lOMoARcPSD|5158776 Tome 2 - Fiche 3 - Imagerie Radio-Isotopique Physique (Université de Paris) StuDocu n'est pas sponsorisé ou supporté par une université ou école Téléchargé par antoine touma ([email protected]) lOMoARcPSD|5158776 FICHE BIOPHYSIQUE UE 3 Tome 2 : Biophysique de l’Imagerie Fiche 3 : Imagerie Radio-Isotopique Il s’agit d’une fiche récapitulative des notions essentielles concernant vos cours. Ce n’est en aucun cas un résumé exhaustif des notions à savoir pour le concours ! Cela ne remplacera jamais les supports qui vous sont donnés en cours et vos notes se rapportant aux explications des professeurs. Il s’agit uniquement d’un outil de révision condensé pour vous permettre de balayer quelques notions importantes. Il est absolument nécessaire d’avoir compris ces notions avant tout apprentissage « par cœur » qui se révèlerait absolument improductif… Le meilleur moyen de réussir reste la compréhension, un apprentissage consciencieux des diapositives et un entraînement régulier (pour cela, nous vous conseillons de vous rendre le plus souvent possible aux tutorats). Téléchargé par antoine touma ([email protected]) lOMoARcPSD|5158776 Téléchargé par antoine touma ([email protected]) lOMoARcPSD|5158776 FICHE 3 : IMAGERIE RADIO-ISOTOPIQUE Introduction : L’imagerie radio-isotopique est une imagerie d’émission. La source radioactive est à l’intérieur du corps (ne s’y trouve pas naturellement) on parle alors d’imagerie extrinsèque. De plus, on utilise des énergies de l’ordre du MeV donc ionisantes, ce qui permet d’obtenir une sensibilité élevée mais implique des précautions. BASES DE L’IMAGERIE RADIO-ISOTOPIQUE DEUX TYPES D’IMAGERIE RADIO-ISOTOPIQUE : ▪ Imagerie des émetteurs de photons gamma uniques (simples photons) Les photons gamma sont produits par les radio-isotopes directement. On distingue l’imagerie radio-isotopique : En 2D : Scintigraphie gamma En 3D : TESP (tomographie d’émission de simples photons), TEMP (Tomographie d’émission monophotonique) ou SPECT en anglais (Single photon émission computerized tomography) ▪ Imagerie des paires de photons gamma d’annihilations des positons (paires de photons) Toujours en 3D : TEP (tomography d’émission de positons) ou PET en anglais DIFFERENCE ENTRE RADIOTRACEUR ET RADIOMARQUEUR : Radiomarqueur : isotope radioactif Radiotraceur : élément radioactif marqué par le RADIOMARQUEUR (comme le glucose marqué au F18 ). On l’introduit en faible quantité pour ne pas modifier la physiologie et la pharmacologie de l’organisme. On fait en sorte de le distribuer dans l’organisme de manière identique à celle de l’élément stable, on parle de traçage. EMETTEURS GAMMA ET EMETTEURS DE POSITONS : Les émetteurs gamma : l’énergie d‘émission est unique, on a donc un spectre mono énergétique. ex : Technétium 99 métastable (99m Tc), de période T=6h et d’énergie d’émission 140keV. Les émetteurs de positons : L’énergie du positon suit un spectre continu, tandis que l’énergie des photons d’annihilation détectés sera toujours de 511keV. ex : Fluor 18, de période T=110minutes et d’énergie maximale du positon égale à 0,64MeV. On ajoute des isotopes radioactifs avec des périodes radioactives courtes pour limiter la durée d’exposition et avec des énergies fortes pour maximiser l’intensité et donc la précision de l’examen. PRODUCTION DES RADIO-ISOTOPES ARTIFICIELS Ils sont rarement produits à l’hôpital mais plutôt livrés. On distingue deux types de production : soit par bombardement dans un cyclotron soit par fission dans un réacteur nucléaire. Il s’agit ensuite d’isoler les radioéléments en générateur d’isotopes. CYCLOTRON : C’est un aimant coupé en deux, au centre duquel est placé une source de particules chargées. Ces dernières étant alternativement accélérées par un champ électrique et déviées par un champ magnétique, elles vont ensuite bombarder une cible, provoquant des réactions nucléaires et donnant des éléments radioactifs. On bombarde le plus souvent la cible avec des protons pour lui en soustraire des neutrons. ex : 188𝑂 + 11𝑝 → 189𝐹 + 10𝑛 Téléchargé par antoine touma ([email protected]) lOMoARcPSD|5158776 FISSION : La fission est moins répandue que les cyclotrons. Elle a lieu dans des centrales nucléaires, et permet de produire des noyaux lourds en les bombardant de neutrons. ex : production du Molybdène99 (précurseur du 99m Tc) à partir d’Uranium235 GENERATEUR D’ISOTOPES : Ce sont des caissons blindés, où peuvent se dérouler des réactions spontanées produisant les isotopes souhaités. Exemple des « vaches à Technétium » : Le générateur contient du Molybdène 99 radioactif produit dans une centrale nucléaire. Il se désintègre en Technétium 99 métastable (qui sera un radiotraceur, émetteur de photons γ) : on extrait donc régulièrement le Tc 99m du générateur. On dit que l’on « trait » le générateur, (cf. forme du schéma des activités en fonction du temps). On répète ainsi plusieurs fois l’action sur quelques jours (jusqu’à épuisement de la source de Mo). L’activité croît aussitôt après que l’on ait récupéré le Technétium grâce aux désintégrations du Molybdène. SPECT - SINGLE PHOTON EMISSION COMPUTERIZED TOMOGRAPHY La tête de détection d’une caméra SPECT est composée de différents éléments, dont : Collimateur Il permet de ne récupérer que les photons qui arrivent perpendiculairement au plan du capteur (// grille des scanners). On utilise différentes formes de collimateurs (ex : nid d’abeille). Cristaux de scintillation Ils permettent de passer d’un rayonnement 𝛾 à un photon de plus basse énergie (spectre du visible). Les cristaux sont définis par un coefficient d’atténuation ainsi que par une constante de décroissance (en nanoseconde −1 ). C’est le temps (en nanoseconde) nécessaire pour que le cristal qui s’est chargé au moment de recevoir un photon 𝛾, se décharge en émettant des photons du visible. Pendant cette période, un cristal alors chargé ne peut pas détecter d’autres photons. ex : Iodure de sodium (NaI) utilisé en SPECT ou LSO (densité plus élevée et meilleure constante de décroissance) en PET. Guide de lumiè re : Il permet d’amplifier les photons produits par les cristaux de scintillation. Photomultiplicateur : Il sert à transformer les photons en électrons qui sont alors amplifiés de manière proportionnelle par des dynodes afin d’enregistrer un courant électrique. TRAITEMENT DU SIGNAL : On traite le signal à la sortie du photomultiplicateur (mesure du courant d’électrons) pour étudier deux informations : ▪ ▪ La localisation : On recherche le barycentre des photons recueillis. La quantification de l’énergie : La somme des énergies des électrons permet de centrer sur l’énergie des photons gamma qui nous intéressent (car les deux sont proportionnelles), et de gommer le spectre dû aux photons X de diffusion. LIMITE DU SPECT : ▪ ▪ Atténuation : Les tissus traversés diminuent fortement l’intensité du signal. On peut corriger cette atténuation mathématiquement ou par mesure de l’atténuation (notamment scanner, mais irradiant…). Diffusion : Essentiellement à cause des photons Compton. Téléchargé par antoine touma ([email protected]) lOMoARcPSD|5158776 PET – POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY REACTION D’ANNIHILATION : Lors de la réaction β+, un positon est produit. Il s’annihile rapidement avec un électron du milieu en produisant deux photons gamma, qui se propagent dans la même direction mais en sens opposé (antiparallèles) et emportent chacun la même énergie (511 keV). Il s’agit de détecter les photons gamma émis simultanément (correspondant à une émission β+) : c’est à dire en coïncidence, dans une fenêtre temporelle de quelques nanosecondes. On considère ainsi que tous les photons gamma détectés dans cette fenêtre et sur deux détecteurs opposés (parmi les quelques milliers placés en couronne), proviennent de la même annihilation (on parle alors d’une ligne de coïncidence). Par les principes de la rétroprojection filtrée, on peut alors reconstituer le lieu d’émission des deux photons gamma. INCERTITUDE DE LOCALISATION DU LIEU D’EMISSION : Le positon se déplace sur un faible parcours dans la matière avant la réaction d’annihilation (d≈0,7 mm). De plus, lorsque 𝐸𝑐𝑒 + 𝑒𝑡 𝐸𝑐𝑒− ne sont pas nulles au moment de l’annihilation, les photons gamma ne sont pas émis exactement dans la même direction (ε). RESOLUTION SPATIALE : la résolution spatiale RS est une combinaison de la résolution spatiale intrinsèque RI (incertitude sur le parcours du positon par exemple) ainsi que de la contribution du détecteur RD : 𝑅𝑆 = √𝑅𝐼2 + 𝑅𝐷2 CAUSES DES ERREURS DE MESURE EN TEP : ▪ L’atténuation : Deux annihilations qui n’ont pas lieu au même endroit peuvent survenir dans la même fenêtre temporelle de coïncidence, lorsque l’atténuation des photons correspond. C’est ce qu’on appelle : les fortuits. ▪ La diffusion est à l’origine du changement de direction du photon γ, construisant des lignes de coïncidences biaisées. COMMENT CORRIGER CES ERREURS ? ▪ L’atténuation : Il s’agit d’utiliser une caméra avec couplage de la tomodensitométrie (TDM) et du PET. On obtient ainsi une carte d’atténuation des photons X de 511 keV (TDM) que l’on peut extrapoler à l’atténuation des photons gamma de 511 keV (PET). En la soustrayant au PET, on diminue les imprécis io ns dues à l’atténuation. Mais avec cette méthode, on irradie encore plus le patient. ▪ Les fortuits : On utilise un modèle mathématique pour statistiquement éliminer les coïncidences fortuites (en mesurant la quantité de fortuits en dehors des fenêtres de coïncidence). ▪ La diffusion : En partant du principe que les photons diffusés ont une énergie inférieure à 511 keV, on soustrait au signal utile les signaux de trop basse énergie. CONSTRUCTION DE L’IMAGE La pharmacocinétique du radiotraceur construit l’image. Il faut ainsi d’abord laisser le temps au radiotraceur de se localiser dans l’organisme et de se fixer (interactions type interaction récepteur-ligand). ex : Le (18 F)-deoxyglucose, un glucose marquée au fluor radioactif, va laisser une trace dans les tissus qui métabolisent le glucose. Remerciement à Marin CAUMARTIN pour la relecture de cette fiche ! Téléchargé par antoine touma ([email protected])
