Lernzettel: Introduction à la médecine nucléaire

📋 Plan du Cours

1. Médecine nucléaire : définition et finalités
2. Imagerie fonctionnelle versus imagerie morphologique
3. Atome et noyau : numéro atomique et masse
4. Isotopes, isobares et isotones
5. Radioactivité : stabilité et désintégrations
6. Activité et demi-vie des radionucléides
7. Types de radioactivité gamma bêta plus bêta moins
8. Radiothérapie interne vectorisée : principe et exemple
9. Organisation d’un service de médecine nucléaire
10. Radioprotection : irradiation naturelle et dosimétrie

📖 1. Médecine nucléaire : définition et finalités

🔑 Notions clés & Définitions

• Médecine nucléaire : Spécialité médicale utilisant des médicaments radioactifs (radiopharmaceutiques) pour réaliser diagnostic et traitement à partir de la détection des rayonnements émis.
• Radiopharmaceutiques : Médicaments radioactifs administrés au patient, aussi appelés radiotraceurs, dont le rayonnement est détecté pour produire des images ou délivrer une action thérapeutique.
• Radiotraceurs diagnostiques : Radiopharmaceutiques utilisés principalement pour l’imagerie diagnostique en médecine nucléaire, représentant environ 95% des usages.
• Radiotraceurs thérapeutiques : Radiopharmaceutiques utilisés pour la thérapeutique en médecine nucléaire, représentant environ 5% des usages.
• Scintigraphie et TEP : Examens d’imagerie de médecine nucléaire basés sur la détection des rayons émis par le radiotraceur, permettant d’observer sa biodistribution.

📝 Points essentiels

• La médecine nucléaire emploie des radiopharmaceutiques (RPM) qui servent de radiotraceurs pour la détection des rayons émis dans le patient.
• La finalité diagnostique correspond à une part d’environ 95% des usages, tandis que la finalité thérapeutique correspond à environ 5%.
• L’imagerie diagnostique en médecine nucléaire vise l’observation de la biodistribution du radiotraceur par détection des rayons émis.
• La thérapeutique en médecine nucléaire vise un traitement après administration du radiotraceur, avec prise en charge en hospitalisation ou en ambulatoire selon le cas.
• La scintigraphie et la TEP sont des modalités d’imagerie de médecine nucléaire fondées sur la détection des émissions du radiotraceur.
• Comparaison imagerie : la médecine nucléaire produit une image fonctionnelle (biodistribution) par détection des rayons émis, alors que la radiologie produit une image morphologique par détection des rayons transmis.

💡 Astuce mémo

Fonctionnel = ÉMIS (médecine nucléaire) ; Morphologique = TRANSMIS (radiologie).

📖 2. Imagerie fonctionnelle versus imagerie morphologique

🔑 Notions clés & Définitions

• Imagerie fonctionnelle : Imagerie qui renseigne sur le fonctionnement d’un tissu ou d’un organe, en mettant en évidence une activité biologique plutôt que sa forme.
• Imagerie morphologique : Imagerie qui décrit la structure et l’aspect anatomique d’un tissu ou d’un organe, en privilégiant les différences de forme et de densité.
• Isotopes : Noyaux d’un même élément qui ont le même nombre de protons Z mais un nombre de neutrons N différent, donc un nombre de nucléons A différent.
• Activité : Quantité de radioactivité d’un groupe de noyaux, correspondant au nombre de désintégrations par unité de temps et exprimée en Becquerel (Bq).

📝 Points essentiels

• L’imagerie fonctionnelle s’appuie sur des variations d’activité (ex. désintégrations) liées à un processus biologique, alors que l’imagerie morphologique vise surtout la description de la structure.
• L’activité en Bq correspond au nombre de désintégrations radioactives par seconde, avec 1 Bq = 1 désintégration/s.
• La décroissance de l’activité suit une loi exponentielle décroissante au cours du temps.
• La demi-vie est la durée au bout de laquelle l’activité est divisée par 2.
• Deux noyaux isotopes ont le même Z mais des N différents, donc des A différents.
• Deux noyaux isobares ont le même A mais des Z différents, donc des N différents.

💡 Astuce mémo

Fonctionnel = « activité » (Bq, décroissance, demi-vie) ; Morphologique = « forme » (structure).

