Des progrès fruits d’un partenariat permanent

 

Pr Jean-Pierre PRUVO, Secrétaire général de la Société française de radiologie (SFR).

L’imagerie médicale figure en tête des spécialités jalonnées ces dernières années de bonds technologiques majeurs au profit du progrès médical. Au départ à la solde d’une méde- cine radiologique essentiellement diagnostique, elle est par la suite devenue indispensable tout au long du parcours de soins des patients : du dépistage et du diagnostic au traite- ment  lui-même,  à  l’évaluation  ou  au  suivi  de  celui-ci.

L’imagerie est sortie de ses frontières les plus connues, le dépistage et le diagnostic, pour permettre aujourd’hui de soigner grâce aux tech- niques interventionnelles. Dans de nombreuses situations cliniques, elle offre en effet une alternative mini-invasive à la chirurgie : guidées par l’imagerie, les techniques regroupent la radiofréquence, la cryothé- rapie, l’angioplastie, l’embolisation, la cimentoplastie… pour traiter les tumeurs cancéreuses, les pathologies artérielles (anévrysmes et sté- noses), les hémorragies, les pathologies osseuses… On sait moins que l’imagerie, grâce aux techniques fonctionnelles et métaboliques ainsi qu’à une approche multimodale, permet de prédire qu’elle sera l’efficacité d’un traitement. Or, cette fonction prédictive est essentielle pour déterminer les meilleures stratégies thérapeutiques. Au quotidien, les équipes radiologiques, responsables de l’organisation des plateau d’imagerie, du choix de leurs matériels et de la qualité de prise en charge des patients, proposent des diagnostics plus précis et des trai- tements plus efficaces transformant les nouvelles techniques d’image- rie en innovations majeures pour améliorer les soins. L’imagerie est devenue un élément-clé de la médecine personnalisée : lors des réu- nions de concertation pluridisciplinaires, le radiologue joue un rôle croissant dans les décisions thérapeutiques et évite d’administrer des traitements inadaptés, souvent lourds et coûteux.

Regroupés dans le cadre de plateaux d’imagerie complets et diversi- fiés permettant aux patients de bénéficier d’une imagerie fonctionnelle, multimodale et hybride, les radiologues et médecins nucléaires cher- cheurs élargissent les champs d’application de l’imagerie et raccour- cissent le temps d’évaluation des nouveaux médicaments et des nou- velles stratégies thérapeutiques. Permettant une diffusion rapide de traitements plus efficaces, l’imagerie participe ainsi à la diminution des dépenses de santé et à l’amélioration de la qualité de vie des patients.

Ces progrès, au bénéfice de la qualité et de la sécurité des soins, sont le fruit d’un partenariat permanent entre les entreprises du secteur et les équipes médicales. Par le biais des innovations en imagerie qu’elles développent ensemble, elles bâtissent sans relâche les fondements d’une médecine plus efficace.

Née avec la découverte des rayons X et de la radiographie, l’imagerie médicale s’est considérablement diversifiée tout au long du x xe siècle. Elle est aujourd’hui un outil incontournable pour prendre en charge un patient et utilisée lors de toutes les étapes du parcours de soins. Et pour cause : les évolutions techniques successives, parfois étonnantes, ont contribué à façonner des technologies à la pointe de l’innovation qui en disent chaque jour un peu plus sur l’intimité de nos organes et leur fonctionnement.

 

Toute aventure humaine compte ses pionniers sans lesquels rien n’aurait été possible. L’histoire de l’imagerie médicale débute à la fin du x ixe siècle lorsqu’un certain Wilhelm Röntgen, physicien alle- mand, découvre une nouvelle sorte de rayons invi- sibles, qu’il baptise rayons X, et grâce auxquels on peut photographier à travers un corps opaque. L’engouement pour cette technique est immédiat.

« Pour le grand public, ces rayons invisibles sont un divertissement présenté dans des grands maga- sins, des cafés, des fêtes foraines et même des soirées mondaines. Des séances de radioscopie alternent fréquemment avec celles de cinémato- graphie, toutes deux étant considérées comme de simples distractions par les contemporains en admiration devant les progrès de la science et de la technologie », racontent Guy et Marie-Josée Pal- lardy en 2006 lors d’une communication d’histoire de la médecine intitulée « Histoire abrégée du radiodiagnostic et de l’imagerie médicale ». Le corps médical est lui aussi sous le charme et la ra- diologie fait son entrée dans les hôpitaux dès 1897. Il faut alors près de trente minutes pour obtenir une image thoracique. Deux ans plus tard, cinq à dix secondes  suffiront.

LES TRENTE GLORIEUSES DE L’IMAGERIE

À mesure que la demande s’accroît, physiciens, ingénieurs, médecins et industriels collaborent. Le film souple apparaît en 1914 pour remplacer les plaques de verre à simple émulsion. Les appareils d’alors sont suffisamment performants pour être utilisés au chevet des blessés sur le front pendant la Première Guerre mondiale. À l’issue du conflit, l’intérêt de la radiologie fait l’unanimité. « La période 1920-1960,   qualifiée d’âge d’or de la radiologie aux USA, correspond à l’épanouissement de cette spécialité médicale », notent les Pallardy. Les inno- vations se succèdent. Elles concernent tout autant les tubes d’émission des rayons X que les écrans radiographiques et les produits de contraste per mettant de visualiser les organes creux et les vaisseaux. Avec l’arrivée des amplificateurs de luminance en 1953, les salles de radiologie sortent de l’ombre car les médecins ne sont plus obligés de travailler dans le noir. À la même époque, est mise au point la caméra à scintillation qui permet les premiers examens de scintigraphie en médecine nucléaire bien avant la mise au point de la tomographie par émission de positons . Les années soixante sont celles de la naissance de modalités d’imagerie fondées sur d’autres moyens  que les rayonnements,  à commencer par l’échographie  et l’écho-doppler tous deux inspirés de la technique du sonar qui uti- lise les ultrasons pour repérer un objet à distance. Ainsi devient-il possible dans certains cas, de s’affranchir des rayons X qui, à hautes doses, pro- duisent sur l’organisme des effets délétères.

Puis vient le tour de l’Imagerie par résonance magnétique, IRM, issue du travail de physiciens sur le phénomène de la spectroscopie par résonance magnétique et qui fait ses débuts dans la sphère médicale au milieu des années soixante-dix.

Elle produit d’abord des images en coupe de la tête, sur lesquelles on distingue bien les diffé- rents tissus mous, puis, dès le début des années quatre-vingt, des vues en trois dimensions du corps entier. La décennie soixante-dix est aussi celle du développement des premières généra- tions de scanners à rayons X qui permettent eux aussi de visualiser les organes dans l’espace, en particulier les structures osseuses et les poumons.

VOIR LE CORPS FONCTIONNER EN DIRECT

À la fin des années soixante-dix, les progrès de l’informatique et de l’électronique ouvrent une nou- velle page de l’histoire de l’imagerie médicale. Ils ont tôt fait d’en envahir les différentes modalités et en améliorent considérablement les performances. En l’espace d’une dizaine d’années émergent, entre autres, les scanners spiralés puis multibar- rettes, l’IRM fonctionnelle, la radiographie numéri- sée ou encore l’échographie fonctionnelle. Les modalités anatomiques, qui livrent des vues de l’intérieur du corps, composent désormais avec les modalités fonctionnelles qui révèlent l’activité et le métabolisme des tissus. Les possibilités offertes par l’imagerie médicale s’étendent, conséquence directe de l’évolution technique des systèmes qui ont gagné à la fois en puissance, en précision et en sensibilité.

L’imagerie interventionnelle, qui consiste à guider un acte diagnostique ou thérapeutique par l’image sans avoir à « ouvrir » le patient, bénéficie large- ment de ces avancées. La radiographie est la première modalité mise à contribution à cette fin, d’abord pour effectuer des angioplasties•G puis pour prendre en charge les anévrismes• cérébraux ou pour procéder à des traitements oncologiques•. Désormais, on recourt aussi au scanner, à l’échographie, à l’IRM, voire à plusieurs modalités pour pratiquer certaines interventions. La période récente est également marquée par l’arrivée de la Tomographie par émission de posi- tons (TEP) utilisée à des fins cliniques depuis une dizaine d’années après avoir été pendant long- temps un puissant outil de recherche en neuros- ciences. En quelques années seulement, la TEP couplée au scanner (TEP-scan) a considérable- ment amélioré la prise en charge des cancers.

