Le point Vétérinaire n° 340 du 01/11/2013
 

IMAGERIE MÉDICALE

Dossier

Yannick ruel

Clinique Advetia,
5, rue Dubrunfaut, 75012 Paris

En 40 ans, l’imagerie médicale a considérablement progressé. Des diagnostics précis sont possibles, ainsi qu’une meilleure compréhension du corps, inimaginables autrefois.

Résumé

L’imagerie médicale est l’un des domaines de la médecine qui ont le plus progressé au cours des 40 dernières années. La médecine vétérinaire en a largement profité, non seulement avec les progrès de la technique radiologique évoluant vers le numérique, mais aussi avec l’introduction de techniques performantes, modernes mais coûteuses, comme le scanner hélicoïdal, l’imagerie par résonance magnétique et la scintigraphie. Une présentation de cette conquête historique de l’examen de l’organisme par l’image est proposée ici.

Summary

Forty years of medical imaging

Medical imaging is the area of medicine that has made the most progress over the last 40 years. Veterinary medicine has benefited greatly, not only with the progress of radiological techniques to digital radiography, but also with the introduction of modern but expensive high-performance techniques, such as the helical CT scan, magnetic resonance imaging or scintigraphy. This article presents a history of the examination of the body using medical imaging techniques.

Key words

Medical imaging, scan, radiography, MRI, scintigraphy

L’imagerie médicale recouvre toutes les méthodes permettant d’appréhender l’organisme vivant et ses fonctions par le biais d’un moyen physique, en excluant habituellement les images directes de l’endoscopie. Source de progrès immenses dans le diagnostic mais aussi dans la compréhen sion du fonctionnement du corps, les techniques d’imagerie font souvent appel à des principes physiques et à des technologies fort complexes.

1 Radiographie

Découverte

En novembre 1895, l’ingénieur allemand Röntgen découvre par hasard, en étudiant le courant d’un tube cathodique, l’émission d’un rayonnement inconnu capable de provoquer la fluorescence d’un écran disposé un peu plus loin. Il vient d’inventer les rayons X et d’ouvrir une page fondamentale de l’histoire de la médecine.

Rapidement, il identifie les éléments qui aboutiront à la radiologie moderne et aux règles de radioprotection en vigueur aujourd’hui, et il imagine les applications médicales possibles. Il réalise la radiographie de la main de son épouse, dont l’image reste une référence historique. Cette découverte a bouleversé le monde de la science et a ouvert la voie aux recherches sur la radioactivité qui seront mises à profit pour la radiothérapie anticancéreuse ou la scintigraphie, entre autres. Depuis, la technique s’est perfectionnée, mais ses grands principes demeurent les mêmes.

Évolution

EN MÉDECINE HUMAINE

En quelques années, l’utilisation de la radiographie devient habituelle en médecine, jusqu’à représenter une mode aussi excitante que les images projetées par les frères Lumière la même année. Cependant, les effets néfastes des rayons X conduisent rapidement à l’é ta blissement de règles de plus en plus strictes de radioprotection. Les premiers chercheurs dans ces domaines en feront les frais : pour mémoire, Marie Curie succombe à une leucémie probablement radio-induite.

EN MÉDECINE VÉTÉRINAIRE

La médecine vétérinaire profite rapidement de l’avancée de la radiographie (photo 1). Les premiers rapports de l’utilisation vétérinaire des rayons X datent de 1896. Des clichés radiographiques pris en 1897, soit à peine 2 ans après l’invention des rayons X, sont publiés dans le Recueil de médecine vétérinaire [5].

Les premières images étaient formées sur des écrans fluorescents, avec comme conséquence une exposition dramatique du praticien qui se trouvait directement exposé au faisceau de rayons X. L’emploi de films couverts d’une émulsion photographique (contenant des sels d’argent) protégés de la lumière par des cassettes se généralise par la suite. Puis des écrans renforçateurs qui démultiplient l’effet des rayons X sont inventés. Ils permettent une réduction très notable des doses reçues par les animaux. Pour être développés, les films sont alors montés sur des cadres métalliques et traités dans une chambre noire, dans des bains identiques à ceux utilisés en photographie.

