Étude des radionucléides

Histoire de la découverte des diagnostics par radionucléides

La distance entre les laboratoires de physique, où les scientifiques enregistraient les traces de particules nucléaires, et la pratique clinique quotidienne semblait terriblement longue. L'idée même d'utiliser les phénomènes de la physique nucléaire pour examiner des patients pouvait paraître, sinon folle, du moins fabuleuse. Pourtant, c'est l'idée qui est née des expériences du scientifique hongrois D. Hevesi, futur prix Nobel. Un jour d'automne 1912, E. Rutherford lui montra un tas de chlorure de plomb au sous-sol du laboratoire et lui dit: « Tiens, occupe-toi de ce tas. Essaie d'isoler le radium D du sel de plomb. »

Après de nombreuses expériences menées par D. Hevesi en collaboration avec le chimiste autrichien A. Paneth, il est apparu qu'il était impossible de séparer chimiquement le plomb et le radium D, car il ne s'agissait pas d'éléments distincts, mais d'isotopes d'un seul élément, le plomb. Leur seule différence réside dans le fait que l'un d'eux est radioactif. En se désintégrant, il émet un rayonnement ionisant. Cela signifie qu'un isotope radioactif – un radionucléide – peut servir de marqueur pour étudier le comportement de son jumeau non radioactif.

Des perspectives fascinantes s'offraient alors aux médecins: l'introduction de radionucléides dans l'organisme du patient et leur localisation à l'aide d'appareils radiométriques. En relativement peu de temps, le diagnostic par radionucléides est devenu une discipline médicale à part entière. À l'étranger, ce diagnostic, associé à l'utilisation thérapeutique des radionucléides, est appelé médecine nucléaire.

La méthode des radionucléides est une méthode d'étude de l'état fonctionnel et morphologique des organes et des systèmes à l'aide de radionucléides et d'indicateurs marqués. Ces indicateurs, appelés radiopharmaceutiques (RP), sont introduits dans l'organisme du patient, puis, à l'aide de divers dispositifs, leur vitesse et leur nature de mouvement, leur fixation et leur prélèvement des organes et des tissus sont déterminés.

De plus, des échantillons de tissus, de sang et de sécrétions du patient peuvent être utilisés pour la radiométrie. Malgré l'introduction de quantités négligeables de l'indicateur (centièmes et millièmes de microgramme) qui n'affectent pas le cours normal des processus vitaux, la méthode présente une sensibilité exceptionnellement élevée.

Un radiopharmaceutique est un composé chimique approuvé pour l'administration humaine à des fins diagnostiques et contenant un radionucléide dans sa molécule. Ce radionucléide doit présenter un spectre de rayonnement d'une certaine énergie, entraîner une exposition minimale aux radiations et refléter l'état de l'organe examiné.

À cet égard, le choix d'un radiopharmaceutique se fait en tenant compte de ses propriétés pharmacodynamiques (comportement dans l'organisme) et physico-nucléaires. La pharmacodynamique d'un radiopharmaceutique est déterminée par le composé chimique à partir duquel il est synthétisé. Les possibilités d'enregistrement d'un RFP dépendent du type de désintégration du radionucléide avec lequel il est marqué.

Lors du choix d'un radiopharmaceutique à examiner, le médecin doit avant tout tenir compte de son orientation physiologique et de sa pharmacodynamie. Prenons l'exemple de l'introduction d'un RFP dans le sang. Après injection dans une veine, le radiopharmaceutique est initialement réparti uniformément dans le sang et transporté vers tous les organes et tissus. Si le médecin s'intéresse à l'hémodynamique et au remplissage sanguin des organes, il choisira un indicateur circulant longtemps dans la circulation sanguine, sans franchir les parois des vaisseaux sanguins pour atteindre les tissus environnants (par exemple, l'albumine sérique humaine). Pour l'examen du foie, le médecin privilégiera un composé chimique capté sélectivement par cet organe. Certaines substances sont captées du sang par les reins et excrétées dans l'urine; elles sont donc utilisées pour l'examen des reins et des voies urinaires. Certains radiopharmaceutiques sont tropiques pour le tissu osseux, ce qui les rend indispensables pour l'examen du système musculo-squelettique. En étudiant les temps de transport et la nature de la distribution et de l’élimination du radiopharmaceutique de l’organisme, le médecin juge de l’état fonctionnel et des caractéristiques structurelles et topographiques de ces organes.

