L'intérêt médical du rayonnement gamma

L’intérêt médical du rayonnement gamma

INTRODUCTION  :

C'est en 1900, que le physicien Français Paul Villard met en évidence un rayonnement provenant du radium, à la fois capable de traverser une fine plaque de plomb et insensible aux champs magnétiques : le rayonnement gamma. Il découvre ainsi la troisième composante de la radioactivité (rayons α, β et γ).  Les premières applications médicales de ce rayonnement n’arrivèrent que bien plus tard. En effet, les techniques d’imagerie biomédicale par les rayons gamma sont relativement récentes puisque c’est au début des années 90, que se développe la médecine nucléaire avec la scintigraphie (TEMP) et la tomographie par émission de positons (TEP). Nous allons voir ensemble l’intérêt médical du rayonnement gamma.

Pour commencer, nous allons aborder les aspects théoriques du rayonnement gamma et notamment sa création, ses caractéristiques et ses applications médicales.

Puis, nous vous présenterons les  principales applications médicales du rayonnement gamma : la tomographie par émission monophotonique ou scintigraphie et la tomographie par émission de positons.

Enfin, nous verrons une autre application médicale possible : la stérilisation par les rayons gamma

I-Aspect théorique

A/ Origine du rayon gamma :

• Le rayonnement gamma est une onde électromagnétique comme la lumière visible ou les rayons X mais plus énergétique (de 100 000 à quelques millions d'électronvolts.). Ce rayonnement survient généralement à la suite d’une désintégration alpha ou bêta. En effet, après émission de la particule alpha ou beta, le noyau est encore excité car il n’a pas retrouvé son équilibre électronique. Il se libère alors rapidement d’un trop-plein d’énergie par émission d’un rayonnement gamma. C’est la radioactivité gamma qui est, comme les rayons X, indirectement ionisante

• Le rayonnement arrache des électrons aux couches externes des atomes constituant la matière. Ces atomes sont alors transformés en ions chimiquement actifs, pouvant provoquer des modifications de la vie cellulaire.

B/ Caractéristiques du rayon gamma

• Les éléments émetteurs de rayon gamma sont en général peu radiotoxique car possédant une demi-vie pouvant atteindre les milliards d’années (tel l’uranium 238), cependant, les rayons gamma sont les plus pénétrants mais cela dépend de leur énergie. Néanmoins, seul une très forte épaisseur de béton ou de plomb les arrêtent.

• La transition gamma est presque toujours immédiate. Elle peut exceptionnellement se produire avec un retard. Tel est le cas d'un état excité du technétium qui dure plusieurs heures et qui laisse le temps de l'utiliser dans les hôpitaux comme une source pure de rayons gamma

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•  La radiosensibilité des tissus dépend de la faculté de la cellule à réparer les lésions. Elle est proportionnelle à sa capacité de multiplication et inversement proportionnelle à son degré de différentiation.

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C/ Applications médicales (transition)

• La médecine nucléaire est le domaine médical qui utilise la radioactivité tant pour explorer le corps humain que pour le soigner.

• À faible dose, les gamma sont utilisés pour le diagnostic médical, car ils sont les moins nocifs en cas d'irradiations internes. C'est la raison pour laquelle, le technétium-99m, qui est l'un des rares noyaux uniquement émetteur gamma, est très recherché.

• Les applications médicales de la radioactivité ont été envisagées sur le plan théorique peu de temps après sa découverte, mais c’est au cours du demi-siècle écoulé qu’elle est véritablement entrée de plein-pied dans la panoplie des moyens diagnostiques et thérapeutiques de la médecine.

II-LA TOMOGRAPHIE D’EMISSION MONOPHOTONIQUE :

La tomographie est une technique d’imagerie qui permet de visualiser tranches par tranches l’intérieur d’un objet sans l’endommager.

La tomographie par émission monophotonique (TEMP) ou, en anglais « Single-Photon Emission Computed Tomography »(SPECT) utilise le principe d’imagerie par émission : c’est le patient lui-même (après injection d’un radionucléide) qui est la source des rayonnements recueillis par le détecteur (à la différence de la radiographie qui utilise le principe de transmission).

 La temp est une technique d’imagerie médicale fonctionnelle qui utilise le rayonnement gamma : on se sert d’isotopes lourds, qui en se désintégrant, émettent directement un photon gamma unique (d’où le terme monophotonique).

I/ En pratique, lors de cet examen :

1) on injecte au patient un produit dit radio-pharmaceutique : un marqueur radioactif,

2) on attend que le produit radio-pharmaceutique diffuse dans l’organisme.

3) Lorsque le marqueur radioactif se désintègre, il produit directement un seul photon gamma. On se sert alors d’une « gamma caméra » pour recueillir les rayons (ou photons) gamma émanant du patient et reconstruire une image à partir du signal.

II/ La gamma-camera : Principe et fonctionnement :

Le ou les éléments les plus importants d’une gamma-caméra sont les têtes de détection du signal.

La tête de détection d'une gamma-caméra comprend :
- un collimateur,
- un cristal scintillateur ou scintillant,

- un guide de lumière,
- un réseau de photomultiplicateurs,
- une électronique de détection et de positionnement.

1) Le collimateur :

Le collimateur est une épaisse plaque de plomb ou de tungstène percée de canaux fins parallèles. Son rôle est de sélectionner les photons gamma dont la direction est perpendiculaire à la surface du cristal scintillateur.

         2) Le cristal scintillant :

L'élément de détection dans une gamma-caméra est le cristal scintillant : un cristal d'iodure de sodium dopé au thallium : NaI (Tl). Le cristal d'iodure de sodium a la propriété d'absorber les photons gamma incidents et de convertir une partie de l'énergie déposée en scintillations lumineuses (ou lumière de fluorescence).

        3) Le guide de lumière :

Le guide de lumière, placé entre le cristal et le réseau de photomultiplicateurs, est une plaque de lucite ou de quartz. Il permet d’adapter l’indice de réfraction entre les 2 milieux et de protéger le cristal scintillant.

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