Médecine Nucléaire : Imagerie moléculaire, métabolique et fonctionnelle

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1 02/12/2014 SABEG Marine L2 (relecteur : Hamza Berguigua) BMCP Pr TAIEB.D 20 pages Médecine Nucléaire : Imagerie moléculaire, métabolique et fonctionnelle Plan A. Notions de radioprotection I. Les 3 principes de radioprotection II. Les moyens de radioprotection III. Iriadiation médicale IV. Différences entre radiologie et médecine nulcléaire B. Tomographie par émission de positon C. Imagerie hybride TEP-TDM D. Imagerie monophotonique avec gamma-caméra I. Exemples d'application des scintigraphies en Endocrinologie II. Exemples d'application des scintigraphies en Neurologie III. Exemples d'application des scintigraphies en Pneumologie IV. Exemples d'application des scintigraphies en Néphrologie V. Exemples d'application des scintigraphies en Oncologie Introduction : La médecine nucléaire permet d'identifier les processus biologiques car il existe un certain nombre de cibles qui peuvent être ciblées par des vecteurs couplés à des isotopes. On va vectoriser la radioactivité dans des zones d'intérêts pour identifier les phénomènes biologiques, moléculaires ou physiologiques. Intérêt : Identifier les phénomènes biologiques, moléculaires ou au niveau de la physiologie de la cellule. Pour pouvoir détecter le signal: On utilise des isotopes radioactifs ou radio-isotopes. Les radiotraceurs ou médicaments radiopharmaceutiques correspondent à l'isotope + la molécule vectrice. Certains vont être des émetteurs gamma qui vont pouvoir être détectés par des caméras spécifiques (gamma caméra), d'autres sont des émetteurs de positons qui seront à l'origine de photons d'annihilation qui seront détectés par des caméra TEP (tomographie par émission de positons). 1/20

2 Des molécules vectrices vont permettre de véhiculer la radioactivité à un endroit donné. Certains radio-isotopes n'ont pas besoin de molécules vectrices comme l'iode 123 ou 131 et le 99mTc (vectorisation physiologique au niveau de la thyroïde). Mais si on veut que l'iode se fixe à un autre endroit on va être obligé de le fixer à un autre vecteur qui, lui, va reconnaître une cible particulière de l'organe que l'on veut imager. Il va être choisi en fonction du processus bilogique que l'on chercher à identifier. Parfois les radio-isotopes peuvent être émetteurs de photons mais en plus émetteurs de particules β- dans ce cas on peut faire de la thérapie. c'est le cas de l'131i, il va se fixer sur la thyroïde, émettre des photon et en même temps il va détruire le tissu parce que les particules β- vont délivrer de l'énergie au tissu le détruire (ex :thyroïde). Donc on va pouvoir combiner thérapie et imagerie pour certains radio-isotopes. Radio-traceurs évoque la notion de trace. Ils sont administrés à des doses très faibles qui ne modifient pas les processus biologiques que l'on cherche à identifier. Il existe une multitude de cibles. Le radio traceur est administré à l'individu : par voie IV, per os,...(ex : iode en gélule). Le traceur va circuler, se distribuer dans l'organisme et va se fixer sur ces cibles. Ensuite on met l'individu sous une caméra qui sera adaptée à l'isotope que l'on va utiliser et on va visualiser l'endroit où s'est accumulée la radioactivité. L'imagerie permet la visualisation de nombreux tissus et phénomènes : le débit sanguin cérébral, la ventilation et la perfusion pulmonaire, le fonctionnement de la thyroïde, le fonctionnement et à la viabilité du myocarde, la scintigraphie rénale, les scintigraphies osseuses, scintigraphies biliaires... beaucoup de possibilités car beaucoup de traceurs à disposition. Mais attention il ne faut pas oublier qu'ils sont irradiants!!! 2/20

3 A- Notions de radioprotection I- Les 3 principes de radioprotection - Justification : il faut que l'examen soit justifié (scanner...), mais ça n'est pas le cas pour l'irm ou l échographie qui ne sont pas irradiants. Se demander si l'examen est indiqué? est-il susceptible de répondre à la question posée? il faut que cet examen ne puisse pas être substitué par un examen qui donnerait la même information mais sans être irradiant. Sinon on expose le sujet pour rien. Ex: mise en évidence d'un calcul dans la voie biliaire principale on peut utiliser la scintigraphie ( calcul rénal aussi) mais on préférera l échographie qui est non irradiante et donnera une réponse de même qualité. Donc ici l'examen irradiant n'est pas justifié. 3/20

