MEDECINE NUCLEAIRE PEDIATRIQUE

Bases physiques et technologiques de la médecine nucléaire

Le principe de la médecine nucléaire repose sur l’administration chez un patient à des doses dites traceuses d’un médicament radiopharmaceutique qui est l’association d’un vecteur moléculaire (produit souvent physiologique et administré en quantité infinitésimale, ne pouvant ainsi entrainer aucune allergie ni aucun effet secondaire) avec un radionucléide (isotope radioactif émettant un rayonnement qui permettra de rendre compte de la distribution de ce vecteur dans l’organisme, le plus souvent sous la forme d’images) [1]. Figure 1 : Principe de la scintigraphie 

Radiopharmaceutiques 

 Un radiopharmaceutique est un médicament qui, lorsqu’il est prêt à l’emploi, contient un ou plusieurs radionucléides (isotopes radioactifs) incorporés à des fins médicales. Les radiopharmaceutiques sont, dans le cadre de leur autorisation de mise sur le marché (AMM), obligatoirement prescrits par un médecin spécialiste de médecine nucléaire, sous forme d’une ordonnance nominative pour chaque patient précisant le nom du radiopharmaceutique, l’activité injectée et les conditions d’administration. Le radiopharmaceutique étant un médicament, sa préparation est sous la responsabilité d’un pharmacien qui, s’agissant d’un médicament radioactif, doit être titulaire du diplôme d’études spécialisées complémentaires (DESC) de radiopharmacie-radiobiologie, et est responsable du contrôle de qualité de la préparation (pureté radionucléidique, rendement de marquage, stérilité, apyrogénicité, etc.), indispensable avant l’administration au patient. La grande majorité des radiopharmaceutiques utilisés en diagnostic sont marqués au technétium 99m. Le marquage se fait la plupart du temps en mélangeant directement le pertechnétate99mTc avec la molécule non marquée contenue dans un flacon sous forme lyophilisée (kit). Ce radioélément de vie courte (six heures) est obtenu à partir d’un générateur 99Mo/ 99mTc. Ce dernier a une durée d’utilisation de deux semaines, ce qui rend possible le marquage sur place. Les services de médecine nucléaire disposent tous d’un laboratoire dit « chaud » (radio-protégé) dans lequel les marquages « à la demande » sont ainsi réalisés. Le choix du radiopharmaceutique est fonction du phénomène à étudier. Il dépend des propriétés biologiques de la molécule (biodistribution, métabolisme, dégradation et élimination, fixation préférentielle dans certains tissus, affinité particulière pour certaines cellules, etc.), dont la connaissance permet de relier les résultats scintigraphiques à des processus biochimiques et physiopathologiques, ce qui conditionne l’interprétation correcte des examens, ou la prescription d’une dose thérapeutique. Compte tenu des très faibles quantités pondérales de principe actif injectées (du picogramme au microgramme selon l’examen), les radiopharmaceutiques à usage diagnostique sont dépourvus d’effets secondaires. Le seul risque théoriquement encouru par le patient est lié à la radioactivité, risque extrêmement réduit compte tenu des faibles activités à visée diagnostique injectées ; jusqu’à présent, aucun effet de ce type n’a pu être imputé à la médecine nucléaire, ce qui ne dispense pas le médecin du respect des principes de justification et d’optimisation en matière de prescription. Pour étudier la biodistribution du radiopharmaceutique et son évolution temporelle, différents systèmes de détection sont utilisés en fonction: – du radionucléide utilisé émetteur gamma ou émetteur de positons – de la biodistribution du radiopharmaceutique qui appelle soit de l’imagerie planaire ou tomographique, soit la réalisation de courbes d’activité en fonction du temps, soit une détection per-opératoire, etc… 

 Les systèmes de détecteurs 

Les images de médecine nucléaire sont obtenues grâce à des appareils d’imagerie appelés caméras dont on distingue deux grands types.

