Qu'est ce que la médecine nucléaire? Qu'est ce qu'elle explore?

19/11/2013 CATHIARD Elena L2 BMCP David Taïeb Relecteur 5 14 pages Médecine nucléaire Plan A. Quelques notions de radioprotection I. Protection des patients II. Protection du personnel III. Irradiation médicale IV. Différences entre radiologie et médecine nucléaire B. Tomographie par émission de positons I. Radioactivité ß+ II. Cyclotron médical III. Photons γ d'annihilation IV. Détection TEP V. TEP/TDM C. L'examen TEP-FDG D. Imagerie monophotonique avec gamma-caméra I. Neurologie II. Scintigraphie pulmonaire III. Scintigraphie thyroïdienne et parathyroïdienne IV. Scintigraphie surrénalienne V. Radiothérapie métabolique / ß- Qu'est ce que la médecine nucléaire? Qu'est ce qu'elle explore? Elle permet d'imager des processus biologiques. Les autres types d'imagerie (scanner, IRM) sont des imageries surtout anatomiques qui décrivent et caractérisent des lésions, des organes, des tissus. 1/13

Pour imager un processus biologique, on utilise un traceur marqué avec un élément radioactif = «Radiotraceur». Ce couplage permet de visualiser le processus biologique qu'on veut caractériser. On parle de «traceur» car la quantité administrée est tellement faible qu'elle ne perturbe pas le processus qu'on veut analyser (d'où la notion de trace). => Reflet fidèle de ce qu'on veut imager En dehors de quelques isotopes qui s'accumulent physiologiquement dans certains tissus, la plupart du temps on a un isotope couplé a une molécule vectrice choisie pour orienter la radioactivité vers le processus biologique qu'on veut analyser. Ex : anticorps radiomarqués quand on veut analyser un antigène tumoral peptide radiomarqué pour analyser l'expression d'un récepteur de membrane Cet isotope doit toujours émettre des photons γ ou des photons d'annihilation générés secondairement via les particules ß+. Parfois ces radio-isotopes émettent des particules ß- qui vont avoir un rôle thérapeutique. Ex : iode 131 effet thérapeutique ß- + visualisation avec l'émission de photons => Sans photons pas d'image On les détecte grâce à des caméras : gamma-caméras qui détectent les photons γ caméras TEP qui détectent les photons d'annihilation 2/13

Selon le radiotraceur, on va voir des processus biologiques différents : Organes Scintigraphie thyroïdienne Myocarde et sa viabilité Scintigraphie rénale Scintigraphie du squelette Imagerie cérébrale Scintigraphie pulmonaire Scintigraphie hépato-billiaire Indications Fonction thyroïdienne : hyperfonctionnement (hyperthyroïdie) diffus ou parcellaire/nodulaire? Recherche d'une viabilité myocardique après infarctus Evaluation de la fonction rénale Recherche de séquelles de pyélonéphrite (zones d'hypocaptation), très peu utilisée car aujourd'hui on dispose de techniques moins irradiantes Processus inflammatoire (rhumatismes) Signes de traumatismes qui passent inaperçus a l'imagerie classique Recherche de métastases osseuses d'un cancer (comme celui de la prostate) Mesure du débit sanguin cérébral, perfusion cérébrale (recherche de maladies neurodégénératives comme l'alzheimer caractérisé par un hypofonctionnement d'une zone du cerveau d'où l'hypoperfusion) Observation des voies nigrostriées dopaminergiques (différenciation d'un Parkinson d'un syndrome Parkinsonien) Ventilation et perfusion 2 informations complémentaires - recherche d'embolies pulmonaires (persistance de la ventilation / hypoperfusion) - fonction respiratoire globale (différences droite/gauche avant une chirurgie thoracique) Dysfonction de sphincters difficile à voir en imagerie classique A. Quelques notions de radioprotection I. Protection des patients 3 principes de radioprotection (JOL) : Justification (Est-ce que c'est vraiment nécessaire pour le diagnostic? Est-ce que c'est le bon examen? Choisir de préférence un examen non irradiant) Bénéfice > Risque Prescription Optimisation (administrer une radioactivité la plus basse possible et le moins longtemps possible pour la meilleure qualité possible : examen contributif de qualité sans trop exposer le patient) ALARA («as low as resonnably achievable») Limitation : (examens multiples doses efficaces importantes : limiter le recours à de multiples irradiations) : Utilisation de la technique la moins irradiante pour le même diagnostic Limites réglementaires (public et travailleurs exposés) II. Protection du personnel 3 moyens de radioprotection (exposition externe) : Si les photons émanent du sujet, alors pour limiter les expositions du personnel, on limite le temps de proximité avec le patient on utilise des écrans de plomb ou tabliers plombés on se met à distance (l'exposition inversement proportionnel au carré de la distance efficace +++) 3/13

