L’axiomatisation L’axiomatisation de la physique de la physique

(1)

L’ANTI

L’ANTI--MATIEREMATIERE :: UN OUTIL DE

UN OUTIL DE LUTTE LUTTE CONTRE LE CANCER CONTRE LE CANCER

Denis MARIANO

Denis MARIANO--GOULARTGOULART

Département de biophysique et médecine nucléaire Faculté de médecine de Montpellier

(2)

L’anti-matière

La médecine nucléaire

La Tomographie par Emission de Positons

Exemples cliniques

Perspectives pour un futur proche…

PLANPLAN

(3)

Découverte des anti

Découverte des anti--particulesparticules

(4)

La physique après Newton et Maxwell La physique après Newton et Maxwell ?

Lord Rayleigh, 1898 : Lord Rayleigh, 1898 :

«« la physique est pratiquement la physique est pratiquement terminée…, il ne reste que deux terminée…, il ne reste que deux petites choses à examiner et ce petites choses à examiner et ce

sera l’affaire des années sera l’affaire des années

suivantes…

suivantes… »»

D. Hilbert, 1900 D. Hilbert, 1900

Le 6° des 23 problèmes : Le 6° des 23 problèmes :

«« L’axiomatisation L’axiomatisation de la physique

de la physique »»

(5)

Une ampoule à rayons cathodiques…

- V + U

C - A+

Röntgen 1895 Röntgen 1895

(6)

…qui ménage des surprises…,

C A

U

(7)

- V +

C A

U

…qui ménage des surprises…,

(8)

… fait découvrir les rayons X, …

- V + X

C A

e^- U

(9)

- V + X

C A

e^-

Becquerel 1896 Becquerel 1896

U U U UU UU U

…et la radioactivité naturelle.

U

(10)

Becquerel 1896 Curie 1898 Becquerel 1896 Curie 1898

Rutherford

Rutherford 1899 Villard 19001899 Villard 1900 - V +

X

C A

e^-

Des rayonnements pénétrants et détectables Des rayonnements pénétrants et détectables

U

(11)

Chadwick 1932

Rutherford 1919

Thomson 1897 pp

ee^-^-

nn

Découverte de la structure de l’atome…

(12)

Renouveau de la physique théorique Renouveau de la physique théorique

1900 : M. Planck 1900 : M. Planck

1905 : A. Einstein 1905 : A. Einstein

E = m.c² E = m.c²

(13)

M. Planck N. Bohr E. Schrödinger L. de Bro

M. Planck N. Bohr E. Schrödinger L. de Broglie W. Heisenberg glie W. Heisenberg

A. Einstein A. Einstein E = m.c² E = m.c²

(14)

1929: PAM Dirac : 1929: PAM Dirac :

Théorie Quantique et relativiste de l’e Théorie Quantique et relativiste de l’e^-^-

E > 0

E < 0

c m c

p

E = ± ² ² + ² ⁴

ee^-^-

(15)

c m c

p

E = ± ² ² + ² ⁴

E > 0

E < 0

ee^-^- ee⁺⁺ Energie

Energie

Energie ee^-^- + ee⁺⁺

(16)

c m c

p

E = ± ² ² + ² ⁴

E > 0

E < 0

ee^-^- ee⁺⁺

Energie Energie 

E > 0

E < 0 ee^-^-

ee^-^- + ee⁺⁺ Energie

(17)

1932: C. Anderson : 1932: C. Anderson :

Découverte d’e

Découverte d’e⁺⁺ dans le rayonnement cosmiquedans le rayonnement cosmique

(18)

Les Curie, des alchimistes…

10 n

01 e⁺

20682 Pb

210 αααα

84 Po

42 He²⁺







 BB

2713 Al

30

14 Si

Reprise de l’expérience initiale de Bothe et Becker

(19)

…qui découvrent (aussi)…

2713 Al

30

14 Si

20682 Pb

210 αααα

84 Po

42 He²⁺

01 e⁺







 BB

10 n

(20)

20682 Pb

αααα

2713 Al ³⁰₁₅ P

30

14 Si

21084 Po

42 He²⁺

01 e⁺







 BB

… la radioactivité artificielle

10 n

CRAS 15/1/1934 : RA artificielle et désintégration CRAS 15/1/1934 : RA artificielle et désintégration ββββββββ⁺⁺

(21)

L’énergie du positon …?