📖 3. Atome et noyau : numéro atomique et masse

🔑 Notions clés & Définitions

• Numéro atomique Z : Le numéro atomique Z est le nombre de protons du noyau, qui détermine l’élément chimique.
• Masse atomique : La masse atomique correspond à la masse de l’atome, liée au nombre de nucléons (protons + neutrons) du noyau.
• Noyau père : Le noyau père est l’état initial du noyau avant la désintégration, souvent en excès d’énergie.
• Noyau fils : Le noyau fils est le noyau obtenu après la désintégration, avec une composition modifiée selon le type de radioactivité.
• État métastable m : L’état métastable m est un état excité du noyau père qui se désintègre ensuite en libérant de l’énergie.

📝 Points essentiels

• La demi-vie est la durée au bout de laquelle l’activité d’un groupe de noyaux est divisée par 2.
• La décroissance de l’activité au sein d’un groupe de noyaux suit une loi exponentielle décroissante.
• En radioactivité γ, le noyau fils est le même élément que le noyau père mais avec moins d’énergie.
• En radioactivité β+ (émission d’un positon), le noyau fils a un numéro atomique Z-1, donc l’élément change.
• En radioactivité β- (émission d’un électron), le noyau fils a un numéro atomique Z+1, donc l’élément change.
• En γ, le photon émis a une énergie exprimée en keV et sa direction est aléatoire.

💡 Astuce mémo

β+ : Z-1 (proton→neutron) ; β- : Z+1 (neutron→proton) ; γ : même Z (juste moins d’énergie).

📖 4. Isotopes, isobares et isotones

🔑 Notions clés & Définitions

• Isotopes : Des noyaux de même numéro atomique Z mais de nombres de neutrons différents, donc de masses différentes.
• Isobares : Des noyaux de même nombre de masse A mais de numéros atomiques Z différents, donc d’éléments différents.
• Isotones : Des noyaux ayant le même nombre de neutrons, mais des numéros atomiques Z différents.
• Numéro atomique Z : Le nombre de protons du noyau, qui identifie l’élément chimique.
• Nombre de masse A : La somme des protons et des neutrons dans le noyau, notée $A=Z+N$.

📝 Points essentiels

• Isotopes : même $Z$ donc même élément, mais $N$ différent donc masse différente.
• Isobares : même $A$ donc même somme $Z+N$, mais $Z$ différent donc élément différent.
• Isotones : même $N$ donc même nombre de neutrons, mais $Z$ différent donc élément différent.
• Dans une désintégration $\beta^-$, le noyau fils a $Z+1$ (un proton devient un proton de plus) : l’élément change, ce qui correspond à une relation de type isobare/ isotone selon ce qui reste constant.
• Exemples cités : $^{131}$I, $^{177}$Lu et $^{90}$Y sont des isotopes utilisés en thérapie (radiothérapie) dans le cours.

💡 Astuce mémo

Isotopes = même Z (même élément) ; Isobares = même A (même masse) ; Isotones = même N (même neutrons).

📖 5. Radioactivité : stabilité et désintégrations

🔑 Notions clés & Définitions

• Désintégration β : Processus de radioactivité où un noyau se transforme en émettant une particule β, ce qui modifie l’élément produit.
• Demi-vie : Grandeur caractérisant la décroissance de l’activité d’un radionucléide au cours du temps.
• Générateur 99Mo/99mTc : Dispositif de production qui permet d’obtenir du 99mTc à partir du 99Mo stocké, via des élutions régulières.
• 99mTc : Radionucléide utilisé en imagerie nucléaire, produit par désintégration du 99Mo et détecté par caméra.
• Cyclotron : Accélérateur de particules qui produit des radionucléides comme le 18F par irradiation d’une cible.

📝 Points essentiels

• Le 99Mo se désintègre en 99mTc par désintégration β.
• La demi-vie du 99Mo est de 65 h.
• Le 99Mo est stocké dans une boîte plombée appelée générateur.
• On peut éluer le générateur chaque jour pour récupérer du 99mTc produit.
• Grâce à la demi-vie longue du 99Mo, un générateur peut être utilisé pendant 3 à 5 jours.
• Le 18F est produit en cyclotron par irradiation d’eau contenant du 18O avec un flux de protons.

