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Imagerie nucléaire
Scintigraphie osseuse
Introduction : traceurs, méthodes et dosimétrie
Les explorations de médecine nucléaire en orthopédie comprennent celles de médecine nucléaire conventionnelle utilisant des isotopes à émission monophotonique, tels que le technétium-99m (99mTc) et l’indium-111 (111In), et la tomographie par émission de positons couplée à l’imagerie anatomique (PET/CT, PET/IRM) basée sur la détection en coïncidence des rayonnements d’annihilation émis par les émetteurs de positons tels que le fluor-18 (18F) et le gallium-68 (68Ga) [1].
Les explorations basées sur l’émission monophotonique permettent de réaliser des acquisitions planaires en mode 2D (dynamique, statique, balayage du corps entier) et des acquisitions tridimensionnelles (SPECT = Single Photon Emission Computed Tomography) couplées ou non à une imagerie morphologique (SPECT/CT).
Les radiopharmaceutiques les plus utilisés dans les explorations de l’appareil musculo-squelettique sont les diphosphonates (99mTc-DPD) et les leucocytes marqués au 99mTc [7].
La scintigraphie osseuse permet de réaliser des enregistrements précoces de tout ou partie du corps (phases vasculaire et tissulaire) au moment de l’injection des 99mTc-DPD, montrant le degré de vascularisation et d’activité initiale tissulaire, et en phase tardive (ou « osseuse ») généralement 3 heures après l’injection, reflétant l’activité métabolique de remodelage osseux (figure 6.1).
Figure 6.1 Scintigraphie osseuse normale.
L’acquisition par balayage du corps entier en phase précoce tissulaire (A) et osseuse (B) montre une distribution physiologique des diphosphonates marqués au technétium-99m, prédominant dans le squelette axial. L’élimination urinaire du traceur est rapide, les voies urinaires étant bien visibles 20 min après l’injection (A). En phase osseuse, après hydratation orale, il persiste une discrète activité des parties molles et les reins sont encore visibles (B).
Les 99mTc-diphosphonates ont une clairance plasmatique rapide et sont éliminés par filtration glomérulaire. Ils diffusent dans l’espace extracellulaire et vont s’adsorber à la surface de l’ostéoïde en voie de minéralisation et dans la matrice organique de collagène, la rétention osseuse à 24 heures étant d’environ 50 % de la dose injectée. C’est une procédure simple, non invasive et ne nécessitant aucune préparation particulière du patient. L’élimination urinaire de l’excédent de traceur injecté est favorisée par une hydratation adéquate (1,2 dL/10 kg dans l’heure qui suit l’injection). La seule contre-indication est la grossesse. En cas d’insuffisance rénale sévère (DFG [débit de filtration glomérulaire] < 30 mL/min), l’activité usuelle peut être réduite de 30 à 50 % afin de limiter la dose délivrée au patient (tableau 6.1).
Tableau 6.1
Dosimétrie chez l’adulte et l’enfant des principaux radiopharmaceutiques utilisés en médecine nucléaire conventionnelle (planaire et SPECT) et en PET pour l’examen du système musculo-squelettique
aSelon le document n° 80 de l’International Commission on Radiological Protection (ICRP).
bNotice Scintimun granulocyte BW250/183.
La scintigraphie aux leucocytes marqués peut être réalisée soit par marquage au 99mTc-HMPAO ou à l’111In-oxime des leucocytes du patient (technique in vitro), soit par immunoscintigraphie en utilisant des anticorps spécifiques monoclonaux marqués au 99mTc dirigés contre un antigène de surface (NCA-95 = Non specific Cross-reacting Antigen) exprimé par les leucocytes matures et les précurseurs de la moelle osseuse (métamyélocytes et pro-métamyélocytes) (technique in vivo).