Cependant, il ne suffit pas de considérer la pharmacodynamique d'un radiopharmaceutique. Il est nécessaire de prendre en compte les propriétés physico-nucléaires du radionucléide qui le compose. Tout d'abord, il doit posséder un spectre de rayonnement spécifique. Pour obtenir une image d'organes, seuls des radionucléides émettant des rayons gamma ou des rayons X caractéristiques sont utilisés, car ces rayonnements peuvent être enregistrés par détection externe. Plus le nombre de quanta gamma ou de quanta X formés lors de la désintégration radioactive est élevé, plus ce radiopharmaceutique est efficace en termes de diagnostic. Parallèlement, le radionucléide doit émettre le moins de rayonnement corpusculaire possible, c'est-à-dire des électrons absorbés par le corps du patient et ne participant pas à l'obtention d'une image d'organes. De ce point de vue, les radionucléides présentant une transformation nucléaire de type isomérique sont préférables.

Les radionucléides ayant une demi-vie de plusieurs dizaines de jours sont considérés comme à vie longue, de plusieurs jours à vie moyenne, de plusieurs heures à vie courte et de quelques minutes à vie ultracourte. Pour des raisons évidentes, on a tendance à utiliser des radionucléides à vie courte. L'utilisation de radionucléides à vie moyenne, et surtout longue, est associée à une exposition accrue aux rayonnements; l'utilisation de radionucléides à vie ultracourte est difficile pour des raisons techniques.

Il existe plusieurs méthodes d'obtention de radionucléides. Certains sont formés dans des réacteurs, d'autres dans des accélérateurs. Cependant, la méthode la plus courante est la méthode du générateur, c'est-à-dire la production de radionucléides directement dans le laboratoire de diagnostic des radionucléides à l'aide de générateurs.

Un paramètre très important d'un radionucléide est l'énergie des quanta de rayonnement électromagnétique. Les quanta de très faible énergie sont retenus dans les tissus et n'atteignent donc pas le détecteur d'un appareil radiométrique. Les quanta de très haute énergie traversent partiellement le détecteur, ce qui rend leur efficacité d'enregistrement également faible. La plage optimale d'énergie quantique pour le diagnostic des radionucléides est considérée comme comprise entre 70 et 200 keV.

Une exigence importante pour un radiopharmaceutique est une exposition minimale aux rayonnements lors de son administration. On sait que l'activité du radionucléide appliqué diminue sous l'effet de deux facteurs: la désintégration de ses atomes, un processus physique, et son élimination de l'organisme, un processus biologique. Le temps de désintégration de la moitié des atomes du radionucléide est appelé demi-vie physique T 1/2. Le temps pendant lequel l'activité du médicament introduit dans l'organisme diminue de moitié en raison de son élimination est appelé demi-vie biologique. Le temps pendant lequel l'activité du radiopharmaceutique introduit dans l'organisme diminue de moitié en raison de sa désintégration physique et de son élimination est appelé demi-vie effective (Ef).

Pour les études de diagnostic radionucléide, on s'efforce de choisir un radiopharmaceutique présentant la demi-vie la plus courte. Cela est compréhensible, car la charge de rayonnement du patient dépend de ce paramètre. Cependant, une demi-vie physique très courte est également un inconvénient: il faut disposer de suffisamment de temps pour livrer le radiopharmaceutique au laboratoire et réaliser l'étude. En règle générale, la demi-vie du médicament doit être proche de la durée de la procédure diagnostique.

Comme indiqué précédemment, les laboratoires utilisent actuellement le plus souvent la méthode du générateur pour obtenir des radionucléides. Dans 90 à 95 % des cas, il s'agit du radionucléide ^99m Tc, utilisé pour marquer la grande majorité des produits radiopharmaceutiques. Outre le technétium radioactif, on utilise également ^{le 133} Xe, ^{le 67 Ga et, très rarement, d'autres radionucléides.}

Produits radiopharmaceutiques les plus fréquemment utilisés en pratique clinique.

Demande de propositions	Champ d'application
99m Tc-albumine	Étude du flux sanguin
Érythrocytes marqués au 99m 'Tc	Étude du flux sanguin
99m Tc-colloïde (technifit)	Examen du foie
99m Tc-butyl-IDA (broméside)	Examen du système biliaire
99m Tc-pyrophosphate (technifor)	Examen squelettique
99m Ts-MAA	Examen pulmonaire
133 Il	Examen pulmonaire
67 Ga-citrate	Médicament tumorotrope, examen cardiaque
99m Ts-sestamibi	Médicament tumorotrope
anticorps monoclonaux 99m Tc	Médicament tumorotrope
201 T1-chlorure	Recherche sur le cœur et le cerveau, médicament tumorotrope
99m Tc-DMSA (technemek)	Examen des reins
131 T-hippuran	Examen des reins
99 Tc-DTPA (Pentatech)	Examen des reins et des vaisseaux sanguins
99m Tc-MAG-3 (technemag)	Examen des reins
99m Tc-pertechnétate	Examen de la glande thyroïde et des glandes salivaires
18 F-DG	Recherche sur le cerveau et le cœur
123 I-MIBG	Examen des glandes surrénales

Différents appareils de diagnostic ont été développés pour réaliser des études sur les radionucléides. Quel que soit leur objectif spécifique, tous ces appareils sont conçus selon un principe unique: ils sont équipés d'un détecteur qui convertit les rayonnements ionisants en impulsions électriques, d'une unité de traitement électronique et d'une unité de présentation des données. De nombreux appareils de radiodiagnostic sont équipés d'ordinateurs et de microprocesseurs.

