Les isotopes artificiels : La caméra à positons ou l'antimatière apprivoisée

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La caméra à positons ou l’antimatière apprivoisée

Lors de la mise en évidence du positon, en 1932, la radioactivité avait déjà sauvé des vies humaines grâce aux méthodes de traitement, utilisant notamment le radium, qui avaient été mises en œuvre au début du siècle.Personne n’imaginait cependant que ce grain d’antimatière contribuerait aussi à enrichir l’arsenal des médecins, mais dans le domaine du diagnostic, cette fois. L’antimatière, cette ennemie de la matière avec qui elle ne peut coexister, l’antimatière, dont le seul nom fait frémir, allait être apprivoisée ! Le positon cesserait d’être une curiosité scientifique pour devenir le précieux auxiliaire des médecins. Les auteurs de science fiction eux-mêmes en resteraient médusés.

La caractéristique essentielle du positon, c’est qu’à peine « lâché » dans la nature, il va s’annihiler en rencontrant le premier électron venu. Précisons cependant que ce processus d’annihilation ne se produira que lorsque le positon aura perdu toute son énergie cinétique. Cette propriété est essentielle pour l’imagerie médicale. En effet, dans ces conditions, pour des raisons de pure physique – la conservation de la quantité de mouvement – ces deux photons sont émis à 180 degrés l’un de l’autre. Bien entendu, la direction de cette émission est aléatoire, ce qui signifie que l’émission du couple de photons peut être orientée selon un angle quelconque, mais ces deux rayonnements gamma partent toujours en sens inverse. Ainsi, lorsqu’on injecte à un patient un isotope radioactif émetteur de positons, l’organe exploré par cet isotope va être transformé en un émetteur de paires de photons d’énergie bien définie (511 keV) et de directions opposées. Cette caractéristique est un avantage considérable pour la localisation du point d’émission si l’on utilise une sphère – ou un anneau – de détecteurs gamma opposés deux à deux.Chaque fois que deux de ces photons 7 « jumeaux » sont captés simultanément par deux compteurs diamétralement opposés, on sait que le point d’émission, source du rayonnement, est situé sur le diamètre qui relie ces deux compteurs. Compte tenu du fait que des nombres importants de positons sont créés dans chaque petit volume de l’espace, on dispose de plusieurs diamètres concourants pour localiser chacune de ces sources. On peut donc établir de véritables « cartes » de densité d’émission des rayonnements gamma, visualiser ainsi les organes et étudier leur fonctionnement. La précision de cette technique est améliorée en mesurant le temps qui sépare l’arrivée des deux photons issus de la même annihilation sur les détecteurs opposés, ce qui donne la différence entre les distances parcourues par le photon capté à droite et celui qui est capté à gauche.

Les émetteurs beta⁺ les plus couramment utilisés sont les isotopes ¹¹C, ¹³N, ^l5O, et ¹⁸F.Ils sont préparés par irradiation de cibles légères dans un cyclotron médical. En raison des faibles temps de vie de ces isotopes – surtout des trois premiers -, il est impératif que la caméra à positons soit installée dans le voisinage immédiat du cyclotron. Comme le coût de ces deux instruments est élevé, ces installations sont assez rares. On en compte actuellement trois en France, à Caen, Lyon et Orsay.