Soutenance mémoire
Gamma-caméras : évolution (sensibilité, résolution spatiale et en énergie)
En évolution constante depuis les années 60, les gamma-caméras conventionnelles, basées sur le principe de la conversion indirecte mis au point par Hal Anger, utilisent un cristal scintillant, des photomultiplicateurs et un traitement du signal pour convertir l’énergie du photon incident en signal électrique. Leurs progrès continus ont abouti à un compromis optimal entre sensibilité, résolution spatiale, et résolution en énergie. En 2010, les semi conducteurs utilisant le tellurure de cadmium-zinc (CZT) révolutionnent les gamma-caméras en permettant la conversion directe des photons. Ces caméras à semi-conducteurs, dédiées aux explorations cardiaques, possèdent une résolution en énergie améliorée (4 à 5% versus 10% pour les caméras de Anger) (1,2). De nouvelles perspectives d’acquisitions simultanées en double-isotope de l’123I et du 99mTc se présentent, dont les pics énergétiques sont proches. Il s’agit respectivement de l’étude simultanée de l’innervation, de la perfusion, et des fonctions globale et segmentaire du ventricule gauche.
Scintigraphie myocardique de perfusion
La tomoscintigraphie d’émission mono-photonique (TEMP) myocardique est une technique d’imagerie fonctionnelle non invasive qui permet d’étudier, en trois dimensions, la répartition de la fixation dans le myocarde d’un radiopharmaceutique. La synchronisation des acquisitions à l’électrocardiogramme permet une analyse concomitante de la fonction ventriculaire gauche. C’est-à-dire l’étude de la cinétique segmentaire, des volumes télésystolique (VTS) et télédiastolique (VTD), et de la fraction d’éjection (FEVG) du ventricule gauche (3,4). Leurs études respectives (FEVG, VTD, et VTS) utilisant la TEMP myocardique ont été largement validées et comparées à d’autres techniques d’imagerie (5,6).
Les méta-analyses récentes ont confirmé les excellentes valeurs diagnostique (7) et pronostique de la TEMP myocardique de perfusion (utilisant des radiopharmaceutiques marqués au 99mTc ou le 201Th) (8-10). Le pronostic est fonction de l’étendue du défaut de perfusion myocardique en post-effort. Au-delà deux segments (sur dix-sept) d’ischémie, le bénéfice est plus important avec une revascularisation myocardique qu’avec un traitement médical optimal .
Scintigraphie myocardique d’innervation
La relation entre la dysfonction du système nerveux cardiaque autonome, la myocardiopathie et la survenue d’épisodes d’arythmie cardiaque grave est établie depuis longtemps (12,13). Les zones « gâchettes », substrat anatomique et mécanisme déclencheur les plus fréquents d’arythmies ventriculaires sont la présence respective d’un tissu cicatriciel (une séquelle d’infarctus du myocarde ou de myocardite) au sein de myocarde viable (perfusé), et d’une anomalie du tonus sympathique cardiaque (dysinnervé) (14-19). Ces zones représentent les cibles idéales d’ablation par radiofréquence (20).
L’innervation sympathique cardiaque peut être directement étudiée, de manière non-invasive, avec l’123I-meta-iodobenzylguanidine (123I-MIBG), un analogue de norépinephrine radiomarqué (21) qui reflète l’intégrité neuronale en visualisant la recapture et la rétention dans les terminaisons sympathiques cardiaques (22). Des études antérieures, utilisant des acquisitions en série à l’123I-MIBG et au 201Tl, ont rapporté que l’innervation sympathique myocardique était altérée après un infarctus du myocarde (23- 25). En raison d’une sensibilité élevée du tissu nerveux à l’ischémie, la dénervation sympathique régionale excède l’étendue du défaut de perfusion (26). Le déficit d’innervation sympathique cardiaque évalué par le rapport cardiomédiastinal tardif (RCM) de fixation de 123I-MIBG (27) est un facteur pronostic majeur indépendant de mort subite et de survenue d’événements cardiaques chez les patients souffrant d’insuffisance cardiaque, quelle qu’en soit l’étiologie (28-33). Un RCM inférieur à 1,6 est associé à un risque accru (28). À l’heure actuelle, le calcul du RCM nécessite une image statique planaire du thorax. Cette technique est bien standardisée et reproductible avec une gamma caméra conventionnelle de Anger .
Récemment, les gamma-caméras à semi-conducteurs dédiées aux explorations cardiaques utilisant des détecteurs CZT ont considérablement transformé la routine de l’imagerie de perfusion myocardique chez les patients atteints d’une maladie coronarienne connue ou soupçonnée (36). Ces caméras ont une meilleure sensibilité de détection, ce qui entraîne une diminution des temps d’acquisition et des doses radiopharmaceutiques injectées, et une résolution en énergie améliorée, permettant une meilleure discrimination de l’énergie des photons en imagerie double-isotope. Cependant, seules quelques études ont évalué leur exactitude en imagerie de l’innervation sympathique du myocarde (16,17,37,38) et de la perfusion ventriculaire gauche par TEMP .
Les deux caméras CZT disponibles dans le commerce diffèrent dans leur sensibilité (4 fois améliorées avec la DNM 530c et presque 7 fois avec la DSPECT) et leur résolution spatiale (6,7 mm avec DNM 530c et 8,6 mm avec la DSPECT) conduisant à des images de netteté, de contraste et de rapport signal-sur-bruit différentes .
