Introduction :

Le sigle anglo-saxon SPECT, ou SPET, s’est imposé, même dans les pays francophones, pour désigner la tomoscintigraphie, c’est-à-dire la technique d’imagerie fonctionnelle en trois dimensions (3D) basée sur l’utilisation de radiotraceurs émetteurs de rayons gamma.

Avec la tomographie par émission de positon (TEP), la SPECT constitue le groupe des techniques de médecine nucléaire qui permet d’explorer les aspects circulatoires et métaboliques du fonctionnement des organes et, par là même, se distinguent fondamentalement des techniques d’imagerie morphologique 3D, comme la tomodensitométrie (TDM) et l’imagerie par résonance magnétique (IRM).

Ces techniques de médecine nucléaire se distinguent aussi de l’IRM fonctionnelle (IRMf) dans la mesure où, reposant sur des phénomènes physiques différents, elles accèdent à des paramètres fonctionnels différents.

En fait, ces diverses techniques 3D explorent chacune un aspect particulier d’une même réalité, la structure anatomofonctionnelle du cerveau, et doivent être considérées comme complémentaires les unes des autres.

En raison des caractéristiques physiques des traceurs qu’elle utilise, la SPECT a des performances inférieures à celles de la TEP, en ce qui concerne aussi bien la sensibilité et la résolution spatiale des images que la diversité et l’intérêt des molécules traçantes qu’elle met à la disposition des investigateurs.

La TEP a donc été préférée à la SPECT comme outil de recherche dans ce secteur de l’imagerie.

De plus, lorsqu’on l’applique au cerveau, la SPECT pose des problèmes techniques particuliers qui appellent, au plan des appareils, des solutions spécifiques.

Or, du fait de son coût, la mise au point de ces solutions dépendait de l’existence d’indications médicales assurant la rentabilité des recherches méthodologiques et de l’exploitation des appareils, alors que la mise en évidence de ces indications dépendait de l’existence de tomographes adéquats.

Ce cercle vicieux, qui a longtemps pesé sur la reconnaissance de cette technique, a été résolu en grande partie par la solution de compromis qu’ont représenté, à partir du début des années 1990, les caméras « trois têtes ».

Les premières perspectives d’applications pratiques de la SPECT s’étaient pourtant dessinées, quelques années plus tôt, avec l’apparition des marqueurs lipophiliques de débit sanguin cérébral, dont le chef de file a été l’hexaméthyl-propylène-amine-oxime (HMPAO) marqué au technétium (99mTc).

Cette molécule a été appliquée à l’étude de toutes les affections cérébrales, avec des résultats le plus souvent superposables à ceux fournis par la TEP.

D’un coût moins élevé que cette dernière, la SPECT est alors devenue plus accessible en pratique courante.

En conséquence, ses indications, dont la plupart sont aussi celles de la TEP mais dont certaines sont spécifiques, notamment en matière d’épilepsie, se sont peu à peu élargies.

Actuellement, une des caractéristiques de la SPECT est sa grande diversité technique, qu’il s’agisse des appareils et des radiotraceurs.

Une présentation de ces aspects techniques est donc nécessaire à une bonne compréhension des indications de la méthode ; elle fait l’objet de la première partie de cet exposé.

La deuxième partie est consacrée aux résultats et indications cliniques.

Ceux-ci se situent, pour l’essentiel, dans quatre secteurs de la pathologie cérébrale : les maladies cérébrovasculaires, les épilepsies partielles, les affections neurodégénératives et les tumeurs.

Un chapitre est consacré à chacune de ces affections. Les résultats obtenus dans les autres affections neurologiques sont résumés dans un dernier chapitre.

Aspects techniques de la SPECT cérébrale :

La SPECT est la plus ancienne des techniques d’imagerie cérébrale 3D, puisque la description de son principe et ses premières réalisations pratiques, dues à David Kuhl, remontent aux années 1960.

Elle a donc précédé d’environ 10 ans le développement de la TDM cérébrale et de la TEP.

Mais ses applications pratiques n’ont pris une véritable ampleur qu’à partir de 1985, avec le premier traceur lipophilique de débit sanguin cérébral, HMPAO marqué au 99mTc.

Cette maturation particulièrement lente est due aux difficultés méthodologiques et économiques rencontrées pour adapter l’une à l’autre les deux « composantes » fondamentales de la SPECT que sont les appareils de tomographie et les radiopharmaceutiques marquées par des isotopes émetteurs de photons gamma.

Ces photons ont, en effet, deux inconvénients importants par rapport aux photons émis par l’annihilation des positons dans la technique TEP.

D’une part, ils ont une énergie d’émission relativement faible et sont donc facilement absorbés par les tissus vivants (et même par l’air) avant d’atteindre les détecteurs.

D’autre part, ils sont émis dans toutes les directions de l’espace et la localisation de leur origine nécessite l’utilisation de collimateurs qui sont responsables d’une absorption supplémentaire de photons.

La faiblesse des rendements de comptage, eu égard aux doses administrées, est donc le principal défaut de la SPECT.

Ceci est particulièrement vrai pour le traceur de référence du débit sanguin cérébral, le xénon 133 (133Xe), qui ne peut être utilisé qu’avec des tomographes spécialement conçus à cet effet.

Une autre difficulté provient de la complexité que les appareils SPECT partagent avec les autres tomographes.

Très schématiquement, on peut leur reconnaître deux parties relativement distinctes : le tomographe proprement dit, c’est-à-dire la partie véritablement spécifique de l’appareil permettant la détection et le comptage de radioactivité, puis la reconstruction d’images 3D, et le système de visualisation et de traitement des données, qui peut être identique à ceux que l’on utilise avec d’autres techniques d’imagerie, et joue souvent un rôle décisif dans l’utilisation pratique de ces différentes méthodes.

De nombreux progrès techniques ont été accomplis dans ces différents domaines au cours des vingt dernières années.

