Isotopes
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Isotopes Imprimé par sur EMC-CONSULTE le lundi 15 mars 2004 Isotopes Recommander cet article B Richard : Professeur des Universités, Praticien Hospitalier, Chef de Service JY Devaux : Chef de Travaux, Praticien Hospitalier JC Roucayrol : Professeur des Universités, Praticien Hospitalier Service de Médecine Nucléaire, Hôpital Cochin, 75014 Paris France Traité de Radiodiagnostic VI - Principes et techniques d'imagerie : 35-300-A-10 (1990) Résumé L'utilisation des isotopes radioactifs pour l'exploration du corps humain a suivi de peu la découverte de la radioactivité artificielle par Irène et Frédéric Joliot-Curie (1934), puisque, dès 1939, a été proposée l'utilisation de l'iode 131 pour l'exploration fonctionnelle de la glande thyroïde. Les scintigraphies à balayage ont fourni les premières images de la répartition d'un traceur radioactif à l'intérieur du corps, mais c'est l'apparition de la caméra à scintillation, proposée par Anger en 1956, qui a permis le véritable développement de l'imagerie scintigraphique. Ce type de caméra s'est largement répandu depuis les années 70 et il est d'ailleurs toujours à la base des systèmes actuels. L'utilisation du technétium, isotope très bien adapté aux explorations in vivo et facilement disponible, ainsi que les progrès réalisés dans le marquage des molécules ont considérablement accru le champ d'application, qui s'étend aussi bien au poumon, au rein ou au cerveau qu'à la thyroïde, à la surrénale, à la détection des abcès, à la pathologie osseuse ou à l'étude de la fonction cardiaque par exemple. La médecine nucléaire a été la première à exploiter en imagerie médicale les possibilités offertes par la numérisation et le traitement numérique des images, et elle a bénéficié des progrès considérables des systèmes informatiques : les images fonctionnelles du coeur, la tomographie d'émission sont maintenant devenues de pratique courante. © 1990 Éditions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS - Tous droits réservés. EMC est une marque des Éditions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS. Plan Bases physiques Utilisation des traceurs radioactifs Caméra à scintillation Traitements associés Tomographie d'émission Organisation des examens Précautions - radioprotection (tableau III) Conclusion http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (1 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes Haut de page Bases physiques Rappelons que la notation d'un nuclide se fait de la manière suivante : où Z est le nombre de protons ou numéro atomique et A le nombre total de nucléons (protons + neutrons) ou nombre de masse. Le nombre Z caractérise l'élément chimique - l'emplacement sur la classification périodique - et par conséquent on omet volontiers de mentionner Z si on précise l'espèce dont il s'agit (exemple : 11C au lieu de ). Des isotopes sont des noyaux de même numéro atomique mais de nombre de masse différent (exemple : 125I, 127I, 131I). Lorsqu'on parle de noyaux radioactifs en général, il serait préférable de parler de radioéléments et de réserver le terme de radio-isotopes lorsqu'on s'intéresse à un élément chimique particulier (exemple : les radio-isotopes de l'iode). Différents types de rayonnement - Emission : elle consiste dans l'émission de noyaux d'hélium (He2+). Ces particules ont un pouvoir d'ionisation très élevé et sont arrêtées par une très faible épaisseur de tissu (quelques dizaines de microns). Elles ne sont donc pas utilisées pour des explorations in vivo qui nécessiteraient une contamination interne et des risques radiobiologiques importants. - On peut cependant souligner qu'il est facile de se protéger du rayonnement provenant d'une source externe puisqu'une faible épaisseur de matière arrête totalement les particules. : il existe plusieurs types de désintégration suivant que l'isotope instable a un excès - Emission de protons ou de neutrons. - ou émission d'un électron (chargé négativement) : cette particule chargée a un pouvoir d'ionisation assez élevé et un parcours limité dans les tissus (quelques millimètres), ce qui la rend - pour des examens impropre à la détection externe ; toutefois, on utilise parfois des émetteurs scintigraphiques à cause de l'émission associée de photons . C'est le cas par exemple de l'iode 131 (fig. 1a). + ou émission d'un positon (antiparticule de l'électron, chargée positivement) : le comportement - tant qu'il n'a pas perdu son énergie cinétique, d'un positon dans les tissus est voisin de celui du et son parcours est également assez faible ; cependant, il est détectable indirectement car cette « antiparticule » est instable et « s'annihile » spontanément : la masse correspondant au positon et à un électron de la matière disparaît et se retrouve sous forme d'énergie dans deux photons (de 0,51 MeV chacun) émis à 180°. Cette réaction est exploitée pour détecter la répartition des isotopes + dans les caméras tomographiques à positons. émetteurs - Il faut mentionner que parmi les isotopes des atomes constituant la matière organique (C, O, N), particulièrement intéressants par les études qu'ils permettent, les seuls qui soient bien adaptés pour +. l'utilisation in vivo sont des émetteurs - Capture électronique : ce mode de désintégration ne s'accompagne pas de l'émission de particules puisqu'il s'agit de la capture d'un électron par le noyau instable. - Secondairement, la place laissée libre par l'électron capté va donner lieu à un réarrangement des couches électroniques et à l'émission de photons. Si l'énergie de ces photons est suffisante (photons X), ces isotopes sont bien adaptés à l'utilisation in vivo car, sur le plan radiobiologique, ils sont assimilables à des émetteurs de photons purs. Cela reste encore vrai si, comme c'est souvent le cas, la capture électronique, aboutissant à un noyau excité, s'accompagne de l'émission d'un photon . On peut citer ici l'exemple du thallium 201 qui est utilisé pour explorer le myocarde (fig. 1b). : les photons sont des rayonnements électromagnétiques de nature identique aux - Emission rayons X ; l'appellation est réservée aux photons qui tirent leur énergie du noyau (lors d'une désintégration), alors que le terme de rayonnement X concerne les photons provenant de phénomènes électroniques. Une caractéristique importante du rayonnement émis par un isotope radioactif est son caractère monoénergétique (monochromatique) : tous les photons émis ont une énergie bien déterminée, caractéristique de l'isotope. Cela diffère notamment des photons X émis par un tube où le « rayonnement de freinage » donne naissance à des photons dont l'énergie s'étale suivant un spectre continu. http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (2 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes - Ce caractère monoénergétique des photons est exploité au niveau des détecteurs pour distinguer les photons provenant directement de l'isotope des photons « parasites », diffusés, dont l'énergie n'est pas la même. - L'atténuation des photons dans les tissus suit la même loi que celle des photons X, c'est-à-dire que le nombre de photons décroît exponentiellement en fonction de l'épaisseur traversée. L'atténuation est d'autant plus faible que l'énergie des photons est élevée, que le milieu traversé est moins dense et qu'il est constitué d'atomes dont le numéro atomique est plus faible. L'atténuation des photons dans le corps a bien sûr des conséquences sur l'aspect de