Principe de l’imagerie TEP

Application aux images de type « Tomographie par Émission de Positons » (TEP)

Dans ce chapitre, nous exploitons les déférentes méthodes développées dans les chapitres précédents pour traiter le problème de segmentation des images de type tomographie par émission de positons (TEP).Ce chapitre est organisé comme suit : dans la section V.2 nous présentons l’imagerie TEP, dans la section V.3 nous présentons les principales caractéristiques et difficultés de la segmentation des images TEP, dans la section V.4, nous présentons les résultats de l’application des différentes contributions. Ce chapitre est finalement conclu dans la section V.5.

La tomographie par émission de positons

L’imagerie nucléaire consiste à mesurer la distribution d’un traceur radioactif injecté par voie orale ou intraveineuse, générant ainsi des images fonctionnelles du corps humain. Il existe principalement trois types d’imagerie en médecine nucléaire [Toennies, 2012] : la scintigraphie, la tomographie d’émission monophotonique (TEMP) et la tomographie par émission de positons (TEP). Dans cette section, nous nous intéressons uniquement aux images TEP, du fait de la coopération existante entre le laboratoire LISSI et le CHU Henri-Mondor (Créteil) pour traiter ce type d’images. Toutes les images considérées dans ce chapitre nous sont fournies par le CHU Henri-Mondor (Créteil). Ce travail a été effectué en collaboration avec Mme. Olena Tankyevych, qui est maître de conférences au LiSSi.

Principe de l’imagerie TEP

Certains isotopes radioactifs (oxygène, fluor, etc.) instables, i.e. en excès de protons, à la rencontre d’électrons (annihilation), émettent deux photons gamma (“) dans des directions diamétralement opposées. Ces deux photons, très énergétiques (511 keV), sont interceptés, quasi-simultanément, par un couple de détecteurs situés de part et d’autre d’une couronne de détection (cf. figure V.1). La ligne reliant ces deux détecteurs est appelée ligne de réponse. C’est ainsi que la détection en coïncidence des photons permet de situer leur position d’émission. À partir de ces signaux, un volume 3D de la distribution d’activité de l’organisme est construit en faisant apparaître, en fonction de la concentration du traceur, une brillance plus impor- tante dans les zones de forte émission (activité métabolique des cellules). On parle dans ce cas d’imagerie fonctionnelle, qui, à l’inverse de l’imagerie structurelle, ne fournit pas des images anatomiques.

Isotopes radioactifs

Comme mentionné ci-dessus, la TEP est basée sur l’émission de positons générés à partir de certains atomes instables. Ces atomes n’existent pas naturellement. Ils sont créés artificiellement dans des cyclotrons 1. Cependant, les isotopes émetteurs de positons ont une durée de demi- vie 2 relativement courte. Ce qui nécessite la présence d’un cyclotron près du scanner TEP. De plus, le nombre d’isotopes exploitables en TEP est limité, car ces derniers doivent avoir une demi-vie, à la fois, assez longue pour qu’ils soient utilisables, et en même temps assez courte pour éviter une irradiation attardée. De même, l’énergie de l’isotope émis ne doit pas être très grande pour éviter que le parcours dans la matière ne soit important. Les isotopes radioactifs les plus utilisés en TEP sont présentés dans le tableau V.1. Le Fluor 18 (18F) est le plus utilisé en cancérologie, car il présente un bon compromis entre la demi-vie, l’énergie du positon émis et le parcours dans la matière. Le schéma de désintégration du 18F est le suivant :

Afin d’ingérer les isotopes dans un organisme vivant, il est nécessaire de les incorporer dansdes molécules organiques. Cette opération donne naissance à un radiotraceur (ou traceur radio- actif). Ce dernier, en fonction de ses caractéristiques, permet de mettre en évidence des activités biochimiques ou physiologiques (métabolisme du glucose, synthèse de protéine, débit sanguin, etc.). Ainsi, selon la fonction ciblée dans l’organisme, il faut déterminer la molécule organique qui s’implique dans cette fonction (si possible, uniquement dans cette fonction, sans la déna- turer), puis enclaver l’isotope radioactif dans cette molécule avant de l’inclure dans l’organisme.

En ontologie, vu que les tumeurs ont un développement rapide, et consomment beaucoup d’énergie pour assurer leurs fonctions de base, la fonction ciblée est le métabolisme du glucose. La molécule porteuse la plus utilisée pour mettre en évidence cette fonction est la fluoro-déoxy- glucose (FDG). Estampillée par le 18F cette molécule produit le radiotraceur 18F–FDG. Ce radiotraceur se comporte comme le glucose. De plus, il s’agglomère dans les régions qui le métabolisent permettant ainsi de mesurer l’activité métabolique. Cependant, ce radiotraceur n’est pas discriminatif des tumeurs. En effet, d’autres organes, tels que le cœur et le cerveau, consomment beaucoup d’énergie et présentent une forte activité métabolique. De plus, les reins et la vessie se chargent d’éliminer le glucose non consommé par les cellules, et présentent, donc, une activité radioactive. La figure V.2 montre un exemple d’image TEP où l’on remarque la présence d’activité métabolique dans ces différents organes, en plus des cellules cancérigènes.