La radiographie se répand largement dans les cabinets et cliniques vétérinaires, en exercices canin, équin et rural. Elle représente aujourd’hui un examen d’imagerie disponible dans la totalité des structures vétérinaires. L’utilisation de tubes mobiles et la possibilité de développer les clichés de manière différée autorisent même la prise de clichés “au chevet du patient”, c’est-à-dire à la ferme ou à l’écurie.

ÉVOLUTIOn DU SYSTÈME DE DÉVELOPPEMENT

Le système de développement s’est lui aussi amélioré, avec la mise au point de matériel automatique supprimant les étapes fastidieuses du procédé manuel. Ces machines se sont généralisées dans les années 1990. Leurs résultats n’étaient pas meilleurs que ceux offerts par un dé ve loppement manuel bien conduit, mais beaucoup plus réguliers et standardisés, et obtenus en un temps plus court.

Arrivée du numérique

Actuellement, le système argentique est remplacé peu à peu par des procédés numériques. Ces derniers n’apportent pas une amélioration de la résolution spatiale, mais permettent de corriger des erreurs d’exposition et de modifier la fenêtre (luminosité et contraste) de l’image lors de l’interprétation. Il en résulte un plus grand confort de lecture et une réduction nette des clichés “ratés”. La technique permet aussi un stockage théoriquement illimité des images, leur envoi à distance pour avis (c’est le développement de la télémédecine) et des traitements divers de l’image (par exemple, le grossissement, les annotations, les mesures et la soustraction).

Limites de la radiographie

Deux inconvénients majeurs de la radiographie se font jour. Tout d’abord, les images obtenues sont la représentation à plat d’un volume tissulaire. La “fusion” sur une même image de plusieurs structures de ce volume peut conduire à leur confusion ou à une localisation erronée. L’autre frein est lié au manque de contraste du couple écran-film. Cela limite la discrimination des structures à cinq densités radiologiques : métallique, osseuse, tissulaire (ou liquidienne), graisseuse et gazeuse.

Ainsi, le cerveau (de densité tissulaire) enfermé dans la boîte crânienne ne peut être évalué par la radiographie (sauf avec le recours à l’injection de produits de contraste, gazeux dans les ventricules ou iodé par voie vasculaire). La radioscopie a peu d’applications dans le domaine vétérinaire (encadré 1).

2 Scanner

Invention

Du besoin de pouvoir explorer l’intérieur du crâne sans forcément le trépaner et des progrès de l’informatique, naît l’idée du premier scanner à rayons X. Il est imaginé et conçu en 1972 par l’ingénieur Hounsfield, employé par la société d’édition discographique anglaise EMI. Le premier scanner repose sur l’acquisition d’images radiographiques par plusieurs balayages de “tranches” du corps et la reconstitution des structures qui composent ces dernières grâce à des centaines de milliers de calculs itératifs.

Avantages

Le scanner présente de nombreux avantages. Outre la “désuperposition” des structures, il permet de n’irradier qu’un petit volume à la fois pour l’acquisition des données. De plus, les capteurs utilisés et le traitement informatique des données permettent de distinguer un nombre de densités différentes beaucoup plus important (4 000) comparativement au couple “oeil-cerveau” humain (au maximum 256). Le monde médical reconnaît rapidement l’avancée majeure de cette technique, qui permet de distinguer la substance grise de la substance blanche, jusque-là confondues sur une radiographie conventionnelle.

