I. L ’imagerie médicale
1.Histoire de l’imagerie médicale
1895 : La découverte des rayons X revient à un physicien allemand: Wilhelm Conrad Röntgen, célèbre pour avoir reçu le premier prix Nobel de physique.
À cette époque, tous les grands physiciens se passionnent pour les propriétés des rayons cathodiques découverts par Hittorf et étudiés par Crookes. Röntgen n'est pas une exception. En novembre 1895, il commence une série d'expériences qui ont pour but d'étudier la pénétration des rayons cathodiques dans le verre. Pour ne pas être dérangé par la lumière émise par le tube cathodique, il le recouvre de papier noir opaque.
Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923)
Le 8 novembre 1895, Röntgen branche la haute tension. C'est alors qu'il observe qu'un écran en carton recouvert de platino-cyanure de baryum, situé près du tube à rayons cathodiques, devient fluorescent. Le phénomène s’arrête dès que le courant est coupé.
Röntgen refait l'expérience en reculant l'écran de plusieurs centimètres. Le même phénomène se produit de nouveau. Röntgen en déduit donc que cet effet ne peut pas être dû aux rayons cathodiques eux-mêmes.
Il poursuit son expérience en interposant divers objets entre le tube cathodique et l'écran fluorescent: une feuille de papier, de carton, d'aluminium, du bois, du verre... Il constate que la fluorescence persiste mais une mince feuille de plomb ou de platine fait disparaître complètement cette fluorescence. De plus, les plaques photographiques sont impressionnées. Ne sachant comment baptiser ces rayons invisibles et pénétrants, Röntgen les nomme "rayons X", du nom de l'inconnu algébrique habituel.
Le physicien continue ses recherches en vue de découvrir les propriétés et la nature de ces rayons.
Il tire quatre conclusions:
« - Les rayons X sont absorbés par la matière ; leur absorption est en fonction de la masse atomique des atomes absorbants.
- Les rayons X sont diffusés par la matière; c'est le rayonnement (fluorescence etc.)
- Les rayons X impressionnent la plaque photographique.
- Les rayons X déchargent les corps chargés électriquement. »
La découverte de Röntgen donna naissance à la radiologie.
La première radiographie réalisée fut celle de la main de Madame Röntgen, munie de son alliance. Voici trois des plus célèbres illustrations de cette radiographie :
Röntgen laissa son nom à l'unité de mesure utilisée en radiologie pour évaluer une exposition aux rayonnements. Le symbole des Röntgens est R.
La découverte de Röntgen fit rapidement le tour de la terre.
En 1897, Antoine Béclère, pédiatre et clinicien réputé, créa, à ses frais, le premier Laboratoire Hospitalier de Radiologie. Tout le monde voulait faire photographier son squelette. Mais pendant longtemps, les doses étaient trop fortes. Par exemple, Henri Simon, photographe amateur, a laissé sa vie au service de la radiologie. Chargé de prendre les radiographies, les symptômes dus aux radiations ionisantes apparurent après seulement deux ans de pratique. On lui amputa d'abord la main (qui était constamment en contact avec l'écran fluorescent) mais ensuite, un cancer généralisé se déclara.
Portrait d’Antoine Béclère (1856 – 1939)
Au début de la radiologie, les rayons X étaient utilisés à des fins multiples : dans les fêtes foraines où on exploitait le phénomène de fluorescence, dans les magasins où l'on étudiait l'adaptation d'une chaussure au pied des clients grâce au rayonnement et bien sûr, on les utilisait pour la radiographie médicale. Là encore, on fit quelques erreurs, par exemple en radiographiant les femmes enceintes.
Radiographie d'un pied à travers une chaussure.
Avec les années, on diminua la durée des examens et les quantités administrées. Cent ans après leur découverte, on se sert encore des rayons X en radiographie moderne. On les utilise aussi dans les scanners, pour effectuer des coupes du corps humain. Plusieurs autres techniques sont venues compléter les appareils des médecins: les ultrasons, l'imagerie par résonance magnétique nucléaire, la scintigraphie ou encore la tomographie par émission de positrons.
1897 : Antoine Béclère impose le dépistage de la tuberculose pulmonaire par radioscopie systématique à l'entrée dans son service. Les rayons X fournissent la plus importante méthode de diagnostic de la tuberculose lorsque cette maladie est déclarée. Les images des poumons sont faciles à interpréter, car les espaces remplis d'air sont moins opaques aux rayons X que les tissus pulmonaires.
. Scanner Pulmonaire
1904 : le Baryum et le Bismuth sont ingérés ou injectés aux patients car ce sont des substances opaques aux rayons X. Le premier repas bismuthé est élaboré par Rieder, 50 ans après les premiers essais endoscopiques de Desormeaux.
1927-1930: Premiers tomographes. Ils sont dus à Bocage, qui y travaille depuis 1917, avec Ziedses des Plantes, Sens et Porcher. Grâce à cette nouvelle étape dans l'évolution de la technique radiologique, il est désormais possible d'obtenir une image nette d'un seul plan de l'organisme.
1934: Première gastroscopie par R. Schindler. Mise au point par les Joliot Curie, d'isotopes radioactifs à faible durée de vie, à l'origine de la médecine nucléaire et de la scintigraphie.
