L'imagerie fonctionelle

       

L’imagerie fonctionnelle permet d’étudier des processus pathologiques non pas par les altérations anatomiques qu’ils induisent mais par les modifications fonctionnelles et moléculaires qu’ils provoquent.

Le principe de l’imagerie fonctionnelle reposant sur l’usage de radiotraceurs est le suivant :

- On administre au sujet un radiotraceur. Schématiquement, un radiotraceur est composé d’un traceur et d’un marqueur radioactif. Le traceur est choisi pour son affinité pour une cible moléculaire spécifique ou pour son devenir biochimique spécifique dans l’organisme. Le marqueur est un isotope radioactif qui va permettre de localiser à tout moment le traceur. Le radiotraceur est donc une sonde moléculaire, conçue pour interagir avec des molécules cibles ou un processus biologique, et dont le marquage par un isotope radioactif permet de la localiser dans l’organisme.

- Le patient est ensuite placé dans un détecteur, appelé tomographe, dont le rôle est de détecter les émissions radioactives émanant du radiotraceur.

- Un système de calcul est enfin utilisé pour estimer, à partir des signaux détectés par le tomographe, la distribution du radiotraceur dans l’organisme. On obtient ainsi des images tridimensionnelles de la distribution du radiotraceur in vivo(c’est une expression latine qualifiant des recherches ou des examens pratiqués sur un organisme vivant).

De très nombreux phénomènes peuvent être étudiés au moyen de cette approche. Voici un exemple :

Une application actuellement en plein essor concerne l’imagerie du métabolisme du glucose en cancérologie. Le radiotraceur utilisé est un analogue du glucose, le fluorodéoxyglucose - ou FDG - marqué au fluor 18. Le FDG subit la première étape de métabolisation du glucose (phosphorylation) mais reste ensuite piégé dans les cellules où il s’accumule. L’administration de FDG à un sujet permet donc de détecter les cellules fortes consommatrices de glucose. Sachant que les cellules cancéreuses présentent un métabolisme exacerbé du glucose, les examens au FDG permettent de localiser les foyers tumoraux, comme ici. Le Fluor 18 étant un émetteur de positons, ou TEP, on utilise la tomographie à émission de positons pour détecter le FDG.

Pour plus d'information sur le FDG, voir notre rubrique sur le sujet.

Si ces images fonctionnelles apportent des informations extrêmement riches, elles souffrent cependant de deux limites majeures.

La première limite est l’absence de repères anatomiques sur ces images. De par leurs principes, ces techniques d’imagerie mettent en évidence des anomalies fonctionnelles, mais ne donnent pas d’informations anatomiques. Ceci peut-être particulièrement pénalisant pour la localisation précise de tumeurs.

 La deuxième limite est la difficulté de convertir l’intensité du signal dans l’image en une concentration de radiotraceur. L’intensité du signal est un nombre d’événements détectés, et idéalement, on souhaiterait que ce nombre d’événements soit relié de façon univoque à la concentration locale de radiotraceur. De nombreux phénomènes font qu’il n’existe pas de relation univoque entre le nombre d’événements détectés et la concentration de radiotraceur.

Pour comprendre la complexité qu’il y a à relier l’intensité du signal dans les images à la concentration de radiotraceur, il faut examiner le processus de formation du signal représenté dans les images.

Tout commence par l’émission d’une particule par le radiotraceur, soit un photon en TEMP, soit un positon en TEP. Pour simplifier, prenons l’exemple de photons gamma. Idéalement, on voudrait que le photon aille frapper le détecteur de sorte que celui-ci puisse déterminer précisément le lieu d’émission du photon. En pratique, le photon émis peut subir des interactions avec la matière qui compose l’organisme: il peut être totalement absorbé, auquel cas il ne sera pas détecté, sa trajectoire peut aussi être déviée. Quand il atteint le détecteur, le photon n’a donc plus nécessairement une position en relation directe avec son lieu d’émission.

De plus, le détecteur lui même est imparfait, au sens où il détecte la position du photon avec une certaine incertitude, typiquement de l’ordre de quelques millimètres. Enfin, si le détecteur est sensible à la direction incidente du photon, il n’est pas sensible à la profondeur à laquelle le photon a été émis. Autrement dit, un photon émis ici donnera lieu exactement au même signal qu’un photon émis ici. Pour remonter à l’information de profondeur, il faut faire appel à des algorithmes de reconstruction tomographique, qui permettent, à partir des signaux détectés sous différentes incidences angulaires, d’estimer la distribution tridimensionnelle d’activité la plus probable.

Tous ces phénomènes interférant avec la formation du signal rendent particulièrement complexe la conversion de l’intensité du signal en concentration de radiotraceur.

En résumé, l’imagerie fonctionnelle des radiotraceurs doit faire face aujourd’hui à trois défis :

- d’une part, voir sa résolution spatiale améliorée, pour que l’on puisse mettre en évidence des anomalies fonctionnelles de plus petites tailles que celles mises en évidence actuellement;

- deuxièmement, s’enrichir d’une information anatomique haute résolution, pour faciliter l’identification et la caractérisation des anomalies fonctionnelles;

- et enfin, permettre de remonter à une mesure précise de la concentration de radiotraceur à partir des images TEMP et TEP. Des mesures fiables de la concentration de radiotraceur sont en effet le passage obligé pour déduire des paramètres physiologiques tels que des flux sanguins, des taux métaboliques,ou des densités de récepteurs ou de transporteurs.

 

 

 

 

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