l'image scintigraphique, mais on la néglige en première approximation lors de l'interprétation des images, en supposant que, pour ces photons de haute énergie, elle se fait de façon homogène sur la zone explorée. Cependant, dès lors qu'il existe une zone où l'activité est moins importante que celle qu'on attend, il est de bonne règle de rechercher une cause d'atténuation plus forte à cet endroit avant de conclure à une moindre concentration du produit radioactif. - Nous avons vu que l'émission de photons est souvent associée aux autres types de désintégration, ou . Pour les explorations in vivo, il est souhaitable de disposer d'émetteurs purs, ce qui est le cas de certains noyaux « excités » dont la période de désexcitation (émission de photons ) est suffisamment longue pour une utilisation clinique, en général quelques heures. - Il s'agit de formes « mésomères », notées par un « m » suivant le nombre de masse, comme le 99mTc ou l'113mIn (fig. 1c). Loi de désintégration Le phénomène de désintégration radioactive est aléatoire. Cela se traduit par le fait qu'un noyau instable a une certaine probabilité de se désintégrer par unité de temps, cette probabilité étant une = constante radioactive). constante caractéristique du noyau considéré ( A partir de ces données, on montre facilement que dans un échantillon comportant des noyaux radioactifs identiques, le nombre de noyaux présents dans l'échantillon décroît exponentiellement au cours du temps suivant la loi : Une grandeur plus couramment utilisée est l'« activité », qui est définie par le nombre de noyaux qui se désintègrent pendant l'unité de temps, ce qui correspond en général au nombre de particules (par exemple photons ) émises par unité de temps. On voit que cette activité A est égale au nombre de noyaux présents dans l'échantillon N multiplié par la probabilité de désintégration par unité de temps A= N, et par conséquent (fig. 2). Unité : pendant longtemps, on a mesuré l'activité en curie (1 curie = activité d'1 g de radium = 3,7.1010 désintégrations par seconde) mais on utilise maintenant l'unité du système international ou becquerel (1 Bq = 1 désintégration par seconde). La loi de désintégration fait apparaître que la , caractéristique de rapidité avec laquelle décroît l'activité d'un échantillon ne dépend que de l'isotope considéré. On a l'habitude de caractériser la vitesse de décroissance d'un isotope non par , mais par le temps au bout duquel la moitié des noyaux se sont désintégrés (période). La période T est reliée à par la relation = (Log 2)/T. Ainsi, plus la probabilité de désintégration est grande ( élevée), plus la période T est courte. L'activité d'un échantillon est divisée par 2 au bout d'une période, par 10 après 3,3 périodes et par 100 après 6,5 périodes. Lorsqu'un radioélément est injecté à l'intérieur du corps, la diminution de l'activité se fait non seulement en raison de la décroissance physique (désintégration), mais également du fait de l'élimination du produit radioactif par les processus biologiques (respiration, urines, fèces). En conséquence, la période réelle (T effective), qui tient compte des phénomènes biologiques, est plus courte que la période physique sauf si le produit ne subit aucune élimination. Haut de page Utilisation des traceurs radioactifs http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (3 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes Le principe général des explorations isotopiques consiste à administrer une petite quantité de substance radioactive (traceur) dont le comportement est identique à une substance biologique présente naturellement à l'intérieur du corps (substance tracée). On peut suivre le traceur à l'intérieur du corps grâce aux photons qu'il émet, ce qui renseigne sur une fonction particulière de l'organisme correspondant à celle de la substance étudiée. La notion de traceur s'est élargie et peut correspondre à des substances spécifiques d'un organe non présentes naturellement dans l'organisme (technétium pour la thyroïde, benzylguanidine pour les surrénales, composés phosphatés pour l'os) ou à des substances qui restent localisées à une certaine région de l'organisme (traceurs restant dans le secteur intravasculaire). Les traceurs peuvent donc correspondre à des molécules complexes (« vecteurs ») qui sont alors « marquées » par un atome radioactif (par exemple : hydroxyméthylène diphosphonate marqué au technétium). Le comportement du traceur en fonction du temps (cinétique du traceur) peut soit faire l'objet de l'étude elle-même (mesure de clairance, de taux de fixation, de débit), soit être simplement pris en compte pour analyser les résultats de certaines explorations scintigraphiques (clichés précoces, clichés tardifs). Dans tous les cas, les études utilisant des traceurs radioactifs reflètent le comportement d'une substance à l'intérieur du corps, c'est-à-dire une certaine fonction biologique : cet aspect « fonctionnel » est une des caractéristiques principales des informations données par les techniques d'imagerie isotopique. Critères de choix du radioélément Les isotopes radioactifs ont par nature le même comportement physicochimique et biologique que l'isotope stable qui leur correspond. L'élément utilisé pour des explorations in vivo doit répondre idéalement à un certain nombre de conditions : - critères physicochimiques : - une émission sans émission associée, afin de réduire l'irradiation ; - une période suffisamment longue pour correspondre au processus biologique étudié, mais assez courte pour que l'irradiation du patient reste aussi faible que possible compte tenu de l'énergie d'émission. Ainsi, pour un examen thyroïdien, est-on amené à donner la préférence à l'iode 123I, de 13 heures de période et de 159 keV d'énergie, par rapport à l'iode 131I dont la période est de 8 jours, l'énergie de 360 keV et qui s'accompagne d'une émission ; - une énergie adaptée aux détecteurs (de 70 à 400 keV pour les caméras classiques) ; - une pureté radiochimique élevée afin d'éliminer au maximum les contaminants apparus lors de la production du radioélément ; - une stérilité rigoureuse car beaucoup de ces traceurs sont administrés par voie intraveineuse ; - une efficacité de marquage par le radioélément pour de nombreuses molécules, ce marquage étant habituellement réalisé quelques minutes seulement avant l'administration au patient ; - une facilité d'approvisionnement qui dépend de la période du radioélément et de son mode de production. Les éléments de période supérieure à quelques heures sont généralement expédiés depuis des centres de production spécialisés (réacteur ou cyclotron industriel). Les éléments de période plus courte sont, le plus souvent, obtenus localement, grâce à un générateur de faible volume ou par l'utilisation d'un cyclotron implanté sur le site hospitalier ; - critères métaboliques : - les activités utilisées pour le diagnostic correspondent toujours à une quantité de matière très faible. Par exemple 1 mCi d'iode 131 correspond à moins d'un centième de microgramme d'iode. Il est donc légitime de faire l'hypothèse que ces substances, en si faible quantité, ne modifient pas la fonction qu'elles permettent d'étudier ; - le choix d'une molécule pour une exploration fonctionnelle donnée résulte le plus souvent de l'existence d'une affinité tissulaire particulière. La spécificité du traceur pour la voie métabolique étudiée est alors essentielle, mais les modalités de vitesse de captation et d'élimination, les taux