LES DÉVELOPPEMENTS CONTINUENT

L’imagerie médicale actuelle est un éventail d’outils en mesure d’aider au diagnostic, d’évaluer la sévé- rité d’une maladie, de guider une intervention, de contribuer à la prise en charge et au suivi thérapeu- tique, voire d’améliorer les connaissances sur l’ana- tomie ou le fonctionnement du corps humain. « Dans 30 à 40 % des cas, relève l’Inserm (Institut national de la santé et de la recherche médicale), le support de l’imagerie a permis de modifier l’attitude théra- peutique au bénéfice du patient. » Modalités anato- miques ou fonctionnelles, utilisant les rayonnements ionisants, le champ magnétique ou les ultrasons : chaque technologie a ses atouts mais aussi ses limites qui conditionnent ses indications tout autant que les développements dont elle fait l’objet. Pour la radiographie et le scanner, par exemple, la réduction des doses est devenue un enjeu industriel central dès lors que les effets néfastes des rayons X sur l’organisme ont été mis en évidence. Quant aux IRM de très haute puissance, ce sont des machines très chères donc moins répandues.

À mesure que les technologies se développent, de nouveaux usages voient le jour. Les exemples ne manquent pas : ainsi en médecine nucléaire, la production de nouveaux traceurs élargit les indica- tions de la TEP, laquelle devient un outil diagnos- tique également en cardiologie et en neurologie. Quant aux IRM de haut champ, ils fournissent des séquences fonctionnelles en un temps record et ceux à large tunnel, voire complètement ouverts, permettent de proposer l’examen à de nouveaux patients, notamment aux enfants et aux personnes obèses. L’imagerie spectrale, qui s’appuie sur des scanners à plusieurs niveaux d’énergie, donne, elle, accès à l’étude de la ventilation et la perfusion du poumon.  De  son  côté,  la  radiographie  3D « corps entier » en position debout facilite grande- ment la planification chirurgicale et le suivi des pathologies ostéoarticulaires. Sans compter l’élas- tographie qui revisite la prise en charge des mala- dies du foie... Et ce n’est pas fini ! Les systèmes qui associent plusieurs modalités d’imagerie com- mencent à sortir des laboratoires de recherche pour entrer dans les établissements de santé et les blocs opératoires à l’instar des couplages TEP-IRM ou de la fusion d’images.

La seconde vie d’une centenaire

 

Pionnière de l’imagerie médicale, la radiologie conventionnelle a longtemps été la seule technique disponible pour visualiser l’intérieur du corps. L’arrivée d’autres modalités telles que le scanner et l’IRM aurait pu l’évincer complètement. C’était sans compter le potentiel d’innovation des rayons X...

 

A QUOI CA SERT ?

La radiologie conventionnelle est une modalité d’imagerie anatomique spécialement adaptée à la visualisation des tissus denses. L’orthopédie, la rhumatologie et l’orthodontie y ont fréquemment recours. Les examens sont rapides et peu coûteux par rapport à d’autres modalités d’imagerie. Comme les appareils radiographiques sont très répandus, il est facile d’y avoir accès. Les clichés permettent d’étudier les traumatismes osseux, les déformations du squelette et l’implantation des dents. La radiographie permet de repérer et d’ob- server des tumeurs au niveau des poumons ou des seins (on parle alors de mammographie). Elle révèle aussi, sur certains organes, des anomalies liées à des infections virales ou bactériennes. En revanche, la radiographie distingue moins bien les tissus mous dont le cartilage.

COMMENT ÇA MARCHE ?

La radiographie utilise les rayons X. Générés par un tube, ils traversent le corps humain mais sont plus ou moins absorbés par les tissus en fonction de leur densité. De l’autre côté du patient, un film photogra- phique imprime le résultat comme le ferait une pel- licule photo. Dans les systèmes actuels, le film a été remplacé par un détecteur électronique, plus sen- sible et qui numérise directement les images. L’acquisition est rapide, ce qui permet d’obte- nir des images en rafale si besoin. En injectant un produit de contraste, il est possible de rendre plus opaques certaines structures creuses comme l’appareil digestif ou les articulations. Celles-ci apparaissent alors plus nettement sur l’image. Si on injecte de l’iode, celui-ci rend le sang opaque. On réalise ainsi des radiographies des vaisseaux, appelées angiographies, ou des artères coronaires situées à la surface du cœur (coronographies).

UNE HISTOIRE D’INNOVATIONS

La radiographie est de loin la plus ancienne moda- lité d’imagerie médicale. Elle est aussi celle par qui certaines autres sont arrivées, à commencer par le scanner qui, comme elle, utilise les propriétés des rayons X. Celles-ci ont été mises en évidence à la toute fin du x ixe siècle (voir encadré page 10). Très vite, le corps médical s’intéressa de près à la tech- nique et dès 1897, le Pr Antoine Béclère réalisa à l’hôpital Tenon (Paris) les premières radiographies. sur un patient. La radiographie prit son essor durant la Première Guerre mondiale : pour faire face à l’afflux de blessés de guerre, on s’appuya de plus en plus sur l’aide qu’apportaient les rayons X et la radiographie dont la maîtrise augmenta de jour en jour. On s’en servit notamment pour repérer les corps étrangers et les éclatements osseux avant de pratiquer une chirurgie. Sur le front, les « petites Curies » étaient des ambulances radiologiques inventées par Marie Curie pour pratiquer sur place des radiographies d’urgence. Plusieurs médecins ayant été formés à cette période, la technique se répandit rapidement après-guerre.

Le film photographique fut le premier à être utilisé en radiologie. Comme pour les photographies argentiques, la révélation de l’image puis sa fixation sont nécessaires pour qu’apparaissent en noir les zones les plus exposées et en blanc les moins exposées. La technique perdura pendant des décennies jusqu’à la digitalisation qui débuta dans les années quatre-vingt. L’exploration du cœur introduisit les techniques de radio-cinéma pour en visualiser la dynamique. La radiographie informati- sée utilisa alors un écran radioluminescent à mé- moire à la place du film. Sur celui-ci, l’image latente était révélée grâce à un balayage laser puis numérisée.

L’ÈRE NUMÉRIQUE

Bientôt, les premiers capteurs plans prirent la relève pour détecter les rayons X et fournir immédiatement une image numérisée. La radiographie numérique était née. Les radiologues pouvaient désormais jouer sur le contraste de l’image, améliorer sa qua- lité et se passer de consommables et de produits chimiques. « L’imagerie numérique a ouvert la voie à tous les traitements possibles des constantes. À partir d’une seule acquisition, on obtient plusieurs images qui peuvent être retravaillées à l’envi, réduites ou  agrandies », explique  le  Pr Valérie Bousson, radiologue au service de radiologie ostéoarticulaire de  l’hôpital  Lariboisière (Paris). Finies les radiographies ratées à cause d’une quan- tité de rayonnements mal estimée ! La mammogra- phie, qui concerne spécifiquement le sein, emprun- ta quelques années plus tard le même chemin.

À l’heure où la radiographie se modernisait, d’autres modalités d’imagerie virent le jour et démontrèrent leur pertinence dans de nombreuses indications. L’IRM est utilisée depuis la fin des années soixante- dix pour explorer l’anatomie puis l’activité des tissus mous tandis que les scanners spiralés permettent d’acquérir rapidement des images en trois dimen- sions de tout le corps humain. La radiologie conven- tionnelle ne règne plus en maître sur l’imagerie mé- dicale. Néanmoins, elle demeure la modalité de référence pour l’étude des os et du squelette. Qui plus est, elle continue de contribuer, au côté du scanner, à l’exploration du poumon.

