L'imagerie par rayonnements gamma
Les méthodes d’imagerie de médecine nucléaire
L’ensemble de la structure moléculaire du produit injecté doit être conçu de telle façon que le radio-isotope ne se désolidarise pas île son vecteur par un processus biologique naturel (métabolisation lapide) ou ne s’élimine pas trop vite de l’organisme. Cette entité participe au mécanisme naturel cellulaire et permet de le suivre. Le diagnostic de médecine nucléaire est donc avant tout un diagnostic d’exploration fonctionnelle. L’image recueillie évolue au cours du temps jusqu’à élimination complète du traceur. Cette technique ne peut être utilisée pour obtenir des images d’un organe dégradé, parce que la molécule radioactive ne pourra pas participer aux mécanismes biologiques cellulaires. On peut ainsi l’utiliser pour différencier un cerveau en fonctionnement d’un cerveau cliniquement mort. Cette différentiation n’est pas possible avec d’autres techniques d’imagerie. IRM, Rayons X et Ultrasons permettront toujours d’obtenir une image de l’état ou de la forme d’un corps ou d’un organe, que l’individu soit vivant ou décédé. Le résultat sera totalement différent avec des traceurs radio isotopiques sur un organe qui ne fonctionne plus, même s’il est irrigué artificiellement.
Les quantités administrées sont extrêmement faibles, mais suffisantes pour être détectées. La grande force de l’imagerie en médecine nucléaire réside dans cette sensibilité. Les gamma caméras peuvent détecter des quantités infimes de traceur, inférieures au milliardième de gramme, alors qu’il est nécessaire d’atteindre des concentrations locales de l’ordre du dixième de milligramme pour les produits de contraste en radiologie, voire du dixième de gramme en IRM. Les quantités de traceurs nécessaires pour les études diagnostiques en médecine nucléaire sont tellement faibles que bien que ceux-ci participent au mécanisme biologique normal de la cellule, ils ne le perturbent pas. La quantité d’iode radioactif (Iode 123 ou Iode 131) utilisée au cours d’une scintigraphie thyroïdienne reste plus de mille fois inférieure à la dose d’iode stable (Iode 127) absorbée quotidiennement avec les aliments.
En revanche, cette sensibilité élevée est accompagnée d’un résolution spatiale médiocre, c’est-à-dire qu’il est difficile, voire impossible d’obtenir des images nettes et des détails visibles. La forme et la taille de petites lésions ne peuvent pas être décrites précisément et la méthode ne permet pas de différencier pour le moment deux lésions voisines de moins d’un centimètre. Cependant, même pour de très petites tumeurs, celles-ci resteront visibles si le contraste est suffisant, c’est-à-dire si le bruit de fond n’est pas trop important, ou mieux, si le marqueur est vraiment spécifique de cette tumeur et ne se fixe pas sur les tissus voisins. Cette limite physique explique pourquoi la technique n’est pas utilisée en routine dans certaines applications comme dans la mammoscintigraphie. D’un point de vue propriétés physiques, c’est-à-dire au niveau des détecteurs, l’outil a sans doute atteint ses limites avec des résolutions de l’ordre de 3 à 5 millimètres. L’arrivée récente de la technique mixte TEP/TDM permet maintenant aux médecins de s’affranchir de cette limite, car la localisation de la source est devenue extrêmement précise, même si l’image de la source reste moins nette. Un autre grand pas reste à franchir en améliorant la spécificité des vecteurs, c’est-à-dire leur capacité à se fixer sur une tumeur tout en restant à un taux très faible dans les cellules saines.
