Méthodes de réduction de la dose en imagerie moléculaire

Les paramètres biologiques correspondent aux propriétés pharmacocinétiques des produits radiopharmaceutiques qui influencent la demi-vie biologique et le modèle de distribution et évoluent dynamiquement après application. La demi-vie effective combine les effets de la désintégration physique (demi-vie physique) et de l’excrétion (demi-vie biologique):

1/T_1/2eff = 1/T_1/2phys + 1/T_1/2biol

 Le calcul de la dose efficace d’un individu varie en raison des différences au niveau de la durée d’excrétion et de différences anatomiques. Le calcul de la dose reflète les radiations absorbées dans le corps à partir du produit radiopharmaceutique résidant dans cette région et la dose de radiations des organes/régions distantes. Des simplifications sont donc adoptées, telles que la standardisation anatomique pour évaluer la dose à des fins diagnostiques, comme avec OLINDA (Organ Level INternal Dose Assessment).

Les notices livrées avec les produits radiopharmaceutiques indiquent en MBq la dose efficace administrée et la dose absorbée par les différents organes, au moins les plus critiques, pour un patient standard, en fonction de sa taille et de son poids, du modèle de distribution et de l’excrétion.

L’impact du système d’imagerie moléculaire sur la dose se limite à ses exigences d’activité minimale pour une qualité d’image et une durée d’acquisition données.

Il existe une vaste plage de doses efficaces types pour différentes procédures de médecine nucléaire. Certaines sont bien en deçà de 1 mSv (comme le test de Schilling), tandis que d’autres excèdent 10 mSv (à l’instar de la scintigraphie au gallium). La dose efficace pour une injection 18F-FDG type utilisée pour une TEP/TD est de 5-7 mSv. La plupart des procédures impliquent cependant des doses comprises entre 1 et 10 mSv.

Avec les appareils hybrides, l’irradiation n’est pas uniquement due aux produits radiopharmaceutiques, elle dérive aussi de la composante tomodensitométrique. Les avancées technologiques en scanographie permettent de réduire l’activité injectée et donc la dose efficace. 

Outre la réduction de l’activité, d’autres considérations interviennent:

1. L’utilisation de rayonnements ionisants requiert systématiquement une indication justifiée. Un autre examen peut-il raisonnablement offrir le même résultat clinique?

2. La dose diagnostique globale peut-elle être réduite grâce à une combinaison judicieuse de différents types d’examens? Une planification clinique efficace peut limiter le nombre d’examens tomodensitométriques si la tomodensitométrie diagnostique et la tomodensitométrie d’imagerie hybride sont regroupées en un seul scan.

3. Les isotopes avec une demi-vie plus courte et émettant le type de rayons approprié peuvent considérablement diminuer l’exposition aux rayonnements. Par exemple, l’utilisation de l’iobenguane ¹²³I-MIBG au lieu de l’iobenguane ¹³¹I-MIBG dans le diagnostic des tumeurs neuroendocrines améliore la qualité de l’image et réduit l’exposition aux rayonnements, en raison de sa demi-vie nettement inférieure (13 heures contre huit jours) et du type de rayons qu’il émet (gamma avec une énergie maximale de 151 keV contre bêta + gamma).

Un autre exemple est l’utilisation du ¹⁸F-FDG-TEP au lieu d’une scintigraphie au ⁶⁷Ga en cas de lymphome et d’inflammation. Outre une exposition aux rayonnements bien moindre, la qualité et la précision de l’image sont largement supérieures et le délai entre l’injection et la fin de l’examen est considérablement raccourci (1,5–2 heures contre 3–4 jours).

4. Le choix du produit radiopharmaceutique peut aussi contribuer à limiter l’irradiation. Le ^99mTc-MAG3 présente une fixation rénale et une clairance bien plus élevées que le ^99mTc-DTPA. L’activité injectée peut donc être diminuée d’un facteur 2 sans impact sur la qualité et la précision de l’image nécessaire au bilan urodynamique.

5. En contexte clinique, obtenir une qualité d’image optimale via l’association d’une forte quantité d’activité injectée et d’outils avancés d’acquisition et de reconstruction n’est pas toujours impératif. Dans certains cas, une qualité d’image moindre suffit, ce qui permet de limiter l’activité injectée nécessaire aux besoins cliniques.

À mesure que s’éveillent les consciences concernant la dose de rayonnements reçue par les patients, les modalités hybrides font l’objet d’attentions toutes particulières en raison de la double nature de leur technique d’imagerie. Les deux composantes de l’imagerie TEP•TD impliquent des radiations conséquentes. Chacune de ces modalités doit donc optimiser les informations diagnostiques obtenues tout en réduisant la dose radiopharmaceutique injectée et le rayonnement résultant de l’examen tomodensitométrique. Les innovations Siemens dans ces deux domaines ont abouti à une réduction de la dose de 50-60 %.