Le plus notable d’entre eux, pour une large utilisation de la technique, a été, après l’apparition déjà citée de l’HMPAO, la mise sur le marché, en 1988, du premier tomographe « trois têtes », le Triad de Trionix.

Si l’on excepte quelques aspects bien particuliers, comme celui des détecteurs hybrides SPECT-TEP, les modalités techniques des appareils SPECT sont donc aujourd’hui bien stabilisées.

Mais elles sont encore peu répandues et les performances actuelles de cette technique sont variables d’un centre à l’autre.

On peut, en outre, prévoir un développement important des radiotraceurs dans un avenir relativement proche.

Pour bien comprendre l’intérêt clinique de la SPECT, il est donc utile d’avoir une vision d’ensemble de ces différents aspects techniques.

Nous décrirons donc succinctement les principaux types de tomographes monophotoniques, en nous intéressant surtout à leurs avantages et à leurs inconvénients pratiques respectifs.

Nous envisagerons ensuite les différents radiotraceurs disponibles en insistant sur leurs propriétés particulières.

Nous terminerons cette partie méthodologique par les systèmes de visualisation et de traitement des images.

A - TOMOGRAPHES :

Pendant plusieurs années, les appareils de tomoscintigraphie cérébrale ont été diversifiés dans leur conception, leurs caractéristiques physiques et, finalement, dans leurs performances cliniques.

En raison du faible rendement de comptage des photons gamma évoqués ci-dessus, ces performances dépendent pour l’essentiel de la distance qui sépare le cerveau, rendu émetteur de photons gamma par le marquage des radiotraceurs, et les détecteurs.

Ces derniers conditionnent, en outre, l’architecture des appareils SPECT.

Bien que d’autres cristaux, de germanium notamment, aient été expérimentés, le choix des constructeurs s’est constamment porté sur des cristaux d’iodure de sodium.

Ces derniers peuvent avoir des tailles et des formes variables, ce qui permet la réalisation d’appareils d’architectures différentes.

On distingue schématiquement deux types de tomographe monophotonique, les « appareils dédiés cerveau » et les « gammacaméras tournantes ».

Mais la SPECT n’est devenue une technique de routine qu’avec les caméras « trois têtes ».

1- Tomographes dédiés cerveau :

Bien que la plupart d’entre eux aient été des appareils de recherche méthodologique et que leurs applications aient parfois été limitées, ce sont eux qui ont permis d’établir la « faisabilité » clinique de la SPECT.

Leur caractéristique majeure est de rapprocher les détecteurs de l’extrémité céphalique des sujets examinés.

Pour cela, ils utilisent des cristaux d’iodure de sodium, généralement multiples, agencés de manière à envelopper le plus complètement possible la tête des sujets et à tourner autour de celle-ci.

Leur principal défaut est de ne pas permettre l’exploration du corps entier, et de ce fait de n’être rentable ni pour les centres de médecine nucléaire, qui ont rarement un recrutement suffisant de patients « cérébraux », ni pour les industriels.

Trois « familles » d’appareils méritent cependant d’être citées.

Les Tomomatics (Medimatic Inc, Copenhague) ont été les premiers tomographes monophotoniques à permettre des applications cliniques diversifiées en recherche et en pratique.

Conçus pour l’utilisation du 133Xe, ils comportaient quatre plans de détecteurs disposés en carré autour de la tête du patient.

Ils ont ensuite pu être équipés de collimateurs adaptés à l’utilisation des traceurs technéciés et iodés, et ont comporté plusieurs versions différant par le nombre de coupes (de une à cinq) qu’ils permettaient d’enregistrer simultanément.

Leurs performances en matière de résolution spatiale, et surtout de sensibilité, restent parmi les meilleures à n’avoir jamais été atteintes.

Leurs équivalents japonais, les Headtomes (Schimadzu), avaient des performances à peu près équivalentes.

Mais ils ont eu une diffusion moins large et ont donné lieu à moins d’études cliniques.

Le dernier type de tomographe monophotonique dédié cerveau à avoir été commercialisé a été celui des appareils dont le détecteur est un cristal de forme circulaire entourant la tête du patient.

Cette disposition permet d’optimiser le rendement de comptage.

Après leur commercialisation, ils ont donc eu tendance à remplacer les appareils de type Tomomatic.

Mais, outre le fait qu’ils n’ont jamais fourni la preuve de leur aptitude à l’utilisation du 133Xe, ils se sont heurtés à la même difficulté que les appareils précédents, à savoir une absence de marchés rentables.

Lorsque ces divers appareils continuent à être maintenus, et s’ils bénéficient des progrès accomplis en matière de visualisation et de traitement des images, ils donnent d’excellents résultats.

2- Gammacaméras tournantes :

La gammacaméra d’Anger a constitué une étape majeure dans le développement de l’imagerie nucléaire.

Construite à partir d’un cristal d’iodure de sodium unique, de grande surface et pourvu d’un nombre élevé de photomultiplicateurs, elle a permis d’obtenir de bonnes images planes de la fixation de radiotraceur au niveau de tous les organes.

Lorsqu’il a été possible de faire tourner cette caméra autour d’un corps humain, elle a été utilisée pour obtenir des images tridimensionnelles de cette fixation.

Les premiers appareils ne comportaient qu’une caméra dont la rotation se faisait à une distance de l’axe du corps pour pouvoir obtenir des images des reins, du foie et du coeur.

Ils n’étaient donc pas adaptés à l’obtention de bonnes images de la tête.

Ils étaient inutilisables avec le 133Xe.

En revanche, en prolongeant les temps d’enregistrement jusqu’à 40 ou 50 minutes, ils ont fourni des images acceptables du cerveau avec les marqueurs de perfusion technéciés.

Quelques travaux cliniques ont pu être réalisés avec ces machines, mais, dans l’ensemble, elles ont plutôt contribué à donner une opinion défavorable de la SPECT.

