Medecine Nucleaire Flashcards
Imagerie morphologique et imagerie fonctionnelle
Morphologique: étude de l’anatomie: TDM et IRM
Fonctionnelle: processus biochimiques et physiologiques: TEMP (=SPECT), TEP
Limite de stabilité nucléaire
N>Z (ou N=Z si faible Z)
279 noyaux stables, Z<84
~ 1 200 instables
65 naturels
Transformations radioactives
β- : trop de neutrons, n devient p
β+ et CE : trop de protons, p devient n
Radioactivité α : trop de protons et neutrons.
Particule α
Noyau d’Helium
Ionisant +++++
Pénétration: faible : quelques cm dans l’air
Protection : couche superficielle de la peau
Particule β
Électron / positon
Ionisant +++
Pénétration: faible : quelques m dans l’air
Protection : feuille d’aluminium, quelques mm de plexiglas
Particule γ
Photon
Ionisant +
Pénétration: très grand : quelques centaines de m dans l’air
Protection : métal densité élevé (Pb, W); béton
Un bon marqueur pour l’imagerie (diagnostique)
Minimum de rayons non pénétrants: β-, α, γ faible énergie, RX, électrons Auger
Maximum d’émission pénétrante monoénergetique (RX, γ)
- Monoénergétique: pas de rayonnements parasites
- Pénétrante: doit pouvoir émerger
- Adapté aux détecteurs
Période du radionucléide adapté:
- trop long: ❗️ radioprotection, activité spécifique faible
- trop court: problème de logistique
Distribution:
- Rapide
- Ciblée et stable
- Excrétion rapide
Le moins de dose possible, meilleure information (# thérapie: + de dose dans le plus petit volume)
+ Pureté radionucléidique, pureté radiochimique, pureté chimique
Un bon marqueur pour la thérapie
Le plus de dose dans un très petit volume
- Émetteur α ou β pur (pas de γ parasites)
- Énergie élevée (>1 MeV)
- Période longue (5-20 jours)
Méthodes de production des marqueurs
- Cyclotrons et accélérateurs linéaires: bombardement d’une cible choisie par des particules chargées
- Réacteurs nucléaires:
- Activation neutronique: radionucléides artificiels par bombardement neutronique de cibles choisies
- Produits de fission: revalorisation des déchets d’origine nucléaire
• Générateurs de radionucléides: Rn. parent issu d’un cyclotron ➡️ générateur ➡️ extraction de Rn. Fils
Générateur de Rn
Système contenant un radionucléide parent déterminé et servant à la production d’un radionucléide de filiation (obtenu par élution: ex. 99Mo-99mTc, rinçage de la colonne par aspiration d’un flacon ou autre) et utilisé dans un médicament radiopharmaceutique.
Parent: période beaucoup plus grande que le fils: plusieurs séparations et extractions possibles
Stérilisés, blindés, en partie automatisés
Radionucléide: 67 Ga (Gallium)
Mode de production
Mode de désintégration
Période
67 Ga
Cyclotron
CE
Période: 78 heures
Radionucléide: 111 In (Indium)
Mode de production
Mode de désintégration
Période
111 In
Cyclotron
CE
2.8 jours
Radionucléide: 123 I (Iode)
Mode de production
Mode de désintégration
Période
123 I
Cyclotron
CE
13.2 heures
Radionucléide: 125 I
Mode de production
Mode de désintégration
Période
125 I
Activation neutronique
CE
60.2 jours (le plus)
Radionucléide: 131 I
Mode de production
Mode de désintégration
Période
131 I
Produit de fission
β-
8 jours
Radionucléide: 99m Tc (Technétium)
Mode de production
Mode de désintégration
Période
99m Tc
Produit de générateur (de 99 Mo (Molybdenum))
Tl
6 heures
Radionucléide: 201 Tl (Thallium)
Mode de production
Mode de désintégration
Période
201 Tl
Cyclotron
CE
73.1 heures
Produit 99m Tc est un bon candidat ?
