Médecine nucléaire

Les différents domaines d'application sont :

• l'imagerie fonctionnelle in vivo qui consiste en l'administration d'un traceur radioactif au patient permettant sa détection externe. Ce sont les scintigraphies (émission de rayonnements gamma) ou les TEP (Tomographies d'émission de positons).
• le diagnostic biologique in vitro : c'est de la radio-immunologie
• la radiothérapie métabolique : cela regroupe les applications thérapeutiques utilisant l'administration d'un produit radioactif dont le parcours dans la matière est suffisamment faible pour déposer son énergie directement au contact du tissu cible et de le détruire. exemple : la radiothérapie des cancers thyroïdiens par iode 131.

Bien qu'historiquement, ses premières contributions se firent surtout dans le domaine de l'oncologie, la médecine nucléaire permet aujourd'hui d'étudier pratiquement tous les systèmes du corps humain et trouve par ce fait des applications dans toutes les spécialités médicales, incluant la neurologie, la cardiologie, l'oncologie, l'endocrinologie, la néphrologie, la gastro-entérologie, la pneumologie, l'infectiologie, les diverses disciplines chirurgicales, etc.

La médecine nucléaire se distingue de la plupart des autres techniques d'imagerie médicale en ce qu'on obtient des images physiologiques plutôt qu'anatomiques. Des molécules dont le comportement biologique est connu sont introduites dans le corps du patient de la façon appropriée au test en cours : injecté, avalé, inhalé etc. Leur comportement est alors étudié par le biais de l’imagerie par émission. Les images obtenues peuvent être statiques mais, contrairement à la majorité des modalités d'imageries par transmission, il est souvent possible d'obtenir des images dynamiques. On pourra ainsi, par exemple, étudier :

• la perfusion sanguine des organes (flot vasculaire) ;
• le métabolisme hépatobiliaire et la dynamique vésiculaire biliaire ;
• les fonctions de filtration et d'élimination rénale, incluant la recherche d'obstruction à la vidange rénale, par le biais, au besoin, d'un test de provocation au diurétique ;
• les fonctions de remplissage et de vidange de la vessie urinaire, incluant la recherche de reflux vésico-urétéral ;
• test d'organification thyroïdienne de l'iode, par le biais d'un test d'épuration au perchlorate ;
• test de perfusion cérébrale, par le biais de la cartographie de captation et vidange tissulaire du Xenon-133 ;
• etc.

Certaines techniques permettent une reconstruction dynamique (mouvement) par superposition d'images prises à des temps différents (cœur). La médecine nucléaire se prête à la quantification.

Examens de médecine nucléaire les plus fréquents[modifier]

• scintigraphie thyroïdienne

La thyroïde est une glande localisée dans le cou, en avant de la trachée qui peut être explorée facilement par scintigraphie. En effet cette glande a la propriété de capter et d'organifier l'iode qui est nécessaire à la fabrication des hormones thyroïdiennes T3 et T4. Plusieurs isotopes de l'iode sont disponibles pour réaliser ces examens(¹²³I,¹³¹I,^99mTc). Elle est principalement utilisée dans l'exploration des hyperthyroïdies (maladie de Basedow), et dans la préparation des traitements par l'iode radioactif (avec mesure de la captation thyroïdienne), ainsi que dans la recherche de tissu thyroïdien ectopique. Son rôle est de plus en plus restreint dans l'exploration des nodules thyroïdiens ou d'un goitre multinodulaire,

• scintigraphie myocardique
• scintigraphie osseuse
• scintigraphie rénale
• scintigraphie pulmonaire
• scintigraphie parathyroïdienne

Quelques radioisotopes utilisés en médecine nucléaire[modifier]

^99mTc[modifier]

Le technétium 99m est le radioisotope le plus utile en imagerie médicale nucléaire. Ses caractéristiques physiques sont presque idéales pour cette fin :

• la demi-vie de 6 heures est assez longue pour permettre de suivre les processus physiologiques d'intérêt, mais assez courte pour limiter l'irradiation inutile
• L'énergie du photon gamma, 140 keV (Document médecine Nucléaire), est idéale puisqu'assez énergétique pour traverser les tissus vivants, mais assez faible pour pouvoir être détectée commodément: elle peut être interceptée efficacement par un cristal d'iodure de sodium dont l'épaisseur typique sera de l'ordre de 10 à 15 mm
• L'abondance de photon gamma est grande, environ 98% des désintégrations. Peu de particules non pénétrantes sont émises, limitant la dose d'énergie reçue par les tissus vivants

Le technétium est habituellement obtenu sous forme de pertechnétate sodique : NaTcO₄. Il peut être utilisé sous cette forme pour ses propriétés anioniques. Sous cette forme, en effet, son comportement biologique mimera celui des anions Cl- ou encore I-. Ainsi, on pourra par exemple faire des recherches des diverticules de Meckel ou encore imager la glande thyroïde.