+ Surveillance : dosimétrie passive : film porté pendant un mois, puis mesure de la dose reçue dans le mois dosimétrie active : porté sur la blouse, donne en permanence la radioactivité (ex : utilisé par les infirmières quand le temps de présence est important) Les photons γ sont très pénétrants et énergétiques : il faut une distance importante et une épaisseur importante de plomb (les murs de la chambre des patients sont plombés) Les α ne sont pas du tout pénétrants et les ß sont peu pénétrants. III. Irradiation médicale Part et contribution des différentes irradiations d'un sujet dans sa vie : Les 2 sources principales sont environnementale et médicale (examens d'imagerie) La part de l'industriel est très faible 4/13

Radioprotection des patients On a la possibilité de ramener la dose d'un examen médicale à une dose efficace sur le corps entier en msv, ce qui permet de hiérarchiser l'exposition Comparaison équivalence entre les examens tableau donné à titre indicatif (pas à apprendre) Remarque : Les radiations ionisantes induisent des anomalies complexes difficiles à réparer comme les cassures double brin IV. Différences entre radiologie et médecine nucléaire Nature de ce qu'on cherche Radiologie Description anatomique des tissus et caractérisation Médecine nucléaire Etude des processus biologiques (biologie, biologie moléculaire) Modalités 5/13

Détection par des films radio (radiographie) ou des détecteurs de photons X/détecteurs TDM (imagerie radiologique) C'est une imagerie de transmission La source est à l'intérieur de l'individu (inhalation, solution buvable, gélule, injection...) = source interne Détection des photons gamma ou d'annihilation émis par l'individu par une gamma caméra ou une couronne TEP C'est une imagerie d'émission γ 511 kev 180 γ 511 kev 6/13

Imagerie de TRANSMISSION Imagerie d'emission B. Tomographie par émission de positons 7/13

I. Radioactivité ß+ Positons ou positrons = électrons positifs = particules ß+ Ils ne sont pas détectés par les moyens d'imagerie utilisés en médecine. Ils font un petit parcours dans la matière en perdant de l'énergie à force d'interactions jusqu'à leur état de stabilisation (arrêt) et vont s'annihiler avec un électron. => Génération de 2 photons de 511 kev sont émis simultanément à 180 l'un de l'autre dans des sens opposés, quelque soit l'émetteur de positon utilisé c'est eux qu'on détecte II. Cyclotron médical Ces émetteurs de positon sont produits dans des cyclotrons. Le gallium 68 est produit à partir d'un générateur présent dans le service. Alors que le cyclotron est à distance : la production est réalisée par l'industriel qui va livrer le radiopharmaceutique marqué au service. Ils ont une demi vie variable (fluor 18 = 2 heure ; carbone 11 = 20 min) plus la demi vie est courte plus il y a de contraintes pour l'utilisation (le site de production doit être proche) Ex : le fluorodopa (acide aminé couplé au fluor 18) est produit en Autriche. Il y a une décroissance de l'activité radioactive au cours du temps. L'activité, une fois livré, est plutôt faible. contraintes au niveau du transport +++ III. Photons γ d'annihilation γ 511 kev On détecte les photons γ d'annihilation : 1. Emission simultanée 2. Energie de 511 kev 3. Directions opposées (180 ) 180 Utilisation de fluor 18 : émetteur ß+ demi-vie d'environ 2 heures γ 511 kev IV. Détection TEP TEP = Tomographie par émission de positrons 8/13

On utilise des caméras dédiées à la détection de ces photons d'annihilation => couronne de détecteurs autour de l'individu Ils sont émis à 180 et détectés par 2 détecteurs strictement opposés, c'est une détection de coïncidence 9/13

Si le 2ème photon de l'annihilation A1 est dévié et qu'une autre annihilation (A2) est aussi déviée, on peut avoir une détection sur les 2 détecteurs opposés des photons provenant de l'annihilation de 2 particules différentes et de 2 zones anatomiques différentes. Cela pose problème. Colimation Électronique : Il faut que 2 récepteurs opposés soient stimulés et que la fenêtre de détection soit très brève on ne sélectionne que les photons émis par une même émission ß+ (émis au même moment) V. TEP/TDM TEP + scanner X Les informations sont sur une ligne tracée entre les 2 détecteurs. A force d'intégrer ces lignes, on peut établir une zone où se concentre le radiopharmaceutique. TDM = Tomodensitométrie TEP/ TDM Il comporte une couronne de récepteurs + un scanner x qui permet de faire une localisation anatomique de la zone démission du radiotraceur Information anatomique + fonctionnelle On peut fusionner ces 2 informations et voir où est la zone hypermétabolique. Premier temps : Imagerie anatomique TDM (scanner X) Temps = 20 secondes Deuxième temps : Imagerie fonctionnelle TEP 10/13

