Nouvelles caméras cardiaques à semi
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Nouvelles caméras cardiaques à semi
Médecine Nucléaire 34 (2010) 473–479 Mise au point Nouvelles caméras cardiaques à semi-conducteur cadmium–zinc–telluride (CZT) et scintigraphies myocardiques au thallium 201 New CZT cardiac cameras and myocardial perfusion imaging with thallium 201 B. Songy Service de médecine et imagerie nucléaire, centre cardiologique du Nord (CCN), 32, rue des Moulins-Gémeaux, 93200 Saint-Denis, France Reçu le 18 décembre 2009 ; accepté le 20 avril 2010 Résumé La scintigraphie myocardique occupe une place centrale dans la prise en charge de la maladie coronaire. Elle souffre toutefois de limitations techniques. L’apparition récente de caméras cardiaques à semi-conducteur cadmium–zinc–telluride (CZT) permet d’améliorer les résolutions spatiale (2), énergétique (2) et l’efficacité de comptage (6). Nous décrivons ici la caméra General Electric GE Discovery NM 530c et rapportons les études de validation avec les agents technétiés, le thallium 201, les procédures de diminution de doses, les protocoles rapides et les perspectives offertes par cette nouvelle technologie. # 2010 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Mots clés : Scintigraphie myocardique ; Détecteurs CZT ; Thallium 201 ; Dosimétrie Abstract Myocardial perfusion imaging is widely used for management of coronary artery disease. However, it suffers from technical limitations. New cardiac cameras using CZT detectors are now available and increase spatial (2) and energy (2) resolutions and photons sensitivity (5). We describe here the General Electric Discovery NM 530c new camera and summarize the validation studies with technetium agents and with thallium 201, protocols to reduce doses, ultrafast protocols and perspectives offered with this new technology. # 2010 Elsevier Masson SAS. All rights reserved. Keywords: Myocardial perfusion imaging; CZT detectors; Thallium 201; Dosimetry 1. Introduction La scintigraphie myocardique est devenue depuis 25 ans un examen clé dans le diagnostic de l’ischémie myocardique et le suivi des coronariens chroniques. Hors syndrome coronaire aigu, elle est devenue indispensable dans de nombreux cas pour juger de la nécessité d’une revascularisation et de ses conditions. Elle est ensuite un élément clé de la surveillance de ces patients. Elle apporte des informations pronostiques et décisionnelles essentielles [1–7]. Neuf millions de scintigraphies myocardiques sont réalisées chaque année aux ÉtatsUnis, chiffre qui continue à augmenter. Adresse e-mail : [email protected]. Cet examen utilisait jusqu’à maintenant des gammacaméras double tête de type Anger, effectuant une rotation de 180 degrés autour du thorax du patient. La technologie de détection, développée dans les années 1970, reposait sur une collimation parallèle, un cristal d’iodure de sodium et une électronique complexe de détection, amplification, localisation utilisant des photomultiplicateurs. Les limites de cette technologie sont connues : une faible efficacité de comptage entraînant des examens longs (environ 15 minutes par acquisition, après l’effort puis au repos), responsables d’artéfacts de mouvements, une dosimétrie élevée (plus de 10 mSv avec le technétium 99 m [99mTc] et de 20 mSv avec le thallium 201), une résolution spatiale limitée (8 mm environ), une résolution énergétique médiocre laissant passer beaucoup de rayonnement diffusé et limitant l’usage simultané 0928-1258/$ – see front matter # 2010 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.mednuc.2010.05.005 474 B. Songy / Médecine Nucléaire 34 (2010) 473–479 de traceurs différents et des capacités de détection insuffisantes pour autoriser une quantification de la réserve coronaire. Les industriels ont développé de nombreux outils visant à limiter ou corriger ces inconvénients : caméras et collimateurs à la géométrie adaptée aux examens cardiaques, systèmes de correction d’atténuation et de diffusé, logiciels de reconstruction permettant de diminuer le temps d’acquisition [8–11]. 