Imagerie médicale - 4 - Le pet-scan PDF

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Description

La tomographie à émission de positons : Principe général : La tomographie à émission de positons ou pet-scan permet de corriger le principal défaut restant de la scintigraphie : la superposition lors de la création d’image en deux dimensions. En effet, lors du pet-scan nous allons créer des images en coupes que l’on va additionner à l’aide d’algorithmes mathématiques pour recréer une image en trois dimensions, tomographie signifie d’ailleurs l’utilisation d’images de coupe. Pour ce faire, on fait tourner la gamma caméra autour du patient, on fait donc de la tomoscintigraphie. L’émission de positions quant à elle vient des émetteurs β+ que l’on va devoir fabriquer dans des cyclotrons. La désintégration β+ produit un neutron et un positon issus de la dégradation d’un proton ; ce positon sera émis avec une certaine énergie cinétique qui le fera quitter l’atome dont il est issu, il va ensuite interagir avec les constituants de la matière auprès desquels il va perdre son énergie cinétique peu à peu jusqu'à ce qu’il soit capable d’interagir avec un électron des atomes de la matière. Lorsque l’électron et le positon interagiront, ils s’annihileront en produisant deux photons gamma. Ces deux photons gamma sont produits à 180° l’un de l’autre avec une énergie h . f qui est égale à 511 keV et -511 keV selon le photon émis. Ces valeurs s’expliquent par le principe de conservation de la quantité de mouvement : le positon n’a plus d’énergie car sa vitesse est nulle, l’énergie de l’électron est aussi nulle, car ce dernier est immobile, les valeurs vectorielles des photons gamma doivent donc être opposées. Même si elle ne nous concerne pas, il est bon de savoir que la réaction inverse peut se produire : deux photons gamma très énergétiques peuvent interagir pour former un positon et un électron.

Dans les méthodes d’imagerie nucléaire, nous étudions les noyaux des atomes, souvent radioactifs, et leur disposition dans des organes que l’on suppose lésés. Or, dans le cas de la tomographie à émission de position, ce n’est pas les noyaux que nous détectons mais les photons gamma émis par le positon qui a quitté le noyau et qui rencontre un électron à un point d’annihilation. Ce point d’annihilation est d’autant plus écarté que l’énergie cinétique est grande, nous allons donc essayer d’utiliser des positions qui ont une faible énergie cinétique afin de se rapprocher au maximum de la position du noyau. Encore plus que lors de la scintigraphie, le choix des émetteurs est important. Le détecteur utilisé pour la tomographie à émission de positon est simplement composé d’une couronne de détecteurs de photons gamma accolés et d’un photomultiplicateur ; lorsque le détecteur détectera en coïncidence deux photons gamma à 180° l’un de l’autre, il permettra de localiser le point d’annihilation et donc le noyau avec plus ou moins de précision. Lors de l’examen, des milliers de photons seront détectés, et l’image sera reconstituée selon le nombre de photon reçu par zone, pour faire apparaitre des zones claires et sombres, due à une superposition plus ou moins forte du nombre de photon reçus. L’organe observé n’est pas forcément au centre de la couronne de détection, le trajet parcouru par chacun des photons gamma n’est donc pas forcément égal, cependant on peut négliger ce paramètre, vu la vitesse des photons. Malgré ces légères imprécisions, le pouvoir de résolution de la tomographie à émission de positons est plutôt bonne et dépend principalement de la taille de la couronne de détection pour des raisons expliquées précédemment. Le pet-scan donne surtout l’avantage d’observer l’organe en trois dimensions lorsqu’il est en fonctionnement. Son principal défaut cependant est le danger venant des photons gamma émis qui, lorsqu’ils s’égarent dans la matière, peuvent endommager les tissus du patient.

Les erreurs de détection du pet-scan : Un premier artefact possible est le fait que la zone d’annihilation ne corresponde pas à la position réelle du noyau mais à un point imaginaire causé par l’effet Compton, un effet « billard » d’un des deux photons qui, s’ils touchent bien le détecteur en même temps que son partenaire, n’est pas à 180° de ce dernier. Le détecteur trace alors une mauvaise ligne de réponse. Un deuxième artefact est la semiproduction de deux paires de photons gamma simultanément : pour chaque paire de photons émis, un photon gamma sera absorbé dans la matière ; les deux photons gamma restant toucheront le détecteur comme si ils provenaient d’un même point d’annihilation à cause de l’émission simultanée alors qu’ils ne le sont pas. Le détecteur tracera alors une mauvaise ligne de réponse et détectera des noyaux là où ils ne devraient pas être. Ces artefacts causent le « bruit » de l’image, car ils placent des photons là où ils ne devraient pas être. Les effets sont cependant minimes et le manque de résolution de la tomographie à émission de positon est surtout dû la distance qui sépare les points d’annihilation du noyau. Les phénomènes d’absorption et de diffusion qui se produisent dans les tissus du patient et qui causent les artefacts cités précédemment peuvent aussi se produire dans le cristal scintillant (comme dans tout autre milieu matériel). Longueur d’onde et énergie : La longueur des ondes émises est identique à la scintigraphie, soit comprise entre 10-4 et 10-1 nm tandis que l’énergie est de 500 keV....