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La révolution de l’imagerie médicale

lundi 15 avril 2002

Dans les années 1970 le professeur David H. Ingvar de l’hôpital de Lund en Suède, réalise la première cartographie fonctionnelle du cerveau humain à partir d’un sujet vivant sain. Il utilise alors la technique appelée "autoradiographie" qui consiste à mesurer le débit sanguin cérébral à l’aide d’un traceur radio actif.

La Tomographie par Émission de Positons.

Dans les années 80 une nouvelle technique, plus douce pour le patient et plus précise, est mise au point à l’université de Washington à Saint Louis. C’est la tomographie par émission de positons (TEP).
On sait déjà que lors de l’activation d’une région du cerveau le débit sanguin augmente localement pour apporter à cette zone le complément de glucose nécessaire à la reconstitution du carburant des cellules du cerveau : l’adénosine tri phosphate (ATP).

Dans cette technique on injecte au patient un traceur radioactif, l’Oxygène 15, qui, très instable, va se transformer en libérant un positon, l’équivalent positif de l’électron. Ce positon va rencontrer l’électron d’un atome voisin. Ils vont s’annihiler l’un l’autre en libérant deux photons gamma qui partent dans des directions opposées. Un appareil de détection des photons gamma, appelé caméra à positons, est installée autour du crâne du patient. Lorsqu’elle enregistre deux photons opposés en même temps, "en coïncidence", elle trace une droite. Plusieurs désintégrations provenant d’un même endroit donne des droites différentes. Les points d’intersection des droites de photons permet de délimiter avec précision l’endroit émetteur.

Ainsi, en faisant effectuer au patient pendant l’enregistrement une tâche motrice ou cognitive la tomographie permet de visualiser les zones du cerveau activées par cette tâche.

C’est ainsi, par exemple, que tout récemment les équipes de l’Inserm et du CNRS ont pu mettre en évidence que la visualisation d’un mouvement mobilise dans le cerveau les mêmes zones que son exécution réelle, notamment une zone précise du cortex pariétal qui pourrait être un centre spécialisé dans la mémoire de nos mouvements moteurs. Cette fonction nous permet d’exécuter quantité de gestes habituels sans avoir à y penser, une fois appris ils sont disponibles à vie sans prise de conscience.

L’IRM fonctionnel

C’est également au début des années 1980 que sont apparues les premières images médicales par résonance magnétique nucléaire. (RMN).
Si cette technique est parfaitement inoffensive pour le patient elle est aussi très inconfortable. Il est, en effet, placé dans un caisson isolé et très bruyant par moment. Les conditions pour l’exécution de tâches mentales ne sont donc pas optimales et la technique est très coûteuse. Pourtant elle donne des images d’une précision encore inégalée et d’une saisissante beauté .

Le principe de la résonance magnétique nucléaire a été découvert en 1946 par les équipes d’Edward Purcell et de Felix Bloch aux U.S.A.

Certains noyaux atomiques sont dotés de particules magnétiques que l’on nomme des spins. Les spins se comportent comme de petits aimants, ils ont plusieurs orientations possibles. En les plaçant dans un champs magnétique et en leur appliquant une onde électromagnétique adaptée on va pouvoir les faire changer d’orientation.
C’est ce qu’on appelle la fréquence de résonance magnétique du noyau considéré.
Pour l’hydrogène, par exemple, qui est très utilisé parce que très présent dans l’eau et les graisses des tissus biologiques, la fréquence de résonance est de 42 Mhz pour un champs magnétique de 1 tesla.

On place le patient dans un caisson qui fournit une onde de radiofréquence fixe et l’on fait varier le champs magnétique de sorte que la fréquence de résonance change d’un point à l’autre de l’objet étudié. Une synthèse informatique de tous les signaux enregistrés permet d’établir des images 3 dimensions de très grande précision.

L’imagerie qui nous intéresse ici est l’IRM fonctionnelle, elle permet de localiser en temps réel une activité cérébrale. Cette technique plus récente (1990) utilise les propriétés magnétiques de l’hémoglobine qui varient suivant qu’elle est associé à de l’oxygène ou non. Les régions dont le flux sanguin est accru par une activation cérébrale sont plus riche en oxyhémoglobine que les autres régions du cerveau.
L’IRM fonctionnel trace la carte en 3 dimensions des centres cérébraux activés lors de l’exécution par le patient d’une tâche motrice ou cognitive.