2. Caméras à semi-conducteurs Le véritable progrès est constitué par l’apparition des détecteurs à semi-conducteurs [8]. Il s’agit de cadmium–zinc– telluride (CZT). Il s’agit d’un semi-conducteur opérant à température ambiante. Il transforme directement le photon gamma ou X en une impulsion électrique, sans recours à un photon lumineux intermédiaire et à la technologie complexe des photomultiplicateurs, ce qui permet d’améliorer résolutions spatiale et énergétique. À titre d’exemple, un photon de 140 KeV est converti en 5000 photons lumineux par un cristal de NaI. L’efficacité de transmission de la lumière est de 50 % et l’efficacité photoélectrique de 25 %. Sept cents électrons environ vont donc être générés et amplifiés dans le photomultiplicateur. La résolution énergétique, qui est inversement proportionnelle à la racine carrée du nombre d’électrons disponibles, va être médiocre (largeur à mi-hauteur du pic entre 9 et 10 %). Avec le détecteur CZT, le photon de 140 KeV est converti directement en charge électrique, à savoir 33 000 électrons, qui sont collectés par les anodes avant d’être amplifiés par des circuits intégrés. La résolution énergétique n’est plus conditionnée par la perte statistique, mais par le bruit du système amplificateur. Au final, la résolution énergétique est améliorée d’un facteur 2 (largeur à mi-hauteur égale à 4,5 %). Avec les gamma-caméras classiques, la résolution spatiale est limitée par le faible nombre de photons lumineux utiles aux photomultiplicateurs correspondants. Avec les caméras CZT, la résolution spatiale est déterminée par la taille de l’anode collectant la charge. La pixellisation est optimisée avec une fréquence de Nyquist correspondant à la taille des pixels. L’utilisation de pixels de 2,46 mm 2,46 mm entraîne une amélioration de la résolution spatiale d’un facteur 2,4 (Fig. 1). Un autre point important est l’extrême compacité des détecteurs CZT, dix fois moins épais que les détecteurs [(Fig._1)TD$IG] Fig. 1. Cristal cadmium–zinc–telluride (CZT) pixellisé avec ses anodes collectrices. Dimensions : 4 cm 4 cm 5 mm. Pixellized CZT crystal with its patterned anodes. Size: 4 cm 4 cm 5 mm. classiques, autorisant des géométries de détection plus proches du corps. Deux nouvelles caméras cardiaques utilisant cette technologie de détection à semi-conducteurs ont été présentées ces dernières années et sont commercialisées en Europe depuis quelques mois : la D-SPECT, développée par la compagnie Spectrum Dynamics, utilise neuf détecteurs mobiles balayant l’aire cardiaque, l’acquisition étant effectuée en position assise ou allongée [12,13] ; la Discovery NM 530c (DNM), objet du présent article, développée par la société General Electric, utilise 19 détecteurs fixes, l’acquisition étant effectuée en décubitus dorsal ou ventral. 3. Caméra GE Discovery NM 530c La caméra développée par GE (DNM) associe 19 détecteurs CZT et une géométrie de détection convergente focalisée sur le myocarde, permettant une acquisition stationnaire sans mouvement des détecteurs (Fig. 2 et 3). La compacité de la technologie CZT a permis de réaliser un système compact, avec 19 détecteurs fixes associés à une collimation pinhole capables d’acquérir simultanément l’ensemble des données nécessaires à une reconstruction tomographique (Fig. 4). Chaque détecteur est formé de quatre modules élémentaires disposés en carré et comporte 32 32 éléments CZT de 2,5 mm (Fig. 1). Les 19 détecteurs sont disposés en trois rangées sur 180 degrés (cinq détecteurs dans la rangée du haut, neuf dans celle du milieu, cinq dans celle du bas) et sont associés à 19 collimateurs pinhole en tungstène et convergent sur le cœur (Fig. 2). L’imagerie pinhole permet d’augmenter l’efficacité de comptage sans dégrader la résolution spatiale, en optimisant la distance pinhole-détecteur, le diamètre d’ouverture du pinhole (5,1 mm), le nombre de pixels (32 32) et la taille des [(Fig._2)TD$IG] Fig. 2. Caméra GE Discovery NM 530c (DNM). GE Discovery NM 530c camera (DNM). [(Fig._3)TD$IG] B. Songy / Médecine Nucléaire 34 (2010) 473–479 475 partie du bruit de fond environnant. La reconstruction des images utilise un algorithme itératif 3D. En définitive (données constructeur), la