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Une tête de gamma-camera est entourée d’un blindage pour que seuls les rayons gamma du patient soient détectés. Entre les parois de ce blindage, il y a un collimateur, un cristal, des photomultiplicateurs. Ces derniers sont reliés a un système informatique par l’intermédiaire de composants électroniques.

Voici un schéma d’une tête de gamma-caméra :

    La gamma-camera a pour rôle de transformer les rayons gamma émis par les radioéléments, fixés à l’organe étudié et qui parviennent à elle, en une image scintigraphique c’est-à-dire en une forme que l’on peut mesurer et exploiter (courant électrique).
    Pour que cette transformation ait lieu, il faut d’abord qu’elle accepte qu’une partie de ces rayonnements puis qu’elle arrête ces derniers en absorbant leur énergie grâce un matériau spécial. Après avoir absorbé l’énergie des photons gamma, pour récupérer cette énergie, elle va la transformer en lumière c’est-à-dire en photons lumineux.
    Il est alors bien plus simple de convertir ces photons lumineux en courant électrique. Les signaux ainsi produits sont traités par un système électronique et l’information qui à la base n’était pas exploitable (rayons gammas) le sont après avoir passée toute cette chaîne de détection.

Comment la gamma-caméra accepte-t-elle qu’une partie des photons gammas qui parviennent à elle ?

    C’est le collimateur qui va laisser passer que les photons utiles.
    Un collimateur est en fait une plaque de plomb dans laquelle il y a une série de trous. Chaque trou est séparé de son voisin par une cloison que l’on appelle un septa
    Selon le type de collimateurs, les trous sont percés de différentes façons. Des collimateurs différents peuvent différer en fonction de leur nombre de trous, de l’épaisseur de septas ,du diamètre des trous et de la hauteur des trous mais aussi en fonction de la position des trous. En effet, le collimateur le plus courant est le collimateur à trous parallèles mais il existe aussi des collimateurs convergents, divergents et sténopés.


Collimateur à trous parallèles	Convergent	Divergent	Sténopé

    Ainsi, le passage des photons dépend du type de collimateurs.
    Aussi, plus les trous sont larges, nombreux et de faible hauteur, plus la sensibilité est bonne mais au détriment de la résolution : c’est un collimateur que l’on appelle collimateur haute sensibilité-basse résolution ou encore collimateur basse énergie car seuls des photons qui ont une basse énergie peuvent être reçus par ce type de collimateur.
    Par contre, plus les trous ont un petit diamètre, une grande hauteur et leur nombre est peu élevé, plus la résolution est bonne au détriment de la sensibilité. On utilise alors ces collimateurs basse sensibilité-haute résolution avec des photons de forte énergie.

Comment la gamma-caméra transforme-t-elle les photons gamma en lumière (en photons lumineux) ?

    C’est le cristal qui va se charger de transformer l’énergie des photons gamma qu’elle a absorbée juste après la sélection des rayons par le collimateur. En effet, les rayons gamma sont arrêtés et absorbés par le cristal. Ce dernier va alors interagir avec eux avec les effets Compton et photoélectrique.
    Le cristal est en fait un scintillateur transparent de Iodure de Sodium (NaI) d’environ 50x60 cm et d’une épaisseur de 9,5 mm avec des impuretés de thallium (Tl). C’est vraiment l’élément fondamental de la chaine de détection : son rôle est essentiel. Il a comme rôle de convertir l’énergie des photons gamma en lumière donc en photons lumineux.
    L’iode du cristal a un grand pouvoir absorbant du fait de sa masse atomique (127 u). Les photons formant la lumière qui est réémise par le cristal ne sont pas adaptés ou du moins très peu adaptés aux photocathodes : c’est pour cela que le cristal est dopé au Thallium. Ainsi, le thallium va absorber les photons qui sont émis par le Iodure de Sodium et va les réemettre sous la forme d’ultra-violets.
    Aussi, le cristal permet de réaliser ainsi plusieurs photons lumineux pour un seul rayon gamma déposé mais seulement un tiers de ces photons lumineux continueront la chaîne de détection.

    Précedemment, l'effet Compton et l'effet photoélectrique ont été évoqués. L'effet Compton ou diffusion Compton est l'effet de l'interaction de photons avec des électrons : lorsqu'un électron reçoit beaucoup d'énérgie d'un photon et il est éjecté de l'atome et le photon portant l'énergie restante est en fait dévié de sa trajectoire.

Effet Compton

L'effet photo-éléctrique, dans le cas présent, est l'effet de l'interaction d'un photon gamma avec un électron d'une orbitale interne de l'atome en question. En effet, lorsqu'un photon gamma percute un électron celui-ci appelé alors photon-électron est expulsé de l'atome (de son orbitale). L'atome va donc combler l'orbitale interne qui a perdu un de ses éléctrons en transférant un électron de l'orbitale externe vers l'orbitale interne et ce transfert s'accompagne d'une émission d'un photon de fluorescence. C'est donc ce photon de fluorescence (photon lumineux) qui va ensuite être utilisé par la gamma-caméra en le convertissant en courant électrique.

Effet photoélectrique

Comment la gamma-caméra va-t-elle convertir les photons lumineux en courant électrique?

    Ce sont les photomultiplicateurs qui vont convertir les photons lumineux en signal électrique que les photons soient exploitables dans les circuits électroniques.
    Pour que cette conversion ait lieu, une photocathode c’est-à-dire une feuille métallique est au contact du cristal pour que les photons lumineux lui arrachent des électrons.
    Les électrons ainsi arrachés vont alors se diriger vers une dynode (chargée positivement) grâce à une haute tension entre la photocathode et la dynode.
    L’accélération des électrons créée par cette haute tension va faire que les électrons vont arracher encore plus d’électrons à la dynode puis vont se diriger vers une autre dynode à laquelle ils vont arracher d’autres électrons et ainsi de suite. Il y a donc phénomène d’amplification. Enfin, l'anode collecte le courant éléctrique : on obtient alors un vrai courant électrique que l’on peut mesurer et interpréter en images scintigraphiques.

Schéma du trajet des électrons dans un photomultiplicateur

Voici quelques photographies de photomultiplicateurs :


Premier modèle (source wikipédia)	Second modèle (source wikipédia)

Dynodes (source wikipédia)

Voici la disposition des photomultiplicateurs par rapport au cristal.

Les photomultiplicateurs sont au nombre de 50 par tête (environ) et ont un diamètre de 5 cm environ.