Le marquage des leucocytes du patient nécessite un prélèvement sanguin, une séparation de la population leucocytaire par centrifugation et une incubation avec le radio-isotope en laboratoire de médecine nucléaire sous flux laminaire. Cette procédure dure environ 2 heures, le rendement de marquage étant de l’ordre de 60 à 80 %. La viabilité des cellules marquées doit être vérifiée soit in vitro avant la réinjection au patient (test d’inclusion du bleu Trypan), soit in vivo 30 minutes après la réinjection des leucocytes marqués en vérifiant la distribution pulmonaire et/ou la partition hépatosplénique. Si le marquage à l’111In-oxime est considéré comme la méthode de référence pour la recherche de foyers infectieux/inflammatoires abdominaux, le marquage au 99mTc-HMPAO a donné des résultats équivalents en termes de sensibilité et spécificité dans l’exploration du système musculo-squelettique et est considéré comme méthode de référence avec l’avantage d’une dosimétrie plus faible en raison de la demi-vie plus courte du 99mTc et de l’émission exclusive de rayonnement gamma. Les radiopharmaceutiques étant les leucocytes autologues, il n’y a aucune immunogénicité et cet examen peut par conséquent être répété chez un même patient sans risque supplémentaire.
La méthode de marquage in vivo par des anticorps marqués au 99mTc (99mTc-Ac, immunoscintigraphie) ne nécessite aucune manipulation de matériel biologique. Les Ac sont fournis sous forme de kits prêts au marquage et les résultats obtenus avec cette méthode, pour la recherche de foyers infectieux du système musculo-squelettique, sont équivalents à ceux de la méthode de référence. Les Ac monoclonaux sont d’origine murine et peuvent provoquer la formation d’Ac dirigés contre les protéines de souris (HAMA = Human Anti-Murine Antibodies) chez 10–40 % des patients, nécessitant de vérifier leur présence avant de répéter la procédure chez un même patient. Comme pour toute procédure de médecine nucléaire, la seule contre-indication est la grossesse. Une exposition préalable à des protéines de souris (immunothérapie, immunoscintigraphie, travail avec des animaux de laboratoire) doit être exclue par le dosage des HAMA et, en cas de positivité, l’examen ne pourra pas être réalisé.
La procédure de recherche de foyer infectieux aux leucocytes marqués est la même, quelle que soit la technique de marquage. Des enregistrements séquentiels planaires sont réalisés à 1, 4–6 et 24 heures post-injection, complétés par des acquisitions SPECT ou SPECT/CT si nécessaire [8]. Le meilleur critère diagnostique positif pour une infection reste, à ce jour, l’augmentation de l’intensité et/ou extension de l’accumulation des leucocytes marqués au cours du temps. La distribution normale des leucocytes marqués comprend :
• une activité circulante importante à 1 heure, qui devient négligeable 24 heures après l’injection ;
• une fixation homogène et intense dans la moelle osseuse hématopoïétique, stable dès 4 heures après l’injection, généralement confinée au squelette axial et au tiers proximal du squelette appendiculaire chez l’adulte ;
• une fixation hépatique et splénique, ainsi qu’une activité urinaire décroissante (figure 6.2). Cette fixation physiologique dans la moelle osseuse est prise comme site de référence pour l’évaluation semi-quantitative des foyers suspects d’infection : l’augmentation relative de l’activité au site infecté par rapport à l’activité médullaire normale au cours du temps est le critère le plus fiable pour le diagnostic positif d’infection.
Figure 6.2 Scintigraphies médullaires par balayage du corps entier 4 heures après l’injection d’anticorps antigranulocytes marqués au Tc-99m.
Il est possible de visualiser la distribution normale de la moelle osseuse hématopoïétique chez l’adulte, essentiellement localisée dans le squelette axial et les tiers proximaux des diaphyses fémorales et tibiales (A). Chez un patient souffrant de métastases osseuses disséminées d’un adénocarcinome de la prostate, la scintigraphie médullaire permet de réaliser une cartographie de la réserve de moelle hématopoïétique (B). Le squelette axial et appendiculaire proximal est totalement infiltré par la maladie tumorale et les sites périphériques d’hématopoïèse sont réactivés dans les jambes et les avant-bras ainsi que dans la rate.
L’absence de moelle osseuse hématopoïétique dans le squelette périphérique chez l’adulte permet d’obtenir une sensibilité et une spécificité supérieures à 80 % en cas d’ostéite/ostéomyélite. En revanche, la présence d’une activité physiologique importante dans le squelette axial explique le rendement très faible de cet examen pour le diagnostic de spondylite/spondylodiscite, ainsi que les sensibilité/spécificité variables dans le diagnostic de surinfection de prothèse de hanche [3].
