreux organes, telles que le cœur, le squelette, les reins, les poumons, la thyroïde… La scintigraphie conventionnelle, utilisant des gamma caméra, système mis au point dans les années 60 utilisant des cristaux scintillants couplés à des photomultiplicateurs, est progressivement arrivé aux limites de ses performances.

Depuis maintenant une vingtaine d’années, la tomographie par émission de positon (TEP) a révolutionné l’imagerie en médecine nucléaire. Sa résolution et la possibilité de corriger les phénomènes physiques dégradant la qualité du signal (atténuation et diffusé), ont permis l’utilisation en routine de la quantification absolue de l’activité, ouvrant alors un champ d’application en diagnostique et en suivi. La TEP/TDM a alors pris une place très importante en imagerie fonctionnelle, allant même jusqu’à représenter l’avenir de la discipline.

Il y a plus d’une dizaine d’années, une évolution technologique a relancé l’intérêt pour la scintigraphie conventionnelle. L’utilisation d’une nouvelle méthode de détection utilisant les semi-conducteurs (CZT : cadmium zinc Telluride) permet un gain en sensibilité, en résolution spatiale et en énergie, et a non seulement décuplé les performances de ces gammas caméras mais également relancé l’idée d’une quantification absolue en TEMP/TDM (tomographie par émission mono-photonique couplé à la tomodensitométrie). Les premières applications de cette technologie CZT, tenant compte du coût des matériaux, se sont orientées dans un premier temps vers des machines dédiées à l’imagerie cardiaque. L’arrivée récente de cameras CZT « grand champ » applicable à toutes les indications de la scintigraphie conventionnelle, élargie le débat sur la quantification et son utilisation.

Quantification et CZT (Cadmium Zinc telluride) 

Nous reviendrons peu sur les avantages des caméras CZT ayant déjà fait leurs preuves à de multiples reprises notamment en pathologie cardio-vasculaire (1-5). En effet les premières applications de ce matériau furent la conception de caméra à champs réduit, dédié à la cardiologie, prenant en compte les inconvénients de ce matériau et en particulier le prix : DNM 530c (GE healthcare) et D SPECT (Spectrum dynamics). Nous rappellerons les grands avantages de ce semi conducteur comparativement au cristal d’une gamma caméra conventionnelle :
– Amélioration de la sensibilité de détection : grâce à la conversion directe (qui s’affranchit de la conversion en photons lumineux, Image ci dessous) et surtout à la géométrie de détection cardio-focale sur les caméras dédiées,
– Amélioration de la résolution spatiale,
– Amélioration de la résolution en énergie, entraînant une réduction du bruit et une amélioration du contraste, Principe de détection indirect à gauche (NaI) et Direct à droite (CZT) (ref : GE alcyone technology white paper).

Ses caractéristiques qui font la performance du CZT sont des éléments fondamentaux pour la suite de notre travail destiné à la quantification. La quantification absolue est un véritable avantage de la tomographie par émission de positon (TEP) comparativement aux autres examens d’imagerie, radiologique notamment. Elle est aujourd’hui également un enjeu majeur pour l’imagerie scintigraphique qui souffre de sa comparaison avec la TEP. La possibilité de disposer en SPECT d’une quantification absolue de l’activité métabolique (ou de la concentration radioactive tissulaire) ouvre un champ d’application, à la fois dans le diagnostic (seuil de fixation), le pronostic (intensité de fixation) mais également dans le suivi (évolution et comparaison de la fixation) des pathologies. La scintigraphie quant à elle offre aujourd’hui de nombreuses indications, par la multiplication des traceurs et des radios éléments, et il paraît logique que réunir la quantification et la scintigraphie soit promis à un bel avenir.

La quantification est la mesure d’une intensité du signal (N) dans une région d’intérêt. Celleci va dépendre de l’activité mesurée C ( kBq/mL) ajustée d’un facteur de conversion (k), nécessitant une calibration de l’appareil d’imagerie : N= k.C (kBq/mL) Le problème est que la valeur N ne sera pas toujours parfaitement proportionnelle à C, notamment en raison de la présence de nombreuses sources d’artefacts :
– Mouvement
– Résolution spatiale et effet de volume partiel
– Atténuation
– Diffusion
– Reconstruction .

Plus l’acquisition sera longue (en lien notamment avec la sensibilité du système, le type d’examen…), plus l’impact du mouvement sera important (mouvement physiologique comme la respiration, l’activité cardiaque ou tout simplement du patient lui-même) La résolution spatiale est évidemment un élément fort de la TEP comparativement au SPECT. L’effet de volume partiel va entraîner une sous-estimation de l’activité de toutes les cibles inférieures de 2 à 3 fois la résolution spatiale du système.

Gamma Camera CZT « Grand champ » DNM 670 CZT 

L’arrivée tant attendu de camera CZT « grand champ » (DNM 670 CZT, GE Healthcare), possédant deux têtes de détecteurs CZT dans une taille et une configuration identique aux gammas cameras conventionnelles, étend enfin cette technologie « semi-conducteur » a l’ensemble des indications de la scintigraphie.