Les gamma caméras 

 La gamma-caméra est le dispositif d’acquisition des images scintigraphiques. Ce dispositif consiste en un cristal d’iodure de sodium activé au thallium, de grand diamètre, vu à travers un guide de lumière par une batterie de photomultiplicateurs. Les sorties de ces derniers sont reliées à un circuit analogique qui réalise la spectrométrie et localise l’interaction des photons à l’intérieur du cristal. Il s’agit d’un détecteur statique dont le champ utile de détection englobe l’ensemble de la zone à explorer. ➢ Gamma-Caméras classiques Une gamma-Caméra dite classique de type ANGER (Figure 2) comprend : – un cristal de NaI (TI) à grand diamètre (39 à 50 cm) de 1,5 cm d’épaisseur – un guide de lumière – un ensemble de PM à disposition compacte (19 à 91) – une électronique associée fournissant 3 signaux : les coordonnées X et Y du lieu d’interaction dans le cristal ; l’axe Z représentant l’énergie du photon gamma incident sur lequel se fait le réglage spectrométrique. Si Z correspond à l’énergie choisie, les signaux X et Y pilotent les plaques de déflexion d’un oscilloscope et donnent naissance, sur l’écran, à un point lumineux dont la localisation spatiale est homothétique à celle du lieu d’interaction dans le cristal. Les impulsions X, Y, Z sont converties en données numériques par un convertisseur analogique digital (CAD) pour être recueillies par un microprocesseur. L’image obtenue sur l’écran est représentée par une grille ou matrice qui est formée de carrés élémentaires appelés pixels « picture element ». Chaque pixel est affecté d’un nombre égal au nombre d’interactions des photons gammas avec le cristal dans la zone élémentaire correspondante. Ce nombre est stocké dans une place mémoire de l’ordinateur. Pour la visualisation, selon la valeur du nombre d’éléments dans le pixel, il y aura un niveau de gris (pour l’écran noir et blanc) ou de couleur différente (pour l’écran couleur).  Figure 2 : Gamma caméra classique ➢ Caméras tomographiques à émission monophotonique (TEMP) Les gammas caméras actuelles sont numérisés, équipées d’un système d’acquisition tomographique et couplées à des calculateurs dotés de logiciels de traitement d’images particulièrement performants. Cette technique utilise une gamma-caméra ordinaire dont la tête de détection est montée sur un bâti permettant de la faire tourner autour du patient. Après injection de la molécule marquée, l’opérateur enregistre une série d’images pour différentes positions angulaires du détecteur. Ces images représentent les projections planes de la distribution radioactive aux différentes incidences. Les images stockées dans la mémoire de l’ordinateur sont recombinées mathématiquement grâce à un logiciel (programme informatique) approprié qui permet d’obtenir une série de coupes tomographiques dans n’importe quelle direction. Elle a l’avantage de permettre une étude précise d’un volume de distribution radioactive et d’analyser des images scintigraphiques à faible contraste en se dégageant des superpositions indésirables. Mémoire de DES de Médecine Nucléaire Figure 3 : Gamma camera TEMP [9] ➢ Caméras à semi-conducteurs [10] Le véritable progrès en imagerie scintigraphique monophotonique est constitué par l’apparition des détecteurs à semi-conducteurs. Il s’agit de Cadmium–Zinc– Telluride (CZT). C’est un semiconducteur opérant à température ambiante. Il transforme directement le photon gamma ou X en une impulsion électrique, sans recours à un photon lumineux intermédiaire et à la technologie complexe des photomultiplicateurs, ce qui permet d’améliorer résolutions spatiale et énergétique. 

Caméras tomographiques par émission de positons (TEP) 

 La dématérialisation d’un positon s’accompagne de l’émission de deux photons de même énergie (511 keV) émis simultanément selon des directions opposées. Les émetteurs de positons les plus utilisés, sont le carbone 11 (11C), l’azote 13 (13N), l’oxygène 15 (15O) et le fluor 18 ( 18F). Plus récemment sont apparus à usage médical le gallium 68 et l’iode 124. La caméra à positons comporte une couronne de détecteurs permettant la détection simultanée (en coïncidence) de ces deux photons de 511 keV en opposition (à 180°). Sur les appareils les plus 10 Mémoire de DES de Médecine Nucléaire récents et les plus performants, les détecteurs sont agencés en une série d’anneaux complets couvrant une quinzaine de centimètres dans la direction axiale et produisant simultanément entre 35 et 63 coupes pour l’étude du corps entier. L’acquisition d’images peut se faire plan par plan (2D) ou directement en 3D. Si les caméras TEP ont été longtemps utilisées de façon isolée, elles sont aujourd’hui quasiment toujours associées à un scanner X. On parle alors de machines « hybrides » TEP-TDM. Cette association permet de disposer sur un seul document de l’imagerie anatomique radiologique et de l’imagerie fonctionnelle (scintigraphie) et de pouvoir les comparer (fusion d’images). Ces dernières années cette technique a été étendue aux gammas caméras tomographiques (TEMPTDM)