Médecine nucléaire
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Introduction

Un examen de médecine nucléaire "corps entier"

La médecine nucléaire est l'ensemble des applications médicales des radiotraceurs, ou sources radioactives non scellées.

Utilisation

Les différents domaines d'application sont :

  • l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait...) fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres...) in vivo (In vivo (en latin : « au sein du vivant ») est une expression latine qualifiant des recherches ou des examens pratiqués sur un organisme vivant, par opposition à in vitro ou ex vivo. Les essais cliniques sont...) qui consiste en l'administration d'un traceur radioactif au patient (Dans le domaine de la médecine, le terme patient désigne couramment une personne recevant une attention médicale ou à qui est prodigué un soin.) permettant sa détection externe. Ce sont les scintigraphies (émission de rayonnements gamma) ou les TEP (La tonne d'équivalent pétrole (symbole tep) est une unité d'énergie d'un point de vue économique et industriel.) (Tomographies d'émission de positons).
  • le diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de δια-, dia-, „par, à travers, séparation, distinction“ et γν?ση,...) biologique in vitro : c'est de la radio-immunologie
  • la radiothérapie (La radiothérapie est une méthode de traitement locorégional des cancers, utilisant des radiations pour détruire les cellules cancéreuses en bloquant leur capacité à se...) métabolique : cela regroupe les applications thérapeutiques utilisant l'administration d'un produit radioactif dont le parcours dans la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) est suffisamment faible pour déposer son énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) directement au contact du tissu cible et de le détruire. exemple : la radiothérapie des cancers thyroïdiens par iode (L'iode est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole I et de numéro atomique 53.) 131.

Bien qu'historiquement, ses premières contributions se firent surtout dans le domaine de l'oncologie, la médecine nucléaire (La médecine nucléaire est l'ensemble des applications médicales des radiotraceurs, ou sources radioactives non scellées.) permet aujourd'hui d'étudier pratiquement tous les systèmes du corps humain (Le corps humain est la structure physique d'une personne.) et trouve par ce fait des applications dans toutes les spécialités médicales (Voici la liste des spécialités médicales qui peuvent être faites à l'UCL (université catholique de Louvain), à l'ULB (université libre de Bruxelles)...), incluant la neurologie (La neurologie est la discipline médicale clinique qui étudie l'ensemble des maladies du système nerveux, et en particulier du cerveau. Cette spécialité médicale s'est séparée de la...), la cardiologie (La cardiologie est la spécialité médicale qui étudie le cœur et ses maladies. Le médecin qui s’en occupe s’appelle le cardiologue. Par extension, il s’intéresse...), l'oncologie, l'endocrinologie, la néphrologie, la gastro-entérologie, la pneumologie (En médecine, la pneumologie est la branche qui s'occupe de maladies des poumons et du tractus respiratoire. Elle est, en général, considérée...), l'infectiologie, les diverses disciplines chirurgicales, etc.

La médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son fonctionnement normal (physiologie), et cherchant...) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) se distingue de la plupart des autres techniques d'imagerie médicale (L'imagerie médicale regroupe les moyens d'acquisition et de restitution d'images à partir de différents phénomènes physiques (Résonance magnétique, réflexion d'ondes ultrasons, radioactivité,...) en ce qu'on obtient des images physiologiques plutôt qu'anatomiques. Des molécules dont le comportement biologique est connu sont introduites dans le corps du patient de la façon appropriée au test en cours: injecté, avalé, inhalé etc. Leur comportement est alors étudié par le biais de l’imagerie par émission. Les images obtenues peuvent êtres statiques mais, contrairement à la majorité des modalités d'imageries par transmission, il est souvent possible d'obtenir des images dynamiques. On pourra ainsi, par exemple, étudier :

  • la perfusion (La perfusion (du latin perfundere) est le processus physiologique qui permet d'alimenter un organe en composés chimiques (nutriments et...) sanguine des organes (flot vasculaire) ;
  • le métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou...) hépatobiliaire et la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) vésiculaire biliaire ;
  • les fonctions de filtration (La filtration est un procédé de séparation permettant de séparer les constituants d'un mélange qui possède une phase...) et d'élimination rénale, incluant la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) d'obstruction à la vidange rénale, par le biais, au besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les...), d'un test de provocation au diurétique ;
  • les fonctions de remplissage et de vidange de la vessie (La vessie est l'organe du système urinaire dont la fonction est de recevoir l'urine terminale produite par les reins puis de la conserver avant son...) urinaire, incluant la recherche de reflux vésico-urétéral ;
  • test d'organification thyroïdienne de l'iode, par le biais d'un test d'épuration au perchlorate ;
  • test de perfusion cérébrale , par le biais de la cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de données sur un support réduit représentant...) de captation et vidange tissulaire du Xenon-133 ;
  • etc.

Certaines techniques permettent une reconstruction dynamique (mouvement) par superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut possèder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable (spin,...) d'images prises à des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) différents (cœur). La médecine nucléaire se prête à la quantification.

