Optimisation des séquences IRM et positionnement en carcinologie cervico-faciale de la TEP-IRM

MRI Sequences Optimization for PET-MRI Use in Head and Neck Cancer

• Auteur / Autrice : François Bidault
• Direction : Nathalie Lassau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Recherche clinique, innovation technologique, santé publique
• Date : Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cancérologie, Biologie, Médecine, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'imagerie biomédicale multimodale Paris-Saclay (Orsay, Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté de médecine (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-France Bellin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arthur Damien Varoquaux, Erwan de Mones Del Pujol, Stéphane Temam, Sophie Espinoza-Boireau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Arthur Damien Varoquaux, Erwan de Mones Del Pujol

Mots clés

Mots clés contrôlés

instrumentation

Imagerie multimodale

Tomographie par émission de positons

Imagerie par résonance magnétique

Tumeurs de la tête et du cou

imagerie diagnostique

Tumeurs oto-rhino-laryngologiques

Imagerie médicale

Cancer cervicofacial

Cancer

Voies aéro-digestives supérieures

Mots clés libres

Tep-Irm

Cancer

Orl

Pet-Mri

Cancer

Head and neck

Résumé

Le bilan d’imagerie des cancers des voies aérodigestives supérieures utilise l’imagerie par résonance magnétique (IRM) et l’imagerie de tomographie par émission de positons (TEP). La TEP-IRM réunit ces deux imageries et permettent (sic) d’envisager l’exploration multiparamétrique des cancers ORL. La mise en place d’un protocole d’imagerie TEP-IRM pose des questions d’instrumentation. Les objectifs étaient de : quantifier et corriger le phénomène d’entrée de coupe artériel sur les séquences IRM de perfusion /perméabilité ; mesurer la précision des cartographies de valeur des temps de relaxation T1 et mesurer le temps de relaxation T1 du cancer ORL ; calculer le taux de détection des nodules pulmonaires par la séquence IRM à temps d’écho zéro (ZTE) et évaluer la précision de la mesure de la taille des nodules pulmonaires ; Comparer les valeurs des indices de texture de la radiomique à 3 Tesla et 1,5 Tesla. L’étude du phénomène d’entrée de coupe et de sa correction a été effectuée avec un imageur 3 Tesla et un fantôme de flux puis chez l’homme. L’étude de la cartographie T1 a été effectuée avec un imageur 3 Tesla et des fantômes de calibration, la mesure du T1 du cancer ORL a été effectuée chez 10 patients. L’étude de la séquence ZTE a été effectué par deux lecteurs avec imageur 3 Tesla en comparaison de la tomodensitométrie (gold standard) chez 12 patients. L’étude des indices de texture a été effectuée avec des imageurs 3 Tesla et 1,5 Tesla et des fantômes faits « maison » avec un logiciel de texture en accès libre et chez 10 volontaires sains. La méthode IRM de présaturation du flux artériel carotidien corrige efficacement l’altération du signal de la fonction d’entrée artérielle liée au phénomène d’entrée de coupe. Son application permet d’envisager de réaliser des acquisitions IRM de perfusion / perméabilité répondant aux recommandations des sociétés savantes en terme de résolution temporelle (inférieure à 5 secondes) tout en étant adaptée à l’anatomie ORL et à la combinaison des imagerie paramétriques. La valeur du temps de relaxation T1 des carcinomes épidermoïdes des VADS est calculée à 1314,5 ms (± 246,1). La réalisation d’une cartographie T1 nécessite la calibration des séquences cliniques à l’aide d’un fantôme et de séquences IRM de référence. Le taux de détection des nodules pulmonaire par ZTE est des 53% (IC95% [48-58]), et de 85% (IC95% [78-92]) pour les nodules de plus de 9 mm. La corrélation entre la taille des nodules avec la séquence ZTE et la taille au scanner est excellente. Les voies d’amélioration de la séquence se portent sur l’augmentation de la résolution spatiale et l’optimisation du contrôle du mouvement respiratoire. Les valeurs des indices de texture en IRM varient avec l’intensité du champ magnétique (3 Tesla versus 1.5 Tesla). Ces résultats contribuent à l’élaboration d’un protocole d’acquisition d’image TEP-IRM en cancérologie ORL. Deux études cliniques loi Jardé 3 sont en cours et utilisent ces résultats. Ces études permettront d’évaluer les performances de l’appareil TEP-IRM et de la combinaison des imageries paramétriques IRM et TEP en carcinologie ORL, ceci avec un haut niveau de preuve histologique.

The imaging workup for Head and Neck (ENT) cancers uses magnetic resonance imaging (MRI) and positron emission tomography (PET) imaging. PET-MRI combines these two modalities and makes it possible to consider multiparametric exploration of ENT cancers. The implementation of a PET-MRI imaging protocol raises instrumentation questions.OjectivesThe objectives were to: quantify and correct arterial flow-related enhancement on dynamic contrast-enhanced MRI ; measure the precision of the T1 relaxation times maps and measure the T1 relaxation time of ENT cancer ; calculate the lung nodules detection rate by the MRI zero echo time sequence (ZTE) and evaluate the accuracy of lung nodules size measurement ; compare radiomic features values for different magnetic field strength (3 Tesla versus 1.5 Tesla). The study of the arterial flow-related enhancement and its correction was carried out with a 3 Tesla imager and a flow apparatus, then in humans. The T1 mapping study was performed with a 3 Tesla imager and calibration phantoms, the T1 measurement of ENT cancer was performed in 10 patients. The study of the ZTE sequence was performed by two readers with a 3 Tesla imager in comparison with the computed tomography (CTscan, gold standard) in 12 patients. The study of texture indices was performed with 3 Tesla and 1.5 Tesla imagers and “homemade phantoms”, with an open access texture software and then in 10 healthy volunteers. The MRI saturation method of the carotid arterial flow effectively corrects the alteration of the signal of the arterial input function related to the flow-related enhancement. Its application makes it possible to consider performing MRI perfusion / permeability acquisitions that meet the recommendations of learned societies in terms of temporal resolution (less than 5 seconds) while being adapted to ENT anatomy and to the combination of parametric imaging. The value of the relaxation time T1 of squamous cell carcinoma of the VADS is calculated at 1314.5 ms (± 246.1). Performing T1 mapping requires calibration of clinical MRI sequences using a phantom and reference MRI sequences.The detection rate of pulmonary nodules by ZTE is 53% (CI95% [48-58]), and 85% (CI95% [78-92]) for nodules of size more than 9 mm. The correlation between the size of the nodules with the ZTE sequence and the size on the CTscan is excellent. Areas for improvement of the sequence may focus on increasing spatial resolution and optimizing control of respiratory movement.The values of the texture indices in MRI vary with the intensity of the magnetic field (3 Tesla versus 1.5 Tesla). These results contribute to the development of a protocol for acquiring PET-MRI images in ENT oncology. Two clinical studies are in progress using these results. These studies will make it possible to evaluate the performance of the PET-MRI and of the combination of parametric MRI and PET imaging in ENT cancer, with a high level of histological evidence.