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Differential diagnosis between progression and radionecrosis in brain metastases after stereotactic radiosurgery using hybrid FDG-PET and MRI coregistered images - 07/05/21

Intérêt d’une évaluation hybride en TEP FDG dynamique et IRM de perfusion pour le diagnostic différentiel entre progression et radionécrose dans les lésions cérébrales traitées par radiothérapie stéréotaxique

Doi : 10.1016/j.mednuc.2021.01.006 
H. Otman a, , J. Deverdun b, E. Le Bars b, N. Menjot de Champfleur b, F. Molino b, M. Bilal Chawki c, F. Cachin a, M. Chanchou a, B. Fayçal b, D. Mariano Goulart b
a Centre Jean Perrin, Clermont-Ferrand, France 
b University Hospital of Montpellier, Montpellier, France 
c University Hospital of Nancy, Nancy, France 

Corresponding author.

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Abstract

Introduction

Dual phase 18 FDG brain PET is helpful to assess brain metastases (BM) as tracer will build up in metastases or tumor recurrences while its retention remains stable within normal tissue or inflammatory processes. This is useful when MRI can’t discriminate brain tumor recurrence (TR) rom radionecrosis (RN) after stereotaxic radiosurgery (SRS) for BM. Many studies have sought to improve diagnostic performance by associating FDG-PET and MRI with interesting results but many biases, mostly within image post-processing. Coregistered MRI and dual phase FDG-PET images could alleviate these biases and be used to extract prognostic biomarkers.

Materials and methods

We retrospectively evaluated patients treated with SRS for BM which developed a contrast-enhanced MRI lesion with non-conclusive diagnosis for TR or RN. All patients underwent MRI and FDG-PET at least 3 months after their last SRS session. Dual FDG-PET consisted in an “early” and “delayed” acquisition, respectively 30minutes and 4h after injection. MRI included permeability and perfusion sequences. PET and MRI data were all coregistered on the contrast enhanced T1 MRI images. Semi-automated Volumes of Interest (VOI) of the tumor were drawn on the BM and a reference contralateral white-matter ROI (WM) was drawn for standardization; every metric was calculated inside these ROIs, in particular the tumor SUVmax and its variation in time. A 20% increase in the tumor SUVmax was in favor of TR while a modification of less than 100% was in favor of RN. Imaging metrics were then evaluated for their association with TR or RN based on histological, radiological and clinical criteria after at least 6 months follow-up.

Results

Nine patients were ruled out as TR and 6 as RN. After standardization, there was a significant difference between groups for VP (P=0.042), Washin (P=0.035), Peak Enhancement (P=0.037), standardized delayed SUVmax (P=0.008) and RI (P=0.016). Semi-quantitative analysis found respectively for PET and MRI a Sensitivity of 100% and 87.5% and a Specificity of 100% and 85.71%.

Conclusion

Coregistered PET-MRI images accurately discriminate between TR and RN. With FDG being the most commonly used PET radiotracer, this protocol remains easily transposable and should be encouraged to obtain non-invasive prognostic and clinically relevant biomarkers.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Introduction

La TEP 18FDG cérébrale biphasique (TEP) est une technique robuste pour évaluer les lésions cérébrales, le traceur s’accumulant dans les métastases ou récidives locales et restant stable dans le cortex ou les processus inflammatoires, permettant ainsi de différencier les récidives tumorales (TR) des radionécroses (RN) sur les métastases cérébrales (MC) traitées par radiothérapie stéréotaxique (SRS). La coregistration des données d’IRM et TEP permettrait alors d’extraire des biomarqueurs diagnostiques pertinents.

Objectif

Déterminer des biomarqueurs IRM et TEP associés au diagnostic de TR ou RN chez des patients traités par SRS pour MC.

Méthode

Quinze patients traités par SRS pour MC ont été rétrospectivement inclus dans deux  hôpitaux français. Leur IRM de fin de traitement n’a pas pu distinguer RN et TR. Chaque patient a bénéficié d’une IRM et d’une TEP au minimum 3 mois après leur traitement. Ces examens ont été analysés en aveugle des interprétations initiales de façon semi-quantitative, ainsi qu’au travers d’une analyse de coregistration des images IRM et TEP. La TEP biphasique consistait en une acquisition « précoce » et « tardive » respectivement 30minutes et 4heures après injection. Des volumes d’intérêt tumoraux (VOI) ont été tracés sur les différentes séquences TEP et IRM ainsi qu’une VOI miroir de référence controlatérale pour standardisation. Chaque métrique calculé à l’intérieur de ces VOI a été analysé quantitativement, notamment le SUVmax ainsi que sa variation dans le temps, permettant de calculer un index de rétention tumoral (IR). Une augmentation de 20 % de l’IR était retenue comme évocatrice de TR, alors qu’une variation de moins de 10 % signait une RN. Le diagnostic final était basé sur la décision de la réunion de concertation pluridisciplinaire à 6 mois de la TEP.

Résultats

Neuf patients étaient en récidive locale et 6 en radionécrose. Après standardisation, il y avait une différence significative entre les deux groupes pour les métriques VP (p=0,042), Washin (p=0,035), Peak Enhancement (p=0,037), le SUVmax tumoral standardisé au temps tardif (p=0,008) ainsi que l’IR (p=0,016). L’analyse semi-quantitative TEP et IRM retrouvait respectivement 100 % et 87,5 % de sensibilité et 100 % et 85,71 % de spécificité.

Conclusion

La TEP biphasique discrimine efficacement entre TR et RN. L’analyse conjointe des données TEP et IRM améliore la précision diagnostique.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Dual phase FDG PET, Steretactic radiosurgery, Brain metastasis, MRI: Coregistration, Radionecrosis

Mots clés : TEP, FDG double phase, Radiothérapie stéréotaxique, Métastase cérébrale, IRM, Coregistration, Radionécrose

Abbreviations : BM, SRS, WBRT, TR, TP, VOI, FDG, PET/CT, MRI, OS, PFS, WM, AUC, FDR


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Vol 45 - N° 3

P. 113-118 - mai 2021 Retour au numéro
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