Quelques radioisotopes utilisés en médecine nucléaire

99mTc

Le technétium 99m est le radioisotope (Les radioisotopes, radionucléides ou radioéléments, contraction de radioactivité et d'isotope, sont des atomes dont le noyau est instable. Cette instabilité peut être due soit à...) le plus utile en imagerie médicale nucléaire. Ses caractéristiques physiques sont presque idéales pour cette fin:

  • la demi-vie (La demi-vie est le temps mis par une substance (médicament, noyau radioactif, ou autres) pour perdre la moitié de son activité pharmacologique, physiologique ou radioactive. En...) de 6 heures (L'heure est une unité de mesure  :) est assez longue pour permettre de suivre les processus physiologiques d'intérêt, mais assez courte pour limiter l'irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou accidentellement) un organisme, une substance, d'un corps à un flux de rayonnements ionisants : rayons alpha,...) inutile
  • L'énergie du photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette...) gamma, 140 keV (Document médecine Nucléaire), est idéale puisqu'assez énergétique pour traverser les tissus vivants, mais assez faible pour pouvoir être détectée commodément: elle peut être interceptée efficacement par un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot. Selon...) d'iodure de sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le trouve pas à l'état de corps pur dans la nature, mais il...) dont l'épaisseur typique sera de l'ordre de 10 à 15 mm
  • L'abondance de photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent,...) gamma est grande, environ 98% des désintégrations. Peu de particules non pénétrantes sont émises, limitant la dose d'énergie reçue par les tissus vivants

Le technétium est habituellement obtenu sous forme de pertechnétate sodique: NaTcO4. Il peut être utilisé sous cette forme pour ses propriétés anioniques. Sous cette forme, en effet, son comportement biologique mimera celui des anions Cl- ou encore I-. Ainsi, on pourra par exemple faire des recherches des diverticules de Meckel ou encore imager la glande thyroïde (La thyroïde ou glande thyroïde est la plus volumineuse des glandes endocrines (sécrétant des hormones) chez l'être humain.).

Cependant, son principal usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) se fera comme marqueur de molécules biologiquement actives. En liant (Un liant est un produit liquide qui agglomère des particules solides sous forme de poudre. Dans le domaine de la peinture, il permet au pigment...) un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite...) de 99mTc :

  • à divers phosphates ou phosphonates, on pourra imager le métabolisme osseux
  • à certains chélateurs tel le DTPA , on imagera la fonction rénale. Le même DTPA, sous forme d'aérosol (Un aérosol est un ensemble de particules, solides ou liquides, d'une substance chimique donnée en suspension dans un milieu gazeux. Émis par les activités humaines ou naturelles, les aérosols interviennent à...) sera inhalé pour cartographier la ventilation pulmonaire (Les pulmonaires sont des plantes de la famille des Boraginacées appartenant au genre Pulmonaria. Elles doivent leur nom au fait que, selon les Romains, leur racine...)
  • à des macro-agrégats d'albumine qui permettront d'imager la perfusion pulmonaire
  • à l'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les...) diimino-acétique ou ses dérivés, on imagera la fonction hépato-biliaire
  • à des colloïdes divers, habituellement de soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.), pour cartographier la distribution des cellules hépatiques de Kupffer
  • aux globules rouges du patient, pour rechercher des hémangiomes ou des saignements digestifs
  • à certaines molécules lipophiles tel le MIBI ou le Teboroxime, pour cartographier la perfusion sanguine régionale; utile notamment pour l'évaluation de l'ischémie myocardique ou la recherche de certaines tumeurs

201Tl

Cet isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique nucléaire, deux atomes sont dits isotopes s'ils ont...) du thallium possède des propriétés chimiques similaires à celles du potassium (Le potassium est un élément chimique, de symbole K (latin : kalium, de l’arabe : القَلْيَه al-qalyah) et de numéro atomique 19.). Absorbé par les cellules via la pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) Na-K Atpase, il se distribuera en fonction de la perfusion sanguine régionale. Longtemps utilisé, notamment pour évaluer la perfusion sanguine myocardique, il tend à être délaissé au profit des marqueurs lipophiliques technétiés.

En effet, ses propriétés physiques sont moins qu'idéales: l'énergie de ses photons gamma est faible. Les images obtenues sont donc sujettes à la dégradation causée par l'atténuation (Perte d'intensité et amplitude d'un signal...) et la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion...). De plus, la dose qu'il est possible d'administrer est limitée en raison de l'abondance relativement importante de radiations non pénétrantes, auxquelles il convient de limiter l'exposition des patients.

123I

Isotope de l'iode utilisé pour étudier le métabolisme thyroïdien. Ses radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une...) riches en photons gamma et sa demie-vie de 13 heures en font un agent bien adapté à l'imagerie.

131I

Autre isotope de l'iode, ses radiations riches en particules beta (Le genre Beta appartient à la famille des Chénopodiacées, tribu des Cyclolobae.) et sa demi-vie relativement longue de 8,02 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début...) en font un élément plus propice au traitement qu'à l'imagerie. On l'utilisera pour l'ablation de nodules thyroïdiens hyperactifs, pour le traitement de certaines formes d'hyperthyroïdie, par exemple la maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal ou végétal.) de Graves-Basedow ou la maladie de Plummer, ou pour la recherche et l'ablation de métastases de carcinomes thyroïdiens bien différenciés (papillaires ou vésiculaires).

67Ga

Mime le métabolisme du fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous forme pure...). Utile pour imager la fonction de la moelle osseuse (La moelle osseuse est tissu situé au centre des os. Il y en a deux formes: la moelle jaune (tissu adipeux) qui prend le nom de moelle grise en vieillissant et la moelle rouge qui est responsable de l'hématopoïèse: cette...) et pour la recherche de certaines infections, de lymphomes et de certaines tumeurs.

111mIn

Le DTPA marqué à l'indium peut être injecté dans l'espace sous-arachnoïdien, par ponction lombaire, afin d'imager la production, la migration et la réabsorption du liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) céphalo-rachidien.

On peut aussi retrouver le DTPA à l'indium ou au technétium joint aux globules blancs (in vitro) du patient dans un cas de recherche d'infection (plus efficace que le gallium).

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