Gamma-caméras et TEP : des outils de diagnostic

L’imagerie nucléaire a révolutionné la médecine et les sciences du vivant en apportant des images de l’intérieur du corps humain et de son fonctionnement. L’imagerie nucléaire offre des outils remarquables pour la compréhension des maladies, le dépistage précoce des cancers, ou encore les recherches sur la maladie d’Alzheimer. Les quantités d’atomes radioactifs injectées en diagnostic sont infinitésimales, voisines de quelques milliardièmes de gramme. Elles ne perturbent pas le comportement biologique et le métabolisme des organes et tissus.

L’imagerie nucléaire comme l’imagerie médicale en général bénéficie de progrès spectaculaires des techniques. Des détecteurs de plus en plus sensibles permettent de diminuer les doses tout en améliorant la qualité du diagnostic. Le développement du numérique offre aujourd’hui au médecin un accès immédiat aux données des examens présents ou passés. Par exemple, dans le cas des scintigraphies cardiaques, les techniques d’imagerie sont à même de reproduire en temps réel sur un écran les battements du cœur d’un patient.

Les deux appareils les plus utilisés sont la gamma-caméra et les caméras TEP (Tomographie par émission de positons). Les gamma-caméras sont de loin les plus répandues.

Les deux types de caméra sont conçues pour détecter des photons gamma , les seuls rayonnements radioactifs à même d’émerger du corps humain pour y être détectés. Pour la gamma-caméra, il s’agit de rayonnements gamma issus de désintégrations radioactives ; pour la TEP  les gamma résultent d’une réaction d’annihilation matière-antimatière (électron avec positon).

Pour obtenir une image, on introduit dans l’organisme un produit radioactif se fixant sélectivement sur l’organe à explorer et émettant soit des rayonnements gamma, soit des positons. Un système de détection très sensible observe les photons émis par les atomes radioactifs. Ces photons sont suffisamment nombreux pour reconstituer la façon dont les atomes se sont fixés dans l’organe.

La trajectoire d’un gamma individuel est définie de manière approximative (dans le cas d’une gamma-caméra par le photomultiplicateur qui détecte l’impact et par le collimateur qui fournit la direction). Malgré l’imprécision des trajectoires individuelles, on reconstitue des images grâce au très grand nombre de gamma recueillis. Les gamma émis se comptent en effet par milliers, voire par millions. Les calculs sont complexes et il faut toute la puissance de l’informatique moderne pour obtenir les images.

Les détecteurs les plus efficaces sont les scintillateurs, d’où le nom de scintigraphie donné aux examens effectués avec une gamma-caméra. Pour ces scintigraphies, les marqueurs sont des isotopes qui vivent assez longtemps pour être acheminés de leur lieu de production à un hôpital, ce qui explique qu’un très grand nombre d’hôpitaux en soient équipés. Ces marqueurs sont des atomes lourds – technétium, thallium – qui incorporés à un traceur radio-pharmaceutique peuvent se fixer d’une manière privilégiée sur un organe grâce à son métabolisme (NB: On appelle métabolisme, l’ensemble des transformations subies dans un organisme vivant par les substances qui le constituent).

L’élément émetteur de positon le plus utilisé en TEP est le désoxyglucose marqué au fluor 18 radioactif. Le désoxyglucose se fixe de manière plus intense sur tous les tissus malins qu’il permet de détecter. Mais la TEP permet aussi d’utiliser directement des éléments chimiques (oxygène, carbone, azote, etc…) qui jouent un rôle clé dans le fonctionnement de la matière vivante. La TEP offre l’avantage de pouvoir étudier comment fonctionnent et croissent les cellules au sein de l’organe mis en images. Certains ont pu la qualifier de machine à filmer le métabolisme.

Les domaines dans lesquels la tomographie par émission de positons apporte une contribution décisive sont les cancers, les maladies cardiaques et la neurologie. La TEP est capable de dépister si des tissus se comportent d’une manière anormale, bien avant que des anomalies soient révélées par un scanner ou un examen par Imagerie par Résonance Magnétique (IRM).

Cet appareil nécessite des investissements coûteux dus à la courte durée des radioéléments qui doivent être produits à l’hôpital ou à proximité immédiate. Mais ces coûts sont compensés par la sûreté et la grande sensibilité du diagnostic pour décider d’un traitement et effectuer un suivi thérapeutique. On peut ainsi éviter des actes chirurgicaux inutiles. En cancérologie, l’examen permet de suivre la réponse du patient au traitement. On peut ainsi décider ou non de le poursuivre.