Des améliorations progressives ont été apportées à ces appareils en augmentant le nombre de caméras et en optimisant les collimateurs.

Depuis le début des années 1990, la plupart des constructeurs ont mis sur le marché des systèmes réalisant un bon compromis entre les gammacaméras standards et les appareils dédiés cerveau.

Il s’agit de systèmes équipés de trois têtes de caméra, mobiles les unes par rapport aux autres et pouvant être disposées selon deux configurations : l’une dans laquelle les caméras sont éloignées les unes des autres et laissent entre elles un espace suffisant pour loger le corps entier, et l’autre dans laquelle les caméras sont rapprochées le plus possible du cerveau. Dans cette dernière configuration, ces machines ont un rendement de comptage presque aussi bon que celui des systèmes dédiés cerveau.

Comme avec ces derniers, il est possible de faire des acquisitions qui sont, soit rapides (20 à 30 minutes) et donc plus confortables pour les patients, mais de qualité moyenne, soit plus longues (lorsque la coopération du patient le permet) pour détecter de très faibles activités ou pour avoir une meilleure résolution spatiale des images.

Cette résolution reste habituellement supérieure au centimètre, mais elle peut descendre à 8 mm avec certains appareils et des traceurs spécifiques.

Aucun de ces systèmes ne permet cependant une utilisation routinière du 133Xe.

B - RADIOTRACEURS :

Les radiopharmaceutiques utilisables en SPECT cérébrale sont aujourd’hui relativement nombreuses et diversifiées.

Cette diversité est avant tout celle des molécules qui ont été adaptées à l’exploration d’un système biologique particulier.

Mais elle inclut aussi, bien qu’à un moindre degré, celle des isotopes radioactifs qui marquent ces molécules.

Ces radio-isotopes sont essentiellement au nombre de deux.

Le plus utilisé, tout au moins pour l’étude de la perfusion cérébrale, est le 99mTc.

Peu coûteux, disponible dans tout service de médecine nucléaire où il est obtenu par élution à partir d’un générateur au molybdène (99Mo), ayant une énergie d’émission de 140 keV et une demi-vie de l’ordre de 6 heures, cet élément artificiel est facile à utiliser et n’entraîne qu’une faible irradiation.

Par exemple, l’équivalent de dose-corps entier résultant de l’injection de 20 mCi d’HMPAO marqué au 99mTc est de 0,7 rem, ce qui correspond à l’irradiation due à une scintigraphie osseuse et à 1,5 fois celle reçue à l’occasion d’un examen tomodensitométrique de l’abdomen et du pelvis. Le principal inconvénient du 99mTc provient de sa structure stéréochimique qui limite les possibilités de le fixer sur certaines molécules.

Le 123I, qui a des caractéristiques physiques assez proches de celles du 99mTc (énergie d’émission à 159 keV et demi-vie d’environ 13 heures), se prête mieux que ce dernier à des marquages biologiques, mais il est plus coûteux et nécessite une protection particulière de la thyroïde.

La différence entre les énergies d’émission du 99mTc et du 123I offre la possibilité, peu exploitée jusqu’à présent, de techniques de doubles traceurs simultanés, qui n’existe pas avec la TEP.

Deux autres radio-isotopes, le 133Xe et le thallium (201Tl), ont joué un rôle historique important dans le développement de certaines techniques spécifiques. Ils ne permettent pas le marquage de molécules biologiques, mais le 201Tl peut se prêter à des techniques de double traceur.

Leurs caractéristiques physiques seront exposées plus loin.

Du point de vue de l’utilisateur, on peut distinguer trois catégories de radiotraceurs : les marqueurs de perfusion cérébrale, auxquels il faut ajouter les traceurs de volume sanguin cérébral ; les marqueurs du métabolisme énergétique cérébral, auxquels peuvent se rattacher les marqueurs de tumeurs cérébrales ; et les radioligands permettant d’étudier divers récepteurs cérébraux.

Les premiers sont aujourd’hui entrés dans la pratique courante, ils feront l’objet d’une description précise de leurs possibilités respectives. Les seconds ont une place plus limitée et n’ont pas encore fait l’objet d’une évaluation clinique systématique.

Les troisièmes ne sont encore, pour la plupart d’entre eux, que des outils de recherche ; ils seront simplement cités avec une mention de leurs domaines d’application potentielle respectifs.

1- Marqueurs de perfusion cérébrale :

Actuellement, ils sont de loin les plus utilisés.

Ils comprennent trois groupes distincts de molécules, les traceurs diffusibles qui permettent la mesure du débit sanguin cérébral, les traceurs dits « lipophiliques » qui fournissent plutôt un index de perfusion relative, et les traceurs permettant la mesure du volume sanguin cérébral.

* Traceurs diffusibles :

Ils se résument en fait au 133Xe.

Déjà bien connu pour avoir été largement utilisé, pendant plus de 10 ans, pour la mesure du débit sanguin cérébral locorégional avec des techniques de cartographie superficielle, ce gaz inerte a été le premier radiotraceur à permettre une application clinique de la SPECT cérébrale.

Le passage de son exploitation bidimensionnelle à une exploitation tridimensionnelle a nécessité la construction d’un tomographe spécialement adapté à cet objectif.

Les résultats obtenus avec ce nouvel appareil ont été faciles à valider par rapport à ceux d’une technique déjà éprouvée.

Administré par inhalation ou par injection intraveineuse, le 133Xe reste le seul traceur à permettre le calcul du débit sanguin cérébral, sans prélèvement artériel et sans modèle mathématique compliqué.

Ce calcul est habituellement effectué dans des voxels de 3 à 4 cm3, ce qui permet de découper l’encéphale en 300 à 400 zones qui peuvent ensuite être regroupées en régions d’intérêt plus grandes et moins nombreuses.