Les sections ci-après décrivent les principales innovations de la gamme de scanners TEP•TD Siemens Biograph^®. Nombre d’entre elles sont exclusives au Biograph et garantissent une grande souplesse en termes de réduction de la dose et de vitesse d’acquisition.

Dans la mesure où la TD est utilisée pour la correction d’atténuation, la longueur de balayage doit correspondre exactement à la plage de la TEP. Ceci crée un problème avec l’imagerie stop-and-go classique, car les dimensions du lit séquentiel obligent souvent les acquisitions TEP et TD à une exposition plus importante que nécessaire. Communément appelé surbalayage, cet inconvénient est inhérent aux systèmes TEP•TD stop-and-go. Grâce à FlowMotion, l’engagement CARE de Siemens franchit une nouvelle étape en permettant aux médecins de planifier et d’examiner précisément et de façon continue les régions désirées. Ainsi, seuls les tissus ciblés sont irradiés, ce qui élimine complètement le surbalayage et la dose TD associée.

En outre, le nouveau Biograph mCT Flow, associé à TrueV, est la seule solution permettant de balayer en continu deux fois plus rapidement qu’un système TEP/TD classique. Le champ de vue axial 34,6 % plus large (22,09 cm), le plus large du secteur de la TEP•TD¹, permet une augmentation de 70 % de la performance du débit de coups. Combiné à l’ultraHD•PET, un scan en cinq minutes devient possible pour les examens cliniques de routine. L’arrivée du TEP FlowMotion grande vitesse à 10 mm/seconde ouvre de nouvelles possibilités qui s’étendent au-delà de la rapidité d’examen. Cette approche pourrait faire progresser les futurs domaines de recherche comme la TEP du poumon en apnée pour des examens quasiment sans mouvement.

Le Biograph mCT Flow remplit la double mission d’une sécurité au patient élevée et d’une efficacité maximale. Le Biograph mCT Flow est capable d’effectuer un diagnostic par TEP•TD en 5 minutes, avec planification TD souple et aucun surbalayage TD. Avec FlowMotion, les médecins peuvent réellement proposer une dose ALARA (aussi faible que raisonnablement possible) à chaque patient² et médecin traitant.

¹ Based on competitive literature available at time of publication. Data on file.
² Patients up to 227 kg (500 lbs).

Dans les années 1990, Siemens a travaillé au développement d’un nouveau cristal de scintillation pour l’imagerie par TEP clinique baptisé oxyorthosilicate de lutétium (LSO). Ce nouveau cristal a la propriété d’émettre davantage de lumière que les matériaux précédemment utilisés lorsqu’il est frappé avec un photon 511 keV de produit radiopharmaceutique pour TEP. Le LSO émet également la lumière de manière plus rapide et avec une rémanence plus faible. 

Ces deux propriétés favorisent l’efficacité du système de détection TEP tout en évitant la perte d’informations nécessaires et la diminution de la qualité d’image. La dose de produit radiopharmaceutique injectée peut donc être réduite sans nuire à la qualité de l’image ou à la rapidité de l’examen. 

Parallèlement à la réduction de la dose, les caractéristiques supérieures du LSO ont donné naissance à une autre innovation baptisée HI-REZ, au cœur du détecteur. L’augmentation du rendement lumineux permet de modifier la configuration du cristal et d’accroître simultanément la résolution. Les pixels du détecteur passent ainsi de 6 à 4 mm², améliorant la résolution d’environ 250 %.

La famille de systèmes TEP•TD Biograph bénéficie d’une fonctionnalité unique sur le marché baptisée TrueV, directement dédiée à la réduction de la dose. TrueV augmente la quantité de matériau de détection et étend le champ d’acquisition des détecteurs TEP le long de l’axe z du patient afin de favoriser la capture d’une plus grande quantité d’informations dans chaque position de lit. Le Biograph mCT exploite la technologie d’acquisition en 3D. 

L’application de cette méthode garantit une amélioration exceptionnelle de l’acquisition de données à la moindre extension du champ. Un champ 34,6 % supérieur assure en effet une hausse de productivité de la scanographie de près de 70 %. La scanographie TEP classique utilise une succession de positions de lit pour couvrir le corps entier du patient. Avec TrueV, le même volume peut être traité avec un nombre inférieur de positions de lit. Par ailleurs, chaque position de lit affiche une sensibilité accrue. En combinant ces deux atouts, la dose injectée au patient peut être réduite sans impact sur les autres paramètres de l’examen, notamment la qualité d’image.