💡 Astuce mémo

99Mo → (β) → 99mTc : demi-vie 65 h, générateur plombé, élution quotidienne, usage 3–5 jours.

📖 6. Activité et demi-vie des radionucléides

🔑 Notions clés & Définitions

• Activité d’un radionucléide : L’activité mesure la vitesse de désintégration d’un radionucléide, donc le nombre de désintégrations par unité de temps.
• Demi-vie : La demi-vie est le temps nécessaire pour que l’activité d’un radionucléide soit divisée par 2.
• Décroissance radioactive : La décroissance radioactive décrit la diminution progressive de l’activité au cours du temps sous l’effet des désintégrations.
• Radionucléide : Un radionucléide est un atome instable qui se désintègre en émettant un rayonnement mesurable.

📝 Points essentiels

• L’activité décroît au cours du temps à cause des désintégrations successives du radionucléide.
• La demi-vie correspond à une division par 2 de l’activité, pas à une division par 2 du nombre d’atomes uniquement.
• Après n demi-vies, l’activité est réduite d’un facteur $2^n$ (exprimée via la décroissance).
• En imagerie, l’activité disponible influence la quantité de radioactivité détectable pendant l’examen.
• En pratique, la demi-vie conditionne la fenêtre temporelle entre injection et acquisition des images.

💡 Astuce mémo

Décroissance = “moitié à chaque demi-vie” : activité × $\frac{1}{2}$ à chaque étape de temps.

📖 7. Types de radioactivité gamma bêta plus bêta moins

🔑 Notions clés & Définitions

• Radioactivité gamma : Émission de photons gamma, utilisée en imagerie et en thérapie selon le radiopharmaceutique et l’isotope.
• Radioactivité bêta plus : Émission d’un positon (β+) qui conduit à des signatures détectables en imagerie TEP.
• Radioactivité bêta moins : Émission d’électrons (β−) qui délivrent une irradiation utile pour la radiothérapie interne vectorisée.
• Radiothérapie interne vectorisée : Thérapie utilisant des radiopharmaceutiques dont le vecteur fixe une cible biologique pour irradier localement les cellules.
• Aspect theranostique : Approche où un même vecteur peut être marqué pour le diagnostic puis pour la thérapie, avec une biodistribution comparable.

📝 Points essentiels

• En TEP, l’isotope 18F-FDG (sucre radioactif) est fixé dans cancers, infections et inflammations, ce qui sert de base aux images.
• En TEP, l’atteinte poumon, plèvre et ganglions est utilisée pour le bilan d’extension d’un cancer du poumon.
• En RIV, le vecteur doit fixer sa cible biologique, et l’irradiation locale vise une nécrose cellulaire.
• En RIV, l’utilisation d’isotopes émetteurs ALPHA ou BETA MOINS correspond à l’émission de particules (lourdes ou légères) pour la destruction des cellules cibles.
• Pour les tumeurs neuro-endocrines, DOTATOC et LUTATHERA illustrent le theranostique : 68Ga-DOTATOC pour l’imagerie TEP et 177Lu-LUTATHERA pour la thérapie (β- + γ).
• Comparaison : 68Ga-DOTATOC est un radiotraceur TEP (imagerie) alors que 177Lu-LUTATHERA est un radiotraceur thérapeutique (β- + γ) avec la même logique de ciblage via analogues de la somatostatine.

💡 Astuce mémo

β+ → TEP (imagerie) ; β− (souvent avec γ) → thérapie (RIV) ; γ seul → photons détectables selon l’isotope.

📖 8. Radiothérapie interne vectorisée : principe et exemple

🔑 Notions clés & Définitions

• Radiothérapie interne vectorisée : Technique de radiothérapie où un radioélément est transporté par un vecteur vers une cible biologique précise.
• Traceurs : Radioéléments utilisés pour visualiser ou cibler des tissus lors d’examens d’imagerie et/ou de traitements.
• Imagerie TEP : Imagerie fonctionnelle basée sur des traceurs émetteurs de positons pour cartographier la distribution dans l’organisme.
• Scintigraphie : Imagerie nucléaire utilisant des traceurs radioactifs pour visualiser la fixation tissulaire.