1938 : Isidor Rabi découvre le phénomène de résonance magnétique sur des jets moléculaires : un noyau de l’atome absorbe les rayonnements électromagnétiques en présence d’un fort champ magnétique.
1946 : Félix Bloch et Edward Purcell précisent la notion de fréquence de résonance.
C'est sous le terme de zeugma-tomographie (zeugma étant un terme grec signifiant "union") qu'est apparue son application en imagerie, créée en 1973 par Paul Lauterbur, prix Nobel de physiologie et de médecine en 2003 pour cette invention.
1883 : Le physiologiste anglais Francis Galton invente un "sifflet à ultrasons". En soufflant dans ce sifflet, l'homme ne perçoit rien alors que les chiens réagissent. Mais c'est surtout la découverte en 1880, de la piézo-électricité, par les frères Pierre et Jacques Curie, qui a permis après 1883, de produire facilement des ultrasons et de les utiliser. Le premier à utiliser les ultrasons en médecine fut l’Américain Wild, en 1952, suivi de son compatriote Leskell qui fut le premier à observer le cœur avec des ultrasons. En 1958, l’Anglais Ian Donald réalisa la première échographie de l’utérus.
1957 : découverte de la caméra à scintillation par un physicien américain, H.O.Anger, qui en réalisa le prototype.
1958: Invention du fibroscope souple à fibres optiques. Premières photographies couleur prises à travers un endoscope. Premières scintigraphies et mise au point de la caméra gamma par Halanger.
Bronches vues en fibroscopie
1960: Conception du principe de tomographes transverses. Fibroscope souple à fibres de verre. Les parties auparavant invisibles deviennent accessibles.
1960-1970 : l'échographie se développe, elle était destinée à la recherche des tumeurs cérébrales, mais fait carrière dans l'obstétrique.
. Echographie appliquée à l’obstétrique
1971: Premières applications de la RMN à l'investigation médicale.
1980: Echo-endoscopie : issue du couplage de l'endoscopie et de l'échographie, il s’agit d’une amélioration des images échographiques grâce aux ondes ultrasonores à barrette.
1990-1995: Invention du scanner hélicoïdal permettant de déceler des tumeurs de très petite taille ainsi que de visualiser la vascularisation d'un organe. Apparition de la tomographie en 3 dimensions qui permet à partir de coupes planes prises dans les trois axes de l’espace, de reconstituer, sur écran, l'image de l'organe intéressé, en 3D.
Dans ces années 1990, l'endoscopie poussée par double voie, affine l'examen de l’intestin.
Reconstruction 3D des scanners hélicoïdaux
de l'abdomen et du cœur
2.Les différentes techniques d’imagerie médicales actuelles autres que la radiologie
L’échographie
Le principe de l’échographie est l’application du sonar, au corps humain. Une source d’ultrasons envoie un signal qui se réfléchit sur les obstacles qu’il rencontre. Son domaine de prédilection est : la gynécologie et la cardiologie.
L'élément de base de l'échographie est un cristal de céramique qui, soumis à des impulsions électriques, vibre et émet des ultrasons. Les échos sont captés par ce même cristal, qui joue alors le rôle de récepteur : on parle alors de transducteur ultrasonore.
Un échographe est muni d'une sonde échographique, nommée barrette échographique, pourvue de 64, 96 voir 128 transducteurs ultrasonores. L'électronique de l'échographe se charge alors d'amplifier et de traiter ces signaux afin de les convertir en signal vidéo.
La scintigraphie
Les examens de scintigraphies utilisent les scintillations produites par des photons gamma dans certains cristaux, d'où le nom de scintigraphies qui leur est communément donné.
Le principe d'un examen scintigraphique repose sur l'injection à dose infime au patient d'un produit radioactif ou radio-isotope. Ce radioactif ou radio-isotope se fixe sélectivement sur l'organe dont les médecins nucléaires veulent étudier le fonctionnement. Dans le cas d'une scintigraphie on mesure, après l'injection de la substance, les rayonnements émis depuis l'intérieur du corps du patient. Ces mesures sont réalisées à l'aide de gamma-caméras, reliées à une informatique puissante pour la visualisation et le traitement des images.
Une caméra de scintigraphie
L’endoscopie
L'endoscopie est une des nombreuses techniques d'imagerie médicale. Il s'agit de visualiser l'intérieur (endon en grec) d'une cavité du corps, comme les poumons ou l'intestin par exemple. Pour cela, on utilise un petit tube flexible, orientable, contenant des fibres optiques ou ayant une petite caméra vidéo à son extrémité. L'image transmise est alors visible dans un oeilleton au bout du tube ou diffusée via un moniteur sur un écran vidéo.
L’endoscopie virtuelle est une technique utilisée par les radiologues : il s’agit de se déplacer dans une cavité de l’organisme reconstituée par un logiciel à partir des images d’un scanner et des techniques de tomographie.
Endoscopie de l’intestin
La fibroscopie
Un fibroscope est une variété d'endoscope conduisant les rayons lumineux par un faisceau de fibres de verre souples (jusqu'à 10 000 fibres). Le fibroscope permet d'explorer de façon très complète, (par vision directe, photographie, cinématographie, télévision), et la réalisation de prélèvements par biopsie de la muqueuse bronchique, de la muqueuse nasale, pharyngienne ou de la muqueuse du tube digestif. Elle permet également de traiter le patient (élimination des polypes, extraction des calculs…)