Les traumatismes et leurs complications
Fractures
La scintigraphie osseuse ne montre pas la fracture mais le processus de réparation, sous forme d’une hyperactivité, dont l’intensité va dépendre de l’âge de la fracture et de sa localisation (os plat, os long, vertèbre). Elle est indiquée lorsque la radiographie standard est normale ou équivoque, et que la symptomatologie est évocatrice, également chez l’enfant [1, 10]. La sensibilité de détection d’une fracture récente est de 50 % à 24 heures et de 95 % à 72 heures du traumatisme. Le processus de réparation atteint son maximum d’activité à 7 jours, avec une valeur prédictive négative proche de 100 % (figure 6.3). La spécificité de la scintigraphie osseuse pour le diagnostic de fractures dépend de l’âge du patient et de la présence de comorbidités (prothèses, métastases) : alors que chez l’enfant, on cherche une atteinte aiguë dans un squelette a priori normal, il n’en est pas de même chez la personne âgée, qui présente généralement des troubles dégénératifs de distribution et d’activité variable, voire des prothèses articulaires. L’intensité du phénomène de réparation diminue avec l’âge de la fracture : une fracture récente est très intense, alors qu’une fracture datant de quelques mois peut être difficile à identifier. Si les fractures non déplacées, non compliquées des os plats et des os longs ne sont généralement plus visibles à partir de 4–6 mois, les fractures-tassements de vertèbre peuvent rester visibles jusqu’à 3 ans.
Figure 6.3 Scintigraphie osseuse au Tc-99m-disphosphonates permettant d’objectiver des fractures-tassements pluriétagées récentes du rachis dorsolombaire et du sternum (A).
Des fractures de côtes d’âges divers sont bien visibles sous forme d’activités linéaires et alignées, les lésions les plus intenses étant les plus récentes (B).
Lors de fractures de stress ou de périostite, la scintigraphie osseuse est très sensible et permet de détecter des anomalies de remodelage bien avant les radiographies standards ou le CT, tout en gardant une valeur prédictive négative proche de 100 %. Le SPECT/CT permet de localiser plus précisément le site de fracture, mais l’expérience est encore limitée et l’impact sur l’évolution clinique et la prise en charge du patient n’est pas clair. La corrélation entre imagerie et sévérité de l’atteinte clinique est bonne pour l’IRM et la scintigraphie osseuse, en revanche aucune modalité diagnostique ni méthode de gradation de l’atteinte ne permet de prédire l’évolution et le temps nécessaire à la guérison (figure 6.4).
Figure 6.4 Scintigraphie osseuse aux 99mTc-DPD chez une patiente souffrant d’hyperparathyroïdisme primaire sévère.
L’aspect est celui d’un super bone scan avec absence d’activité visible dans les parties molles et l’urine traduisant l’augmentation du métabolisme osseux et l’hyperavidité osseuse pour le radiotraceur. L’augmentation d’activité diffuse de la calotte crânienne et de la mandibule et l’aspect « en rails » des diaphyses fémorales est typique. Les hyperactivités plus intenses des cols fémoraux correspondent à des fractures lentes.
Ostéonécrose avasculaire
En cas d’ostéonécrose avasculaire, la scintigraphie osseuse va montrer une absence de perfusion et de captation osseuse tardive en phase aiguë, et une hyperactivité intense au front de réparation en phase subaiguë et chronique (figure 6.5). Cette hyperactivité peut persister plusieurs mois après l’épisode aigu. En cas de suspicion clinique d’ostéonécrose, l’examen de choix est l’IRM, le diagnostic scintigraphique de nécrose avasculaire étant souvent une découverte lors d’un examen réalisé pour évaluer un défaut de consolidation, et/ou en cas d’évolution clinique défavorable sans cause évidente avec imagerie standard et IRM négatives. Le diagnostic différentiel avec d’autres atteintes, comme le conflit acétabulaire ou une arthrose rapidement destructrice, peut être difficile en raison de l’absence de spécificité de la scintigraphie osseuse, le SPECT et le SPECT/CT semblant être utiles dans ces situations.
Figure 6.5 Fracture pathologique du col fémoral gauche sur métastase osseuse d’un carcinome peu différencié sans tumeur primaire connue diagnostiquée sur biopsie après ostéosynthèse.