Les scintillateurs ou, plus rarement, les compteurs à gaz sont généralement utilisés comme détecteurs. Un scintillateur est une substance dans laquelle des éclairs lumineux, ou scintillations, se produisent sous l'action de particules ou de photons rapidement chargés. Ces scintillations sont captées par des tubes photomultiplicateurs (PMT), qui convertissent les éclairs lumineux en signaux électriques. Le cristal de scintillation et le PMT sont placés dans un boîtier métallique protecteur, un collimateur, qui limite le champ de vision du cristal à la taille de l'organe ou de la partie du corps étudié.

Habituellement, un appareil de radiodiagnostic est équipé de plusieurs collimateurs interchangeables, choisis par le médecin en fonction des objectifs de l'examen. Chaque collimateur est doté d'un ou de plusieurs petits orifices par lesquels le rayonnement radioactif pénètre dans le détecteur. En principe, plus l'orifice est grand, plus le détecteur est sensible, c'est-à-dire capable d'enregistrer les rayonnements ionisants, mais sa résolution est moindre, c'est-à-dire sa capacité à distinguer séparément les petites sources de rayonnement. Les collimateurs modernes comportent plusieurs dizaines de petits orifices, dont la position est choisie en fonction de la vision optimale de l'objet d'étude! Dans les appareils conçus pour déterminer la radioactivité des échantillons biologiques, on utilise des détecteurs à scintillation, appelés compteurs à puits. À l'intérieur du cristal se trouve un canal cylindrique dans lequel est placé un tube à essai contenant le matériau étudié. Cette conception du détecteur augmente considérablement sa capacité à capter les faibles rayonnements des échantillons biologiques. Les scintillateurs liquides sont utilisés pour mesurer la radioactivité des fluides biologiques contenant des radionucléides à rayonnement β faible.

Toutes les études de diagnostic par radionucléides sont divisées en deux grands groupes: les études dans lesquelles le radiopharmaceutique est introduit dans le corps du patient – études in vivo, et les études sur le sang, les morceaux de tissus et les sécrétions du patient – études in vitro.

Toute étude in vivo nécessite une préparation psychologique du patient. Le but de la procédure, son importance pour le diagnostic et la procédure doivent lui être expliqués. Il est particulièrement important d'insister sur la sécurité de l'étude. En règle générale, aucune préparation particulière n'est nécessaire. Le patient doit seulement être averti de son comportement pendant l'étude. Les études in vivo utilisent différentes méthodes d'administration du radiopharmaceutique selon les objectifs de la procédure. La plupart des méthodes impliquent l'injection du radiopharmaceutique principalement dans une veine, beaucoup plus rarement dans une artère, le parenchyme d'un organe ou d'autres tissus. Le radiopharmaceutique est également utilisé par voie orale et par inhalation.

Les indications d'un examen radionucléide sont déterminées par le médecin traitant après consultation d'un radiologue. En règle générale, cet examen est réalisé après d'autres examens cliniques, de laboratoire et de radiothérapie non invasive, lorsque la nécessité de données radionucléides sur la fonction et la morphologie d'un organe particulier devient évidente.

Il n'y a pas de contre-indications au diagnostic par radionucléides, il n'y a que des restrictions prévues par les instructions du ministère de la Santé.

Parmi les méthodes utilisant des radionucléides, on distingue: les méthodes de visualisation des radionucléides, la radiographie, la radiométrie clinique et de laboratoire.

Le terme « visualisation » dérive de l'anglais « vision ». Il désigne l'obtention d'une image, ici à l'aide de radionucléides. La visualisation des radionucléides consiste à visualiser la distribution spatiale du radiopharmaceutique dans les organes et les tissus lors de son introduction dans l'organisme du patient. La principale méthode de visualisation des radionucléides est la scintigraphie gamma (ou simplement scintigraphie), réalisée à l'aide d'un appareil appelé gamma-caméra. Une variante de la scintigraphie réalisée à l'aide d'une gamma-caméra spéciale (à détecteur mobile) est la visualisation couche par couche des radionucléides: la tomographie d'émission monophotonique. Plus rarement, principalement en raison de la complexité technique de l'obtention de radionucléides émetteurs de positons à ultra-courte durée de vie, la tomographie d'émission biphotonique est également réalisée à l'aide d'une gamma-caméra spéciale. Une méthode obsolète de visualisation des radionucléides: le balayage, réalisée à l'aide d'un appareil appelé scanner, est parfois utilisée.

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