Tomographie par émission de positrons

La tomographie par émission de positons (TEP) est une méthode permettant d'étudier l'activité métabolique et fonctionnelle des tissus corporels in vivo. Elle repose sur le phénomène d'émission de positons observé dans un radiopharmaceutique introduit dans l'organisme lors de sa distribution et de son accumulation dans divers organes. En neurologie, son principal domaine d'application est l'étude du métabolisme cérébral dans diverses maladies. Des modifications de l'accumulation de nucléides dans une zone donnée du cerveau suggèrent une altération de l'activité neuronale.

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Indications de la tomographie par émission de positons

Les indications de la tomographie par émission de positons (TEP) comprennent la recherche d'une hibernation myocardique chez les patients subissant un pontage aortocoronarien ou une transplantation cardiaque, ainsi que la distinction entre métastases, nécrose et fibrose dans les ganglions lymphatiques hypertrophiés chez les patients atteints de cancer. La TEP est également utilisée pour évaluer les nodules pulmonaires et déterminer leur activité métabolique, ainsi que pour diagnostiquer le cancer du poumon, le cancer du cou, le lymphome et le mélanome. La TDM peut être combinée à la TEP pour corréler les données morphologiques et fonctionnelles.

Préparation à la tomographie par émission de positons

La TEP est réalisée à jeun (le dernier repas a lieu 4 à 6 heures avant l'examen). La durée de l'examen varie de 30 à 75 minutes, selon l'ampleur de la procédure. Pendant les 30 à 40 minutes nécessaires à l'introduction du médicament dans les processus métaboliques, les patients doivent être dans des conditions minimisant toute activité motrice, verbale et émotionnelle afin de réduire le risque de faux positifs. Pour cela, le patient est placé dans une pièce séparée aux murs insonorisés; il est allongé les yeux fermés.

Méthodes alternatives

D’autres méthodes de neuroimagerie fonctionnelle telles que la spectroscopie par résonance magnétique, la tomodensitométrie à émission monophotonique, la perfusion et l’IRM fonctionnelle peuvent servir dans une certaine mesure d’alternative à la TEP.

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Tomographie par émission monophotonique

Une option moins coûteuse pour l’examen radio-isotopique de la structure intravitale du cerveau est la tomodensitométrie par émission monophotonique.

Cette méthode repose sur l'enregistrement du rayonnement quantique émis par des isotopes radioactifs. Contrairement à la TEP, la tomographie d'émission monophotonique utilise des éléments non métaboliques (Tc99, TI-01) et, grâce à une caméra Y tournant autour de l'objet, enregistre des quanta individuels (photons) plutôt que des paires.

L'une des variantes de la tomodensitométrie à émission monophotonique (TODM) est la visualisation du flux sanguin cérébral local. Le patient est soumis à l'inhalation d'un mélange gazeux contenant du xénon 133, qui se dissout dans le sang. Grâce à l'analyse informatique, une image tridimensionnelle de la distribution des sources d'émission de photons dans le cerveau est construite avec une résolution spatiale d'environ 1,5 cm. Cette méthode est notamment utilisée pour étudier les caractéristiques du flux sanguin cérébral local dans les maladies cérébrovasculaires et dans divers types de démence.

Évaluation des résultats

L'évaluation TEP est réalisée à l'aide de méthodes visuelles et semi-quantitatives. L'évaluation visuelle des données TEP, réalisée à l'aide d'échelles noir et blanc et de différentes couleurs, permet de déterminer l'intensité de l'accumulation de radiopharmaceutiques dans différentes zones du cerveau, d'identifier les foyers de métabolisme pathologique et d'évaluer leur localisation, leurs contours et leur taille.

Dans une analyse semi-quantitative, le rapport d'accumulation radiopharmaceutique entre deux zones de taille égale est calculé, dont l'une correspond à la partie la plus active du processus pathologique et l'autre à la zone controlatérale inchangée du cerveau.

L’utilisation du PET en neurologie permet de résoudre les problèmes suivants:

• étudier l’activité de certaines zones du cerveau lorsqu’elles sont confrontées à divers stimuli;
• réaliser un diagnostic précoce des maladies;
• réaliser des diagnostics différentiels de processus pathologiques présentant des manifestations cliniques similaires;
• prédire l'évolution de la maladie, évaluer l'efficacité de la thérapie.

