Physique de l’imagerie de perfusion myocardique (SPECT, PET) : Radiotraceurs, perfusion, flux sanguin et viabilité
SPECT et PET
- Dans la TEMP (tomographie par émission monophotonique), les radiotraceurs émettent directement des photons gamma. Ces rayons gamma sont détectés par des gamma-caméras pour créer des images tomographiques du ventricule gauche.
- En TEP (tomographie par émission de positons), les radiotraceurs émettent des positons. Lorsqu’un positron entre en collision avec un électron, ils s’annihilent l’un l’autre, produisant deux photons gamma émis dans des directions opposées. Les scanners TEP détectent ces rayons gamma pour construire des images à haute résolution spatiale et temporelle. La TEP offre une meilleure qualité spatio-temporelle que la TEMP.
Quantification du flux sanguin à l’aide de la TEP
L’imagerie de perfusion TEP quantitative permet de mesurer avec précision le débit sanguin myocardique en millilitres par minute et par gramme de tissu (ml/min/g). Cette technique excelle dans la détection de l’ischémie équilibrée. Une telle ischémie, observée dans la maladie multivasculaire, existe lorsque toutes les artères coronaires sont également compromises, ce qui entraîne une perfusion uniforme qui peut sembler trompeusement normale sur la TEMP. La détection de la maladie multivasculaire nécessite la quantification du débit sanguin coronarien absolu. Cela est possible grâce aux scanners TEP, qui permettent également d’évaluer la fonction microvasculaire.
Pour qu’un radiotraceur soit adapté à la quantification du débit sanguin myocardique, son absorption par le myocarde doit être en étroite corrélation avec le débit sanguin réel. Un traceur idéal présente une forte extraction du sang vers les tissus et une forte rétention, avec une relation linéaire entre le débit sanguin myocardique et l’activité mesurée du traceur sur une large plage(Murthy et al.). Comme le montre la figure 1, l’eau-15O est le seul traceur dont l’absorption par le myocarde est linéairement liée au débit sanguin coronarien. L’eau-15O est un traceur idéal, dont la demi-vie est courte (2 minutes) et qui n’entraîne qu’une exposition minimale aux radiations. Il est métaboliquement inerte et se diffuse librement à travers les membranes cellulaires, ce qui permet une quantification précise du débit sanguin myocardique et une évaluation de la réserve de débit coronaire. Une seule session peut être utilisée pour réaliser les images de repos et de stress(Sogbein et al.).
Phénomène de roll-off
Le phénomène de roll-off dans l’imagerie de perfusion myocardique, illustré dans la figure X, met en évidence la relation non linéaire entre la captation du traceur et le débit sanguin coronaire. Comme on l’a observé avec des traceurs tels que le technétium 99m et le thallium 201, la captation augmente de façon linéaire lorsque le débit coronaire est faible. Cependant, lorsque le débit continue d’augmenter, la captation du traceur atteint un plateau. Cet effet de saturation peut conduire à une sous-estimation du débit sanguin dans les régions affectées par une maladie coronarienne significative, ce qui peut entraîner des résultats faussement négatifs.
Les radiotraceurs dans l’imagerie de perfusion myocardique
Les radiotraceurs sont conçus pour identifier les zones ischémiques du myocarde en mettant en évidence les régions où le flux sanguin est réduit.
Radiotraceurs pour la TEMP
- Technétium 99m (Sestamibi ou Tétrofosmine) : Avec une demi-vie de six heures permettant des doses élevées pour une meilleure qualité d’image, ce traceur se diffuse passivement dans les cardiomyocytes, se liant aux mitochondries, avec une redistribution minimale.
- Thallium-201 : Il s’agit d’un analogue du potassium avec une demi-vie de 73 heures, qui pénètre dans les cardiomyocytes par la pompe Na+/K+ ATPase. Il subit une redistribution, ce qui le rend adapté à l’évaluation de la viabilité et du myocarde en hibernation, au prix d’une exposition plus importante aux radiations et d’images plus floues. L’absence de captation du thallium indique un myocarde non viable, tandis que la redistribution dans des régions initialement hypoperfusées suggère la viabilité.
Qu’est-ce que la redistribution myocardique ?
En imagerie de perfusion myocardique, la redistribution fait référence au mouvement d’un radiotraceur dans le myocarde au fil du temps. Les radiotraceurs sans redistribution conservent leur distribution initiale, ce qui signifie que la distribution myocardique des traceurs est fixe immédiatement après l’administration. Les radiotraceurs avec des niveaux de redistribution plus élevés peuvent se déplacer des zones à forte concentration vers les régions à faible concentration, pour des raisons autres que les différences de perfusion, ce qui rend l’interprétation de l’image plus ambiguë.
