Gamma caméra et scintigraphie

I-La scintigraphie

La scintigraphie consiste à injecter un traceur radioactif dans un patient puis d'obtenir les images d'un organe grâce aux désintigrations subies par les atomes radioactifs. On viusualise en fait par détection externe (les gamma caméras), la répartition de ces atomes dans le corps humain. Elle est utilisée dans de nombreux examen médicaux (par exemple TEMP) mais elle diffère de la caméra de TEP puisque c'est une acquisition 2D au lieu de 3D.

1) l'histoire de la scintigraphie


"l'histoire" de la scintigraphie commence avec les premiers détecteurs de photon, appelés Geiger-Muller (G-M), developpés au début du siècle. Leur rendement des rayons gamma est alors assez médiocre puisqu'il atteint les 2%. Malgré cela, elles vont rester utiliser pendant de nombreuses années pour faire des traitements thérapeutique. En fait c'est durant l'année 1943 que trois médecins, (Seidling, Marinelli et Oshry) vont remarquer qu'il est possible d'observer l'emplacement des métastases du cancer de la thyroïde dans le corps en injectant de l'iode 131. Les scientifiques vont ensuite réaliser d'importants travaux de recherche pour améliorer cette technique recemment découverte.

En 1948, les travaux du physicien allemand Heinz Kallmann ont démontrer que l'utilisation de tubes photomultiplicateurs (PM) associés à un cristal scintilleur est plus éfficace que les G-M (Benedict Cassen de l'univérsité de Califorinie a travaillé sur la réalisation du projet de Kallmann en étudiant la possibilité de remplacer les tubes GM par des tubes PM). C'est l'apparition du système de gamma caméra que nous connaissons aujourd'hui, toujours appliqué dans le cadre de la médecine nucléaire. Le premier cristal utilisé était composé de calcium tungstan et lespremières images morphologique de la fixation de l'iode 131 dans le cadre d'un cancer de la thyroïde ont été relevées à la main. Ce n'est qu'en 1950 que des médecins proposent une méthode automatique de ce procédé, elle consiste à passer une feuille de papier au dessus d'un pointeur fixe (piloté par un relais éléctro-magnétique) qui créait un point noir sur la feuille lorsque le détecteur repérait un rayon gamma. Ce système est alors commercialisé mais en 1951 on remplace le cristal de calcium tungstan par un cristal de iodure de sodium avc des impuretés de thallium. Puis la méthode est encore améliorer par David Kuhl qui remplace la feuille de papier par un film. Cela ouvrit de plus larges applications de l'imagerie nucléaire.

Mais un autre physicien, Anger, préconisait que le détecteur devait être fixe. Il voulait de plus intégrer l'électronique dans la détecion des rayon gamma.  En 1957, il propose sa première gamma camera, elle avait un champ d'environ 10 cm de diamètre. En 1962, il créait avec NuclearChicago (aujourd'hui Siemens Medical), la première gamma caméra industrielle appelée SFOV (small field-of-view). Elle était plus grande que le prototype mais restait quad même de petite taille, 25cm pour le cristal associé à 19 tubes PM. Une seconde génération de ces caméra sort sur le marché durant l'année 1975:  les LFOV (Large Field-Of-View), elle couvrait un plus large chapmp qui permet alors de faire des scintigtraphies de gros organes comme les poumons impossible à réaliser avec les SFOV du fait de leur taille.

En 1979, des essais sont réalisés par le physicien Jaszac, ces recherches vont aboutir au SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography), qui est une tomographie où le traceur rejette directement un photon reperable. Depuis c temps, lessgamma céra n'ont pas fondamentalement changé dans leur constitution mais de enombreuses recherches ont été effectuées pour améliorer le rendement et la precision des caméras.

 

la detection du photon.

 

 Une gamma caméra ne permet que la détection de photon, elle envoie les données reçues au système informatique qui traite les données de tout les caméra du TEP Scan pour les accorder et ainsi trouver à chaque fois la paire de photon. On utilise en fait la propriété d'annihilation du positron et de l'éléctron qui va produire deux photon de 511keV partant des directions opposées (les deux vecteur de la trajectoire des photons forment un angle de 180°). Une fois les données recueillies, le circuite de coïncidence va chercher des photon arriver dans deux scintillateur diamétralement opposés dans une fenêtre de temps de 6 à 15ns. Une caméra de ce type est composé d'un cristal scintilllateur et d'un photomultiplicateur.

Le photon détecté entre dans le cristal qui va transformer ce signal en électron. Ensuite l'électron va entrer dans le tube photomultiplicateur où il va être multiplié par des dynodes. En tapant sur un anode,il va se transformer à nouveau en sginal électrique transmis  au système informatique qui va trouver le deuxième photon détecté correspondant en tentant de supprimer le bruit de mesure (ceux sont les photons qui ne sont pas dû à l'injection du traceur radioactif ou qui sont mal detecté à cause de l'effet Compton).

fonctionnement d'une gamma caméra

l'effet compton concerne les photons. Un photon va pércuter un electron lors de sa course. Cette collision va entrainer un changement de direction pour les deux éléments.

  schéma de l'effet compton

II les caméra de TEP

Dans l'imagerie TEP, au contraire du reste des imageries scintigraphiques, la detection se fait en 3D. Ainsi les caméra de TEP sont réparties en cercle autour du patient sur plusieurs anneaux, il y a 4 couronnes de 72 blocs chacune. Chaque anneau peut produire environ 40 images simultanément. Les caméra TEP sont de qualité supérieur par rapport aux autres gamma caméra (la qualité de l'image est jusqu'à 25 fois supérieur à celle des caméra classique). Les cristaux ultilisés sont le NaI, même si son rendement est bien inférieur à celui qu'il a lorsqu'il est utilisé dans les autres scintigraphies, et le BGO (germanate de bismuth). Les qualités des images sont plutôt moyennes mais peuvent être utlisiées pour les imageries médicales.

le mode d'acquisition des images se fait par point, le logiciel informatique regroupe les détections obtenues pour chaque endroits du corps en les positionnant avec un points noir sur la feuille. Al a difference des caméras classiques, les caméras TEP n'ont pas de collimateur pour leur permettre l'acquisition des données 3D.

D'un point de vue technique, les caméra TEP sollicite beaucoup plus d'attention et sont beaucoup plus précise que les caméras classiques, elles permettent une acquisition de données 3D, qui couplées avec un scanner, peuvent donner la position exacte des nodules.

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