L’ultraHD•PET réduit encore le bruit de l’image grâce à l’algorithme HD•PET, qui améliore la résolution et l’uniformité de l’image sur tout le champ de vue (CDV), et enrichit les données TEP avec l’information temps de vol (TDV). En identifiant le moment précis auquel chacun des deux photons atteint les détecteurs, le système électronique sophistiqué peut localiser l’événement mesuré le long de la ligne de réponse. 

Comme les photons se déplacent à la vitesse de la lumière, la résolution temporelle du système TEP doit permettre de mesurer le délai entre l’arrivée de chaque photon, qui est de l’ordre de la picoseconde. En localisant l’événement au niveau du corps du patient sur la ligne de réponse à partir des informations du temps de vol, le processus de reconstruction peut atténuer le bruit des images et permettre de réduire de moitié la dose injectée au patient sans affecter la qualité d’image.

Le Biograph mCT et le Biograph mCT Flow sont les seuls systèmes de TEP•TD combinant le champ d’acquisition étendu de TrueV et l’ultraHD•PET afin d’offrir une réduction de 50 % de la dose injectée ainsi qu’une amélioration de la vitesse de l’examen, ce qui élimine tout compromis entre réduction de la dose et rapidité d’acquisition.

Avec CARE (combinaison d’applications pour la réduction de l’exposition à la dose), Siemens a intégré avec grand succès plusieurs innovations réduisant significativement la dose de rayonnement en TD. Le tube à rayons X STRATON™ intègre un bouclier anti-dose adaptatif qui diminue la dose jusqu’à 25 %. En outre, SAFIRE (Sinogram Affirmed Iterative Reconstruction) permet de réduire la dose* jusqu’à 60 % en utilisant une reconstruction itérative basée sur données brutes. Enfin, CARE kV, la seule technologie de modulation automatisée de la tension en TD, optimise le rapport contraste/bruit de fond afin de réduire la dose jusqu’à 60 %.

* In clinical practice, the use of SAFIRE may reduce CT patient dose depending on the clinical task, patient size, anatomical location, and clinical practice. A consultation with a radiologist and a physicist should be made to determine the appropriate dose to obtain diagnostic image quality for the particular clinical task.

Les procédures d’imagerie SPECT•TD se déclinent en quatre grandes disciplines cliniques:

cardiologie, oncologie, imagerie générale et neurologie. La réduction de la dose revêt une même importance pour chacune d’elles, mais en médecine nucléaire, l’imagerie hybride (SPECT•TD et TEP•TD) permet, contrairement à la TD ou à l’IRM, d’optimiser la dose de deux façons: en diminuant la quantité de produit radiopharmaceutique injecté et en limitant le rayonnement TD émis par le scanner hybride. Bien que l’accent soit principalement mis sur ce dernier aspect, la réduction de la dose injectée en imagerie SPECT est aussi critique pour aider le médecin à améliorer la sécurité des patients.

Il est également essentiel de souligner qu’il n’existe, dans le monde, que cinq réacteurs nucléaires assurant la totalité de la production de technétium (⁹⁹mTc), l’un des traceurs les plus utilisés en SPECT. Certains de ces réacteurs ont été mis hors service à des fins de maintenance, affectant la disponibilité du ⁹⁹mTc à l’échelle internationale. Cette disponibilité réduite met en évidence la nécessité d’une utilisation plus efficace du technétium. Réduire la dose injectée par patient constitue par conséquent une priorité afin que les hôpitaux puissent prendre en charge tous leurs patients.

La gamme de produits Siemens SymbiaTM SPECT·CT fait figure de pionnier dans ce domaine, avec la réduction de la dose en SPECT comme en TD. Non seulement Siemens dispose des systèmes diagnostiques SPECT•TD les plus intégrés, mais l’entreprise propose également des fonctionnalités qui assurent une réduction de la dose jusqu’à 75 % sans nuire à la qualité d’image. Les chapitres suivants présentent un aperçu des diverses innovations Symbia en matière de réduction de la dose.

Les innovations Siemens pour la réduction de la dose dans le Symbia SPECT·CT incluent (figure 1).

Les collimateurs classiques présentent une épaisseur de septum inégale, qui réduit la sensibilité et augmente la dose ou la durée d’examen nécessaires pour obtenir une image utile.
Siemens est le seul fabricant d’équipement qui conçoit et produit lui-même ses collimateurs. Les collimateurs AUTOFORM sont basés sur une conception exclusive qui offre une épaisseur de septum uniforme. La conception exclusive du collimateur garantit la sensibilité la plus élevé de l’industrie¹, avec jusqu’à 26 % de coups supplémentaires¹, tout en conservant la résolution d’image.
Les collimateurs AUTOFORM Siemens offrent la sensibilité SPECT LEHR la plus élevée à ce jour, permettant:

1. une réduction jusqu’à 26% de la dose injectée
2. une vitesse d’acquisition jusqu’à 26% plus rapide

¹ Based on competitive literature available at time of publication. Data on file.