📝 Points essentiels

• Le circuit de l’examen/prise en charge comporte une phase d’accueil puis une étape d’injection ou non selon le protocole.
• La présence de salles d’attente distinctes indique une organisation séparant les patients non injectés et injectés.
• Une épreuve d’effort est intégrée au parcours avant l’acquisition des images.
• L’acquisition se fait via plusieurs caméras (Camera 1 à Camera 5), suggérant une exploration multi-vues.
• Le schéma mentionne un service de radiophysique et un “labo chaud”, ce qui correspond à la préparation/gestion des traceurs.
• Le parcours inclut une “imagerie” et un “traitement”, montrant une articulation entre acquisition et exploitation clinique.

💡 Astuce mémo

TEP/Scintigraphie = Traceur → Injection (ou pas) → Effort → Caméras → Imagerie/traitement (avec radiophysique et labo chaud).

📖 9. Organisation d’un service de médecine nucléaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Labo chaud : Zone du service où sont manipulés les radiotraceurs et préparations radioactives, avec des règles de radioprotection renforcées.
• Secrétariat : Espace administratif du service qui gère l’accueil organisationnel des patients et le suivi des rendez-vous avant les étapes techniques.
• Bureaux : Locaux de travail du personnel hors zones à risque radiologique direct, dédiés aux tâches de gestion et de coordination.
• Radiophysique : Service/équipe responsable du support technique et du contrôle radiophysique, en lien avec l’imagerie et la radioprotection.
• Zones du service : Découpage spatial du service selon la dose potentielle reçue, pour adapter les protections et les pratiques à chaque zone.

📝 Points essentiels

• Le service comporte des espaces distincts : accueil, salles d’attente (non injecté/injecté), injection, épreuve d’effort, salles caméras, toilettes, boxes et circuit des radiotraceurs.
• La radioprotection passe par l’aménagement des locaux (salle d’attente, livraison) et l’équipement (toilettes, poubelles, protège-seringues, détecteur d’ambiance, dosimètres).
• La ventilation fait partie des mesures d’organisation pour limiter l’exposition liée à la radioactivité.
• Les règles de bonne pratique de manipulation des produits visent à réduire l’exposition externe et interne pendant la manipulation des traceurs.
• La segmentation des zones se fait selon la potentielle dose reçue, conformément à la logique de zonage de l’IRSN.
• Les rôles des manipulateurs varient selon l’organisation, incluant accueil, mise en condition (KT, glycémie, repos), préparation du radiotraceur, injection, placement du patient et réalisation de l’examen, ainsi que la g

💡 Astuce mémo

Labo chaud = « chaud pour préparer », zones = « dose → protection », et rôles = « accueil → condition → préparation → injection → examen ».

📖 10. Radioprotection : irradiation naturelle et dosimétrie

🔑 Notions clés & Définitions

• Écran de radioprotection : Dispositif interposé entre la source et les personnes pour réduire l’exposition en atténuant le rayonnement.
• Dosimètre passif : Instrument porté sur une période donnée qui mesure la dose cumulée reçue par l’organisme.
• Dosimètre de main : Dosimètre dédié aux extrémités qui quantifie la dose cumulée reçue aux doigts et mains.
• Dosimètre opérationnel : Dosimètre qui donne une mesure ponctuelle de la dose reçue, utile en zone contrôlée.
• Irradiation naturelle : Exposition aux rayonnements provenant de l’environnement (sol, air, cosmos, alimentation) sans acte médical.

📝 Points essentiels

• Principe de base : mettre une protection entre la source et soi, si possible, pour diminuer la dose reçue.
• Méthodes pratiques : utiliser un écran adapté (source à injecter vs patient injecté), réduire le temps près de la source et augmenter la distance quand le contact n’est plus nécessaire.
• Dosimètre passif mensuel ou trimestriel : il quantifie la dose cumulée et le port est obligatoire dans tout service d’imagerie médicale.
• Dosimètre de main : il quantifie la dose cumulée aux extrémités et devient obligatoire lors de la manipulation au labo de radiotraceurs.
• Dosimètre opérationnel : il quantifie une dose ponctuelle et le port est obligatoire en zone contrôlée.
• Irradiation naturelle au sol en France : radon dans l’air 0,54 à 3,2 mSv/an (moyenne 1,45), cosmique 0,3 à 1,1 (moyenne 0,31), tellurique 0,3 à 2 (moyenne 0,63).