http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (4 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes d'incorporation cellulaire et les modes d'administration sont également déterminants. - Si l'on voulait définir un traceur idéal, il faudrait qu'il soit : - capté rapidement et de manière sélective dans le seul tissu étudié ; - concentré de façon importante et stable pendant toute la durée de l'étude ; - éliminé immédiatement de l'organisme à l'issue de l'examen. Toutes ces conditions ne sont que rarement réunies et le choix d'un traceur n'est souvent que le résultat d'un compromis plus ou moins satisfaisant. Traceurs utilisés (tableaux I et II) - Corps simples. Il peut s'agir d'atomes ou d'ions constitutifs d'une molécule. C'est le cas de l'iode (123I) qui est utilisé directement par la thyroïde, du calcium (45Ca) capté par le tissu osseux ou bien du fer (59Fe) incorporé dans la synthèse des globules rouges. Le comportement biochimique du traceur radioactif est identique à celui de la molécule stable. Pour des raisons de disponibilité ou de caractéristiques physiques (type de rayonnement ou période), on peut choisir d'injecter un isotope de nature différente de celle de l'élément stable étudié, si leurs métabolismes sont comparables. C'est le cas du thallium (201Tl) qui présente la même cinétique d'incorporation myocardique que le potassium. C'est aussi le cas du technétium (99mTc) qui est capté (mais non métabolisé) comme l'iode par la thyroïde. - Molécules marquées. Il peut s'agir d'une molécule plus complexe dont un site est marqué par un isotope radioactif. Il est ainsi possible d'en suivre le métabolisme à l'intérieur de l'organisme. Cette molécule peut être un sucre, une protéine, un acide gras ou tout composé dont on veut explorer le métabolisme : ce peut être également un élément figuré du sang (hématie, leucocyte ou plaquette), mais aussi un anticorps spécifique (anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux pour tenter de localiser une tumeur). Dans tous les cas, il est essentiel que le marqueur radioactif ne modifie en rien le comportement biologique de la molécule ou de la cellule marquée et que, d'autre part, la liaison entre le composé et l'isotope radioactif soit stable pendant toute la durée de l'exploration. Etant donné la grande réactivité chimique de l'iode, de nombreuses molécules ont été marquées par l'iode 131. Or, on sait que les doses d'irradiation qu'il délivre peuvent être importantes ; c'est pourquoi, on le remplace chaque fois que cela est possible par l'iode 123, plus favorable du point de vue dosimétrique, mais qui a l'inconvénient d'être onéreux, et surtout, on s'efforce de mettre au point d'autres molécules ayant la même spécificité mais que l'on puisse marquer par le technétium. En pratique, le radioélément qui est le plus souvent employé est le technétium. Cet élément n'existe pas à l'état naturel - c'est d'ailleurs une exception dans la classification périodique - mais il est produit artificiellement de façon très commode à partir d'un générateur qui permet d'assurer tous les de 140 keV qui est une énergie bien examens d'une semaine (fig. 3). Le 99mTc émet des photons adaptée aux caméras, et sa période n'est que de 6 heures. Il peut être utilisé en solution directe (thyroïde, cerveau) ou bien servir à marquer de nombreuses molécules (albumine, diphosphonates, DMSA, etc.), ou encore des hématies. Le marquage des molécules est réalisé, le plus souvent, par la mise en contact durant quelques minutes de la substance à marquer et d'un faible volume de la solution technétiée. Cette opération est effectuée de façon stérile à l'intérieur d'une enceinte de protection munie d'une fenêtre de verre au plomb. Haut de page Caméra à scintillation http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (5 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes L'obtention d'une image représentant la répartition d'un isotope à l'intérieur du corps suppose que l'on puisse détecter les photons, et localiser leur origine. C'est la caméra à scintillation qui effectue cette opération et qui réalise, à travers un certain nombre d'étapes, les transformations nécessaires entre les photons et la présentation d'une image interprétable sur l'écran. Tête de détection de la caméra Elle est constituée d'un collimateur, d'un cristal et d'un photomultiplicateur. - Le cristal : la première étape que nous décrivons se situe dans le cristal où a lieu la scintillation. Il s'agit d'un cristal d'iodure de sodium, activé au thallium, qui a la forme d'une galette d'une quarantaine de centimètres de diamètre sur une épaisseur de l'ordre du centimètre. C'est dans ce cristal, qui du fait de l'iode a un coefficient d'atténuation élevé, que se produit l'interaction du photon dont tout ou partie de l'énergie se trouve « absorbé ». Il en résulte un changement de niveau d'énergie pour de nombreux électrons du cristal. Leur retour à l'état fondamental se fait, grâce aux « impuretés » de thallium, suivant une transition d'énergie bien déterminée, correspondant à des photons lumineux de 410 nm, d'où le nom de « scintillation ». Le cristal est transparent pour ces photons lumineux, et ils peuvent ainsi passer par un guidage optique à la photocathode d'un tube photomultiplicateur pour l'étape suivante. Le cristal scintillateur a donc joué un rôle de transformateur de photon en photons lumineux, le nombre de photons lumineux étant proportionnel à l'énergie cédée par le au cristal. - Le photomultiplicateur (PM) : la deuxième étape consiste à transformer les photons lumineux provenant du cristal en un signal électrique et à l'amplifier suffisamment pour qu'il soit facilement utilisable. C'est le rôle du tube photomultiplicateur dont la face d'entrée - ou photocathode - libère des électrons sous l'impact des photons incidents par effet photoélectrique. Ces électrons sont accélérés par une différence de potentiel et viennent frapper une première électrode (ou dynode). Chaque électron incident arrache à la dynode plusieurs électrons secondaires, qui sont à leur tour accélérés par une différence de potentiel et viennent frapper une seconde dynode, et ainsi de suite sur une dizaine de dynodes portées à des potentiels croissants. L'effet multiplicatif de cette cascade permet d'obtenir un gain d'amplification très important (108 à 109) et de recueillir sur la dernière électrode (anode) un signal exploitable (fig. 4). Il faut souligner que, à travers toutes ces étapes, on conserve la proportionnalité entre l'énergie cédée dans le cristal par le incident et le signal final (impulsion de tension). - La sélection de l'énergie. A la sortie du PM, la détection d'un photon se manifeste par la présence d'une impulsion électrique très brève dont l'amplitude est proportionnelle à l'énergie absorbée par le cristal. Parmi toutes les impulsions reçues, on choisit de ne conserver que celles dont l'amplitude correspond à l'énergie des photons émis par l'isotope utilisé. Cette discrimination permet d'éliminer du comptage les photons d'énergie moindre (photons diffusés). On peut aussi, grâce à ce système de sélection d'énergie, étudier séparément les photons provenant de deux isotopes différents (double marquage). - La localisation. Il reste, pour obtenir une image, à localiser l'origine de l'émission . Voyons dans un premier temps comment on peut localiser le point d'impact du photon sur le cristal. - Pour cela, le cristal de grand diamètre dont nous disposons n'est pas couplé