LA STÉRÉO-RADIOGRAPHIE DU CORPS ENTIER

La radiographie étant très prisée par les spécia- listes de l’os, restait à savoir comment la réinventer. La grande taille de certains os et les fortes doses de rayons X nécessaires pour obtenir des clichés de qualité constituaient des faiblesses. De plus, les orthopédistes voulaient disposer d’une vue d’en- semble du squelette en 2D et 3D pour visualiser son organisation et le positionnement dans l’es- pace des structures osseuses. En 2003, un proto- type d’outil de radiographie fut présenté. Il permet- tait une radiographie 2D/3D basse dose du corps entier en position fonctionnelle : debout. La tech- nologie s’est depuis diffusée, en France et à l’étran- ger, pour l’examen du système ostéo-articulaire et les besoins de la chirurgie orthopédique. « Avant, on devait travailler par segments et exposer le pa- tient aux rayons X pendant une heure pour obtenir toutes les coupes face et profil, se souvient le Pr Bousson. Avec ce nouveau système, deux vues face et profil du patient suffisent. La réduction de dose est énorme. Et on accède enfin à une vue de la stature du patient qui rend possible le travail sur la posture. On peut visualiser les mécanismes de compensation. Les bénéfices concernent aussi la planification chirurgicale et le suivi des pathologies de la colonne, de la hanche ou du genou. »

LA RÉDUCTION DE DOSE

Si, à la fin du x ixe siècle, Wilhelm Röntgen manipulait sans précaution les rayons X dont il ne supposait pas les effets sur l’organisme humain, plus per- sonne n’ignore aujourd’hui le danger (radiodermite, cancers) que représente l’exposition à de fortes doses de rayonnements ionisants. Pour les fabri- cants d’équipements de radiographie, le défi consiste à limiter au maximum la dose de rayons X à laquelle le patient est exposé tout en conservant une qualité d’image suffisante. L’utilisation de cap- teurs plans de plus en plus performants y contribue de même que l’avènement récent de nouvelles technologies de détection basse dose. Les sys- tèmes actuels intègrent également des outils de calcul de la dose avant l’irradiation afin de délivrer la quantité la plus faible possible en fonction des ca- ractéristiques de l’examen et du patient. L’adoption de bonnes pratiques lors de la réalisation de l’ima- gerie et la connaissance approfondie de leurs ap- pareils par les utilisateurs - médecins, paramédi- caux et radiologues - favorisent également la limitation à l’exposition.

 

 

A savoir

LA MAIN DE BERTHA

En 1895, le physicien allemand Wilhelm Röntgen mit en évidence un type de rayonnement jusqu’alors inconnu qu’il baptisa rayons X. Le premier objet qu’il soumit à leur action en vue d’obtenir une image sur une plaque photographique fut la main de sa femme prénommée Bertha. L’exposition dura vingt-cinq minutes. Il observa alors des différences d’absorption selon les matériaux : forte pour les métaux comme l’or de l’anneau que portait son épouse, moyenne pour les os, faible par les tissus mous. Ces travaux eurent un retentissement considérable et immédiat. Et la main de Bertha fit le tour du monde.

 

Éclairage

« La mammographie a complétement changé »

Martine CASTRO, membre de l’association Europa Donna.

« J’entends souvent des femmes dire qu’elles ne font pas de mammographie parce que cela fait trop mal. C’est faux car ce n’est plus un examen douloureux. Les salles et les machines ont changé. On n’a plus le sein complètement écrasé comme avant. La première fois, il m’a semblé que la machine était un œil énorme qui me regardait. Puis, j’en ai fait une autre avec un appareil de qualité supérieure. La manière de se positionner était plus confortable et l’examen moins stressant. On m’a diagnostiqué un cancer du sein. Les examens d’imagerie qui ont suivi ont permis d’orienter la prise en charge puis d’éliminer l’hypothèse qui fait frémir... Pour moi, l’imagerie, c’est ce qui permet d’être tranquille pendant un moment. L’image est plus accessible qu’un compte-rendu parce qu’on y voit sa tumeur dans tous ses détails. Elle est un objet de médiation, le point de départ d’un dialogue avec le médecin. »

 

 

 

 

 

L’intérieur du corps en 3D

 

En moins de quarante ans, la tomodensitométrie, qui permet d’observer les organes et les tissus en trois dimensions, est devenue une modalité d’imagerie médicale incontournable. Les innovations technologiques dont elle a bénéficié ont considérablement amélioré ses performances ainsi que la sécuritéet le confort des patients.


A QUOI CA SERT ?

Dès ses débuts, le scanner fut plébiscité par le corps médical pour explorer le cerveau. De fait, il permet de voir ce qui échappe aux autres modalités d’imagerie et ce, avant la mise au point de l’IRM. Il est devenu incontournable pour la détection et le suivi de nombreuses pathologies tumorales.

Dans les pays développés, l’usage du scanner, basé sur la tomodensitométrie, connaît une crois- sance spectaculaire. La France, en revanche, souffre d’un sous-équipement notoire. Le nombre de scanographies (examens d’imagerie effectués par scanner) augmente en effet de 10 % par an. Année après année depuis le début de la décennie quatre-vingt, la technique du scanner intègre des technologies toujours plus performantes qui permettent désormais de reconstituer une vue morpho- logique de n’importe quelle partie du corps humain, fût-elle située en profondeur. Et ce, à partir de multiples coupes, jusqu’à des centaines voire des milliers actuellement, prises sous des angles diffé- rents et obtenues grâce à l’émission de rayons X.

COMMENT CA MARCHE ?

La technique du scanner repose sur l’absorption spécifique des rayons X par les différents tissus de l’organisme. Alors que la radiographie par rayons X livre des images de projection en seulement deux dimensions, le scanner autorise l’exploration de volumes car le corps est radiographié par coupes successives. La superposition de ces coupes per- met de reconstituer une image en trois dimen sions des différents organes en fonction de leur densité. À cet égard, il se rapproche de l’Ima- gerie par résonance magnétique (IRM), autre modalité d’imagerie en trois dimensions (cf. page 15). Le scanner a toutefois ses atouts propres, en particulier une excellente résolution spatiale obte- nue à force d’innovations technologiques.

UNE HISTOIRE D’INNOVATIONS

La tomodensitométrie, mise en œuvre par les scanners, est une technique d’imagerie apparue dans les hôpitaux français voilà quarante ans et n’a eu de cesse d’évoluer depuis son invention en 1971. « Avec les premiers appareils, l’acquisition d’images était très lente, de l’ordre de cinq à dix secondes par tour pendant lesquelles il ne fallait surtout pas bouger, se souvient le Pr Jacques Rémy, membre du service de radiologie du CHRU de Lille. Pour obtenir les différentes coupes, la table de l’époque sur laquelle le patient était allon gé se déplaçait pas à pas dans le tunnel de l’appa- reil. On obtenait des coupes de quelques milli- mètres d’épaisseur tous les centimètres, de sorte que l’on disposait d’informations seulement sur une partie de l’organe. »

C’est pourquoi les scanners spiralés, qui sont appa- rus dans les années quatre-vingt-dix, ont représen- té un progrès significatif. Dans cette configuration, les rayons X tournent autour du patient et il ne faut plus qu’une fraction de seconde pour obtenir une coupe. Les premiers scanners spiralés comp- taient initialement un nombre limité de barrettes pour ensuite évoluer vers quelques dizaines, voire des centaines de barrettes. « Cette technique a ouvert des perspectives considérables dans la détection et la caractérisation des nodules pulmo- naires, poursuit le Pr Jacques Rémy. Elle est à l’ori- gine de l’initiative du dépistage du cancer bron- chique par le scanner. »

LA « COURSE AUX BARRETTES »

Dans les années qui suivirent, les scanners spiralés•se dotèrent d’un nombre croissant de détecteurs, bientôt rassemblés en barrettes. D’une barrette unique, on passa à quatre puis seize puis soixante- quatre. Les machines devinrent capables de faire autant de coupes en un seul tour du système tube et détecteurs. Autrement dit, plus le nombre de bar- rettes augmente, plus l’acquisition d’images est large et rapide. Le patient, lui, passe de moins en moins de temps allongé dans le tunnel du scanner. Le scanner multibarrette , encore appelé multi-coupe, est né et, avec lui, la « course aux barrettes » dont le nombre augmente au fur et à mesure des possibilités technologiques de les multiplier. « Tout va très vite. Le nombre de barrettes augmente tous les deux ans en moyenne, observe le Dr Jean- François Paul, Chef d’unité scanner et IRM à l’hôpital Marie Lannelongue (Le Plessis-Robinson). Aujour- d’hui, les machines les plus puissantes comportent 320 barrettes. D’autres sont équipées de deux tubes émetteurs de rayons X, ce qui permet aussi une acquisition accélérée. » La tendance est aux larges détecteurs et aux spirales rapides pour obtenir en très peu de temps l’image volumique d’un foie, d’un cœur ou d’un crâne. « De tels équi- pements technologiques sont capables de balayer des organes mesurant jusqu’à 16 centimètres. D’où le retour à l’acquisition séquentielle sans qu’il y ait besoin de déplacer la table. Or, sans ce mou- vement, les images obtenues sont plus pures. »

L’ENJEU DE LA RÉDUCTION DES DOSES

Parallèlement à ces innovations technologiques, industriels et professionnels, conscients des effets néfastes pour la santé de l’exposition à des rayon- nements ionisants, se sont attachés à proposer des examens scanographiques de moins en moins irra- diants pour le patient. Objectif : rechercher l’effica- cité optimale au moindre risque. « Les doses d’irra- diation diminuant, les prescriptions de scanner augmentent et concernent des patients qui n’au- raient pas pu en bénéficier hier », constate le Profes- seur Rémy. C’est vrai notamment en pédiatrie où il importe d’irradier le moins possible des organes en cours  de  développement  et  pour  les  femmes enceintes en raison des risques de malformation du fœtus due aux rayonnements ionisants.