Produit de générateur
- disponible facilement (transport facile)
- séparation facile, rendement de séparation élevé, peu d’impuretés
- Parents (99 Mo) avec période raisonnable (67 heures)
Émission γ optimale:
- 140 keV: maximum de sensibilité γ caméras
- peu de rayonnement parasite
Période courte (6h)
- suffisamment longue pour imagerie
- suffisamment courte pour radioprotection
Propriétés dosimetriques:
- dose / photon émis est faible
- dose patient faible
Chimie versatile:
- marquage possible sur de nombreuses molécules
Coût modéré
Isotopes en TEP
11 C 13 N 15 O ❗️ 18 F, T=110min, Emax= 0.64 MeV 68 Ga 82 Rb
Principe TEP-FDG
18 F- FDG (analogue du glucose par du 18F)
M reste piégé dans la cellule: accumulation et intensité radioactive de + en + intense
Fixation physiologique: cerveau, cœur, reins, vessie, foie
Fixation pathologique: cellule tumorales
TEP/TDM au 18 FDG
Caractérisation des tumeurs primitives
Bilan d’extension pré-thérapeutique
Confirmation de récidives ou leurs nombres
Évaluation de la réponse tumorale aux thérapies
Éléments d’une γ- caméra
Collimateur (sélection, compromis RS- sensibilité), Cristal NaI(Tl), guide de lumière, tubes photomultiplicateurs, blindage
Calculateur de positionnement + discriminateur en énergie (pour événements mal positionnés): station d’acquisition + station de traitement et de reconstruction
Types de collimateurs (3 types)
➡️ Nb de canaux, hauteur des canaux, diamètres des canaux, épaisseur des septas
Collimateur parallèle: imagerie de projection
Collimateur convergent: ↗️ de sensibilité; cerveau
Collimateur à sténopé: agrandissement; thyroïde
Cristal scintillateur
Convertir énergie des photons γ en photons lumineux (moins énergétique) et pouvant être comptés par photomultiplicateur
Majorité des γ caméras commerciales équipées de cristaux NaI(Tl)
Taille standard: diamètre 30-50cm; épaisseur 9-16 mm
➡️ compromis efficacité de détection - RS
Pourquoi de NaI(Tl) [cristal]
Avantages:
- Peu coûteux
- Rendement lumineux élevé
- Bonne transparence à sa propre lumière
- Emission lumineuse proche de réponse lumineuse des photodetecteurs
Inconvénients:
- Phénomène de scintillation plutôt lent
- Cristal hygroscopique
- Sensibilité variations T
- Sensibilité chocs
Guide de lumière
Plexiglas,
Interposé entre cristal et PM pour ↗️ collecte des photons de scintillation
Couplage cristal-PM sans trop de perte ( indices de réfraction)
Uniformité de détection
Dégrade RS intrinsèque
PM
Convertir photons lumineux en électrons (photocathode)
Multiplier le nb d’électrons et collecter un signal électrique (dynodes)
Signal électrique recueilli par l’anode
Amplitude du signal est inversement proportionnelle à la distance entre le PM et la scintillation
Caméras actuelles : Convertisseurs Analogique Numérique au bout
Discrimateur d’énergie
Fenêtre spectrométrique est fixée à l’aide d’un analyseur de signaux multicanaux
Supprimer les photos diffusés qui contribuent à la dégradation de la qualité d’image (effets compton)
Def. Résolution spatiale
La plus petite distance permettant de discerner deux sources ponctuelles
Largeur à mi-hauteur (LMH) de la réponse impulsionnelle
Résolution spatiale intrinsèque (Ri) : capacité du détecteur, sans collimateur, à pouvoir séparer deux sources ponctuelles rapprochées
Résolution spatiale géométrique (Rc) : spécifique du collimateur
Résolution spatiale du système (Rs) : racinecarré(Ri^2 + Rc^2)
Résolution spatiale intrinsèque
Limite de résolution que peut atteindre le détecteur et l’électronique
Limitée par 2 facteurs:
- Diffusions multiples
- Fluctuations statistiques dans la distribution des photons lumineux
➡️ épaisseur du cristal et énergie des photons incidents
Ri cristaux NaI: 3mm
Résolution du collimateur (parallèles)
DISTANCE: Si la source s’éloigne, RS se dégrade rapidement (au carré)
ÉPAISSEUR DES CANAUX: peu épais = meilleure sensibilité
LARGEUR DES CANAUX: Plus ils sont larges, meilleure est la sensibilité
Toute amélioration de la RS se fait au détriment de la sensibilité ➡️ compromis