Outre la taille de ces détecteurs, ce sont évidemment leur configuration «classique» qui différencie le plus la DNM 670 CZT de sa petite sœur dédiée à la cardiologie et possédant une conformation de détecteur orientée vers l’organe cible. Les paramètres des détecteurs de la DNM 670 CZT sont les suivants :
– 130 modules CZT de 39,36 x 39,36 x 7,5mm (épaisseur du détecteur)
– Champ de vue de 393,6 x 511,7
– Intervalle d’énergie de 40-250Kev
– Collimateurs parallèles en tungstène .

Camera CZT dédié versus Camera CZT Grand champ

Comparaison des performances 

La première étape de mon travail de thèse fut d’étudier les performances de la camera DNM 670CZT en la comparant à la DNM 530c dédié à la cardiologie. Nous avons travaillé sur ces deux caméras installées dans le service de Médecine Nucléaire de l’Hôpital Privé le bois (LILLE).

Notre travail s’est décliné en plusieurs parties :
– Études sur fantômes : comparaison des performances théoriques des deux cameras
– Études sur patients : comparaison de leurs performances sur patients dans une application clinique, la scintigraphie myocardique de perfusion.

Cette étude fut réalisée avec le docteur Maxime Morelle en support de son travail de mémoire de DES de Médecine Nucléaire et publiée sous forme d’article dans le « Journal of Nuclear Cardiology » (9) Nous avons ensuite poursuivi l’étude fantôme à partir du TORSO et de son insert cardiaque (Abstract et présentation orale SNM 2019).

Application à la quantification de la charge amyloïde dans l’amylose cardiaque ATTR

Suite à nos premiers résultats encourageants, nous avons poursuivi ce travail par une première tentative de quantification absolue, en axant ce deuxième volet sur la problématique émergente de la quantification de la charge amyloide dans l’amylose cardiaque ATTR. L’amylose cardiaque est une cardiopathie hypertrophique ou restrictive à fraction d’éjection préservé. L’amylose est liée à une accumulation extra-cellulaire anormale de fibrilles amyloïde localisé ou systémique. En fonction de leur localisation et de leur toxicité, les symptômes et les manifestations de ces maladies peuvent être variable. Il existe trois types principaux d’ amylose, l’amylose AL (à chaine légère), l’amylose ATTR sauvage ou senile et l’amylose ATTR associé à une mutation génétique (11). Ce sont ces deux dernières qui vont tout particulièrement nous intéresser. En absence de thérapeutique, leur pronostic est sombre.

Dans le même temps que nos avancées en scintigraphie, un médicament, le tafamidis (VYNDAQEL), démontrait son bénéfice en termes de mortalité et d’hospitalisation de cause cardiaque dans le traitement d’une maladie, bien connu des scintigraphistes, l’amylose cardiaque à transthyretine (ATTR) (12). L’amylose cardiaque ATTR est une des causes de fixation extra osseuse des traceurs utilisés en scintigraphie osseuse (biphosphonates marqués au technétium-99m). L’arrivée de ce traitement allait forcément relancer l’intérêt pour le dépistage de cette maladie, mais pourquoi pas également évaluer le pronostique et réaliser un suivi. Les critères diagnostique de cette maladie en scintigraphie osseuse sont bien établis, basés sur une échelle visuelle, le score de Perugini (13), et même si d’autres échelles semi quantitative ont été essayé (14) cette échelle reste la référence. Elle constitue à l’heure actuelle un élément nécessaires au diagnostic non invasif de l’amylose cardiaque ATTR (15).

faisabilité

Avant de s’intéresser à notre population de patients suspect d’amylose cardiaque, nous avons réalisé une étude fantôme permettant de valider, après calibration (8), le bon fonctionnement de la quantification. Pour cela nous avons utilisé le fantôme TORSO et son insert cardiaque. Nous avons rempli le foie et le cœur d’une activité connue de 99mTc que nous avons ensuite mesuré sur une acquisition SPECT, et exprimé sous forme d’un pourcentage de dose injecté. Le médiastin était également rempli d’eau et d’une activité de 99mTc considéré comme le bruit de fond. L’acquisition a été faite avec les même paramètres qu’en routine clinique (60 projections sur 360° et 10 secondes/projection). Les VOI (volumes d’intérêt) ont été délimités de façon semi automatique (Qmetrix for SPECT, GE Healthcare).

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
QUANTIFICATION ET CZT : CADMIUM ZINC TELLURIDE
GAMMA CAMERA CZT « GRAND CHAMP » DNM 670 CZT
PARTIE 1 : CAMERA CZT DEDIEE VS CZT GRAND CHAMPS
OBJECTIF : COMPARAISON DES PERFORMANCES
RESULTATS
PUBLICATIONS
PARTIE 2 : APPLICATION EN QUANTIFICATION – AMYLOSE ATTR
INTRODUCTION
OBJECTIF 1 : FAISABILITE
TRAVAUX ET PUBLICATION
OBJECTIF 2: SUIVI DES AMYLOSES SOUS TAFAMIDIS
PUBLICATION
QUID DE LA QUANTIFICATION AVEC UNE CAMERA A SCINTILLATION : SIEMENS INTEVO BOLD
PARTIE 3 : APPLICATION EN QUANTIFICATION – CALCIFICATIONS VASCULAIRES
INTRODUCTION
OBJECTIF 1 : FANTOME NEMA IEC
OBJECTIF 2 : FANTOME TORSO + INSERT AORTIQUE
PERSPECTIVES
DISCUSSION
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
BIBLIOGRAPHIE

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