vignette|Reconstruction tridimensionnelle de la distribution de glucose marqué au telle que mesurée par tomographie d'émission de positons. Outre l'accumulation normale du traceur dans le cœur, la vessie, les reins et le cerveau, des métastases hépatiques d'une tumeur colorectale sont clairement visibles dans la région abdominale de l'image.|382x382px
La tomographie par émission de positons (TEP), également dénommée PET ou PET scan (pour « » en anglais), est une méthode d'imagerie médicale pratiquée par les spécialistes en médecine nucléaire qui permet de mesurer en trois dimensions une activité métabolique ou moléculaire d'un organe grâce aux émissions produites par les positons ( en anglais) issus d'un produit radioactif injecté au préalable.
La TEP repose sur le principe général de la scintigraphie qui consiste à injecter un traceur dont on connaît le comportement et les propriétés biologiques pour obtenir une image du fonctionnement d'un organe ou la présence d'une cible moléculaire. Ce traceur est marqué par un atome radioactif (carbone, fluor, azote, oxygène) qui émet des positons dont l'annihilation produit deux photons. C'est la détection en coïncidence de ces photons qui permet la localisation de leur site d’émission et donc la concentration du traceur en chaque point de l'organe. C'est cette information quantitative que l'on représente sous la forme d'une image faisant apparaître en couleurs les zones de forte concentration du traceur.
Ainsi, la TEP permet de visualiser les activités du métabolisme des cellules : on parle d'imagerie fonctionnelle par opposition aux techniques d'imagerie dite structurelle comme celles basées sur les rayons X (radiologie ou CT-scan) qui réalisent des images de l'anatomie. Par conséquent, la tomographie par émission de positons est un outil diagnostique qui permet de déceler certaines pathologies qui se traduisent par une altération de la physiologie normale comme les cancers, mais aussi les démences par exemple.
De plus en plus l'expression d'« imagerie moléculaire » est employée, puisque les traceurs permettent de réaliser des images de cibles moléculaires : cibler un récepteur particulier, marquer le dépôt de plaques amyloïdes, acquérir des images de processus hypoxiques, de récepteurs hormonaux…
En pratique, elle est toujours couplée avec une imagerie structurelle, la plupart du temps avec un scanner. On nomme donc l'examen médical un , ou en français.
La TEP est aussi utilisée en recherche biomédicale.
Histoire
Le principe de la TEP en imagerie médicale voit le jour dès les , avec la première machine construite au Laboratoire de recherche en physique au (MGH), utilisée dans le cadre de la localisation de tumeurs cérébrales.. Il s'agit alors d'un simple dispositif utilisant deux détecteurs opposés d'iodure de sodium.. Après plusieurs versions de ce premier modèle, un scanner « hybride » fut développé dans les .. Ce modèle possédait deux rangées de neuf détecteurs, chacun en coïncidence avec trois autres détecteurs de la rangée opposée, permettant d'obtenir une image bidimensionnelle (2D). Puis les premiers modèles commerciaux à anneaux furent développés avec par exemple l'ECATI d'ORTEC en 1978. Parallèlement à ces développements techniques, les radiopharmaceutiques (ou traceurs) furent également développés. Après celle de l', l'utilisation du , du ou de l' se répandit à partir des .
Ce n'est qu'à partir des années 2000 que les premiers scanners multi modalité TEP/TDM couplant au sein du même statif un scanner à rayons X (tomodensitométrie, TDM) avec un scanner TEP sont construits puis commercialisés.. Ces machines sont dorénavant le standard de référence, les grands constructeurs (Philips, Siemens et GE) ne fabriquent plus que ce type de machine et la quasi-totalité des services cliniques utilisent des machines multi-modalité TEP/TDM.
Définition et principe vignette|Schéma du processus d'acquisition d'une TEP.|344x344px
Une tomographie par émission de positons (TEP) est un examen d’imagerie médicale par scintigraphie réalisé dans un service de médecine nucléaire.
La scintigraphie en TEP est obtenue par injection d’un traceur faiblement radioactif par voie intraveineuse. Le marqueur est le plus souvent le (18F) incorporé dans une molécule de glucose formant le 18F-fluorodésoxyglucose (en abrégé 18F-FDG). Ce traceur est semblable au glucose : il se fixe au niveau des tissus qui consomment de grandes quantités de ce sucre, comme les tissus cancéreux, le muscle cardiaque ou encore le cerveau. Le , dont la demi-vie est inférieure à deux heures, émet ensuite de façon temporaire des rayonnements que l’on peut suivre dans l’organisme du patient grâce à une caméra spéciale, une caméra TEP. Le ainsi que les autres isotopes pouvant être utilisés ( (15O), (13N), (11C)) ont une courte demi-vie, jusqu’à pour le fluor.. Ces isotopes de courte durée nécessitent pour leur production un cyclotron.
Une caméra TEP est un appareil qui a l’aspect d’un mais son principe de fonctionnement est différent. En effet, l'atome radioactif (par exemple, le ) se désintègre en émettant un positon. Celui-ci va s'annihiler avec un électron du milieu, après un très court parcours de l'ordre du millimètre ( dans l'eau pour le positon du 18F). Cette annihilation produit deux photons gamma de qui partent sur une même direction mais dans un sens opposé, ce qui rend possible le traitement tomographique des données. En effet, les capteurs situés tout autour du patient détectent les photons d'annihilation en coïncidence (c’est-à-dire ceux qui arrivent en même temps), ce qui permet d'identifier la ligne sur laquelle se situe l'émission des photons. Un système informatique reconstitue ensuite à l'aide d'un algorithme de reconstruction les images de la répartition du traceur au niveau d’une partie ou de la totalité du corps sous la forme d'une image 2D ou d'un objet 3D. Les images ainsi obtenues sont dites « d’émission » (la radioactivité provient du traceur injecté au patient). La résolution spatiale de l'image ainsi obtenue est comprise entre en imagerie clinique (pour l'homme) et inférieure à en imagerie préclinique (destinée au rat ou à la souris)..