détection des photons en provenance du myocarde est multipliée par plus de cinq, la résolution énergétique à mi-hauteur du pic de 99mTc est de 5,4 % et la résolution spatiale de l’ordre de 4,3 mm. 4. Validation de la caméra Discovery NM 530c avec les agents technétiés Fig. 3. Géométrie de détection de la caméra GE Discovery NM 530c (DNM) : détection multipinhole et volume reconstruit. GE Discovery NM 530c camera (DNM) detection geometry: stationary acquisition and focused collimation. [(Fig._4)TD$IG] pixels (2,5 mm). L’acquisition est complètement stationnaire, sans aucun mouvement des détecteurs. Le volume reconstruit n’est plus l’ensemble du thorax, mais un volume cible de 19 cm de diamètre. Ce volume cible inclut largement le cœur normal ou dilaté, mais s’affranchit de la plupart des structures adjacentes et, de ce fait, de la plus grande La caméra DNM a été validée avec les agents technétiés par une étude multicentrique (Rambam Hospital, Haifa, Israël ; Mayo Clinic, Rochester, Minnnesota ; Emory University, Atlanta, Georgie) portant sur 168 patients [14]. La tétrofosmine marquée au 99mTc a été utilisée selon un protocole « un jour » avec une faible dose au repos (370 MBq pour moins de 90 kg, jusqu’à 555 MBq au-dessus de 140 kg) et une forte dose à l’effort ou sous test pharmacologique (1110 MBq pour moins de 90 kg, jusque 1665 MBq au-dessus de 140 kg). L’effort a été réalisé sur tapis roulant (protocole de Bruce) ; un test pharmacologique (adénosine ou dipyridamole) a été réalisé quand l’effort n’était pas réalisable ou n’était pas maximal. Les patients ont eu le même jour les acquisitions sous une caméra conventionnelle tomographique double tête (CC) et sous la caméra DNM, à savoir successivement les acquisitions DNM repos (4 minutes), CC repos (14 minutes), DNM effort (deux minutes) et CC effort (12 minutes). Fig. 4. Acquisition des données sur les 19 détecteurs et reconstruction itérative du volume cible. Data acquisition with 19 detectors and iterative reconstruction of the target volume. [(Fig._5)TD$IG]476 B. Songy / Médecine Nucléaire 34 (2010) 473–479 Fig. 5. Examen normal. Noter la définition de la cavité ventriculaire gauche, la visualisation des piliers de la valve mitrale et la visualisation du ventricule droit. Image obtenue en six minutes avec 74 MBq de thallium 201 chez un homme de 1 m 75 et 70 kg. Normal scan. Look at the left ventricular cavity delineation, good visualization of papillar muscles and visualization of right ventricle. Image obtained with a 6 min acquisition with 74 MBq of 201-thallium in a 1.75 m height and 70 kg weight male. [(Fig._6)TD$IG] Fig. 6. Image d’effort d’une ischémie inférieure ; image obtenue en six minutes avec 55 MBq de thallium 201 chez une femme de 1 m 60et 50 kg. Stress scan with inferior wall ischemia. Image obtained with a 6 min acquisition with 55 MBq of 201-thallium in a 1.60 m height and 50 kg weight female. B. Songy / Médecine Nucléaire 34 (2010) 473–479 Les performances de la DNM ont été comparées à celles de la CC patient par patient. La concordance était de 91,9 % en cas de défect perfusionnel et de 92,5 % en l’absence de défect. La qualité des images a été considérée comme supérieure avec la DNM. Les auteurs soulignent l’augmentation du nombre de photons détectés, malgré l’importante diminution du temps d’acquisition et insistent sur l’amélioration, non seulement de la résolution spatiale, mais surtout du contraste de l’image. Les valeurs de fraction d’éjection de repos et de post-stress apparaissent également bien corrélées, avec des coefficients de corrélation mesurés à 0,87 au repos et 0,90 en post-stress ( p < 0,01). 