Imagerie hybride

Un système innovant d’imagerie médicale est actuellement à l’essai à Munich. Tout premier scanner à combiner résonance magnétique et tomographie par émission de positons, le Biograph mMR assure l’acquisition simultanée de la position, du fonctionnement et du métabolisme des organes internes.

La réputation du CHU « Klinikum rechts der Isar » de Munich en matière d’avancées scientifiques n’est plus à faire. En 2008, l’établissement créait l’événement avec une greffe spectaculaire de deux bras entiers. En novembre 2010, il faisait à nouveau parler de lui à l’occasion de l’installation par Siemens Healthcare, dans son service de médecine nucléaire, du tout premier système IRM-TEP corps entier intégré. Depuis, ce dernier est toujours en phase d’évaluation à des fins d’usage clinique.

le Biograph mMR

Système hybride de 3 teslas, > le Biograph mMR (pour résonance magnétique moléculaire) a pour particularité de combiner deux modalités majeures : la tomographie par émission de positons (TEP) et l’imagerie par résonance magnétique (IRM).

Ces deux techniques présentent des différences notables (voir encadré), mais les informations qu’elles fournissent sont parfaitement complémentaires. Un système IRM peut en effet réaliser des clichés anatomiques avec une résolution de l’ordre du millimètre, tandis qu’un scanner TEP permet d’étudier le métabolisme cellulaire.

« Grâce au Biograph mMR, nous sommes désormais en mesure de réaliser des acquisitions corps entier en IRM et TEP simultanément, puis de les superposer », indique le professeur Markus Schwaiger, directeur du service de médecine nucléaire de la Klinikum rechts der Isar, qui est très optimiste quant aux applications cliniques. « Nous nous concentrons sur les applications oncologiques et plus précisément sur les patients atteints d’un cancer. Ce qui nous intéresse, ce sont les avantages de ce système par rapport aux méthodes d’examen conventionnelles. Nous espérons qu’il nous aidera à améliorer nos diagnostics », ajoute-t-il.

Les espoirs du professeur Schwaiger sont fondés puisque les médecins qui utilisent le Biograph mMR peuvent déterminer si la taille d’une tumeur a diminué mais également si son activité, donc son métabolisme, a ralenti. Ils sont ainsi capables d’évaluer l’efficacité d’un traitement, par exemple une chimiothérapie.

Le Biograph mMR pourrait également s’avérer utile dans le cadre du diagnostic des maladies neurodégénératives, notamment grâce à l’identification de certaines zones du cerveau affichant un ralentissement de l’activité métabolique, révélateur de troubles psychiques. Hermann Requardt, CEO du Secteur Healthcare de Siemens, n’a aucun doute sur le potentiel offert par la réunion des modalités TEP et IRM au sein d’un même système. « Pour relever les défis imposés par les systèmes de soins, nous nous devons de déceler les maladies de manière précoce et précise, et de les traiter correctement tout en gardant un œil sur les coûts associés », affirme-t-il. « Nous pourrons ainsi éviter les thérapies ne présentant aucune efficacité ou prescrites suite à des diagnostics erronés. »

« Les tests d’utilisation clinique nous aideront à surveiller l’évolution des maladies. Nous exploiterons les informations obtenues pour développer un programme thérapeutique individuel pour chaque patient », précise le professeur Schwaiger. « Cette nouvelle technologie hybride devrait aussi nettement améliorer la précision de l’identification des tumeurs et de la réalisation des biopsies, ainsi que le confort des patients. » Parallèlement, le Biograph mMR pourrait favoriser le développement de nouveaux biomarqueurs, mais aussi de nouvelles approches thérapeutiques du cancer, des cardiopathies et des troubles neurologiques. L’IRM ayant recours à des champs magnétiques et non à des rayonnements ionisants, cette technique d’examen est particulièrement adaptée aux enfants et au suivi des patients.

