Bienvenue

...Nous tenons , tous d'abord , vous souhaiter la Bienvenue sur notre site , consacré à l'importance de la radioactivité dans la médecine.

...Elèves en Première Scientifique, nous avons étudié dans le cadre des Travaux Personnels Encadrés l'importance de la radioactivité dans la médecine et les diverses techniques médicales l'utilisant. A travers ce site vous découvrirez ainsi les différentes thérapies usant de la radioactivité , les avantages et les quelques inconvénients qu'elles présentent , ainsi que de nombreux informations concernant ce sujet...

Cherchour Yacine , Cocotier Maëva, Humbert Camille , et Pumpalovic Nina.

Sommaire

Introduction

I. La radioactivité.

1. Définition

2. Les rayons

3. Doses et unités de mesure

II. Dépister les maladies.

1. Radiographie

2. Gamma caméra

3. TEP (Tomographie par Emission de Positons)

III. Soigner les maladies.

1. Histoire des thérapies

2. Les différentes thérapies

3. Les effets secondaires

Conclusion

Lexique

Introduction

....La radioactivité n'a pas été inventée par l'homme, elle a été découverte. Naturelle ou artificielle elle est le signe que la matière s'organise. La radioactivité est associée aux grands scientifiques Henri Becquerel, Pierre et Marie Curie, qui ont consacré leur vie à sa découverte, marquant ainsi un tournant dans l'histoire des sciences. Cependant, elle évoque généralement les risques qu'elle entraîne. Si bien que les progrès qu'elle représente, ainsi que les nombreuses applications mises en œuvre au cours du dernier siècle, en ont été négligées.

....La radioactivité possède deux facettes : elle peut détruire et engendrer la mort, mais elle permet également de guérir certaines maladies et de comprendre le monde qui nous entoure.

...La matière est faite d'atomes, les particules élémentaires. Au cœur de ces atomes, se trouve un noyau, 10 000 à 100 000 fois plus petit, il est constitué de neutrons et de protons. Tout autour de ce noyau gravitent des électrons chargés négativement. Certains noyaux atomiques instables sont la source de rayonnements ; c’est la radioactivité. Il a fallu attendre 1896 pour qu’ils soient découverts, ils étaient alors d'origines inconnus. Il existe de nombreux types de rayonnements capables d’agir sur la matière qui nous constitue.

.....Plusieurs thérapies médicales utilisent la projection de rayonnements radioactifs sur des parties du corps dans le but d’analyser, de comparer ou de réparer.

...Ainsi , nous nous interesserons a l'utilité et à l'importance de la radioactivité dans la médecine... En effet, est -elle désormais indispensable ? Et à quel point ?

I.La Radioactivité

...Qu'est ce que la radioactivité? Une question à laquelle il est indispensable de répondre afin de traiter un sujet tel que le nôtre. En effet, la notion de "radioactivité" est souvent évoquée , tant à travers les médias , que dans le cadre scolaire , voire même professionnel , mais sa réelle signification demeure floue. En effet, la majorité de la population associerait la radioactivité à Tchernobyl et à d'autres évenements meutriers et devastateurs. Or, nous démontrons avec notre sujet que la radioactivité peu être utilisée tout autrement dans notre profit. Ceci démontre ainsi que la définition du mot 'radioactivité" est étrangère à un certain nombre de personnes. Il est donc inévitable de définir ce terme , de l'expliquer simplement , afin de traiter la suite du sujet avec clarté...
1. Définition

2. Les rayons

3. Doses et unités de mesure

1. Définition.

..La "radioactivité" est un terme inventé vers 1898 par Pierre Curie.

....La matière est constituée d’atomes comportant une partie centrale, le noyau, formé de protons et de neutrons. Certains noyaux sont instables ; le retour à un état stable passe par une (ou plusieurs) transformation nucléaire, appelée désintégration.

...La désintégration d’un noyau donne naissance à un nouvel élément. Les noyaux en se désintégrant dégagent de l’énergie sous forme de rayonnements divers, pour se transmuter en noyaux atomiques plus stables. Les rayonnements ainsi émis sont appelés, selon les cas, des rayons α (alpha), des rayons ß (bêta) ou des rayons y (gamma).

...Il faut savoir qu’à forte dose ou même à faible dose mais répétée les rayons dont s’accompagne la radioactivité sont dangereux pour l’être humain mais aussi pour tout organisme vivant. Grâce aux sciences actuelles, la radioactivité peut être utilisée dans un but pacifique. C’est-à-dire que l’on peut pratiquer une des trois formes de radioactivité pour par exemple conserver des aliments, effectuer une datation d’anciens fossiles, traiter des cellules cancéreuses, localiser des tumeurs...

a)Histoire.

...La radioactivité fut découverte en 1896 par Henri Becquerel (1852–1908), lors de ses travaux sur la phosphorescence : les matières phosphorescentes émettent de la lumière dans le noir après exposition à la lumière, et Becquerel supposa que la lueur qui se produisait dans les tubes cathodiques exposés aux rayons X pouvait être liée au phénomène de phosphorescence. Son expérience consistait à sceller une plaque photographique dans du papier noir et mettre ce paquet en contact avec différents matériaux phosphorescents. Tous les résultats d'expérience furent négatifs, à l'exception de ceux mettant en cause des sels d'uranium; lesquels impressionnaient la plaque photographique à travers la couche de papier.

...Cependant, il apparut bientôt que l'impression de l'émulsion photographique n'avait rien à voir avec le phénomène de phosphorescence, car l'impression se faisait même lorsque l'uranium n'avait pas été exposé à la lumière au préalable. Par ailleurs, tous les composés d'uranium impressionnaient la plaque, y compris les sels d'uranium non phosphorescents et l'uranium métallique.

