Le rayonnement β-, émis par le noyau, ou les électrons Auger, émis par le nuage électronique, des atomes radioactifs sont arrêtés dans le milieu où ils ont été émis. Ils vont donc céder toute leur énergie à ce milieu et la distance qu’ils y parcourent est proportionnelle à leur énergie d’ émission. En moyenne, un électron de 2 MeV parcourt 1 cm dans un milieu liquide (cf. chapitre 2). Dans le cas d’un traceur radioactif qui s’est concentré dans un tissu, c’est celui-ci qui recevra toute l’ énergie cédée par les électrons émis et donc la dose correspondante. Le rayonnement β de l’iode 131 a un parcours moyen de 2 mm dans les tissus. Ceci explique que ces rayonnements β sont à l’origine d’une dose locale potentiellement importante et constituent le principe de base des applications de radiothérapie métabolique. En revanche, ces rayonnements sortent peu du tissu où le traceur s’est accumulé et il n’en résulte pas d’exposition significative à distance. Seule la composante γ éventuellement associée à l’ émission β sera source d’exposition à distance du patient. Le phosphore 32, émetteur β pur utilisé pour le traitement d’affections osseuses ou hématologiques, n’induit pas d’exposition dans l’environnement du patient.

Ils ne sont pas arrêtés mais seulement atténués par les tissus. De ce fait, l’accumulation d’un traceur émetteur de ce type de rayonnement au sein d’un organe transforme celui-ci en source de radiations ionisantes pour d’autres organes situés à distance. En corollaire, ils n’interagissent que peu dans l’organe de concentration du traceur et ne sont à l’origine que d’une faible exposition locale. Ces rayonnements sont à la base des applications diagnostiques des traceurs radioactifs puisqu’ils seront détectables à l’extérieur du patient et ne déposent qu’une part de leur énergie au sein des tissus, limitant ainsi l’exposition du patient.

C’est un paramètre très important car la part anatomique et fonctionnelle des organes varie au cours de l’enfance jusqu’ à l’ âge adulte. Il a donc été nécessaire d’obtenir des données quantitatives spécifiques de tranches d’ âge au moyen de fantômes adaptés à ces différents âges. En pratique, l’enfance est divisée en 4 classes d’ âge.

D’autres paramètres tiennent à l’ élimination des traceurs. Ainsi, la dose délivrée par une même activité sera plus importante chez un insuffisant rénal en raison de l’allongement de la période biologique et donc effective d’un traceur à élimination rénale.

Enfin, il existe des variations de distribution entre les patients pour un même traceur. Si une tumeur accumule un traceur de façon importante, elle devient une source radioactive éventuellement intense pour les organes adjacents. Or il n’est pas possible de prévoir l’ensemble des configurations possibles pour les localisations tumorales et l’estimation dosimétrique devient donc particulièrement difficile.

Elle dépend du rapport signal/bruit nécessaire. L’augmentation de l’activité injectée accroît ce rapport. Cependant, il existe une limite technique à l’activité utilisable. C’est la saturation du détecteur. À ce seuil de saturation, toute augmentation supplémentaire d’activité représente une exposition inutile du patient puisque le détecteur ne peut enregistrer plus d’ événements par unité de temps. Toutefois, les évolutions techniques actuelles des gamma-caméras et plus encore des TEP ont repoussé ces limites et la responsabilité de l’utilisateur est accrue en matière de choix d’activité à injecter. Le rôle de la personne spécialisée en radiophysique médicale est renforcé pour la détermination de l’activité et du rapport signal sur bruit optimaux pour une application donnée. Par contre, malgré l’amélioration de la sensibilité de détection des appareils et l’allongement du temps d’acquisition, une réduction excessive de l’activité injectée conduira nécessairement à une dégradation de la statistique de comptage et donc de la qualité des images ainsi que de leur validité diagnostique.

La limitation de dose, pour un rapport signal/bruit donné, peut être obtenue par l’augmentation du temps de recueil des données. L’inconvénient est le risque de mouvements du patient au cours d’une acquisition très longue. Ces mouvements aboutissent à une dégradation de la qualité des images.

L’activité injectée doit également être fixée en fonction de paramètres tenant au patient lui-même et il est indispensable de disposer d’abaques d’activités tenant compte du poids, de l’ âge et, en fonction du métabolisme du traceur, de données physiologiques comme la fonction rénale par exemple.

C’est un paramètre fondamental de l’optimisation des explorations scintigraphiques. Le choix judicieux du radionucléide peut conduire à une réduction importante de l’exposition. Un exemple est fourni par le remplacement, en diagnostic, de l’iode 131 par l’iode 123 tant pour les explorations thyroïdiennes que pour le marquage de la meta-iodobenzylguanidine MIBG, (utilisée comme traceur des phéochromocytomes ou des tumeurs carcinoïdes), ou de ligands de la neurotransmission. L’iode 123 est un émetteur gamma pratiquement pur de moyenne énergie (170 keV) et de courte période physique (13 heures) alors que l’iode 131 est émetteur gamma à haute énergie (360 keV) et bêta (600 keV d’ énergie maximale), avec une période relativement longue (8 jours). En moyenne, l’iode 131 engendre une exposition 10 fois supérieure à celle due à l’iode 123. De plus, l’efficacité de détection des gamma-caméras est bien meilleure pour les rayonnements de basse énergie de l’iode 123 que pour ceux de l’iode 131, autre facteur d’accroissement du rapport signal/bruit lorsque l’isotope 123 est utilisé.

On peut également substituer à un traceur spécifique un traceur de comportement physiologique différent mais apportant des informations diagnostiques comparables avec des performances équivalentes. Le premier exemple est l’utilisation de traceurs marqués au technétium 99m pour l’imagerie de la perfusion myocardique et le diagnostic de la maladie coronaire en remplacement du thallium 201. Ce dernier est un analogue du potassium et il est distribué dans les mêmes secteurs biologiques que cet élément, alors que les substances technétiées ont une affinité pour les enzymes mitochondriales de la respiration cellulaire. Au plan dosimétrique, le thallium est très pénalisant, du fait d’une émission électromagnétique à faible énergie (80 keV) fortement atténuée par les tissus et d’une période physique de 3 jours. Au contraire, le technétium est un émetteur gamma pur de 140 keV avec une période courte de 6 heures qui permet l’obtention d’images de qualité supérieure tout en générant une exposition inférieure malgré une activité injectée supérieure à celle du thallium.