En raison de la rapidité de son élimination par voie respiratoire, il reste également le seul à permettre la répétition des mesures à intervalle rapprochés : le temps d’acquisition des images nécessaires à un calcul de débit est de 4 minutes et l’examen peut être répété au bout de 30 minutes.

Le nombre d’examens par séance est cependant limité à trois ou quatre, pour éviter une irradiation excessive des voies respiratoires.

Son principal inconvénient, dû à la faiblesse de son énergie d’émission (81 keV) et à la rapidité de son élimination pulmonaire, réside dans les faibles taux de comptage qu’il permet d’obtenir : il ne peut pas être utilisé avec les gammacaméras tournantes.

* Marqueurs de perfusion stables dits « lipophiliques » :

Ce sont eux qui ont assuré le succès clinique de la SPECT cérébrale et c’est sur eux que reposent actuellement les principales applications pratiques de cette technique.

Ces marqueurs sont des molécules lipophiliques instables qui franchissent librement la barrière hématoencéphalique, se distribuent dans le tissu cérébral en fonction de la perfusion sanguine locale et se convertissent ensuite en une forme hydrophilique qui reste fixée de façon relativement prolongée à l’intérieur des cellules.

Les plus répandus sont marqués au 99mTc.

Mais on a utilisé aussi et on utilise encore parfois l’isopropyl-p-iodoamphétamine (IMP) marquée au 123I, qui permet d’obtenir des images contrastées mais variables dans le temps.

L’incontestable chef de file de ces produits est l’HMPAO marqué au 99mTc.

Il s’agit d’une amine macrocyclique liposoluble. Commercialisé en France sous le nom de Céretect, son utilisation en routine clinique remonte à une dizaine d’années.

Sa fixation cérébrale atteint un maximum en 10 minutes et reste stable pendant des heures, ce qui lui confère un intérêt particulier puisqu’il est possible d’injecter le produit au lit du malade, à un moment privilégié de son évolution, et d’enregistrer les images plus tard, lorsque les soins le permettent.

Cette possibilité a été mise en oeuvre à la phase aiguë des accidents vasculaires cérébraux et pour étudier les différentes phases de la crise d’épilepsie.

L’autre traceur technécié est l’éthyl-cystéinate-dimer (ECD), connu sous le nom de bicisate et commercialisé sous le nom de Neurolitet. D’apparition plus récente, il semble présenter quelques avantages.

Grâce à une fixation cérébrale et à une clairance sanguine plus rapides que celles de l’HMPAO, il permet d’obtenir des images cérébrales plus précoces et plus contrastées.

En outre, le produit marqué reste stable plus longtemps avant l’injection, ce qui rend son utilisation au lit du malade plus facile que celle de l’HMPAO.

L’inconvénient de ces marqueurs de perfusion est de ne donner qu’une estimation relative de la perfusion cérébrale.

* Volume sanguin cérébral :

On peut mesurer le volume sanguin cérébral en SPECT.

On utilise pour cela un traceur qui reste strictement intravasculaire.

Les hématies marquées sont, à l’évidence, le meilleur de ces marqueurs. En SPECT, on marque les hématies avec du pertechnétate de 99mTc, alors qu’en TEP ce marquage est fait avec du monoxyde de carbone, lui-même marqué à l’oxygène O-15.

Le marquage au technétium peut se faire in vitro ou in vivo.

Cette dernière solution, qui consiste à injecter directement le produit de l’élution, est la plus simple, mais elle ne permet pas de contrôler la qualité du marquage.

En fait, les deux méthodes donnent des résultats équivalents et ces derniers sont du même ordre que ceux obtenus en TEP.

La principale contrainte de la mesure du volume sanguin cérébral est qu’elle nécessite un étalonnage très précis du comptage de la radioactivité cérébrale par rapport à celui de la radioactivité sanguine.

De la validité de cet étalonnage dépend la validité de la mesure, puisque celle-ci repose pour l’essentiel sur le rapport de ces deux taux de radioactivité.

Il s’agit donc d’une technique dont la mise en oeuvre est très délicate.

Ses indications étant limitées à l’exploration hémodynamique des lésions obstructives sévères des artères carotides, elle n’est guère utilisée.

2- Traceurs du métabolisme cérébral :

Pendant longtemps, la principale lacune de la SPECT a été de ne proposer aucun traceur permettant d’étudier le métabolisme énergétique cérébral ou le métabolisme des acides aminés.

Toutes les explorations de ces métabolismes devaient être réalisées avec la TEP.

Tout récemment, de nouveaux collimateurs ont été développés pour permettre l’utilisation du fluorodésoxyglucose (FDG) marqué au 18F avec des appareils SPECT du type caméra « trois têtes ».

Il est donc aujourd’hui possible de mesurer la consommation cérébrale de glucose en SPECT.

Comme en TEP, cette mesure nécessite un temps d’acquisition des données particulièrement long. Mais elle exige, en plus, la mise en place d’une logistique d’approvisionnement coûteuse à partir de centres équipés d’un cyclotron, car la production du fluor (18F) et le marquage du FDG ne peuvent être effectués que dans de tels centres ou à proximité.

Ces contraintes d’ordre technique expliquent que cette possibilité n’ait pas encore été exploitée, mais il est très vraisemblable qu’elle le sera assez rapidement, en raison des perspectives intéressantes qu’elle offre, en pathologie cérébrovasculaire et en oncologie plus particulièrement.

Les tumeurs cérébrales peuvent cependant être déjà visualisées de façon quantitative en SPECT à l’aide de certains marqueurs de la perfusion myocardique, comme le 201Tl et, plus récemment, le sesta- MIBI (méthoxy-isobutyl-isonitrile), marqué au 99mTc, dont la fixation est fonction de certains processus métaboliques.

Le 201Tl, par exemple, est un métal analogue du potassium qui est connu depuis longtemps pour avoir une fixation différentielle sur les tumeurs cérébrales.

Il est produit dans un cyclotron à partir d’une cible de thallium naturel.