Évolutions et applications

La première machine requiert 5 minutes pour l’acquisition d’une coupe (contre 0,3 à 1 seconde aujourd’hui) et permet d’obtenir jusqu’à six images par individu. Le premier scanner vétérinaire est installé en France à la fin des années 1980. Cette méthode connaît aujourd’hui un succès grandissant, avec une trentaine d’installations à ce jour. D’un emploi souple et rapide, il permet l’exploration sous anesthésie générale, qui est impérative, des structures osseuses (crâne, rachis, squelette appendiculaire), avec une finesse de coupe allant de 0,5 à 1 mm selon les appareils, et des structures tissulaires (encéphale, organes abdominaux ou thoraciques, muscles squelettiques ou tissus sous-cutanés) (photo 2). De même que pour la radiographie, l’administration de produits de contraste radio-opaques (iodés principalement), par voie veineuse, artérielle, intrarachidienne ou articulaire, aide à préciser la nature ou l’extension des lésions.

Scanner hélicoïdal

L’acquisition hélicoïdale a apporté une nouvelle souplesse et permis le développement de techniques innovantes. Au lieu d’acquérir des coupes contiguës mais plus ou moins distantes, le scanner hélicoïdal acquiert les images continument pendant que le patient est déplacé au sein du faisceau.

Les images sont ainsi obtenues sous la forme d’un ruban continu et hélicoïdal plus ou moins jointif, autorisant des reconstructions multiplanaires ou tridimensionnelles très précises (photo 3).

Scanner multicoupes

Cette technique est encore potentialisée par l’utilisation de scanners multicoupes, véritable juxtaposition de plusieurs systèmes. Plusieurs coupes simultanées sont obtenues. Du temps est ainsi gagné sur l’acquisition des images, autorisant l’évaluation dynamique des structures. Les contractions cardiaques, ainsi qu’un bolus de produit de contraste au sein d’un organe peuvent être suivis dans la durée. Le passage de ce produit est observé aux trois temps vasculaires : artériel, veineux et tissulaire. Ces études ont souvent pour objectif de caractériser la nature des lésions, en distinguant les cancers des tumeurs bénignes ou en orientant vers un type tissulaire particulier.

3 Échographie

Invention

Si la radiographie a été la première technique d’imagerie mise en oeuvre, en revanche, le principe physique sur lequel elle repose n’a pas été pionnier. En effet, l’étude de la propagation des sons et l’établissement des lois qui la régissent ont débuté dès le début du xixe siècle. L’effet Doppler est, quant à lui, mis en évidence dès 1840. Ces études n’auraient pas abouti à l’échographie que nous connaissons aujourd’hui sans la découverte en 1880, par Pierre Curie, de l’effet piézo-électrique (encadré 2).

Les utilisations initiales des ultrasons se déroulent dans les domaines militaire et industriel. Là encore, les premiers ordinateurs et les progrès de l’électronique contribuentà leur transposition dans les applications médicales connues aujourd’hui. Leur première mise en oeuvre à des fins diagnostiques remonte à 1940.

Le mode de représentation graphique des échos le long d’un axe (mode A) évolue rapidement pour devenir une représentation en deux dimensions, reconstituant une image beaucoup plus représentative des structures examinées. En 1951, la première machine permettant une telle image est constituée d’une baignoire dans laquelle le patient est plongé et d’un très volumineux appareillage. La technologie permet ensuite la miniaturisation que nous connaissons.

Application à la médecine vétérinaire

La première application en diagnostic vétérinaire est rapportée en 1974 dans le Japanese Journal of Veterinary Research. Les premiers articles français sont publiés par Pierre Carniel dans le Point Vétérinaire en 1987. Ce dernier y décrit les bases de la technique, ainsi que l’échographie du foie et des appareils urinaire et génital de la chienne [1-4]. Au tout début, la résolution spatiale est très grossière. Par la suite, les repérages anatomiques évoluent progressivement : la détection des vésicules embryonnaires dès 15 jours chez la chienne, ou celle des structures initialement réputées non accessibles comme les glandes surrénales et les ovaires également chez la chienne. Ils font aujourd’hui partie intégrante de l’examen de routine. Des structures aussi petites que la papille pancréatico-duodénale chez le chat sont maintenant observables (photos 4 et 5).