Il est possible d’améliorer la qualité des images en utilisant le principe de correction d’atténuation. Lors de la traversée du corps, de nombreux photons gamma subissent une atténuation liée aux structures traversées et à leur épaisseur. En effet, un foyer hyperfixant situé en profondeur sera moins visible qu'un même foyer situé en surface. Pour effectuer cette correction, on utilisait initialement des images de transmission obtenues grâce à une source radioactive qui tourne rapidement autour du patient. Cependant la plupart des caméras TEP sont aujourd'hui couplées à un tomodensitomètre à rayons X (système TEP/TDM ou PET/CT en anglais), ce qui permet de superposer l'image fonctionnelle (image TEP) à sa localisation anatomique précise dans le corps (image CT). La correction d’atténuation ainsi réalisée permet d'effectuer l'examen beaucoup plus rapidement et d'obtenir des images de meilleure qualité.
Exposition aux radiations et radioprotection vignette|Manipulateur en électroradiologie médicale effectuant des mesures de radioactivité en fin de journée.|291x291px
Au cours d'une tomographie par émission de positons, le patient reçoit une dose équivalente inférieure à ce qui correspond à la dose reçue au cours d'un scanner thoraco-abdominal. Avec le FDG, on injecte en général au patient de l'ordre de ( de désintégrations par seconde) soit de pour un adulte. L’activité injectée varie en fonction du poids et de l’âge du patient. La période radioactive (le temps pour que la radioactivité diminue de moitié) du produit le plus utilisé en TEP (le fluor 18, 18F) est de l'ordre de . Donc en la quasi-totalité de la radioactivité a disparu. En réalité, la radioactivité disparaît encore plus rapidement car le FDG non fixé est naturellement éliminé avec les urines. L'examen lui-même dure en général près d'une demi-heure. La réalisation de cet examen ne présente pas de danger pour les patients ni pour leur entourage. Cependant, quelques précautions sont à prendre pour éviter une exposition inutile de l'entourage aux radiations : en raison de la radioactivité des radiopharmaceutiques injectés, cet examen est contre-indiqué chez les femmes enceintes, comme tous les examens utilisant des radiations ionisantes. Les mères allaitant devront suspendre l’allaitement durant dix à douze heures après l’injection car une partie du traceur radioactif peut se retrouver dans le lait maternel. Les contacts avec les jeunes enfants et les femmes enceintes sont à éviter la journée suivant l’examen. De légères précautions (tel que le stockage des urines après l'examen, pendant 24 heures pour le FDG) sont donc à prendre vis-à-vis du milieu familial, professionnel ou hospitalier pendant environ , temps moyen pour que la plus grande partie de la radioactivité ait disparu. De plus, des précautions supplémentaires sont à prendre pour les patients incontinents ou porteurs d’une sonde urinaire du fait de l’élimination du traceur par les urines.
Principaux traceurs utilisés Le 18F FDG Le 18F-FDG (fluorodesoxyglucose marqué au ) est un sucre semblable au glucose, rendu radioactif. C’est la radioactivité de cet atome de fluor particulier « accroché » au glucose qui permet sa détection par la caméra TEP. Pour vivre, fonctionner et se reproduire, les cellules ont besoin d’énergie sous forme de glucose, sucre assimilable par l’organisme. Cette source énergétique est essentielle aux nombreuses cellules de l’organisme et elle se trouve naturellement dans le sang. Plus l’activité des cellules est importante, plus leur consommation de glucose augmente.
Les cellules cancéreuses se multiplient sans cesse. Ces nombreuses multiplications nécessitent beaucoup d’énergie ; elles ont donc une consommation anormalement élevée de glucose par rapport aux cellules normales. C’est grâce à cette consommation excessive de glucose que l’on peut repérer le tissu cancéreux avec la caméra TEP.
Le 18F-FDG se comporte comme le glucose, mais contrairement à celui-ci, il n’est pas une source d’énergie utilisable par la cellule cancéreuse. La molécule de 18F-FDG est phosphorylée par la cellule après son entrée ce qui l'empêche de ressortir de la cellule. Ensuite le FDG phosphorylé s'accumule dans le cytoplasme de la cellule car il n'est pas reconnu par les enzymes du cycle de dégradation du glucose normal. En devenant ainsi radioactive, la cellule émet des rayonnements qui peuvent être détectés par la caméra TEP. Le tissu cancéreux est ainsi repéré grâce à l’accumulation du produit radioactif sous la forme d’une image d’hyperfixation.
Toutes les informations recueillies par la caméra TEP reposent sur la radioactivité repérée dans les tissus après l'injection du 18F-FDG au patient. Le système informatique relié à la caméra TEP produit des images en coupe et en trois dimensions des endroits du corps où le 18F-FDG s'est accumulé.
Ses autres indications en dehors de la cancérologie sont les TEP cérébrales (étude du métabolisme cérébral régional) et myocardiques (étude de la viabilité du myocarde).
La F-Choline Petite molécule précurseur des phospholipides membranaires, elle est disponible commercialement depuis 2010. Elle est indiquée dans l'évaluation du cancer prostatique. (bilan d'extension initial de certaines formes localement avancées et surtout localisation des récidives occultes) et celle du carcinome hépatocellulaire (CHC)..
Le F-Na L'utilisation du radiotraceur 18FNa, combinée au scanner X, permet d'explorer le squelette en moins d'une heure sans irradier excessivement l'organisme.. Il peut contribuer à la détection de fractures d'âges variés chez des enfants battus..
La F-DOPA