Sa demi-vie est relativement longue (73 heures) et les photons gamma ne représentent que 10 % de son énergie de désintégration, avec deux pics à 135 et 167 KeV.

Il existe donc quelques limitations à son utilisation, ce qui a rendu souhaitable la recherche de marqueurs technéciés ayant les mêmes propriétés.

Le sesta-MIBI a été le premier de ces marqueurs à avoir été validé en partie.

D’autres études sont actuellement en cours avec d’autres traceurs tumoraux technéciés comme le DMSA (acide dimercaptosuccinique) et le tétrofosmine (éthoxyéthylphosphino- éthane).

Le métabolisme des acides aminés est un autre aspect du métabolisme cérébral explorable avec les techniques de médecine nucléaire.

Le taux de fixation cérébrale de ces acides aminés est considéré comme représentant un index de synthèse protéique.

Mesuré en TEP, avec la méthylméthionine ou la tyrosine marquées au carbone (11C), ce taux serait plus sensible et plus spécifique que la consommation de FDG marqué au 18F dans l’évaluation des tumeurs cérébrales.

Avec la L-3-(123I) iodo-á-méthyltyrosine, on dispose d’un traceur SPECT dont les premières applications à l’étude des tumeurs cérébrales sont très encourageantes.

Il s’agit d’un analogue d’acide aminé qui franchit la barrière hématoencéphalique normale, n’est pas incorporé dans les protéines cérébrales, et dont la fixation peut être inhibée compétitivement par les L-aminoacides naturels.

3- Ligands de neurorécepteurs :

Autres traceurs hautement spécifiques, généralement considérés comme relevant du domaine de la TEP, les ligands de neurorécepteurs ouvrent une nouvelle voie prometteuse à la SPECT.

Il est bien établi que la mise au point de ces molécules complexes et de leur mode d’utilisation pratique nécessite la réunion de compétences extrêmement diversifiées (en chimie, biochimie, mathématiques, imagerie et clinique) ce qui, joint à la diversité des molécules et des procédures de marquage à tester, explique la lente progression de ce champ de recherches particulier.

La plupart des ligands SPECT actuels sont marqués au 123I, atome plus gros et moins « physiologique » que les isotopes émetteurs de positons, comme le 18F, et surtout le 11C, qui sont incontestablement mieux adaptés au développement de ce type de produits.

Certains de ces ligands ont, néanmoins, été préparés dans des conditions de stabilité et de sécurité satisfaisantes et ont pu, de ce fait, donner lieu à des essais chez l’homme sain et/ou chez des malades.

Ils sont simplement cités ci-dessous.

Les plus connus d’entre eux sont les ligands des récepteurs dopaminergiques.

Ils comprennent l’IBZM (ou iodo-hydroxyméthoxy- N-[éthyl-pyrrolidinyl]-méthyl-benzamide), l’IBZP (ou iodohydroxy- iodophényl-méthyl-tétrahydro-H-benzazépine), le bêta-CIT (ou 2bêta-carbométhoxy-3bêta-[4-iodophényl]-tropane), et l’IPT (ou N-[3- iodopropène-2-yl]-2bêta-carbométhoxy-3bêta-[4-chlorophényl]-tropane).

Ces produits ont donné lieu à plusieurs études préliminaires chez l’homme dans la maladie de Parkinson et dans la schizophrénie (pour comparer les effets de certains neuroleptiques).

Il existe aussi un antagoniste des récepteurs muscariniques, le QNB (quinuclidinyl-iodo-benzilate), qui pourrait être utile dans la maladie d’Alzheimer, et un ligand des récepteurs aux benzodiazépines, l’iomazénil, qui a donné des résultats prometteurs dans la maladie d’Alzheimer et dans la localisation préopératoire des foyers épileptiques.

Enfin, il faut signaler l’existence de ligands des récepteurs sérotoninergiques.

Ce rapide survol n’a pas d’autre ambition que de donner une idée de l’éventail des possibilités que la SPECT devrait offrir à l’avenir.

Mais elle illustre aussi l’ampleur des recherches cliniques qui devront précéder, dans la plupart des cas, l’introduction de ces molécules en pratique courante.

C - SYSTÈMES DE VISUALISATION ET DE TRAITEMENT DES IMAGES :

De ce point de vue, la SPECT cérébrale utilise les mêmes matériels et les mêmes procédures que les autres techniques d’imagerie fonctionnelle cérébrale.

Comme la TEP et l’IRMf, elle est confrontée à des problèmes de visualisation et de traitement d’images qui tirent leur spécificité de la diversité, de la petite taille et de la complexité des structures anatomofonctionnelles du cerveau.

Ces problèmes concernent, d’une part, le repérage, l’identification et la localisation des anomalies de fixation ou de cinétique des radiotraceurs et, d’autre part, la quantification de ces anomalies.

Les résultats de la SPECT, comme ceux de la TEP et de l’IRMf, peuvent être présentés sous forme d’images et sous forme de données numériques.

Mais il ne faut pas oublier que les images obtenues avec ces différentes méthodes ne sont que la représentation visuelle de valeurs numériques.

Bien que la représentation la plus couramment utilisée soit celle qui associe les couleurs blanc et rouge aux valeurs les plus élevées et les couleurs bleu et noir aux valeurs les plus basses, il n’y a pas encore de vrai consensus international sur ce point.

En outre, les valeurs représentées sont de nature très diverses.

Les plus simples sont les taux de comptage dans les voxels (images brutes qui sont toujours utiles pour vérifier la qualité technique de l’examen).

Les plus couramment utilisées sont les rapports entre le taux de comptage du voxel ou de la région d’intérêt et un taux de référence qui peut être soit le taux de comptage moyen de la coupe, de l’hémisphère ou du cerveau entier, soit le taux de comptage de la région symétrique (index d’asymétrie fréquemment utilisé), soit le taux de comptage dans un hémisphère cérébelleux, homo- ou controlatéral, ou dans le cervelet pris dans son ensemble, soit même le taux de comptage dans le scalp.