Outre sa précision spatiale et temporelle, le Biograph mMR se distingue par sa capacité à effectuer simultanément des acquisitions IRM et TEP du corps entier en 30 minutes environ. Auparavant, il était nécessaire de réaliser deux examens distincts, puis de combiner les images obtenues – un processus fastidieux et offrant moins de précision en raison du mouvement inévitable des patients et de leurs organes entre les deux acquisitions. Le Biograph mMR garantit par conséquent un diagnostic plus fiable et un confort accru des patients, qui n’ont ainsi à subir qu’un seul examen.

 images haute résolution du scanner IRM-TEP
Les images haute résolution du scanner IRM-TEP corps entier Biograph mMR ouvrent aux médecins, à l’instar du professeur Schwaiger (ci-dessus), de nouvelles perspectives en oncologie, cardiologie et neurologie, favorisant la détection précoce des maladies et la définition de stratégies thérapeutiques efficaces.

Prouesse technologique

Quels ont été les défis de l’intégration de l’IRM et de la TEP dans un seul et même système ? « Techniquement, il nous a fallu résoudre les problèmes liés à la fusion de deux machines très imposantes. Mais nous nous sommes surtout heurtés à des obstacles technologiques », explique Walter Märzendorfer, responsable de l’activité Magnetic Resonance de Siemens Healthcare. A cette fin, les entités Molecular Imaging d’Hoffman Estates (Etats-Unis) et Magnetic Resonance d’Erlangen (Allemagne) ont concentré leur expertise et impliqué un immense réseau international de partenaires dans leurs efforts de développement, en faisant notamment appel à des chercheurs du CHU de Tübingen et du centre de recherche de Jülich, en Allemagne, du centre d’imagerie Athinoula A. Martinos de Boston et de l’université Emory d’Atlanta, aux Etats-Unis. « Ce travail d’équipe a été exemplaire », se réjouit Walter Märzendorfer.

L’une des approches majeures de cette collaboration a consisté à modifier radicalement le détecteur TEP. Les scanners TEP entraînent l’émission de photons gamma dans le corps du patient qui sont transformés en photons secondaires au niveau des cristaux de scintillation, à l’avant du détecteur. Ces photons sont normalement amplifiés par des photomultiplicateurs (tubes électroniques de plusieurs centimètres de long) avant d’être mesurés. En présence d’un système IRM, cependant, la déviation par le champ magnétique de la cascade d’électrons générée par ces photomultiplicateurs empêcherait toute mesure d’un signal clair – un obstacle de taille à l’intégration de ces deux technologies.

La solution ? « Sur le Biograph mMR, les photomultiplicateurs ont été remplacés par des photodiodes à avalanche, bien plus compactes », explique Matthias Schmand, responsable du programme PET Detector Research and Development de Siemens Healthcare. Ces photodiodes mesurent le flux électronique créé par les photons en utilisant un système à couche semi-conductrice peu sensible aux champs magnétiques externes. « Les photodiodes à avalanche présentent un autre avantage : grâce à leurs dimensions réduites, elles peuvent facilement être intégrées à un équipement IRM », poursuit Matthias Schmand.

Vers une médecine personnalisée

Avant le lancement de la production en série du Biograph mMR – au deuxième semestre 2011, pour le marché européen – Siemens et le service de médecine nucléaire de la Klinikum rechts der Isar analyseront son impact sur les routines hospitalières, notamment en termes de formation du personnel et de planification des examens. La fondation allemande pour la recherche (DFG) joue un rôle déterminant à cet égard en soutenant financièrement la recherche en imagerie RM-TEP en Allemagne. Plusieurs autres Biograph mMR seront mis en service en 2011 à Tübingen, Essen et Leipzig. « Le Biograph mMR permettra des avancées significatives dans le domaine de la médecine personnalisée et de la compréhension de maladies telles que celle d’Alzheimer », conclut Walter Märzendorfer. Une révolution technologique est donc en marche à la Klinikum rechts der Isar. Mais ce ne sera pas la première fois, en 177 années d’existence, que l’établissement se distingue par son esprit novateur.

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Sebastian Webel