FAQ Frequently Asked Questions

Tomographie par Emission de Positons
QUESTIONS - REPONSES

Version 1.4 - Dernière mise à jour : 21.01.2002

Ce document composé de 44 paragraphes tentera de répondre à la majorité des questions. Celui-ci est principalement destiné au grand public, mais il est probable que le personnel médical puisse également trouver réponses à ses interrogations.

Le document s'articule en trois parties :

01 à 14 : Principes de la Tomographie par Emission de Positons.
15 à 30 : La TEP au 18 FDG en Cancérologie : applications, indications et résultats.
31 à 43 : L'examen 18 FDG proprement dit.

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Au sein des réponses apportées, vous trouverez également différents liens du type < en savoir plus > ceux-ci vous renverront sur d'autres pages du site abordant plus en détail les topiques abordés. Le site PETSCANonline.com étant encore en phase de développement, il se peut que certains liens ne soient pas actifs, veuillez-nous en excuser.

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Sommaire :

1. Qu'est ce que la Tomographie par Emission de Positons ?
2. A quoi ressemble un PETSCAN ?
3. Quelle est la différence entre TEP et PETSCAN ?
4. Quelle est la différence entre Imagerie Fonctionnelle et Imagerie Anatomique ?
5. Les grands principes (l'exemple du PET réalisé au 18 FDG)
6. FDG-PET : synoptique.
7. Comment le PETSCAN détecte-t-il le Fluor ?
8. Les émetteurs de positons utilisés en PET
9. Quelles sont les grandes applications cliniques du PET ?
10. Quels sont les différents traceurs utilisés en PET ?
11. Qu'est ce que le 18 FDG ?
12. Comment le 18 FDG permet-il la détection du cancer ?
13. Quelle est la différence entre PETSCAN et CDET ?
14. Qu'est ce que la correction d'atténuation ?
15. Aspect d'un examen 18FDG-PET normal.
16. Le 18 FDG-PET est-il utile dans le dépistage des tumeurs (screening) ?
17. Quels types de tumeurs le 18FDG-PET peut-il déceler ?
18. Indications du 18 FDG-PET en Oncologie.
19. PET clinique : Le 18FDG-PET dans la caractérisation de masse tumorale.
    (différenciation entre tumeurs malignes et tumeurs bénignes).
20. PET clinique : Le 18FDG-PET dans l'identification des sites primitifs. (néoplasie de primitif inconnu, élévation de marqueur tumoraux isolés, ganglions néoplasiques isolés).
21. PET clinique : Le 18FDG-PET dans l'aide à la localisation des sites de biopsie.
22. PET clinique : Le 18FDG-PET afin de préciser l'envahissement local d'une tumeur.
23. PET clinique : Le 18FDG-PET dans le diagnostic de l'extension loco-régionale d'une tumeur (bilan d'extension local).
24. PET clinique : Le 18FDG-PET dans le diagnostic des métastases à distance (bilan d'extension à distance)
25. PET clinique : Le 18FDG-PET dans le diagnostic de récidive / récurences tumorales.
26. PET clinique : Comment le 18FDG-PET permet-il de modifier la thérapeutique ?
27. PET clinique : Le 18FDG-PET dans le suivi thérapeutique (évaluation de la réponse au traitement, rémission complète ou partielle / rechute).
28. PET clinique : Le 18FDG-PET dans la précision du grade de malignité tumorale (principalement dans les tumeurs cérébrales).
29. Quelles sont les causes de Faux Positifs ?
30. Quelles sont les causes de Faux Négatifs ?
31. Existe-t-il des contre-indications à l'examen ?
32. Existe-t-il des effets secondaires à l'examen ?
33. Quelles sont les précautions à prendre avant l'examen ?
34. Quels traitement médicamenteux faut-il interrompre ou modifier avant et après examen ?
35. Quelles sont les précautions à prendre après l'examen ?
36. Réalisation pratique de l'examen.
37. Combien de temps dure l'examen ?
38. Quelles sont les activités (doses radioactives) injectées au patient ?
39. Le 18 FDG-PET peut-il être réalisé chez l'enfant ?
40. Notions financières. Rapport cout-efficacité.
41. La Tomographie par Emission de Positons existe-elle en France ?
42. Le 18 FDG-PET est-il remboursé en France ?
43. Quelle est la situation à l'étranger ?
44. Conclusion.

Signer notre recueil de signatures sur le sous équipement Français en matière de PETSCAN.

1. Qu'est ce que la Tomographie par Emission de Positons ?

La Tomographie par Emission de Positons (TEP) est une technique d'imagerie médicale fonctionnelle, également appelée métabolique par opposition aux techniques d'imagerie médicale conventionnelle, dites anatomiques (Radiologie, Scanner, Imagerie par Résonance Magnétique). Elle est fondée sur l'administration d'une substance radioactive émettrice de photons gamma, dont on suit la distribution dans l'organisme avec un détecteur approprié : le PETSCAN.

La TEP fait ainsi partie au même titre que la scintigraphie des examens dits de Médecine Nucléaire (ou Radio-Isotopes), car elle utilise d'infimes quantités de produit radioactif lors de sa réalisation.

