Physique pour la médecine

...la théorie!

Médecine Nucléaire

Chapitre IV: PET   scan.


IV.C Problèmes inhérents.

 

1)Limites à la résolution spatiale.

 

Trois facteurs principaux limitent la résolution de l'image. Le premier vient de ce que lorsqu'ils sont émis les positrons parcourent une certaine distance avant de s'annihiler, distance de l'ordre du millimètre ou de plusieurs millimètres selon l'énergie de départ. Le résultat est qu'un point source de positrons se transforme en une tache émettrice de gammas.

 

MedNuc IVC 7                       

 

Le second facteur vient de légers écarts dans la colinéarité. Pour des raisons cinématiques évoquées au §A, les lignes d'émission des deux gammas ne sont pas toujours strictement à 180° l'une de l'autre mais peuvent s'en écarter jusqu'à 0,3° environ. Comme le montre le dessin ci-dessous, cela fausse légèrement la localisation de l'événement. Pour un écart de 0,3° et un diamètre d'anneau de détection égal à 40cm, les deux points rouges sur ce dessin sont séparés de 40sin(0,3°)=2mm

 

MedNuc IVC 1 

 

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Médecine Nucléaire

Chapitre IV: PET   scan.

 

IV.B L'imageur PET.

 

1)Matériel

 

L'imageur est constitué d'un anneau de détecteurs entourant le patient et conçu pour repérer l'émission simultanée, de part et d'autre du corps, des deux photons d'annihilation de 511keV. L'ouverture centrale a un diamètre de l'ordre de 80 ou 90cm.

 

MedNuc IVB 1 

 

Les détecteurs sont des cristaux scintillateurs en germanate de bismuth BGO ou fluorure de baryum BaF2 couplés à des photomultiplicateurs. Le bloc de base est un cristal de surface 4x4cm et de hauteur 3cm (valeurs typiques) couplé à quatre phototubes. Une épaisseur de 3cm est supérieure à ce qu'on rencontre sur les gamma-caméras mais se justifie par la recherche d'une bonne efficacité de détection, compte tenu de l'énergie relativement élevée des gammas d'annihilation. Ce bloc de base est lui-même parcouru de traits de scie qui s'enfoncent sur une partie de la hauteur et le partagent en 8x8 ou 8x4 petits éléments de détection de quelques millimètres de côté. Les traits de scie forment en fait autant de guides de lumière qui évitent une trop large dispersion des photons de scintillation, sachant que par ailleurs une certaine dispersion finale est nécessaire puisque la localisation de l'événement utilise la méthode d'Anger consistant à calculer le centre de gravité de signaux fournis par plusieurs photomultiplicateurs voisins. Ils peuvent éventuellement être remplis d'un matériau réfléchissant de nature à favoriser cette fonction.

 

MedNuc IVB 2 

 

 

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Chapitre IV: PET   scan.

 

IV.A Marqueurs bêta-plus.

 

N.B.: Certaines notions évoquées dans ce chapitre sont des rappels de ce qu'on trouvera en plus développé dans le sujet "physique nucléaire" (§III.A.2.b: radioactivité bêta-plus; sur le plan anecdotique on y trouvera une remarque sur la double appellation positon/positron) et dans le sujet "radioprotection" (§I.A.1: Ionisation directe)


1)Radioactivité β+.

 

Pour rappel, les isotopes émetteurs β+ ont un noyau qui présente un excès de protons par rapport à la ligne de stabilité générale. A l'exception de l'hydrogène et de l'hélium tous les éléments possèdent des isotopes de ce type mais beaucoup choisissent, en tout ou en partie, de se désintégrer par la voie alternative de capture électronique. Dans tous les cas il s'agit de se rapprocher de la ligne de stabilité en transformant un proton en neutron. Pour ce qui est de la voie β+, la seule qui intéresse le PET scan, cela se fait selon la réaction:

 

 MedNuc IVA 1

 

…où e+ est un positron, antiparticule de l'électron, qui a donc la même masse de 511keV/c² mais le signe contraire, et où ν est un neutrino, particule sans masse et sans charge qui n'interagit que très faiblement avec la matière. La transition libère une énergie très précise Et, égale au bilan des masses (mX-mY-me)c². Etant donné que le positron et le neutrino doivent se partager cette énergie et qu'ils peuvent le faire de toutes les façons possibles, le spectre des énergies cinétiques du positron s'étend continûment depuis Ec=0 (le neutrino prend tout) jusqu'à Ec=Et (le positron prend tout), avec une distribution de probabilité qui favorise la région où les deux particules se partagent le tout plus ou moins équitablement, ce qui donne l'allure caractéristique du spectre β+ en forme de cloche asymétrique.

 

MedNuc IVA 2 

 

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