Bases physiques de l'imagerie en Médecine Nucléaire (MN)
Bases physiques de l'imagerie en Médecine Nucléaire (MN)
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Quelques dates• Radioactivité: découverte <strong>en</strong> 1896 par Becquerel, qui travaillait sur le RX, queRö<strong>en</strong>tg<strong>en</strong> avait découvert par hasard <strong>en</strong> 1895.• Il observa <strong>de</strong>s sels d’uranium qui impressionnai<strong>en</strong>t à l’obscurité une plaquephotographique. Il <strong>en</strong> conclut : l’uranium émettait un rayonnem<strong>en</strong>t• Pierre et Marie Curie: Poursuivir<strong>en</strong>t <strong>en</strong>semble les travaux sur la radioactiviténaturelle découverte <strong>en</strong> 1896 par H<strong>en</strong>ri Becquerel, à partir d'un sel d'uranium• En 1898 Ils appelèr<strong>en</strong>t ce phénomène Radioactivité• 1910-1925: Augm<strong>en</strong>tation <strong>de</strong> fréqu<strong>en</strong>ce <strong>de</strong> décès par leucémie chez radiologues• 1928: Constitution <strong>de</strong> la CIPR « Commission Internationale <strong>de</strong> Protection contreles Rayonnem<strong>en</strong>ts »• Janvier 1941: 1 ère dose d'io<strong>de</strong>* 13I administrée pour traiter maladie <strong>de</strong> Basedow02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI 4
Radiopharmaceutique (RP) ou Radiotraceur +++ Le radiotraceur ou (RP) est un médicam<strong>en</strong>t utilisé <strong>en</strong> <strong>MN</strong> pourporter <strong>en</strong> général un diagnostic ou traiter. Il est composé: Un RP = Radionucléi<strong>de</strong> + Molécule froi<strong>de</strong>↓↓↓ RadiotraceurMarqueur γ (Isotope*) + Traceur (Vecteur) Le radiotraceur est obt<strong>en</strong>u dans une <strong>en</strong>ceinte blindée et v<strong>en</strong>tiléepar marquage du Traceur + Marqueur (γ): molécule marquée Le marquage doit s’effectuer dans <strong>de</strong>s conditions rigoureuses <strong>de</strong>respect <strong>de</strong>s consignes d’hygiène (asepsie) et <strong>de</strong>s règles <strong>de</strong>radioprotection (contamination).02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI7
Contraintes liées au Radiotraceur+++Le radiotraceur doit répondre à <strong>de</strong>s critères <strong>physiques</strong>: Détectable (émetteur γ ) et non nocif pour le pati<strong>en</strong>t Pério<strong>de</strong> effective: Te = Tp.Tb/(Tp + Tb) : temps à l’issue duquel lamoitié du radiotraceur est éliminée <strong>de</strong> l’organisme. Te doit être: courte pour éviter <strong>de</strong>s irradiations nocives (radioprotection) mais suffisamm<strong>en</strong>t longue pour permettre une détection efficaceLe radiotraceur doit répondre à <strong>de</strong>s critères chimiques : Il doit être: <strong>de</strong> liaison stable et forte, pour être délivré au tissu cible et ne pasperturber le phénomène étudié. incorporé à sa cible une fois r<strong>en</strong>contrée sinon être rapi<strong>de</strong>m<strong>en</strong>t éliminé02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI8
Procédures <strong>en</strong> mé<strong>de</strong>cine nucléaire ++Le radiotraceur prêt à l’emploi est administré au pati<strong>en</strong>t.Le pati<strong>en</strong>t est isolé dans une salle d’att<strong>en</strong>te protégée prévue à ceteffet et reçoit <strong>de</strong>s consignes <strong>de</strong> radioprotection.Une acquisition est réalisée à l’ai<strong>de</strong> da gamma caméra <strong>de</strong> type:- SPECT (Single Photon Emission Tomography) ou TEMP <strong>en</strong> français(Tomographie par Émission Monophotonique) à une, 2, ou 3 têtes.- PET (Positron Emission Tomography) ou TEP (Émission <strong>de</strong> Positons)La scintigraphie est réalisée selon différ<strong>en</strong>ts types d’acquisition:02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI9