2. A quoi ressemble un Petscan ?

Un Petscan ressemble à un scanner traditionnel. Il s'agit d'un appareil au travers duquel se déplace un lit mobile, ainsi seule une partie du corps se trouve dans la machine à un instant donné. L'espace réservé au patient est donc ainsi réduit, mais le sentiment de claustrophobie ressenti par certains lors de l'examen est relativement rare et beaucoup moins fréquent qu'en IRM. Par ailleurs, l'examen est totalement silencieux. Voir également : réalisation de l'examen. [Q.36]

3. Quelle est la différence entre TEP et PETSCAN ?

Il n'existe aucune différence entre TEP et PET, la plupart des pays européens utilisent l'abréviation PET pour Positron Emission Tomography, ou PETSCAN. Dans les pays francophones, l'abréviation utilisée est TEP, pour Tomographie par Emission de Positons. L'appellation plus ancienne était PETT pour Positron Emission Tomography Transverse. En savoir plus : Historique du PETSCAN

Les examens sont donc classiquement réalisés sur des caméras PET dites "dédiées". Il est cependant techniquement possible de réaliser l'examen sur un autre type de caméra, dite CDET, C-DET ou TEDC.., celles-ci faisant appel à une gamma-caméra traditionnelle équipée d'un système de détection en coïncidence. [Q.13] - En savoir plus sur la distinction CDET / PET

4. Quelle est la différence entre Imagerie Fonctionnelle et Imagerie Anatomique ?

L'imagerie médicale conventionnelle, également appelée anatomique ou structurale le plus souvent utilisée en médecine regroupe la radiologie traditionnelle dite radiologie X, le scanner ou Tomodensitométrie X (TDM), l'Echographie, et l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM). Ces techniques permettent d'obtenir des informations sur la STRUCTURE des organes, leur forme, leurs limites, et dans certains cas leur contenu (structures osseuses, calculs vesicaux)

A l'opposé, les techniques d'imagerie fonctionnelle s'intéresseront à la FONCTION des organes, des tissus ou des cellules, c'est-à-dire à leur METABOLISME. Les techniques d'imagerie fonctionnelle sont la scintigraphie, le PETSCAN, et certaines études d'IRM, dite IRM fonctionnelle.

Les techniques d'imagerie anatomique :

La radiologie standard, dite X, utilise pour se faire les rayons X. Lors de la prise de la radiographie, le patient est placé entre une source de rayons X et un film radiographique. Pendant un temps extrêmement bref, un faisceau de rayons X est envoyé sur une zone du patient (ex: thorax), ce faisceau interagira avec les différentes structures traversées, puis les rayons X iront imprégner une plaque photographique placée derrière le patient. A titre d' exemple, les rayons X qui au cours de leur parcours ne rencontreront que de l'air, ou des tissus de densité faible (densité électronique) seront peu arrêtés dans l'organisme et iront fortement imprégner le film radiologique (zone noire sur le film ou hyper clarté, c'est le cas par exemple des poumons).

A l'opposé, lorsque les rayons X traverseront des structures de haute densité, telles que les os, ils seront en grande partie arrêtés, et peu d'entre eux atteindront le film radiologique (partie blanche sur la radiographie, ou opacité). Entre ces deux extrêmes, les rayons rencontrant des structures de densité intermédiaire comme le cœur, des muscles, etc.. seront partiellement arrêtés dans l'organisme, et formeront sur le film toute une variété de contrastes. En savoir plus.

Ainsi, la radiologie X, reflétera la densité, dite densité électronique des tissus examinés, donc leur structure, os, air, eau etc. , mais en aucun cas la fonction de l'organe examiné.

La Tomodensitométrie X, plus connue sous le nom de Scanner, suit exactement le même principe que la radiologie X. Elle utilise également des rayons X, dont la source ne sera plus fixe, mais tournera autour du patient, ce que fera le récepteur (l'équivalent du film radiographique) conjointement. Le principe physique utilisé est donc le même, mais le simple fait que le système puisse tourner autour du patient fournira alors des coupes transverses de l'organisme. D' autres systèmes d'imagerie utilisent ce principe d'atténuation de rayons X dans l'organisme: mammographie, urographie intra veineuse, coronarographie etc. En savoir plus. "D'une manière simplifiée, les images radiologiques standards et scanner X sont des cartographies de la distribution anatomique de l'atténuation des rayons X par les organes. "

L' Echographie, n'utilise pas de rayons X, mais se sert des propriétés des ultrasons. Lors de l'examen, le médecin déplace une sonde sur la peau du patient, cette sonde émet un faisceau d'ultrasons. Le faisceau d'ultrasons émis traversera l'organisme dans la direction imposée par la sonde, et interagira avec les structures anatomiques rencontrées sur son chemin. En fonction de la nature des tissus, les ultrasons les traverseront simplement, seront absorbés, ou réfléchis vers la sonde elle-même (phénomène d'écho), les caractéristiques de ces ultrasons renvoyés vers la sonde seront ainsi modifiées. La réception et l'analyse des modifications du faisceau d'ultrasons seront à l'origine de la formation de l'image. En savoir plus. "D'une manière simplifiée, les images échographiques sont des cartographies de la distribution anatomique du collagène (surtout) et de l'élastine dans les organes. "

L'Imagerie par Résonance Magnétique, IRM, également nommée RMN (Résonance Magnétique Nucléaire) utilise un principe physique totalement différent, qui n'a rien à voir avec la radioactivité. Lors de l'examen par IRM, le patient est placé à l'intérieur d'un tunnel, où règne un champ magnétique très intense (champ magnétique de même nature que celui qui oriente l'aiguille indiquant le Nord d'une boussole, à la différence près que l'intensité de ce champ magnétique est environ 10000 à 15000 fois plus intense). Une fois placé, dans ce champ magnétique, l'ensemble des atomes d'hydrogène (principalement ceux des molécules d'eau H2O qui composent notre organisme se comporteront comme des milliards de boussoles, et s'orienteront toutes dans le même sens sous l'influence de cet intense champ magnétique.