à un seul mais à un grand nombre de PM (une soixantaine) répartis régulièrement sur la surface. - Lors de l'absorption du photon , les photons lumineux sont captés par les PM les plus proches du point d'impact, avec un facteur de proportionnalité correspondant à la distance entre le point d'impact et le PM considéré. A la suite d'une détection, on recevra à la sortie de plusieurs PM des impulsions électriques dont l'amplitude renseigne sur le lieu exact de l'impact. - L'information d'énergie n'est pas perdue cependant : elle est représentée alors par la somme des amplitudes des signaux de tous les PM ; on arrive ainsi, par interpolation, à localiser le point d'impact tout en gardant la possibilité de faire une discrimination en énergie. La qualité de l'image est liée à la précision de cette localisation, qui dépend bien sûr du nombre de PM, mais surtout de la précision de l'étalonnage pour que tous les PM aient une réponse identique. - Il reste à faire correspondre un point sur la surface du détecteur à une région précise du corps par une « optique » adaptée : c'est le rôle du collimateur. - Le collimateur. Sans collimation, les photons arrivant sous n'importe quelle incidence sur le cristal seront détectés de façon identique, donnant une image ininterprétable. Le rôle du collimateur, qui http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (6 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes n'est autre qu'une plaque de plomb percée de trous, qui sont par exemple perpendiculaires au cristal, est de ne laisser passer que les photons qui arrivent perpendiculairement. De la sorte, il existe une correspondance précise entre la position de la source et le point d'impact des photons dans le cristal, puisque les photons qui arrivent obliquement sont arrêtés par les « septa » de plomb séparant les trous du collimateur. Le collimateur à trous parallèles que nous venons de décrire est le plus employé ; il donne une image en projection du corps, sans facteur d'agrandissement géométrique. Il existe également des collimateurs divergents, qui permettent de voir une région plus grande que la surface du cristal, ou convergents, qui permettent au contraire d'agrandir une zone pour l'examiner avec plus de précision. Le même effet d'agrandissement est obtenu avec le collimateur de type sténopé (ou « pin-hole »), qui consiste simplement en une enceinte de plomb percée en son centre d'un petit trou à distance du cristal. La construction géométrique montre bien que l'on peut ainsi agrandir une zone de petite taille pour en faire l'image - inversée - sur l'ensemble du cristal. Il est utilisé pour les petits organes de faible épaisseur (thyroïde) (fig. 5). Résolution La résolution des images scintigraphiques - aptitude à séparer deux sources voisines - dépend de nombreux paramètres : - la résolution intrinsèque de la caméra reflète la précision de la mesure des coordonnées X et Y du point d'impact sur le cristal, elle-même liée à l'épaisseur du cristal, au nombre de PM, à la qualité de l'étalonnage, etc. Elle est de l'ordre de quelques millimètres ; - la résolution spatiale avec collimateur prend en compte en outre la géométrie du collimateur (parallèle, divergent...). La qualité du résultat est assez fortement liée à l'énergie des photons incidents : pour les photons d'énergie élevée, l'épaisseur de plomb entre les trous du collimateur doit être plus importante. Il y a donc moins de trous de plus grand diamètre, ce qui dégrade la précision du repérage géométrique ; - il ne faut pas oublier que l'information scintigraphique est très dépendante de la spécificité du traceur et de la manière dont il se concentre sur la zone que l'on cherche à visualiser par rapport aux tissus avoisinants. Si la différence est faible, l'« information » apparaît sur un bruit de fond important et est d'autant plus difficile à voir que la différence d'activité peut être proche des fluctuations statistiques. Dans ce cas, quelles que soient les performances du détecteur et ses capacités de résolution théorique, l'image paraîtra de qualité médiocre. Ce problème de la relation existant entre la résolution et le rapport signal/bruit, qui est général à tous les systèmes d'imagerie, est ici tout à fait évident. A titre d'exemple, on peut citer la recherche d'abcès par le citrate de gallium, qui donne des images très peu contrastées, mais dont tout l'intérêt est de prouver l'existence d'un abcès même si la localisation est grossière. Stockage et présentation des données Les informations fournies par la tête de détection (coordonnées X et Y) sont utilisées pour présenter sur un écran l'image scintigraphique. On utilise encore parfois pour cela un oscilloscope : le spot lumineux apparaît brièvement sur l'écran à l'endroit correspondant au point d'impact du photon. Un film photographique en pose devant l'écran sert de mémoire et accumule les informations acquises successivement au cours de l'examen (quelques secondes à plusieurs minutes). On observe la scintigraphie après développement du film (image analogique). Mais aujourd'hui les images sont numérisées. Dans chaque point de la mémoire d'image, on accumule les informations (nombre de photons) au fur et à mesure de leur arrivée. La mémoire est lue en permanence et le contenu en est affiché sur un écran de visualisation, ce qui permet de voir l'image se former petit à petit au cours de l'acquisition. On travaille souvent avec une matrice de 128 × 128 ou 256 × 256, sur 8 bits, ce qui correspond bien au pouvoir de résolution de la caméra et au nombre de coups qui sont comptés. Les 8 bits de « profondeur » permettent de coder les niveaux d'activité de chacun des pixels sur une échelle de 28 = 256 niveaux de gris ou suivant diverses échelles de couleurs. http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (7 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes Les images numériques peuvent être facilement stockées pour archivage sur disquette, disque ou bande magnétique, et sont à même de subir les divers traitements numériques qui sont aujourd'hui disponibles. Le schéma général d'un système d'imagerie scintigraphique est présenté sur la figure 6. Images du corps entier Pour certains examens, et notamment la scintigraphie osseuse, l'image doit s'étendre sur un champ beaucoup plus grand que la taille du détecteur. Les contraintes technologiques et de coût de fabrication ne permettent pas de disposer d'une tête de détecteur capable de couvrir le corps entier avec une bonne résolution, aussi les images de ce type sont-elles faites avec une caméra classique, en déplaçant au cours de l'acquisition la tête de détection (ou le patient) par un mouvement régulier de sorte que l'ensemble du corps passe devant la caméra. A chaque instant, on connaît la position du détecteur par rapport au lit d'examen, ce qui permet de construire progressivement au cours du balayage l'image du corps entier (fig. 7). Haut de page Traitements associés Tous les systèmes d'imagerie isotopique font désormais appel à l'informatique pour assurer l'acquisition et le traitement des informations scintigraphiques. Ils sont constitués d'un calculateur, d'un dispositif de numérisation de l'image, d'une ou plusieurs consoles de visualisation (noir et blanc et/ou couleur), de mémoires de masse (disques et bandes magnétiques). Modes d'acquisition des images Les caméras à scintillation modernes transforment les coordonnées des photons détectés en une adresse numérique qui est ensuite traitée par