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Tomographie à émission de positons



La TEP : un instrument de dépistage précoce des cancers

La Tomographie par émission de positons fournit aux équipes médicales des diagnostics précoces dans le cas d'une maladie ou encore des informations supplémentaires aidant à déterminer si l'état d'un patient relève d'une intervention chirurgicale. En cancérologie, l'examen permet de suivre la réponse du patient à un traitement de radiothérapie ou de chimiothérapie et d'identifier d'éventuelles métastases. Le diagnostic issu d'un examen TEP peut modifier l'attitude thérapeutique et la prise en charge du patient : arrêt d'un traitement inefficace, changements inter-modalités (remplacement d'une chirurgie par de la radiothérapie par exemple) ou changements intra-modalité (modification du traitement médical, du geste chirurgical ou du protocole de radiothérapie).

On utilise comme marqueur radioactif des radioéléments bêta-plus, émetteurs d'électrons positifs ou positons. Après un court parcours, les positrons disparaissent en émettant deux rayons gammas émis dos à dos. La détection simultanée des deux gamma permet de localiser la zone d'émission qui est proche de celle où l'atome s'est fixé. On dresse ainsi une carte de la fixation de ces atomes radioactifs dans les cellules afin de détecter des points chauds.

L'apport des images TEP
La TEP permet de détecter précocement des cancers ou de suivre, comme ici, l'évolution d'un cancer déclaré. Ces trois coupes d'un même patient vues par un scanner (CT) et une caméra TEP montrent ce qu'apporte cette technique d'imagerie nucléaire. Alors que le scanner fournit des images anatomiques précises mais ne détecte pas de lésions, les images TEP indiquent une activité cellulaire anormale dans la région du larynx avec une seconde lésion à proximité de la tumeur principale, soupçonnée lors d'un présent examen. C'est la technique de tomographie qui permet d'obtenir ces trois coupes à partir d'un examen unique.
General Electric/Medical systems (Courtesy of the University of Zurich)

Contrairement aux isotopes utilisés en scintigraphie comme l'iode-131 ou le technétium-99m, les radioéléments émetteurs de positons sont des éléments chimiques légers et abondants dans la matière vivante (oxygène, carbone, azote, etc...) ou des halogènes (fluor-18, brome-76) facilement incorporables à des molécules. Ils permettent de suivre le métabolisme de molécules qui jouent un rôle clé dans le corps humain. Par exemple, l'injection de fluorodésoxyglucose (FDG) marqué au fluor-18, permet l'étude de la consommation tissulaire de glucose. Ce paramètre est essentiel puisqu'il reflète le fonctionnement tissulaire, qu'il s'agisse de neurones, des cellules du muscle cardiaque ou d'un tissu cancéreux (cf. note) .

Une molécule aussi simple que l'eau, marquée à l'oxygène-15, permet de cartographier l'irrigation sanguine du cerveau et l'exploration de ses fonctions. Cette exploration a ouvert de nouvelles perspectives en neurologie ou en psychologie, en linguistique et, plus généralement, dans les sciences cognitives. Malheureusement les isotopes radioactifs bêta-plus n'existent pas à l'état naturel. Il faut les produire.

Caractéristiques des émetteurs de positons
On remarquera les durées de vie ultra courtes des radio-isotopes utilisés en tomographie. Certaines sont si brèves que ces produits doivent être utilisés sur le lieu de production. Seul le fluor-18 peut être transporté. Les photons gamma qui servent à reconstruire l’image sont émis après que le positon produit par le noyau radioactif ait parcouru quelques millimètres. L’image est d’autant plus précise que ce parcours est petit. L’avantage est encore au fluor-18.
IN2P3

Les périodes des émetteurs de positons sont extrêmement courtes : de deux minutes pour l'oxygène-15 à 110 minutes pour le fluor-18. Ces isotopes sont donc à consommer très près de leur lieu de production. Il faut disposer à proximité d'un cyclotron (petit accélérateur) pour en produire et d'un laboratoire de radiochimie pour les extraire.

Parmi toutes les molécules marquées par des émetteurs de positons, le FDG occupe la première place. En plus de ses propriétés biologiques remarquables, sa période « raisonnablement longue » permet la mise en place d'un circuit de livraison entre le site de production et de nombreux hôpitaux. L'indication principale d'un examen TEP au FDG est aujourd'hui l'examen corps entier en oncologie clinique et qui concerne le bilan d'extension du cancer.

Deux photons gamma simultanés et dos à dos
Les positons, émis par un marqueur radioactif bêta-plus, disparaissent après un parcours dans la matière de quelques millimètres lors d'une réaction au cours de laquelle le positon et un électron s'annihilent. L'énergie libérée est emportée par deux photons gamma de 511 000 électronvolts, émis simultanément dos à dos. On reconstruit la ligne de vol des paires de gamma à partir de leur impact dans deux détecteurs opposés . A partir de ces lignes de vol on dresse la carte des point d"émission. La carte de la fixation du marqueur radioactif dans le patient sera d'autant plus proche de celle des points d'émission que le parcours des positons est court. C'est le cas du fluor-18, le marqueur le plus employé.
IN2P3

Fin 2002 on comptait environ 530 caméras TEP aux Etats-Unis, 215 en Europe et seulement 11 en France. Un programme d'équipement des hôpitaux Français, notamment de TEP associés à des scanners, a permis depuis 2003 de combler l'essentiel du retard. En 2009, 77 TEP étaient installés et 28 devaient l'être. En 2016, la France dispose d'un parc moderne de 120 installations TEP. Chaque année environ 300 000 examens TEP à base de fluor-18 sont effectués en France. L'utilisation de ce radio-isotope est en augmentation.

SUITE : TEP (vidéo)

Traduction anglaise