1.7 Imagerie médicale
Objectifs d'apprentissage
À la fin de cette section, vous serez en mesure de :
- Discuter des utilisations et des inconvénients de l'imagerie par rayon X
- Identifier quatre techniques d'imagerie médicale modernes et leur utilisation
Pendant des milliers d'années, la peur des morts et les sanctions légales ont limité la capacité des anatomistes et des médecins à étudier les structures internes du corps humain. L'incapacité à contrôler les saignements, les infections et la douleur rendait les chirurgies rares, et celles qui étaient pratiquées – comme la suture de plaies, les amputations, l'extraction de dents et de tumeurs, la trépanation du crâne et les césariennes – n'ont pas grandement fait progresser les connaissances sur l'anatomie interne. Les théories sur le fonctionnement du corps et sur les maladies étaient donc largement basées sur des observations externes et l'imagination. Cependant, au cours des quatorzième et quinzième siècles, les dessins anatomiques détaillés de l'artiste et anatomiste italien Léonard de Vinci et de l'anatomiste flamand André Vésale furent publiés, et l'intérêt pour l'anatomie humaine commença à croître. Les écoles de médecine commencèrent à enseigner l'anatomie en utilisant la dissection humaine ; bien que certaines aient eu recours au vol de sépultures pour obtenir des cadavres. Des lois furent finalement adoptées qui permirent aux étudiants de disséquer les cadavres de criminels et de ceux qui faisaient don de leur corps à la recherche. Pourtant, ce n'est qu'à la fin du XIXe siècle que les chercheurs médicaux découvrirent des méthodes non chirurgicales pour regarder à l'intérieur du corps vivant.
Rayons X
Le physicien allemand Wilhelm Röntgen (1845–1923) expérimentait avec le courant électrique lorsqu'il découvrit qu'un « rayon » mystérieux et invisible traversait sa chair mais laissait un contour de ses os sur un écran recouvert d'un composé métallique. En 1895, Röntgen réalisa le premier enregistrement durable des parties internes d'un être humain vivant : une image « aux rayons X » (comme elle fut appelée par la suite) de la main de sa femme. Les scientifiques du monde entier commencèrent rapidement leurs propres expériences avec les rayons X, et en 1900, les rayons X étaient largement utilisés pour détecter une variété de blessures et de maladies. En 1901, Röntgen reçut le premier prix Nobel de physique pour ses travaux dans ce domaine.
Le rayon X (X-ray) est une forme de rayonnement électromagnétique de haute énergie avec une courte longueur d'onde capable de pénétrer les solides et d'ioniser les gaz. Tels qu'ils sont utilisés en médecine, les rayons X sont émis par un appareil à rayons X et dirigés vers une plaque métallique spécialement traitée placée derrière le corps du patient. Le faisceau de rayonnement entraîne un noircissement de la plaque radiographique. Les rayons X sont légèrement entravés par les tissus mous, qui apparaissent en gris sur la plaque radiographique, tandis que les tissus durs, tels que les os, bloquent largement les rayons, produisant une « ombre » de teinte claire. Ainsi, les rayons X sont mieux utilisés pour visualiser les structures corporelles dures telles que les dents et les os (Figure 1.18). Cependant, comme de nombreuses formes de rayonnement de haute énergie, les rayons X sont capables d'endommager les cellules et d'initier des changements qui peuvent conduire au cancer. Ce danger d'exposition excessive aux rayons X n'a pas été pleinement apprécié pendant de nombreuses années après leur utilisation généralisée.
Les perfectionnements et améliorations des techniques de rayons X se sont poursuivis tout au long des XXe et XXIe siècles. Bien que souvent supplantés par des techniques d'imagerie plus sophistiquées, les rayons X restent un « cheval de bataille » en imagerie médicale, notamment pour la visualisation des fractures et en dentisterie. L'inconvénient de l'irradiation pour le patient et l'opérateur est désormais atténué par une protection appropriée et par la limitation de l'exposition.
Imagerie médicale moderne
Les rayons X peuvent représenter une image bidimensionnelle d'une région du corps, et ce, sous un seul angle. En revanche, les technologies d'imagerie médicale plus récentes produisent des données qui sont intégrées et analysées par des ordinateurs pour produire des images tridimensionnelles ou des images qui révèlent des aspects du fonctionnement corporel.
Tomodensitométrie
La tomographie fait référence à l'imagerie par coupes. La tomodensitométrie (TDM) (computed tomography (CT)) est une technique d'imagerie non invasive qui utilise des ordinateurs pour analyser plusieurs radiographies en coupe transversale afin de révéler des détails infimes sur les structures du corps (Figure 1.19a). La technique a été inventée dans les années 1970 et est basée sur le principe selon lequel, lorsque les rayons X traversent le corps, ils sont absorbés ou réfléchis à différents niveaux. Dans cette technique, un patient est allongé sur une plateforme motorisée tandis qu'un scanner de tomographie axiale informatisée (CAT) tourne à 360 degrés autour du patient, prenant des images radiographiques. Un ordinateur combine ces images en une vue bidimensionnelle de la zone scannée, ou « coupe ».