Utilisation vétérinaire

La sémiologie a largement progressé et l’échographie a acquis une place dans la salle de consultation de nombreuses structures vétérinaires. L’examen intéresse aussi le domaine de la cardiologie, offrant l’avantage de visualiser en temps réel des pulsations cardiaques, tout en obtenant des mesures et en faisant la distinction entre les cavités et les parois. Or la radiographie conventionnelle ne permet cela qu’avec des cathétérismes compliqués à mettre en oeuvre. Le Doppler vient encore enrichir l’étude, en permettant une évaluation précise des flux caractérisés par leur sens, leur vélocité et leur caractère turbulent ou laminaire. Outre un descriptif morphologique précis, l’échographie offre aujourd’hui une évaluation fonctionnelle. De nouvelles approches, comme le Doppler tissulaire, voient le jour et contribuent à préciser la compréhension des affections ou à affiner leur pronostic. La complexité de l’examen s’accroît en parallèle.

Développement des produits de contraste

Comme en radiologie, des produits de contraste ont été développés en échographie. Ils sont habituellement constitués de bulles de gaz (généralement inférieures à 8 µm de diamètre) stabilisées par une paroi. Ces bulles présentent la particularité d’entrer en résonance à une fréquence donnée, démultipliant la production d’échos et renvoyant ainsi un signal beaucoup plus intense. Cette capacité est encore augmentée lorsque la fréquence utilisée permet de les faire éclater. La technique permet d’améliorer la qualité des images et de renforcer le contraste au sein des tissus. Elle est aussi en cours d’évaluation pour sa capacité à distinguer les différents types lésionnels.

Avantages de l’échographie

L’échographie a un avantage majeur sur la radiographie ou le scanner : elle ne présente pas de toxicité pour l’organisme, et peut donc être pratiquée sans protection particulière et répétée à loisir. C’est une technique extrêmement souple, non douloureuse, très largement utilisée en médecine vétérinaire. Chez les gros animaux, elle reste essentiellement cantonnée à l’obstétrique et à l’examen des tendons.

4 Imagerie par résonance magnétique

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) constitue une autre technique non toxique. Elle fait partie des avancées remarquables dans l’exploration du vivant.

Invention

En 1922, Stern met en évidence le “spin de proton”, c’est-à-dire une rotation de l’ion H+ autour d’un axe. Ce sont les bases de la résonance magnétique nucléaire, qui permettent de réaliser des images des structures hydratées de l’organisme par une technique nommée “imagerie par résonance magnétique”. En 1977, les premières vues d’un corps humain vivant sont obtenues.

Mise en place pour la médecine vétérinaire

Dans le début des années 2000, les premières machines sont installées à l’école vétérinaire de Maisons-Alfort, pour la médecine des petits animaux, et au Cirale, à Dozulé (Calvados), pour les chevaux. Une dizaine d’appareils existent aujourd’hui en France. Dès 1992, une telle machine était installée à l’Animal Health Trust, à Newmarket( Royaume-Uni).

Applications pratiques

Aujourd’hui, l’IRM permet une analyse précise des tissus mous, qu’ils soient entourés d’os (encéphale, moelle), d’air (coeur, médiastin) ou directement accessibles. Elle met en évidence les lésions tissulaires, souvent caractérisées par une modification de la charge en eau (oedème des lésions inflammatoires, déshydratation des disques intervertébraux dégénérés), ou par une modification de la vascularisation ou des barrières vasculaires (utilisation de produits de contraste paramagnétiques spécifiquement dédiés à l’IRM).

Elle peut aussi déceler et dater un saignement grâce aux propriétés paramagnétiques des produits de dégradation de l’hémoglobine. Chez le cheval ou le chien, l’IRM permet d’explorer l’appareil locomoteur en raison de sa grande capacité à distinguer les tissus, et à montrer les structures tendineuses et ligamentaires.

