La tomographie par émission de
positons-tomodensitométrie.

L'examen TEP-TDM est l'abréviation courante pour «tomographie par émission de positons-tomodensitométrie». Elle permet l'acquisition et la fusion d'images scanographiques et scintigraphiques. Les images anatomiques données par le scanner sont très précises mais apportent peu d’informations sur le niveau métabolique. Cependant, les images scintigraphiques sont sensibles à ce métabolisme donc elles nous apportent des informations sur le fonctionnement des organes. Mais elles ne sont pas nettes au point de vue anatomique. C’est pourquoi on rassemble les deux types d’imageries afin d’obtenir le plus d’informations possibles sur le fonctionnement et l’anatomie du corps humain.

Images en coupes frontales avec en:

Description

Le Pet Scan est un appareil qui a l’apparence d’un scanner mais son fonctionnement n’est pas le même car il utilise aussi la méthode de la scintigraphie. Il est composé :

L’assemblage des deux imageries permet d’optimiser la qualité des images et de mieux visualiser les organes où une anomalie a été repérée.

Principe physique et radioactivité de la TEP-TDM

L'examen TEP-TDM est fondé sur l'utilisation d'isotopes radioactifs émetteurs de positons, c’est la radioactivité β+. Les quarks et l’interaction faible sont à l’origine de la radioactivité β+. En effet, dans un noyau, un quark peut se transformer en un autre. Un quark up peut se transformer en quark down lorsque le noyau est instable.

Le proton est composé d’un quark down (-1/3 e) et de deux quarks up ( 2/3 e) :

L’interaction faible agit à ce moment là. C’est alors qu’un quark up est transformé en un quark down donc :

La charge est alors neutre et le proton est devenu un neutron :

La charge positive du proton est expulsée du noyau donc elle crée un positon. En effet, les noyaux se désintègrent car ils sont en excès de protons. Lorsqu’un noyau est en excès de protons, il sera situé au dessus de la vallée de stabilité (en noir) du diagramme de Segré (Z, N).

Donc lorsque le noyau se désintègre il émet un positon 01e (ou particule β+ ) et un neutrino 00ν :

C’est la loi de conservation (ou loi de Soddy).

L'élément radioactif le plus utilisé actuellement en tomographie par émission de positons est le fluor 18. Cet isotope est produit par un cyclotron après le bombardement protonique d'une cible d'oxygène. Équation de la réaction :

Le 18F va se désintégrer en 18O et émettre un positon et un neutrino:

Le positon alors émis va s'annihiler* avec un électron de la matière dans le sang. La rencontre entre la particule de matière (l'électron) et l'antimatière (le positon) va générer la création de deux photons de 511 keV chacun.

Calculons la longueur d'onde de ces photons avec la formule ci-dessous :

Avec h la constante de Planck (6,63.10-34) en J.s-1, c la célérité de la lumière (3,00.108) en m.s-1, λ en mètre et ΔE en Joule.

Donc nous pouvons dire que ces photons sont bien dans le domaine des rayons gamma. L'énergie de ces photons gamma émis est fixe et provient de la formule suivante:

Où m0 est la masse de l'électron (en Kg) et c est la vitesse de la lumière (en m.s-1), soit :

L'émission de ces deux photons se fait en parallèle opposé, c'est à dire à 180°. On aura alors disparition de la matière et apparition d'énergie, c'est ce que l'on appelle la réaction d'annihilation :

Ce phénomène physique est la base même de la tomographie par émission de positons.

Radiopharmaceutique utilisé

Un radiopharmaceutique ou traceur est un médicament qui est basé sur un principe avec des propriétés d’émissions radioactives d'un radioélément.

