Tomodensitométrie avec inhalation de Krypton

Afin de pallier les inconvénients de l’utilisation du Xénon, un autre gaz rare a été proposé comme potentiel agent contrastant, le Krypton. Il possède un numéro atomique suffisamment élevé (Z=36), et peut être inhalé à forte concentration sans présenter d’effet anesthésiant. Sa sécurité d’emploi à de faibles concentrations est validée depuis longtemps en médecine nucléaire, où l’isotope radioactif 81mKr est utilisé est routine. De plus, le Krypton n’est que très peu soluble dans le sang et son coût est 10 fois inférieur à celui du Xénon. Son seul inconvénient majeur est d’avoir un numéro atomique significativement plus faible que le Xénon (36 contre 54), ce qui implique un pouvoir atténuateur nettement inférieur. Cependant, l’absence d’effets indésirables permet d’utiliser une concentration de Krypton plus élevée, ce qui pourrait en partie compenser cette limite.

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Une étude expérimentale publiée en 2015 [29] compare justement le rehaussement induit par le Xénon et par le Krypton. Dans une première partie sur fantômes portant sur des concentrations de gaz allant de 10 à 100% et acquises avec une tension allant de 80 à 140kV, les auteurs démontrent un rehaussement significativement inférieur du Krypton en technique avec soustraction (figure 6).

Figure 6

Comparaison sur fantômes du rehaussement en UH induit par différentes concentrations de Krypton et de Xénon, à différentes tensions par rapport à une image acquise sans contraste gazeux (d’après [29]).

A la tension routinière de 120kV, le rehaussement obtenu par une concentration en Krypton de 70% est légèrement inférieur à celui obtenu avec du Xénon concentré à 10% et est environ la moitié de celui obtenu avec une concentration de Xénon à 30%. Ces données expérimentales sont confirmées dans la deuxième partie de l’étude, portant sur 7 lapins et utilisant une acquisition en simple énergie avec soustraction : le rehaussement moyen du Xénon à 30% est à 35,3 ±5,5 UH, contre 21,9 ±1,8 avec du Krypton à 70% (figure 7). Les auteurs concluent que si ce rehaussement est faible, il reste suffisant pour pouvoir obtenir une imagerie de la ventilation suffisamment informative.

75 Figure 7

Images soustraites démontrant le rehaussement du Xénon à 30% (à gauche) et du Krypton à 70% (au milieu) chez des lapins intubés après inhalation du gaz pendant une période de 2 minutes (d’après [29]).

Une deuxième étude animale [30] utilise, elle, la tomodensitométrie double énergie double source sur 7 lapins, ventilés avec des concentrations en Krypton allant de 20 à 70%. A 70%, l’atténuation moyenne était mesurée à 18,79 ±3,63 UH, avec un rehaussement jugé qualitativement homogène. Là encore, les auteurs concluent à une faisabilité de la technique en routine.

Jusqu’à présent, une seule étude clinique [22] a été publiée en utilisant du Krypton comme contraste gazeux. Il est intéressant de noter que les études animales susmentionnées sont postérieures à cette étude lilloise, qui a fait redécouvrir le potentiel du Krypton dans cette indication. Ce travail faisait aussi appel à un scanner double énergie double source, avec un protocole simplifié comportant une acquisition en inspiration profonde après 5 inhalations d’un mélange Krypton 80% - Oxygène 20%. Cette étude portait sur 34 patients BPCO emphysémateux sévères, avec 32 patients finalement analysés, et avait comme objectif de

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mettre en évidence une différence significative d’atténuation entre le parenchyme pulmonaire sain supposé normalement ventilé et le parenchyme emphysémateux détruit supposé non ventilé ou hypoventilé. Cette hypothèse s’est vérifiée chez 88% des patients, avec une atténuation moyenne à environ 12,4 UH (figure 8) : les auteurs concluent donc à une utilisation possible du Krypton dans cette indication. Ils ne rapportent aucun effet indésirable sur les 34 patients ayant inhalé du Krypton.

Figure 8

Exemple tiré de l’étude [22], chez un patient de 55 ans avec une BPCO sévère. A gauche, les images diagnostiques sans gaz, montrant une différence d’atténuation entre une zone emphysémateuse (ROI 2 = -977 UH) et une zone de parenchyme subnormal (ROI 1 = -937 UH). A droite, l’image Krypton-spécifique obtenue après inhalation et acquisition double énergie, montrant une atténuation plus faible en ROI 1 (emphysème, 7 UH) qu’en ROI 2 (parenchyme subnormal, 12UH), lié à la distribution préférentielle du Krypton dans les zones encore normalement ventilées.

Au total, le Krypton semble apparaître comme une alternative au Xénon plus sûre, plus disponible et moins chère, mais néanmoins significativement inférieure en termes d’intensité de rehaussement.

1.5 Quantification

Pour chacune de ces trois modalités d’imagerie, la quantification des données acquises est une étape indispensable afin de pouvoir comparer et grader les examens. Elle peut se faire selon plusieurs axes.

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Le versant morphologique pur est le plus simple, puisqu’il ne fait pas appel aux techniques spécifiques d’imagerie de la ventilation. Il nécessite une haute résolution spatiale, et n’est donc actuellement possible que par tomodensitométrie, même si des séquences IRM récentes permettent d’appréhender la morphologie fine du parenchyme pulmonaire [31].

Des mesures automatiques ou semi-automatiques de l’épaisseur des parois bronchiques sont possibles [1, 2, 32] : des algorithmes dédiés permettent la segmentation et l’identification de l’arbre trachéo-bronchique, basés sur les différences de densité spontanée et une connaissance de l’anatomie a priori ; la center-line ainsi définie est utilisée pour mesurer l’épaisseur des parois bronchiques. Ces valeurs reflètent l’inflammation bronchique, et se sont révélées être un bon marqueur évolutif de la maladie notamment asthmatique [32].

L’analyse fonctionnelle nécessite une imagerie dédiée de la ventilation. Elle peut être statique et s’intéresse généralement à l’inspiration profonde (capacité vitale maximale), avec segmentation des lobes pulmonaires afin de quantifier la participation relative de chaque lobe à la ventilation globale [19]. Elle peut aussi être dynamique, nécessitant au minimum des acquisitions à deux phases du cycle respiratoire. Ces études dynamiques permettent de mesurer les caractéristiques d’entrée (wash-in) et de sortie (wash-out) du contraste gazeux, par analyse compartimentale [1, 33, 34]. Elles sont aussi à la base des modélisations de la cinématique pulmonaire [35] et des simulations du trajet de l’air depuis la trachée jusqu’aux alvéoles. Ces études dynamiques sont plutôt réservées à l’IRM, qui de par sa haute résolution temporelle et son absence de radiations ionisantes, est particulièrement adaptée aux études dynamiques.