un ordinateur pour former une image. - Deux modes principaux sont utilisés pour cette formation : - le mode incrémental (ou histogramme) où l'image est visualisée en continu pendant la période d'acquisition. Pour cela, le champ de l'image est divisé en un grand nombre de petits éléments, les pixels. A chaque pixel est attribuée une case-mémoire de l'ordinateur dans laquelle on ajoute + 1 lorsque l'adresse d'un photon détecté lui correspond. Le format et la cadence de prise des images sont déterminés en préalable à l'examen ; - le mode liste où seules les adresses des photons sont copiées les unes à la suite des autres dans la mémoire de l'ordinateur. Les images ne sont pas disponibles avant la fin de l'acquisition, mais on peut choisir librement, a posteriori, le format et le temps d'accumulation de celles-ci. Il est même possible, dans ce mode, d'enregistrer des informations supplémentaires telles que l'énergie de chaque photon ou des paramètres physiologiques (électrocardiogramme, signal respiratoire d'un pneumotachographe) qui interviendront pour former des images différentes. - Un troisième mode est possible, il s'agit du mode synchronisé qui permet de déclencher la prise des images selon divers paramètres. Ces paramètres peuvent être la position de la caméra (position angulaire lors d'une acquisition tomographique ou longitudinale lors d'un balayage corps entier) ou la prise en compte d'un événement physiologique (détection d'un complexe QRS ou d'une phase inspiratoire par exemple). Ce mode synchronisé est indispensable dans le cas de phénomènes rapides tels que la contraction cardiaque. Il permet d'obtenir, selon les appareils, de 16 à 64 images représentatives chacune d'un instant particulier de cette contraction. Mais, en raison des faibles activités injectées, il est fréquent http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (8 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes que l'image formée à l'issue d'un seul cycle ne soit pas interprétable. On réalise alors la sommation des images correspondant aux instants homologues de 300 à 500 cycles cardiaques. L'association du mode liste au mode incrémental synchronisé autorise même l'acquisition de ces images cumulées pour des durées de cycle variables telles que celles observées en cas d'arythmie cardiaque. Traitements numériques L'ordinateur sert également au traitement de l'image pour en extraire une information plus précise. Il peut s'agir de : - la modification de contraste pour améliorer la perception des contours ou des variations de la concentration radioactive dans un organe. Cette modification peut intervenir sur les niveaux de gris en les modifiant selon une loi mathématique particulière (loi linéaire, logarithmique, exponentielle...). La modification de contraste peut aussi consister en un affichage en couleur. En effet, quand les images comportent un grand nombre de valeurs distinctes, la représentation par des niveaux de gris est souvent insuffisante et il est utile d'associer à chacune de ces valeurs une nuance de couleur propre. Cette attribution est naturellement arbitraire mais elle facilite grandement la phase d'interprétation de certaines images ; - le lissage du contenu de l'image afin de réduire les fluctuations statistiques, caractéristiques de l'émission radioactive et qui créent sur l'image des inhomogénéités parasites. Les images résultantes sont plus faciles à étudier par un renforcement de la significativité des variations locales ; - la correction de la décroissance du radio-isotope utilisé. Cette correction est nécessaire lorsque la période du radioélément est courte devant la durée du phénomène étudié. On remet ainsi toutes les images d'une même série dynamique dans des conditions de détection identique ; - la soustraction d'un niveau de bruit de fond venant se surajouter à l'image de l'organe étudié : il est rare de disposer d'un traceur parfaitement sélectif vis-à-vis d'un organe ; habituellement, une proportion faible, mais non négligeable, de l'activité injectée se fixe dans des organes voisins, ce qui génère un « bruit de fond » dont la contribution peut fausser les déterminations de concentration ; - le tracé de régions d'intérêt permettant de délimiter une portion précise à l'intérieur du champ de la caméra et d'obtenir des informations statistiques sur cette image : intégrale du nombre de coups, surface de la région délimitée, valeur moyenne du nombre de photons détectés par pixel ; - l'agrandissement d'une portion de l'image au détriment des régions avoisinantes. Cette transformation non seulement sert à la visualisation des images, mais facilite aussi le tracé des zones d'intérêt ; - l'établissement de courbes d'évolution en fonction du temps de la radioactivité détectée dans une région. Ces courbes permettent le calcul de nombreux paramètres, tels que le débit sanguin, la fraction d'éjection systolique, l'indice de fixation, les temps d'arrivée, de transit, d'incorporation, de disparition ou de renouvellement d'une substance dans un organe donné ; - la constitution d'histogrammes de la concentration radioactive dans un organe. Ils servent à évaluer l'homogénéité de la répartition du produit dans l'organisme. Une autre approche de ce paramètre peut être fournie par les courbes d'isoniveaux, qui relient entre eux les pixels de même intensité ; - l'obtention d'images dites « fonctionnelles » caractérisant l'une des fonctions de l'organe visualisé. - Ce sont, par exemple, des images d'accumulation ou d'élimination (clairance) d'une substance. Dans ce cas, la brillance ou la couleur d'un pixel ne représente plus directement la concentration radioactive mais symbolise son évolution pendant une période déterminée. - Pour les études cardiaques, on effectue une analyse de Fourier sur une série d'images couvrant le cycle cardiaque ; celle-ci fournit, pour chacun des pixels de l'image, une valeur d'amplitude (variation maximale d'activité au cours du cycle) et de phase (instant de passage au maximum). A partir de ces valeurs, on construit des images dites « paramétriques » qui permettent de mettre en évidence la « fonction » de chacune des portions des cavités cardiaques. - Quant à l'analyse factorielle, elle cherche à partir de l'enregistrement d'une série d'images séquentielles à retrouver par le calcul des comportements différents pour différents groupes de pixels de l'image. A l'issue du calcul, on affecte à chaque pixel une série de paramètres, reflétant sa contribution à chacun des comportements reconnus et on construit ainsi une série d'images paramétriques qui font ressortir par exemple les cinétiques particulières du traceur suivant les différentes régions de l'image. http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (9 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes Haut de page Tomographie d'émission Tomographie d'émission à photon unique ou gammatomographie Les images scintigraphiques « classiques » fournies par la caméra à scintillation sont des images de projection qui présentent la superposition des différents plans situés en profondeur. C'est pourquoi, on est amené souvent à explorer les organes sous diverses incidences pour mieux apprécier la répartition du traceur dans le volume examiné. On dispose maintenant d'un autre procédé pour préciser encore cette répartition : la tomographie d'émission à photon unique (single photon emission computerized tomography : SPECT). Celle-ci utilise une caméra classique montée sur un support