4 - Optimisation : il faut toujours que l'examen (une fois justifié) soit fait selon un protocole d'imagerie optimale c'est à dire que l'on va perfectionner l'examen de manière à ce qu'il soit le plus rentable possible. On va essayer d'administrer les activités radioactives les plus faibles possibles. Le but n'est pas d'avoir de très belles images mais des images utiles qui peuvent répondre à la question posée. - Limitation : il faut toujours limiter les doses pour les patients mais surtout pour le personnel. II- Les moyens de radioprotection Mise en place d'écrans de protection. Limiter les temps de contacts. Et surtout diminuer la distance car l'exposition diminue si le carré de la distance augmente (elle est liée à 1/d^2). La surveillance de l'exposition peut se faire par dosimétrie passive ou active. III- Irradiation médicale Environ 40% de l'exposition aux isotopes d'un individu provient de l'imagerie médicale. Alors que l'industrie et les essais nucléaires comptent pour seulement 1%. 4/20

5 Il existe des tables qui permettent de mettre en correspondance l'irradiation médicale qui provient d'un examen d'imagerie et l'irradiation médicale qui provient de l'imagerie isotopique. Elles de connaître la dose reçue au corps entier (on parle de dose efficace) quelle que soit l'imagerie réalisée. Il est important de positionner les examens entre eux. (ex :la scintigraphie de la cortico-surrénale est l'examen le plus irradiant de la médecine nucléaire, il n'est donc pas utilisé aux USA) IV-Différence entre radiologie (scanner X) et médecine nucléaire scanner X : un tube de rayons X va émettre des photons X qui traversent l'individu et on va voir l atténuation de ces photons. C'est une imagerie de transmission. 5/20

6 Médecine nucléaire : on administre la source radioactive à intérieure de l'individu qui émet lui même les photons gamma et ces photon gamma traversent l'individu et vont être détectés par des détecteurs spécifiques soit des gamma caméra soit des caméras TEP. C'est une imagerie d'émission. Ces deux principes sont très différents. B- Tomographie par émission de positons Détection TEP Très particulier : on utilise des émetteurs de positons. Ces isotopes sont fabriqués dans des cyclotrons. (18F) on va le coupler à une molécule vectrice. Il va s'accumuler dans le tissus d'intérêt, il va émettre des positons qui vont s'annihiler avec un électron du milieu et cette rencontre génère toujours, quelque soit l'émetteur de positons concerné, 2 photons de 511 KeV qui vont être émis a 180 l'un de l'autre dans des sens opposés qui vont pouvoir être détectés par des caméras TEP. 6/20

7 Une couronne de détecteurs va détecter des photons qui vont taper 2 détecteurs opposés de façon simultanée. Important car certains photons peuvent être déviés donc dans certains cas deux détecteurs opposés vont recevoir des photons alors qu'ils proviennent de 2 annihilations différentes. D'où l'importance que ce soit simultané car la probabilité que 2 détecteurs opposés soient activés de façon simultanée par deux annihilations différentes est beaucoup plus rare. C'est une collimation électronique. C- Imagerie hybride TEP-TDM On fait d'abord un scanner et ensuite l émission de photons. 7/20

8 2 intérêts: amélioration de la qualité de l'image mise en correspondance de l'image fonctionnelle et de l'image anatomique D- Imagerie monophotonique avec gamma-caméra C'est une camera à scintillation, elle détecte les photons et va amplifier la réponse photonique de manière à donner une image de qualité. Le cristal scintillant répond à la stimulation par les photons puis des photomultiplicateurs amplifient la réponse. Ici on a une collimation mécanique c'est à dire qu'un cristal scintillant récupère les photons puis des photomultiplicateurs amplifient la réponse et permettent d'améliorer la qualité de l'image. Il faut localiser les photons, pour cela on utilise des collimateurs qui sont des petits septas en plomb qui vont interrompre tous les photons qui n'arrivent pas parallèlement à ces septas. Seuls les photons parallèles ne sont pas interrompus et donnent une information sur l'endroit d'où sont émis les photons. Il y a une grande perte d'information car absence de détecteur sur les cotés et tout ce qui n'est pas dans le plan des collimateurs est aussi perdus. Par comparaison, en TEP on récupère les infos dans les 3 plans de l'espace et c'est une collimation électronique qui est beaucoup plus optimisée que la gamma caméra. C 'est une imagerie beaucoup plus sensible. Il existe aussi être des collimateurs sténopés (pinhole) avec une petite ouverture. Dans les scintigraphies thyroïdiennes on l'approche de la thyroïde ce qui permet de capter plus de photons et augmente la sensibilité de l'examen. I- Exemples d'application des scintigraphies en Endocrinologie : 8/20