Sur le marché de la tomodensitométrie, se sont donc développés depuis les années quatre-vingt- dix des méthodes et des outils pour réduire la dose de rayonnements ionisants à son minimum utile. Des équipements servant à moduler la dose en fonction de la taille et de la morphologie du patient ou encore de son électrocardiogramme ont ainsi vu le jour. D’autres visent à limiter l’irradiation des or- ganes sensibles. Plus récemment, des méthodes dites de reconstruction itératives sont apparues. Leur principe consiste à réduire le bruit de l’image, c’est-à-dire toutes les données parasites, sans affecter sa résolution spatiale. La technique, très gourmande en calculs mathématiques, correspond à une sorte de nettoyage et fournit des images de bonne qualité à faible dose de rayonnements ioni- sants. « D’ici quelques années, assure le Pr Jacques Rémy, la dose de rayons X reçue lors d’un scanner pulmonaire sera équivalente à celle d’une radiogra- phie du poumon. Soit une fraction de la dose moyenne que tout un chacun reçoit naturellement chaque année, à savoir trois millisieverts. »

AUX PRÉMICES DE L’IMAGERIE SPECTRALE

Ces dernières années, une autre étape a été franchie avec l’arrivée des scanners double énergie égale ment dénommés bi-énergie. À l’heure actuelle, leur utilisation relève surtout de la recherche clinique mais les applications de routine commencent à se developer. Dernière-née des innovations en matière de scanner, cette technologie permet la différenciation des niveaux d’énergie à l’aide de récepteurs multi- couches dans le spectre du rayonnement initial. Résultat de cette imagerie dite spectrale : moins d’artéfacts  et une meilleure résolution des images. Hier  outil  purement  morphologique,  le  scanner s’aventure ainsi sur la voie de l’imagerie fonctionnelle. « Avec ces machines, on est capable d’étudier la perfusion et la ventilation du poumon, explique le Professeur Rémy. Avant l’examen, le patient respire un gaz sans effet toxique dont on suit la dispersion dans les poumons ». En plein essor, l’imagerie spec trale profite à de nombreux examens : l’imagerie des calculs biliaires ou encore le diagnostic et le suivi du traitement de la goutte.

 

 

Eclairage

« L’outil d’imagerie de référence pour le poumon »

Pr Jacques RÉMY, radiologue au CHU de Lille.

« Le scanner est aujourd’hui très sensible à la moindre anomalie du poumon, ce qui en fait l’outil d’imagerie de référence pour cet organe. Quand les machines étaient très lentes, la respiration et les mouvements cardiaques ébranlaient les poumons et rendaient difficile l’interprétation des images. Mais aujourd’hui, obtenir l’image du poumon immobile ne prend qu’une fraction de seconde. Les patients n’ont plus besoin de bloquer longtemps leur respiration. Cela n’a l’air de rien mais pour les enfants notamment, c’est une véritable avancée. »

« Les applications cardiaques sont le moteur des innovations du scanner »

Dr Jean-François PAUL, Chef d’unité scanner et IRM à l’hôpital Marie Lannelongue (Le Plessis-Robinson).

« Le scanner est en train de prendre une place de plus en plus importante pour le diagnostic des coronaropathies et l’évaluation du muscle cardiaque. Pour faire du scanner coronaire, la technologie 64 coupes est le minimum requis. La résolution temporelle élevée des machines actuelles permet de procéder à l’examen pour n’importe quel patient, quel que soit son rythme cardiaque. Les nouveaux scanners et techniques de synchronisation avec l’électrocardiogramme permettent d’imager le cœur entier en un seul battement, ce qui améliore notablement la qualité diagnostique. Les applications cardiaques sont désormais le moteur des innovations du scanner. »

 

 A savoir

NÉ DANS UNE MAISON DE DISQUES ANGLAISE

L’ingénieur qui a inventé le scanner travaillait pour le département d’électronique d’EMI (Electrical and Musical Industries), le célèbre label des Beatles. Godfrey Hounsfield mit au point la technique de tomographie calculée par ordinateur (en anglais, Computered tomography - CT). Il construisit un premier prototype de CT de la tête en 1970 qu’il testa sur lui-même. Ses travaux et ceux d’Allan Cormack, qui a jeté les bases mathématiques de la tomodensitométrie, furent récompensés par le Prix Nobel de médecine en 1979.

 


 

Voir l’eau est sa force

 

Trente ans ont suffi à l’IRM pour se tailler une place de choix parmi les explorationsmédicales à visée diagnostique et thérapeutique. Le fait est qu’elle n’a pas son pareil pour donner à voir l’anatomie et le fonctionnement des différents organes et tissus mous, à commencer par le cerveau.

 

A QUOI CA SERT ?

L’IRM est une modalité d’imagerie non invasive et non irradiante qui fournit des vues en deux ou trois dimensions de l’intérieur du corps. Elle permet d’ex- plorer tous les tissus mous : le cerveau, la moelle, les muscles, les organes digestifs et reproducteurs, etc. Elle permet non seulement d’en connaître la structure anatomique (IRM anatomique) mais aussi d’en suivre le fonctionnement et le métabolisme (IRM fonctionnelle). Elle est très utilisée en neurolo gie pour localiser certaines malformations du cer- veau notamment mais également pour repérer des anomalies du cartilage, des muscles ou du cœur et pour le diagnostic des tumeurs cancéreuses. L’IRM fonctionnelle fournit des informations sur l’activité cérébrale, musculaire ou cardiaque et ce, avec une grande précision anatomique et temporelle.

COMMENT CA MARCHE ?

L’IRM repose sur le principe de la Résonance magnétique nucléaire (RMN). Pour produire des images, le système  plonge le patient  dans un champ magnétique puissant généré par un aimant. En sa présence, les protons de l’eau réagissent comme des petites boussoles : ils s’alignent dans l’axe du champ magnétique. Une onde de radiofré- quence est alors appliquée entraînant une rotation des  protons.  Quand  elle  s’arrête,  les  protons reviennent à leur état initial en libérant un signal (onde électromagnétique). C’est ce signal, généré lors du retour à l’équilibre, qui est traduit en intensité et localisé dans l’espace, ce qui per- met de construire l’image. Ainsi toutes les parties du corps riches en eau ou en graisse sont visibles, soit la grande majorité des tissus mous. À l’inverse, on distingue mal les os et les poumons. Plus le signal recueilli est intense, plus le point sur l’image est blanc. L’intensité dépend de la nature du tissu, si bien que l’IRM permet de les distinguer. Des produits de contraste paramagnétiques peuvent être administrés au patient pour augmenter la qua- lité de l’image. Quant à l’IRM fonctionnelle, elle permet de détecter la modifi ation des propriétés magnétiques de l’hémoglobine lorsque celle-ci subit une oxygénation. On peut alors visualiser les zones les plus consommatrices d’oxygène, c’est-à-dire les plus actives. Elle permet également de visualiser les mouvements de l’eau extra- cellulaire qui est ralentie dans les tissus à forte densité cellulaire (certaines tumeurs, par exemple).

