4. La Médecine Nucléaire. 4. Médecine Nucléaire Introduction. Dr J.M. Rocchisani CHU de Bobigny. 93.

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1 4. La Médecine Nucléaire Dr J.M. Rocchisani CHU de Bobigny. 93. J.M. Rocchisani Scintigraphie 1 4. Médecine Nucléaire 1. Introduction 2. Principes 3. Imagerie scintigraphique 4. Tomographie d émission à simple photon (TEMP) 5. Tomographie d émission de positons (TEP) J.M. Rocchisani Scintigraphie Introduction La médecine nucléaire utilisation de molécules radioactives, administrés à des patients à des fins diagnostiques ou thérapeutiques. molécules radioactives Naturelles médicaments (radiopharmaceutiques) Le devenir biologique de ces radiopharmaceutiques dans l organisme distribution dans les tissus et son évolution au cours du temps procure des informations irremplaçables pour étudier in vivo des processus biochimiques et physiopathologiques de façon non invasive. J.M. Rocchisani Scintigraphie 3 1

2 4.1. Historique 1934: Mise au point par les JULIOT CURIE d'isotopes radioactifs à faible durée de vie, à l'origine de la médecine nucléaire et de la scintigraphie. Invention de la GAMMA CAMERA par ANGER pin hole, NaI 1959 parallel hole 1964 Invention de la TOMOGRAPHIE GAMMA Photon Unique ( SPECT ) par KUHL & EDWARDS 1963 Positons ( PET ) par PHELPS 1975 Synthèse du 18 FDG par REIVICH 1977 J.M. Rocchisani Scintigraphie Principes de l'imagerie Radioisotopique Voir in vivo les métabolismes Méthode Molécule Vectrice métabolisme/organe à explorer Radioisotope Rayons gamma localisation de la molécule RadioIsotopes Emetteur de Photon "simple" RadioIsotopes Emetteur de Positons 2 photons de 512 kev MOLECULE + ATOME RADIOACTIF Organe radioactif J.M. Rocchisani Scintigraphie Principes de l'imagerie Radioisotopique MOLECULE VECTRICE Spécifique d'un Métabolisme (Ex: Récepteurs) Ne doit modifier le métabolisme Faible concentration pondérale À base de C,H,O,N, les atomes du vivant Agent Physique : les isotopes de C,H,O,N sont des radioisotopes émetteurs de Positons De durée de vie courte O15 2 Min, N13 10 Min, C11 20 Min, F Min Détection en Coïncidence Production difficile (cyclotron) et chère J.M. Rocchisani Scintigraphie 6 2

3 4.2. Principes de l'imagerie Radioisotopique La meilleure méthode Molécules physiologique, marqué par des émetteurs de positons Détection par Tomographe d' émission de positons (TEP), Gamma caméra avec détection en coïncidence (CDET) "Tomographie Par Emission de Positons (TEP)" Alternative molécules non physiologique (médicaments), marquées par des radioisotopes émetteur de photon "Simple" Technétium 99m : 140 Kev, 6 H, Générateur Ga 67, Tl 201, In 111 Détection avec une Gamma caméra "Scintigraphie" J.M. Rocchisani Scintigraphie scintigraphie technique La gamma caméra J.M. Rocchisani Scintigraphie scintigraphie technique La gamma caméra J.M. Rocchisani Scintigraphie 9 3

4 4.3. scintigraphie technique La gamma caméra J.M. Rocchisani Scintigraphie scintigraphie technique La gamma caméra Diminution de la sensibilité Dégradation de la résolution spatiale avec la profondeur Résolution pratique 1 cm à 10 cm J.M. Rocchisani Scintigraphie scintigraphie technique Résolutions Intrinsèque: R i = 3.4 mm Collimateur: Diminution de la sensibilité Profil projeté de la radiation Collimateur multicanaux Dégradation de la résolution spatiale avec la profondeur R c 6 mm à 10 cm (LEUHR) Système: R s = R i + Rc Résolution pratique 7mm à 10 cm (LEUHR) d Source ponctuelle LMH Source ponctuelle LMH l b J.M. Rocchisani Scintigraphie 12 4

5 4.3. scintigraphie technique La gamma caméra thyroide Image de projection J.M. Rocchisani Scintigraphie scintigraphie technique Spectre des photons détectés Bande énergétique Artéfacts de diffusion Compton J.M. Rocchisani Scintigraphie scintigraphie Modes d'acquisition Statique Dynamique (séquence temporelle) Synchronisée sur l'ecg coeur J.M. Rocchisani Scintigraphie 15 5

6 4.3. scintigraphie : exemples thyroïde normal goitre Nodules froid et chaud J.M. Rocchisani Scintigraphie scintigraphie : exemples squelette normal Paget Fracture vertebrale J.M. Rocchisani Scintigraphie scintigraphie : exemples Rein (dynamique) normal Sténose artère rénale J.M. Rocchisani Scintigraphie 18 6