9 1- Dans l'hyperparathyroïdie: Un taux de Calcium trop élevé dans le sang peut être causé par la présence de petites tumeurs bénignes sur les parathyroïdes qui sécrètent de la parathormone. L'échographie est souvent performante mais manque de spécificité. On utilise un traceur qu'on appelle le MIBI (vecteur) marqué avec du 99mTc (isotope) (appelé aussi sestamibi). Il émet des photons et ce 99mTc s'accumule dans la mitochondrie des cellules vivantes car il est lipophile (il traverse facilement les membranes) et du fait des potentiels de membrane (pour des raisons électriques) s'accumule dans les mitochondries. On l'utilise aussi pour évaluer la viabilité myocardique car là où le tissu n'est pas viable il n'y a pas de mitochondries. Donc si après infarctus il n'y a pas de fixation du 99mTc ça veut dire qu'il ne reste plus de tissu viable. Mais ce n'est pas un traceur spécifique des parathyroïde étant donné qu'il y a des mitochondries dans toutes les cellules. Les mitochondries des parathyroïdes ont une hyperactivité et captent cet isotope. Mais il n'est pas spécifique la 9/20

10 thyroïde le capte aussi. Comment localiser la glande malade alors que la thyroïde et les parathyroïdes captent l'isotope? Deux solutions : La soustraction : on utilise deux traceurs. (en général on utilise de l'123i) un traceur thyroïdien et un traceur thyroïdien+para thyroïdien et on fait la soustraction entre les deux il nous reste alors la parathyroïde. L'acquisition des images peut être concomitante à condition de faire quelques réglages. La double phase :on utilise un seul traceur, le sestamibi par exemple. On procède en deux temps, une phase d'acquisition précoce dans laquelle on voit la thyroïde et les parathyroïdes et une phase tardive avec une rétention du traceur dans la parathyroïde malade et une élimination du traceur par la thyroïde. 2-Dans l'hyperthyroïdie: 10/20

11 Utilisée en complément de l'échographie. On utilise le 99mTc et l'123i. Les deux pénètrent de la même façon dans le tissu. La seule différence est que l'123i va être couplé à la thyroglobuline (rétention) alors que le 99mTc qui n'est pas couplé va ressortir. La captation dépend de la TSH,. En physiologie: plus il y a de TSH plus la captation augmente. Dans les hyperthyroïdies, le taux de TSH est bas (à cause du rétrocontrôle négatif sur l'hypophyse par l excès d'hormone thyroïdienne).mais, dans les hyperthyroïdies, même si la captation devrait être basse du fait du faible taux de TSH, elle est élevée: ceci prouve le caractère hyperfonctionnel de la glande. Dans les adénomes hyperfonctionnels (appelés encore nodules toxiques): c'est en fait le nodule qui capte l'iode et on observe une extinction du tissu thyroïdien normal (car la TSH est basse). En cas de nodules multiples: on a un aspect en damier. Enfin, cas d'hyperthyroïdie autoimmune, c'est l'ensemble de la glande hypertrophiée qui fixe l'iode. 11/20

12 3- Dans les tumeurs de la médullo-surrénale (pheochromocytomes chez l'adulte et neuroblastes chez l'enfant) La médullo-surrénale fabrique des substances qu'elle est capable de recapter (comme les neurones). Elle sécrète de la noradrénaline, adrénaline et dopamine. Pour détecter les tumeurs de la surrénale on utilise un analogue de la noradrénaline, (la MIBG) marqué à l'123i. si il y a une tumeur, elle va recapter cet analogue et on va alors la voir. En cas de tumeur kystique, quand on fait une fusion entre la MIBG et le scanner on arrive vraiment à localiser la partie tissulaire de la tumeur qui va fixer le MIBG. Les médulloblastomes ont souvent des extensions métastatiques importantes et notamment au niveau de la moelle osseuse uniquement visibles sur la scintigraphie. Dans certains cas (rares): on peut traiter ces enfant à l'aide de MIBG couplée à de l'131i. 12/20