💡 Astuce mémo

Écrans + Temps + Distance : moins de dose = moins de contact, moins de durée, plus d’éloignement.

📅 Repères chronologiques

Date	Événement
65 h	Demi-vie du 99Mo (générateur 99Mo/99mTc)
3-5 jours	Durée d’utilisation possible d’un générateur grâce à la demi-vie du 99Mo
110 min	Période du 18F (table des isotopes utiles en médecine nucléaire)

📊 Tableaux de synthèse

Diagnostic vs thérapeutique en médecine nucléaire

Finalité	Part d’usages	Objectif
Diagnostique	≈ 95%	Évaluation de la biodistribution du traceur (où va-t-il ?)
Thérapeutique	≈ 5%	Irradiation locale des cellules pour induire une nécrose cellulaire (RIV)

Radiologie vs médecine nucléaire (imagerie)

Type d’imagerie	Ce que l’image montre	Principe de détection
Radiologie	Structure (morphologique)	Rayons traversant le patient
Médecine nucléaire	Biodistribution (fonctionnelle)	Rayons émis par le radiotraceur détectés dans le patient

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre imagerie fonctionnelle et morphologique : la fonctionnelle décrit la biodistribution/activité alors que la morphologique décrit la structure et la transmission.
2. Se tromper sur la demi-vie : elle divise l’activité par 2, pas seulement le nombre d’atomes.
3. Inverser β+ et β− : β+ donne Z−1 (changement d’élément) et β− donne Z+1 (changement d’élément).
4. Croire que γ correspond à un changement d’élément : en γ, le noyau fils est le même élément que le père mais avec moins d’énergie.
5. Mélanger isotopes/isobares/isotones : isotopes = même Z, isobares = même A, isotones = même N.
6. Penser que la radioactivité est « instantanée » : à l’échelle d’un groupe de noyaux, l’émission se fait en permanence, décrite par l’activité.
7. Oublier la logique radioprotection Ecran-Temps-Distance : la dose diminue surtout en mettant une protection, en réduisant le temps près de la source et en augmentant la distance.

✅ Checklist Examen

1. Définir la médecine nucléaire et distinguer radiopharmaceutiques (radiotraceurs) et finalités diagnostique (≈95%) vs thérapeutique (≈5%).
2. Expliquer ce que montrent la scintigraphie et la TEP : imagerie fonctionnelle basée sur la détection des rayons émis par le radiotraceur.
3. Comparer radiologie et médecine nucléaire : morphologique par transmission vs fonctionnelle par biodistribution (rayons émis).
4. Rappeler Z, N et A : Z = protons, A = Z+N, et savoir déduire N si A et Z sont connus.
5. Classer des noyaux : isotopes (même Z), isobares (même A), isotones (même N) et relier à l’élément chimique.
6. Décrire l’origine de la radioactivité : isotopes instables par excès d’énergie qui reviennent à un état stable en émettant un rayonnement.
7. Définir l’activité en Bq : nombre de désintégrations par unité de temps et 1 Bq = 1 désintégration/s.
8. Expliquer la décroissance exponentielle et la demi-vie : temps au bout duquel l’activité est divisée par 2.
9. Distinguer les types de radioactivité : γ (photon, père=fils avec moins d’énergie), β+ (proton→neutron, Z−1), β− (neutron→proton, Z+1), α (noyau d’hélium, très courte portée).
10. Relier chaque type à l’usage : γ pour imagerie scintigraphique, β+ pour TEP, β− pour thérapie, α pour thérapie (RIV).
11. Expliquer la production et préparation des traceurs : générateur 99Mo/99mTc (99Mo stocké en boîte plombée, élution quotidienne, utilisation 3–5 jours) et marquage au laboratoire chaud.
12. Expliquer la production TEP au cyclotron : 18F produit par irradiation d’eau contenant 18O, marquage sur site puis livraison aux services.
13. Décrire le principe du radiopharmaceutique : isotope (radionucléide) + vecteur + (éventuel) chélateur, fixation à la cible (binding) et vocabulaire d’hyperfixation/hypermétabolisme.
14. Décrire la logique RIV : vecteur vers une cible biologique + isotopes émetteurs α ou β−, objectif d’irradiation locale et aspect theranostique (même biodistribution diagnostique/therapeutique).