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Article dossier jeunes | La radioactivité | L'imagerie médicale

Les principes et les outils - Deuxième Partie (2/6)

Mis à jour le mars 2011

L'histoire de l'imagerie médicale en quelques dates.
1937
J.-G. Hamilton effectue
la première utilisation clinique du sodium radioactif.
   
1938
S. Hertz utilise de l’iode
radioactif (131I) pour l’étude de la physiologie thyroïdienne.
   
1939
G. C. de Hevesy met au point une méthode de détermination du volume sanguin utilisant
des globules rouges marqués au phosphore (32P). J.H. Lawrence utilise ce procédé pour étudier les leucémies.
   
1942
J.-G. Hamilton effectue les premières applications thérapeutiques de l’131I et du 32P.
   
1950
Le premier scanner manuel apparaît, doté d’un compteur Geiger-Müller, puis d’un compteur à scintillations.
Cette technique sera améliorée l’année suivante par B. Cassen,
qui crée un scanner rectilinéaire.
   
1957
H.O. Anger invente une caméra
à scintillations, gamma-caméra capable de produire des images en corrélation avec le fonctionnement des organes,
c’est la scintigraphie
   
     
1963
Godfrey Newbold Hounsfield, ingénieur britannique, met au point des algorithmes mathématiques, qui sont appliqués ensuite par Allan M. Cormack pour les scanners.
   
1973
Première image d’IRM.
   
 
La tomographie par émission de simple photon (TEMP)
La TEMP utilise des isotopes radioactifs émetteurs de simples photons détectés à l’aide d’une gamma-caméra, composée de scintillateurs. L’émission d’un photon unique rend plus délicate la localisation du radiotraceur et les corrections par algorithme. À la différence de la TEP, la tomographie par émission de simple photon n’est pas une méthode quantitative.
D’autres spécificités caractérisent la TEMP. Les isotopes émetteurs de photons gamma (xénon 133, iode 123, technétium 99…) ne figurent pas dans les molécules biologiques comme le carbone, l’oxygène, l’hydrogène, l’azote, le phosphore ou le soufre. Ils peuvent donc modifier l’activité de la molécule d’intérêt biologique dans laquelle ils sont incorporés. De plus, leur période radioactive (quelques heures) est bien plus longue que celle des émetteurs de positons.
Cependant, les gamma-caméras, plus simples techniquement et moins coûteuses que les caméras utilisées pour la TEP, sont beaucoup plus répandues en milieu hospitalier (cardiologie, scintigraphie osseuse…).

L'IMAGERIE PAR RÉSONANCE MAGNÉTIQUE NUCLÉAIRE (IRM)
L’imagerie par résonance magnétique nucléaire est une méthode d’imagerie fonctionnelle d’investigation in vivo non traumatique. Elle utilise le phénomène de la Résonance magnétique nucléaire (RMN), technique de spectroscopie découverte en 1946.
L’organisme est constitué d’atomes ou d’assemblages d’atomes (molécules). La RMN et l’imagerie par RMN (IRM) font appel aux propriétés magnétiques des noyaux atomiques des molécules. Elles utilisent un aimant avec un champ magnétique élevé et homogène ainsi qu’un équipement électronique et informatique spécialisé. L’imagerie par résonance magnétique (ou IRM) est une technique capable d’étudier des tissus dits mous, tels que le cerveau, la moelle épinièreeunes/themes/la_radioactivite/l_imagerie_medicale/Image_06.jpg, les muscles… Elle permet d’en connaître la structure anatomique, mais également d’en suivre le fonctionnement ou le métabolisme ; il s’agit dans le premier cas d’une IRM anatomique, dans le deuxième d’une IRM fonctionnelle.

