La tomographie d’émission monophotonique, (TEMP), est une technique d’imagerie médi-cale nucléaire tomographique basée sur l’utilisation d’émetteurs γ et d’une gamma-caméra en rotation autour du patient.
Les trois principales applications de la TEMP sont en imagerie cardiaque, cérébrale et en oncologie. En imagerie cardiaque, il est par exemple possible d’étudier le myocarde à l’effort ou au repos, ou encore de reconstituer le cycle cardiaque. En oncologie, l’imagerie notamment planaire des métastases sur le corps entier est très utilisée. En imagerie cérébrale, il est possible de repérer des régions du cerveau qui seraient atteintes par une quelconque pathologie, notam-ment l’épilepsie, voir figure1.11
FIGURE 1.10 – Reconstruction du point d’interaction d’un photon γ dans la gamma-caméra
FIGURE 1.11 – Une image SPECT du cerveau d’un homme de 38 ans souffrant d’épilepsie réfractaire. Elle relève une zone focale d’hyperperfusion dans la région frontale droite [10].
Principe de la reconstruction tomographique TEMP
La tomographie (racine grecque tomê, coupe, et ainsi représentation en coupes) consiste en une rotation d’une gamma-caméra autour du patient pour effectuer, tous les degrés par exemple, une projection de la distribution du radiotraceur contenu dans le patient sur un plan. L’accumulation de toutes ces projections permet, à l’aide d’algorithmes mathématiques spécifiques, de recons-truire une vue tridimensionnelle de cette distribution.
Isotope Energie du rayon γ émis (keV) Demi-vie 99mTc 140,5 6,02 heures 123I 159 13 heures 67Ga 93, 185 et 300 3,26 jours 111In 171 et 245 2,81 jours 201Tl de 60 à 70 3,05 jours
TABLE1.1 – Caractéristiques des principaux émetteurs γ utilisés en TEMP.
Radiotraceurs utilisés dans la TEMP
Les radioisotopes les plus utilisés dans l’imagerie TEMP sont le technétium 99, l’iode 123, l’in-dium 111, le gallium 67 et le thallium 201 : leurs principales propriétés sont résumées dans le tableau1.1.
Le plus largement utilisé de ces émetteurs est le technétium 99 métastable, 99mTc. Le 99mTc possède une demie-vie de 6 heures, parfaitement compatible avec une utilisation clinique, car assez longue pour une manipulation aisée et assez courte pour disparaitre rapidement de l’or-ganisme. Il émet un photon de 140, 5 keV, assez énergétique pour traverser les matériaux sans l’être trop pour rendre sa détection difficile. Le technétium est obtenu via des générateurs au molybdène, qui sont présents dans les hôpitaux, sous forme de pertechnétate de sodium. Il peut être utilisé tel quel, pour l’imagerie cardiaque. La chimie du technétium est assez riche, ce qui permet de lier cet isotope à un nombre relativement élevé de molécules, telles que le MIBI (méthoxyisobutyliso-nitrile) pour l’imagerie myocardique, le HMPAO (hexa-méthyl-propilène-amine-oxime) pour l’imagerie du cerveau ou encore le HDMP (HyDroxyMethylène Diphos-ponate) pour l’imagerie osseuse. Un autre élément très couramment utilisé en scintigraphie est l’iode 123,123I, pour l’imagerie de la thyroïde.
1.3.0.1 Caractéristiques de la gamma-caméra utilisée en TEMP Collimateur
Le collimateur est une plaque de métal dense percée de canaux qui sert à sélectionner la direc-tion de photons incidents. Le collimateur est constitué d’un matériaux dense avec un numéro atomique élevé, comme le plomb, pour une efficacité maximale d’absorption.
Plus l’épaisseur du collimateur est élevée, plus sa résolution spatiale est élevée et plus sa sensibilité est réduite et vice versa. Un compromis est nécessaire entre résolution et sensibilité, l’équilibre étant ajustable selon le type d’image.
Il y a quatre types de collimateur selon la géométrie des canaux, voir figure 1.13. Dans le cas le plus courant, le collimateur est dit « parallèle », les canaux sont alors parallèles les uns aux autres. Il existe aussi des collimateurs "fanbeam" dont les canaux sont focalisés en un point. Ils sont utilisés pour agrandir (collimateur convergent) ou amoindrir (collimateur divergent) la zone d’intérêt. Enfin, le collimateur "sténopé", utilisé par exemple en imagerie thyroïdienne.
FIGURE1.12 – Un collimateur fanbeam (source : nuclearfields.com).
FIGURE1.13 – Différentes géométries de collimateurs.
Cristal scintillant
La gamma-caméra utilisée en TEMP doit posséder certaines spécificités pour pouvoir être uti-lisée avec les émetteurs décrits précédemment. Dans le cas de l’imagerie monophotonique, la majorité des examens étant réalisés avec du99mTc, la majorité des gamma-caméras utilise au-jourd’hui principalement de l’iodure de sodium dopé au thallium (NaI(Tl)). Ce cristal possède une densité assez grande (3,7 g.cm−3) et a un numéro atomique élevé (l’iode, Z = 53), lui per-mettant ainsi de privilégier l’effet photoélectrique aux dépens de l’effet Compton dans la gamme d’énergie considérée. Il possède de plus un bon rendement lumineux, 40000 photons émis par MeV déposé, synonyme de bonne résolution en énergie ainsi qu’une constante de décroissance rapide de 23 ns.
Le plus souvent, le cristal de NaI est un bloc monolithique dont les dimensions latérales peuvent atteindre 60 cm. L’épaisseur est, quant à elle, le fruit d’un compromis entre l’efficacité de détection de la caméra et la résolution spatiale de l’image reconstruite. Une épaisseur d’un centimètre est le choix le plus commun dans le cas du NaI, permettant à 93 % des photons de 140 keV d’interagir dans le cristal. Lorsque le rayon γ interagit, il a 77 % de chances de le faire par effet photoélectrique.
1.3.0.2 Applications et performances de la TEMP
L’imagerie TEMP est principalement utilisée pour la détection de tumeurs osseuses, en uti-lisant le99mTc, mais est aussi appliquée en cardiologie et en neurologie. Il est aussi possible de faire de l’imagerie fonctionnelle du cerveau, comme dans le cas de la maladie d’Alzheimer.
La TEMP permet d’obtenir une résolution spatiale légèrement inférieure au centimètre, et ce pour une sensibilité globale proche de 0,01 % et une résolution en énergie de l’ordre de 9% à 140 keV. En clinique, la gamma-caméra peut être utilisée en acquisition tomographique ou scintigraphique. La grande variété des marqueurs visualisables par la caméra fournit une palette très importante d’examens possibles. Le temps des examens est relativement court par rapport à la TEP ou l’IRM, ce qui explique pourquoi la TEMP est un outil de premier plan dans les services de médecine nucléaire.