UNE HISTOIRE D’INNOVATIONS

L’histoire de l’Imagerie par résonance magnétique démarre après la Seconde Guerre mondiale avec la description du phénomène de la Résonance ma gnétique nucléaire (RMN). Les premières images datent quant à elles de 1973. Les chercheurs s’étaient inspirés des méthodes de reconstruction d’images de la tomodensitométrie (scanner) et par- vinrent à visualiser en IRM une coupe en deux dimensions... d’un poivron. La technique évolua alors rapidement au rythme des progrès de l’élec- tronique et de l’informatique. Dès 1977, on sut pro duire par IRM l’image d’un corps humain vivant « Dans les vingt ans qui ont suivi l’arrivée de l’IRM en France, entre 1980 et 2000, raconte Isabelle Magnin, Directrice du Centre de recherche en acquisition et traitement d’images pour la santé (Creatis), les progrès ont d’abord concerné la qua- lité des images produites. » Grâce à l’IRM, l’explora- tion du système nerveux s’accéléra et les connais- sances sur l’anatomie du cerveau s’accumulèrent. La technique devint progressivement la référence pour produire des images du système nerveux cen- tral qui distinguent la substance blanche, la subs- tance grise et le liquide céphalo-rachidien. « La plu part des avancées technologiques de l’IRM ont d’abord bénéficié à la neurologie avant de basculer vers le corps entier », note le Dr Sophie Taïeb, radio- logue au Centre Oscar Lambret (Lille).

DES AIMANTS DE PLUS EN PLUS PUISSANTS

La puissance des IRM a considérablement aug- menté au fil des années. Au début des années quatre-vingt, les machines délivraient un champ magnétique de 0,5 à 1 Tesla•G. Trente ans plus tard, la grande majorité des IRM ont une puissance de 1,5 Tesla. « L’augmentation de la puissance a per- mis l’essor de l’IRM fonctionnelle en neurologie », explique le Docteur Taïeb.

Et depuis une dizaine d’années, sont commerciali- sées des IRM 3 Tesla qui permettent de recueillir plus de signal et par conséquent davantage d’in- formations sur les organes et les tissus. Résolution de l’image accrue, coupes plus fines et meilleur contraste entre les différentes structures anatomiques : tels sont quelques-uns de ses principaux atouts qui en font un outil de choix pour caractéri- ser le comportement d’un organe au travers de séquences fonctionnelles, métaboliques, de diffu- sion ou de perfusion. Par ailleurs, comme l’acquisi- tion d’images est moins longue, la durée de l’exa- men pour le patient est raccourcie de même que le délai d’attente pour bénéficier d’un examen. « Avec une IRM 3 Tesla, témoigne le Docteur Taïeb, il faut 30 minutes pour faire une séquence  fonctionnelle contre 45 avec appareil 1,5 T. En injectant un pro- duit de contraste et à partir de coupes très fines, de l’ordre de 0,6 millimètre, il devient  possible  d’étu- dier la cellularité des tissus. » L’utilisation de ces machines à très haut champ reste cependant sou- mise à conditions. En particulier, tous les matériaux médicaux (implants, prothèses etc.) posés chez le patient doivent être compatibles, ce qui sup pose qu’ils aient été testés au préalable. Enfin, des IRM encore plus puissants existent. Pour l’heure, ces appareils de 7 voire 11,7 Tesla sont utilisés uniquement à des fins de recherche. À Saclay, par exemple, le centre de neuro-imagerie NeuroSpin s’en sert pour mieux comprendre le fonctionnement du cerveau, qu’il soit pathologique ou non.

DES IRM PLUS SPACIEUX

Une autre série d’innovations est intervenue au cours de ces cinq dernières années et porte non plus sur la puissance de l’aimant mais sur l’ouver- ture du tunnel. Les fabricants ont mis au point des tunnels au diamètre élargi. Les modèles classiques de 60 centimètres cohabitent désormais avec des équipements à large ouverture (70 centimètres). Parallèlement, est apparue une nouvelle génération d’appareils dits à champ ouvert, c’est-à-dire sans tunnel. De telles machines améliorent l’accessibilité en facilitant l’examen pour des patients appareillés, en surpoids, anxieux ou claustrophobes. Ces équi- pements sont également mieux adaptés pour les enfants. Ont également été développées des machines dédiées aux membres et qui permettent de produire des  images  d’un patient en position assise, ce qui développe les usages ostéoarticu- laires. Plus confortables et moins bruyantes, elles sont aussi moins onéreuses que les appareils classiques.

VERS DES MODALITÉS HYBRIDES

Et si nous n’étions qu’à la préhistoire de l’IRM ? Avec l’avènement de l’imagerie interventionnelle, l’IRM vient de faire son entrée dans le bloc opéra- toire afin de guider certaines interventions chirur- gicales  non-invasives.  Associée  aux  ultrasons focalisés, elle contribue déjà au traitement du fibrome utérin, à l’ablation de certaines tumeurs osseuses ou à la destruction des noyaux gris dans le cadre du traitement de la maladie du tremble- ment essentiel. Elle permet en effet de piloter les ultrasons mais aussi de contrôler l’élévation de tem- pérature, y compris dans des zones jusqu’alors inaccessibles. Par ailleurs, les premières machines d’imagerie hybride qui couplent un appareil d’IRM à un Tomographe par émission de positons (TEP) sont opérationnelles depuis peu en Europe et per- mettent de mettre en évidence, sur un même cliché et lors d’un examen unique, l’activité métabolique des organes ainsi que le fonctionnement biochi- mique des tissus.

 

A savoir

DOUBLE PRIX NOBEL

L’invention de l’imagerie par résonance magnétique a valu à Paul Lauterbur et Peter Mansfield de recevoir le Prix Nobel de médecine en 2003. Le premier, chimiste américain, aurait eu l’idée de l’IRM dans un wagon-restaurant. Il aurait griffonné sa machine sur une serviette de table. Le second, britannique, était imprimeur avant de devenir physicien. Il montra comment les signaux radio de l’IRM peuvent être analysés mathématiquement et convertis en une image exploitable. C’est également lui qui a jeté les bases de l’IRM fonctionnelle. Mais rien n’aurait été possible sans le développement préalable de la Résonance magnétique nucléaire (RMN). Des travaux pour lesquels deux physiciens (Felix Bloch et Edward Purcell) furent eux aussi récompensés par le Prix Nobel, cinquante ans plus tôt, en 1952.

 

 

 

 

 

 

Une arme anticancer… mais pas seulement

 

En l’espace de seulement dix ans, la Tomographie par émission de positons (TEP) a révolutionné la prise en charge du cancer. Forte de son succès, cette modalité d’imagerie fonctionnelle au cœur de la médecine nucléaire suscite aujourd’hui l’intérêt de plusieurs autres spécialités médicales.


A QUOI CA SERT ?

La Tomographie par émission de positons (TEP) est une modalité d’imagerie fonctionnelle en trois di- mensions utilisée en médecine nucléaire. Son prin- cipal intérêt réside dans sa capacité à quantifier l’activité métabolique des cellules. La lecture des clichés permet aux médecins de différencier les tis- sus sains des tumeurs malignes et de leurs métas- tases. « La TEP a révolutionné la prise en charge du cancer, estime le Pr Patrick Bourguet, médecin nu- cléaire au Centre Eugène Marquis (Rennes). Lors du diagnostic, elle est indiquée pour faire un bilan d’extension intial de la tumeur. En ce qui concerne les ganglions, le scanner dira s’ils sont petits ou gros, autrement dit de taille normale ou pas avec un risque d’erreur une fois sur trois. La TEP, elle, révèle s’ils sont cancéreux ou pas. » On se sert aussi de la TEP pour diagnostiquer les récidives de cancer le plus tôt possible, lorsque les amas tumoraux sont encore de très petite taille. Elle est par ailleurs de plus en plus utilisée pour évaluer la réponse de la tumeur à un traitement et pour adapter la posologie recommandée.

COMMENT CA MARCHE ?

La TEP repose sur le principe general de la scintigraphie. La technique consiste à suivre à l’aide d’une camera à positions le rayonnement (les photons) emis par un traceur radioactive, également appelé radiotraceur, injecté dans l’organisme du patient. Celui-ci se compose d’un élément chimique radioactif, qui se désintègre pro- gressivement, couplé à un traceur choisi pour ses propriétés physiologiques. Par exemple, s’il s’agit de suivre l’activité de cellules cancéreuses, grandes consommatrices de sucre, l’élément radioactif de choix est l’isotope 18 du fluor incorporé dans une molécule d’analogue de glucose. L’ensemble forme le Fluorodésoxyglucose (FDG) marqué au fl or 18 qui est de loin le traceur actuellement le plus utilisé en imagerie TEP. Du reste, il est particulièrement bien adapté pour caractériser un lymphome  ou un cancer du poumon ainsi que la grande majorité des tumeurs à l’exception notable du cancer de la prostate pour lequel les médecins lui préfèrent la choline.