...À première vue, ce nouveau rayonnement était semblable au rayonnement X, découvert l'année précédente (en 1895) par le physicien allemand Wilhelm Röntgen. Or, des études ultérieures menées par Becquerel lui-même, par Marie-Curie (1867–1934) qui, sur le conseil de son mari Pierre Curie (1859–1906), fit de la radioactivité le sujet de sa thèse de doctorat, mais encore par Ernest Rutherford (1871–1937) et d'autres physiciens étrangers , démontrèrent que la radioactivité est nettement plus complexe que le rayonnement X. En particulier, ils constatèrent qu'un champ électrique ou magnétique séparait les rayonnements « uraniques » (de l’uranium) en trois faisceaux distincts, qu'ils ont nommés α, β et γ. La direction de la déviation des faisceaux montrait que les particules α étaient chargées positivement, les β négativement, et que les γ étaient neutres.

...On découvrit que de nombreux éléments chimiques avaient des isotopes radioactifs. Ainsi, en traitant des tonnes de pechblende (la pechblende est un oxyde d'uranium, dont on exploite les gisements pour extraire l'uranium. Il se trouve en quantité dans des mines d’argent de Bohême), une roche uranifère, Marie Curie réussit à isoler quelques milligrammes de radium dont les propriétés chimiques sont tout à fait similaires à celles du baryum (les deux sont des métaux alcalino-terreux), mais qu'on arrive à distinguer à cause de la radioactivité du radium.b)Les lois de désintégration radioactive.

...Un radionucléide quelconque a autant de chances de se désintégrer à un moment donné qu'un autre radionucléide de la même espèce, et la désintégration ne dépend pas des conditions physico-chimiques dans lesquelles le nucléide se trouve. En d'autres termes, la loi de désintégration radioactive est une loi purement statistique.

Explication :.

...Soit N(t) le nombre de radionucléides d'une espèce donnée présents dans un échantillon à un instant t quelconque. Comme la probabilité de désintégration d'un quelconque de ces radionucléides ne dépend pas de la présence des autres radionucléides ni du milieu environnant, le nombre total de désintégrations DN pendant un laps de temps Dt est proportionnel au nombre de radionucléides de même espèce N présents et à la durée Dt de cet intervalle.

Cela se traduit par l’équation suivante :

.................∆N= − λ x N x ∆t

Avec : ∆t : ; N : nombre de nucléotides , λ : constante de radioactivité du nucléotide (on met le signe moins (–) parce que N diminue au cours du temps, de sorte que la constante λ soit positive.) et ∆N : nombre total de désintégration.

2. Les rayons.

....La radioactivité est un phénomène traduisant la transmutation d'un noyau instable en un noyau stable. Cette instabilité des noyaux est due à un excès d'énergie. Ainsi, afin de retrouver un état stable, les atomes radioactifs libèrent cet excès d'énergie sous forme de rayonnements dits ionisants.

...Ernest Rutherford, célèbre et important physicien du XIXe siècle découvrit en 1899 l'existence de multiples et différents composants dans les émissions radioactives après avoir soumis ces dernières à des champs éléctro-magnétiques. Il remarqua aussi que ces différentes émissions étaient alors déviées vers des pôles différents. On distingue en effet 3 sortes de rayonnements, chacun présentant des propriétés différentes et ayant des effets distincts. Ernest Rutherford effectua un bon nombre d'expériences afin d'établir l'ensemble des propriétés de chacun des différents rayons radioactifs.

a) Rayons Alpha :

...Les rayons alpha, principalement émis par des éléments radioactifs naturels, sont des particules riches en énergie, expulsées par des rayons atomiques instables présentant un excès de protons et de neutrons. En provoquant la désintégration d'une substance émettrice de particules alpha, Rutherford, démontra, que ces noyaux qualifiés de " noyaux lourds " éjectaient leurs nucléons en excès sous forme de noyaux d’hélium, constitués d'un assemblage de deux protons et de deux neutrons.

...Ces particules d’énergie, qui se révèlent donc, être des ions d’hélium, se caractérisent par leur important volume, ainsi que leur masse supérieure à celle des particules émises par les autres types de rayonnements. En raison de leur masse conséquente, les rayons alpha se propagent suivant des trajectoires quasi rectilignes. La pénétration des rayonnements alpha est faible. En effet, une simple couche d'air de 3 cm, ou une feuille de papier suffisent à freiner voire à stopper ces derniers .Ils sont entièrement arrêtés par une feuille d'aluminium d'une épaisseur de quelques dizaines de microns.

...D'autres expériences, consistant à soumettre un rayonnement alpha à des champs électromagnétiques démontrèrent que leur trajectoire est déviée vers le pôle négatif, en conséquence, ce type de particule est positivement chargée.

...Concernant la médecine nucléaire, les rayons alpha sont principalement utilisés en radiothérapie du fait de leur pouvoir ionisant élevé associé à leur pouvoir de pénétration faible, qui permet de détruire des tumeurs cancéreuse de manière très localisée.

b)Rayons Bêta β

...Le rayon bêta, fut découvert en même temps que les rayons alpha par Rutherford. On distingue deux types de rayons β ; les rayons β+ et les rayons β- .• Rayons β - :...Les rayons β-, proviennent de la désintégration de radionucléides artificiels ou naturels.Les noyaux radioactifs β- sont des noyaux présentant un excès de neutrons qu'ils transforment en protons par émission d'un électron ainsi que d'une particule neutre, de petite taille et d'une masse minime : l'antineutrino électronique. Cette réaction peut être modélisée par :

...................................n → p+ + e- + Ve

Avec n, un neutron ; p+ un proton ; e- un électron, et, Ve un antineutrino électronique.• Rayons β + :...Ce type de rayonnement provient de radioactivité dite " Artificielle". La radioactivité β+, concerne des radionucléides présentant un surplus de protons qui sont alors transformés en neutrons par émission d'une sorte d'électron positif appelé positon, et d'un neutrino électronique (semblable à l'antineutrino de la désintégration β -).Ce phénomène peut être modélisé par :

.................................p+ → n + e+ + νe

Avec n, un neutron ; p+ un proton ; e- un électron, et, Ve un antineutrino électronique.

.....La vitesse d'émission des rayons bêtas est similaire à la vitesse de la lumière (environ 270 000 Km/s) .Les particules bêta qui sont, en réalité, des électrons ou des positrons sont donc légères. Du fait de leur faible masse, les particules bêta sont plus facilement déviées. C'est la raison pour laquelle leur trajectoire dans la matière est, contrairement à celle des particules alpha, très sinueuse.

