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MB3 – Biophysique Rayonnement Imagerie – Tomographie par émission de po sit–oM nsariano Année Universitaire 2007-2008TOMOGRAPHIE PAR EMISSION DE POSITONSRemarque : ce cours est un complément du poly Introduction : La TEP est une technique de médecine nucléaire réce :n tetechnique de diagnostic, de lutte et de suivi du cancer.DéfinitionsMarqueurs : atomes radioactifs émetteurs gamma ou béta + accrochés à une molécule biologique active ( vecteur),l’ensemble va aller se fixer sur la zone que l’on veut visualiser. On fabrique alors une image en mesurant laradioactivité.Traceur : Vecteur + MarqueurScintigraphie : distribution 2D ou 3D du traceur.- Les marqueurs en TEPUtilisation médicale des isotopes :- Emetteurs de photons uniques gamma : Ce sont des résidus de produits de fission par réaction nucléaire. Ce sont de gros atomes, il sera donc difficile demarquer les petits atomes. 1- Emetteurs de positons béta +Un atome (Fluor) possède un excès de pro :to nusn proton se transforme en neutron, puis émission d’un positon.Celui ci rencontre un électron, avec phénomène d’annihilation, et émission de deux photons gamma à 180°.Historique : Cf polyTraceurs principaux en EMPUtilisés en médecine nucléaire.Cf tableauLes marqueurs sont de gros atomes et les vecteurs sont des molécules complexes, crées de manière a rtificielle,possédant une période relativement longue donc facile à utiliser.Il existe cependant un inconvéni e:n tseules les grosses ...
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Faculté de Médecine Montpellier-Nîmes
Novembre 2007
Sources Étudiantes
MB3 – Biophysique Rayonnement Imagerie – Tomographie par émission de positons – Mariano
Année Universitaire 2007-2008
TOMOGRAPHIE PAR EMISSION DE POSITONS
Remarque : ce cours est un complément du poly
Introduction :
La TEP est une technique de médecine nucléaire récente : technique de diagnostic, de lutte et de suivi du cancer.
Définitions
Marqueurs
: atomes radioactifs émetteurs gamma ou béta + accrochés à une molécule biologique active (vecteur),
l’ensemble va aller se fixer sur la zone que l’on veut visualiser. On fabrique alors une image en mesurant la
radioactivité.
Traceur
: Vecteur + Marqueur
Scintigraphie
: distribution 2D ou 3D du traceur.
-
Les marqueurs en TEP
Utilisation médicale des isotopes :
- Emetteurs de photons uniques gamma :
Ce sont des résidus de produits de fission par réaction nucléaire. Ce sont de gros atomes, il sera donc difficile de
marquer les petits atomes.
1-
Emetteurs de positons béta +
Un atome (Fluor) possède un excès de protons : un proton se transforme en neutron, puis émission d’un positon.
Celui ci rencontre un électron, avec phénomène d’annihilation, et émission de deux photons gamma à 180°.
Historique
: Cf poly
Traceurs principaux en EMP
Utilisés en médecine nucléaire.
Cf tableau
Les marqueurs sont de gros atomes et les vecteurs sont des molécules complexes, crées de manière artificielle,
possédant une période relativement longue donc facile à utiliser.
Il existe cependant un inconvénient : seules les grosses molécules peuvent être marquées.
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Traceurs principaux en TEP
Les marqueurs utilisés permettent de « marquer » les atomes de base de la biochimie (O, C, N)
Leur période est courte, la production étant faite au sein de l’hôpital, le patient se doit d’être à l’heure.
Production d’isotopes Béta + : le cyclotron
Principe :
On fait entrer un proton dans un noyau d’un atome stable, suivi de l’émission d’un neutron. Il faut pour cela donner au
proton une forte énergie cinétique, d’où la nécessité d’un mini accélérateur de particules : le cyclotron.
L’ion H- est placé dans un champ magnétique : il décrit une trajectoire spiralée et subit de grandes accélérations par
une différence importante de potentiel. Il se charge alors en énergie cinétique et atteint une énergie de 10 MeV,
énergie suffisante pour pénétrer le noyau. L’ion H- finit par traverser une plaque de carbone qui lui retire 2 électrons
(on dit qu’il est « épluché »), et constitue alors un proton.
Puis on envoie un proton sur l’eau lourde --> Formation d’un fluor radioactif et d’un neutron.
Nature du signal en TEP
Après le freinage sur 2 à 3mm (causé par un électron), l’énergie cinétique du positon est quasi nulle. Il s’effectue alors
la réaction d’annihilation avec émission de deux photons gamma de même énergie, émis à 180° l’un de l’autre.
Remarque : il existe une limitation en résolution qui correspond à la distance de freinage (3mm).
