Intégration dynamique TEP-IRM pour une nouvelle approche multiparamétrique de l'hétérogénéité tumorale dans le cancer bronchique non à petites cellules (CBNPC).

par Florent Besson

Projet de thèse en Imagerie et physique médicale

Sous la direction de Emmanuel Durand.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Imagerie par Résonance Magnétique Médicale et Multi-Modalités (laboratoire) , Structure et Fonction (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (1970-2019) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-11-2015 .


  • Résumé

    Contexte : Concept d'hétérogénéité tumorale et Cancer du Poumon ------------------------------------------------------------------------- Depuis quelques années émerge le concept d'hétérogénéité tumorale, qui considère la lésion tumorale comme un patchwork de régions phénotypiquement différentes avec un processus adaptatif Darwinien[1][2]. Cette hétérogénéité est un moteur de la progression et de la survie tumorale. Le cancer du poumon est la première cause de mortalité oncologique dans le monde. Dans 80% des cas, il s'agit d'un cancer bronchique non à petites cellules (CBNPC) qui présente une espérance de vie à 5ans de moins de 10% dans les stades avancés. Ce cancer est spatialement très hétérogène[3] ce qui explique probablement l'émergence fréquente de résistance aux traitements. Une large étude multicentrique britannique (« TRACERX » ClinicalTrials.gov, n°NCT0188860) a d'ailleurs été lancée pour étudier cette hétérogénéité mais elle ne comporte pas de volet d'imagerie. Enjeux actuels : Place de l'imagerie --------------------------------------- L'imagerie joue un rôle fondamental pour la stadification et l'évaluation thérapeutique en oncologie. Si la tomodensitométrie est la modalité de choix pour l'étude du parenchyme pulmonaire, la TEP au FDG est devenu un examen incontournable dans la prise en charge. L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est classiquement considérée comme peu pertinente pour l'imagerie pulmonaire. C'est en partie vrai pour l'étude du parenchyme sain, du fait notamment des nombreuses interfaces eau-air qui rendent difficile l'acquisition d'images de bonne qualité. Cependant, cet effet n'existe plus pour les masses pulmonaires solides. Les nombreux paramètres accessibles en IRM pourraient donc la rendre très utile pour la caractérisation tumorale[4-6]. L'association TEP-IRM (appareil hybride très novateur) qui sera prochainement disponible au SHFJ (CEA, Orsay) permettra de confronter, à l'échelle du voxel, les informations données par ces deux techniques d'imagerie. L'objectif est non pas d'établir une corrélation entre TEP et IRM mais d'extraire de ces deux modalités des informations complémentaires pour mieux caractériser les différents composants des tumeurs et tenter de prédire leur réponse aux traitements. Le caractère simultané de l'acquisition est indispensable à la fois pour un bon recalage spatial des deux modalités dans un organe mobile comme le poumon et pour permettre une bonne comparaison de paramètres dynamiques (perfusion…) L'approche multiparamétrique du CBNPC émerge mais les quelques études confrontant les informations métaboliques (TEP) et perfusionnelles (TDM ou IRM) déjà réalisées restent peu nombreuses (une dizaine en 15 ans), de méthodologies hétérogènes (paramètres perfusionnels TDM ou IRM variés, non standardisés) ; de plus, elles ne tirent pas profit des paramètres dynamiques de la TEP et ne font pas d'analyse fine de l'hétérogénéité tumorale. Les critères d'imagerie actuels sont principalement morphologiques, ne prennent pas en compte la complexité liée à l'hétérogénéité lésionnelle, et montrent leurs limites notamment pour l'évaluation sous thérapies ciblées[7-8]. Pour ces raisons émergent de nouveaux biomarqueurs d'imagerie ciblant le métabolisme et la vascularisation, 2 marqueurs critiques de la croissance / survie tumorale[9-10]. Concernant le métabolisme tumoral, les indices TEP FDG standards (SUV et ses dérivés) ont montré leur intérêt pronostique mais ne donne qu'une information métabolique lésionnelle globale. Des approches texturales plus complexes basées sur les rapports entre pixels voisins au sein d'une même lésion émergent et donnent des résultats intéressants[11-13]. L'approche TEP dynamique fournit des informations physiopathologiques complexes et uniques sur le métabolisme glucidique (consommation, phosphorylation, perfusion) mais reste très sous évaluée en oncologie clinique[14]. Concernant la vascularisation, L'IRM de perfusion permet d'évaluer de multiples paramètres de vascularisation du tissu tumoral, et montre des performances intéressantes dans différents sous types histologiques tumoraux[15-17]. L'IRM de diffusion basée sur les mouvements browniens des molécules d'eau, est une autre approche qui fournit des informations uniques sur la microstructure cellulaire du tissu d'intérêt, via le coefficient apparent de diffusion (ADC). Bien que les seuils d'ADC soient non standardisés et que la diffusion soit peu exploitée dans le CBNPC, les rares études publiées semblent prometteuses[18].

  • Titre traduit

    Integrating PET-MR data for a multiparametric approach of tumour heterogeneity in non-small-celle lung cancer (NSCLC).


  • Résumé

    The emerging concept of tumour heterogeneity considers tumour as a patchwork of areas phenotypically different driven by genetic flexibility of tumour cells subpopulations. This heterogeneity is increasingly recognised as a driver of cancer progression and survival outcome. Imaging plays a fundamental role in staging and therapeutic evaluation in oncology. However, current imaging criteria are based on morphological changes mainly, not taking into account the complexity of lesion heterogeneities. Imaging biomarkers focusing on metabolism and vascularization, two fundamental hallmarks for tumour growth and survey, are under evaluation for several years. Lung Cancer is the leading cause of cancer-related death in the world. Non-small-cell lung cancers (NSCLC) represent the majority of those cases, with a predicted 5-years survival rate of less than 10% in advanced cases. NSCLC is spatially highly heterogeneous and many oncogenic driver mutations have been identified. Although NSCLC is a highly relevant pathophysiological model for tumor heterogeneity evaluation, only few studies have investigated the regional heterogeneity in primary NSCLC under treatment, and currently, PET and MRI studies for tumor regional structural characterization (in particular dynamic PET/MRI combined analyses) do not exist. A new hybrid imaging PET/MRI device has been installed in summer 2015 at the Frederic Joliot Hospital center (SHFJ), financed by the “réseau France Life Imaging” and “investissement d'avenir IDEX”. This very innovative device provides PET and MRI parameters in a one-stop shop process. The simultaneity of the PET and MRI data acquisitions, which is an exclusive specificity of this hybrid device, allows the evaluation of PET and MRI parameters (in particular the dynamic parameters) in identical temporal physiological conditions, with a perfect voxel-wise coregistration of PET and MRI data. The aim of our project, based on the unique properties of PET/MRI hybrid device, is to evaluate, for the first time, the feasibility of dynamic PET and MRI multimodal imaging in NSCLC to further our understanding of the regional structural tumour heterogeneity in this tumour type. Five patients with newly diagnosed locally advanced NSCLC will perform, before and under radio chemotherapy, a PET/MRI on the same device. Multimodal imaging parameters (metabolism, diffusion, and perfusion) will be compared longitudinally using a voxel-wise regional approach. As dynamic approaches provide more sophisticated physiopathological informations, we believe that multimodal regional dynamic parametric mapping of tumours should further our understanding of the complex relationships between metabolism and vascularization in non-small cell lung cancer.