5. Validation de la caméra Discovery NM 530c avec le thallium 201 Nous avons validé la caméra DNM avec le thallium 201 par une étude mono-site ayant inclus prospectivement 153 patients adressés pour scintigraphie myocardique d’effort en juillet 2009 [15]. Après injection de 111 à 148 MBq de thallium 201, nous avons réalisé successivement une scintigraphie sur caméra conventionnelle double tête (CC) en 13 2 minutes puis sur la caméra CZT (DNM) en cinq minutes, et interprétés les résultats à l’aveugle. Les enseignements de cette étude de validation sont les suivants : tous les patients sauf un ont pu être positionnés correctement sous la caméra ; le confort des patients est grandement amélioré ; le taux de comptage est trois fois plus élevé avec la DNM (3,5 à 5 Kc/s versus 1 à 1,5 Kc/s) ; la statistique de comptage myocardique est 6 à 8 fois plus élevée avec la DNM (400 à 600 Kc acquis en 5 minutes au lieu de 150 à 200 Kc en 10 à 15 minutes) ; la qualité des images est considérée comme meilleure avec la DNM dans 38 % des cas, identique dans 59 % et plus mauvaise dans seulement 3 % des cas ; les conclusions diagnostiques sont identiques dans 94 % des cas ; les discordances relevées ont été attribuées à des artéfacts dans trois cas seulement (deux artéfacts CC et un artéfact DNM) et aux phénomènes de redistribution dans les autres cas. 6. Comparaison décubitus dorsal et décubitus ventral Nous avons comparé au cours de l’étude de validation précitée les acquisitions ventrales et dorsales. La qualité des images ventrales est meilleure dans 41 % des cas, identique dans 34 % et moins bonne dans 25 % des cas. Nous avons observé deux fois plus d’artéfacts en dorsal (14 %) qu’en ventral (7 %). 7. Réduction de doses avec le thallium 201 Le thallium 201 a par rapport aux agents technétiés l’avantage d’une meilleure extraction myocardique [16] Il a 477 en revanche l’inconvénient d’une dosimétrie patient élevée [17] et d’une qualité d’image souvent jugée moins avantageuse. Mais, alors que pour ces raisons et surtout pour des raisons de coût et d’organisation, son utilisation avait diminué au profit des agents technétiés au cours des dernières années, il fait actuellement un « come-back » du fait de la pénurie mondiale en 99mTc. L’apparition des détecteurs à semi-conducteur permet de diminuer la dose administrée et d’obtenir des images de meilleure qualité qu’avec les caméras conventionnelles (Fig. 5 et 6). Il nous a donc semblé que ces caméras étaient une excellente opportunité d’utiliser le thallium 201 dans de meilleures conditions. Nous avons donc cherché à valider la diminution des doses de thallium 201. Pour cela, nous avons inclus prospectivement en octobre 2009 137 patients consécutifs adressés pour scintigraphie myocardique et ayant déjà eu cet examen dans notre service au cours des cinq dernières années [18]. Il s’agissait de patients coronariens connus dans 85 % des cas, chez qui la scintigraphie a retrouvé au moins un infarctus dans 38 % des cas et une ischémie dans 20 % des cas. L’injection initiale (effort ou dipyridamole) était réduite entre 1 et 1,2 MBq/kg (55 MBq pour 50 kg, 74 MBq pour 70 kg, 111 MBq pour 100 kg ou plus). La réinjection avant les images de redistribution n’était réalisée qu’en cas d’hypofixation lacunaire sur les images initiales ou d’antécédent d’infarctus du myocarde. L’acquisition scintigraphique a été réalisée en cinq à sept minutes selon l’index de masse corporelle (au lieu de 13 2 minutes avec la CC) Les images DNM ont été comparées aux images CC réalisées lors de l’examen précédent. La statistique de comptage est meilleure avec la caméra DNM (plus d’un million de coups dans l’aire cardiaque). La qualité des images DNM a été considérée comme meilleure (cavité mieux définie, piliers visibles, analyse de l’épaississement facilitée) dans 70 %, identique dans 24 % et moins bonne dans 6 % des cas (artéfacts : six, contamination digestive : deux). À noter la disparition des artéfacts précédemment observés dans 50 % des cas. Surtout, aucune image pathologique n’a été « manquée » par rapport à l’examen précédent ; en revanche, cinq diagnostics ont été redressés avec la DNM. La dosimétrie patient obtenue est diminuée. Ainsi, pour un patient de 70 kg : l’activité conventionnelle administrée est de 111 MBq à l’effort et 37 MBq en redistribution ; la dose effective, à savoir 0,16 mSv/MBq est de 24 mSv [17] ; l’activité administrée avec la DNM est de 74 MBq à l’effort conduisant à une dose effective de 12 mSv en l’absence de réinjection et de 18 mSv en cas de réinjection (37 MBq). Ces proportions dosimétriques sont respectées pour l’ensemble du groupe