...Cependant, ce type de rayonnement, présente un pouvoir de pénétration très puissant. En effet, seule une colonne d'air de plusieurs mètres ou plusieurs millimètres d'aluminium sont nécessaires pour les arrêter.

...Les radioactivités β+ et β- sont des manifestations particulières d'une nouvelle interaction fondamentale : l'interaction faible.

c)Rayons Gamma

...Les rayons gamma sont de l’énergie pure, ils ne représentent aucune masse. De nature électromagnétique, ils résultent du réaménagement des nucléons à l'intérieur d'un noyau atomique, qui émet alors un photon (de longueur d'onde de 10 -10 à 10-12 m.) C'est l'émission de ce photon, qui est appelée rayon gamma, organisé en couches concentriques (similaire aux électrons gravitant autour du noyau). Dès qu'un nucléon glisse d'une couche nucléaire externe vers une couche plus interne (donc moins énergétique), il se produit de l'énergie sous forme de photon gamma.

...La radioactivité gamma n'existe quasiment jamais seule, en effet elle s'associe à l'émission de rayon alpha ou bêta. Un tel phénomène est dû au fait que suite à l'émission radioactive de particules alpha ou bêta, le noyau est encore excité (état d’énergie élevé) car ses nucléons n'ont pas encore trouvé leur équilibre, le noyau libère alors rapidement un trop plein d'énergie par l'émission d'un rayonnement gamma. La vitesse de propagation des particules gamma est celle de la lumière du fait qu'elles soient de l'énergie pure, d'aucune masse.

...Ce qui caractérise majoritairement les rayons gamma, est leur pouvoir de pénétration intense. Effectivement, de fortes épaisseurs de matériaux compacts sont nécessaires pour arrêter ces rayons tels que le fer, le plomb. En effet, le rayonnement gamma a la capacité de traverser plusieurs centaines de mètres d’air sans que sa puissance ne soit altérée.

3. Doses et unités de mesure.

.....................La radioactivité est un phénomène mesurable et dosable

....Il y a trois grandeurs caractéristiques pour la radioactivité :

...-Le Becquerel (Bq) . (Tirant son nom d’Henri Becquerel)

La source radioactive émet des rayonnements : L’unité d’activité de la source radioactive est le Becquerel (Bq). Il correspond à une désintégration d’un radionucléide par seconde. Le Becquerel est généralement utilisé en multiples (kBq, MBq, GBq, TBq) pour la mesure de sources et en Bq, mBq ou µBq pour les échantillons environnementaux. L’activité radioactive est rapportée à un volume (activité volumique en Bq/L ou Bq/m3), à une masse (activité massique en Bq/kg) ou une surface (activité surfacique en Bq/m2). La mesure en Becquerel ne rend pas compte de l’énergie ou des effets sur l’Homme de la radioactivité.Avant l’arrivée du Becquerel l’unité de mesure de la radioactivité est le Curie (CI) défini comme l’activité de 1g de radium soit 1Ci = 37 milliards de Becquerel.

...-Le Gray (Gy). (Tirant son nom de Louis Harold Gray)

Une partie des rayonnements émis sont absorbés par la matière. Elle correspond à la quantité d’énergie libérée par les rayonnements par kilogramme de matière irradiée. L’unité de dose absorbée est exprimée en Gray (Gy). C’est donc grâce à cette unité que l’on peut mesuré la quantité de rayonnements absorbés pas un corps exposés au rayonnement.Avant l’arrivée du Gray l’unité de mesure des rayons absorbés était le rad jusqu’en 1986, soit 1gray = 100rads = 1joule par kilo de matière irradié.

...-Le Sievert (Sv). (Tirant son nom de Rolf Sievert)

A dose absorbée égale, les différents rayonnements produisent des effets biologiques différents : l’énergie libérée, les rayonnements émis. On introduit alors la notion d’équivalence de dose qui tient compte de la nature du rayonnement sur tous types d’exposition. L’équivalence de dose s’exprime en Sievert (Sv). Cette valeur généralement très petite est le plus souvent exprimée en milliSievert (mSv).

Pour faire plus simple, prenons deux personnes jouant au tennis.Le nombre de balles envoyées correspond au nombre de rayonnement émis par une source radioactive, en Becquerel.L’énergie de ces balles reçues pas l’autre joueur correspond aux doses absorbées, en Gray.Le point touché de la raquette plus ou moins au centre (donc plus ou moins sensible) correspond aux effets produit, donc dose efficace en Sievert.

...De plus, la radioactivité n’est pas visible à l’œil nu. Pour se protéger, l’être humain doit donc pourvoir la détecter et estimer sa dose (notamment pour la radiothérapie où l’on doit estimer le risque encouru en fonction de l’exposition).La dose absorbée, la dose équivalente et la dose efficace sont les mesures de doses les plus fréquemment utilisées....-La dose absorbée.Lorsque le rayonnement traverse la matière, une certaine portion de son énergie est perdue, c'est-à-dire qu'elle est « retenue » par la matière. Il s'agit de la dose absorbée et cette dose se mesure en Gray.

...-La dose équivalente.

La dose équivalente s’exprime en Sievert. Les différents rayonnements provoquent différents effets. Pour tenir compte de ces différences, la dose absorbée est multipliée par un facteur de pondération des rayonnements dépendant du type et de la quantité de ce rayon. Le résultat s’appelle la dose équivalente..

..-La dose efficace.

Le rayonnement émis par une source radioactive a un impact différent sur chaque partie du corps (par exemple, le tissu pulmonaire est plus susceptible d’être affecté par le rayonnement que la peau ce dernier étant plus fin). Pour tenir compte de cette différence, la dose équivalente est multipliée par un facteur de pondération des tissus. Le résultat s’appelle la dose efficace, elle s’exprime en Sievert.

