Imagerie par radionucl´eides

2.2.1.4 En r´esum´e

L’exploration fonctionnelle respiratoire regroupe plusieurs types d’analyse non-invasive cou- ramment employ´es en routine clinique pour diagnostiquer et suivre l’´evolution de pathologies respiratoires obstructives. Toutefois, l’information sur la fonction respiratoire ainsi recueillie reste globale, et ne permet pas une analyse locale de la dynamique respiratoire.

2.2.2

Rhinomanom´etrie et rhinom´etrie

La rhinomanom´etrie a pour but de quantifier les flux gazeux dans le nez et le volume nasal total durant une expiration exclusivement nasale. Des mesures diff´erentielles de pressions sont obtenues en pla¸cant un cath´eter dans le naso-pharynx. Il est ainsi possible d’´evaluer la r´esistance nasale, sensible `a de petites variations de calibre des VAS. Cette technique est principalement utile pour renseigner sur les variations de la b´eance caus´ee par un traitement pharmaceutique ou une intervention chirurgicale. Elle est mod´er´ement invasive, longue `a effectuer et impose un rˆole actif au patient.

Des informations similaires peuvent ˆetre apport´ees par une nouvelle technique plus rapide : la rhinom´etrie acoustique. Celle-ci fournit l’´evaluation de l’aire de la section de coupe du nez et du volume de la cavit´e nasale par l’analyse du son incident et r´efl´echi au cours d’une br`eve interruption de la respiration nasale. Cette technique est donc moins invasive, plus rapide et demande moins de coop´eration au patient que la rhinomanom´etrie.

En pratique clinique, les techniques pr´esent´ees sont g´en´eralement utilis´ees pour ´evaluer la b´eance des voies a´eriennes sup´erieures. Cependant, elles sont le plus souvent compl´et´ees ou substitu´ees par des examens d’imagerie tels que la tomographie ou l’IRM.

2.2.3

Imagerie par radionucl´eides

2.2.3.1 Scintigraphie gamma

La scintigraphie gamma consiste `a visualiser, par d´etection externe, la r´epartition des atomes radioactifs d’un traceur, pr´ealablement inhal´e par le patient sous forme d’une solution ´emettant des rayons gamma [13]. Les images ainsi obtenues ont un caract`ere morphologique mais ´egalement fonctionnel. En effet, la concentration de la mol´ecule marqu´ee, et donc l’in- tensit´e du rayonnement ´emis dans une zone anatomique, est directement li´ee `a son activit´e physiologique ou m´etabolique.

Fig. 2.13 : Scintigraphie gamma de la ventilation pulmonaire.

Le traceur radioactif

Le traceur radioactif, choisi selon la fonction pulmonaire `a ´etudier, est constitu´e d’un vecteur biologique assurant la s´electivit´e fonctionnelle et d’un marqueur ´emettant des photons d´etect´es par une gamma-cam´era. (Le plus souvent, l’atome ´emetteur est le 99m_{TC). La scintigraphie}

pulmonaire est principalement utilis´ee pour suivre la r´epartition et quantifier la d´eposition dans les voies a´eriennes et les poumons de substances pharmacologiques inhal´ees [14]. Pour la plupart des substances ´etudi´ees, le marquage direct de la mol´ecule active est impossible car il impose une chimie trop complexe. L’´emission de rayons gamma est assur´ee en ajoutant une mol´ecule marqueur au gaz inhal´e. Il est alors n´ecessaire de prouver que le mod`ele de d´eposition de la mol´ecule suivie est identique `a celui du marqueur [15].

La gamma-cam´era

Les photons gamma ´emis par le traceur radioactif sont d´etect´es au moyen d’une gamma- cam´era. Cette derni`ere est constitu´ee d’un cristal scintillant de iodure de sodium dop´e au thalium (NaI(Ti)), et d’un r´eseau de tubes photo-multiplicateurs. La d´etection n´ecessite deux ´etapes : d’abord, les photons gamma sont convertis en lumi`ere visible par le cristal, puis la lumi`ere visible est convertie en signal ´electrique par le photo-multiplicateur. Ce signal est ensuite trait´e par un circuit num´erique de positionnement qui permet de d´etecter le lieu d’in- teraction entre le photon et le cristal et ainsi de construire une image.

Application au syst`eme respiratoire

Cette m´ethode est aujourd’hui la plus utilis´ee parmi les techniques reposant sur un traceur radioactif, car elle reste la plus simple, la plus rapide et la moins ionisante pour le patient. Toutefois, les images obtenues par scintigraphie gamma sont en deux dimensions, si bien que le mod`ele de distribution obtenu reste g´en´eral sur l’ensemble du poumon [13]. Les ´etudes plus r´ecentes visent donc `a am´eliorer la quantification r´egionale de la d´eposition, par exemple en partitionnant le poumon en zones concentriques autour du hile [16].