3015 P

3014 Si

01 e⁺

EE_d_d = { M(P) = { M(P) –– [M(Si) + m(e[M(Si) + m(e⁺⁺)] } .c²)] } .c²

(22)

L’énergie du positon …?

EE_d_d = { M(P) = { M(P) –– [M(Si) + m(e[M(Si) + m(e⁺⁺)] } .c²)] } .c²

E_d Nb

E

3015 P

3014 Si

01 e⁺

E M E

M

E M _d _d

Si e

Si ≈

= +

(23)

…est elle perdue ?…

E_m E_d E

Nb ??

3015 P

3014 Si

01 e⁺

(24)

E_m E_d E

Nb

1922, Meitner : ralentissement des e^- 1925, Ellis et Wooster : calorimétrie

??

3015 P

3014 Si

01 e⁺

(25)

E_m E_d E

Nb

1922, Meitner : ralentissement des e^-

1925, Ellis et Wooster : calorimétrie E_m ≈ E_d /3

??

3015 P

3014 Si

01 e⁺

(26)

La lettre de Pauli à Meitner et Geiger La lettre de Pauli à Meitner et Geiger

νννν: neutrino, νννν: neutrino,

de masse et de charge nulle de masse et de charge nulle

E_d E Nb EE_νννν_νννν

E_e

3015 P ³⁰₁₄Si

01 e⁺

νννννννν

W. Pauli : 1930 E. Fermi : 1934 W. Pauli : 1930 E. Fermi : 1934

(27)

Que devient le positon émis ? Que devient le positon émis ?

e⁺

e⁺ + e^- γ γ γ γ + γγγγ

2 - 3 mm

2 PHOTONS partant a 180°

d’énergie E = 511 keV = m_e c²

e^-

γγγγ γγγγ

(28)

Donc, 2 familles d’émetteurs

Donc, 2 familles d’émetteurs γγγγγγγγ ::

•• EmetteursEmetteurs de photons uniques de photons uniques γγγγγγγγ ::

•• TcTc, (Xe, Kr, Ga, Tl, In …),

•• EmetteursEmetteurs de positons de positons ββββββββ⁺⁺ ::

•• F, (C, N, O,…)F,

γγγγγγγγ

189 F

188 O

9943 Tc

(29)

Principes de Principes de

la médecine nucléaire la médecine nucléaire

(30)

Si on accroche Si on accroche un atome radioactif

un atome radioactif γγγγγγγγ ou ou ββββββββ⁺⁺ ((marqueurmarqueur) ) à une molécule biologiquement active (

à une molécule biologiquement active (vecteurvecteur) …) … On obtient un

On obtient un TRACEUR

TRACEUR METABOLIQUE DETECTABLEMETABOLIQUE DETECTABLE

1818¹⁸FF

18FF OHOH

HOHO

OO

OHOH HOHO

123 123II

NHNH CC NHNH NHNH₂₂

(31)

On pourra alors On pourra alors

créer une créer une

image image

FONCTIONNELLE FONCTIONNELLE……

…et même irradier

…et même irradier in situ des tumeurs ! in situ des tumeurs !

…et détecter

…et détecter les photons les photons γγγγγγγγ !!