Une troisième possibilité, lorsque la cinétique du traceur et les taux de comptage le permettent, est d’utiliser des modèles compartimentaux pour calculer, dans des voxels ou dans des régions d’intérêt, des paramètres comme le débit et le volume sanguins, la consommation de glucose et, tout au moins théoriquement, le KD et le Vmax d’un ligand.

Il existe notamment des procédés, complexes et nécessitant des prélèvements artériels, pour calculer le débit sanguin cérébral à partir des images obtenues avec les traceurs non diffusibles, HMPAO, ECD et IMP.

Enfin, la dernière possibilité est celle des cartes présentant les résultats de tests statistiques (statistical parametric maps [SPM]).

Le choix entre ces différentes possibilités dépend de la nature du marquage, du taux de comptage et surtout des objectifs de l’examen.

En pratique courante, il est quelquefois possible d’obtenir les informations souhaitées de la simple inspection visuelle des taux de comptage.

Mais, le plus souvent, des rapports simples peuvent apporter des réponses simples aux questions posées.

Il n’existe actuellement aucune procédure standardisée sur ce thème, quelle que soit la pathologie considérée. Des études multicentriques comparatives sont indispensables pour identifier les meilleures solutions.

Les procédés les plus sophistiqués sont peu utilisés car ils sont rarement disponibles sur les systèmes du commerce.

Nous l’avons déjà dit, de toutes ces méthodes d’imagerie fonctionnelle, la SPECT est celle qui a la plus mauvaise résolution spatiale.

En conséquence, c’est elle qui a la valeur localisatrice la plus faible et le besoin d’une fusion d’images avec les techniques morphologiques le plus grand.

Il faut aussi tenir compte de cette différence de sensibilité et de résolution spatiale lorsque l’on utilise des logiciels développés pour d’autres méthodes.

Tous les dispositifs actuels fournissent en standard des images de coupes axiales, coronales et sagittales.

La plupart d’entre eux permettent de reconstruire le volume cérébral selon n’importe quel angle, y compris l’angle selon lequel des images TDM ou IRM ont été obtenues précédemment.

Certains systèmes possèdent des logiciels de fusion d’images qui permettent de superposer des images planes obtenues en SPECT, en TDM et/ou en IRM, pour créer des images uniques combinant les aspects anatomiques et fonctionnels.

D’autres sont équipés de procédés de reconstruction tridimensionnelle des surfaces et/ou des volumes, de rotation et de présentation des images en perspective, ce qui pourrait faciliter la localisation et l’évaluation de la taille des lésions.

Les systèmes de visualisation et de traitement d’images constituent aujourd’hui un élément essentiel de l’utilisation pratique de la SPECT.

Mais les moyens sophistiqués dont on dispose aujourd’hui sont encore trop récents pour que l’intérêt pratique des diverses procédures qu’ils permettent de mettre en oeuvre ait été clairement évalué.

Ces procédures doivent avant tout permettre de répondre à des questions simples.

À partir de quel seuil peut-on considérer qu’il y a hypo- ou hyperfixation d’un traceur ?

Quelle est l’étendue exacte de la zone anormale ? Quel est l’index de fixation qui possède les meilleures sensibilité et spécificité par rapport à la référence, dans le domaine considéré ?

Enfin, il ne suffit pas de disposer d’un bon système de traitement d’images.

Il faut que ces images répondent à des critères de qualité qui doivent être vérifiés régulièrement.

Au cours des cinq dernières années, des procédures de contrôle de qualité ont été élaborées aux États-Unis et en Europe.

Leur application systématique a permis de mettre en évidence des différences importantes entre laboratoires.

Tant que ces contrôles ne sont pas rendus obligatoires par les pouvoirs publics, il appartient aux utilisateurs de s’informer sur les procédures utilisées par le ou les laboratoires auxquels ils s’adressent.

Aspects cliniques de la SPECT cérébrale : résultats et indications

À quelques rares exceptions près, toutes les affections cérébrales ont été explorées à l’aide d’au moins une technique SPECT au cours des 15 dernières années.

Plus de 500 articles ont relaté ces travaux.

Il est impossible d’en faire une présentation complète dans le cadre de la présente synthèse. Plusieurs revues générales successives ont permis de dégager les principaux axes d’intérêt clinique de cette méthode d’imagerie.

Celles de Holman et Devous, en 1992, de Masdeu et al, en 1994, et le rapport de l’Académie américaine de neurologie, en 1996, ont été exclusivement consacrées à la SPECT, alors que celles d’Alavi et Hirsch, en 1991, et de Newberg et Alavi, en 1996, portaient sur toutes les méthodes d’imagerie cérébrale et permettaient de les situer les unes par rapport aux autres.

Au fil des études, quatre grandes indications de la SPECT cérébrale se sont dégagées.

Elles concernent la pathologie cérébrovasculaire, et plus particulièrement les indications thérapeutiques de la phase aiguë des accidents ischémiques cérébraux, les épilepsies, pour la localisation préopératoire des foyers épileptogènes rebelles aux traitements médicaux, les affections dégénératives et les tumeurs cérébrales.

Le présent exposé consacre un chapitre à chacune de ces quatre questions et résume, dans un cinquième chapitre, les principaux résultats obtenus dans les autres affections cérébrales.

A - SPECT ET MALADIES CÉRÉBROVASCULAIRES :

Le développement de la SPECT ayant reposé, pour l’essentiel, sur des marqueurs de perfusion cérébrale, les maladies cérébrovasculaires ont logiquement constitué le principal domaine pathologique étudié avec cette technique.

Les résultats les plus nombreux et les plus intéressants concernent la phase aiguë des accidents ischémiques cérébraux, le vasospasme des hémorragies sous-arachnoïdiennes et les conséquences hémodynamiques des sténoses sévères et occlusions des artères carotides.