II.Dépister des maladies

...La radioactivité se révèle être très importante dans la médecine. En effet, elle fut primordiale lors de la découverte de certaines maladies, et est désormais indispensable lorsqu’il s’agit de les dépister. Les machines médicales usant de la radioactivité, et ayant un rôle en matière de dépistage sont nombreuses et présentent toutes un fonctionnement relativement complexe.



.1. Radiographie

2.Gamma Caméra

3.TEP ( Tomographie par Emission de Positons )

1. Radiographie.

Ci dessous : la radiographie de la main d'une femme.

a)Histoire :

La radiographie utilise les rayons X comme outil d’analyse. D’où viennent ces rayons ? Qui les a découverts ? Et quelles sont leurs caractéristiques ?C’est un scientifique allemand ayant vécu aux Pays-Bas nommé Wilhelm Röntgen (1845-1923) qui, sans le faire exprès, découvrit la présence de rayons inconnu. Il travaillait sur un tube cathodique lorsqu’il aperçut la fluorescence d’un écran composé de platine et de cyanure qui se trouvait sur la trajectoire des électrons émis par ce tube. Ces rayons s’impressionnent sur les plaques photographiques. Röntgen décide de nommer ces rayons par la lettre de l’inconnue en mathématiques : les rayons X. Il réalise en 1895 la première radiographie de l’histoire, celle de la main de son épouse Berta Röntgen.

...Le phénomène se répand très vite. Dès 1896 les premiers services d’imageries médicales ouvrent. Röntgen reçoit le premier Prix Nobel de Physique en 1901. Pour faire avancer la médecine, Röntgen décide de ne pas déposer de brevet sur cette découverte.

b)Principe

...Les rayons X ne traversent pas toutes les matières, les matières trop denses les arrêtent.Lors d’une radiographie, on utilise une source émettant ces rayons X vers un film d’impression, les mêmes films qu’utilisent les photographes professionnels, seul le format change. L’individu concerné par la radiographie se place sur la trajectoire des rayons. Certains tissus du corps comme la graisse, les muscles ne sont pas très denses, ils sont qualifiés de « mous ». Les os constituent les tissus les plus denses et rigides de notre corps.

Lorsque les rayons traversent le corps entier, il passe à travers les tissus « mous » et s’impressionnent en noir sur le film. Face aux os, ces rayons sont arrêtés, de ce fait les particules ne s’impressionnent pas.

...Cette méthode a, depuis l’expansion de l’informatique, été remplacé par le numérique. Pour créer une image numérique on remplace le film par une couche d’iodure spécial (iodure de césium). Celui-ci transforme, par ses caractéristiques chimiques, les rayons X en électrons. L’ordinateur crée un minuscule point blanc à chaque électron. Cette quantité énorme de points blancs forme l’image que le radiologue voit.

.................

Lorsque l’on a besoin de visualiser certains organes moyennement ou peu dense on utilise un produit de contraste. On l’injecte par voie orale, veineuse ou artérielle. Ce produit se fixe sur l’organe cible et bloque les rayons X qui lui parviennent. Cela blanchi l’image. Ce produit n’est efficace que sur un petit nombre d’organes (reins, cavité intra-articulaire dans les genoux ou l’épaule).Une technique permettant la reconstitution en 3 dimensions existe. Il faut pour cela, avec une faible dose de rayons X, prendre deux images simultanées de face et de profil.

a) Le scanner (ou tomodensitométrie)

...La radiographie "classique" utilise la propriété des rayons X de traverser l'organisme et d'impressionner une pellicule photographique. Comme les différentes parties du corps réagissent différemment aux rayons X certaines se laissent traverser totalement, d'autres les arrêtent. On voit, sur la radiographie, les contours des organes traversés.

...Avec les progrès considérables accomplis dans la sensibilité des films photographiques, les doses de rayons X délivrées diminuent. Cependant, de même que deux personnes marchant rapprochées l'une derrière l'autre avec le soleil dans le dos, ne voient sur le sol qu'une seule ombre de leurs deux silhouettes, les ombres des organes traversés par le faisceau de rayons X sont confondues sur la plaque photographique.

...Le scanner, ou tomodensitométrie, résout ce problème en réalisant, pour la zone étudiée, des images de coupes fines sous différents angles : il permet ainsi une visualisation "en profondeur". Pour ce faire, au lieu d'être fixe, le tube générant les rayons X tourne autour du patient : c'est lui qui est contenu dans l'anneau entourant la couchette sur laquelle est allongé le patient (Voir image A sur la page suivante).

...Ici, pas de plaque photographique mais un détecteur : situé en face du tube émetteur de rayons X et tournant en même temps que lui, il mesure l'intensité de sortie du faisceau de rayons X, après qu'il ait traversé l'organisme. Un puissant système informatique traite (en quelques secondes) les millions de données acquises durant l'examen et les traduit en images sur un écran (imprimées ensuite sur un film photographique). Les différences d'absorption des rayons X par les tissus sont traduites en niveaux de gris (du noir au blanc). Le plus souvent, afin d'améliorer encore la qualité des images, on injecte au patient un produit de contraste à base d'iode
.................................................Cliché d'un scanner cérébral

2. La Gamma caméra.

a) La composition de l’appareil

...Comme son nom l’indique, la gamma-caméra détecte les rayons de type gamma. Ces rayons proviennent des patients. On leur administre un produit composé de molécules marquées par un isotope radioactif gamma (émettant des rayons gamma). On choisi ces isotopes en fonction du type tissu ou organe sur lequel on souhaite qu’ils se fixent. L’individu est placé sous la gamma-caméra. Cette gamma-caméra possède une voir deux tête(s) de détection(s).

Composition en détail :

..- Un collimateur est généralement une épaisse plaque de plomb (ce peut être du tungstène) percés de canaux fin parallèles. Cette plaque permet de sélectionner les photons gamma dont la direction est perpendiculaire au cristal scintillateur situé derrière celle-ci.Le collimateur peut être en forme de cône, ceci permet une plus grande précision :

PHOTO

..- Le cristal scintillateur stoppe les photons gamma sortant du collimateur pour retranscrire l’énergie qu’ils contiennent en scintillations lumineuses.