…mais il faut

…mais il faut produire

produire des isotopes…

des isotopes…

(32)

Fabrication des isotopes Fabrication des isotopes

Séparation isotopique des produits de fission

Séparation isotopique des produits de fission : ⁹⁹^Tc,¹³¹^I,¹³³^Xe

• ²³⁵₉₂U + n_th ⁹⁹₄₀Zr ⁹⁹₄₁Nb ⁹⁹₄₂Mo ^99m₄₃Tc

Bombardement

Bombardement particulaire : particulaire ¹⁸^F,²⁰¹^Tl,¹²³^I,¹¹¹^In,⁶⁷^Ga

• CYCLOTRON : Exemple du ¹⁸₉^F

(33)

Le cyclotron (E Lawrence 1930) Le cyclotron (E Lawrence 1930)

H^-

18OH₂

188 O + p ¹⁸₉F^* + n

1-2 h

10 MeV C

evB = mv²/R

B U

(34)

Détecteurs de photons

Détecteurs de photons γ γ γ γ γ γ γ γ ((AngerAnger 1956)1956)

(35)

Le tomographe Le tomographe

par émission de positons par émission de positons

(36)

Tomographie par émission d’e Tomographie par émission d’e⁺⁺

11111111 11111111 22222222 11111111 11111111

66666666

(37)

Artefacts de détection Artefacts de détection

Fenêtre de détection des coïncidences

(38)

(39)

(40)

Tomographie de transmission Tomographie de transmission

) ...

k.(

I

ln I ₁ ₂ ⁿ

0

ρ ρ

ρ + + +

=



 





II₀₀ XX

II

(41)

Imagerie TEP

Imagerie TEP--TDM (PETTDM (PET--SCAN)SCAN)

• Correction d’artefacts

• Localisation anatomique

(42)

Exemples cliniques Exemples cliniques

en cancérologie en cancérologie

(43)

Métabolisme cellulaire du glucose Métabolisme cellulaire du glucose

Récepteur Glucose

PFK

PK

Pyruvate Lactate

ATP O2 Ribose-5P -

HK,GK

(44)

Cas d’une cellule cancéreuse Cas d’une cellule cancéreuse

Récepteur Glucose HK,GK

PFK

PK

Pyruvate Lactate

ATP O2 Ribose-5P -

GF, Ras

Récepteur Récepteur

(45)

Cas d’une cellule cancéreuse Cas d’une cellule cancéreuse

Récepteur Glucose HK,GK

PFK

PK

Pyruvate Lactate

ATP O2 Ribose-5P -

ADNADN GF, Ras

Récepteur Récepteur

(46)

Fixation normale du FDG Fixation normale du FDG

Cerveau

Tissu lymphoïde Cœur

Urine

± Foie, rate

(47)

Cancer ORL Cancer ORL

(48)

Mélanome Mélanome

(49)

Lymphome agressif Lymphome agressif

(50)

Poumon : nodule bénin (I) Poumon : nodule bénin (I)

(51)

Poumon : ADC (II) Poumon : ADC (II)

(52)

Poumon : CBA (III) Poumon : CBA (III)

(53)

ATCD cancers du rein et du rectum ATCD cancers du rein et du rectum

(54)

Perspectives pour un futur Perspectives pour un futur

proche…

(55)

Hibernation myocardique Hibernation myocardique

(56)

Epilepsie

Epilepsie temporale gauchetemporale gauche

FDG-TEP

100

0

IRM

(57)

Maladie

Maladie d’Alzheimerd’Alzheimer

Hypofixation temporo-pariétale du FDG

(58)

Paralysie psychique du regard Paralysie psychique du regard

Incapacité à :

orienter le regard saisir un objet

présenté à la vue reconnaître

plusieurs objets visuellement

(59)

« L’imagerie moléculaire »

IRM

1H Métabolisme

18FDG

18F-DOPA, voie Pré-synaptique

Perte fonction Putamen DDaT

18F-Ethyl Spipérone, voie Post-synaptique

d’atteinte Pas RD2

Hémi Parkinson cliniquement gauche

(60)

Merci de votre attention…