TECHNIQUES BASÉES SUR LES RAYONNEMENTS COURAMMENT UTILISÉS EN MÉDECINE

Les premiers outils développés utilisent les rayons X pour la radiographie médicale. Dès décembre 1895, W. C. Röntgen, découvreur des rayons X, réalise une première radiographie de la main de sa femme. Cette technique met en œuvre la capacité des rayons X à traverser le corps humain en étant plus ou moins absorbés selon la nature des tissus traversés (les os étant plus opaques et les muscles plus transparents). Ce type de rayonnement permet donc d’effectuer des radiographies afin, par exemple, de déceler une fracture ou des tissus endommagés par une maladie (par exemple, radiographies pulmonaires).
Le scanner permet de réaliser des images en coupe du corps humain. Il utilise des rayons X mais, à la différence de la radiographie traditionnelle, le film photographique est remplacé par des capteurs. Les images sont reconstruites dans un second temps.
La scintigraphie utilise une petite quantité de radioéléments qui sont injectés par voie veineuse et se fixent préférentiellement sur l’organe à étudier. L’isotope émet des rayonnements, recueillis et analysés par une gamma-caméra couplée à un ordinateur. Cette technique très sensible est utilisée dans l’exploration de la thyroïde, du squelette (scintigraphie osseuse) ou en cardiologie pour évaluer le fonctionnement du cœur (tomoscintigraphie myocardique).

TOMOGRAPHIE PAR ÉMISSION DE POSITONS (TEP) ET TOMOGRAPHIE PAR ÉMISSION DE SIMPLE PHOTON (TEMP)

Utilisation des traceurs radioactifs

Dans son principe, la médecine nucléaire consiste à administrer par voie intraveineuse une molécule marquée avec un isotope radioactif afin de suivre, par détection externe, le fonctionnement normal ou pathologique d’un organe.
Les traceurs radioactifs présentent les mêmes propriétés physico-chimiques que leurs homologues non radioactifs si ce n’est qu’ils possèdent la particularité d’émettre un rayonnement. Ils servent donc de balise pour suivre, à l’aide d’outils de détection appropriés, le cheminement d’une molécule préalablement marquée dans l’organisme. Les valeurs ainsi recueillies sont ensuite analysées et transformées à l’aide d’un modèle mathématique afin de permettre la reconstruction à l’écran d’une image représentant la position du radiotraceur dans l’organisme. L’essor de cette technique d’imagerie tient au fait qu’il s’agit d’une méthode unique renseignant de façon non traumatique sur la physiologie et le fonctionnement des organismes vivants.

Production des isotopes radioactifs

Les atomes radioactifs de courte durée de vie, nécessaires pour l’imagerie nucléaire, sont obtenus à l’aide d’un cyclotron.
Le cyclotron est un accélérateur électromagnétique de haute fréquence mis au point en 1929 par Ernest Orlando Lawrence aux États-Unis. Dans son principe, le cyclotron utilise l’action combinée d’un champ magnétique et d’un champ électrique pour délivrer un faisceau de particules accélérées. Ces particules, électriquement chargées (protons, deutons), sont introduites au centre d’une enceinte où règne un vide très poussé. Elles décrivent une trajectoire en spirale depuis le centre du cyclotron jusqu’aux bords tandis que leur vitesse s’accroît. Elles parcourent ainsi plusieurs tours avant d’être extraites de l’accélérateur puis projetées à très grande vitesse sur une cible située à quelques mètres. Il se produit alors des transmutations avec production d’isotopes radioactifs et des désintégrations d’atomes, lesquels retrouvent un état stable en émettant un rayonnement.

Choix et production des radiopharmaceutiques

Une fois produit, l’atome radioactif est incorporé dans une molécule choisie en fonction de ses capacités à marquer un paramètre biologique donné : métabolique, physiologique ou encore médicamenteux. L’isotope incorporé sert de balise pour repérer le devenir de la molécule concernée dans l’organisme. La production de radiopharmaceutiques nécessite des compétences spécifiques en radiochimie ainsi que des installations particulières, du même type que les salles blanches. La courte durée de vie de certains isotopes utilisés en médecine (tomographie par émission de positons) impose que cyclotron, laboratoires de radiochimie et appareillage d’imagerie se situent à proximité. Pour être utilisable en médecine, l’isotope doit remplir certaines conditions :

• délivrer une dose d’irradiation la plus faible possible ;
• avoir une durée de vie dans l’organisme courte mais suffisante pour permettre une observation physiologique ;
• émettre un rayonnement qui présente le plus d’innocuité possible et soit décelable à l’extérieur du corps.

L’imagerie par tomographie par émission de positons (TEP)

Une fois produit, le radiotraceur est injecté au patient, en général par voie intraveineuse. Lorsque l’atome radioactif se désintègre, le positon émis parcourt un trajet de quelques millimètres dans l’organisme avant de se combiner avec un électron. Les deux particules s’annihilent et donnent naissance à l’émission simultanée de deux photons gamma en ligne droite et dans deux directions opposées. Cette paire de photons est recueillie par la couronne de détecteurs de la caméra à positons située autour du patient. Les différentes désintégrations provenant du même site sont recoupées au moyen de droites dont l’intersection correspond à la région émettrice. Cette particularité permet, d’une part, de localiser très précisément le traceur dans l’organisme et, d’autre part, elle fait de l’imagerie par tomographie par émission de positons une méthode quantitative.
L’ensemble des données est enregistré, analysé et transformé mathématiquement. Des algorithmes de corrections sont utilisés pour tenir compte des phénomènes de diffusion et d’absorption des rayons gamma par les tissus. Ces opérations faites, la position du radiotraceur au sein d’une “tranche” de quelques mm d’épaisseur de l’organe examiné est ainsi reconstruite sur ordinateur. Par combinaison de tranches successives, on peut obtenir des images tridimensionnelles. Par la suite, à l’aide d’un modèle mathématique, les valeurs locales de radioactivité sont transformées en paramètres tels que le débit sanguin, la vitesse de réaction chimique, la densité de récepteurs d’un neurotransmetteur…