..- Derrière le cristal, chaque photomultiplicateur convertit cette lumière en signaux électriques. Leur temps de réponse est de l’ordre de la nanoseconde (10-9 seconde). Il y a un inconvénient, ces photomultiplicateurs sont chers et fragiles.

...L’énergie des photons gamma est exprimée en kilo électron volt.

...Les gamma-caméra sont parfois spécifiques à l’organe étudié :Gamma caméra pour une scintigraphie cardiaque :

Mode d’acquisition du gamma-camera :

...Chaque type de fonctionnement de la gamma-caméra est un mode d’acquisition. Ce mode est choisi en fonction de l’organe étudié et de sa pathologie.

On en compte trois principales :

...- La scintigraphie en mode planaire : elle permet d’obtenir une image plane de la zone étudiée. Elle est par exemple utilisée lors d’une scintigraphie thyroïdienne.

...-L’acquisition dynamique : c’est lorsque l’on fait plusieurs acquisitions à des intervalles de temps régulier. Cela permet une analyse du traceur se situant dans l’organe cible.

...-Un dernier mode est produit par le déplacement de la caméra linéairement et à vitesse constante lorsque celle-ci fait des acquisitions en mode planaire. Cela donne un ensemble d’images qui permettent l’analyse d’une grande surface ( corps entier par exemple lors des scintigraphies osseuses ).

b) L’utilisation de la gamma-caméra lors d’une scintigraphie

...Lorsque l’on souhaite analyser certains éléments du corps et leurs mouvements on a plusieurs choix. La gamma-caméra est utilisée pour effectuer quelques-unes de ces analyses, notamment lors d’une scintigraphie.

...La scintigraphie consiste à analyser certaines particules présentes dans le corps. Elle a besoin, pour cela, d’éléments se fixant sur ces particules. Ce sont des isotopes radioactifs émettant des rayons gamma. Ces marqueurs proviennent de composés radio pharmaceutiques injectés dans l’organisme.

...La scintigraphie permet d’acquérir deux types d’images - Les images statiques : elles permettent de déterminer l’importance de la fixation du composé radio pharmaceutique dans l’organe cible. C’est le cas de la scintigraphie thyroïdienne ou osseuse. La durée d’acquisition des images varie en moyenne de 3 à 20 minutes selon qu'il s'agisse d'une image centrée sur une région du corps ou de son ensemble.

...- Les images dynamiques : elles fournissent une représentation dynamique du comportement du produit radio pharmaceutique et révèlent des renseignements détaillés sur des fonctions telles que l'évacuation par l'estomac, le processus de la respiration dans les poumons ou l'activité de pompage du cœur. La durée d’acquisition de chaque image peut varier de 2 secondes à 1 minute.

...La scintigraphie est utilisée au niveau du cœur, des poumons, des os, de la thyroïde ou encore beaucoup d’autres. Par exemple, lorsque l’on effectue une scintigraphie des poumons, on arrive à connaître l’existence ou non d’une embolie pulmonaire car les substances radioactives ne peuvent pas se fixer dans des zones atteintes.

Les traceurs.

...Depuis la découverte de la radioactivité artificielle en 1934, les médecins nucléaires disposent de toute une panoplie d'isotopes radioactifs servant d'indicateurs et de marqueurs. Grâce à ces isotopes radioactifs, il est possible de suivre à la trace un atome ou une espèce chimique sans perturber les comportements physiques, chimiques ou biologiques.

Ex : iode 123 : atome seul, Le technétium-99m est le radioélément le plus utilisé (80 % à 90 % des examens scintigraphiques) car il permet l'exploration de nombreuses parties du corps et n'émet que des gammas dont l'énergie (140 Kev) est très bien adaptée aux détecteurs des gamma-caméras.

3. TEP (Tomographie par Emission de Positions.)

...Depuis les quarantes dernières années , les progrès technologiques ont énormément évolués. La qualité du résultat, la praticabilité de l’appareillage et le confort du patient ont augmentés.

a) La composition de l’appareil

La TEP utilise des radioéléments émetteurs de positons, ce sont des radio-isotopes. Ce peut être aussi des halogènes (fluor-18, brome-76) facilement incorporables à des molécules. Ils ont une durée de vie courte variant de 2 à 110 minutes.

...Ils ont chacun une utilisation bien précise. Par exemple, pour faire un repérage de l’irrigation sanguine dans le cerveau, on peut utiliser de l’eau marquée à l’oxygène15.

...L’isotope le plus utilisé lors d’un examen TEP est le fluorodésoxyglucose18 (18FDG), c’est un isotope du glucose. Toutes les cellules consomment du glucose, c’est leur carburant. Le fluorodésoxyglucose18 se fixe au glucose, on peut donc analyser la consommation du glucose par l’organisme. C’est énormément utile, par exemple pour le dépistage d’un cancer. On sait qu’une cellule cancéreuse produit des cellules anarchiquement et a donc énormément besoin de glucose. Sur un examen TEP, on pourra donc détecter la présence de cellules cancéreuses ou d’autres métastases.

b) Le principe :

...Lorsque les positons du radio-isotope perdent toute leur énergie(x keV), il s’annihile avec un électron. Pour cela ils émettent deux photons gamma émis de façon opposée (dos à dos). Ils atteignent tous deux des détecteurs situés tout autour du corps étudié. Les circuits électroniques de ces détecteurs reconnaissent chaque photon.

...Les deux photons arrivent à peu près chacun en même temps. Il y a une marge d’écart entre les deux arrivées de 10 milliardièmes de seconde (10 nanosecondes). Ils ne sont pris en compte que si leurs énergies sont proches de x keV.

