Rédigé par M-C. Garnier et M. Ternaux, Lycée Joliot Curie, Aubagne
Relue par : Jean-Luc ANTON, Ingénieur de Recherche au CNRS - IRM fonctionnelle de La Timone à Marseille

Lorsqu'une aire cérébrale participe à l'exécution d'une tâche, les neurones de cette zone et ceux avec lesquels elle est connectée sont activés, ce qui se traduit par une augmentation du débit sanguin.

Parmi les nombreuses molécules biologiques qui permettent de suivre le débit sanguin, l'eau est particulièrement intéressante du fait de sa simplicité et de sa présence en grande quantité dans les tissus biologiques. 

La technique consiste à injecter au sujet, par voie intraveineuse, de l'eau marquée à l'oxygène 15 . Cet oxygène est instable: un de ses protons se transforme rapidement en neutron, en émettant un positon et un neutrino.

Quand un positon émis par un noyau d'oxygène 15 est libéré dans un milieu environnant, il se combine quasi instantanément à un électron du milieu et la réaction libère deux photons gamma. Plus le débit sanguin est élevé, plus la probabilité qu'un tel évènement se produise augmente.

De plus ces photons, très énergétiques, traversent en grande partie le cerveau et le crâne : on peut donc les détecter en dehors de la boîte crânienne.

Un ensemble de détecteurs est placé autour de la tête du sujet et enregistre cette émission, plus ou moins importante selon la concentration du traceur dans les différentes régions. La précision de l'image obtenue est de l'ordre de 8mm. Le débit cérébral est enregistré dans tout le cerveau.

Les enregistrements peuvent être répétés toutes les 8 à 10 minutes à peu près, car la radioactivité est très faible : la période des noyaux émetteurs de positons étant brève (123 secondes).
 

Principe de la caméra à positons Le sujet est placé dans un cylindre recouvert de détecteurs. Quand deux détecteurs détectent en même temps deux photons, on déduit qu'une désintégration s'est produite sur la ligne joignant les détecteurs. Des milliers de photons sont ainsi détectés.

On peut obtenir une cartographie du débit sanguin cérébral régional en TEP

On utilise l'eau dans laquelle l'oxygène-16 naturel est remplacé par de l'oxygène-15 émetteur de positons. La très courte période de l'oxygène-15 impose que l'eau radioactive soit préparée dans les minutes qui précèdent son injection au sujet. Un dispositif produit cette eau radioactive en continu et l'injecte automatiquement dans un cathéter placé dans une veine du bras du sujet. L'eau radioactive se distribue dans les capillaires cérébraux où elle peut diffuser dans le tissu cérébral en fonction du débit sanguin cérébral régional.

Des cartes peuvent être établies lorsque des sujets effectuent des tâches cognitives extrêmement variées (enregistrement pendant 90 secondes - précision spatiale de l'ordre de 8mm)
 

Exemples d'images du débit sanguin cérébral en TEP Les coupes vont du haut du cerveau (en haut à gauche) jusqu'au cervelet (en bas à droite) La radioactivité se situe principalement dans la matière grise, en périphérie, car le débit de sang dans le cortex est environ 4 fois plus élevé que dans la substance blanche