7 4. Médecine Nucléaire 4.4. Imagerie Tomographique Tomographie d'émission à simple photon (TEMP) J.M. Rocchisani Scintigraphie TEMP instrumentation Gamma caméra rotative Multi têtes Types de tomographie 2D 3D pinhole Ouverture codées J.M. Rocchisani Scintigraphie TEMP instrumentation acquisition de l'image d'atténuation (en développement) J.M. Rocchisani Scintigraphie 21 7

8 4.4. TEMP instrumentation En développement: acquisition de l'image d'atténuation J.M. Rocchisani Scintigraphie TEMP: exemples coeur Acquisition reconstruction J.M. Rocchisani Scintigraphie TEMP: exemples Coupes 3 axes Modélisation surfacique J.M. Rocchisani Scintigraphie 24 8

9 4.4. TEMP: exemples normal Hypoperfusion occipitale J.M. Rocchisani Scintigraphie TEMP caractéristiques Résolution Mauvaise résolution Spatiale (>1 cm) Mauvaise résolution temporelle Acquisition > ¼ heure Mais les images reflètent la physiologie J.M. Rocchisani Scintigraphie Médecine Nucléaire 4.5. Tomographie d'émission de Positon (TEP) J.M. Rocchisani Scintigraphie 27 9

10 4.5. TEP: les positons Emission/annihilation du positon Création du β + Déplacement du β + (mm ) annihilation du β + 2 photons de 511 kev Émis à 180 J.M. Rocchisani Scintigraphie TEP: Détection en coïncidence des 2 photons Gamma caméra à 2 têtes J.M. Rocchisani Scintigraphie TEP: Détection en coïncidence des 2 photons Gamma caméra à 2 têtes Système versatile Compromis SPECT et PET Mais optimisation difficile pour un fonctionnement de 100 à 511 kev Résolution spatiale limitée (>1cm) Sensibilité Faible (Nombreuses coïncidences non détectées) Non stationnaire J.M. Rocchisani Scintigraphie 30 10

11 4.5. TEP: Détection en coïncidence des 2 photons Tomographe à positons J.M. Rocchisani Scintigraphie 31 Cristaux BaF2 BGO LSO J.M. Rocchisani Scintigraphie 32 J.M. Rocchisani Scintigraphie 33 11

12 J.M. Rocchisani Scintigraphie 34 Tomographe dédié Anneau de détecteurs Système commercial J.M. Rocchisani Scintigraphie 35 Détection en coïncidence des 2 photons Système 2D Septa pour délimiter des plans de coupe Système 3D J.M. Rocchisani Scintigraphie 36 12

13 4.5. TEP: Caractéristiques Caractéristiques du TEP 2D Système 3D Coupe par coupe (lenteur, coupes indépendantes) Sensibilité limitée Caractéristiques du TEP 3D Image 3D Sensibilité augmentée Augmentation De la proportion de photon diffusés De la proportion de coïncidences fortuites Complexité des algorithmes de reconstruction J.M. Rocchisani Scintigraphie TEP: Caractéristiques Résolution spatiale Facteurs d'erreurs Libre parcours moyen du positon Non colinéarité des photons Camera CDET: > 1cm Camera TEP Théorique 3.5 mm Non uniformité axiale Non uniformité transversale Sensibilité: dépend des cristaux J.M. Rocchisani Scintigraphie TEP problèmes Quantification? Correction de l'atténuation Correction du diffusé Localisation anatomique? J.M. Rocchisani Scintigraphie 39 13

14 4.5. TEP problèmes Correction de l'atténuation par des mesure de transmission Émission d'énergie différente: séparation spectrométrique Émission de même énergie: séparation par collimation éléctronique J.M. Rocchisani Scintigraphie TEP problèmes Localisation anatomique? Fusion (3D) de l'image TEP avec une image anatomique ( CT IRM US) Fusion logicielle Fusion matérielle TEP/CT Avantages de la fusion d'images Localisation! Correction de l'atténuation par une image de transmission CT J.M. Rocchisani Scintigraphie TEP problèmes Fusion matérielle TEP/CT J.M. Rocchisani Scintigraphie 42 14

15 4.5. TEP applications Neurophysiologie Une meilleure comphréhension des mécanisme Exemple: accident vasculaire cérébral J.M. Rocchisani Scintigraphie TEP applications Neurophysiologie Maladie de Parkinson: déficit sur le transporteur de la DOPA J.M. Rocchisani Scintigraphie TEP applications Neurophysiopathologie cocaïne J.M. Rocchisani Scintigraphie 45 15

16 4.5. TEP applications Aujourd'hui, la cancérologie est une application majeure de la TEP avec du 18 FDG Croissance cellulaire concentration du FDG Cancer pulmonaire CT J.M. Rocchisani Scintigraphie 18FDG TEP applications Cancérologie: intérêt des machines PET CT Cancer pulmonaire CT J.M. Rocchisani Scintigraphie 18FDG TEP applications Cancérologie: intérêt des machines PET CT [Tondwsend] J.M. Rocchisani Scintigraphie 48 16

17 Réferences J.M. Rocchisani Scintigraphie 49 17