Tomographie cérébrale par émission de positons - Brain positron emission tomography
| Tomographie cérébrale par émission de positons | |
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 PET scan d'un cerveau normal
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| CIM-10-PCS | C030 |
La tomographie par émission de positons du cerveau est une forme de tomographie par émission de positons (TEP) qui est utilisée pour mesurer le métabolisme cérébral et la distribution d' agents chimiques radiomarqués exogènes dans le cerveau. La TEP mesure les émissions de produits chimiques métaboliquement actifs marqués radioactivement qui ont été injectés dans la circulation sanguine. Les données d'émission de la TEP cérébrale sont traitées par ordinateur pour produire des images multidimensionnelles de la distribution des produits chimiques dans le cerveau.
Traiter
Les radio-isotopes émetteurs de positons utilisés sont généralement produits par un cyclotron et les produits chimiques sont marqués avec ces atomes radioactifs. Les radio-isotopes utilisés en clinique sont normalement le 18F (fluorure) , le 11C (carbone) et le 15O (oxygène) . Le composé marqué, appelé radiotraceur ou radioligand , est injecté dans la circulation sanguine et finit par atteindre le cerveau par la circulation sanguine. Les détecteurs du scanner TEP détectent la radioactivité lorsque le composé se charge dans diverses régions du cerveau. Un ordinateur utilise les données recueillies par les détecteurs pour créer des images multidimensionnelles (normalement volumétriques en 3 dimensions ou variant dans le temps en 4 dimensions) qui montrent la distribution du radiotraceur dans le cerveau en fonction du temps. Un large éventail de ligands est particulièrement utile pour cartographier différents aspects de l'activité des neurotransmetteurs, le traceur PET le plus couramment utilisé étant de loin une forme marquée de glucose, telle que le fluorodésoxyglucose ( 18 F) .
Avantages et inconvénients
Le plus grand avantage de la TEP est que différents composés peuvent montrer le flux et l'oxygène , ainsi que le métabolisme du glucose dans les tissus du cerveau en activité. Ces mesures reflètent la quantité d'activité cérébrale dans les différentes régions du cerveau et permettent d'en savoir plus sur le fonctionnement du cerveau. Les TEP étaient supérieures à toutes les autres méthodes d'imagerie métabolique en termes de résolution et de vitesse d'exécution (aussi peu que 30 secondes), lorsqu'elles sont devenues disponibles pour la première fois. La résolution améliorée a permis de mieux étudier la zone du cerveau activée par une tâche particulière. Le plus gros inconvénient de la TEP est que, la radioactivité décroissant rapidement, elle se limite à la surveillance de tâches courtes.>
Les usages
Avant que l'utilisation de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) ne se généralise, la TEP était la méthode préférée d'imagerie cérébrale fonctionnelle (par opposition à structurelle), et elle continue toujours d'apporter de grandes contributions aux neurosciences . La TEP est également utile en chirurgie stéréotaxique guidée par TEP et en radiochirurgie pour le traitement des tumeurs intracrâniennes, des malformations artérioveineuses et d'autres affections pouvant être traitées chirurgicalement.
La TEP est également utilisée pour le diagnostic des maladies du cerveau, notamment parce que les tumeurs cérébrales, les accidents vasculaires cérébraux et les maladies neurodégénératives (telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson) provoquent tous de grands changements dans le métabolisme cérébral, qui à leur tour provoquent des changements détectables dans les TEP. La TEP est probablement la plus utile dans les cas précoces de certaines démences (les exemples classiques étant la maladie d'Alzheimer et la maladie de Pick ) où les dommages précoces sont trop diffus et font trop peu de différence dans le volume cérébral et la structure globale pour modifier suffisamment les images CT et IRM standard pour être capable de la différencier de manière fiable de la gamme "normale" d'atrophie corticale qui se produit avec le vieillissement (chez de nombreuses personnes mais pas toutes) et qui ne provoque pas de démence clinique.
La TEP est également activement utilisée pour la sclérose en plaques et d'autres syndromes démyélinisants acquis , mais principalement pour la recherche sur la pathogenèse plutôt que le diagnostic. Ils utilisent des radioligands spécifiques pour l' activité microgliale . Actuellement, la protéine translocatrice de 18 kDa (TSPO) est largement utilisée . Des PET-CT combinés sont également parfois effectués.
Types de traceurs
L'imagerie TEP avec de l' oxygène -15 mesure indirectement le flux sanguin vers le cerveau. Dans cette méthode, un signal de radioactivité accru indique un flux sanguin accru qui est supposé être en corrélation avec une activité cérébrale accrue. En raison de sa demi-vie de 2 minutes, l'O-15 doit être canalisé directement à partir d'un cyclotron médical pour de telles utilisations, ce qui est difficile.