Aux doses utilisées, la radioactivité ne présente au- cun danger pour le patient. « Le FDG n’a aucun effet secondaire », confirme le Professeur Bourguet. La production d’isotopes radioactifs puis celle des radiotraceurs requièrent des équipements de haute technologie, notamment des cyclotrons , et reposent sur les principes de la physique nucléaire. L’examen a lieu dans un service hospitalier de mé- decine nucléaire et nécessite une caméra TEP. À ne pas confondre avec une gamma-caméra utilisée pour une autre modalité d’imagerie nucléaire, la Tomographie par émission de photons (TEMP).

PREMIÈRES RECHERCHES EN NEUROSCIENCES

La Tomographie par émission de positons est une technique de scintigraphie qui ne date pas d’hier. Le principe a vu le jour dans les années cinquante aux États-Unis. Jusqu’à la fin des années soixante-dix en France, seuls les centres de recherche en neurosciences de Lyon, Caen et Orsay y avaient recours pour explorer, à des fins de recherche, les différentes pathologies neuropsychiatriques humaines. De nombreux traceurs furent testés pen- dant cette période sans qu’aucune application cli- nique évidente n’émerge. Il fallut attendre la toute fin du siècle dernier pour que fût validée l’utilisation du FDG en cancérologie et quelques années de plus pour assister aux premières imageries TEP effectuées en médecine nucléaire. « La première caméra TEP made in France date de la fin des années quatre-vingt-dix », se souvient Jean-François Chatal, Professeur émérite en médecine nucléaire à l’Université de Nantes. Rapidement, germa l’idée, qui perdura, de coupler la caméra TEP à un scan- ner. L’ensemble, nommé PET-scan, tourne autour du patient et permet de reconstituer l’image en trois dimensions de la zone étudiée. « À l’époque, il fallait compter une heure par patient et les machines en traitaient huit par jour, se souvient le Professeur Bourguet. Aujourd’hui, elles sont plus précises et plus sensibles, si bien que l’examen est beaucoup moins long puisqu’il ne faut plus que vingt minutes. En outre, en dix ans, la réduction des doses en radiotraceurs frise les 30 %. »

LA CANCÉROLOGIE COMME TREMPLIN

Même si son utilisation en cancérologie est à l’ori- gine du développement de la TEP en médecine nucléaire, la TEP FDG n’est pas cantonnée à cette seule spécialité. Le rubidium 82 est par exemple de plus en plus utilisé aux États-Unis pour visualiser l’activité cardiaque de perfusion du myocarde. Ainsi, « en neurologie, complète le Pr Patrick Bourguet, la TEP au FDG permet de visualiser les circuits de transmission de neurotransmetteurs comme la dopamine ou la sérotonine. Elle contribue déjà au diagnostic de certaines formes d’épilepsie et de démence. » De son coté, le rubidium 82 est par exemple de plus en plus utilisé aux États-Unis pour visualiser l’activité cardiaque.

Par ailleurs, d’autres radiotraceurs testés jadis au cours de recherches cliniques recommencent à susciter de l’intérêt et à faire leurs preuves pour révéler et quantifier divers phénomènes cellulaires. En cancérologie tout d’abord : « Le cuivre 64 cou- plé à une petite molécule appelée ATSM semble être un bon marqueur de l’hypoxie tumorale, affirme le Professeur Chatal. À l’avenir, on pourrait s’en servir pour renforcer la dose d’irradiation de radiothérapie là où la tumeur est peu oxygénée. Au niveau moléculaire, des radiotraceurs permettant de visualiser l’angiogénèse (formation de nouveaux vaisseaux tumoraux) ou l’apoptose (mort program- mée d’une cellule) pourraient également arriver prochainement sur le marché. »

BIENTÔT DES CYCLOTRONS DE POCHE

La France compte plus de vingt cyclotrons assurant la production principalement de fluor-18 pour la médecine nucléaire. Ces équipements de pointe occupent des surfaces de plusieurs dizaines de mètres carrés, à distance des services de méde- cine nucléaire dans lesquels les patients sont pris en charge. Aussi faut-il transporter les traceurs d’un endroit à l’autre. Pendant le trajet, une quantité non négligeable de radioactivité décroit et le radio- traceur devient inutilisable pour l’imagerie. Pour contourner le problème, des industriels com- mencent à proposer des cyclotrons « de poche », adaptés au gabarit d’une pièce standard et qui pèsent entre une et quatre tonnes. Objectif : pro- duire sur place et à la demande les marqueurs nécessaires à l’imagerie et aux traitements de médecine nucléaire. Cette proximité, couplée à l'arrivée de TEP-CT numériques à la sensibilité plus élevée, permettra l'utilisation de nouveaux traceurs à durée de vie très courte.

L’ÈRE DE LA TEP-IRM

En matière d’imagerie TEP, la dernière innovation en date consiste à remplacer le scanner par un appareil d’IRM pour former un appareil de très haute technologie appelé TEP-IRM (ou PET-MRI en anglais). Seuls quelques-uns de ces imageurs hybrides existent pour le moment à travers le monde. Alors que la première machine du genre est sur le point d’être mise en service en France, à Lyon, ses modalités d’usage restent encore à défi- nir. « Pour l’heure, observe le Professeur Chatal, les indications respectives des TEP-scan et des TEP- IRM suscitent de vastes débats. En pratique, cela permet de délivrer moins d’irradiations au patient, ce qui pourrait s’avérer très utile en pédiatrie. On y verra certainement plus clair d’ici deux ans. »

 

 

A savoir

« J'ai évité un changement de prothèse »

Huit mois après s'être fait poser une prothèse du genou, Françoise, 72 ans, déclare un érysipèle qui la fait beaucoup souffrir. Les médecins penchent pour une infection de la prothèse. On lui prescrit des antibiotiques et suggère une intervention de remplacement. « L'un des médecins avait un doute car les cultures biologiques restaient négatives. Il pensait qu'il pouvait s'agir d'un épisode inflammatoire lié à une poussée de spondylarthrite ankylosante. J'ai alors fait toute une série d'examens qui n'ont rien donné. C'est le PET-scan qui a finalement fait la différence. Il a permis d'éliminer l'hypothèse de l'infection et de confirmer le diagnostic inflammatoire. Grâce à cela, j'ai évité un changement de prothèse dans les quarante-huit heures ! »

 

 

De l’observation au soin

 

Tandis que l’échographie pousse toujours plus loin l’exploration anatomique, de nouvelles technologies utilisant les ultrasons sont en passe de révolutionner le diagnostic mais aussi la prise en charge de certains cancers, des hépatites ou encore du glaucome.


A QUOI CA SERT ?

Aujourd’hui, l’examen échographique est devenu incontournable pour suivre le développement du fœtus et le déroulement de la grossesse. Un tel usage est relativement récent puisqu’il n’a qu’une quarantaine d’années. L'échographie est également en train de passer de l’observation à l’action, l’utili- sation des ultrasons à des fins thérapeutiques fai- sant actuellement l’objet de multiples recherches et allant au-delà d’une utilisation dans le cadre d’une grossesse.

COMMENT CA MARCHE ?

Modalité d’imagerie anatomique et fonctionnelle, l’échographie fournit une vue de l’intérieur du corps humain en deux voire trois dimensions à partir de l’émission d’ultrasons de faible intensité. Générées par une sonde posée sur le corps, ces ondes de compression traversent les milieux liquides à la vitesse de 1 500 mètres par seconde. Elles rebon- dissent sur les tissus qu’elles rencontrent à la manière d’une balle de tennis. La sonde capte ces échos et les transmet à un appareil qui assure leur conversion en signaux vidéo, dessinant à l’écran l’image de la zone étudiée.

UNE HISTOIRE D’INNOVATIONS

L’hypersonographie : c’est ainsi que les Autrichiens Karl Dussik, médecin, et son frère Friederick, physi- cien, appelèrent en 1947 leur technique de dia- gnostic médical utilisant les ultrasons pour visuali- ser les ventricules cérébraux. Avant eux, personne n’avait encore eu l’idée d’exploiter les caractéris- tiques de ces ondes à des fins médicales. Quelques années plus tard, en 1951, le premier échographe vit le jour en Grande-Bretagne, destiné à la recherche de tumeurs cérébrales.