Les principales indications pour l’utilisation de la technique en neurologie sont:

• pathologie cérébrovasculaire;
• épilepsie;
• La maladie d’Alzheimer et d’autres formes de démence;
• maladies dégénératives du cerveau (maladie de Parkinson, maladie de Huntington);
• maladies démyélinisantes;
• tumeurs cérébrales.

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Épilepsie

La TEP au 18-fluorodésoxyglucose permet de détecter les foyers épileptogènes, notamment dans les formes focales d'épilepsie, et d'évaluer les troubles métaboliques au sein de ces foyers. En période intercritique, la zone du foyer épileptogène est caractérisée par un hypométabolisme du glucose, et la zone de métabolisme réduit dépasse parfois largement la taille du foyer établi par neuroimagerie structurale. De plus, la TEP permet de détecter les foyers épileptogènes même en l'absence de modifications électroencéphalographiques et structurelles; elle peut être utilisée dans le diagnostic différentiel des crises épileptiques et non épileptiques. La sensibilité et la spécificité de la méthode augmentent significativement avec l'utilisation combinée de la TEP et de l'électroencéphalographie (EEG).

Au moment d'une crise d'épilepsie, une augmentation du métabolisme régional du glucose est observée dans la zone du foyer épileptogène, souvent en combinaison avec une suppression dans une autre zone du cerveau, et après la crise, un hypométabolisme est à nouveau enregistré, dont la gravité commence à diminuer de manière fiable 24 heures après la crise.

La TEP peut également être utilisée avec succès pour déterminer les indications du traitement chirurgical de diverses formes d'épilepsie. L'évaluation préopératoire de la localisation des foyers épileptiques permet de choisir la stratégie thérapeutique optimale et d'établir un pronostic plus objectif quant à l'issue de l'intervention proposée.

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Pathologie cérébrovasculaire

Dans le diagnostic de l'AVC ischémique, la TEP est considérée comme une méthode permettant de déterminer la présence de tissu cérébral viable et potentiellement récupérable dans la zone de pénombre ischémique, ce qui permettra de préciser les indications d'un traitement de reperfusion (thrombolyse). L'utilisation de ligands des récepteurs centraux des benzodiazépines, marqueurs de l'intégrité neuronale, permet une distinction assez nette entre tissu cérébral irréversiblement endommagé et tissu cérébral viable dans la zone de pénombre ischémique à un stade précoce de l'AVC. Il est également possible d'établir un diagnostic différentiel entre les foyers ischémiques récents et anciens chez les patients présentant des épisodes ischémiques répétés.

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La maladie d'Alzheimer et d'autres types de démence

Dans le diagnostic de la maladie d'Alzheimer, la sensibilité du PET varie de 76 à 93 % (en moyenne 86 %), ce qui est confirmé par les documents d'étude d'autopsie.

La TEP dans la maladie d'Alzheimer se caractérise par une diminution focale prononcée du métabolisme cérébral, principalement dans les aires d'association néocorticales du cortex (cortex cingulaire postérieur, cortex temporo-pariétal et cortex frontal multimodal), les modifications étant plus marquées dans l'hémisphère dominant. Parallèlement, les noyaux gris centraux, le thalamus, le cervelet et le cortex, responsables des fonctions sensorielles et motrices primaires, restent relativement intacts. Le symptôme le plus typique de la maladie d'Alzheimer est un hypométabolisme bilatéral dans les aires temporo-pariétales du cerveau, qui, aux stades avancés, peut s'associer à une diminution du métabolisme dans le cortex frontal.

La démence due à une maladie cérébrovasculaire se caractérise par une atteinte prédominante des lobes frontaux, notamment du gyrus cingulaire et du gyrus frontal supérieur. Les patients atteints de démence vasculaire présentent également généralement des zones de métabolisme diminué dans la substance blanche et le cortex, impliquant souvent le cervelet et les sous-cortex. La démence frontotemporale se caractérise par une diminution du métabolisme dans les cortex frontaux, antérieur et temporal médial. Les patients atteints de démence à corps de Lewy présentent des déficits métaboliques temporo-pariétaux bilatéraux évoquant la maladie d'Alzheimer, mais impliquant souvent le cortex occipital et le cervelet, généralement intacts dans la maladie d'Alzheimer.

