Log in


TEP

(Tomographie par Émission de Positrons)


Introduction

La Tomographie par Émission de Positrons (TEP), aussi appelée PET-Scan (« Positron Emission Tomography » ou PET), est une méthode d’imagerie employée en médecine nucléaire. Avec le SPECT-Scan (« Single Photon Emission Computed Tomography »), elle est l’une des méthodes permettant de faire une imagerie fonctionnelle du patient ou de la patiente; à l’inverse, le CT-Scan (« Computed Tomography », aussi connu sous le nom de « TACO ») et l’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) fournissent des images anatomiques. À noter que l’IRM produit aussi des images fonctionnelles.

Le fonctionnement de la TEP se base sur la détection quasi simultanée des deux photons systématiquement émis à la suite de chaque annihilation positron-électron afin de déterminer la zone de laquelle provient l’annihilation. Pour ce faire, un radiotraceur (correspondant à un radio-isotope lié à un composé pharmaceutique) est injecté dans le corps du patient ou de la patiente : le radio-isotope se désintégrant par émission β+ émet un positron qui s’annihile avec un électron pour émettre simultanément deux photons de 511 keV à 180° l’un de l’autre. La TEP est donc une imagerie d’émission; le CT-Scan, au contraire, est une imagerie de transmission.


La TEP est souvent utilisée en parallèle au CT-Scan afin d’associer imagerie fonctionnelle et imagerie anatomique. Le radiotraceur le plus couramment utilisé est le 18F-fluorodeoxyglucose (18F-FDG) qui permet d’imager l’absorption du glucose par les tissus et donc d’imager des tumeurs ou certains organes, comme le cerveau.


Historique

Les fondements de l’imagerie par émission tomographique sont attribués au médecin et scientifique américain David Kuhl qui, en 1956, développa le premier photo-scanner. « PC-1 », la première TEP, dévoilée en 1972, possédait deux rangées de détecteurs de photons. En 1975, la première TEP possédant un agencement de détecteurs en forme d’hexagone fut dévoilée. Plus tard, des TEP à forme circulaire (1982) et cylindrique (1985) furent créées dans le but d’augmenter la résolution et la sensibilité des images [1]. La Figure 1 met en évidence l’impact de l’évolution de la technologie sur la qualité des images obtenues dans le cas d’examens servant à évaluer la présence de la maladie de Parkinson chez des patients et patientes. La première TEP-CT a été commercialisée en 2001 [2]. En 2010, la première TEP couplée à une IRM a été commercialisée.


Mécanismes d’action

Les appareils TEP ont une forme de cylindre au centre duquel vient se glisser le lit du patient ou de la patiente après qu’il ou elle ait reçu une injection d’un radiotraceur. Une TEP analogique possède dans son cylindre de 15.000 à 30.000 détecteurs, correspondants à des cristaux scintillants (BGO ou LYSO), connectés à des photomultiplicateurs. Cette technologie permet de convertir l’énergie des photons détectés en signal électronique.

Les radio-isotopes utilisés en imagerie TEP (créés à l’aide d’un cyclotron) sont tous des émetteurs β+, car à la suite de l’annihilation du positron émis avec un électron du milieu, deux photons de 511 keV sont émis simultanément à 180° l’un de l’autre.


Figure 1.  A) Images d’un PET cérébral 18F-spiperone d’une résolution de 16 mm datant de 1987.

                     B) Images d’un PET cérébral 18F-FPCIT d’une résolution de 4.25 mm datant de 2012 [1].



Figure 2. TEP couplée à un CT-Scan [3].


La caractéristique principale distinguant les radio-isotopes est leur temps de demi-vie, c’est-à-dire le temps nécessaire pour que la moitié des atomes radioactifs se soient désintégrés. La quantité de produit radioactif injecté dans un patient est exprimée en mCi ou Becquerel (1mCi = 37 MBq). Un Becquerel correspond à une désintégration par seconde.

La détection TEP a la particularité de se faire en coïncidence : une fenêtre temporelle d’une certaine durée (3 à 10 ns) est définie de sorte que deux détecteurs capturent les deux photons émis par l’annihilation positron-électron. Lorsque deux photons sont captés dans cet intervalle, une ligne de réponse (« Line of Response », « LOR ») est créée et enregistrée. Tout au long de l’acquisition, plusieurs lignes de réponse sont enregistrées sous forme de sinogramme, voir Figure 3. Un algorithme de reconstruction d’image (rétroprojection filtrée ou algorithme itératif) permet à partir de ce dernier de reconstruire une image 3D représentative de la distribution du radiotraceur dans le corps du patient ou de la patiente. Les valeurs des pixels sont indiquées en valeur SUV (« Standardized Uptake Value »).