Il est composé d'un ou plusieurs isotopes radioactifs, dénommés radionucléides ou radioéléments et le plus souvent combinés à un vecteur. Le but du vecteur est d'emmener l'isotope jusqu'à l'organe que l'on souhaite observer. Le radiopharmaceutique utilisé par le PET-Scan est le Fluor 18. Le Fluor est un élément chimique de symbole F et de numéro atomique 9. Il possède quelques isotopes dont un stable (le Fluor 19). Sa demi-vie est de 109 minutes :

Le Fluor 18: Radiopharmaceutique utilisé lors d'une TEP-TDM

Le fluor-18 est produit par réaction nucléaire à l’aide d’un cyclotron. Le cyclotron est un accélérateur électromagnétique de haute fréquence, mis au point par Ernest Orlando Lawrence aux Etats-Unis.

Pour fabriquer du fluor-18, on introduit des ions au centre du cyclotron, dans la chambre d’accélération. Sous l’action combinée d’un champ magnétique et d’un champ électrique, les ions décrivent une trajectoire en spirale. Tournant à vitesse angulaire constante, les protons sont ainsi accélérés. Ils sont ensuite extraits de l’accélérateur et conduits jusqu’aux cibles (eau enrichie en oxygène 18). La réaction nucléaire (action des protons accélérés sur l’oxygène 18) engendre la formation de Fluor 18. Une fois produit, le Fluor 18 est incorporé par radiochimie dans une molécule de glucose : le FDG

Synthèse du 18F-FDG

Le but de cette étape est de fixer le Fluor 18 sur l’analogue du glucose, le FDG :

Pour cela, on dispose d’un automate de synthèse situé dans une enceinte blindée. En effet, la production de 918F-FDG nécessite des installations particulières, qui doivent à la fois garantir le confinement du médicament radiopharmaceutique, la radioprotection du personnel et la protection de l’environnement.

Le Fluor 18 est envoyé depuis le cyclotron au niveau de l’automate de synthèse où grâce à une série de réactions chimiques, il vient se fixer sur cet analogue du glucose. Le 918F-FDG fabriqué est ensuite purifié et stérilisé. Le temps de synthèse est d’environ 30 minutes, son rendement de 60%. Une fois produit, le 918F-FDG subit toute une batterie de contrôles de qualité avant de pouvoir être injecté au patient.

Captation cellulaire du FDG (Fluoro-désoxy-glucose)

Le FDG est donc un analogue du glucose qui va être capté par la cellule saine de la même manière que le glucose, mais une fois intégré dans la cellule, son devenir va différer de celui-ci. En effet, le FDG va être métabolisé en Fluoro-2-DG-6-phosphate. Alors que dans une cellule tumorale, le Fluoro-2-DG-6-phosphate ne peut plus être métabolisé sous l'action d’une enzyme. Donc il se retrouve piégé dans la cellule.

Grâce au marquage du FDG par le 18F, le tissu tumoral peut être ainsi détecté et visualisé. Par conséquent, la cancérologie est l'indication principale de l'examen TEP-TDM au FDG.

Les différentes applications de la TEP-TDM

Autrefois, la TEP était utilisée spécialement en neurologie, de nos jours, elle s’est étendue en cancérologie et en cardiologie.

La neurologie

L’emploi de la TEP en imagerie cérébrale s’appuie sur le lien entre l’activité des neurones dans une région donnée et la mesure de la radioactivité. L’imagerie en neurologie reflète donc l’apport énergétique de préférence à l’activité cérébrale.

La TEP-TDM est souvent employée lors d’une recherche sur le fonctionnement des maladies cérébrales dégénératives comme Alzheimer et Parkinson. En effet, de nouvelles études ont montré l’importance de l’utilisation de la TEP afin de diagnostiquer la maladie d’Alzheimer avant son développement. Cependant, il faut passer d’autres examens comme l’IRM ou le scanner pour compléter le dossier.

La cancérologie

Les cellules tumorales se multiplient très vite donc elles ont besoin de beaucoup plus d’énergie. Alors elles absorbent de plus grandes quantités de glucose (ainsi que le traceur Fluor 18) à l’inverse des cellules saines. L’émission de rayons Gamma est alors plus importante chez les cellules cancéreuses puisqu’elles sont trahies par leur appétit et sont donc facilement repérées. C’est ainsi que la TEP localise aussi bien les tumeurs que les métastases.