Depuis 1970, le développement d'ordinateurs plus puissants et de logiciels plus sophistiqués a rendu la TDM courante pour de nombreux types d'évaluations diagnostiques. Elle est particulièrement utile pour l'examen des tissus mous, tels que le cerveau et les viscères thoraciques et abdominaux. Son niveau de détail est si précis qu'il peut permettre aux médecins de mesurer la taille d'une masse au millimètre près. Le principal inconvénient de la TDM est qu'elle expose les patients à une dose de rayonnement plusieurs fois supérieure à celle des rayons X. En fait, les enfants qui subissent des TDM ont un risque accru de développer un cancer, tout comme les adultes qui subissent plusieurs TDM.
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Un scanner TDM ou CAT repose sur un scanner circulaire qui tourne autour du corps du patient. Regardez cette vidéo pour en savoir plus sur les scanners TDM et CAT. Quel type de rayonnement un scanner TDM utilise-t-il ?
Imagerie par résonance magnétique
L'imagerie par résonance magnétique (IRM) (magnetic resonance imaging (MRI)) est une technique d'imagerie médicale non invasive basée sur un phénomène de physique nucléaire découvert dans les années 1930, selon lequel la matière exposée à des champs magnétiques et à des ondes radio émettait des signaux radio. En 1970, un médecin et chercheur nommé Raymond Damadian a remarqué que les tissus malins (cancéreux) émettaient des signaux différents de ceux des tissus corporels normaux. Il a déposé un brevet pour le premier appareil de scanner IRM, qui était utilisé cliniquement au début des années 1980. Les premiers scanners IRM étaient rudimentaires, mais les avancées en informatique numérique et en électronique ont conduit à leur amélioration par rapport à toute autre technique pour une imagerie précise, notamment pour la détection des tumeurs. L'IRM présente également l'avantage majeur de ne pas exposer les patients aux rayonnements.
Les inconvénients des scanners IRM incluent leur coût beaucoup plus élevé et l'inconfort du patient pendant la procédure. Le scanner IRM soumet le patient à des électroaimants si puissants que la salle d'examen doit être blindée. Le patient doit être enfermé dans un dispositif métallique en forme de tube pendant toute la durée de l'examen (voir Figure 1.19b), parfois jusqu'à trente minutes, ce qui peut être inconfortable et peu pratique pour les patients malades. L'appareil est également si bruyant que, même avec des bouchons d'oreille, les patients peuvent devenir anxieux voire effrayés. Ces problèmes ont été quelque peu surmontés avec le développement de l'IRM « ouverte », qui ne nécessite pas que le patient soit entièrement enfermé dans le tube métallique. Les patients porteurs d'implants métalliques contenant du fer (sutures internes, certains dispositifs prothétiques, etc.) ne peuvent pas subir d'IRM car cela peut déloger ces implants.
Les IRM fonctionnelles (IRMf), qui détectent la concentration du débit sanguin dans certaines parties du corps, sont de plus en plus utilisées pour étudier l'activité de certaines parties du cerveau lors de diverses activités corporelles. Cela a aidé les scientifiques à en apprendre davantage sur les localisations des différentes fonctions cérébrales et sur les anomalies et maladies cérébrales.
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Un patient subissant une IRM est entouré d'un scanner en forme de tube. Regardez cette vidéo pour en savoir plus sur les IRM. Quelle est la fonction des aimants dans une IRM ?
Tomographie par émission de positons
La tomographie par émission de positons (TEP) (positron emission tomography (TEP)) est une technique d'imagerie médicale impliquant l'utilisation de ce que l'on appelle des produits radiopharmaceutiques, des substances qui émettent des rayonnements de courte durée et donc relativement sûres à administrer au corps. Bien que le premier scanner TEP ait été introduit en 1961, il a fallu 15 ans de plus avant que les produits radiopharmaceutiques ne soient combinés à la technique et ne révolutionnent son potentiel. Le principal avantage est que la TEP (voir Figure 1.19c) peut illustrer l'activité physiologique – y compris le métabolisme des nutriments et le débit sanguin – de l'organe ou des organes ciblés, tandis que les scanners TDM et IRM ne peuvent montrer que des images statiques. La TEP est largement utilisée pour diagnostiquer une multitude de conditions, telles que les maladies cardiaques, la propagation du cancer, certaines formes d'infection, les anomalies cérébrales, les maladies osseuses et les maladies thyroïdiennes.
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La TEP repose sur des substances radioactives administrées plusieurs minutes avant l'examen. Regardez cette vidéo pour en savoir plus sur la TEP. Comment la TEP est-elle utilisée en chimiothérapie ?
Échographie
L'échographie (ultrasonography) est une technique d'imagerie qui utilise la transmission d'ondes sonores à haute fréquence dans le corps pour générer un signal d'écho qui est converti par un ordinateur en une image en temps réel de l'anatomie et de la physiologie (voir Figure 1.19d). L'échographie est la moins invasive de toutes les techniques d'imagerie, et elle est donc utilisée plus librement dans des situations sensibles telles que la grossesse. La technologie a été développée pour la première fois dans les années 1940 et 1950. L'échographie est utilisée pour étudier la fonction cardiaque, le débit sanguin dans le cou ou les extrémités, certaines conditions telles que les maladies de la vésicule biliaire, et la croissance et le développement fœtal. Les principaux inconvénients de l'échographie sont que la qualité de l'image dépend fortement de l'opérateur et qu'elle est incapable de pénétrer les os et les gaz.