Afin de prévenir la mort subite et de prolonger l’espérance de vie, l’implantation prophylactique d’un défibrillateur automatique implantable est recommandée (recommandation de classe IB) (43) chez les patients porteurs (i) d’une insuffisance cardiaque asymptomatique à dysfonction systolique (FEVG ≤ 30%) d’origine ischémique (44-47) à plus de 40 jours après un IDM (48), ou (ii) d’une myocardiopathie dilatée (FEVG ≤ 30%) asymptomatique d’origine non-ischémique (49,50), sous traitement médical optimal. Les taux de mort subite par arythmie ventriculaire et de mortalité totale sont (i) significativement réduits quand l’ischémie est à l’origine de l’insuffisance cardiaque (44- 47) ; mais (ii) non significativement réduits dans les autres étiologies d’insuffisance cardiaque (étude DANISH (51)).
L’équipe Caennaise est impliquée de longue date dans l’imagerie de l’innervation adrénergique du myocarde par la scintigraphie à la 123I-MIBG, puissant facteur pronostique indépendant qui reflète l’activation neuro-hormonale du myocarde .
Notre projet de thèse
La disponibilité en routine clinique de deux modèles de gamma-caméra à semiconducteurs CZT pixélisés, différents, dédiés aux explorations cardiaques, de géométrie d’acquisition différente, a motivé et permis ce travail :
– La caméra DSPECT (42)(Biosensors International, Caesarea, Israel), installée dans le service de médecine nucléaire du CHU de Caen, utilise des colonnes de détecteurs CZT mobiles balayant le volume exploré, équipés d’une collimation de type parallèle.
– La caméra Discovery NM 530c (55) (DNM 530c, General Electric Healthcare, Milwaukee, Wisconsin), installée dans le service de médecine nucléaire de l’Hôpital Privé Le Bois de Lille, utilise des détecteurs CZT immobiles, équipés d’une collimation sténopée, convergent vers un ellipsoïde (axes : 18 x 16 cm).
L’objectif de notre travail de thèse, était de répondre à la question suivante:«l’amélioration de la résolution en énergie des nouvelles gamma-caméras à semiconducteur CZT permet-elle, en condition de routine clinique, l’étude simultanée de l’innervation (123I-MIBG) et de la perfusion (radiopharmaceutiques marqués au 99mTc) en TEMP myocardique chez les patients porteurs d’une insuffisance cardiaque ? ».
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Table des matières
I. : Introduction
1. Gamma-caméras : évolution (sensibilité, résolution spatiale et en énergie)
2. Scintigraphie myocardique de perfusion
3. Scintigraphie myocardique d’innervation
4. Notre projet de thèse
II. : Semi-conducteurs, gamma-caméras et acquisitions double-isotope
A. Le CZT : de la conversion indirecte à la conversion directe
B. La DNM 530c
C. La DSPECT
D. Acquisitions en double-isotope
1. Principes
2. Artefacts de l’acquisition double-isotope
III. : Etude sur fantôme dynamique de la fonction ventriculaire gauche (99mTc) en présence d’123I
A. Résumé
B. Publication correspondante (EJNMMI Physics, 2016)
IV. : Etude sur fantôme anthropomorphe de torse de la perfusion myocardique (99mTc) en présence d’123I (innervation)
A. Résumé
B. Publication correspondante (J Nucl Cardiol, 2017)
V. : Détermination du rapport cardiomédiastinal de la fixation d’123I-MIBG lors d’acquisitions TEMP double-isotope (123I-MIBG/99mTc-tétrofosmine) sur une gammacaméra CZT à collimation multi-sténopée chez les patients porteurs d’insuffisance cardiaque
A. Résumé
B. Publication correspondante (J Nucl Med, 2017)
VI. : Première détermination du rapport cardiomédiastinal en imagerie CZT cardiaque double-isotope (123I-MIBG/99mTc-tétrofosmine) chez les patients porteurs d’insuffisance cardiaque : l’étude ADRECARD (Eur J Nucl Med Mol Imaging 2015)
VII. : Discussion
A. Principaux résultats
1. Evaluation de la FEVG en condition double-isotope
2. Evaluation de la perfusion (99mTc) en condition double-isotope (99mTc et 123I)
3. Evaluation du RCM avec la DNM 530c
4. Evaluation du RCM avec la DSPECT
B. Discussion générale
1. Intérêt des acquisitions en double-isotope
2. Champ d’acquisition limité des gamma-caméras CZT
3. Rapports de concentration des isotopes 123I et 99mTc en acquisition double-isotope
4. Post-traitement des acquisitions double-isotope : particularités des artefacts
5. Contamination croisée du 99mTc dans le photopic du 123I
6. Comparaison des durées d’acquisition : gamma-caméra conventionnelle vs CZT
C. Limites de nos travaux
1. Valeur réelle des volumes cavitaires inconnue
2. Différence de post-traitement entre les deux gamma-caméras CZT
3. Champ d’acquisition limité des caméras CZT
4. Irradiation supplémentaire de l’acquisition double-isotope
VIII. : Autres travaux : Évaluation de la fonction ventriculaire sur gamma-caméras à semi-conducteurs
1. Etude sur fantôme et validation clinique vs IRM de l’évaluation des fonctions ventriculaires gauches segmentaire et globale utilisant une gamma-caméra à semi-conducteur CZT (J Nucl Cardiol 2014;21:712-22)
2. Etude sur fantôme dynamique et validation clinique de l’évaluation de la fonction ventriculaire gauche utilisant deux gamma-caméras CZT différentes et une gamma-caméra à collimation cardiofocale (J Nucl Med. 2016;57:1370-75)
3. Etude de la fonction et de l’asynchronisme ventriculaire droit et gauche : comparaison de la tomoventriculographie isotopique à la ventriculographie isotopique planaire avec une gamma-caméra à semi-conducteur CZT et avec une gamma-caméra conventionnelle. (En cours de soumission au JNC)
IX. : Conclusion