Durant de très brefs intervalles, la machine enverra différents signaux (dits signaux de radio fréquence) afin de perturber l'orientation de ces atomes. Ces milliards d'atomes "perturbés" reviendront à leur "position d'origine" dès que possible. En revenant à leur état initial, ces atomes, en fonction de leur propriété, de leur voisinage émettront à leur tour certains signaux électromagnétiques, ce seront ces derniers qui seront à l'origine des images générées par l'IRM. En d'autres termes, et d'une manière un peu simpliste, l'IRM est en mesure de fournir des images en fonction de la densité des tissus en atomes d'hydrogène (densité protonique). En savoir plus.

" D'une manière simplifiée, les images IRM sont des cartographies de la distribution anatomique de l'eau et de la graisse dans les organes "

Dans ces quatre cas de figure, les images obtenues fourniront des renseignements anatomiques, sur la taille et le volume des organes, sur leur rapport avec les organes de voisinage, sur leur parenchyme (tissus qui les composent), mais en aucun cas sur leur fonction. Il sera ainsi possible de dire que le poumon présente une masse de 2 cm, plus ou moins opaque (arrêtant les rayons X , par exemple), que cette masse occupe telle zone du poumon, qu'elle est de forme régulière ou irrégulière, qu'elle a tendance à envahir ou à refouler certains organes de voisinage, par exemple la trachée, etc.

Les critères utilisés pour appréhender le caractère bénin ou malin de cette masse, seront le plus souvent indirects (image inhabituelle, augmentation de taille entre deux radiographies ou scanners consécutifs, masse de forme irrégulière, refoulant certaines autres structures...). Si dans certains cas le faisceau d'arguments (l'ensemble des critères radiologiques) associé aux autres paramètres cliniques (examen clinique, examens biologiques...) oriente fortement vers le caractère malin d'une lésion, dans de nombreux cas, l'imagerie anatomique a bien du mal à conclure et le diagnostic de certitude ne se fera que par le prélèvement histologique (chirurgie, laparoscopie, endoscopie et biopsie) au niveau de la masse et lors de son examen au microscope.


Les techniques d'imagerie fonctionnelle :

A l'opposé, l'imagerie fonctionnelle ne s'intéresse guère à la structure des organes, mais à leur fonctionnement, même si elle est en mesure d'apporter certaines informations sur leur anatomie. Les grands types d'imageries fonctionnelles sont : la scintigraphie, la tomoscintigraphie, l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et la Tomographie par Emission de Positons. Les trois premières sont du domaine de la clinique et réalisées par les Médecins Nucléaires, l'IRMf est encore le plus souvent du domaine de la recherche des sciences cognitives et neurosciences.

Dans le cas de la scintigraphie osseuse, l'image réalisée grâce à la détection des rayons gamma émis par l'isotope est dite planaire car réalisée dans un seul plan. (vues antérieure, postérieure et parfois images de profil.)

Lors d'autres examens de médecine nucléaire, il pourra être réalisé une image en 3 dimensions en faisant tourner le ou les détecteurs de la gamma caméra autour du patient : c'est le cas des tomoscintigraphies myocardiques, cérébrales ou encore de la colonne vertébrale.

L'IRMf. : IRM fonctionnelle L' IRM fonctionnelle repose sur les mêmes principes physiques que l'IRM anatomique (cf. plus haut). Cependant en modifiant certains paramètres d'acquisition des images, il est possible de réaliser une image reflétant "les variations de l'apport sanguin". Ces variations de débit sanguin dans le cerveau étant reliées à l'activité des neurones, il sera possible de "voir" les neurones fonctionner. En demandant au sujet de réaliser certaines tâches cognitives durant l'examen (ex : paradigmes de calcul mental, regard, audition...) les images IRMf obtenues permettront de préciser quelle zone du cerveau fonctionne dans telle ou telle circonstance. Le domaine de l'IRMf s'intéresse exclusivement au cerveau, et reste du domaine de la recherche en neurologie, en neuro-psychologie et en neuro-psychiatrie. En savoir plus. " d'une manière simplifiée, les images IRMf sont cartographies de la distribution anatomique des variations du débit sanguin (augmentation ou diminution) au niveau de certaines régions cérébrales, chez un sujet que l'on soumet à une tâche sensitive ou motrice mettant en jeu les populations neuronales de ces régions . Elles sont donc réservées actuellement à l'exploration cérébrale "

La TEP ou Tomographie par Emission de Positons. La TEP ou PETSCAN, tout comme la scintigraphie, repose sur l'injection d'un traceur, le plus souvent du 18 Fluoro Deoxy Glucose ou 18 FDG. La distribution de ce traceur dans l'organisme sera détectée grâce à un scanner particulier : le PETSCAN.

En médecine nucléaire traditionnelle (SPECT*), les isotopes utilisés (thallium, technétium) sont de demi-vie relativement longue (quelques heures ou jours), hors les schémas de désintégration des isotopes sont souvent complexes, c'est-à-dire qu'ils émettent un rayonnement principal (dont on se sert pour leur détection) mais également d'autres rayonnements qui viennent le plus souvent dégrader la qualité de l'image scintigraphique. Enfin le principe de détection de la radioactivité repose sur la détection de l'émission d' UNE particule (photon) : la détection est dite mono-photonique.

En PET, les isotopes utilisés sont de demi-vie très brève (de quelques minutes à quelques heures), leur schéma de désintégration est simple : lors de leur désintégration radioactive, ils émettront un positon** (l'anti particule de l'électron). Ce positon après un parcours très bref dans la matière (1 à 3 millimètres) rencontrera sa particule soeur l'électron. De cette rencontre matière-antimatière, résultera une réaction d'annihilation, les deux particules disparaîtront en donnant naissance à deux photons. Ces deux photons seront émis en direction diamétralement opposée (180°) et emporteront avec eux une énergie constante ( 511KeV ) Cf. ci-dessous.