Chacun de ces trois aspects des maladies cérébrovasculaires fait l’objet d’une section distincte.

Quelques résultats plus ponctuels obtenus dans d’autres domaines de la pathologie cérébrovasculaire sont cités dans une quatrième section.

En raison du contexte clinique dans lequel elles se situent, les données SPECT concernant les démences vasculaires sont abordées et discutées dans le chapitre consacré aux démences dégénératives.

1- Phase aiguë des accidents ischémiques cérébraux :

Tout le monde s’accorde aujourd’hui pour considérer que les premiers moments qui suivent la constitution d’un foyer d’ischémie cérébrale sont cruciaux pour la mise en oeuvre de traitements efficaces.

Pour la fibrinolyse, la durée de cette période critique ne semble pas devoir dépasser les 6 premières heures de l’accident.

Mais cette durée peut fluctuer, en plus ou en moins, en fonction de la cause et de la sévérité de l’ischémie et des réactions physiopathologiques secondaires qu’elle entraîne.

Pour optimiser les essais thérapeutiques et l’utilisation pratique des traitements efficaces, il faudrait pouvoir déterminer le plus tôt et le plus exactement possible le mécanisme de ces accidents (embolique, hémodynamique ou lacunaire) ainsi que l’étendue des lésions irréversibles et celle des zones récupérables.

Les examens cliniques, les techniques d’imagerie anatomique, comme la TDM et l’IRM, et les techniques angiographiques ne permettent pas d’atteindre ces deux objectifs de façon satisfaisante.

Il est maintenant bien établi que la SPECT, comme la TEP, visualise les foyers ischémiques cérébraux dès les premières heures de leur constitution et ceci quel que soit le traceur utilisé.

En tout état de cause, cette visualisation est nettement plus précoce que celles de la TDM et de l’IRM.

Plusieurs de ces études ont montré que le degré et l’étendue de cette hypoperfusion quasi immédiate étaient bien corrélés à la gravité clinique initiale, évaluée à l’aide des échelles habituellement utilisées dans les essais thérapeutiques.

L’évolution des anomalies de perfusion au cours des premières 48 heures pourrait avoir une valeur prédictive du pronostic final égale ou supérieure à celle des échelles cliniques.

Un travail récent suggère qu’une SPECT cérébrale à l’ECD, réalisée avant la sixième heure, pourrait distinguer les accidents transitoires et régressifs d’une part, et les accidents constitués d’autre part, avec une sensibilité et une spécificité de 100 %.

D’autres études ont été consacrées aux mécanismes physiopathologiques de ces accidents et ont montré qu’une absence de perfusion focalisée correspondait généralement à l’occlusion d’une artère cérébrale majeure, que les lacunes n’entraînaient pas d’anomalies de la perfusion cérébrale et que les hyperfixations de traceurs étaient souvent compatibles avec le diagnostic d’embolie d’origine cardiaque.

Par ailleurs, certains ont mis en évidence des signes précoces de risques hémorragiques, liés à la profondeur de l’ischémie, qui pourraient être particulièrement utiles dans les indications ou plutôt les contre-indications de la thrombolyse.

Enfin, il vient d’être clairement établi que la SPECT permettait de vérifier la réalité de la reperfusion 24 heures après fibrinolyse.

Toutefois, l’interprétation des images n’a pas encore été codifiée définitivement.

La plupart des études ont été effectuées avec des méthodes de quantification calculant des rapports entre régions d’intérêt, le plus souvent des index d’asymétrie.

Ces méthodes ont permis de définir des seuils séparant les foyers d’ischémie irréversibles des zones de pénombre qui les entourent.

Mais elles sont longues à mettre en oeuvre et, de ce fait, mal adaptées aux besoins de l’urgence.

Récemment, une méthode d’interprétation visuelle simple, reposant sur l’identification de cinq tableaux distincts, s’est avérée très reproductible et a fourni des résultats de grande valeur prédictive.

Parallèlement, une échelle d’évaluation détaillée portant sur la profondeur, l’étendue et la localisation des lésions ischémiques a été proposée pour la réalisation des essais multicentriques qui restent nécessaires pour valider l’intérêt pratique de la SPECT dans la prise en charge initiale des accidents ischémiques à la phase aiguë.

Depuis peu, grâce à une adaptation de la méthode au FDG, il est possible de mesurer la consommation cérébrale de glucose en SPECT.

Il n’est donc pas surprenant que, dans une revue récente comparant les avantages et inconvénients respectifs des différentes méthodes d’imagerie cérébrale à la phase aiguë des accidents ischémiques cérébraux, la SPECT ait été considérée, avec l’IRM de perfusion et de diffusion, comme l’une des deux techniques appelées à renouveler l’approche de cette phase aiguë au cours des années à venir.

À la phase subaiguë, les données de la SPECT ont été beaucoup plus confuses et leurs corrélations avec les données cliniques ont donné des résultats contradictoires.

Tout d’abord, les différents traceurs de perfusion ne donnent plus les mêmes images.

Une variabilité des images en fonction du temps avait déjà été mise en évidence avec l’IMP marqué au 123I.

Plus récemment, des différences ont été observées, à distance de l’accident, entre les images HMPAO et ECD ; elles s’expliquent par des différences dans les mécanismes de fixation cérébrale de ces deux radiotraceurs.

L’HMPAO, qui interagit simplement avec le glutathion intracellulaire, donne fréquemment des images d’hyperfixation, alors que l’ECD, dont la rétention dépend de l’activité estérasique du cerveau, ne visualise pratiquement jamais de reperfusion au-delà de la 24e heure.

De plus, un découplage entre débit et métabolisme apparaît rapidement dans les zones lésées et il n’est pas possible de différencier, sans mesure du métabolisme, la reperfusion d’un tissu viable, accompagnée d’une reprise métabolique, et le débit de « luxe » ou non nutritionnel dans une zone nécrosée.