2.2 Techniques d’investigation fonctionnelle 31 2.2.3.2 Tomographie d’´emission monophotonique

Reposant sur les mˆemes principes physiques que la scintigraphie gamma, cette technique d’imagerie a l’avantage de fournir des donn´ees concernant le mod`ele tridimensionnel de d´eposi- tion intra-pulmonaire des particules. En effet, le rayonnement gamma est capt´e par une cam´era qui tourne de 360˚ autour du patient. Ainsi, des images axiales, sagittales et coronales de la distribution en trois dimensions des radionucl´eides sont obtenues, grˆace `a un algorithme de r´etro-projection. La Figure 2.14 pr´esente un exemple de scintigraphie gamma utilisant un traceur inhal´e.

(a) Plan axial (b) Plan sagittal (c) Plan coronal

Fig. 2.14 : Images SPECT de la ventilation pulmonaire.

Afin de mettre en corr´elation le mod`ele de d´eposition obtenu avec les structures anatomiques physiques de l’appareil respiratoire, de nombreuses ´etudes proc`edent `a un recalage des images scintigraphiques sur un volume d’images acquis par une autre modalit´e, telle que l’IRM ou la tomodensitom´etrie [17]. D’autres font appel `a un mod`ele th´eorique des voies a´eriennes [18]. Ainsi est-il possible de quantifier la r´epartition des nucl´eides en fonction de l’ordre de g´en´eration bronchique.

Le temps d’acquisition des images ´etant assez important, il est n´ecessaire d’utiliser un plus grand nombre de nucl´eides qu’en scintigraphie 2D. Ceci signifie pour le patient une plus forte dose de radiation, ce qui peut limiter l’investigation. Comme en scintigraphie 2D, les marqueurs utilis´es sont diff´erents des mol´ecules suivies. En raison de la longueur du temps d’acquisition, il est pr´ef´erable d’utiliser des marqueurs disparaissant lentement des poumons car l’absorption trop rapide des nucl´eides entraˆıne des erreurs de quantification. Pour faire face `a cette difficult´e, une nouvelle m´ethode de marquage appel´ee “TechneCoat” a r´ecemment ´et´e d´evelopp´ee. Elle consiste `a traiter la solution inhal´ee avec une dispersion de nanoparticules de graphite marqu´ees au technetium-99 [19].

2.2.3.3 Tomographie d’´emission de positons (TEP)

La tomographie par ´emission de positons est une modalit´e d’imagerie fonctionnelle repo- sant sur la d´etection d’un produit radiopharmaceutique inhal´e par le patient. Elle diff`ere de la technique SPECT pr´esent´ee au chapitre pr´ec´edent par la nature des marqueurs radioactifs et par les caract´eristiques du syst`eme de d´etection. Cette modalit´e utilise des radionucl´eides tels que le carbone-11 ou le fluor-18.

Principe physique

Les noyaux des atomes utilis´es ont un exc`es de protons par rapport au nombre de neu- trons. La stabilit´e est r´etablie par ´emission d’un rayon β+, au cours de laquelle un proton disparaˆıt et un neutron apparaˆıt tandis qu’un positon et un neutrino sont ´emis. Le positon s’annihile ensuite par collision avec un ´electron, ce qui entraˆıne l’´emission de deux photons diam´etralement oppos´es. Les deux photons ainsi ´emis sont capt´es `a l’ext´erieur du corps par un d´etecteur circulaire, avec une diff´erence de temps d’arriv´ee ∆t. On peut d´eduire de la mesure de ∆t le lieu d’annihilation du positon `a l’int´erieur du volume, et ainsi obtenir des informations tridimensionnelles.

Applications `a l’imagerie pulmonaire

Contrairement aux autres techniques scintigraphiques, la TEP offre la possibilit´e d’incor- porer le radionucl´eide aux mol´ecules pharmacologiques suivies. En effet, certains ´el´ements composant les mol´ecules organiques poss`edent des isotopes se d´egradant par ´emission de posi- tons.

Cette m´ethode, plus pr´ecise que la scintigraphie gamma ou le SPECT, est particuli`erement adapt´ee `a l’analyse r´egionale de la ventilation et `a l’´evaluation de la perm´eabilit´e vasculaire [20, 21, 22] (Figure 2.15).

(a) Image TEP de la ventilation (b) Image TEP de la perfusion

Fig. 2.15 : Etude de la relation ventilation/perfusion par PET.

Cependant, les ´el´ements radioactifs utilis´es ont une demi-vie courte, ce qui complique la fabrication de solutions marqu´ees et n´ecessite la proximit´e d’un cyclotron. Coˆuteuse et difficile `a mettre en oeuvre, l’utilisation de cette technique est aujourd’hui encore limit´ee.

2.2.3.4 En r´esum´e

Les techniques d’investigation reposant sur l’utilisation de radionucl´eides permettent une analyse fonctionnelle de la respiration en fournissant des informations cruciales sur les mod`eles de r´epartition intra-pulmonaire de particules inhal´ees, ainsi que sur leurs propri´et´es d’absorp- tion. Elles jouent aujourd’hui un rˆole important dans l’´etude pharmacologique de nouvelles mol´ecules, bien qu’elles pr´esentent encore de nombreux inconv´enients : ce sont des m´ethodes ionisantes, la synth`ese des radiomarqueurs est complexe et la quantification des donn´ees est en- core difficile en raison de l’impr´ecision des mesures. D’autre part, la faible r´esolution temporelle limite le calcul des clairances et des d´ebits.

2.2 Techniques d’investigation fonctionnelle 33