Le PETSCAN ne détectera ainsi pas directement le positon, mais les deux photons émis lors de son annihilation. Le principe du petscan repose sur la détection simultanée (détection en coïncidence) de ces DEUX photons.

Ce phénomène d'annihilation se répétera plusieurs milliers de fois par seconde : le PETSCAN en enregistrant simultanément ces deux photons tentera de connaître l'origine et le lieu de cette désintégration. Une fois les informations recueillies par l'ensemble des détecteurs, l'ordinateur sera en mesure de reconstruire une série de coupes anatomiques du corps (tomographie), faisant apparaître sous différents contrastes les lieux où a été détecté le maximum d'annihilations. En savoir plus

* SPECT : Single Photon Emission Computerized Tomography

**Les anglo-saxons utilisent le terme de "Positron"

5. Les grands principes du PET (exemple du 18FDG-PET)

La réalisation d'un PETSCAN nécessite l'injection d'un traceur, nous prendrons ici pour exemple le traceur le plus utilisé : le 18 FDG, 18 fluoro-déoxy-glucose. L'examen réalisé au 18 FDG est souvent appelé TEP au 18 FDG ou 18FDG-PET ou encore Scintigraphie au 18FDG.

5.1 Synthèse de l'isotope émetteur de positon. La synthèse de l'isotope -fluor 18- est réalisée grâce à un cyclotron médical. Sa production est réalisée en bombardant de l'oxygène avec des protons, ceci afin d'enrichir le noyau de l'atome de fluor en protons. Cet enrichissement du noyau rendra l'atome instable. Afin de revenir à son état normal, le fluor dans notre exemple émettra un positon. En savoir plus...

5.2. Synthèse du traceur. Une fois réalisée la synthèse du fluor 18, celui-ci est incorporé dans une molécule de glucose. L'atome de fluor de par sa petite taille et ses propriétés physiques, viendra remplacer un groupement OH (groupement hydroxyle) sur la molécule de glucose formant ainsi le 18 F fluoro-déoxy-glucose (18 FDG). En savoir plus... Les centres PET ne disposant pas de cyclotron, recevront leur 18FDG d'un site de fabrication distant. Compte tenu de la courte demi-vie du Fluor (109 minutes), il est impératif que la distance séparant le site de production du centre PET n'excède pas 2 heures de transport. [Q. 8]

5.3. Contrôle de qualité du traceur.

Avant toute injection à l'homme, le 18FDG doit satisfaire à certaines conditions réglementaires. En savoir plus...
Ce contrôle de qualité doit s'assurer de :

• la pureté chimique (détection d'autres composés chimiques actifs, mesure du pH…)
• la pureté radio-chimique (détection de composés chimiques secondaires également marqués par l'isotope)
• la pureté radio-isotopique (détection d'autres isotopes)
• la pureté micro-biologique (le soluté doit être stérile, détection de contaminations bactériennes…)
• la pyrogénicité (le soluté ne doit pas contenir d'agent pyrogène, "succeptible d'engendrer la fièvre")
  

5.4. Injection.

Le 18FDG est ensuite rapidement injecté au patient, le plus souvent dans une veine du bras, comme une simple perfusion intraveineuse. Afin de permettre au FDG de se répartir correctement dans l'organisme, il est demandé au patient de rester allongé, au repos strict, durant 45 minutes. Cette période de repos absolu est essentielle. [Q.36] Réalisation de l'examen.

5.5. L'examen proprement dit

Le patient est placé sur la table d'examen, bras le long du corps. Cette table se déplacera progressivement à l'intérieur du Petscan afin de réaliser l'acquisition des images. Dans certaines indications, Cancer du sein par exemple, il sera réalisé une acquisition supplémentaire (bras positionnés au dessus de la tête afin de dégager les creux axillaires).

La durée de l'examen peut ainsi varier de 45 minutes à 1heure 30 en fonction du type de caméra utilisée et du protocole suivi. [Q.37]

6. Synoptique : l'examen PET de A à Z

1. Synthèse de l' isotope
		Le fluor 18 est synthétisé grâce au bombardement de protons (H+) sur une cible (oxygène 18): En savoir plus...
2. Synthèse du 18 FDG Incorporation du Fluor 18 dans une molécule de Glucose, formant ainsi le 18-FDG : 18F Fluoro-déoxy-glucose. En savoir plus...		3. Vérification des qualités du 18 FDG Puretés chimique, radio-chimique, radio-isotopique, micro-biologique et apyrogénicité. En savoir plus...
4.Injection Injection intraveineuse du 18 FDG au sujet, suivi d'un repos strict de 45 minutes avant l'examen. En savoir plus...
5.Examen PET 45 min. à 1 heure En savoir plus...		6.Résultats et Compte rendu. En savoir plus...

