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Le scanner et l'IRM
Grâce à la collaboration entre physiciens, biologistes et médecins, les techniques d'imagerie médicale n'ont cessé de progresser depuis la découverte des rayons X par le physicien allemand Röntgen en 1895 et la première radiographie jamais réalisée, celle de la main de son épouse, la même année. Zoom sur deux de ces techniques, le scanner et l'IRM, utilisées aujourd'hui en routine.
Schéma du principe de fonctionnement d'un scanner.
D'après un schéma de Bernard Nicolas - Éditions PEMF, BT2 "L'imagerie médicale"
Le scanner ou tomodensitométrie
La radiographie "classique" utilise la propriété des rayons X de traverser l'organisme et d'impressionner une pellicule photographique. Comme les différentes parties du corps réagissent différemment aux rayons X — certaines se laissent traverser totalement, d'autres les arrêtent — on voit, sur la radiographie, les contours des organes traversés. Avec les progrès considérables accomplis dans la sensibilité des films photographiques, les doses de rayons X délivrées diminuent. Cependant, de même que deux personnes marchant rapprochées l'une derrière l'autre avec le soleil dans le dos, ne voient sur le sol qu'une seule ombre de leurs deux silhouettes, les ombres des organes traversés par le faisceau de rayons X sont confondues sur la plaque photographique.
Le scanner, ou tomodensitométrie, résout ce problème en réalisant, pour la zone étudiée, des images de coupes fines sous différents angles : il permet ainsi une visualisation "en profondeur". Pour ce faire, au lieu d'être fixe, le tube générant les rayons X tourne autour du patient : c'est lui qui est contenu dans l'anneau entourant la couchette sur laquelle est allongée le patient (Fig.1). Ici, pas de plaque photographique mais un détecteur : situé en face du tube émetteur de rayons X et tournant en même temps que lui, il mesure l'intensité de sortie du faisceau de rayons X, après qu'il ait traversé l'organisme. Un puissant système informatique traite — en quelques secondes ! — les millions de données acquises durant l'examen et les traduit en images sur un écran (imprimées ensuite sur un film photographique). Les différences d'absorption des rayons X par les tissus sont traduites en niveaux de gris (du noir au blanc). Le plus souvent, afin d'améliorer encore la qualité des images, on injecte au patient un produit de contraste à base d'iode. La technique du scanner permet également de reconstituer une image en trois dimensions. Avec elle on peut localiser précisément un organe par rapport à un autre et détecter nombre d'anomalies (kystes, ganglions tumeurs, hémorragie...). Elle permet aussi, en servant de guide lors de ponctions d'organes situés en profondeur dans notre organisme, d'éviter une opération.
Mouvement du moment magnétique du proton autour du champ B fourni par l'aimant de l'appareil d'IRM. On appelle ce mouvement "mouvement de précession".
L'Imagerie par résonance magnétique, l'IRM
Contrairement au scanner, la technique d'IRM n'est pas basée sur l'emploi de rayonnements mais sur celui d'un champ magnétique et d'ondes radio. Elle repose sur la propriété du noyau des atomes d'hydrogène de pouvoir se comporter comme une petite toupie aimantée dans certaines conditions. Or ces atomes sont présents partout dans notre corps : dans l'eau (qui compose plus de 60% de notre organisme) et dans les graisses, en quantités différentes suivant les tissus.
Le noyau de l'atome d'hydrogène ne contient qu'un seul proton qui, comme tous les autres protons de tous les autres noyaux atomiques, possède un petit champ magnétique. Lorsque les protons sont placés dans un fort champ magnétique - fourni par le gros aimant en forme de tunnel à l'intérieur duquel rentre le patient - ils s'aimantent. La résultante de toutes ces petites aimantations est un champ magnétique M aligné avec celui, B, fourni par le gros aimant (un peu comme l'aiguille aimantée d'une boussole s'aligne avec la direction du champ magnétique terrestre). En fait, à l'échelle de chaque proton, son moment magnétique décrit autour de B un mouvement oscillatoire de rotation "en forme de cône" (Fig. 2). Ce mouvement s'effectue avec une fréquence bien précise. En émettant, grâce aux antennes émettrices de "l'appareillage IRM", des ondes électromagnétiques de même fréquence on excite les noyaux d'hydrogène et perturbe l'état d'équilibre du système (M et B ne sont plus alignés) : c'est le phénomène de résonance. Ces ondes sont émises sous forme d'impulsions très brèves. Après chaque impulsion, les protons restituent l'énergie accumulée pendant leur excitation en produisant un signal, réceptionné par des antennes. Ce signal dépendant étroitement de la concentration en eau des molécules environnantes, on peut ainsi distinguer chaque tissu. L'appareillage est relié à des ordinateurs qui traitent les signaux afin de reconstruire des images du tissu ou de l'organe analysé en deux dimensions ou en trois dimensions. La précision des images étant inférieure au millimètre, la technique permet de révéler à un stade précoce un grand nombre d'anomalies invisibles à ce stade en radiographie "classique", en échographie ou avec un scanner.
Il existe aujourd'hui de nombreuses techniques d'imagerie médicale (voir Sciences Ouest n° 211 – juin 2004, page 16). Elles permettent de meilleurs diagnostics et traitements mais aussi une meilleure compréhension du fonctionnement de notre organisme.
Sylvie Furois, CNRS et Centre de Vulgarisation de la Connaissance, Université Paris-Sud XI,
http://www.cvc.u-psud.fr
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