13 4- Dans les tumeurs neuroendocrines 13/20

14 Ces tumeurs expriment les récepteurs de la somatostatine on va donc pouvoir utiliser des analogues de la somatostatine (AS) marqué à l'indium 111 (111In-AS). On peut aussi utiliser de l'131i dans les cancers de la thyroïde. 14/20

15 II- Exemples d'application des scintigraphies en Neurologie 1- Perfusion cérébrale En imagerie monophotonique on peut faire de la perfusion, voir comment est perfusé le cerveau dans des régions d'intérêts. Il existe deux types de traceurs : certains qui diffusent librement : Xenon d'autres qui sont piégés et donc qui restent dans le SCN: HMPAO et ECD. Dans les deux cas leur sensibilité est élevée par contre la spécificité est faible. Les traceurs piégés : HMPAO et ECD les deux molécules franchissent la barrière hémato-encéphalique et vont se fixer dans le tissu cérébral de façon proportionnelle à la perfusion et au métabolisme tumoral. Rétention car transformation du HMPAO en un complexe hydrophile par le glutathion (GSH). L'ECD va être modifié par une estérase. 15/20

16 Ces deux vecteurs sont marqués au 99mTc. Cette technique peut être utilisé dans les démences. Dans les démences on a une perte neuronale et donc une diminution du débit dans le tissu qui va être en dégénérescence. Dans d'autres cas on peut avoir une augmentation du débit régional. Par exemple dans l'épilepsie. L'annihilation est proportionnelle au débit à un instant t donc si on injecte le traceur pendant la crise on aura une information sur l'endroit d'où est partie la crise. (utilisé en complément d'autres examens). 16/20

17 2- Neurotransmission dopaminergique Dans le mésencéphale il y a une zone particulière, la substance noire, qui est responsable de la production de la dopamine. Le neurone dopaminergique se projette au niveau du striatum (noyau caudé+putamen). C'est une voie très importante dans le contrôle du mouvement. Dans la maladie de Parkinson, il y a une dégénérescence de ces neurones dopaminergiques. Le neurone libère de la dopamine dans la terminaison nerveuse qui va se fixer sur des récepteurs dopaminergiques post synaptiques. On peut cibler les transporteurs dopaminergiques pré-synaptiques donc en imagerie on va pourvoir observer la terminaison des neurones dopaminergiques: c'est donc une image du striatum. 17/20

18 Le DATSCAN marqué à l'123i est utilisé dans le diagnostic différentiel des syndromes Parkinsoniens. III- Exemples d'application des scintigraphies en Pneumologie On utilise un traceur qui va être inhalé pour faire de la ventilation (Krypton) et on va faire de la perfusion avec la microaggregats d'albumine marqués au 99mTc. On va pouvoir voir des zones qui sont ventilées normalement mais qui sont hypoperfusées du fait de l'embolie pulmonaire. Le scanner est généralement utilisé mais plus pour les embolies pulmonaires proximales pour les embolies pulmonaire distales on va préférer l'imagerie fonctionnelle. 18/20

19 IV- Exemples d'application des scintigraphies en Néphrologie Examen utilisé pour étudier le fonctionnement du rein ou observer les cicatrices rénales après une infection rénale. (ex pyélonéphrite) Dan ce dernier cas, on utilise du DMSA-99mTc qui s'accumule dans le cortex rénal. On cas de cicatrice: on observe une encoche. V- Exemples d'application des scintigraphies en Oncologie On injecte des nanocolloïdes marqué au 99mTc aux pourtours de la tumeurs ou de la cicatrice quand la tumeur a été extirpée. il va y avoir une migration des nanocolloïdes par voie lymphatique. Intérêt dans la technique du ganglion sentinelle (premier ganglion de relai d'une tumeur) : une tumeur peut avoir un essaimage par voie sanguine ou par voie lymphatique. Si elle a un essaimage par voie lymphatique, elle va traverser des ganglions sur le trajet. La chirurgie de cette tumeur primitive peut consister à retirer la tumeur et les ganglions de drainage ce qui représenter un geste très étendu. En général on a un drainage progressif. Le premier ganglion de la chaîne est le ganglion sentinelle. Le but est de localiser le ganglion sentinelle grâce à la scintigraphie, de le retirer et de le faire analyser (en coupes ultra fines pour un maximum de précision). Si il est indemne c'est que la tumeur n'est pas plus étendue donc on est pas obligé d'enlever toute la chaîne ganglionnaire. Cette attitude permet de personnaliser le traitement chirurgical de certains cancers tels que le cancer du sein, les mélanomes, les cancers ORL, notamment. 19/20

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