...Ã la différence d’une gamma-caméra, un collimateur au plomb n’est pas utile pour sélectionner les photons

Un collimateur peut être utilisé, on obtiendra un résultat en 2 dimensions

c) Son utilisation

...Un examen TEP est une technique de prévoyance. Les diagnostics qu’elle fournie permettent de déterminer si un acte chirurgical est nécessaire ou non sur un patient.
Tout ceci sert évidemment à la médecine, mais aussi à la psychologie, neurologie et aux autres matières ou le cerveau est étudié. Ces sciences sont dites des sciences cognitives.

d) Le couple TEP/Scanner

...Une des dernières avancées au niveau de la TEP est son accouplement avec un scanner à rayons X :

...Le couple TEP/Scanner est appelé PET-Scan, le nom est en Anglais : Positron emission tomography scan. Ce couple comprend en plus du système de détection de positons, un tomodensitomètre qui permettra de fusionner les images TEP dans le but de localiser, en cancérologie par exemple, des tumeurs ou des métastases dont le diamètre peut être inférieur au centimètre. La TEP utilisé pour un examen PET-Scan n’utilise que le fluorodésoxyglucose18 comme produit radioactif. Le PET-Scan est utilisé en cancérologie pour analyser les réponses d’un patient à un traitement de radiothérapie ou de chimiothérapie. On fait un premier examen PET-Scan, on détermine la présence d’une tumeur cancéreuse grâce à une consommation anormale de glucose. Le patient fait une cure de chimiothérapie puis refait un examen de PET-Scan. Si l’on constate que la consommation de glucose de la tumeur a diminué, c’est que le traitement fait de l’effet (explication au I/ 3) a)).

III.Soigner des maladies

....En plus de jouer un rôle dans le dépistage, la radioactivité joue un rôle majeur en ce qui concerne le soin de certaines maladies. La radioactivité étant un domaine relativement nouveau, les techniques médicales l’utilisant n’ont cessé d’évoluer. On discerne aujourd’hui plusieurs types de thérapies, chacune, soignant différentes maladies. Cependant, au-delà de tous ces progrès, et ces nouvelles méthodes médicales, demeurent certains inconvénients : les effets secondaires.



1. Histoire des thérapies

2. Les différentes thérapies

3. Les effets secondaires

1.Histoire des Thérapies

....La découverte de la radioactivité, nouveau phénomène physique, en 1896 a entrainé très vite l’apparition de thérapies dans le cadre d’un traitement d’une tumeur révolutionnant la médecine. C’est en 1901 que Pierre Curie pressentit l’immense intérêt de la radioactivité pour traiter une tumeur : un tube de radium qu’il possédait dans sa poche provoqua sur sa peau une irritation. Dès le début du 20ème siècle, Marie Curie est convaincu des propriétés des rayons X pour soigner le cancer. Depuis cette période la technique ne cesse d’évoluer restant le principal traitement du cancer. On utilise alors les radiations pour détruire les tissus cancéreux notamment l’ADN contenu dans le noyau des cellules cancéreuses.

....A ce jour on distingue deux grandes catégories de radiothérapies :

..- La radiothérapie externe : c’est la plus connue et la plus utilisée, la source de rayonnement est à l’extérieur du malade à une certaine distance de lui, le traitement est indolore. On peut alors utiliser un accélérateur de particules ou une bombe au cobalt. Les radiations stoppent la multiplication des cellules cancéreuses. Les traitements sont généralement administrés chaque jour et cela durant plusieurs semaines.

..- La curiethérapie : la curiethérapie ressemble à la radiothérapie hormis que la source radioactive est placée pendant une durée limitée (le plus souvent quelques heures) à l’intérieur du malade, dans la tumeur ou dans une cavité à son contact. Les rayonnements émis permettent de détruire les cellules cancéreuses en préservant les tissus et les organes voisins et ainsi permettre la diminution des effets secondaires. Ce traitement est généralement appliqué aux tumeurs de petites tailles, faciles d’accès et non propagées.

...La radiothérapie est utilisée chez plus de la moitié des patients ayant un cancer. Elle est, avec la chirurgie, le traitement le plus fréquent des cancers et peut entrainer une guérison à elle seule. Elle peut être utilisée seule mais aussi combinée avec la chirurgie et la chimiothérapie. On détermine si on utilise ou non ces compléments de la radiothérapie grâce à plusieurs caractéristiques :

.......-Le type de la tumeur

.......- Sa localisation

.......-Son stade (C'est-à-dire le niveau de développement de la maladie)

.......-L’état du patient

...Combiné à la chimio thérapie la radiothérapie se focalise sur les masses tumorales les plus importantes alors que la chimiothérapie détruit les cellules cancéreuses....La radiothérapie en chirurgie peut être utilisée sous deux formes :

- Postopératoire. Elle sert à diminuer les risques de rechutes.

- Préopératoire. Elle permet de diminuer la propagation des cellules cancéreuses lors de l’intervention, d’éviter la rechute du malade et de pouvoir extirper une tumeur précédemment inopérable.

...Il faut savoir que l’on peut effectuer une radiothérapie ambulatoire, c'est-à-dire sans hospitalisation. En effet, lors d’une radiothérapie ambulatoire les séances sont de courte durée et les risques secondaires sont inférieurs à ceux d’une chimiothérapie.

2. Les différentes thérapies.

...On sait qu’il existe trois principales thérapies pratiquées :

-la radiothérapie (la plus utilisée)

-la curiethérapie-

la radiothérapie métabolique vectorielle

a) La radiothérapie.

..Il existe trois catégories au sein-même de la radiothérapie.

Il y a :

...- La radiothérapie curative : elle vise à prendre le contrôle voire la guérison du cancer. Pour cela on irradie toutes les cellules cancéreuses. Elle peut être utilisée seule ou en complément avec la curiethérapie ou la chimiothérapie.

...- La radiothérapie palliative : cette technique vise plutôt à freiner l’évolution de la maladie. Cette technique s’adresse plus particulièrement aux cancers très évolués localement...

...- La radiothérapie symptomatique : l’objectif est de soulager un symptôme majeur particulièrement gênant pour le malade. Son efficacité est :

• Antalgique : l'effet antalgique de l'irradiation est quasiment constant et se manifeste rapidement en quelques jours. Elle est souvent utilisée dans le cas de douleurs engendrées par des métastases osseuses. La disparition de la douleur apparaît dès les premières séances.

