La médecine nucléaire est l'ensemble des applications médicales des radiotraceurs, ou sources radioactives non scellées.
Les différents domaines d'application sont :
Bien qu'historiquement, ses premières contributions se firent surtout dans le domaine de l'oncologie, la médecine nucléaire permet aujourd'hui d'étudier pratiquement tous les systèmes du corps humain et trouve par ce fait des applications dans toutes les spécialités médicales, incluant la neurologie, la cardiologie, l'oncologie, l'endocrinologie, la néphrologie, la gastro-entérologie, la pneumologie, l'infectiologie, les diverses disciplines chirurgicales, etc.
La médecine nucléaire se distingue de la plupart des autres techniques d'imagerie médicale en ce qu'on obtient des images physiologiques plutôt qu'anatomiques. Des molécules dont le comportement biologique est connu sont introduites dans le corps du patient de la façon appropriée au test en cours: injecté, avalé, inhalé etc. Leur comportement est alors étudié par le biais de l’imagerie par émission. Les images obtenues peuvent êtres statiques mais, contrairement à la majorité des modalités d'imageries par transmission, il est souvent possible d'obtenir des images dynamiques. On pourra ainsi, par exemple, étudier :
Certaines techniques permettent une reconstruction dynamique (mouvement) par superposition d'images prises à des temps différents (cœur). La médecine nucléaire se prête à la quantification.
Le technétium 99m est le radioisotope le plus utile en imagerie médicale nucléaire. Ses caractéristiques physiques sont presque idéales pour cette fin:
Le technétium est habituellement obtenu sous forme de pertechnétate sodique: NaTcO4. Il peut être utilisé sous cette forme pour ses propriétés anioniques. Sous cette forme, en effet, son comportement biologique mimera celui des anions Cl- ou encore I-. Ainsi, on pourra par exemple faire des recherches des diverticules de Meckel ou encore imager la glande thyroïde.
Cependant, son principal usage se fera comme marqueur de molécules biologiquement actives. En liant un atome de 99mTc :
Cet isotope du thallium possède des propriétés chimiques similaires à celles du potassium. Absorbé par les cellules via la pompe Na-K Atpase, il se distribuera en fonction de la perfusion sanguine régionale. Longtemps utilisé, notamment pour évaluer la perfusion sanguine myocardique, il tend à être délaissé au profit des marqueurs lipophiliques technétiés.
En effet, ses propriétés physiques sont moins qu'idéales: l'énergie de ses photons gamma est faible. Les images obtenues sont donc sujettes à la dégradation causée par l'atténuation et la diffusion. De plus, la dose qu'il est possible d'administrer est limitée en raison de l'abondance relativement importante de radiations non pénétrantes, auxquelles il convient de limiter l'exposition des patients.
Isotope de l'iode utilisé pour étudier le métabolisme thyroïdien. Ses radiation riches en photons gamma et sa demie-vie de 13 heures en font un agent bien adapté à l'imagerie.
Autre isotope de l'iode, ses radiations riches en particules beta et sa demi-vie relativement longue de 8,02 jours en font un élément plus propice au traitement qu'à l'imagerie. On l'utilisera pour l'ablation de nodules thyroïdiens hyperactifs, pour le traitement de certaines formes d'hyperthyroïdie, par exemple la maladie de Graves-Basedow ou la maladie de Plummer, ou pour la recherche et l'ablation de métastases de carcinomes thyroïdiens bien différenciés (papillaires ou vésiculaires).
Mime le métabolisme du fer. Utile pour imager la fonction de la moelle osseuse et pour la recherche de certaines infections, de lymphomes et de certaines tumeurs.
Le DTPA marqué à l'indium peut être injecté dans l'espace sous-arachnoïdien, par ponction lombaire, afin d'imager la production, la migration et la réabsorption du liquide céphalo-rachidien.
On peut aussi retrouver le DTPA à l'indium ou au technétium joint aux globules blancs (in vitro) du patient dans un cas de recherche d'infection (plus efficace que le gallium).