Modalités d’acquisition <strong>en</strong> <strong>MN</strong>++• Différ<strong>en</strong>tes modalités d’acquisitions scintigraphiques:1. Acquisition statique avec un détecteur <strong>en</strong> position fixe par rapportau pati<strong>en</strong>t : scintigraphies <strong>de</strong> la thyroï<strong>de</strong>, <strong>de</strong>s reins….2. Acquisition du corps <strong>en</strong>tier: succession d'images statiques etjointives: les détecteurs se déplac<strong>en</strong>t simultaném<strong>en</strong>t et balay<strong>en</strong>tle corps du pati<strong>en</strong>t <strong>de</strong> la tête aux pieds. Ex: Scintigraphie osseuse3. Acquisition tomographique: La Tomographie par Émission <strong>de</strong>Simple Photon (TEMP ou SPECT) : les détecteurs tourn<strong>en</strong>t autourdu pati<strong>en</strong>t, on obti<strong>en</strong>t une représ<strong>en</strong>tation numérique <strong>en</strong> 3D d'unedistribution radioactive au niveau du corps: thorax, bassin, crâne…02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI 10
4. Acquisition dynamique <strong>en</strong> fonction du temps: une série d’imagesstatiques successives permettant d’étudier la distribution du RP<strong>en</strong> phase vasculaire. Faible durée d’acquisition par image d’oùpeu d’informations . L’image est <strong>de</strong> faible résolution.Ex: - Phases vasculaires <strong>de</strong>s scintigraphies: rénale et osseuse :- Scintigraphie <strong>de</strong>s cavités cardiaques….5. Acquisition synchronisée à l’ECG : tomo-scintigraphie du myocar<strong>de</strong>les détecteurs disposés <strong>en</strong> « L » <strong>en</strong>registr<strong>en</strong>t simultaném<strong>en</strong>t laradioactivité issue du myocar<strong>de</strong> et l’activité électrique du cœur :c’est une acquisition synchrone aux battem<strong>en</strong>ts cardiaques quisont <strong>en</strong>registrés par ECG.02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI11
Procédures <strong>en</strong> mé<strong>de</strong>cine nucléairesorbonne au Laboratoire « chaud » Générateur du Tc99m Hotte <strong>de</strong> préparation <strong>de</strong>s RPElution et obt<strong>en</strong>tion du Tc99MPréparation du RPActivimètre: mesurel’activité (<strong>en</strong> Bq ou Ci)02/12/2010 12
Procédures <strong>en</strong> mé<strong>de</strong>cine nucléaire (suite)Injection du RP au pati<strong>en</strong>tGamma-Caméra SPECT à <strong>de</strong>ux tête02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI13Poste d’ acquisition et <strong>de</strong> surveillanceScintigraphie osseuse
Scintigraphe à Balayage (1960)02/12/2010 Courtesy of Dr. Ph. Declerck, Ir. J. Walrav<strong>en</strong>s Pr. – Malika St-Janskliniek, ÇAOUI Nuclear medicine – Brussels, Belgium 14
Gamma Caméra (années 80)02/12/2010 Courtesy of Dr. Ph. Declerck, Ir. J. Walrav<strong>en</strong>s Pr. – Malika St-Janskliniek, ÇAOUI Nuclear medicine – Brussels, Belgium 15
Les nouvelles machines02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI 16
Gamma caméra SPECT simple tête02/12/2010 17
SPECT à double tête02/12/2010 18
Scintigraphies statiquesScintigraphie osseuseScintigraphie <strong>de</strong> la thyroï<strong>de</strong>02/12/2010 19
Scintigraphie rénale: étu<strong>de</strong>s dynamique et statique02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI20
Scintigraphie myocardique synchronisée à l’ECGDétecteurs SPECT : double têtes disposés<strong>en</strong> « L » En Tomoscintigraphie myocardiqueImages <strong>de</strong> la perfusion myocardique: petitaxe et grands axes vertical et horizontalQGS L.D.aviQGS B.A.avi02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI 21
Etu<strong>de</strong>s dynamiques - TomographiesM.F.aviTOMO1.aviTOMO2.aviE.H.aviZ.A.aviO.S.aviA. 9 OCT 09.avi02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI22
Image Radiologique et Image <strong>en</strong> <strong>MN</strong> +++Mé<strong>de</strong>cine <strong>Nucléaire</strong> Image <strong>de</strong> caractère fonctionnel Diagnostic précoce <strong>en</strong> généralmeilleure s<strong>en</strong>sibilté Qualité image: moindre Utilise <strong>de</strong>s sources non scellées:radiotraceurs (contamination+) Image par émission: détection<strong>de</strong> Rγ émis par l’organisme dupati<strong>en</strong>t qui a reçu le radiotraceurRadiologie Image <strong>de</strong> type morphologique Peu s<strong>en</strong>sible au remaniem<strong>en</strong>tphysiologique précoce Image d’excell<strong>en</strong>te qualité Utilise <strong>de</strong>s sources scellées(Tube à RX: exposition externe) Image par atténuation dufaisceau <strong>de</strong> RX qui traverse lesstructures <strong>de</strong> l’organisme.02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI 23