• Hémostatique : dans le cas des hémorragies persistantes que l'on retrouve parfois dans des cancers du rectum, de la vessie, ORL ou gynécologiques, quelques séances de radiothérapie entraînent l'assèchement et l'arrêt du saignement.

• Décompressive : dans les cancers avec signes de compression médullaire (qui constituent une urgence) ou radiculaire, la radiothérapie peut être un traitement efficace, à condition de la commencer dès les premiers signes de compression. Elle doit être de courte durée, souvent juste quelques séances afin de limiter l'irradiation vertébrale.
  

...Selon la localisation et le stade des tumeurs, la radiothérapie peut être utilisée seule, mais elle est le plus souvent combinée avec un traitement chirurgical et/ou une chimiothérapie et/ou une hormonothérapie.

...La plupart des cancers peuvent être traités par radiothérapie dans une certaine mesure. Ceci inclut les cancers du sein, de la prostate, du poumon, du rectum, etc.

.. Cette thérapie est, la plupart du temps, appliquée pour traiter une région localisée autour d'une tumeur. Le champ des radiations couvre souvent aussi le réseau lymphatique drainant la tumeur.

b) La curiethérapie

...La curiethérapie est la plus ancienne application thérapeutique de la radioactivité. Elle consiste en, l’implantation au voisinage du cœur ou d’une tumeur, d’éléments radioactifs tumoricides (qui tuent les tumeurs). Dès 1901, à l'époque de Pierre et Marie Curie, on prend conscience de l'effet des radiations et de la possibilité de les utiliser à des fins médicales en mettant en contact les substances radioactives avec les tumeurs quand elles sont externes ou accessibles.

...Préparées en collaboration avec le laboratoire Curie, des aiguilles radioactives sont appliquées dans le années 20 dans les tissus malades ou dans les supports moulés adaptés aux zones à traiter. L'Institut du Radium publie ses premières analyses de résultats sur des cancers du corps utérin. Les ampoules ou aiguilles radioactives au radium (un élément naturel très rare) sont aujourd'hui remplacées par des radioéléments artificiels. Le principal, employé aujourd'hui sous forme de sources scellées, est le l'iridium192 dont la période radioactive est de 74 jours

3. Les effets secondaires.

...Les techniques médicales utilisant la radioactivité, notamment la radiothérapie usent de rayons radioactifs afin de détruire une tumeur cancéreuse. Ce type de traitement, bien qu’il présente un taux de réussite relativement important, entraîne généralement des effets indésirables : les effets secondaires.

a) L’utilisation de la radioactivité, un des facteurs expliquant les effets secondaires

....La radioactivité présente certaines propriétés ayant des effets plus ou moins néfastes sur le corps humain. En transférant leur énergie aux molécules organiques, les rayonnements radioactifs pénètrent les tissus vivants : c’est la ionisation. Ainsi en transférant de l’énergie à ces tissus vivants, des réactions chimiques dans les molécules rencontrées (spécialement au niveau de l’ADN et des protéines mais surtout au niveau des molécules d’eau) vont subvenir. Suite à ces phénomènes, vont se former des radicaux libres, qui sont des espèces chimiques très réactives. La création de ces derniers dépend de la concentration en oxygène du milieu. Les radicaux libres vont ainsi interagir avec les autres molécules du milieu. C’est l’ADN qui constitue la cible finale de l’action des radiations ionisantes, cela engendre alors des ruptures de la molécule. Ainsi, on constate au niveau cellulaire des liaisons susceptibles de provoquer la mort cellulaire en cas d’accumulation. Ces liaisons sont en fait des ruptures intéressant soit un, ou les deux brins de l’ADN. Celles-ci seront réparées ou non en fonction de conditions cellulaires, et précisément de la position de la cellule dans le cycle cellulaire (cycle multiplicatif de la cellule) et de la disponibilité d’enzymes de réparation pour ces lésions et de son état métabolique (disponibilité de nutriment). En cas de non réparation, les cassures chromosomiques engendrées vont évolués en des aberrations chromosomiques mises en évidence au niveau des lymphocytes

.....Ces anomalies sont à l’origine de la mort cellulaire. La gravité des effets, dépend de plusieurs propriétés telles que le type de rayonnement émis, la radio sensitivité des tissus touchés, le degré d’exposition, la vitesse d’absorption et le taux d’absorption. Les effets d’une irradiation sont divers, mais sont tous d’ordres biologiques et ont lieux au niveau cellulaire.Ainsi, une irradiation courte et intense présente des effets plus nocifs, il en résulte effectivement une mort cellulaire qui se manifeste rapidement, tandis qu’une irradiation plus longue est moins dangereuse car une partie des liaisons est réparée. Or, tous types de radiations, y compris celle trop faible pour détruire les cellules peuvent provoquer des modifications cellulaires, dont les conséquences se révèlent de nombreuses années plus tard

....Des effets secondaires peuvent ainsi survenir en raison de la réaction exercée par des rayons radioactifs sur un tissu fragile, bien que leur dosage soit contrôlé. En effet, certains tissus sont plus ou moins sensibles que d’autres, ainsi une exposition à des rayons radioactifs peut entraîner des effets plus ou moins graves. La gravité et l’étendue de ces effets dépendent ainsi de la zone irradiée et de sa sensibilité ainsi que de l’importance de l’irradiation.

b) Manifestation des effets secondaires.

...Les effets secondaires sont multiples, et très pénibles pour le malade. Néanmoins, de nombreux progrès furent réalisés depuis l’apparition des radiothérapies et visent à réduire les effets indésirables qui peuvent alors survenir....On distingue la toxicité aigue, dont les symptômes surviennent quelques jours voire 6 mois après la fin de l’irradiation, et la toxicité tardive, donc les symptômes se révèlent 6 mois jusqu’à trente ans suite à la fin de l’irradiation. Ce type de toxicité est irréversible et concerne les tissus de soutien tandis que la toxicité aiguë touche les tissus dits « à renouvellement rapide » tels que la peau, les muqueuses, et la moelle osseuse. En réalité, les effets secondaires peuvent toucher l’ensemble de l’organisme et donc tous les organes…

...Les effets secondaires les plus fréquents, sont les troubles digestifs (vomissement, crampes abdominales), qui s’expliquent par une capacité à supporter les doses radioactives plus ou moins importante en fonction du malade. Ces derniers surviennent peu après l’exposition aux rayonnements radioactifs et révèle donc de la toxicité aiguë. En revanche, des effets tels que le grêle adique peuvent survenir après une exposition à un rayonnement très fort et longtemps après celle-ci.La fatigue, est aussi lourdement ressentie par les patients. En fonction de l’étendue de l’irradiation, elle se manifeste plus ou moins tard. En effet, l’exposition à des rayonnements radioactifs se révèle épuisante pour l’organisme.