À cet égard, la SPECT était, jusqu’à présent, nettement inférieure à la TEP.

Les approches indirectes du métabolisme hémisphérique, par l’intermédiaire du diaschisis cérébelleux croisé, ne semblaient pas devoir apporter une solution à cette difficulté.

Ici aussi, la nouvelle possibilité de mesurer la consommation cérébrale de glucose avec le FDG marqué au 18F pourrait renouveler l’apport de la SPECT à une phase encore mal connue de l’ischémie cérébrale.

2- Vasospasme de l’hémorragie méningée :

Le vasospasme reste l’une des complications majeures de la phase subaiguë des hémorragies méningées.

Il est une cause importante de mortalité et de morbidité avec séquelles.

Il peut être prévenu et/ou traité par hypertension et hémodilution hypervolumique.

La SPECT est, avec l’angiographie et le doppler transcrânien, une des techniques qui permet de visualiser précocement cette complication.

Plus facile à réaliser que l’angiographie, elle est aussi plus sensible et mieux corrélée à la présence et à la sévérité des signes neurologiques secondaires qui sont actuellement considérés comme les meilleurs critères de vasospasme.

Mais, par définition, elle est moins spécifique que l’angiographie, tout au moins pour la visualisation du vasospasme des grosses artères cérébrales.

Le doppler transcrânien est la technique la plus facile à réaliser et à répéter, mais elle n’explore elle aussi que les grosses artères.

La supériorité de la SPECT sur ces deux techniques est d’être la seule à permettre une estimation semi-quantitative de la perfusion tissulaire dans l’ensemble du cerveau et dans ses différents territoires vasculaires.

Toutefois, le vasospasme n’est pas la seule cause d’hypoperfusion distale dans les suites d’une hémorragie méningée et l’interprétation de ces hypoperfusions doit être faite en comparaison avec les données TDM.

Une hypoperfusion cérébrale diffuse est généralement un signe de pronostic fatal, mais les signes cliniques ont une valeur prédictive supérieure sur ce point.

La meilleure stratégie de diagnostic et de prise en charge du vasospasme pourrait reposer sur une utilisation complémentaire du doppler transcrânien et de la SPECT, selon des modalités qui restent à préciser et à évaluer.

3- Conséquences hémodynamiques des sténoses sévères et occlusions de l’axe carotidien :

Le traitement chirurgical des sténoses sévères et occlusions de l’axe carotidien a fait l’objet d’une des plus importantes controverses médicales des années 1980.

Première clarification importante du problème, les résultats concordants de plusieurs grandes études multicentriques ont permis de fonder les indications de l’endartériectomie carotidienne sur deux critères principaux, le degré de la sténose et son caractère symptomatique ou asymptomatique, qui font l’objet d’un large consensus international.

Mais ces critères, pour aussi indiscutables qu’ils soient, ne sont peut-être pas les seuls à prendre en compte.

Aucune de ces études multicentriques ne s’est, en effet, intéressée à la place que pourraient avoir, dans ces indications, les anomalies hémodynamiques dues aux lésions carotidiennes.

Celles-ci, en revanche, ont été abondamment documentées par des études aux effectifs plus limités, réalisées parallèlement avec la SPECT, mais aussi avec la TEP et d’autres techniques d’exploration circulatoire.

La contribution de la SPECT à ce problème repose sur deux approches complexes (la mesure couplée du débit et du volume sanguin cérébral et la réponse du débit sanguin cérébral à un stress vasodilatateur, comme l’inhalation de CO2 ou l’injection intraveineuse d’acétazolamide) destinées à mettre en évidence la vasodilatation induite par la chute de pression résultant de la ou des lésion(s) obstructive(s).

Les résultats de ces deux approches (augmentation du volume sanguin cérébral et diminution du rapport « débit/volume » d’une part, et diminution de la réponse du débit à un stress vasodilatateur d’autre part) ont été significativement corrélés les uns aux autres.

Mais aucun de ces paramètres, pas même le rapport « débit/volume », n’a pu être étalonné par rapport à la pression sanguine d’aval et, plus particulièrement, au seuil critique correspondant à la limite inférieure de l’autorégulation.

Enfin, ces anomalies sont relativement peu fréquentes.

Elles ne s’observent qu’en aval des sténoses très serrées, supérieures à 70 %, ce qui ne modifie pas les indications de l’endartériectomie basées sur le degré de sténose et suggèrent que, souvent, la chute de pression induite par cette sténose est en grande partie compensée par la circulation collatérale.

Enfin, sur le plan méthodologique, la lourdeur de la mesure du volume sanguin cérébral et les contraintes liées à l’utilisation du 133Xe pour pouvoir quantifier le débit sanguin cérébral et répéter sa mesure limitent considérablement l’applicabilité de ces approches.

Des résultats identiques ont été obtenus avec d’autres méthodes, dont certaines, comme le doppler transcrânien, sont à la fois moins onéreuses et plus faciles à mettre en oeuvre.

La SPECT ne sera probablement pas la méthode retenue dans les essais multicentriques destinés à évaluer l’intérêt pratique des explorations hémodynamiques dans la prise en charge des lésions carotidiennes sévères.

4- Autres affections cérébrovasculaires :

Des études ponctuelles ont révélé la présence de zones hypoperfusées à la périphérie des hématomes cérébraux ou chez des diabétiques de type I, sans antécédent de maladie cérébrovasculaire.

D’autres travaux ont suggéré que la SPECT pourrait être utile pour évaluer l’importance de l’hémodétournement dû aux malformations artérioveineuses.

Ces résultats doivent être confirmés et leur signification précisée avant de pouvoir être, éventuellement, utilisés en pratique.

Un dernier aspect des maladies cérébrovasculaires, celui des démences vasculaires, a également été étudié.

Il est plus cohérent, du point de vue clinique, de situer les constatations faites dans ce cadre par rapport à celles qui concernent les démences dégénératives.

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