SPECT-CT +++Deux types d’appareils sont couplés et accolés: SPECT-CT.• TDM multi barrettes (4,16,64,…) permet <strong>de</strong> réaliser <strong>en</strong> quelquesminutes, une acquisition du corps <strong>en</strong>tier: image TDM• SPECT: La Tomographie par Émission <strong>de</strong> Simple Photon (TEMP ouSPECT) avec <strong>de</strong>ux têtes détectrices: image SPECT• De la fusion <strong>de</strong> l’image TDM avec l’image SPECT résulte: imagemorphologique (TDM) et fonctionnelle (SPECT) d’excell<strong>en</strong>tequalité et <strong>de</strong> gran<strong>de</strong> précision diagnostique surtout dansl’exploration du squelette…..• Image radiologique et image <strong>en</strong> <strong>MN</strong> sont complém<strong>en</strong>taires02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI 24
Images <strong>de</strong> SPECT-CTIMAGESPECTIMAGECT02/12/2010Pr. Frédéric PaychaFusion:SPECT-CT25
SPECT-CT02/12/2010 Courtesy of Dr. Ph. Declerck, Ir. J. Walrav<strong>en</strong>s – St-Janskliniek, Nuclear medicine – , Be26
SPECT-CTCourtesy of Dr. Ph. Declerck, Ir. J. Walrav<strong>en</strong>s – St-Janskliniek, Nuclear medicine – Be02/12/2010 27
TEP-TDM ou PET-CT +++Deux types d’appareils sont couplés et accolés: TEP-CT.• Image TDM fournie par un CT multi barrettes (4,16,64..)• Image TEP: détecteurs disposés <strong>en</strong> couronne permettant ladétection simultanée <strong>en</strong> coïnci<strong>de</strong>nce <strong>de</strong> 2 photons γ <strong>de</strong> 511 keV,émis à 180° l'un <strong>de</strong> l'autre et résultant <strong>de</strong> l’annihilation ß+.• Image TEP informations sur la localisation et la quantité du RP ß+dans l'organe. Les émetteurs ß+: FDG-F18; NH3.. (ß+ : O15 = 2min; N13 = 10 min; C11 = 20 min..)• De la fusion <strong>de</strong> l’image TDM avec l’image TEP résulte: imagemorphologique (TDM) et fonctionnelle (TEP) d’excell<strong>en</strong>te qualitéet <strong>de</strong> gran<strong>de</strong> précision diagnostique mais exam<strong>en</strong> coûteux.02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI28
Imagerie PET-CT au FDG-18 <strong>en</strong> cancérologie +• Le FDG (18-FluoroDéoxyGlucose) est un radiotraceur formé par:- le déoxyglucose : métabolite cellulaire et analogue du glucose- lié au marqueur Fluor-18 (Tp=110 mn), produit <strong>de</strong> cyclotron.• Le FDG permet d’étudier le métabolisme du sucre. Après IIV , leFDG s’accumule dans la cellule cancéreuse (avi<strong>de</strong> <strong>de</strong> sucre).• Le PET détecte ce sucre et produit une imagerie métabolique• PET-CT : Image combine l'information anatomique à l'informationmétabolique d’où un repérage anatomique précis <strong>de</strong>s anomalieshypermétaboliques. En cancérologie, FDG pour diagnostic et suivi:lymphomes, leucémies, Cancers : poumon, digestifs, ORL…02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI 29
PET-CT02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI 30
Images PET-CT02/12/2010 Harvard Medical School 31
Images PET-CT02/12/2010 Harvard Medical School 32
Images TEP-TDM02/12/2010 33
Quelques Référ<strong>en</strong>ces• DES<strong>MN</strong> : Quantification <strong>en</strong> tomographie d’émission - Irène Buvat - Mars 2010 - Irène Buvat- I<strong>MN</strong>C -UMR 8165 CNRS- Orsay• The Journal of Nuclear Medicine (http://www.snm/org)• Imagerie fonctionnelle <strong>en</strong> mé<strong>de</strong>cine nucléaire : du phénomène Physiologique à l’image- Ir<strong>en</strong>e Buvat-U678 inserm, CHU Pitié-Salpêtrière, France• Mé<strong>de</strong>cine <strong>Nucléaire</strong> 1 - Les différ<strong>en</strong>ts traceurs et leur production- Les détecteurs g et b+ Irène Buvat -U678 inserm, CHU Pitié-Salpêtrière, France• Pr. Frédéric Paycha Unité <strong>de</strong> Mé<strong>de</strong>cine <strong>Nucléaire</strong> CHU Louis Mourier Colombes, France• Gui<strong>de</strong> <strong>de</strong>s technologies <strong>de</strong> <strong>l'imagerie</strong> médicale et <strong>de</strong> la radiothérapie: quand la théorie éclaire lapratiqueJ-P.Dill<strong>en</strong>seger,…E. Moerschel,J.P.Dill<strong>en</strong>seger-Masson 2009-• Mé<strong>de</strong>cine nucléaire: manuel pratique . M Rubinstein, É. Laur<strong>en</strong>t, M.Steg<strong>en</strong>-Ed De Boeck Université-2000 Be• Hybrid PET/CT and SPECT/CT Imaging: A Teaching File-D. Delbeke, O.Israel. Ed Springer 2004• JOINT PROGRAM IN NUCLEAR MEDICINE Electronic Learning Resources Harvard Medical School RC.Rajadhyaksha, JA Parker, L.Barbaras; VH Gerbaudo02/12/2010 Pr. Malika ÇAOUI34