étudié, l’activité administrée ayant été proportionnelle au poids, avec une réduction moyenne d’activité injectée de 30 % à l’effort (88 MBq versus 125 MBq) et de 25 % en cas de réinjection (112 MBq versus 150 MBq) pour un poids moyen de 79 kg et un index de masse corporel moyen de 27. [(Fig._7)TD$IG]478 B. Songy / Médecine Nucléaire 34 (2010) 473–479 Fig. 7. Comparaison des doses standard et des faibles doses en fonction du poids. Comparison of regular doses and low doses in relationship with weight. dipyridamole, dobutamine) semblent réalisables en imagerie monophotonique [21,22]. Les caméras à semi-conducteur, de par leur haute efficacité de détection, autorisent des temps d’acquisition courts, une haute statistique de comptage et l’acquisition d’études dynamiques de débit en mode liste. L’évaluation du débit sanguin myocardique et de la réserve coronaire apparaissent donc comme une perspective à moyen terme avec ces nouvelles caméras. Le thallium 201 semble actuellement l’agent de choix pour l’étude de la réserve coronaire, du fait de sa captation myocardique élevée et de l’assez bonne linéarité entre sa captation et l’augmentation du débit coronaire [23,24]. 10. Conclusion Ainsi, la caméra DNM autorise avec le thallium 201 une importante diminution dosimétrique (environ 30 %) avec une qualité d’image accrue et une statistique de comptage avantageuse. Celle-ci autorise une diminution des doses plus importante, jusqu’à 0,8 MBq/kg, permettant ainsi de réduire la dose efficace à moins de 10 mSv [18,19]. (Fig. 7). Une même démarche de réduction de dose peut également être envisagée avec les agents technétiés. 8. Protocoles rapides Un protocole rapide double isotope en 20 minutes a été décrit avec la caméra D-SPECT chez 374 patients [20] : injection de 74 MBq de thallium 201 (pour les patients de moins de 100 kg) au maximum de l’effort ou sous adénosine, image d’effort en six minutes (éventuellement en deux positions), injection de 296 MBq de 99mTc-sestamibi ou tétrofosmine et image précoce de repos en quatre minutes. La qualité des images et la dosimétrie sont équivalentes à celles de l’imagerie conventionnelle. La résolution énergétique améliorée d’un facteur 2 permet de plus d’envisager de remplacer ces deux acquisitions successives par une acquisition simultanée en double spectrométrie. Cela peut être également envisagé avec la séquence thallium au repos – agent technétié à l’effort. Les performances de la caméra permettent d’envisager à la fois une réduction du temps total d’examen et de la dosimétrie. L’efficacité de détection (statistique de comptage myocardique multipliée par quatre à cinq) permet d’imaginer aussi des protocoles rapides avec les seuls agents technétiés. Un protocole rapide utilisant les agents technétiés est actuellement en cours d’évaluation par certains service avec la DNM, les résultats n’ayant pas été publiés pour l’instant : injection de 250 MBq au repos, image de repos en cinq minutes une demi-heure plus tard, puis épreuve d’effort ou test pharmacologique, injection de 750 MBq, image d’effort immédiate en trois minutes. 9. Perspectives La mesure du débit sanguin myocardique et de la réserve coronaire à l’effort ou avec test pharmacologique (adénosine, Cette nouvelle caméra cardiaque, associant détecteurs fixes, technologie à semi-conducteur CZT et collimation convergente multi-pinhole, autorise une diminution importante de la dosimétrie, permet des acquisitions rapides, précises, sans artéfact de mouvement et fournit des images de haute qualité et de haute valeur diagnostique. Elle ouvre des perspectives de protocoles courts, en simple ou en double spectrométrie, mais aussi de mesure du débit sanguin myocardique et de la réserve coronaire. Pour toutes ces raisons, cette nouvelle technologie apparaît comme un tournant et un progrès important en cardiologie nucléaire. Conflit d’intérêt Aucun. Remerciements Aux docteurs David Lussato, Mohamed Guernou, Mathieu Queneau et Ricardo Geronazzo, ainsi qu’aux cardiologues et à l’équipe paramédicale du service de médecine nucléaire du centre cardiologique du Nord. 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