7. Comment le PETSCAN détecte t-il le Fluor ?

L'atome de Fluor F18 va émettre un positon, celui s'échappera du noyau et après un parcours très bref de quelques millimètres dans la matière, rencontrera un électron appartenant à un autre atome. Le positon est la particule sœur de l'électron, sa charge électrique est identique à celle de l'électron, mais celle-ci est positive. En savoir plus...
	Cette rencontre électron - positon ( matière - antimatière) entraînera la disparition des deux particules au cours de la " réaction d'annihilation ". Fidèle au vieil adage, " rien ne se perd tout se transforme ", cette réaction d'annihilation provoquera l'émission de deux photons, émis dans des directions diamétralement opposées. Enfin selon une équation célèbre E=mc² , ces deux photons (photons gamma) emporteront avec eux une énergie de 511 KeV. KeV ( Kili-électron-volt = unité d'énergie) En savoir plus...
Cette cascade d'événements: émission du positon, annihilation et émission des deux photons se répétera plusieurs milliers de fois par seconde au cours de l 'examen. Les détecteurs du Petscan sont disposés en couronne, réalisant un véritable "anneau de détecteurs" autour du patient. Ces détecteurs sont composés de deux éléments principaux : le Cristal et le Photomultiplicateur. Le cristal (NaI, BGO) permettra la détection des photons : lorsque le photon émis percutera le cristal, il y aura émission de lumière (scintillation). Cette "lumière" sera ensuite transformée en signal électrique et amplifiée par un photomultiplicateur couplé au cristal. Les photons émis à 180° l'un de l'autre seront donc détectables par des cristaux opposés (cf ci-contre). L'endroit précis de l'annihilation se trouvera donc sur une ligne rejoignant ces cristaux. Le système électronique dit de "détection en coïncidence" enregistrera ainsi ces deux signaux opposés afin de savoir s'ils proviennent de la même réaction d'annihilation. En savoir plus... Grâce à l'enregistrement de ces "lignes" dans différentes directions, le système informatique du petscan sera en mesure de préciser où s'est produite l'annihilation. L'endroit de l'annihilation correspond à quelques millimètres à celle du positon, donc de l'atome de fluor et par voie de conséquence du 18FDG. En savoir plus... De cette manière, le Petscan est en mesure d'étudier la répartition d'un traceur dans l'organisme en fonction du processus biologique étudié. A partir de ces données brutes, l'ordinateur reconstruira les images dans les 3 plans de l'espace afin d'étudier la répartition d'un traceur dans l'organisme.

8. Les émetteurs de positons utilisés en PET

Le fluor est l'isotope le plus largement utilisé en PET, il existe cependant d'autres atomes disponibles : carbone, azote, oxygène. La synthèse de ces 4 émetteurs de positons est réalisée grâce au cyclotron. [Q.5]

Atome		Isotope	Demi-vie	Cible
Carbone		11C	20,4 min	natN2 gaz
Azote		13N	9,96 min	natN2 gaz
Oxygène		15O	2,07 min	15N2 gaz ou natN2 gaz
Fluor		18F	109,8 min	18O2 liquide ou nat Ne gaz

La synthèse de ces atomes émetteurs de positons ne se fait pas à partir de leur atome stable respectif. Ainsi, la synthèse du fluor 18, se réalise le plus souvent à partir d'oxygène 18 liquide. En savoir plus...

Ces émetteurs de positons présentent deux caractéristiques essentielles :

• Une demi-vie radioactive très brève.
• Ils rentrent dans la composition de la majorité des molécules organiques.

  8.1. Isotopes éphémères

  Ces isotopes ont des demi-vies très brèves, c'est-à-dire qu'ils perdent très rapidement leurs propriétés radioactives, donc leur capacité à émettre des positons. Ce laps de temps est caractérisé par la demi-vie et représente la période de temps au bout de laquelle la moitié de ces atomes est revenue à son état stable.

  La demi-vie du Fluor 18 est d'environ 109,8 min. soit moins de deux heures. Ainsi, s'il est injecté une dose de 100 à 8 heures du matin, deux heures après (une demie-vie) il en restera 50, à 12 H soit 4 heures après (deux demie vie) 25, 6 heures après 12,5....

	Heure	Délai	Activité restante	%
	8 h	H	100	100 %
	10 h	H+2	50	50 %
	12 h	H+4	25	25 %
	14 h	H+6	12.5	12.5 %
	16 h	H+8	6.25	6.25 %
	18 h	H+10	3,12	3,125 %
	20 h	H+12	1,562	1,562 %
	22 h	H+14	0,786
	minuit	H+16	0,390
	8 h le lendemain	H+24	0,020	< 0,02 %
	8 h le surlendemain	H+48	0.0000059	< 0.000006 %
Une semaine après :			0,000000000000000000000005169879 ...

En réalité, cette radioactivité disparaît encore plus rapidement, car le FDG est également éliminé par l'organisme: juste après l'examen, soit environ deux heures après l'injection, une grande partie du produit se retrouvera dans la vessie, et le sujet ira simplement uriner.

Après 7 demi-vies (moins de 14 heures pour le 18 FDG) 99% de la radioactivité aura disparu.

Ces demi-vies très brèves imposent que le lieu de fabrication de l'isotope ne soit pas trop éloigné de son lieu d'utilisation. Dans le cas du Fluor 18, si celui-ci n'est pas synthétisé directement dans le service (rares sont les hôpitaux français disposant d'un cyclotron) , la durée de transport maximum est estimée à deux heures, soit environ 200 km.
L'utilisation des autres isotopes, carbone, oxygène, azote, nécessite une synthèse sur site.

8.2. Atomes à la base de nombreuses molécules biologiques.

La totalité de l'univers est constituée de 92 éléments naturels. Le principal d'entre eux est l'hydrogène qui représente 90% de la matière connue, suivi de l'hélium qui représente la plus grande part des 10% restants (en masse). Les 90 autres éléments ne sont présents qu'à l'état de traces. Toutefois l'immensité de l'univers est telle que ces traces représentent une masse énorme de matériaux.

Les organismes biologiques sont constitués de ces 92 éléments. Mais leur proportion est radicalement différente de celle de l'univers. Quatre éléments prédominent nettement : l'hydrogène, le carbone, l'azote et l'oxygène.

Le tableau ci-dessous récapitule les proportions de ces éléments dans la matière vivante :

Elément	Symbole	Masse	Proportion
Hydrogène	H	10	61 %
Azote	N	3	1,5 %
Oxygène	O	68	27,5%
Carbone	C	19	10%

Dans l'organisme, les deux corps principaux sont l'hydrogène et l'oxygène. Ceci ne fait que refléter l'importance de l'eau dans la matière vivante. L'eau "enlevée", le corps dominant est le carbone.

