Histoire du Radiodiagnostic

Des indicateurs au scanner, aux scintigraphies et à la TEP …

Le nom de Georg de Hevesy est associé aux débuts du radiodiagnostic. En 1913 à l’institut du radium de Vienne, après son séjour dans le laboratoire de Rutherford, le chimiste hongrois mit au point avec Friedrich Paneth une méthode utilisant les radioisotopes comme traceurs dans les réactions chimiques. Comme il avait constaté que la chimie était impuissante à différencier le plomb du “radium-D”, Hevesy pensa que les systèmes biologiques n’y parviendraient pas non plus.

Il utilisa ce radium D, en réalité un isotope radioactif du plomb, pour explorer l’absorption de cet élément par les plantes. Il fit tremper la racine de quelques plantes dans une solution de nitrate de plomb et de radium D, puis, mesurant la radioactivité acquise, il démontra que la plus grande partie du plomb passait dans ces racines. Loin de l’anecdote, c’est en 1924 que remonte la première utilisation des indicateurs chez l’homme. Deux médecins américains, Blumgart et Weiss, en injectant du radium C (Bismuth-214) dans un bras, mesurèrent la vitesse de circulation du sang entre un bras et l’autre, ainsi que les variations de cette vitesse chez les malades cardiaques.

Ce qui freine alors le développement de la méthode, c’est le petit nombre des radioéléments naturels utilisables ! En 1934, Irène et Frédéric Joliot-Curie démontrent la possibilité de créer des isotopes radioactifs de n’importe quel élément alors qu’il fallait se contenter jusque là des rares descendants de l’uranium et du thorium.

C’est ainsi que fut découvert en 1937 par Emilio Segré le Technétium, l’élément N°43 alors manquant de la table de Mendeliev. Le technétium-99m est aujourd’hui le radioisotope le plus utilisé en imagerie nucléaire du fait qu’il n’émet que des rayons gamma. Dans les années 1960, la mise au point d’un générateur de technétium-99m contribua énormément à l’essor des scintigraphies en rendant disponible dans les hôpitaux le précieux radioélément.

Les progrès de l’imagerie : la reconstruction d’images du corps dans l’espace

L’utilisation des radioéléments va être à la base de l’exploration fonctionnelle et à l’origine de précieuses techniques de diagnostic. Les techniques d’imagerie fonctionnelle s’intéresseront à la fonction des organes, des tissus ou des cellules, c’est-à-dire à leur métabolisme. Les techniques d’imagerie fonctionnelle sont la scintigraphie, la tomographie par émission de positons (TEP) associée ou non à un scanner (TEP SCAN).

Cet essor de l’imagerie nucléaire n’aurait pas été possible sans les progrès décisifs survenus en parallèle dans le domaine de l’imagerie médicale en général, en particulier avec l’invention en 1970 de la scanographie par l’ingénieur anglais Geoffrey Hounsfield qui révolutionna la radiologie et plus généralement l’imagerie.

Initialement les radiographies n’étaient que des projections où se superposent tous les tissus traversés. Dès les années 20, on avait tenté d’obtenir des coupes à une profondeur déterminée, grâce à divers procédés tomographiques. Mais c’est grâce aux travaux indépendants de Allan Cormack (1924-1998) qui en établit la théorie et de Geoffrey Hounsfield (1919-2004) et aux développements des calculs informatiques que l’on passa de ces coupes à la reconstitution d’images dans l’espace.

Le premier scanographe ( ou scanner ) émettait un faisceau étroit de rayons X qui était reçu par un détecteur. On mesurait ainsi l’atténuation du faisceau dans l’axe de ce faisceau. Émetteur et récepteur tournaient ensemble autour de l’organisme. Les expositions étaient longues. À partir des atténuations observées pendant cette rotation, on calculait l’atténuation causée par chacun des petits volumes élémentaires présents dans le plan de l’organisme traversé par le faisceau. Ces données numériques étaient transformées en une image, véritable coupe (dite tomographique) anatomique de l’organisme. C’est la révolution informatique et l’arrivée de moyens de calculs de plus en plus puissants, rapides et délocalisés qui permettent ces reconstructions très complexes.

1958 : La Gamma Caméra d’Anger et les premières scintigraphies aux Etats-Unis

La scintigraphie fut la première a être développée à partir des années 1950, après la Gamma Caméra de Hal Anger. C’est de loin l’examen de médecine nucléaire le plus répandu.

Alors que dans une radiographie, le faisceau de rayons X traverse l’organisme et l’on observe des différences d’absorption, en imagerie nucléaire, les radiations sont émises par le tissu qui a fixé sélectivement des isotopes radioactifs. Pour établir un diagnostic, il faut à la fois détecter les radiations émises et reconstituer les concentrations de ces traceurs radioactifs dans l’organisme du patient. Le développement des scintigraphies est du à la fois au progrès des techniques de détection et à celui des techniques informatiques de calculs permettant ces reconstructions.

Les premiers essais en vue d’obtenir des images interprétables datent des années 1940 à 50. Les appareillages étaient basés sur le principe de la scintigraphie à balayage, une sonde se promenant à la surface du corps cependant qu’un stylet marqueur asservi mécaniquement au même mouvement reproduisait sur papier quelques niveaux de gris dépendant de la quantité de radio-activité détectée. Ces systèmes étaient lourds, très lents et la définition de l’image rudimentaire.

C’est en 1956, à Berkeley en Californie, que le physicien américain H. Anger construisit la caméra à scintillations et mit au point la caméra scintigraphique dont le principe est toujours à la base des instruments actuels. Un cristal scintillant (d’où le nom de « scintigraphie » donné aux examens réalisés par cette méthode) transforme l’énergie des photons gamma, issus du corps du patient, en lumière. Les coordonnées des points lumineux parsemant le cristal sont repérés grâce à une batterie de photomultiplicateurs et reproduits sur un écran où se dessinent ainsi les contours de la collection radioactive incluse dans l’organisme.

La TEP :

Plus tardive, la Tomographie par Émission de Positrons (TEP) fut mise au point en 1975. Les premiers concepts remontent aux travaux de David E. Kuhl, Luke Chapman et Roy Edwards à la fin des années 1950 qui conduisirent à la conception et à la construction de premiers prototypes tomographiques à l’Université de Pennsylvanie. Les techniques d’imageries tomographiques furent ensuite développées par Michel Ter-Pogossian, Michael Phelps et al. à l’Ecole de Médecine de l’Université de Washington. Comme pour les scintigraphies, un facteur décisif pour la diffusion de la Tomographie par Emission de Positons (TEP) fut le développement d’un radiopharmaceutique adapté, le fluor-18 (FDG), à Brookhaven ( Al Wolf et Joanna Fowler).

C’est la révolution informatique et l’arrivée de moyens de calculs de plus en plus puissants, rapides et délocalisés qui permettent ces reconstructions très complexes. Ces techniques de calcul sont utilisées en scintigraphie pour établir la répartition des traceurs radioactifs dans les tissus.

De multiples artifices techniques (collimation des rayonnements, spectrométrie pour sélectionner l’énergie précise recherchée, traitement de l’image brute, etc.) améliorent la qualité des images. Les images numérisées sont stockées dans les mémoires d’un ordinateur. Grâce à internet elles sont immédiatement disponibles aux équipes de médecins en vue de diagnostics et traitements ultérieurs.