L'imagerie TEP avec le 18F-FDG tire parti du fait que le cerveau est normalement un utilisateur rapide de glucose. La TEP standard au 18F-FDG du cerveau mesure l'utilisation régionale du glucose et peut être utilisée dans le diagnostic neuropathologique.
- Exemple : Les pathologies cérébrales telles que la maladie d'Alzheimer diminuent considérablement le métabolisme cérébral du glucose et de l'oxygène en tandem. Par conséquent, la TEP au 18F-FDG du cerveau peut également être utilisée pour différencier avec succès la maladie d'Alzheimer d'autres processus de démence, et également pour établir un diagnostic précoce de la maladie d'Alzheimer. L'avantage du PET 18F-FDG pour ces usages est sa disponibilité beaucoup plus large. Certains traceurs radioactifs utilisés pour la maladie d'Alzheimer sont le florbetapir 18F , le flutémétamol F18 , le PiB et le florbetaben 18F , qui sont tous utilisés pour détecter les plaques bêta-amyloïdes (un biomarqueur potentiel de la maladie d'Alzheimer) dans le cerveau.
- Exemples : L'imagerie TEP au FDG peut également être utilisée pour la localisation du foyer épileptique : Un foyer épileptique apparaîtra comme hypométabolique lors d'un scan intercritique. Plusieurs radiotraceurs (c'est-à-dire des radioligands ) ont été développés pour la TEP qui sont des ligands pour des sous-types spécifiques de neurorécepteurs tels que le [ 11 C] raclopride , [ 18 F] fallypride et [ 18 F] desmethoxyfallypride pour les récepteurs de la dopamine D2/D3, [ 11 C] McN 5652 et [ 11 C] DASB pour les transporteurs de la sérotonine , [ 18 F] Mefway pour les récepteurs de la sérotonine 5HT1A , [ 18 F] Nifène pour les récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine ou des substrats enzymatiques (par exemple 6- FDOPA pour l' enzyme AADC ). Ces agents permettent la visualisation de pools de neurorécepteurs dans le contexte d'une pluralité de maladies neuropsychiatriques et neurologiques.
Le développement d'un certain nombre de nouvelles sondes pour l'imagerie TEP in vivo non invasive de neuroagrégats dans le cerveau humain a amené l'imagerie amyloïde à la porte de l'utilisation clinique. Les premières sondes d'imagerie amyloïde comprenaient le 2-(1-{6-[(2-[ 18 F]fluoroéthyl)(méthyl)amino]-2-naphtyl}éthylidène)malononitrile ([ 18 F]FDDNP) développé à l'Université de Californie , Los Angeles et le N-méthyl-[ 11 C]2-(4'-méthylaminophényl)-6-hydroxybenzothiazole (appelé composé de Pittsburgh B ) développé à l'Université de Pittsburgh. Ces sondes d'imagerie amyloïde permettent la visualisation des plaques amyloïdes dans le cerveau des patients atteints de la maladie d'Alzheimer et pourraient aider les cliniciens à établir un diagnostic clinique positif de la MA pré-mortem et aider au développement de nouvelles thérapies anti-amyloïdes. Le [ 11 C]PMP (N-[ 11 C]méthylpipéridin-4-yl propionate) est un nouveau produit radiopharmaceutique utilisé en imagerie TEP pour déterminer l'activité du système neurotransmetteur acétylcholinergique en agissant comme substrat pour l'acétylcholinestérase. L'autopsie des patients atteints de MA a montré une diminution des taux d'acétylcholinestérase. Le [ 11 C]PMP est utilisé pour cartographier l'activité de l'acétylcholinestérase dans le cerveau, ce qui pourrait permettre des diagnostics pré-mortem de la MA et aider à surveiller les traitements de la MA. Avid Radiopharmaceuticals a développé et commercialisé un composé appelé florbétapir qui utilise le radionucléide à plus longue durée de vie fluor-18 pour détecter les plaques amyloïdes à l'aide de la TEP.
Défis
L'un des principaux défis pour le développement de nouveaux traceurs TEP pour la neuroimagerie est que ces traceurs doivent traverser la barrière hémato-encéphalique. Généralement, de petites molécules liposolubles ont été utilisées car elles peuvent traverser la barrière hémato-encéphalique par diffusion passive à médiation lipidique .
Cependant, alors que la pharmacie s'oriente vers de grandes biomolécules pour les thérapies, de nouvelles recherches se sont également concentrées sur l'utilisation de biomolécules, telles que les anticorps , pour les traceurs TEP. Ces nouveaux traceurs PET plus gros ont une difficulté accrue à passer la BHE car ils sont trop gros pour diffuser passivement à travers. Par conséquent, des recherches récentes étudient des méthodes pour transporter des biomolécules à travers la BHE en utilisant des systèmes de transport endogènes, notamment des transporteurs à médiation par des transporteurs tels que les transporteurs de glucose et d'acides aminés, la transcytose à médiation par les récepteurs pour l' insuline ou la transferrine .