Le carbone est un atome contenant 6 protons. Il dispose de 4 électrons libres sur sa couche externe et peut donc établir 4 liaisons covalentes avec d'autres atomes. Cette particularité lui permet de former de longues chaînes linéaires ou ramifiées, constituant le squelette des molécules biologiques, sur lesquelles viennent se greffer divers groupements atomiques, principalement à base d'hydrogène, d'oxygène et d'azote, mais on trouve aussi du phosphore et du soufre ainsi qu'une dizaine d'autres éléments à l'état de trace (mais néanmoins fondamentaux). La variété des chaînes et des groupements qui peuvent s'y greffer permet la production d'une très grande variété de molécules : plus d'un million de molécules organiques ont été recensées à ce jour et les réactions chimiques sont tout aussi variées.

Ces 4 atomes entrent dans la composition de la majorité des molécules organiques. Quelques exemples simples : l'oxygène O2, l'eau H20, le gaz carbonique CO2, le glucose C6H12O6, l'ammoniaque NH3, les acides aminés, l'ADN, etc...

A l'aide de la radiochimie, il sera possible d'incorporer ces isotopes émetteurs de positons à la place de leurs homologues naturels dans de nombreuses molécules: H20, CO2 N*H3 ; dans le cas du fluor 18, celui-ci pourra se substituer à la place d'autres atomes. Ces molécules marquées constitueront les traceurs utilisés en PET. Le PETSCAN étudiant leur répartition dans l'organisme, permettra de suivre le métabolisme de ces molécules.

Il est ainsi théoriquement possible de synthétiser une quantité infinie de traceurs en fonction du métabolisme que l'on désire étudier : Acides aminés, Antibiotiques, Chimiothérapies etc.. Ce potentiel quasi illimité fait l'atout majeur de la tomographie par émission de positons.

A titre d'exemple, si l'on veut suivre la pénétration et le métabolisme d'une molécule de chimiothérapie dans l'organisme, au sein des cellules cancéreuses, il est possible de " marquer " cette molécule de chimiothérapie à l'aide de l'isotope approprié (ex: 5-Fluoro-Uracile marqué au Fluor 18), et ensuite de tracer le 5FU dans l'organisme.

De par sa demi-vie "optimale", ses caractéristiques physiques, le Fluor est à l'heure actuelle, l'isotope le plus utilisé, c'est lui qui permettra le marquage du Glucose pour former le 18F- Fluoro-Déoxy-Glucose ou 18FDG.

9. Quelle sont les grandes applications cliniques du PET ?

Historiquement, le domaine de prédilection de la tomographie par émission de positons était la Neurologie. Au cours de ces 20 dernières années, la majorité des publications scientifiques se sont intéressées à ce domaine; secondairement et notamment depuis 1985, le PET s'est progressivement développé dans deux autres voies que sont la Cardiologie et la Cancérologie.

Les 3 champs principaux d'applications cliniques du PET sont aujourd'hui par ordre d'importance :

• la CANCEROLOGIE, (Diagnostic, Caractérisation de tumeurs , Bilans avant et après traitement, Surveillance, Evaluation d'efficacité thérapeutique)
• la CARDIOLOGIE, (Maladie coronarienne, Cardiomyopathie dilatée, Hypertrophie ventriculaire gauche primitive ou secondaire)
• la NEUROLOGIE-PSYCHIATRIE, (Maladie d'Alzheimer et autres démences, Maladie de Parkinson, Epilepsie, Pathologies vasculaires cérébrales)

D'autres domaines d'applications interesse egalement le PET, mais reste encore du domaine de la recherche : schizophrénie, autisme, infectiologie, étude des récepteurs...

10. Quels sont les différents traceurs utilisés en PET ?

Comme nous le verrons plus loin, le traceur le plus utilisé en PET est le 18F- fluoro-déoxy-glucose (18-FDG).

Le tableau ci-dessous récapitule les principaux traceurs utilisés en PET, cette liste est bien entendu non exhaustive, de nouveau traceurs étant synthétisés régulièrement. En savoir plus...sur les autres traceurs.

11. Qu'est ce que 18 FDG ?

Le 18FDG (2-18F- fluoro-2-déoxy-D-glucose) est une molécule de glucose dont l'un des groupements hydroxyl (OH), en position 2, a été remplacé par un atome de fluor radioactif (18F). Sous ce nom un peu complexe se cache simplement une molécule de sucre, radioactive pour quelques heures...

12. Comment le 18 FDG permet-il la détection du Cancer ?

Le glucose est le principal substrat énergétique de l'organisme. Celui-ci pénètre dans la cellule, est catabolysé (dégradé) lors de la glycolyse afin de fournir de l'acide pyruvique. Secondairement l'acide pyruvique fournira l'énergie nécessaire aux fonctions de la cellule (production d'ATP via le cycle de Krebs). Cette énergie permettra à la cellule de vivre, de fonctionner et de se reproduire (activité mitotique).

Dans les années 1930, un physiologiste allemand, Otto Heinrich Warburg démontra qu'il existe une augmentation de cette glycolyse aérobie dans les tumeurs. Il reçût par ailleurs le Prix de Physiologie en 1931 pour ses travaux, découvrant la nature et le mode de fonctionnement des enzymes de la respiration cellulaire. En savoir plus... Depuis d'autres travaux (Weber, 1977) ont permis de mieux comprendre les dérèglements enzymatiques intervenant dans les cellules néoplasiques.

Dans une cellule normale, le glucose franchît la membrane de la cellule et y pénètre grâce à un transporteur spécifique dénommé GLUT (Glucose Transporter). Il existe plusieurs types de ce transporteur (GLUT 1,2,3 …7). Certains auteurs ont prouvé l'existence d'une augmentation des transporteurs de glucose (GLUT-1) dans les cellules malignes en relation avec une transformation par de certains oncogènes.