...Un des effets les plus handicapant ,et, malheureusement risqué lors de traitement médicaux usant la radioactivité, est la stérilité qui peut être soit temporaire, soit définitive en fonction de l’âge

....Au niveau de la peau, les rayons radioactifs utilisés étant assez pénétrants, la peau est généralement agressée au niveau de la zone traitée, elle peut alors s’irriter, devenir rouge (érythème) et se sensibilisé. Ce phénomène peut être apparenté à celui d’un coup de soleil, mais les effets sont nettement plus graves. Effectivement, les rayons radioactifs sont plus importants que ceux émis par le soleil. A cela, des effets plus tardifs tels que des troubles de la pigmentation, des télangiectasies, des scléroses ou bien une atrophie, peuvent se développer.

...Concernant la pilosité, un des effets secondaires le plus connu et pénible pour le malade est la perte de poils, et de cheveux parfois définitive lorsque le degré de radiation est de 40 Gy....Le goût est altéré, et on constate une sécheresse buccale, ainsi qu’une perte de salive, voire une perte d’appétit si les doses des rayonnements sont très fortes. Au niveau dentaire, certains désagréments peuvent être aussi engendrés suite à l’exposition à des rayonnements radioactifs....On peut constater d’autres effets indésirables tels que des insuffisances rénales, et au niveau de la vessie divers maladies (pollakiurie, fibrose de la vessie).

...Les poumons sont aussi susceptibles d’être touchés par des effets secondaires plus ou moins grave, tels qu’une pneumopathie radique qui se manifeste par de la toux, une asthénie, dyspnée et un état fébrile. Alors que ceci relève de la toxicité aiguë, on constate aussi des effets tardifs et irréversibles comme une insuffisance respiratoire, variable en fonction du volume pulmonaire irradié.

...Enfin, au niveau du cœur, on peut constater rapidement une péricardite et plus tardivement des risques coronariens.

Conclusion.

...La découverte de la radioactivité est encore récente. En effet, ce n’est qu’à la fin du XIXeme siècle que celle-ci fut découverte. Elle n’a, depuis, cessé d’évoluer, et cela, de manière très rapide.

...La naissance de nouvelles machines telles que les Gamma caméra, et les TEP illustrent les nombreux progrès médicaux effectués suite à la découverte et à l’utilisation dans la médecine de la radioactivité. Il est indispensable de spécifier que ces divers machines, ont aussi évolué depuis leur apparition : leur précision, par exemple, a nettement augmenté.

...L’amélioration de l’appareillage utilisé est en réalité à l’origine de ces résultats. En plus de nouvelles machines, les accouplements comme le PET-Scan, ont permis une amélioration de la vie en clinique des patients. .

...Cependant, bien que la radioactivité serve à dépister et soigner des maladies, son utilisation pour des vertus thérapeutiques, présente certains inconvénients. En effet il peut résulter, suite à des traitements utilisant la radioactivité, de multiples effets secondaires, plus ou moins néfastes pour organisme.

....Tous les progrès concernant la médecine nucléaire , soit les techniques médicales utilisant la radioactivité, n’auraient été possibles sans les recherches et les découvertes de nombreux physiciens tels que Marie Curie , Wilhelm Röntgen , Henri Becquerel ,ou bien , Ernest Rutherford

....Aujourd’hui, il existe un grand nombre de thérapies utilisant la radioactivité. Hélas, ces celles –ci nécessitent un matériel coûteux et difficile d’utilisation. En fin 2002, on comptait environ 530 caméras TEP aux Etats – Unis, 215 en Europe dont seulement 11 en France. Pourtant, un investissement plus important de l’Etat dans ce domaine médical serait, par exemple, un moyen efficace dans la prévention , l’analyse et la guérison d’un grand nombre de cancer, mais aussi dans le développement de nouvelles techniques médicales utilisant elles aussi la radioactivité….

Lexique

Isotope : en médecine nucléaire , il s'agit d'un élément chimique ayant le même numéro atomique (nombre de protons) qu'un autre, des propriétés chimiques presque identiques, mais une masse atomique différente (nombre de nucléons).

Radio-isotopes ou radionucléide : contraction de radioactivité et d'isotope, sont des atomes dont le noyau est instable. Cette instabilité peut être due soit à un excès de protons ou de neutrons, soit à un excès des deux. Les radio-isotopes existent naturellement ou sont produits artificiellement en bombardant de petites quantités de matière avec des neutrons, usuellement produits dans un réacteur nucléaire.

Période (ou « demi-vie »: temps nécessaire pour que radioactivité d'un élément radioactif diminue de moitié. Ce temps caractéristique ne dépend pas de l'âge de l'échantillon. La radioactivité décroît très vite avec le nombre de périodes : elle à peu près divisée par 1 000 au bout de dix périodes. Pour les déchets radioactifs, on parle de « vie courte » lorsque la période est inférieure à 5 ans et de « vie moyenne » lorsqu'elle est comprise entre 5 et 100 ans ; les noyaux dont la période dépasse 100 ans sont dits « à vie longue ». Les isotopes utilisés pour les diagnostics médicaux sont à vie très courte.

Scintigraphie : méthode permettant de visualiser un organe qui a fixé électivement un radio isotope préalablement introduit dans l’organisme. Elle est pratiquée à l’aide d’un scintigraphe en position fixe ou qui se déplace automatiquement.