Une reconstruction d’image imprécise impacte la qualité d’image et peut entraîner des résultats faux positifs et faux négatifs. La majorité des images reconstruites sont créées en utilisant des algorithmes ne prenant pas en compte les caractéristiques physiques du système d’acquisition d’image.

Les scanners Symbia SPECT•CT avec reconstruction Flash utilisent un modèle de faisceau de collimateur 3D mesuré dans l’opération d’itération. La modélisation correcte du collimateur distribue l’activité sur les coupes pour une reconstruction plus précise. Avec Flash, la résolution spatiale du collimateur est modélisée afin de conserver la forme exacte de la lésion. S’en suit une reconstruction des images avec un plus grand nombre de coups dans le volume correct, qui augmente le contraste d’image.

Flash autorise une résolution reconstruite jusqu’à 45 % supérieure selon les caractéristiques NEMA¹, permettant au final:

1. une réduction jusqu’à 50 % de la dose injectée
   
2. une vitesse d’acquisition jusqu’à 50 % plus rapide 

¹ Based on competitive literature available at time of publication. Data on file.

Les scanners nécessitent des tests de contrôle qualité (CQ) réguliers pour valider l’étalonnage des détecteurs. Avec les scanners classiques, le contrôle qualité est effectué manuellement et nécessite en général de 20 minutes à une heure pour un CQ quotidien, et environ six heures pour un CQ mensuel. Les tests requérant la préparation et la manipulation de sources radioactives, l’opération doit être effectuée par rotation du personnel pour éviter la surexposition. Le renversement accidentel des sources fait peser des risques supplémentaires sur la procédure.

Avec le contrôle qualité automatique Siemens, l’opération s’effectue automatiquement pendant la nuit et fournit un compte rendu que le technicien peut analyser le lendemain matin. Le contrôle qualité automatique Siemens facilite le suivi de la performance, élimine le risque de renversement de sources ouvertes et réduit l’exposition du personnel aux rayonnements.

Avantages du contrôle qualité automatique:

• Contrôle qualité fiable et reproductible
• Risque de renversement de sources ouvertes éliminé
• Réduction de la dose reçue par l’opérateur
• Peut être exécuté la nuit pour faire gagner du temps à l’opérateur

Les examens cardiaques classiques peuvent nécessiter jusqu’à 20 minutes, limitant le nombre d’examens de patients. Afin d’obtenir la qualité d’image désirée, des fortes doses sont souvent injectées aux patients, augmentant l’exposition aux rayonnements.

Siemens IQ·SPECT est la seule technologie capable à ce jour d’effectuer une imagerie cardiaque ultra-rapide avec une caméra tout usage. La conception unique de son collimateur, l’acquisition d’image centrée sur la zone cardiaque et la technologie de reconstruction avancée permettent d’acquérir quatre fois plus de coups que les méthodes classiques et ainsi d’obtenir la meilleure qualité d’image, indépendamment de l’âge, de la morphologie ou de la corpulence.

Avec IQ•SPECT, les médecins sont en mesure d’effectuer un examen par scintigraphie myocardique avec les options de protocole suivantes:

1. Une réduction jusqu’à 75 % de la dose injectée en 16 minutes
   
2. Une réduction jusqu’à 50% de la dose injectée en 8 minutes
   
3. Une réduction jusqu’à 25% de la dose injectée en 4 minutes

En imagerie hybride, l’un des protocoles TD les plus fréquemment utilisés est la correction d’atténuation. Les scanners SPECT/CT de pointe qui intègrent les systèmes TD avec un nombre de coupes plus grand peuvent exiger plus d’énergie, exposant potentiellement le patient à des niveaux de radiations plus élevés. En outre, les scanners SPECT/TD classiques ne permettent pas de sélectionner des tensions de tube à rayons X inférieures pour les scanners de correction d’atténuation.

Le système de TD de pointe à 16 coupes Siemens émet jusqu’à 74 % de radiations en moins1 au patient durant la correction d’atténuation et l’utilisateur peut ajuster la tension du tube à rayons X pour réduire encore davantage l’exposition à la dose. En médecine nucléaire, pour les trois procédures les plus communes de correction d’atténuation, la technologie de TD Siemens émet la dose la plus faible comparé aux scanners classiques.

¹ Based on competitive literature available at time of publication. Data on file. Dose values compared are based upon factory default protocols from GE NM670.