Temps = 20 minutes Troisième temps : Fusion TEP + Scanner X localisation anatomique Intérêt de l'imagerie hybride : localiser précisément les zones où s'accumule la radioactivité La TEP mesure l'activité métabolique des lésions vues au scanner C. L'examen TEP-FDG Déroulement de l'examen TEP-FDG : Jeûne > 6 heures, bonne hydratation glycémie à jeûn (surtout chez le diabétique) car il peut y avoir une compétition entre le glucose physiologique et le FDG administré Repos avant et après (sinon il va y avoir accumulation dans les muscles et également dans le cerveau si stimulation physique ou intellectuelle) Injection (en fonction du poids) Délai de captation 1h au repos dans l'obscurité Image TEP et TDM 20 minutes Contre indications : grossesse (jamais d'examens irradiants en cas de grossesse!) Précautions : diabète doit être équilibré +++ revenir quand la glycémie est stabilisé Puis interprétation 18F*-FDG Fluoro-Déoxy-Glucose C'est un analogue fluoré du glucose marqué au fluor 18 Remplacement d'un OH par du fluor 18 Il permet l'exploration non invasive in vivo du métabolisme du glucose. Particularité du FDG dans une cellule normale : 11/13

Il entre dans les cellules par des transporteurs de la famille GLUT (1) (comme glucose) Phosphorylation par hexokinase en FDG-6-Phosphate (comme glucose) Après, il ne peut plus être métabolisé (contrairement au glucose) du fait du remplacement de son groupement hydroxyle De plus, il ne peut plus ressortir de la cellule car il est phosphorylé et comme l'activité des phosphatases est inférieure à celle de l'hexokinase, on a une accumulation => Même s'il n'est pas métabolisé, il reflète l'activité métabolique de la cellule car elle est proportionnel à la quantité de transporteurs présents à la membrane et à l'activité et à la quantité d'hexokinase. Dans une cellule cancéreuse : Les cellules cancéreuse : 12/13

Dans les cellules cancéreuses il s accumule beaucoup de FDG car elles ont besoin de beaucoup d ATP pour la synthèse d ADN, protéique, lipidique et la division cellulaire (synthèse de membrane entre autres). De plus la voie des pentoses phosphates (couplée à la glycolyse) va permettre de générer des intermédiaires de la synthèse d ADN (nucléotides). La cellule va alors augmenter sa capacité de captation et de métabolisation du glucose en augmentant de façon importante le nombre de GLUT à la membrane et d Hexokinase. En temps normal, concernant le métabolisme du glucose : Il entre dans un premier temps dans la voir de la glycolyse aboutissant à la production de pyruvate pyruvate qui va ensuite entre dans le cycle de Krebs couplé à la chaîne respiratoire mitochondriale (complexe 2) avec transfert d'électrons jusqu'à l'oxygène (accepteur final) qui va donner de l'eau et aboutir à la production d'atp. Cela nécessite donc la présence d'oxygène, c'est la respiration cellulaire 32 ATP par molécule de glucose en aérobie. Effet Warburg : Dans les cancers, il y a un switch métabolique avec activation préférentielle de la glycolyse et inhibition du cycle de Krebs et de la chaîne respiratoire, et ce même en présence d'o2. Le rendement énergétique de la glycolyse est de 2 ATP seulement or l'activité métabolique de la cellule est augmentée. Pour compenser, la cellule cancéreuse surexprime donc les transporteurs du glucose et les enzymes de la glycolyse. Il va y avoir une hyperfixation du FDG-6-P par les cellules cancéreuses Hypothèses concenant l'effet Warburg : Cellules tumorales souvent soumises à l'hypoxie selon les zones et avec des fluctuations de la pression partielle en O2 qui rend instable le métabolisme sur le mode aérobie. Afin de ne pas avoir à adapter son métabolisme perpétuellement et afin de trouver une certaine stabilité, elle va switcher sur un mode uniquement anaérobie. La cellule tumorale n'a pas pour seule finalité la production d'énergie mais également la production de métabolites intermédiaires. Une mutation du complexe 2 de la chaîne respiratoire peut être à l'origine de cancers Distribution normale (fixations physiologiques) du 18*-FDG : Cerveau Glandes salivaires Coeur : myocarde (fluctuant) Foie Anneau de Waldeyer (amygdales = organes lymphoïdes) Elimination urinaire : reins, uretères, vessie Tube digestif (chez certaines personnes sous anti-diabétique) Chez l'enfant : thymus Graisse brune viscérale (quand il fait froid thermogénèse) Indications en cancérologie +++ : Diagnostic ± (ex : nodule dans le poumon cancéreux ou pas?) Bilan extension ++ (lymphome : évaluation pour savoir si le traitement est efficace) Suspicion de récidive ++ (augmentation des marqueurs, métastase unique extirpable) Recherche de primitifs (ADP/métastase) Evaluation pronostique : protocoles Evaluation thérapeutique : protocoles Suivi systématique : non validé 13/14