Tableau 1. Radiotraceurs utilisés pour l’imagerie SPECT
| Thallium-201 | Technétium-99m | |
|---|---|---|
| Dose de radiotraceur | 3-4 mCi 1 mCi supplémentaire pour le protocole de réinjection |
30 mCi au repos 10-30 mCi en cas d’imagerie au repos et à l’effort |
| Exposition au rayonnement | 12-16 mSv T1/2 = 73 heures |
10 mSv T1/2 = 6 heures |
| Durée de l’étude | 4-5 heures (repos et redistribution) 24 heures si une imagerie supplémentaire est réalisée |
1-2 heures |
| Informations fonctionnelles | Non | Oui |
| Redistribution | Oui – Nécessite une nouvelle imagerie pour évaluer la viabilité. | Non – La perfusion est fixée au moment de l’injection. |
| Qualité de l’image | Inférieure photons de 74 keV Photons de faible énergie, faible nombre de photons (bruit) |
Supérieure photons de 140 keV Photons de plus haute énergie, nombre de photons plus élevé (moins de bruit) |
| Activité extracardiaque | Une prise fréquente des poumons peut réduire la qualité de l’image | La captation fréquente du foie et de l’intestin peut retarder l’acquisition ou provoquer des artefacts |
| Contre-indications | Aucune | Hypotension au repos Impossibilité d’administrer de la nitroglycérine |
| Fraction d’extraction | 85 % Thallium | 65 % Sestamibi 54 % Tétrofosmine |
| Dégagement | Urinaire/GI | Hépatobiliaire |
Traceurs pour l’imagerie TEP
Tableau 2. Radiotraceurs utilisés pour la quantification du flux sanguin myocardique par TEP
| 82Rb-chlorure | 13N-ammoniac | 15O-eau | 18F-flurpiridaz | |
|---|---|---|---|---|
| Méthode de production des isotopes | Générateur | Cyclotron | Cyclotron | Cyclotron |
| Demi-vie de l’isotope (min) | 1,27 | 10 | 2,0 | 110 |
| Portée des positons (mm) RMS | 2,6 | 0,57 | 1,0 | 0,23 |
| Résolution de l’image (mm) FWHM | 8 | 5 | 6 | 5 |
| Dose effective (mSv/GBq) | 1 | 2 | 1 | 2 |
| Propagation à partir des organes adjacents | Paroi de l’estomac | Foie et poumon | Foie | Début du foie |
| Dose de repos typique pour 3D/2D (mCi†) | 30/45 | 10/15 | 20/30 | 2/3 |
| Dose de stress typique pour 3D/2D (mCi†) | 30/45 | 10/15 | 20/30 | 6/7 |
| Caractéristiques du protocole | Protocole rapide | Permet l’exercice ; délai de 4 à 5 demi-vies entre le repos et l’effort, à moins que des doses différentes ne soient utilisées | Protocole rapide ; pas de rétention de traceur pour l’IPM de routine | Autorise l’exercice ; des doses différentes pour le repos et l’effort sont nécessaires |
TEP au 18F-Fluorodéoxyglucose (18F-FDG)
La TEP au 18F-Fluorodéoxyglucose (18F-FDG) est utilisée pour évaluer la viabilité du myocarde. Il est sélectivement absorbé par le myocarde métaboliquement actif (viable), ce qui permet de différencier les tissus viables des tissus non viables. La principale utilité est de déterminer l’étendue du myocarde viable dans les régions où la perfusion est réduite ou qui ont subi un infarctus. Cette information peut guider les décisions relatives aux procédures de revascularisation ; il est peu probable qu’une revascularisation soit bénéfique si aucun myocarde viable n’est détecté, et vice versa. La TEP au 18F-FDG est la technique d’imagerie la plus sensible pour identifier le myocarde viable en hibernation. La TEP au 18F-FDG est également utilisée pour diagnostiquer la sarcoïdose cardiaque.
Phénomène de vol coronaire
Les agents de stress vasodilatateurs peuvent également provoquer un phénomène de vol coronaire, qui se produit lorsque le sang est redirigé d’une région alimentée par une artère sténosée vers une région mieux irriguée. Ce phénomène se produit parce que les artères malades sont déjà dilatées au maximum au repos, alors que les artères saines peuvent encore se dilater en réponse à des agents pharmacologiques. Cette redistribution du flux sanguin peut exacerber l’ischémie dans des zones déjà compromises.
Distribution inversée
La redistribution inverse fait référence à un phénomène dans lequel un défaut de perfusion observé pendant l’imagerie de stress semble s’aggraver ou être nouveau sur les images de repos. Ce schéma est parfois observé avec le technétium-99m sestamibi et on pense qu’il s’agit d’un artefact plutôt que d’une indication de pathologie réelle. La redistribution inverse est plus fréquente chez les patients obèses (affectant souvent le territoire de l’artère coronaire droite) et chez les femmes à forte poitrine (typiquement dans le territoire de l’artère interventriculaire antérieure). Elle n’a pas de corrélation directe avec une maladie coronarienne obstructive et est généralement considérée comme un artefact bénin.