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TEP : principe



Détection simultanée des photons gamma d'annihilation

La tomographie par émission de positons est une technique d'imagerie qui permet de reconstituer la répartition d'émetteurs bêta-plus fixés dans l'organisme. On identifie ces électrons positifs (appelés positons) par le fait, qu'une fois leur énergie perdue (leurs parcours ne dépassent pas quelques millimètres), ils s'annihilent avec un électron pour donner deux photons gamma d'énergie 511 keV émis dos à dos. Les deux gamma atteignent simultanément une paire de détecteurs opposés. Des circuits électroniques reliant ces détecteurs reconnaissent ces photons d'annihilation.

Eléments d'une caméra TEP
La figure montre les éléments constitutifs d'une caméra TEP. Dans cet exemple, on trouve au niveau élémentaire 8 x 8 cristaux de scintillateurs vus par 4 photomultiplicateurs, le tout formant un bloc de détection. 72 de ces blocs sont réunis en un anneau. L'ensemble, formé de 4 anneaux, entoure le lit d'examen où se trouve le patient et peut se déplacer le long de l'axe du lit. Grâce à ces anneaux, des données sont prises simultanément à tous les angles. On obtient ainsi des images dans l'espace sans augmenter l'irradiation. La résolution spatiale, c'est à dire la précision de la reconstruction est environ de 5 mm.
A.Aurengo/ Hôpital Pitié-Salpêtrière (Image Siemens)

Les deux photons sont validés si leur énergie est proche de 511 keV et s'ils sont détectés dans un intervalle de temps très court, une fenêtre temporelle d'environ dix milliardième de seconde. La collimation est « électronique », car elle ne nécessite pas les collimateurs au plomb qui définissent la direction des photons lors d'une scintigraphie avec une gamma-caméra.

Bien que la sélection en énergie et dans le temps des gamma ainsi que la définition de leur direction soient différentes, la restitution de l'image spatiale des traceurs radioactifs s'effectue de la même façon que dans le cas des scintigraphies grâce à un calcul mathématique complexe qui valut à Godfrey Hounsfield et Allan Cormack le Prix Nobel 1979 de Médecine et Physiologie.

Circuit de coïncidence
Les deux rayons gamma, émis dos à dos lors de l'annihilation du positon, sont détectés pratiquement en même temps par les deux scintillateurs qu'ils frappent. Cette coïncidence dans le temps constitue une signature très forte qui les distingue d'autres photons. Des circuits électroniques, dits de « coïncidence » permettent de les sélectionner. Dans l'exemple de la figure, il est demandé que les signaux émis par les scintillateurs A et B touchés coïncident dans le temps à 12 milliardièmes de seconde (nanoseconde) près. La ligne rejoignant les centres des détecteurs A et B constitue une approximation de la ligne de vol réelle des deux gamma.
A.Aurengo/ Hôpital Pitié-Salpêtrière

L'acquisition de données à des angles différents permet la reconstruction d'une série de coupes dites tomographiques., et à partir de ces coupes d'obtenir dans l'espace à trois dimensions la distribution du produit radiopharmaceutique dans le patient.

De nombreux types de caméras TEP sont disponibles. Le cristal scintillateur utilisé peut être l'iodure de sodium NaI(Tl), le germanate de bismuth (BGO), l'orthosilicate de lutécium (LSO) ou encore l'orthosilicate de gadolinium (GSO). Il est même possible d'adapter une gamma-caméra à double tête avec une électronique de détection de coïncidences. Cette technique est appelée Tomographie d'Emission avec Détection de Coïncidences (TEDC).

Les caméras « dédiées » aux seuls examens utilisant des émetteurs de positons possèdent une géométrie de détection en anneaux. Les examens réalisés à l'aide des caméras dédiées sont beaucoup plus rapides et ont une meilleure résolution spatiale que les examens réalisés à l'aide de caméras TEDC.

Enfin, un scanner est ajouté aux caméras TEP les plus récentes (caméras TEP/TDM). Ces appareils hybrides permettent de fusionner les images anatomiques issues du scanner et les images fonctionnelles réalisées à l'aide du module TEP. Ce sont les TEP-Scan.

Traduction anglaise