Pharmacocinétique quantitative en imagerie par résonance magnétique de perfusion pour différencier la pseudo-progression et la récidive tumorale post radiochirurgie stéréotaxique

Abstract

La radiochirurgie stéréotaxique est la modalité de choix pour traiter les métastases cérébrales. Elle permet un traitement non-invasif et ciblé en plus de minimiser les dommages des tissus cérébraux sains. Le problème actuel de cette approche thérapeutique est la faible exactitude diagnostique du suivi post-traitement en imagerie par résonance magnétique (IRM) conventionnelle lorsqu’une augmentation de taille des métastases est objectivée, car 30% des patients présentent une pseudo-progression. Cette augmentation de la taille des lésions a un aspect similaire à la récidive tumorale aux images de suivi conventionnelles et retarde la prise de décision clinique lorsque la récidive tumorale est soupçonnée. L’objectif de ce projet est de développer une méthode d’imagerie pour améliorer la différentiation entre la récidive tumorale et la pseudo-progression. Cette méthode est basée sur l’IRM dynamique rehaussée par agent de contraste à base de gadolinium (DCE). Sa durée d’acquisition dynamique rapide permet la mesure conjointe du volume sanguin et de la perméabilité vasculaire des lésions traitées, qui requiert habituellement deux acquisitions et injections distinctes. La thèse détaille le développement de la séquence DCE rapide qui permet un calcul robuste de la fonction d’entrée artérielle pour estimer les paramètres physiologiques des lésions par modélisation pharmacocinétique quantitative. Notre séquence DCE rapide est comparée à deux autres méthodes de suivi prometteuses pour la différentiation entre récidive tumorale et pseudo-progression : l’IRM dynamique par contraste de susceptibilité (DSC) et la tomographie d’émission par positrons dynamique sous injection d’un radiotraceur, le O-(2-18F-Fluoroéthyle)-L-Tyrosine (FET). Les simulations et les résultats de la cohorte de patients montrent que la séquence DCE rapide offre une mesure alternative à la séquence DSC pour estimer le volume sanguin et que la perméabilité vasculaire estimée corrèle avec l’accumulation du FET. Compléter le recrutement des patients prévus au projet nous permettra d’évaluer les performances des paramètres des méthodes étudiés pour différentier la récidive tumorale et la pseudo-progression.

Abstract : Stereotaxic radiosurgery is the modality of choice for treating brain metastases. It allows non-invasive and targeted treatment in addition to minimizing damage to healthy brain tissue. The current problem with this therapeutic approach is the poor diagnostic accuracy of treatment follow-up with conventional magnetic resonance imaging (MRI) when lesion growth is reported, as 30% of patients presents pseudo-progression. This increase in lesion size has a similar appearance to tumor recurrence in conventional follow-up images and delays clinical decision making when tumor recurrence is suspected. The objective of this project is to develop an imaging method to improve the differentiation between tumor recurrence and pseudo-progression. This method is based on dynamic contrast enhanced (DCE) MRI under a gadolinium-based contrast agent injection. Its fast dynamic acquisition time allows joint measurement of blood volume and vascular permeability of treated lesions, which usually requires two separate acquisitions and injections. The thesis details the development of the fast DCE sequence which allows a robust calculation of the arterial input function to estimate the physiological parameters of lesions by quantitative pharmacokinetic modeling. Our fast DCE sequence is compared with two other promising follow-up methods for the differentiation between tumor recurrence and pseudo-progression: dynamic susceptibility contrast (DSC) MRI and dynamic positron emission tomography under injection of a new radiotracer, O-(2-18F-Fluoroethyl)-L-Tyrosine (FET). Simulations and patient cohort results show that the fast DCE sequence provides an alternative measure to the DSC sequence for estimating blood volume and that the estimated vascular permeability correlates with accumulation of FET. Completion of patient’s recruitment will allow us to assess the performance of the parameters of the methods studied to differentiate tumor recurrence and pseudo-progression.