Cependant, son principal usage se fera comme marqueur de molécules biologiquement actives. En liant un atome de ^99mTc :

• à divers phosphates ou phosphonates, on pourra imager le métabolisme osseux
• à certains chélateurs tel le DTPA , on imagera la fonction rénale. Le même DTPA, sous forme d'aérosol sera inhalé pour cartographier la ventilation pulmonaire
• à des macro-agrégats d'albumine qui permettront d'imager la perfusion pulmonaire
• à l'acide diimino-acétique ou ses dérivés, on imagera la fonction hépato-biliaire
• à des colloïdes divers, habituellement de soufre, pour cartographier la distribution des cellules hépatiques de Kupffer
• aux globules rouges du patient, pour rechercher des hémangiomes ou des saignements digestifs
• à certaines molécules lipophiles tel le MIBI ou le Teboroxime, pour cartographier la perfusion sanguine régionale; utile notamment pour l'évaluation de l'ischémie myocardique ou la recherche de certaines tumeurs

²⁰¹Tl[modifier]

Le thallium 201 est un isotope du thallium qui possède des propriétés chimiques similaires à celles du potassium. Absorbé par les cellules via la pompe Na-K Atpase, il se distribuera en fonction de la perfusion sanguine régionale. Longtemps utilisé, notamment pour évaluer la perfusion sanguine myocardique, il tend à être délaissé au profit des marqueurs lipophiliques technétiés.

En effet, ses propriétés physiques sont moins qu'idéales : l'énergie de ses photons gamma est faible. Les images obtenues sont donc sujettes à la dégradation causée par l'atténuation et la diffusion. De plus, la dose qu'il est possible d'administrer est limitée en raison de l'abondance relativement importante de radiations non pénétrantes, auxquelles il convient de limiter l'exposition des patients.

¹²³I[modifier]

L'iode 123 est un isotope de l'iode utilisé pour étudier le métabolisme thyroïdien. Ses radiations riches en photons gamma et sa demie-vie de 13 heures en font un agent bien adapté à l'imagerie. Il est notamment utilisé pour marquer l'iobenguane utilisé en scintigraphie.

¹³¹I[modifier]

L'iode 131 est un autre isotope de l'iode, ses radiations riches en particules bêta et sa demi-vie relativement longue de 8,02 jours en font un élément plus propice au traitement qu'à l'imagerie. On l'utilisera pour l'ablation de nodules thyroïdiens hyperactifs, pour le traitement de certaines formes d'hyperthyroïdie, par exemple la maladie de Graves-Basedow ou la maladie de Plummer, ou pour la recherche et l'ablation de métastases de carcinomes thyroïdiens bien différenciés (papillaires ou vésiculaires). Il est néanmoins aussi utilisé pour marquer l'iobenguane utilisé en scintigraphie.

⁶⁷Ga[modifier]

Le gallium 61 est un isotope du gallium qui mime le métabolisme du fer. Utile pour imager la fonction de la moelle osseuse et pour la recherche de certaines infections, de lymphomes et de certaines tumeurs.

^111mIn[modifier]

Le DTPA marqué à l'indium peut être injecté dans l'espace sous-arachnoïdien, par ponction lombaire, afin d'imager la production, la migration et la réabsorption du liquide céphalo-rachidien.

On peut aussi retrouver le DTPA à l'indium ou au technétium joint aux globules blancs (in vitro) du patient dans un cas de recherche d'infection (plus efficace que le gallium).

Caméra à scintillation[modifier]

Sécurité radiologique[modifier]

La demande augmente alors que les réacteurs vieillissent. En 2007 et 2008, suite à des pannes ou révisions des réacteurs canadien et néerlandais, le monde a manqué d'isotopes médicaux durant quelques semaines. La sécurité doit être assurée, de l'amont à l'aval, en tenant compte des rejets éventuels via les urines ou excréments, et en amont via la production ; en 2009, alors que la plupart des réacteurs produisant les radioisotopes utilisés par la médecine nucléaire ont plus de 40 ans, l'ASN a rappelé les risques en amont d'une production mal sécurisée de radioisotopes « « Le risque de pénurie de radioéléments à usage médical ne doit pas conduire à faire l'impasse sur la sûreté des réacteurs qui les produisent » . L'Agence invite à ne pas de prolonger l'exploitation des réacteurs dangereusement anciens mais à initier une nouvelle approche internationale concertée ¹ ; l'ASN invite les autorités médicales à « optimiser » l'utilisation dutechnétium 99m, et à trouver des méthodes alternatives pour le produire, par exemple avec un accélérateur, ainsi qu'à étudier le recours à d'autres méthodes d'imagerie médicale ; construire un modèle économique robuste de production de ces radioéléments. En effet, le modèle actuel n'intègre pas le coût complet de fabrication des radioéléments et notamment le coût de fabrication du molybdène produit dans des réacteurs de recherche publics.

Les principaux réacteurs produisant le technétium 99m sont d'origine militaire et sont anciens. Ce sont ¹ :

• NRU à Chalk River (Canada) ; en service depuis 1957, a connu en 2007 un arrêt pour maintenance, prolongé, après un redémarrage autorisé par le Parlement, contre l'avis de l'Autorité de sûreté canadienne (ce réacteur produit environ ~40 % de la production mondiale)
• HFR à Petten (Pays-Bas) ; en service depuis 1961, il a connu une panne en 2008, qui a entraîné une pénurie (ce réacteur produit environ 30 % de la production mondiale), il a encore été arrêté à la mi-mai 2009 et au moins jusqu'au printemps 2010
• Safari à Pelindaba (Afrique du Sud) ; en service depuis 1965 (~10% de la production mondiale)
• BR2 à Mol (Belgique) ; en service depuis 1961 (~9 % de la production mondiale)
• OSIRIS à Saclay) (France) ; en service depuis 1965 et soumis par l'ASN à un arrêt avant 2015, à condition qu'un programme important d'amélioration de la sûreté soit mis en œuvre (ce réacteur assure environ 5 % de la production mondiale, et il devra être révisé et donc arrêté de mars à septembre 2010).

La construction prochaine du RJH (réacteur Jules Horowitz) devrait cependant venir pallier la défailla