Schéma des changements métaboliques dans diverses affections associées à la démence

Étiologie de la démence	Zones de perturbation métabolique
Maladie d'Alzheimer	Les lésions des cortex pariétal, temporal et cingulaire postérieur surviennent le plus tôt possible, avec une épargne relative des cortex sensorimoteur et visuel primaire, ainsi que du striatum, du thalamus et du cervelet. Aux stades précoces, le déficit est souvent asymétrique, mais le processus dégénératif finit par se manifester bilatéralement.
Démence vasculaire	Hypométabolisme et hypoperfusion dans les zones corticales, sous-corticales et le cervelet affectés
Démence de type frontal	Le cortex frontal, le cortex temporal antérieur et les régions médiotemporales sont touchés en premier, avec un degré de gravité des lésions initialement plus élevé que le cortex pariétal et temporal latéral, avec une préservation relative du cortex sensorimoteur et visuel primaire.
Chorée de Huntington	Les noyaux caudés et lenticulaires sont touchés plus tôt avec une atteinte diffuse progressive du cortex
Démence dans la maladie de Parkinson	Caractéristiques similaires à celles de la maladie d'Alzheimer, mais avec une plus grande épargne de la région médiotemporale et une moindre épargne du cortex visuel
Démence à corps de Lewy	Troubles typiques de la maladie d'Alzheimer, mais avec une moindre préservation du cortex visuel et éventuellement du cervelet

L’utilisation du PET comme prédicteur du développement de la démence de type Alzheimer, en particulier chez les patients présentant des troubles cognitifs légers et modérés, est prometteuse.

Actuellement, des tentatives sont menées pour étudier l'amylose cérébrale in vivo par TEP, utilisant des ligands amyloïdes spécifiques, afin de réaliser un diagnostic préclinique de la démence chez les personnes présentant des facteurs de risque. L'étude de la gravité et de la localisation de l'amylose cérébrale permet également d'améliorer la fiabilité du diagnostic à différents stades de la maladie. De plus, l'utilisation de la TEP, notamment en dynamique, permet de prédire avec plus de précision l'évolution de la maladie et d'évaluer objectivement l'efficacité du traitement.

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Maladie de Parkinson

La TEP utilisant le ligand spécifique B18-fluorodopa permet de déterminer quantitativement le déficit de synthèse et de stockage de la dopamine au niveau des terminaisons striées présynaptiques dans la maladie de Parkinson. La présence de modifications caractéristiques permet d'établir un diagnostic et d'organiser des mesures préventives et thérapeutiques dès les premiers stades, parfois précliniques, de la maladie.

L'utilisation de la TEP permet de réaliser un diagnostic différentiel de la maladie de Parkinson avec d'autres maladies dont le tableau clinique comprend des symptômes extrapyramidaux, comme l'atrophie multisystémique.

_{L'état des récepteurs de la dopamine peut être évalué par TEP avec le raclopride}, un ligand du récepteur H2. Dans la maladie de Parkinson, le nombre de terminaisons dopaminergiques présynaptiques et la quantité de transporteur de la dopamine dans la fente synaptique sont réduits, tandis que dans d'autres maladies neurodégénératives (par exemple, l'atrophie multisystématisée, la paralysie supranucléaire progressive et la dégénérescence corticobasale), le nombre de récepteurs de la dopamine dans le striatum est réduit.

De plus, l’utilisation de la TEP nous permet de prédire l’évolution et le taux de progression de la maladie, d’évaluer l’efficacité du traitement médicamenteux et d’aider à déterminer les indications du traitement chirurgical.

Chorée de Huntington et autres hyperkinésies

Les résultats du PET dans la chorée de Huntington sont caractérisés par une diminution du métabolisme du glucose dans les noyaux caudés, ce qui permet un diagnostic préclinique de la maladie chez les individus à haut risque de développer la maladie selon les résultats des tests ADN.