Pour ces deux raisons principales,

• augmentation du métabolisme glucidique et
• sur expression des transporteurs de glucose,

les cellules malignes sont plus avides de glucose que les cellules normales. (En savoir plus...) C'est cette sur-consommation de glucose que la tomographie par émission au 18FDG tentera de détecter. Il existe également d'autres phénomènes intervenant dans ces dérèglements, mais ces derniers dépassent le cadre de ce document.(En savoir plus...) Par soucis de simplification nous utiliserons FDG au lieu de 18FDG dans les schémas suivants:

Le FDG étant un analogue du glucose, celui -ci se comportera comme le glucose, du moins initialement. Le FDG atteindra donc les cellules, et sera capté par celles-ci. Le mécanisme de captation fait également appel au transporteur GLUT. Le FDG une fois dans la cellule subira une phosphorylation pour être transformé en FDG-6-P (P=Phosphate) mais la similitude avec le parcours du glucose s'arrêtera là.

Alors que le Glucose-6-Phosphate est en mesure d'être retransformé en glucose pour sortir de la cellule ou d'être dégradé lors de la glycolyse le FDG-6P se trouvera bloqué (X )et littéralement trappé à l'intérieur de la cellule.

• Ce phénomène se produira donc dans la cellule normale (les structures normales seront ainsi visibles lors de l'examen).
• Les cellules tumorales étant très avides de glucose (augmentation des transporteurs de glucose et augmentation de la glycolyse au sein de celles-ci), le FDG rentrera donc massivement dans la cellule et sera transformé en FDG-6-P qui s'accumulera:

En savoir plus...

Ainsi plus il existera de cellules tumorales, plus celles-ci seront actives et agressives, plus le FDG-6-P s'y accumulera. Le PETSCAN repérera grâce à la radioactivité du fluor cette surconsommation de glucose (hypermétabolisme) et par la même les sites tumoraux.

Cet hyper-métabolisme glucidique n'est cependant pas totalement spécifique des cellules tumorales. En d'autres termes, certaines cellules non néoplasiques présentent ou peuvent présenter une surconsommation de glucose (processus infectieux, processus inflammatoire, cellules cérébrales, cellules musculaires en activité etc..)..

A l'inverse, certaines tumeurs réellement malignes peuvent être caractérisées par une faible consommation de glucose (tumeurs nécrotiques, tumeur de bas grades...) Cf. Interprétations erronées:Faux Positifs et Faux Négatifs.

13. Quelle est la différence entre PETSCAN et CDET ?

Sur le principe, il n'existe pas de différence fondamentale. Le PETCAN est une caméra "dédiée": c'est à dire un imageur exclusivement fabriqué pour l'imagerie par émission de Positons. Le CDET, ou gamma-caméra équipée d'un kit de détection en coincidence, est une caméra de médecine nucléaire conventionnelle modifiée pour être également capable de faire de l'imagerie PET, cette camera est ainsi "polyvalente"

Les gamma-caméras utilisées en médecine nucléaire sont des appareils destinés à la détection des photons gamma émis par des isotopes tels que le technétium 99, le thallium 201... Au cours de leur désintégration, ces isotopes émettront un photon. Le principe de détection repose sur l'enregistrement de ces photons (détection dite mono-photonique). Par ailleurs les photons gamma, selon l'isotope, présenteront une énergie relativement basse (140 KeV pour technétium 99, 68-80 KeV pour le thallium). Les cristaux permettant la détection de ces photons de faible énergie sont composés de Iodure de Sodium (NaI Tl) et bien adaptés à la détection de ces photons gamma.

En PET, le principe est différent, et repose sur la détection simultanée (en coïncidence) des deux photons émis lors de l'annihilation. Traditionnellement, le Petscan dispose d'une couronne de détecteurs (cristaux et photomultiplicateurs) cf [Q.7] . Les deux photons émis par les émetteurs de positons possèdent une énergie beaucoup plus élevée (511 KeV). Une détection optimale de ces photons beaucoup plus énergétiques nécessitera l'utilisation soit d'un cristal particulier, BGO (Bismuth Germanium Oxide) soit d'un cristal plus classique comme le NaI (Iodure de Sodium) mais dont l'épaisseur devra être plus importante.

Gamma Caméra Simple Tête	Gamma Caméra Double Tête	PET Scanner

Il est ainsi possible de réaliser un examen au FDG sur une gamma caméra traditionnelle, en prenant en compte les éléments suivants:

• le cristal de la tête de détection de la caméra doit être suffisamment épais afin de stopper les photons gamma de haute énergie 511 KeV pour permettre leur détection. En savoir plus
• les deux têtes de la gamma caméra doivent être équipées d'un système électronique de détection en coïncidence (CDET: Coïncidence Detection Emission Tomography) afin de détecter simultanément les deux photons émis.

La raison essentielle motivant les modifications d'une gamma caméra, afin que celle-ci puisse réaliser une scintigraphie, est financière. En effet la modification est toujours moins onéreuse que l'achat d'une machine dédiée. La seconde raison est que les gamma-caméras à deux têtes sont présentes dans de nombreux services de médecine nucléaire et que ces modifications leur permettraient de réaliser à la fois les examens de médecine nucléaire traditionnelle (monophotonique) et des examens au 18FDG.