L’hyperactivité intense du col fémoral gauche correspond à la fracture récente et à l’activité de la lésion tumorale qui s’étend au massif trochantérien. Il n’y a pas d’activité visible dans la tête fémorale traduisant une souffrance ischémique aiguë. L’activité diffuse dans la musculature latérale et les tissus sous-cutanés de la cuisse correspondent à un hématome.
Algoneurodystrophie
La maladie de Sudeck floride en phase aiguë est caractérisée par une hyperhémie très intense du membre ou d’une partie seulement par rapport au membre controlatéral visible lors de la phase précoce et une hyperfixation des 99mTc-DPD dans les portions périarticulaires de l’os (figure 6.6). Cette présentation typique n’est présente que chez environ 50 % des patients, mais la présence d’une hyperactivité osseuse périarticulaire augmente la sensibilité de détection à 95 %. En phase subaiguë ou chronique (3 mois – 1 an), l’aspect scintigraphique devient moins typique, avec notamment une absence d’hyperhémie et de discrètes modifications en phase osseuse, le diagnostic devenant plus difficile à poser.
Figure 6.6 Scintigraphie osseuse d’une maladie de Sudeck en phase aiguë.
La phase vasculaire précoce (A) montre une hyperhémie diffuse et importante de la jambe gauche sous forme d’un appel vasculaire artériel du côté atteint. En phase tissulaire, 5 minutes après l’injection des 99mTc-DPD, il persiste une asymétrie diffuse de distribution en faveur du côté atteint avec apparition d’une activité distale d’allure linéaire correspondant aux régions périarticulaires métatarsophalangiennes (B), qui devient mieux visible en phase osseuse (C).
Chez l’enfant en particulier et moins fréquemment chez l’adulte, l’algoneurodystrophie est dite « froide » en scintigraphie, c’est-à-dire que l’on observe une hypoactivité aux trois phases de l’examen : dans cette situation, il est impossible de faire le diagnostic différentiel entre une algoneurodystrophie et une hypoactivité de décharge ou d’épargne qui s’installe très rapidement lors d’immobilisation, déjà après quelques heures.
Ossification métaplasique
Des douleurs persistantes post-traumatiques inexpliquées peuvent être la conséquence de foyers d’ossification métaplasique (figure 6.7). La scintigraphie osseuse peut révéler les foyers d’ossification hétérotopique et/ou de myosite ossifiante avant qu’ils ne soient visibles en radiologie. L’augmentation locale du débit sanguin et le degré d’activité métabolique de l’os en formation permettent de poser le diagnostic et de suivre l’activité de ces lésions.
Figure 6.7 Scintigraphie osseuse aux 99mTc-DPD chez un patient connu pour des foyers d’ossification métaplasique dans la portion proximale du muscle droit antérieur gauche d’origine post-traumatique.
Les vues planes démontrent une intense activité des foyers d’ossification métaplasique en phase tardive mais aussi une hyperhémie locale. Une acquisition SPECT/CT permet de mieux visualiser la répartition de l’activité métabolique au sein de la lésion, la partie la plus active étant la portion interne au contact du muscle.
Infections
Ostéomyélite aiguë
L’ostéomyélite aiguë (OMA) peut être provoquée par dissémination hématogène, par inoculation directe ou par contiguïté en cas d’infection des tissus mous avoisinants. Si la dissémination hématogène est la cause la plus fréquente d’OMA en pédiatrie, elle ne représente que 20 % des causes chez l’adulte. La scintigraphie osseuse en trois phases montre typiquement une hyperhémie très intense qui peut dépasser le foyer d’infection et affecter tout le membre, notamment en aval du site infecté, par appel et augmentation du débit locorégional. Le diagnostic scintigraphique d’OMA repose sur la présence d’une anomalie focale délimitée de l’os en phase tardive, en présence d’une radiographie standard normale : toute scintigraphie doit impérativement être interprétée avec une radiographie réalisée dans les 24 heures avant ou après car une tumeur osseuse primaire, telle qu’un ostéosarcome ostéogénique, peut avoir un aspect identique à une OMA en scintigraphie osseuse. La sensibilité de la scintigraphie planaire est excellente et approche les 100 % quel que soit l’âge du patient. En pédiatrie, la spécificité est de l’ordre de 95 %, la méthode planaire permettant de différencier une OMA d’une cellulite ou d’une fracture du squelette appendiculaire. Les lésions du squelette axial, notamment du rachis cervical, peuvent être difficiles à visualiser. L’imagerie par SPECT peut améliorer la sensibilité de détection d’une lésion non visible en mode planaire, et augmenter la spécificité en précisant la localisation de la lésion. Un SPECT/CT n’est généralement pas nécessaire en pédiatrie, et ne devrait être réalisé que dans des situations exceptionnelles afin de ne pas délivrer de dose d’irradiation trop importante [8]. L’OMA multifocale est rare, plus fréquente chez l’enfant de moins de 1 an et le patient immunodéprimé (figure 6.8).