Dans la dystonie de torsion, la TEP au 18-fluorodésoxyglucose révèle une diminution du niveau régional du métabolisme du glucose dans les noyaux caudés et lentiformes, ainsi que dans les champs de projection frontale du noyau thalamique médiodorsal, avec un niveau métabolique global intact.

Sclérose en plaques

La TEP au 18-fluorodésoxyglucose chez les patients atteints de sclérose en plaques révèle des modifications diffuses du métabolisme cérébral, notamment de la substance grise. Les troubles métaboliques quantitatifs identifiés peuvent servir de marqueur de l'activité de la maladie, refléter les mécanismes physiopathologiques du développement des exacerbations, aider à prédire l'évolution de la maladie et évaluer l'efficacité du traitement.

Tumeurs cérébrales

La TDM ou l'IRM permettent d'obtenir des informations fiables sur la localisation et l'étendue des lésions tumorales cérébrales, mais ne permettent pas de différencier avec précision les lésions bénignes des lésions malignes. De plus, les méthodes de neuroimagerie structurelle ne sont pas suffisamment spécifiques pour différencier une récidive tumorale d'une nécrose radique. Dans ces cas, la TEP devient la méthode de choix.

Outre le 18-fluorodésoxyglucose, d'autres radiopharmaceutiques sont utilisés pour diagnostiquer les tumeurs cérébrales, comme ^{la 11C} -méthionine et ^{la 11C -tyrosine. La TEP àla 11C} -méthionine, en particulier, est une méthode plus sensible pour détecter les astrocytomes que la TEP au 18-fluorodésoxyglucose, et elle peut également être utilisée pour évaluer les tumeurs de bas grade. La TEP à ^{la 11C} -tyrosine permet de différencier les tumeurs malignes des lésions cérébrales bénignes. De plus, les tumeurs cérébrales hautement et faiblement différenciées présentent une cinétique d'absorption de ce radiopharmaceutique différente.

Actuellement, la TEP est l'une des techniques d'examen les plus précises et les plus avancées pour diagnostiquer diverses maladies du système nerveux. De plus, cette méthode peut être utilisée pour étudier le fonctionnement du cerveau chez des personnes en bonne santé à des fins de recherche scientifique.

En raison d'un équipement insuffisant et de son coût élevé, l'utilisation de cette méthode reste extrêmement limitée et n'est disponible que dans les grands centres de recherche. Cependant, le potentiel de la TEP est considérable. L'introduction d'une technique permettant la réalisation simultanée de l'IRM et de la TEP, puis la combinaison des images obtenues, semble extrêmement prometteuse. Elle permettra d'obtenir un maximum d'informations sur les modifications structurelles et fonctionnelles de diverses parties du tissu cérébral.

Qu'est-ce que la tomographie par émission de positons?

Contrairement à l'IRM ou à la TDM standard, qui fournissent principalement une image anatomique d'un organe, la TEP évalue les changements fonctionnels au niveau du métabolisme cellulaire, qui peuvent être reconnus dès les premiers stades précliniques de la maladie, lorsque les méthodes de neuroimagerie structurelle ne révèlent aucun changement pathologique.

La TEP utilise divers radiopharmaceutiques marqués à l'oxygène, au carbone, à l'azote et au glucose, c'est-à-dire des métabolites naturels de l'organisme, qui interviennent dans le métabolisme avec ses propres métabolites endogènes. Il est ainsi possible d'évaluer les processus se produisant au niveau cellulaire.

Le radiopharmaceutique le plus couramment utilisé en TEP est le fluorodésoxyglucose. Parmi les autres radiopharmaceutiques fréquemment utilisés en TEP, on trouve ^{la 11C} -méthionine (MET) et ^{la 11C-} tyrosine.

La charge de rayonnement à la dose maximale du médicament administré correspond à la charge de rayonnement reçue par le patient lors d'une radiographie thoracique en deux projections; l'examen est donc relativement sûr. Il est contre-indiqué chez les personnes souffrant de diabète sucré, dont la glycémie est supérieure à 6,5 mmol/l. La grossesse et l'allaitement sont également contre-indiqués.