Ce dont dépend l’efficacité de la détection (et la sensibilité) γcam
Efficacité de détection du système:
- Efficacité intrinsèque du détecteur
- Efficacité géométrique du collimateur
➡️ Efficacité intrinsèque:
- caractéristique intrinsèques du détecteur
- largeur de la fenêtre spectrométrique
- taux de comptage (dû aux temps mort du détecteur)
Modes d’acquisition γ caméra
[Mode histogramme et Mode liste ➡️ enregistrement des données] Mode statique Mode corps entier Mode dynamique Acquisition synchronisée sur ECG Reconstruction tomographique
Mode histogramme caméra a scintillation
Nb de coups dans les pixels
Stockage: coordonnées (x;y) , information temporelle (t)
Créer famille d’images a posteriori en fct des infos d’avant
Inconvénient: taille des données
Mode liste
Liste avec adresse X
Adresse Y et compteur temps
Mode statique
Mode planaire, phénomène qui n’évolue plus dans le temps
Acquisition: Pendant un temps donné + nb de coups fixés
Taille de matrice en général 256x256
Possibilité P fenêtres en énergie
Exemple: • Scintigraphie thyroïdienne
• Scintigraphie pulmonaire
Mode corps entier
Détecteur balaie le patient longitudinalement (ou le lit du patient bouge)
Vitesse de balayage détermine: temps d’acquisition + densité de coups
1024x256; 2048x512
Ex: Scintigraphie osseuse
Mode dynamique
Phénomène qui évolue dans le temps
Acquisition d’une série d’images statiques séquentielles dans le temps
➡️ Cinétique de fixation et/ou clairance d’un traceur dans un organe (choix de la fréquence)
64x64, 128x128
Ex: Scintigraphie rénale
Acquisition synchronisée sur l’ECG
Intervalle R-R (~1sec), est divisé en 8, 16 ou 32 segments.
Matrice > 64x64
Ex: imagerie planaire synchronisée a l’ECG
Reconstruction tomographique
2D -> 3D
Infos sur la profondeur
Gain de contraste
Innovations technologiques
Ri, Résolution en énergie, linéairité géométrique, uniformité de détection, taux de comptage maximal
Détecteurs solides: cristal scintillateur -> Semi-conducteur
- ↗️ Résolutions Re et Rs
Re: double-isotopes
Rs: imagerie/ comptage des petits organes
γ-caméra cardiaque
Déroulement examen TEP-FDG
Réduire fixation physiologique du traceur:
- délai entre injection et images
- à jeun depuis min. 6h
- oklm
- pré-médication myorelaxante
45-90 min. après injection
3-5 MBq/kg
Acquisition: 1 a 5min
Reconstruction tomographique
Mécanisme détection TEP
Source β+ : 2 photons a 180° Coïncidence (fenêtre de coïncidence 5-12ns): +/- validé - coïncidence vraie (true): utile - coïncidence diffusée (Scatter) - Coïncidence fortuite (Random)
Localisation: «traçage de ligne à chaque vis à vis»: Ligne de réponse - LDR
Reconstruction tomographique pour déterminer objet à partir de ses projections
Principaux scintillateurs utilisés TEP
LSO
LYSO
Performance des scintillateurs TEP
Sensibilité: densité, coefficient d’atténuation, photofraction
Re, Rs: réponse lumineuse/ NaI(Tl)
Tx de comptage: constante de décroissance
Résolution spatiale TEP
Facteurs dégradant:
- ↗️ En fonction du diamètre de l’anneau (a cause de l’angle de décalage)Rparcours
- ↗️ impact de la profondeur d’interaction des photons avec cristaux scintillateur (peut en traverser 2 ➡️ problème choix du bon cristal en vis à vis)
Efficacité de détection (et sensibilité) TEP
Relation entre coïncidences vraies détectées et activité de la source de positions
Dépend:
- Caractéristiques intrinsèque du détecteur
- Géométrie du TEP
TEP 3D VS TEP 2D
Sensibilité TEP 3D, 5-7x > TEP 2D
Fraction de diffusé x2-3
TEP 3D: sensibilité axiale pas uniforme (chevauchement des pas)
Temps mort + imptt.
TEP 3D: algorithme de reconstruction spécifique et bcp de données
Performances typiques Tomographie
TEMP:
- Rs tomographique: 10-15mm
- Sensibilité: 150 cps/MBq
TEP:
- Rs: 5mm
- Sensibilité: 7000 cps/MBq
TEP 2D
En vis à vis avec septas
↘️ : coïncidences fortuites, rayonnements diffusés
Temps d’acquisition plus long
Innovations technologiques TEP
Temps de vol: calcul de la distance par rapport aux détecteurs
- meilleure qualité, pour patients épais, temps d’acquisition + court, possibilité de diminuer activité injectée