LA RÉVOLUTION DU BALAYAGE ÉLECTRONIQUE

Utilisés en routine pour la clinique depuis le début des années soixante-dix, les premiers échographes étaient équipés de sondes monovoie, c’est-à-dire capables d’émettre des ondes dans une seule direction. Les images étaient obtenues très lente- ment en promenant la sonde à la surface du corps. « Une première révolution survint à la fin des années soixante-dix grâce aux progrès de l’électronique et au développement de l’informatique, donnant un coup d’accélérateur à la  reconstruction  d’images. Les barrettes multiéléments permettent d’effectuer des balayages électroniques qui fournissent en un temps  de  plus  en  plus  court  des   données   de plus en plus nombreuses », explique Jean-Yves Chapelon qui dirige, à l'Inserm à Lyon, le laboratoire Thérapies et applications ultrasonores. À la même époque, les signaux numériques, qui peuvent être stockés, firent leur apparition et les capacités de mémorisation des données augmentèrent rapide- ment. En quelques années, le numérique envahit les appareils et supplanta le traitement d’images analogiques. Parallèlement, les séquences d’images s’accélèrent jusqu’à permettre l’acquisition en temps réel.

L’AVÈNEMENT DE LA TECHNIQUE DITE ÉCHO-DOPPLER

À la même époque, un autre examen utilisant les propriétés des ondes sonores vit le jour : le Doppler qui s’appuie sur l’effet du même nom décrit au x ixe siècle par un physicien autrichien. Couplée à l’écho- graphie classique, la technique dite écho-doppler fournit une imagerie fonctionnelle qui explore les caractéristiques du flux sanguin dans le cœur et les vaisseaux. Elle est aujourd’hui très pratiquée en médecine vasculaire et permet de repérer ou, au contraire, d’éliminer l’hypothèse de pathologies telles que la thrombose, la phlébite, la sténose ou l’anévrisme. Pour cela, la sonde doppler, posée sur la peau, émet des ultrasons qui traversent la cavité cardiaque et les parois des vaisseaux avant d’être réfléchis par les globules rouges dont on peut alors suivre la vitesse, le trajet et les turpitudes.

L’ÉCHOGRAPHIE DEVIENT FONCTIONNELLE

À partir des années quatre-vingt et plus encore dans la décennie quatre-vingt-dix, les technologies de reconstruction d’images furent suffisamment performantes pour que l’échographie elle-même devienne fonctionnelle. On ne se contenta plus d’explorer la biométrie des différents organes : on pouvait désormais assister en direct à l’activité du muscle cardiaque, aux mouvements du fœtus ou à la réaction d’un tissu sous l’effet d’un geste. À ce jour, tous les organes mous tels que le foie, les reins, la vessie, la prostate ou les muscles peuvent être explorés par échographie. Seuls le cerveau et les poumons font figures d’exception. Le premier parce que la boîte crânienne qui l’entoure stoppe net les ondes de compression et les seconds à cause de l’air dont ils sont emplis qui empêche la transmission ultrasonore.

L’INTÉRÊT DES MICROBULLES

Les progrès technologiques et le coût de plus en plus abordable des composants électroniques ont permis de repousser les limites de l’échographie. Les sondes ultrasonores devinrent de plus en plus petites, ce qui ouvrit la voie à de nouvelles explora- tions des organes digestifs, à l’aide d’endoscopes, et intravasculaires, y compris au niveau des artères coronaires qui mesurent moins de 5 millimètres. En cancérologie, on a aujourd’hui recours à l’échogra- phie dite de contraste, technique non invasive qui augmente la sensibilité de détection des tumeurs. Cette modalité utilise des produits de contraste - des microbulles - qui améliorent l’intensité du signal recueilli. Injectés en intraveineuse, ils se fixent préfé- rentiellement sur les tissus largement irrigués. Or, les tumeurs et les métastases sont plus vasculari- sées que les tissus sains. Et plus récemment, les techniques de wash-in (fixation) et wash-out (relar- gage) des produits de contraste contribuent à définir les caractéristiques des échanges sanguins dans les tissus tumoraux. L’identification des produits de contraste fait aujourd’hui l’objet de recherches. « L’enjeu est important puisqu’il s’agit de poser un diagnostic et de suivre une pathologie de la manière la moins invasive possible mais avec une précision optimale, souligne Jean-Yves Cha- pelon. Pour un patient atteint d’un cancer de la prostate, le jour où l’échographie de contraste de- viendra systématique en lieu et place des biopsies, ce sera pour lui la fin des ponctions. »

L’ÉLASTOGRAPHIE, UNE « SISMOLOGIE DU CORPS »

L’évolution de l’échographie se poursuivit également à travers l’élastographie. L’histoire de cette nouvelle technique débute en 1987. Jusqu’à cette date, on pensait que les ondes de cisaillement, mises en évi- dence par les sismologues, ne pouvaient pas circu- ler dans le corps humain à la différence des ondes de compression. De fait, aux fréquences ultraso- nores, seules les ondes de compression voyagent dans les tissus biologiques tandis que les ondes de cisaillement sont très vite absorbées. Aussi a-t-il fallu attendre que les capteurs et les systèmes de détection des échographes gagnent en sensibilité et en rapidité pour pouvoir les visualiser. L’élastogra- phie utilise ces ondes de cisaillement, générées par des ondes de fréquence sonore, pour mesurer l’élasticité de palpation d’un organe et désigner des zones anormalement dures à l’instar des nodules. Aujourd’hui, l’imagerie multi-ondes combine ondes  sonores et ultrasonores pour obtenir de nouvelles images du corps humain et de l’élasticité des organes avec un contraste et une résolution inéga- lés jusqu’alors et une précision inférieure au milli- mètre. Si bien que l'on est aujourd’hui capable de mesurer le degré de fibrose du foie ou d’évaluer l’efficacité d’un traitement contre l’hépatite C à l’écran et non plus à partir d’une biopsie.

DES ULTRASONS QUI SOIGNENT

Enfin, les ultrasons sont également en train de pas- ser de l’observation à l’action. Ainsi, leur utilisation à des fins thérapeutiques fait actuellement l’objet de multiples recherches. Du reste, le domaine de la thérapie à haute intensité est le premier à avoir été exploré par le corps médical dans l’entre-deux Guerres, avant le développement de l’imagerie. Comme les rayons du soleil passant au travers d’une loupe, un faisceau d’ultrasons de haute inten- sité génère un effet thermique. Ciblé sur une zone donnée, celui-ci peut en détruire tout ou partie. La méthode des ultrasons focalisés à haute intensité, dite HIFU, vise donc à provoquer la nécrose cellu- laire, notamment au niveau d’une tumeur. Elle a d’abord été utilisée pour le traitement focal, c’est-à- dire ciblé, du cancer de la prostate comme option alternative à la chirurgie (voir encadré). Dans les années 2000 est apparue une nouvelle génération de machines couplant ces ultrasons thérapeutiques à un système de guidage par IRM. Le traitement du fibrome utérin a été le premier à bénéficier de cette avancée. «  Des  recherches  cliniques  prometteuses sont en cours pour développer la méthode des HIFU au traitement du glaucome mais aussi du tremblement essentiel, la maladie de Parkinson ou encore des douleurs centrales », souligne Jean- Yves Chapelon. Elle pourrait en outre prochaine- ment investir les établissements de soins pour venir à bout des métastases hépatiques ou des tumeurs cérébrales profondes.

 

A savoir

QUAND LES JEUX VIDÉO SONT SOURCE D’INSPIRATION

Alors que les échographes fonctionnaient surtout grâce à l’électronique embarquée, des industriels étendent aujourd’hui cette intelligence aux logiciels puisés dans l’univers du jeu vidéo. Une industrie connue pour sa haute qualité d’images et ses prouesses graphiques, avec laquelle ils ont noué des partenariats. Ces échographes nouvelle génération de très haute définition contiennent donc un nombre restreint de cartes électroniques et des logiciels qui pilotent les processus graphiques. Résultat : l’acquisition de données est beaucoup plus rapide, ce qui pourrait bientôt permettre de visualiser des phénomènes jusqu’alors invisibles.