Les TEP modernes sont dotées d’une technologie temps-de-vol (« Time of Flight » ou « TOF ») qui mesure le laps de temps entre la détection du premier et du second photon issus d’une même annihilation. Cela permet d’affiner la ligne de réponse et d’augmenter la qualité de l’image [6].


Sécurité

Les radio-isotopes utilisés en imagerie TEP émettent tous des photons de 511 keV. Ces derniers sont des rayonnements ionisants : ils peuvent donc traverser la matière et y déposer de l’énergie. Pour cette raison, le personnel manipulant des préparations de radiotraceurs doit se protéger par l’utilisation de gants et de vitres plombées, en se tenant le plus à distance possible, et en limitant le temps de manipulation des radio-isotopes. Le personnel doit systématiquement porter des dosimètres, c’est-à-dire des instruments servant à mesurer les doses de radioactivité absorbées. Les doses maximales auxquelles une personne peut être exposée sont définies par l’IRCP (« International Commission on Radiological Protection », Ottawa, Canada). Celles-ci sont de 20 mSv/an pour le personnel médical et de 1 mSv/an pour le public [7].


Figure 3. Création d’un sinogramme à partir des différentes lignes de réponse. Chaque ligne (rouge ou noire) correspond à une ligne de réponse créée par la TEP lors de l’acquisition. Ces lignes sont enregistrées dans un sinogramme où les valeurs de l’ordonnée, Φ ,correspondent aux différents angles des lignes de réponse et où l’abscisse, r, correspond à la distance par rapport au centre de la TEP [4].



Figure 4. Mise en évidence de la technologie temps-de-vol [5].

La TEP ne présente en elle-même aucun risque en termes de radioprotection. Les rayonnements ionisants proviennent de la seringue contenant le radiotraceur, du patient ou de la patiente une fois injecté(e) et du CT- Scan couplé à la TEP lorsque celui-ci est employé. La durée durant laquelle le patient ou la patiente peut présenter des risques de radioprotection pour son entourage dépend de l’activité injectée et de la demi-vie du radio-isotope. Dans le cas des examens effectués avec un PET-scan, le temps de demi-vie des radio-isotopes utilisés est relativement court : 110 minutes dans le cas du 18F. Ainsi, aucune mesure de radioprotection particulière n’est nécessaire après un examen au 18F vis-à-vis du patient ou de la patiente (soit plus d’une heure après l’injection). Il est néanmoins recommandé de se tenir à un mètre du patient ou de la patiente dans l’heure suivant son injection ou de se situer derrière une vitre plombée [7]. Au bout de 24 heures suivant l’injection du produit, on considère que l’activité n’est plus mesurable, et donc négligeable.

Pour le CT-Scan (voir aussi la section dédiée à cet appareil), il est nécessaire que le personnel médical quitte la salle ou se cache derrière un mur/vitre plombée lors de son utilisation. D’autres risques relatifs au magnétisme apparaissent si la TEP est couplée à une IRM (voir aussi la section dédiée à cet appareil).


Utilisation en recherche et en clinique

La majorité des examens TEP utilisent le radio-isotope 18F-FDG. Ce radio-isotope étant un analogue du glucose, il est phosphorylé1 de la même manière que celui-ci par les cellules. Puisque les cellules cancéreuses ont une activité métabolique plus élevée que les cellules saines, elles sont plus avides de glucose. Ainsi, un examen au 18F-FDG permet de faire une imagerie de la répartition des tumeurs d’un patient ou d'une patiente et de leur intensité. Le protocole classique consiste à injecter une activité allant de 370 à 550 MBq de 18F-FDG, d’attendre approximativement une heure et de faire l’imagerie [8].

Ce même radio-isotope (18F-FDG) peut également être utilisé pour d’autres examens médicaux comme ceux concernant le cerveau. Pour ces derniers, l’examen au 18F-FDG peut être utilisé pour pronostiquer les démences (p. ex. Alzheimer, Parkinson, corps de Lewy), évaluer les risques d’une attaque cérébrale chez un patient, etc. [8] Le FDG étant absorbé par les neurones, l’acquisition PET permet d’observer et de mesurer le débit métabolique cérébral du glucose [9]. La Figure 5 montre l’exemple d’un examen PET 18F-FDG positif à la démence à corps de Lewy. On peut y observer un hypométabolisme sur les lobes occipitaux (flèche blanche sur l’image) caractéristique de cette maladie.


Figure 5. Examen 18F-FDG PET positif à la démence à corps de Lewy [9].