Les motivations visant à modifier une gamma-caméra de médecine nucléaire afin de réaliser des examens aux FDG sont les suivantes :

• financière : le coût de la modification d'une caméra déjà installée est de très loin inférieur à celui de l'acquisition d'un PETscan dédié à ce type d'imagerie.
• disponibilité : la plupart des services de médecine nucléaire disposent de gamma-caméras à deux têtes. La modification de celles-ci permettrait d'étendre rapidement le nombre des machines susceptibles de réaliser une imagerie au 18-FDG.
• la caméra ainsi modifiée peut réaliser alternativement des examens de médecine nucléaire traditionnelle et des examens au 18 FDG.

D'autres problèmes se posent cependant :

• les cristaux de NaI, même d'une épaisseur suffisante ne permettent pas une imagerie au 18 FDG optimale.
• la dose injectée aux patients est plus faible sous peine de saturer le cristal.
• le système ne dispose que de deux têtes au lieu d'une réelle couronne de détecteurs autour du patient.
• rares sont les solutions permettant de réaliser un scanner d'émission durant l'acquisition des images.

Enfin d'autres facteurs viennent encore limiter l'intérêt des caméras CDET.

• la durée de l'examen est environ deux fois celle du même examen réalisé sur un PET dédié
• par voie de conséquence, deux fois moins d'examens sont réalisables dans la journée !
• lorsque la caméra CDET réalise un examen PET, " elle est indisponible " pour les examens de médecine nucléaire traditionnels...
• difficulté ou impossibilité de réaliser des examens utilisant d'autres isotopes, tels que la choline, l'ammoniaque...

Ces caméras dites CDET, peuvent ainsi permettre de réaliser une imagerie par emission de positons en se passant de caméras PET dédiées. Ces solutions sont souvent retenues par des centres hospitaliers ou cliniques dont le recrutement annuel de patients en cancérologie n'est pas suffisant pour justifier un investissement lourd. Dans cette dernière hypothèse, certains pays (Grande Bretagne, Allemagne, Etats Unis) ont opté pour des solutions de type "PET mobile" (caméra PET installée dans un camion).

14. Qu'est ce que la correction d'atténuation ?

La correction d'atténuation est une méthode qui permet globalement d'améliorer les images obtenues grâce au petscan.

Les images obtenues par le Petscan sont initialement des images dite "d'émission": le scanner ayant reconstruit les différentes images tomographiques (coupes) grâce à la détection des photons émis par l'organisme. (Tomographie par Emission de positons). Ces photons émanent de l'annihilation des positons. [Q.07]

Il est possible d'améliorer la "qualité" des images en corrigeant ces images des phénomènes d'atténuation que subiront les photons au cours de leur parcours dans l'organisme.

Il est ainsi possible d'interpréter directement ces images d'émissions, et/ou de leur appliquer cette correction.

D'une manière un peu simpliste, ne pas corriger l'atténuation, serait comme contempler une source de lumière à travers le brouillard, et la corriger équivaudrait à contempler cette lumière par temps clair. La correction d'atténuation correspond ainsi à trouver un moyen de mesurer de combien le brouillard atténue le rayonnement: l'idée de mesurer ce facteur se réalise le plus souvent grâce à un scanner de "Transmission".

Lors de l'examen PET, il s'agit en fait de la réalisation d'un "scanner d'émission " (Positron Emission Tomography). Emission signifie en effet que la radioactivité détectée par le scanner est émise par le sujet lui-même, grâce au traceur injecté, et non par le scanner (cas du Scanner X ). Ainsi les photons gamma émis depuis les réactions d'annihilation devront traverser l'organisme afin d'être détectés. Au cours de leur trajet, et en fonction des tissus rencontrés ceux-ci seront atténués à divers degrés.

Il est ainsi aisément compréhensible que si une réaction d'annihilation a lieu dans le poumon gauche, l'un des photons n'aura qu'à traverser la paroi de la cage thoracique pour aller frapper le détecteur du petscan. Le second photon, émis dans la direction opposée, devra traverser successivement le poumon gauche, le médiastin et le cœur, le poumon droit et la paroi thoracique droite avant de "sortir" de l'organisme. Au cours de ce type de parcours, de nombreux photons se trouveront " atténués". L'atténuation dépend donc des structures traversées, dans l'air (poumons) les photons seront donc peu atténués, alors que dans des structures plus solides comme les muscles ou les os, ils le seront nettement plus. Afin de corriger les images " d'émission " de cette atténuation, il est très souvent réalisé conjointement une image dite "de transmission ". Afin de simplifier, cette dernière suit le processus inverse de la précédente. Une source radioactive, tournera rapidement autour du patient, émettra dans une direction précise des photons gamma, qui traverseront l'organisme (la coupe) et qui seront détectes de l'autre coté par un détecteur approprié. Ce procédé permet la réalisation d' une "carte des coefficients d'atténuation " du sujet. Ainsi pour chaque coupe, et pour chaque point de cette coupe, l'ordinateur aura connaissance de l'atténuation qu'auront subie les photons (émis depuis ce point) lors de la réalisation des images d'émission. Les images du PET peuvent être ainsi " corrigées de l'atténuation " grâce aux images de transmission. En savoir plus sur la correction d'atténuation.

Le plus souvent, ces séquences de transmission sont intégrées aux séquences d'émissions et la succession de ces acquisitions passe pour un seul examen aux yeux du patient. La correction d'atténuation permet "globalement" d'améliorer la qualité des images. En savoir plus sur les effets de la correction d'atténuation.

15. Aspect d'un examen 18FDG-PET normal.

Lors de l'interprétation d'un examen PET le médecin analyse en réalité l'intensité de la fixation du traceur par l'organisme. Comme nous l'avons vu plus haut, dans le cas du FDG, cette intensité de fixation reflète le métabolisme glucidique. Le sucre étant le substrat énergétique de la plupart des cellules de l'organisme, certaines structures seront ainsi visibles lors d'un examen normal.