Évolution des images

La qualité des images a beaucoup évolué depuis les débuts de l’IRM, offrant une résolution spatiale bien meilleure, comparable à celle du scanner pour certaines techniques (photos 6a et 6b). Les analyses disponibles sont aussi plus nombreuses puisqu’il est possible d’étudier les aspects fonctionnels ou la perfusion des tissus, notamment pour la recherche d’accidents vasculaires cérébraux ischémiques (photos 7a à 7c). De même, chez l’homme, la tractographie de fibres permet de visualiser les connections neuronales, avec des applications dans la recherche fonctionnelle, mais aussi en neurochirurgie.

5 Scintigraphie

La scintigraphie repose sur l’administration d’une molécule radioactive, parfois couplée à une molécule porteuse ayant un tropisme particulier. Cette technique permet, en enregistrant la radioactivité du corps, de mettre en évidence une fixation anormale appelé “point chaud”. De nombreuses applications existent en fonction du radio-élément ou de la molécule support. L’examen de la thyroïde révèle une activité anormale au niveau d’une tumeur, des foyers ectopiques, et la scintigraphie osseuse peut montrer des métastases d’une tumeur osseuse n’importe où dans l’organisme. Une zone d’activité osseuse anormale sur le pied d’un cheval, orientant les examens suivants, peut ainsi être mise en évidence.

6 Aides indirectes au diagnostic et traitement

Biopsies

Outre le diagnostic, les techniques d’imagerie permettent aussi des prélèvements moins invasifs que par les méthodes traditionnelles. Ainsi, des biopsies sous contrôle échographique sans ouverture de la cavité abdominale ou de la peau sont pratiquées à l’aide de pistolets automatiques utilisant un système true-cut déclenché en une fraction de seconde. La biopsie est alors très précise, très peu traumatisante, et peut même concerner une lésion située au sein d’un parenchyme, à l’abri du regard du chirurgien. De même, le développement de systèmes de stéréotaxie a permis d’effectuer de tels prélèvements dans des endroits très sensibles comme le cerveau, par une prise de repères externes sur des images en coupe (scanner ou IRM).

Guidages

Depuis longtemps, la radioscopie guide les dilatations de sténose, ou la pose de stents, destinés à garder une cavité (vasculaire, urinaire) ouverte, ou de systèmes d’embolisation (coils) visant à occlure un vaisseau anormal (shunts porto-systémiques, par exemple).

Applications en cancérologie

Des applications encore plus imaginatives sont apparues : l’échographie de contraste peut aujourd’hui être utilisée pour libérer dans un site choisi des molécules de chimiothérapie enfermées dans ses bulles. Il est même possible, quand un récepteur antigénique caractéristique de la tumeur est identifié, d’utiliser un anticorps adapté pour fixer les bulles aux cellules tumorales. Leur destruction par insonation libère la chimiothérapie in situ, diminuant les doses utiles.

Conclusion

Ce survol d’un peu plus d’un siècle montre à quel point la technologie informatique a permis le développement de techniques extraordinaires. Les progrès apportés en matière de diagnostic et de traitement, ou de compréhension du vivant sont déjà immenses, et, pourtant, il est encore possible de rêver aux découvertes, aux nouvelles techniques ou applications à venir. L’imagerie constituesans doute l’une des disciplines médicales les plus dynamiques des 40 dernières années (encadré 3). L’imagination des découvreurs semble avoir peu de limites, et contribue à rendre cette discipline à la fois merveilleuse et affolante. Les retombées dans le monde vétérinaire restent parfois limitées par les implications financières que revêtent de tels équipements, et pourtant une évolution rapide est observée, avec un accroissement permanent du parc de machines et des services proposés aux propriétaires d’animaux domestiques ou de rente.