Figure 6.8 Adolescent souffrant de douleurs aiguës du genou gauche sans traumatisme.
La radiographie standard est normale. La phase tissulaire de la scintigraphie osseuse démontre une activité intense triangulaire qui vient s’appuyer sur la zone de croissance tibiale proximale gauche sans la déformer (flèche simple) (A). En phase osseuse, cette hyperactivité devient plus intense et reste confinée à la région métaphysaire (B). La réalisation d’une imagerie du corps entier permet de détecter un deuxième foyer d’ostéomyélite aiguë, asymptomatique, dans la métaphyse tibiale distale droite (doubles flèches) (C).
En cas d’OMA, le germe responsable n’est identifié que chez environ 60 % des patients, Staphylocoque aureus étant retrouvé dans 50 % des hémocultures positives. D’autres germes moins virulents sont actuellement fréquemment identifiés dont Kingella kingae ou Mycobacterium tuberculosis, et l’intensité de l’anomalie osseuse visible en scintigraphie osseuse peut s’en trouver modifiée et montrer des signes moins flagrants d’infection. Lorsque l’examen est réalisé dans les premières 24 heures après le début des symptômes, le foyer d’ostéomyélite peut être « froid », c’est-à-dire hypoactif, en raison de l’œdème médullaire qui diminue le débit sanguin localement et empêche l’arrivée du radiotraceur au site de l’infection. Chez l’enfant, le site de l’OMA est le plus souvent métaphysaire, jouxtant la zone de croissance très intense, affectant les membres inférieurs, en particulier le fémur et le tibia dans près de la moitié des cas. Si l’antibiothérapie débute plus de 24 heures avant la demande de la scintigraphie osseuse, le résultat peut être faussement négatif, le processus de normalisation et de réparation étant rapide si le médicament est efficace. Pour cette raison, la scintigraphie osseuse reste un examen à réaliser en urgence, le plus rapidement possible après le début des symptômes et de préférence avant le début du traitement.
L’IRM reste la modalité diagnostique de choix, en raison notamment de son caractère non irradiant et de la possibilité d’examiner toutes les structures anatomiques avoisinantes, mais il est parfois difficile de savoir quel est le site incriminé. L’avantage de la scintigraphie osseuse chez l’enfant, qui présente par exemple une boiterie et des douleurs diffuses du membre inférieur, est d’examiner le corps entier et de localiser l’atteinte osseuse, permettant ensuite de cibler l’IRM. Le diagnostic différentiel entre cellulite, arthrite et OMA repose sur la modification de la phase vasculaire et de la phase osseuse : un foyer osseux hyperactif proche d’une région métaphysaire permet de poser le diagnostic d’OMA. En pédiatrie, il n’y a pas d’indication à réaliser de scintigraphie aux leucocytes marqués car la scintigraphie osseuse en trois phases est suffisamment spécifique pour le diagnostic d’OMA. Par ailleurs, la moelle osseuse chez l’enfant s’étend normalement jusque dans les extrémités du squelette appendiculaire et ne permet pas l’interprétation d’une accumulation de leucocytes marqués comme signe d’une infection aiguë. Le diagnostic de spondylite/spondylodiscite peut être difficile à affirmer en scintigraphie osseuse même avec un SPECT, et l’IRM est l’examen de choix.
