2.1. La tomographie par émission de positons

La TEP permet de localiser, dans le cerveau, un traceur radioactif. Une fois ce traceur injecté dans la circulation sanguine artérielle du sujet, ce traceur prend la place de son isotope biologique dans le sang. La présence de ce traceur peut alors être repérée dans le cerveau via les positons (ou protons) qu’il émet et dont on détecte les photons d’annihilation. Se basant sur le principe qu’un afflux sanguin régional succède à une activité synaptique locale, repérer la localisation du traceur permet de localiser ces afflux sanguins et donc cette activité synaptique locale.

Les noyaux radioactifs sont en excès de protons, ce qui les rend instables. Cette instabilité pousse le proton supplémentaire du noyau radioactif à se combiner très rapidement avec un électron libre ; on parle d’annihilation (Figure 5, gauche). La paire proton/électron a une durée de vie très brève et se dématérialise en deux photons s’écartant l’un de l’autre dans des directions diamétralement opposées. Ces photons, très énergétiques, sont captés par une paire de détecteurs disposés en opposition de part et d’autres de la tête du sujet dans une couronne de détection (Figure 5, droite). Ce système détecte l’arrivée en coïncidence des deux photons. Il en est déduit qu’un afflux sanguin a eu lieu sur un endroit de la droite créée par les deux photons. En analysant l’ensemble des annihilations de protons, la TEP permet d’obtenir, à la fin du processus de reconstruction, une série de coupes de cerveau contenant la valeur de concentration de noyaux radioactifs en chaque point, reflétant le DSCr. La résolution spatiale de cette technique est, au minimum, de l’ordre de 8 mm (maximum de 5 mm).

Figure 5. Description schématique de l’annihilation du couple proton/électron libre, donnant lieu à la création d’un couple de photons (gauche). Détection du couple de photons par la couronne de détection située autour de la tête du sujet en TEP (droite) (adaptée de www.cermep.fr).

Les noyaux radioactifs sont produits par un cyclotron, juste avant leur injection. Le marqueur le plus utilisé est l’oxygène-15, isotope radioactif de l’oxygène-16, composant naturel de l’eau. Le recours à ce marqueur est justifié puisque, dans la circulation sanguine, la quantité d’eau arrivant par unité de temps est proportionnelle au débit sanguin. La période radioactive (durée de demi-vie) de ce composé est de plus relativement courte (123 s), ce qui rend la méthode particulièrement adaptée à l’étude des processus cognitifs. Son emploi permet donc d’obtenir très rapidement une carte de débit sanguin cérébral, et sa rapide élimination de l’organisme permet de le réinjecter rapidement. Bien que l’élimination de l’eau radioactive de l’organisme soit relativement rapide, le temps d’attente entre deux injections ne doit toutefois pas être inférieur à quatre périodes radioactives, soit environ 8 minutes, ce qui allonge de beaucoup le temps d’un examen.

La résolution temporelle de la TEP correspond à la durée de l’enregistrement du DSCr qui est le plus souvent de 60 s, mais que l’on peut réduire à 15 s. Une seule acquisition ne suffit pas pour obtenir une quantité suffisante de signal, et il est communément admis que la séquence d’acquisition soit au moins répétée une fois par condition expérimentale. Le nombre d’acquisition est cependant limité à douze de par l’invasivité du traceur, et bien que la dose délivrée pour douze examens reste très en deçà de la limite fixée par la loi. Si les douze acquisitions sont effectuées, la durée de l’examen est au minimum de 2 heures.