  • 1. Carniel P. Données de base de l’échographie. Point Vét. 1987;105(19):199-212.
  • 2. Carniel P. Échographie de l’appareil urinaire. Point Vét. 1987;106(19):297-315.
  • 3. Carniel P. Échographie du foie du chien. Point Vét. 1987;107(19):415-432.
  • 4. Carniel P. Échographie de l’appareil reproducteur de la chienne. Point Vét. 1987;109(19):601-609.
  • 5. Porcher CH. De l’application des rayons X en vétérinaire. Rec. Méd. Vét. 1897;17(4):570-578.

Conflit d’intérêts

Aucun.

ENCADRÉ 1
Principes de la radioscopie

→ Revenant au mode de production initial des images radiographiques, la radioscopie (ou fluoroscopie) enregistre une succession d’images radiographiques et donne des informations dynamiques.

→ Elle a connu peu d’applications en médecine vétérinaire en raison des coûts du matériel nécessaire.

→ Elle offre pourtant diverses applications : suivi de manière directe de la progression d’un bolus de produit de contraste (dans le tube digestif ou les vaisseaux), aide au chirurgien (mise en place d’une aiguille de ponction, matériel d’ostéosynthèse, réduction de fracture), observation des mouvements d’une structure mobile (diagnostic des flaccidités trachéales, péristaltisme digestif, battements cardiaques, instabilité articulaire).

ENCADRÉ 2
Effet piézo-électrique

→ La stimulation d’un cristal de quartz par un courant électrique provoque sa déformation sur un mode réversible. La déformation dudit cristal produit une polarisation de ses faces.

→ L’application d’un courant alternatif permet alors la mise en vibration du cristal, produisant alors une onde mécanique pouvant atteindre une très haute fréquence.

→ La production et la réception des ultrasons de plusieurs mégahertz sont alors possibles.

ENCADRÉ 3
Enseignement et spécialisation en imagerie médicale

L’enseignement de l’imagerie médicale en France a été très chaotique. Alors qu’il est très bien structuré dans les pays anglosaxons, ce n’est qu’en 1980 que l’École nationale vétérinaire d’Alfort s’est dotée d’une enseignante d’imagerie à temps plein avec l’arrivée de Dominique Begon. De nombreux radiologues européens ayant rejoint l’association de radiologie britannique fondée en 1965, il en naîtra l’Association européenne d’imagerie médicale en 1991 (EAVDI) et le Collège (ECVDI) en 1994. L’enseignement de Dominique Begon sera à la base de la formation de tous les premiers diplômés français de l’ECVDI. Il existe aujourd’hui onze diplômés en France, aucun n’enseignant dans une école. Seules les écoles de Nantes, de Toulouse et de Lyon disposent à ce jour d’un maître de conférences en imagerie.

1. Cliché radiographique du pied d’un cheval (1897).

2. Scanner du crâne d’un chien en 2013 (fenêtre osseuse à gauche, fenêtre tissulaire après injection de produit de contraste par voie veineuse à droite).

3. Scanner : reconstruction tridimensionnelle de l’abdomen d’un chien après injection intraveineuse de produit de contraste.

4. Coupe transversale de la prostate d’un chien en échographie en 1990.

5. Coupe transversale de la prostate d’un chien en échographie en 2005.

6. Examen d’imagerie par résonance magnétique (IRM) bas champ du grasset d’un chien en 1994 (6a) et en 2012 (6b).

6. Examen d’imagerie par résonance magnétique (IRM) bas champ du grasset d’un chien en 1994 (6a) et en 2012 (6b).

7. IRM haut champ (3 teslas) en coupe transversale du cervelet d’un chien 7a. Pondération T2

7. IRM haut champ (3 teslas) en coupe transversale du cervelet d’un chien 7b. Pondération T1 après injection de contraste paramagnétique

7. IRM haut champ (3 teslas) en coupe transversale du cervelet d’un chien 7c. Image en pondération de diffusion montrant et caractérisant un infarctus ischémique (flèches).

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