-
Formation de l’image
a) Détecteur de photons gamma (Anger)
Anger est composé de :
_
d’un cristal de scintillation
qui transforme un photon gamma d’une forte énergie e plusieurs photons moins
énergétiques. Cela se fait par effet Compton (ionisations d’électrons et émission e photons de fluorescence (UV)) et
par effet photoélectrique. L’énergie de tous les photons de fluorescence additionnés correspond a l’énergie du photon
de départ.
_
d’un photomultiplicateur
qui permet la création d’un courant électrique proportionnel a l’énergie du photon de
départ. On obtient une suite de pics (cf poly) et chaque pic correspond à un photon gamma détecté.
La sélection de photons est appelée spectrométrie (un pic d’intensité plus faible peu correspondre à un proton
diffusé).
Pour calculer la localisation :
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b) Tomographie en coïncidence 2D
On ne s’intéresse qu’à une coupe : les photons qui ne sont pas dans le plan de la coupe sont arrêtés par le
collimateur (il y a donc diminution du rapport signal bruit).
Projection (p)= a1+a2+…+an
c) Tomographie en coïncidence 3D
On supprime le collimateur : on intègre les projections obliques.
Ceci permet la reconstitution d’un volume 3D.
d) Détection en coïncidence
Si deux évènements ont été captés par deux détecteurs en même temps (inférieur à quelques ns), on dit qu’ils sont en
coïncidence. On appelle ligne de réponse la ligne qui relie une paire de détecteurs.
Artéfacts
1) Coïncidences fortuites
La fenêtre repère une désintégration au lieu de 2 (et dans chaque désintégration, un photon se fait absorber par
l’organisme).
Comment supprimer cet artéfact ?
2 possibilités :
-
l’estimation
2- la mesure
L’estimation :
on soustrait le faux signal évalué en dehors du patient (LOR)
La mesure :
grâce à une fenêtre temporelle décalée, on supprime les coïncidences dues au hasard.
Remarque
: les coïncidences fortuites sont parfaitement corrigées.
2) Les atténuations photo électriques
On ne détecte qu’un seul photon gamma sur les deux : l’un est absorbé car il doit traverser une épaisseur plus
importante de l’organisme. Il y a donc une sous estimation des signaux.
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3) Les atténuations Compton
Ces atténuations sont responsables de 50% de la détection. Il y a sous estimation de la vraie projection et sur
estimation de la projection diffusée (artéfact).
Pour minimiser cet effet, il est nécessaire d’évaluer les coefficients d’atténuation, et donc d’évaluer les densités. On
utilise pour cela un scanner X qui permet de caractériser les tissus traversés. Tous les TEP sont ainsi équipés d’un
scanner X : TEP-TDM ou TEP-Scan.
Comment corriger ces deux atténuations ?
Cf poly
-
Reconstruction tomographique
Reconstruction en TEP
•
Reconstruction 2D de données 2D
Cf poly
•
Réarrangement 2D de données 3D
On somme des projections discrètement obliques à une projection transverse, ce qui permet une diminution des
bruits.
•
Reconstruction 3D de données 3D
-
Traitement de l’image (cf. poly)
Rendu de surface
On sélectionne dans chaque direction le signal le plus intense
Visualisation multimodale
On associe au TEP un scanner pour diminuer les artéfacts et localiser les différents organes.
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V- Imagerie du glucose
Le vecteur : 18FDG
La captation cellulaire de cette molécule est identique à celle du glucose.
Rappel sur le métabolisme cellulaire du glucose
Des récepteurs membranaires captent le glucose. S’ensuit une chaîne de réactions biochimiques : la glycolyse. Ceci
permet au final, en condition d’aérobiose, et dans la mitochondrie, la production d’ATP.
La glycolyse utilise 3 types d’enzymes :
-
l’hexo/gluco kinase
o
PFK (qui subit un effet Pasteur, c’est à dire un rétrocontrôle négatif par l’ATP)
-
la pyruvate kinase
Dans une
cellule normale
, il existe parallèlement la voie des pentoses qui rejoint la glycolyse.
Dans la
plupart des cancers
, la cellule exprime des facteurs de croissance et des oncogènes (protéines) qui
augmentent le nombre de récepteurs membranaires, donc la capacité de pompage du glucose.
De plus l’intensité du fonctionnement des enzymes est modifiée : l’activité de l’hexokinase augmente, l’effet Pasteur
est inhibé, et la pyruvate kinase « bloquée » (son action n’augmente pas en proportion des deux autres). On a donc
une accumulation de G6P et de glycéraldéhyde 3P. Ces deux molécules partent vers la voie des pentoses, entraînant
une formation très importante de ribose et donc d’ADN (au lieu d’ATP).
Métabolisme du FDG
Cf poly
Difficultés
FP= Faux positif
FN= Faux négatif
Pour la suite, nous vous renvoyons au polycopié, car il n’y a pas plus de détails.
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