Les radio-isotopes utilisés en médecine nucléaire d’imagerie se doivent d’avoir des périodes relativement courtes. La radioactivité du patient décroît donc rapidement au cours du temps. Il peut quitter le service hospitalier quand ce taux de radioactivité est redescendu à un seuil qui correspond aux normes imposées pour le public. En fait, dans la plupart des utilisations diagnostiques, ce seuil n’est même jamais dépassé, ce qui fait qu’aucune hospitalisation ou maintien il.ins un service hospitalier protégé n’est nécessaire. Rappelons que le taux de radioactivité est réduit d’un facteur 1 000 après une durée de 10 périodes et que la radioactivité émise est 100 fois inférieure à un mi ne comparé à 10 centimètres. Donc à la fois la réduction du temps de présence dans la zone et l’augmentation de la distance contribuent efficacement à la réduction des doses reçues par l’entourage. Cette règle est particulièrement valable pour le personnel médical en contact permanent avec des patients. Les doses émises suite à une simple injection de produits radioactifs d’imagerie sont sans conséquence pour le patient, et donc encore moins pour son entourage familial.
La scintigraphie
La scintigraphie couvre les techniques analysant les rayonnements y pour les transformer en une image à plat, similaire à un cliché de rayons X. Le rayonnement provient de la substance injectée au patient, qui s’est concentrée dans certains tissus. Ces tissus deviennent donc eux-mêmes la source de ce rayonnement qui impactera la plaque photographique ou les détecteurs spécifiques, contrairement à l’imagerie par rayons X pour laquelle une source externe est nécessaire pendant la durée de la génération de l’image.
Faisons un rapide tour des maladies qui peuvent bénéficier de la scintigraphie. La quasi-totalité des organes peuvent être explorés par cette technique, et surtout leur fonctionnement peut être contrôlé sans nécessité d’intervention chirurgicale de type biopsie. C’est une méthode dite non-invasive.
Une des explorations les plus couramment utilisées est probablement la scintigraphie osseuse. Une image du corps entier d’un patient présentant des douleurs osseuses permet d’obtenir des informations sur le fonctionnement osseux. La scintigraphie détectera toute augmentation du métabolisme osseux correspondant à une lésion. Presque tous les cancers solides forment à terme des métastases qui se développent systématiquement sur les os.
La scintigraphie osseuse permet de rechercher de façon efficace ers métastases osseuses.
Le cœur est un autre organe qui bénéficie des avancées de cette technologie. Après tout malaise cardiaque ou dans presque tous les cas de douleur thoracique, donc de suspicion de défaillante cardiaque, le patient est soumis à un contrôle qui très fréquemment nécessite une scintigraphie myocardique. L’outil permet non seule ment de contrôler l’état du muscle cardiaque, mais aussi la façon dont il est irrigué, donc le fonctionnement de la pompe cardiaque. La technique se base sur le suivi des mécanismes biologiques cardiaques et ne s’attarde pas à la forme de l’organe. Les images de scintigraphie myocardique ne présentent en conséquence que peu de ressemblance avec un cœur.
Le rein bénéficie également des propriétés des vecteurs radiomarqués spécifiques. La scintigraphie rénale donne à l’urologue des informations importantes sur les échanges sanguins et l’état fonctionnel de l’organe. Les hypertendus et les diabétiques ainsi que les patients susceptibles de présenter des calculs rénaux subissent des contrôles de routine.
L’imagerie par scintigraphie de la thyroïde est la méthode la plus spécifique qui soit du fait de l’accumulation systématique dans ce tissu de tout iode absorbé. La scintigraphie thyroïdienne est utilisée pour dépister les anomalies de fonctionnement de la glande thyroïdienne (hyper- ou hypo-thyroïdie) ainsi que les tumeurs malignes de cette glande. Les métastases de cancers thyroïdiens accumulent l’iode aussi spécifiquement, permettant ainsi un suivi de l’évolution de la maladie avec les mêmes outils.