La cardiologie

La principale utilisation de la TEP au FDG en cardiologie est la recherche de l’aptitude à vivre du muscle cardiaque après un infarctus. On peut alors déterminer si les parties du cœur qui supportent une baisse de leur fonction après un infarctus sont viables ou nécrotiques. Lorsque le métabolisme au FDG diminue, cela prouve que le tissu est non apte à vivre tandis que si le métabolisme reste normal cela montre sa viabilité.

Le déroulement d'un examen

Un examen de TEP dure environ 2 heures et se déroule en 2 étapes :

Dans un premier temps, lorsque le patient arrive, il devra être à jeun afin que le produit radioactif ne se mélange pas avec l’alimentation. Ensuite on le place dans une salle où un manipulateur en imagerie nucléaire vient lui faire une injection de glucose radioactif, qui est en réalité un dérivé de glucose mélangé à du Fluor 18, diffusé dans le corps par l'intermédiaire du flux sanguin. Il est injecté dans la veine humérale située dans le pli de coude. Après l'injection le patient doit patienter une heure afin que le sucre se fixe sur tous les organes et les tissus. Il leur est conseillé de faire le moins de mouvements possibles pour que le sucre ne se fixe pas sur les muscles car ceci pourrait fausser les résultats. Après la période d'incorporation du produit, il est demandé au patient d'aller aux toilettes pour vider la vessie avant la prise des clichés.

Dans un second temps, on amène le patient à la salle d'examen où il est placé sur la table du PET-Scan, vêtu d’une blouse médicale. Il est en position allongée avec les bras en l'air ou les bras le long du torse, suivant ce que l’on doit étudier. Cela est indispensable pour une bonne qualité d’image. Le lit commence par coulisser rapidement au niveau de l’anneau du scanner. Ensuite le lit repasse plus lentement pour prendre les images de la TEP. L’examen durera environ 30 minutes pour une exploration totale du corps humain. Après la prise des clichés le radiologue vérifie la qualité des images. Les clichés sont ensuite récupérés par la station d'analyse, où un médecin spécialisé observera et interprétera les résultats. Ceux-ci sont ensuite transmis au médecin traitant qui reprendra contact avec le patient pour établir un traitement adapté. Une fois l'examen terminé il est important de bien s'hydrater afin d'éliminer le produit radioactif par les urines.

Les avantages, risques et limites du TEP-TDM

Avantages et risques:

Les limites:

La TEP peut donner des résultats faussés si le patient souffre de déséquilibre chimique. Plus spécifiquement, les résultats des examens des patients diabétiques ou des patients qui ont pris de la nourriture dans les quelques heures précédant l’examen peuvent être faussés à cause de leur glycémie (taux de glucose dans le sang) ou de leur insulinémie (taux d’insuline dans le sang).

De plus, la substance radioactive se désintègre rapidement et n’est efficace que pendant une période limitée. Elle doit donc être fabriquée dans un laboratoire à proximité du tomographe à émission de positons. Il est donc important d’arriver à l’heure au rendez-vous.

La TEP doit être effectuée par un radiologue ou un manipulateur formé en médecine nucléaire et qui possède une grande expérience de la technique.

De plus, on augmente la valeur de la TEP lorsqu’elle fait partie d’un bilan diagnostic plus large. Cela entraîne souvent des comparaisons entre la TEP et les autres tests d’imageries comme le scanner ou l’IRM. Mais en aucun cas le PET-Scan ne remplace d’autres types d’imageries, il ne fait que les compléter et les améliorer lors d’une recherche plus profonde.

Le coût d’un examen en imagerie est plus faible que celui d’un PET-Scan. En effet suivant l’isotope radioactif qu’on injecte, le coût de l'examen varie entre 1000 et 1500 euros. Et la machine, en elle-même, coûte trois millions d’euros, c’est pourquoi il y en a peu en France.