 


D’autres radiotraceurs peuvent être utilisés en imagerie TEP cérébrale pour imager les plaques amyloïdes. L’accumulation progressive de ces plaques dans le cerveau est le signe précurseur de la maladie d’Alzheimer. Le 11C-PIB est particulièrement absorbé dans les régions corticales et sous-corticales du cerveau si le patient ou la patiente est atteint(e) de la maladie d’Alzheimer, comme observable à la Figure 6 [10, 11].


Figure 6. Examens PET au 11C-PIB : a| positif à Alzheimer et b| négatif à Alzheimer [11].


Un autre radio-isotope utilisé en imagerie TEP est le 68Ga. Celui-ci peut être lié à du DOTATATE ou DOTATOC, qui sont des analogues à la somatostatine et permettent de faire une imagerie des tumeurs neuroendocrines [12]. Le 68Ga peut également être relié au PSMA (« Prostate Specific Membrane Antigen ») dans le cadre des examens du cancer de la prostate [13].

1La phosphorylation est l’ajout d’un groupe phosphate à une protéine ou à une petite molécule, le glucose. Une fois phosphorylé, le FDG ne peut plus quitter la cellule.



Liens utiles

NIBIB gov, 2013, How does a PET Scan work ?

  Imperial College London, 2016, How does a PET scan work?

Commission Canadienne de Sureté Nucléaire (CCSN)



Références

[1]  Leah H. Portnow, David E. Vaillancourt et Michael S. Okun. “The history of cerebral PET scanning : from physiology to cutting-edge technology.” In : Neurology 80.10 (2013), p. 952–956. doi : 10.1212/WNL.0b013e318285c135.

[2] David W. Townsend. “Combined PET/CT : the historical perspective”. In : National Institute of Health 29.4 (2008), p. 232–235. doi : 10.1053/j.sult.2008.05.006.

[3]  Amita Health Website. Positron Emission Tomography/Computed Tomography (PET/CT). https : / / www . amitahealth . org / services / imaging - services / procedures / positron - emission-tomography-pet. [Site WEB ; accédé le 19 Septembre 2019].

[4]  Sinogram and Imaging Formats. http://www.people.vcu.edu/~mhcrosthwait/PETW/Petandsingormasathome.html . [Site WEB ; accédé le 18 Novembre 2019].

[5]  Paul Lecoq. IEEE Distinguished Lecture : The 10ps Time-of-Flight PET Challenge. http: //www.eventideib.polimi.it/en/events/ieee-distinguished-lecture-the-10ps-time-of-flight-pet-challenge/. [Site WEB ; accédé le 19 Septembre 2019].

[6]  Simon R. Cherry, James A. Sorenson et Michael E. Phelps. Physics in Nuclear Medicine. Fourth Edition. Elsevier Saunders, 2012. isbn : 978-1-4160-5198-5.

[7]  Dale L. Bailey et al. Positron Emission Tomography. Springer, 2005. isbn : 1-85233-798-2.

[8]  Harvey A. Ziessman, Janis P. O’Malley et James H. Thrall. Nuclear Medicine : The Requisites. Third Edition. Elsevier Mosby, 2006. isbn : 978-0-323-02946-9.

[9]  Richard K. J. Brown et al. “Brain PET in Suspected Dementia : Patterns of Altered FDG Metabolism”. In : RadioGraphics 34.3 (2014), p. 684–701. doi : 10.1148/rg.343135065.

[10]  Pedro Rosa-Neto et Antoine Leuzy. “Imagerie moléculaire en TEP dans la maladie d’Alzheimer”. In : La Revue Canadienne d’Alzheimer et autres démences 11.1 (2008), p. 18–24.

[11] Agneta Nordberg et al. “The use of PET in Alzheimer disease”. In : Nature Reviews Neurology 6 (2010), p. 78–87. doi : 10.1038/nrneurol.2009.217.

[12]  Thorsten D. Poeppel et al. “ 68 Ga-DOTATOC Versus 68 Ga-DOTATATE PET/CT in Functional Imaging of Neuroendocrine Tumors”. In : The Journal of Nuclear Medicine 52.12 (2011), p. 1864– 1870. doi : 10.2967/jnumed.111.091165.

[13]  Nat P. Lenzo, Danielle Meyrick et J. Harvey Turner. “Review of Gallium-68 PSMA PET/CT Imaging in the Management of Prostate Cancer”. In : Diagnostics 8.16 (2018). doi : 10.3390/ diagnostics8010016.





Centre intégré en neuroimagerie et neurostimulation de Québec

Centre de recherche CERVO, 2601, chemin de la Canardière,       

bureau S-2119, Québec (Qc) G1J 2G3

418-663-5000 poste 8703

contact@cinq.ulaval.ca


Copyright©2009-2019

Powered by Wild Apricot Membership Software