Quant au cerveau, les outils disponibles à ce jour permettent surtout de contrôler l’état des vaisseaux d’irrigation et de suivre les maladies telles que l’épilepsie, éventuellement la maladie d’Alzheimer. Les molécules de scintigraphie cérébrale plus spécifique pour, par exemple une détection précoce des maladies de Parkinson ou d’Alzheimer, sont encore à un état de développement précoce. Néanmoins les premiers produits utilisés en neurologie, et plus particulièrement pour le suivi des maladies neurodégénératives entrent sur le marché.
La scintigraphie pulmonaire est une technique plus particulière. Elle nécessite l’utilisation de gaz radioactif inhalé permettant d’obtenir une image de l’ensemble des alvéoles des voies aériennes accessibles. Cette technique est appelée scintigraphie pulmonaire tir ventilation et complète une scintigraphie pulmonaire de perfusion qui permet de voir au niveau du poumon la distribution d’un produit injecté par voie veineuse. En superposant ces deux images mi peut dessiner l’interface de contact entre l’oxygène de l’air et le système sanguin au niveau des poumons. Pour un malade atteint d’une embolie pulmonaire, une image incomplète permet d’identifier les zones qui ne participent plus à cette fonction d’oxygénation.
Enfin, la médecine nucléaire peut apporter de précieux indices dans la détermination de zones infectées ou enflammées si celles-ci louchent des organes internes difficilement accessibles ou des tissus mous. Très peu utilisée en Europe, mais de plus en plus au États-Unis, la technique permet par exemple de confirmer la présence d’une appendicite avant une intervention chirurgicale. Cette aide au diagnostic permet au médecin d’éviter des imbroglios juridiques post-opératoires, s’il s’avère que l’intervention n’avait pas lieu d’être.
Les produits utilisés en scintigraphie
Les radiopharmaceutiques de diagnostic, qui se concentrent dans le i issu à analyser, possèdent des propriétés biologiques, chimiques et radiochimiques particulières. L’expérience acquise au cours des cinquante dernières années a permis de mieux connaître les mécanismes favorisant cette concentration locale, ce qui autorise les chercheurs à développer plus rapidement des molécules plus spécifiques, donc plus efficaces.
L’efficacité diagnostique d’un radiopharmaceutiques est évidemment liée à la spécificité du vecteur, la partie non radioactive de la molécule et à la demi-vie de l’isotope qui lui est rattaché. Ces paramètres ne sont cependant pas suffisants, car si cette molécule radiopharmaceutiques se dégrade avant qu’elle n’ait atteint sa cible ou quitte celle-ci sans interaction, son utilité devient nulle.
Il convient donc de tenir compte d’un autre paramètre appelé demi-vie effective qui prend en compte le temps de contact entre le ligand et sa cible. Plus encore que de connaître le temps d’émission du radio-isotope, il est crucial de pouvoir disposer de données concernant le temps de résidence de la molécule dans la cellule visée, la demi-vie biologique. L’idéal serait bien sûr d’avoir accès à une molécule dont le temps de résidence dans la cellule ou l’organe ciblé est maximum et quasi nul dans toutes les autres parties du corps. Ce n’est bien sûr jamais le cas. A l’exception de l’iode utilisé pour « nager ou traiter la thyroïde et pour lequel l’isotope lui-même est le ligand, c’est bien le vecteur qui joue ce rôle important qui consiste à fixer sélectivement le radiopharmaceutiques à l’organe cible. La combinaison de la période de l’isotope et de la demi-vie biologique définit la demi-vie effective, celle qui permet de savoir l’impact réel d’une molécule sur sa cible.
Le radiopharmaceutiques idéal est défini par un binding élevé (capacité d’une molécule à se fixer à l’intérieur ou en surface d’une cellule, donc sur un récepteur). Pour un couple récepteur ligand défini, ces valeurs de fixation sont connues la plupart du temps. Le radiochimiste aura pour tâche principale de fixer le radio-isotope sur cette molécule en évitant de perturber l’interaction avec le récepteur, donc son efficacité biologique.
Vidéo : L’imagerie par rayonnements gamma
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