Principe de la résonance magnétique nucléaire (RMN)
Certains noyaux, tel que l’hydrogène, sont dotés d’un moment magnétique ou spin. Ils se comportent comme des aiguilles aimantées et adoptent différentes orientations selon le champ magnétique. L’application d’une onde électromagnétique de fréquence adaptée – la fréquence de résonance – peut faire basculer l’orientation de ces spins, lesquels émettent des signaux électromagnétiques lorsqu’ils retrouvent leur position d’origine.
Cette technique remonte au début des années 1970. Pour obtenir une image, le principe consiste à appliquer un champ magnétique élevé et variable dans l’espace de sorte que la fréquence de résonance change d’un point à l’autre de l’objet pour un même noyau. Avec une onde de fréquence fixe, seule une région entrera en résonance et fournira un signal. En décalant le champ magnétique, une région différente se trouvera en situation de résonance. Ceci permet de sonder une autre zone de l’objet. Le signal magnétique émis par les noyaux juste après la résonance est détecté et un traitement informatique permet de reconstruire une image tridimensionnelle présentée en coupes successives.
 

Schéma du principe de fonctionnement de la gamma-caméra
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Les gamma-caméras, plus simples et moins coûteuses que celles utilisées pour la TEP, sont très répandues en milieu hospitalier.
“Des techniques d’imagerie fonctionnelle
au service de la science,
de la médecine, de l’innovation thérapeutique.”
  Spectroscopie 
Instrument permettant l’analyse par dispersion d’un rayonnement sous forme de spectre.

Tableau analysant
la période des radioéléments
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Salle d’imagerie par
résonance magnétique.

Schéma d'une salle IRM
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IRM anatomique
En observant, sous l’effet d’un champ magnétique intense, la résonance des noyaux d’hydrogène, présents en abondance dans l’eau et les graisses des tissus biologiques, on peut visualiser la structure anatomique d’un organe. Cette méthode peut être utilisée pour le diagnostic de tumeurs cancéreuses ou pour localiser certaines malformations (par exemple à l’origine d’épilepsies).
Images du cerveau obtenues par IRM anatomique.
  “L’IRM utilise les propriétés magnétiques des noyaux atomiques des molécules présents naturellement dans l’organisme.”
IRM fonctionnelle (IRMf)
Avec le développement de techniques ultrarapides d’acquisition et de traitement de données, il est devenu possible de réaliser des images RMN en des temps suffisamment brefs (jusqu’à 0,02 seconde) pour suivre certains aspects du métabolisme.
Quand nous parlons, lisons, bougeons, pensons…, certaines aires de notre cerveau s’activent. Cette activation des neurones se traduit par une augmentation du débit sanguin local dans les régions cérébrales concernées. L’IRM permet d’obtenir des images du débit sanguin avec une grande précision anatomique (1 mm) et temporelle (1/10e de seconde).
La méthode la plus utilisée actuellement est celle basée sur l’aimantation de l’hémoglobine contenue dans les globules rouges du sang. L’hémoglobine se trouve sous deux formes :
• les globules rouges oxygénés par les poumons contiennent de l’oxyhémoglobine (molécule non active en RMN) ;
• les globules rouges désoxygénés par les tissus contiennent de la désoxyhémoglobine (active en RMN).
En suivant la perturbation du signal de RMN émis par cette molécule, il est donc possible d’observer l’afflux de sang oxygéné, qui chasse le sang désoxygéné, et ainsi les zones actives du cerveau. En faisant l’acquisition d’images à une cadence rapide (une image toutes les secondes), il est possible de suivre en direct, sous forme de film, les modulations de débit sanguin liées à l’activité cérébrale.

Spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (SRM)
La SRM complète ce panel de technologies en fournissant une méthode non invasive d’étude de la biochimie et du métabolisme du système nerveux central. Elle permet la quantification précise de plusieurs dizaines de molécules et est basée sur le même principe que l’IRM.
 
IRM fonctionnelle cérébrale. Les régions en jaune correspondent aux zones corticales activées lors de la stimulation du sujet.
Spectre RMN haute résolution du cerveau.