rotatif permettant de faire tourner la tête de détection autour du patient. Au cours de la rotation, on enregistre toute une série d'images correspondant à des incidences différentes. Chacune de ces images correspond à une projection de la répartition d'activité à l'intérieur du corps vue suivant un certain angle (fig. 8a). Il est possible, par un calcul analogue à celui qui est réalisé pour le scanner à rayons X (filtrage, rétroprojection), de remonter à la valeur de l'activité en chaque point du corps dans le volume exploré. Après une seule rotation autour du patient, on peut réaliser ainsi toutes les coupes axiales transverses du volume en question. Et à partir de ces coupes axiales transverses, présenter des images de coupes dans un plan frontal, sagittal ou oblique. Cette technique est maintenant très répandue car elle ne requiert qu'une caméra classique (munie d'un système de rotation) et des moyens de calculs plus puissants, aujourd'hui facilement accessibles. De plus, elle est réalisée avec des radioéléments habituellement utilisés pour les scintigraphies classiques, et en particulier le technétium. On emploie la tomographie d'émission couramment pour explorer les poumons, le cerveau, le coeur, le foie. Tomographie à position (positron emission tomography : PET) +, très rapidement arrêtées dans les tissus, avaient la Nous avons vu que les particules particularité de s'annihiler en donnant naissance à deux photons (de 0,51 MeV chacun) émis à 180° l'un de l'autre. La tomographie par positon cherche à détecter ces deux photons émis simultanément grâce à un système de détecteurs répartis autour du corps. Lorsque deux photons de 0,51 MeV sont détectés simultanément (en « coïncidence ») en deux + donc l'isotope points situés de part et d'autre du corps, on sait que la source (l'annihilation du +) se situe sur la ligne joignant ces deux points. En accumulant un nombre suffisant émetteur de d'événements sous toutes les directions, on obtient une information analogue à la série de projections que nous avions décrites dans la tomographie à photon unique, et l'on peut par calcul retrouver la répartition du traceur à l'intérieur du corps, présentée sur des coupes axiales transverses (fig. 8b). L'intérêt principal de la tomographie par positon est qu'elle se prête à l'étude des isotopes des éléments fondamentaux des molécules organiques (11C, 13N, 15O). On peut marquer avec ces isotopes des molécules simples (11CO, C 15O2, glucose marqué au 11C) qui permettent des études physiologiques et métaboliques (image de répartition du débit sanguin cérébral, de la consommation d'oxygène, de glucose). Elle permet aussi d'étudier « in vivo » certains médicaments en montrant leur site de fixation et en mettant en évidence l'existence de récepteurs spécifiques (récepteurs dopaminergiques, des benzodiazépines...). Cette technique très séduisante a cependant des limites qui la réservent actuellement à des centres de recherche spécialisés : - elle ne peut se faire avec les caméras classiques du fait de l'énergie trop élevée des photons et de http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (10 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes la nécessité d'une détection en « coïncidence » ; - les émetteurs utilisés sont de très courte période (quelques minutes), ce qui suppose de disposer d'un accélérateur de particules (cyclotron) pour les produire sur place et d'un laboratoire de radiochimie pour réaliser également sur place très rapidement les synthèses nécessaires au marquage des molécules. Haut de page Organisation des examens - La première phase de l'examen scintigraphique consiste à préparer le produit à administrer. Cette préparation se fait au laboratoire « chaud » où sont regroupées toutes les sources actives du service de médecine nucléaire, notamment le générateur de technétium. Le radioélément destiné au malade peut être utilisé tel qu'il est produit sur place (iode, pertechnétate), mais très souvent l'examen nécessitera une préparation pour fixer le traceur sur une molécule vectrice spécifique de l'organe que l'on cherche à étudier (microsphères d'albumine pour les poumons, diphosphonate pour les os...). - Dans tous les cas, il s'agit de « calibrer » la dose de façon à délivrer au patient une activité précisément connue. - La dose est en général injectée par voie intraveineuse, le volume injecté est toujours très faible et les produits n'entraînent aucune réaction particulière de sorte qu'il n'existe pas de risque d'intolérance et que les injections sont toujours bien supportées, quel que soit l'état du malade. - L'extravasation accidentelle de produit ne serait pas nocive pour le patient étant donné les faibles doses utilisées pour le diagnostic mais diminuerait la qualité de l'examen puisqu'il y aurait moins d'activité concentrée dans l'organe cible. - Le délai qui s'écoule entre l'injection et l'examen proprement dit est très variable : il est pratiquement nul si on s'intéresse au premier passage de l'embole radioactif dans les cavités cardiaques, il est de quelques minutes si le produit est rapidement capté par l'organe cible, comme c'est le cas pour l'exploration thyroïdienne au pertechnétate. Il sera en revanche nettement plus long - plusieurs heures - dans le cas de la scintigraphie osseuse où il faut attendre que le produit non fixé sur l'os soit éliminé par voie urinaire pour avoir un bon contraste os/tissus mous. Pour des raisons analogues, il atteint même une semaine pour l'exploration des surrénales au iodocholestérol. - Détermination de l'activité à injecter. La bonne connaissance de la cinétique du traceur et de son métabolisme est essentielle, non seulement pour obtenir des images de la meilleure qualité, mais aussi pour minimiser la dose d'irradiation délivrée au patient. En effet, le site que l'on cherche à visualiser en injectant tel isotope n'est pas toujours celui qui recevra la dose la plus importante. A titre d'exemple, les leucocytes marqués à l'111In sont utilisés pour mettre en évidence des foyers infectieux. Même dans le cas où ceux-ci existent, la plus forte concentration de leucocytes marqués se trouvera dans la rate qui constitue ainsi l'organe cible dosimétrique. C'est à partir de cette donnée que l'on détermine l'activité à injecter, de sorte que la dose à la rate ne soit pas trop élevée. - Dans d'autres cas, c'est l'organe que l'on cherche à visualiser qui reçoit la plus forte dose, par exemple le poumon pour la scintigraphie pulmonaire de perfusion. - L'activité à administrer doit aussi tenir compte du poids du sujet. Chez les jeunes enfants, notamment, elle est calculée proportionnellement au poids qui doit donc être précisé lors de la prise de rendez-vous pour que la dose adéquate puisse être préparée. - Durée de l'examen. Elle est variable, de quelques secondes à quelques dizaines de minutes et elle dépend du temps qui est nécessaire pour détecter un nombre de « coups » suffisant. Le caractère aléatoire de la désintégration radioactive fait que la mesure ne devient suffisamment précise que si le nombre total de « coups » N est important. En effet, on peut montrer que l'incertitude absolue sur la mesure vaut , et par conséquent l'erreur relative sur la mesure est égale à , d'autant plus faible que N est élevé. Sur une image où les contrastes sont faibles, on peut avoir du mal à distinguer les différences d'activité significatives des fluctuations statistiques. Pour minimiser ce phénomène, on est donc amené à compter