 

 


 

 

 

Quand l’image guide le geste

 

Près de soixante ans après la réalisation des premiers abords endovasculaires, l’imagerie interventionnelle a envahi les salles d’opération pour assister les médecins dans leurs gestes diagnostiques et thérapeutiques. Pour le plus grand bénéfice des patientsqui gagnent en confort, en sécurité et rentrent plus vite chez eux.

 

A QUOI CA SERT ?

L’imagerie interventionnelle rassemble toutes les modalités d’imagerie utilisées afin de guider des gestes diagnostiques ou thérapeutiques effectués à l’intérieur du corps. Elle inclut la radiologie inter- ventionnelle, pratiquée par des radiologues, mais aussi la neuroradiologie interventionnelle au niveau du cerveau, la cardiologie interventionnelle et la chirurgie interventionnelle. À la différence des inter- ventions chirurgicales classiques, ces techniques consistent à poser une endoprothèse, à pratiquer une ponction, à détruire une tumeur, à effectuer une embolisation ou encore à drainer un organe sous contrôle visuel sans « ouvrir » le patient. Et ce, grâce à l’imagerie qui permet au médecin de visualiser avec précision la lésion ou la zone à atteindre et lui sert de support pour effectuer son geste. Ce type d’acte, lorsqu’il est indiqué, présente l’avantage d’être moins traumatisant pour l’organisme et né- cessite une anesthésie moins longue, ce qui amé- liore à la fois la sécurité et le confort du patient et réduit la durée de l’hospitalisation. Dans certains cas, le suivi à domicile est envisageable dès lors que l’intervention destinée à installer le dispositif thérapeutique a eu lieu.

COMMENT CA MARCHE ?

Deux voies d’accès à l’organe ou au tissu sont pos- sibles et le choix dépend de l’acte envisagé. L'abord se fait soit par les vaisseaux sanguins (voie endovasculaire), soit à travers la peau (voie percutanée). Le guidage par imagerie permet de s’assurer, en temps réel, du bon positionnement de l’extrémité de l’aiguille, du cathéter ou de tout autre dispositif nécessaire au geste in situ. Grâce aux systèmes de fusion d’images, on parvient désor- mais à recaler les images obtenues préalablement sur celles disponibles en salle d’intervention, de manière à compiler les informations des différentes vues. Cela consiste, par exemple, à ramener en salle d’angiographie des clichés d’échographie de scanner ou d'IRM.

UNE HISTOIRE D’INNOVATIONS

On estime que l’imagerie interventionnelle moderne est née avec la radiologie interventionnelle et, dans les années soixante, avec les premières procédures endovasculaires. Le Pr Charles Dotter, considéré comme l’un des pionniers de la radiologie interventionnelle, réalisa la première dilatation artérielle per- cutanée en 1964, aux États-Unis, au niveau de l’ar- tère poplitée (qui irrigue le genou, la jambe et le pied) d’une patiente atteinte de gangrène. Il opère alors sous contrôle angiographique (une modalité d’imagerie des vaisseaux aux rayons X) pour diriger le cathéter et placer le dilatateur à l’endroit souhaité. Treize ans plus tard, un cardiologue, le Pr Andreas Grünzig, améliora sensiblement la technique en mettant au point la dilatation par ballonnet qui ouvrit la voie à l’angioplastie des coronaires (coronaro- plastie).

LES TECHNIQUES D’EMBOLISATION

Les techniques d’embolisation sous angiographie sont un peu plus récentes puisque la première d’entre elles a été réalisée en 1973. Au fil des années, s’est développé tout un arsenal d’agents d’embolisation comme les coils, ces pelotes de fil de métal destinées à obstruer une artère afin que le sang n’y circule plus. Les neuroradiologues se sont appropriés cette approche qui permet de prendre en charge les malformations vasculaires hémorra- giques et de prévenir certains accidents de type AVC. « Plusieurs innovations techniques se sont succédé concernant les coils, note le Pr Alain Bonafé, neuroradiologue au CHU de Montpellier. Parmi les plus récentes, les cages intra-anévris- males permettent de déposer en une seule fois l'équivalent de plusieurs dizaines de coils dans les vaisseaux cérébraux tandis que les systèmes de diversion de flux servent à reconstruire le vaisseau porteur. » Les chercheurs travaillent également à mettre au point de nouveaux agents liquides d’em- bolisation sous forme de gel avec certaines proprié- tés de viscosité ou d’opacité.

EN ONCOLOGIE

L’oncologie aussi a largement bénéficié des apports de l’imagerie interventionnelle en général, d’abord pour diagnostiquer les tumeurs au moyen de biop- sies effectuées par voie transcutanée puis pour traiter certaines tumeurs. « La première chimio-embolisation remonte au début des années quatre-vingt et a introduit la possibilité de procéder à des traitements oncologiques par radiologie inter- ventionnelle », rappelle le Pr Vincent Vidal, Directeur du laboratoire d’imagerie interventionnelle expéri- mentale de l’Université Aix-Marseille. Par la suite, d’autres traitements ont vu le jour, administrés à l’aide d’une aiguille positionnée en percutané. La thermoablation (destruction par le chaud), qui re court à des courants électriques alternatifs pour brûler les tissus tumoraux, est utilisée depuis la fin des années quatre-vingt-dix afin de traiter certaines tumeurs hépatiques. Elle est à présent également validée pour le poumon, le rein et l’os. À l’inverse, la cryoablation utilise les propriétés du froid pour détruire les cellules tumorales. Au chapitre des innovations, l’électroporation suscite des espoirs en thermothérapie•G des tumeurs pan- créatiques car la technique permet d’envoyer un courant électrique qui détruit les zones tumorales sans créer d’échauffement dans les tissus voisins. Par ailleurs, on commence à traiter certains can- cers du foie par radioembolisation percutanée, c’est-à-dire par administration de substances radio- thérapeutiques au contact direct de la tumeur.

LA PRODUCTION D’IMAGES

À mesure que les indications diagnostiques et thé- rapeutiques de l’imagerie interventionnelle se déve- loppent, les systèmes de guidage et de contrôle par l’image qui lui sont nécessaires se perfectionnent. Ainsi après l’angiographie, c’est le scanner, l’écho- graphie et plus récemment l’IRM qui ont été de plus en plus souvent mis à contribution pour aider au pilotage du geste, d’une part, et à sa planification, d’autre part. « Le guidage sous IRM est intéressant car il ne produit aucune irradiation, justifie Vincent Vidal. En revanche, il impose de n’utiliser absolu- ment aucun matériel ferromagnétique, pas même une aiguille métallique. » Les techniques récentes de fusion d’images permettent de s’abstraire de cette contrainte en calquant les vues IRM de la zone cible obtenues en amont sur celles aux rayons X de l’intervention en cours. Développer les capacités de modélisation des équipements d’imagerie afin de visualiser le mou- vement de certains organes, comme le rein ou le foie, sous l’effet de la respiration constitue l’un des autres défis à relever dans les prochaines années. Ainsi une thérapie ultralocalisée, comme les ultra- sons focalisés de haute intensité (HIFU, en anglais), aurait-elle plus de chances d’atteindre parfaite- ment sa cible en continu. Enfi , plusieurs innova- tions visent à réduire les doses de rayons X admi- nistrées au patient pour produire les images. L’enjeu est d’autant plus important que les procé- dures interventionnelles sont le plus souvent lon- gues et qu’il est crucial de conserver une bonne qualité d’image avec une dose la plus faible pos- sible tout au long de l’intervention.

 

 

A savoir

UNE SALLE HYBRIDE CARDIOVASCULAIRE DE POINTE À LILLE

La salle hybride robotisée inaugurée fin 2012 au CHRU de Lille est un concentré d’innovations en cardiologie interventionnelle. L’originalité de la plate-forme de fabrication française tient au fait que les chirurgiens cardiovasculaires disposent, au sein d’un bloc opératoire aseptisé, de toute une gamme d’options pour l’imagerie 3D et la fusion de modalités embarquées dans un système mobile qui peut se déplacer autour du patient. Des interventions mini-invasives par voies endovasculaire et percutanée, notamment en cas de rupture d’anévrisme de l’aorte, de rétrécissement de la valve aortique ou encore d’accident vasculaire cérébral, y sont réalisées y compris pour des patients inopérables par ailleurs car trop fragiles.