Chez l’adulte, et notamment chez le patient diabétique ou en présence de matériel d’ostéosynthèse, la scintigraphie osseuse reste sensible pour le diagnostic d’infection mais au détriment d’une spécificité très basse, les 99mTc-DPD montrant une activité accrue en cas de réaction ostéoblastique/ostéoclastique mais sans aucune différentiation possible quant à la cause de la réaction osseuse. La réalisation d’un SPECT ou SPECT/CT permet, dans certains cas, de préciser le site de l’augmentation de l’activité mais peut se révéler insuffisante pour préciser son étiologie. La réalisation d’une scintigraphie aux leucocytes marqués, couplée à la scintigraphie osseuse, permet d’augmenter la précision diagnostique en démontrant l’accumulation des leucocytes au cours du temps dans le site de l’infection. Il est essentiel de réaliser des enregistrements jusqu’à 24 heures après l’injection pour différencier une atteinte non spécifique liée à une inflammation locale d’un foyer infectieux (figure 6.9). La réalisation d’un SPECT/CT permettrait d’augmenter non seulement la spécificité de cet examen mais aussi sa sensibilité selon certains auteurs, mais sa valeur ajoutée reste à démontrer chez un plus grand nombre de patients. En cas d’ostéomyélite subaiguë ou chronique, la valeur diagnostique de la scintigraphie osseuse et celle des leucocytes marqués sont nettement moins bonnes. Ceci est probablement lié à l’infiltrat cellulaire qui tend à être plus lymphoplasmocytaire, le nombre de leucocytes présents dans le site infecté chroniquement n’étant plus suffisant pour qu’ils soient détectés.
Figure 6.9 Scintigraphies osseuse et aux anticorps (Ac) anti-granulocytes marqués chez un patient connu traité par ostéosynthèse pour une fracture ouverte de la diaphyse fémorale droite qui présente une évolution clinique et biologique défavorable.
La scintigraphie osseuse (images du haut) montre une zone hypoactive lacunaire antérolatérale à la jonction des tiers moyen et distal de la diaphyse fémorale droite (flèches simples sur la vue antérieure, flèches doubles sur la vue de profil). Cette lésion devient hyperactive sur les images réalisées 24 heures après injection des Ac anti-granulocytes (images du bas : flèches simples sur la vue antérieure, flèches doubles sur la vue de profil) correspondant à un séquestre infecté. Une activité intra-articulaire diffuse intense correspond à une arthrite en phase aiguë.
Prothèses
Descellement mécanique et septique
La principale indication à réaliser un examen de médecine nucléaire chez les patients porteurs de prothèse est la suspicion de descellement septique ou non. Pour tenter de différencier un descellement mécanique d’un descellement septique, il est recommandé de réaliser une scintigraphie osseuse en trois phases et une scintigraphie aux leucocytes marqués, éventuellement avec des acquisitions SPECT/CT en fonction du résultat de l’imagerie planaire (figure 6.10) [3]. Les recommandations de l’American Academy of Orthopedic Surgeons publiées en 2010 n’accordent qu’une faible valeur aux différents examens de médecine nucléaire (99mTc-DPD, leucocytes marqués et 18F-FDG PET), et uniquement pour les patients chez lesquels le diagnostic d’infection périprothétique n’a pas pu être prouvé et pour lesquels une révision chirurgicale n’est pas prévue. Dans tous les cas, l’interprétation des scintigraphies doit se faire en corrélation avec des radiographies standards récentes et aussi des paramètres cliniques et biologiques. Les signes et symptômes cliniques habituels (fièvre, leucocytose) sont souvent absents même en cas d’infection prouvée de prothèse. Dans une revue récente de la littérature, il s’avère que c’est l’interleukine-6 (sensibilité : 91–99 %, spécificité : 87–94 %) qui a le meilleur rendement diagnostique, suivie par la protéine C-réactive (sensibilité : 86–90 %, spécificité : 71–76 %).
Figure 6.10 Scintigraphies osseuse et aux Ac antigranulocytes chez un patient présentant une surinfection après mise en place d’une PTH gauche.
La scintigraphie osseuse en vue plane (A) montre une intense hyperactivité du massif trochantérien gauche avec un aspect lacunaire dans sa portion moyenne correspondant à une lyse osseuse (B). La scintigraphie aux Ac réalisée à 1, 6 et 24 heures après injection des Ac marqués (C) montre une accumulation progressive des leucocytes dans le massif trochantérien, prédominant dans le grand trochanter et plus précisément dans la zone lytique, signant le processus infectieux actif.