un nombre d'« événements » suffisamment important - par exemple 300 000 coups pour une image - ce qui se fait en agissant sur deux paramètres : la dose injectée au patient, et la durée de l'enregistrement. Lorsque la dose est limitée pour des raisons de dosimétrie, on peut atteindre des temps de pose très longs (20 min pour le iodocholestérol). Si, au contraire, on peut injecter une activité importante, on peut acquérir des images très rapidement en quelques secondes. Le taux de comptage est alors très élevé et il faut savoir qu'il existe des limitations pour ces taux élevés : après la détection d'un photon, http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (11 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes l'impulsion émise dure quelques microsecondes, et, pendant ce temps, le système ne peut prendre en compte l'arrivée d'une deuxième particule (« temps mort » du détecteur) ; on « perd » donc des informations lorsque le nombre d'événements par seconde devient trop élevé. Haut de page Précautions - radioprotection (tableau III) De même que la préparation radioactive elle-même est toujours bien tolérée et n'entraîne pas de réaction, de même, l'irradiation qu'elle provoque chez le patient, minimisée par un choix judicieux des activités injectées, est toujours suffisamment faible pour ne pas laisser d'inquiétude sur les risques encourus à court ou à long terme. Seuls quelques examens particuliers utilisant des isotopes émetteurs de - en plus du 131 ( I) peuvent délivrer des doses qui sont loin d'être négligeables. rayonnement Dans ces conditions, les précautions à prendre pour le patient sont très limitées et l'on s'abstient seulement par prudence de réaliser des examens chez une femme enceinte, notamment en début de grossesse. Cela suppose théoriquement de ne pratiquer les scintigraphies que pendant les dix premiers jours du cycle chez une femme en âge de procréer et qui n'a pas de contraception. Chez une femme qui allaite, on conseillera d'interrompre l'allaitement en attendant que l'activité qui a été injectée devienne négligeable (24 à 48 h pour le technétium). L'irradiation étant faible pour le patient, elle est encore plus faible pour l'entourage et il n'y a en général pas de précaution particulière à prendre pour celui-ci. Tout autres sont les règles qui s'appliquent aux personnes qui manipulent quotidiennement les produits radioactifs, techniciens et infirmiers des services de médecine nucléaire : ceux-ci sont soumis aux contrôles très stricts afférents aux travailleurs directement affectés aux travaux sous rayonnements (DATR). Ils doivent par exemple utiliser des seringues entourées d'une certaine épaisseur de plomb et porter des gants lors des injections, non pas pour des raisons de stérilité mais pour éviter une contamination radioactive au niveau des mains. Haut de page Conclusion Au cours de cet exposé, il est bien apparu que la spécificité de l'imagerie scintigraphique est sa capacité à réaliser des images « fonctionnelles », puisque celles-ci reflètent le comportement cinétique, métabolique - des traceurs que l'on injecte en quantité minime (fig. 9, 10, 11 et 12). Si, avec l'avènement des nouvelles techniques d'imagerie, comme le scanner, la RMN ou les ultrasons, qui permettent des études anatomiques très fines, les applications « morphologiques » qui avaient pu être celles de la scintigraphie ont diminué, en revanche, les études fonctionnelles demeurent, renforcées par les possibilités actuelles du traitement numérique et continuent de se développer avec l'apparition de nouvelles molécules marquées. On a évoqué les anticorps monoclonaux, on pourrait également citer l'HMPAO marqué au Tc, nouvelle molécule très prometteuse pour l'étude du débit sanguin cérébral. Enfin, sans insister sur l'importance de l'utilisation des radioéléments pour les dosages biologiques (méthodes radio-immunologiques), il convient de rappeler les autres applications des isotopes radioactifs en médecine, qui ne passent pas toujours par l'intermédiaire de l'image mais qui sont très proches des différents points que nous avons évoqués : - mesures de volume, de cinétique, de durée de vie, notamment en hématologie ; http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (12 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes - thérapeutique par les radioéléments pour une irradiation sélective : 131 I pour les métastases de cancers thyroïdiens, mais aussi MIBG (marquée à l' 131 I) pour le traitement de certains phéochromocytomes et peut-être anticorps monoclonaux spécifiques marqués à l' 131 I pour le traitement des tumeurs. Références Bibliographiques [1] MEYNIEL G. et coll. - Traité de Médecine Nucléaire. - Flammarion Médecine Sciences, éd., Paris, 1975. [2] INGRAND J., HEGESIPPE M. - Les radio-isotopes au service du diagnostic médical. - Masson et Cie, éd., Paris, 1975. [3] DESGREZ A., MORETTI J.L., ROBERT J., VINOT J.M. - Abrégé de Médecine Nucléaire. - Masson et Cie, éd., Paris, 1977. [4] DUTREIX J., DESGREZ A., BOK B., VINOT J.M. - Biophysique des radiations. - Masson et Cie, éd., Paris, 1980. [5] Table de radionucléides C.E.A., 1982. [6] EARLY P.J., SODEE D.B. - Principles and practice of nuclear medicine. - C.V. Mosby, ed., Saint Louis, 1985. Tableaux Tableau I. Tableau I. - Principaux radioéléments utilisés pour le diagnostic Energie du rayonnement électromagnétique Période 99mTc 140 keV 6h Iode 131I 364 keV 8j Iode 123I 159 keV 13 h Capture électr. Thallium 201TI 68 à 82 keV (X) 167 keV ( ) 73 h Capture électr. Krypton 81mKr 190 keV 13 s Transf. isomérique ( ) Gallium 67Ga 92 keV à 182 keV 78 h Capture électr. Nom Technétium Isotope http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (13 of 25)16/03/2004 00:14:22 Type de désintégration Transf. isomérique ( ) - Isotopes Xénon 133Xe 81 keV 5,2 j Indium 111In 171 keV à 245 keV 2,8 j Indium 113mIn 392 keV 1,65 h Carbone 11C 0,51 MeV (photons d'annihilation) 20 min + Azote 13N '" '" 10 min + Oxygène 15O "" 2 min + Fluor 18F "" 112 min + - Capture électr. Transf. isomérique ( ) Tableau II Tableau II. Traceurs utilisant du technétium – TcO4- (forme directe) Thyroïde – Sulfure de Tc colloïdal Foie, rate – Microsphères et macroagrégats d'albumine marquée au Tc Poumons – DTPA marqué au Tc (diéthylènetriaminopentacétate) Reins Cerveau Ventilation pulmonaire (aérosols) – Gluconate marqué au Tc Reins Cerveau – DMSA marqué au Tc (acide dimercaptosuccinique) Fixation rénale – HMDP marqué au Tc (hydroxyméthylène diphosphonate) Scintigraphie osseuse http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (14 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes – IDA marqué au Tc (acide iminodiacétique) Fonction hépatobiliaire – Hématies marquées au Tc Angiographie isotopique Volume globulaire Traceurs utilisant l'iode (131I ou 123I) – I- (iodure) Thyroïde Métastases de K thyroïdien – OIH (acide ortho-iodo-hippurique) Fonction rénale – Iodocholestérol Corticosurrénale – MIBG (méta-iodo-benzyl-guanidine) Médullosurrénale Neuroblastome – Iodo-amphétamine Cerveau – Anticorps monoclonaux marqués à l'iode Détection de tumeurs Tableau III. Tableau III. - Ordres de grandeur de quelques doses d'irradiation Irradiation naturelle : – rayons cosmiques – origine tellurique – interne (40K) 0,3 mGy/an 0,5 à 2 mGy/an 0,2 mGy/an Industrie nucléaire De l'ordre de 0,01 mGy/an Radiographie pulmonaire 0,25 mGy (moelle osseuse) 0,002 mGy (gonades) Cliché du bassin 10 mGy (peau) Scintigraphies – Thyroïde (TcO4-, 40 MBq) 2 mGy (thyroïde) 0,1 mGy (corps entier) http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (15 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes – Thyroïde (123I, 8 MBq) 40 mGy (thyroïde) – Osseuse (HMDP-Tc, 600 MBq) 10 mGy (vessie) 1,5 mGy (corps entier) – Iodocholestérol (131I, 40 MBq) 500 mGy (surrénale) 10 mGy (corps entier). Figures Fig. 1 Schémas simplifiés de la désintégration de trois radioéléments couramment utilisés en diagnostic médical. a. 131l : c'est un émetteur - mais l'émission associée de photons , notamment ceux de 364 keV, permet de l'utiliser en imagerie. b. 201Tl : il se désintègre par capture électronique ; une faible proportion émet des de 167 keV mais on détecte surtout le rayonnement de fluorescence X du mercure (201Hg) dont l'énergie est voisine de 80 keV. c. 99mTc : les photons de 140 keV sont bien adaptés aux détecteurs, (les photons de 2 keV sont absorbés par les tissus) et la période courte de 6 h est favorable pour les examens in vivo. http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (16 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes Fig. 2 Décroissance de l'activité d'un échantillon radioactif : cette décroissance exponentielle est caractérisée par la période T (temps nécessaire pour que l'activité soit divisée par 2). Fig. 3 http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (17 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes Schéma d'un générateur de technétium. Le technétium (99mTc) est obtenu sous forme d'une solution de pertechnétate stérile par élution d'une colonne d'un produit de fission, le molybdène (99Mo). Dans la plupart des générateurs commercialisés, la colonne de molybdène est contenue dans une ampoule (1) entourée d'une protection plombée (2). Cette ampoule est traversée par le flux d'une solution de chlorure de sodium (3) qui entraîne le technétium mais laisse le molybdène fixé sur la colonne. Le flux d'élution est établi par un mécanisme d'aspiration. Un flacon sous vide (4) est adapté à la sortie de la colonne et recueille de 5 à 15 ml d'une solution de pertechnétate qui est prête pour injection directe ou pour un marquage de molécules. Une élution réalisée chaque matin permet, en général, d'obtenir l'activité nécessaire pour les examens de la journée. Au bout du cinquième jour, l'activité de technétium disponible est encore de 28 % de celle du premier jour. Fig. 4 http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (18 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes Schéma de principe d'un détecteur à scintillation. Le cristal scintillateur d'iodure de sodium est couplé optiquement à la photocathode du tube photomultiplicateur. Les électrodes (dynodes) portées à des potentiels croissants multiplient par un facteur très élevé les électrons primaires de façon à obtenir sur l'anode une impulsion électrique facilement détectable. Fig. 5 http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (19 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes Représentation schématique de divers collimateurs. 1. collimateur parallèle « haute résolution » : comporte de nombreux trous séparés par une faible épaisseur de plomb ; convient pour des photons d'énergie basse ou moyenne. 2. collimateur parallèle « haute énergie » : pour arrêter les photons de haute énergie arrivant obliquement, il faut que l'épaisseur des septa de plomb soit plus importante ; la résolution est moins bonne. 3. collimateur divergent : il permet d'explorer une zone plus grande que la taille du cristal. 4. sténopé (« pin-hole ») : les photons ne peuvent passer que par le trou de faible diamètre laissé libre au centre du cône de plomb. Sa sensibilité est faible mais sa résolution est bonne et il permet d'obtenir une image agrandie (exploration thyroïdienne). Fig. 6 Les différents éléments d'un système d'imagerie scintigraphique. 1. la tête de détection de la caméra, entourée de plomb (hachures), comporte le collimateur, le cristal, les photomultiplicateurs et l'électronique associée. Cette tête est fixée sur un bâti (non représenté) qui permet de lui donner une orientation quelconque et qui est souvent solidaire du lit d'examen. 2. console de commande et écran de contrôle. 3. système de traitement de l'information (par exemple reconstruction tomographique), de stockage (disque dur), et de visualisation, également connecté à une sortie sur film. Aujourd'hui, les éléments 2 et 3 sont le plus souvent réunis en un seul appareil. Fig. 7 Image du corps entier. Un « balayage » est effectué en déplaçant d'un mouvement régulier le lit d'examen devant la tête de la caméra. A la coordonnée Y du point d'impact du photon, on ajoute la distance Y' parcourue depuis le début du balayage de façon à construire progressivement sur l'écran l'image du corps entier. http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (20 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes Fig. 8 a. Tomographie d'émission à photon unique (SPECT). - La caméra à scintillation effectue un mouvement de rotation autour du patient pendant lequel est acquise toute une série d'images (projections sous différents angles de la répartition d'activité à l'intérieur du corps). - Les données ainsi accumulées sont traitées numériquement de façon à reconstruire des coupes axiales transverses de tout le volume exploré. A partir de celles-ci, il est facile d'obtenir des coupes frontales ou sagittales. b. Tomographie à positon (PET). Une couronne de détecteurs entoure le patient. Les particules émises par le traceur s'annihilent en donnant naissance à deux photons (0,51 MeV) émis à 180°. Ces photons arrivent simultanément sur deux détecteurs opposés (détection en « coïncidence »). On sait alors que la source est sur la ligne joignant les deux détecteurs. Lorsqu'un nombre suffisant d'événements a été acquis, on reconstruit par ordinateur l'image du plan de coupe axial transverse. Fig. 9 http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (21 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes Scintigraphie pulmonaire « conventionnelle » (faces antérieure et postérieure) (9A), et tomographie d'émission du poumon chez le même patient (images transverses) (9B), qui permet d'étudier précisément les segments qui sont le siège d'un embole (macroagrégats d'albumine marqués au Tc). Fig. 10 http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (22 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes Scintigraphie osseuse : la répartition du traceur HMDP (marqué au Tc) sur le tissu osseux donne l'image du squelette, les zones de remaniement osseux fixent le produit de façon plus intense (métastases costales). Fig. 11 http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (23 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes Scintigraphie au iodocholestérol : une zone unique concentre le produit ce qui signe l'existence d'une tumeur de la corticosurrénale. Fig. 12 http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (24 of 25)16/03/2004 00:14:22 Isotopes Images fonctionnelles du coeur (amplitude 12A et phase 12B) obtenues par calcul à partir de seize images couvrant le cycle cardiaque (enregistrement synchronisé avec l'électrocardiogramme révélant un anévrisme de la pointe du coeur). © 1990 Éditions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS - Tous droits réservés. EMC est une marque des Éditions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS. http://www.emc-consulte.com/article/23246/3imp (25 of 25)16/03/2004 00:14:22
