Le role de l’optique en imagerie medicale

J Radiol 2009;90:1300-1359 © Éditions Françaises de Radiologie, Paris, 2009 édité parElsevier Masson SAS. Tous droits réservés

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Conférences Antoine Béclère : L'avenir de l'imagerie DE L'IMAGERIE MULTI-ONDE A L'IMAGERIE D'ELASTICITE M Fink Paris - Fronce Obtenir une image de l'élasticité des tissus avec une résolution submillimétrique et à une cadence très élevée, c'est ce que permet de faire le premier dispositif d'imagerie multi-onde développé suivant le principe du retournement temporel. Dans un tel dispositif, deux ondes aux caractéristiques très différentes inter-agissent au sein d'un organe pour donner une image quantitative dont le contraste et la résolution spatiale sont optimisés. En combinant des ondes de cisaillement de fréquences sonores très basses à des ondes ultrasonores de compression, on peut obtenir ce type d'images. Le développement d'un échographe révolutionnaire capable de réaliser jusqu'à 20000 images par seconde du corps humain (exploitant le principe de retournement temporel) et la génération à distance d'ondes de cisaillement au moyen de la force de radiation, permet de réaliser un tel dispositif d'imagerie. C'est le mode Supersonic Shear Imaging. De très nombreuses applications de ce dispositif à l'imagerie du sein, du foie, des artères, du muscle, du cœur et de l' œil seront présentées.

IRM DE DIFFUSION: 25 ANS DEJA D le Bihan Gif/Yvette - Fronce Parmi les articles remarquables que publia Einstein en 1905 s'en trouve un qui, contre toute attente, a donné lieu à une méthode très puissante d'exploration du cerveau. Le concept de diffusion moléculaire a été expliqué par Einstein sur la base du mouvement de translation aléatoire des molécules, lié à leur énergie thermique. En 1985 il fut possible, pour la première fois, d'obtenir des images du coefficient de diffusion de l'eau dans le cerveau humain avec l'IRM. Durant leurs déplacements les molécules d'eau sondent les tissus biologiques, interagissant avec les membranes cellulaires, les macromolécules, et nous donnent ainsi des informations uniques sur leur organisation spatiale microscopique, bien que la résolution des images IRM reste millimétrique (1). Une application médicale majeure de l'IRM de diffusion de l'eau est l'ischémie cérébrale à la phase aiguë: la diffusion de l'eau ralentit dans les régions non irriguées ce qui permet un diagnostic et un traitement dès les premières heures, avant que l'atteinte soit irréversible. Ce ralentissement de la diffusion est corrélé au gonflement cellulaire qui accompagne l' œdème cytotoxique, mais le mécanisme exact n'est pas encore complètement élucidé. D'autre part, il a été montré que la diffusion de l'eau dans le cerveau était anisotrope, en particulier dans la matière blanche, car les membranes axonales limitent le mouvement de diffusion dans une direction perpendiculaire aux fibres nerveuses. Cette découverte est aujourd'hui exploitée pour produire des images spectaculaires de l'orientation des faisceaux de matière blanche et des connexions intracérébrales à partir de la mesure du tenseur de diffusion de l'eau. La dernière née des applications de l'IRM de diffusion de l'eau est celle de l'IRM fonctionnelle. En effet, il a été récemment découvert que le coefficient de diffusion de l'eau diminuait légèrement et transitoire-

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ment dans les régions cérébrales activées (2). Cet effet survient plusieurs secondes avant l'augmentation connue du débit sanguin qui est utilisée habituellement en neuro-imagerie fonctionnelle (TEP ou IRM) pour obtenir des images de l'activation cérébrale lors de tâches sensorimotrices ou cognitives, et sa découverte représente une avancée majeure, offrant potentiellement une approche plus directe et une meilleure résolution. Ce ralentissement diffusionnel de l'eau s'expliquerait par une couche de molécules d'eau électrostatiquement confinées par les membranes cellulaires, dont la surface augmente (gonflement cellulaire) durant l'activation. Les mouvements d'eau et les changements de leurs propriétés physiques, comme la diffusion, apparaissent donc au cœur même des processus d'activation neuronale (3). L'objectif de cette présentation sera de replacer les propriétés de diffusion de l'eau dans le contexte des tissus biologiques, telles qu'elle peuvent être détectées par IRM, et de passer en revue les mécanismes qui sous-tendent l'activation neuronale et leur intimité avec les propriétés physiques de l'eau, la «molécule de l'esprit» ? (1) Le Bihan D. Nat Rev Neurosci. 2003, 4(6):469-80 ; (2) Le Bihan D, Urayama S, Aso T, Hanakawa T, Fukuyama H. Proc Nat! Acad Sci USA. 2006, 103(21):8263-8 ; (3) Le Bihan D. Phys. Med. Biol. 2007 R2 : R57-R90.

LE ROLE DE L'OPTIQUE EN IMAGERIE MEDICALE C Baccara Paris - Fronce Devant la variété et la qualité des méthodes d'imagerie médicale il semble légitime de se poser la question du rôle particulier que peut jouer l'optique dans le diagnostic. Le contraste optique est celui que perçoit le chirurgien quand il atteint l'organe malade, c'est une donnée précieuse que l'on aimerait atteindre de façon non invasive. Cependant la traversée des tissus du corps humain par la lumière se fait par des chemins très tortueux car ces tissus sont très fortement diffusants : les différentes approches utilisées aujourd'hui visent donc à contourner cette difficulté et à réaliser des « biopsies» virtuelles. A faible profondeur (de l'ordre du mm) il est possible de sélectionner les photons balistiques et d'obtenir des images à haute résolution (de l'ordre du micron). Nous parlerons de l'OCT (Optical Coherence Tomography) qui a déjà sa place à l'hôpital en ophtalmologie et des recherches actuelles sur le diagnostic peropératoire. A plus grande profondeur (quelques cm) la tomographie diffuse révèle bien des contrastes optiques mais avec une résolution médiocre (de l'ordre du cm). Nous montrerons que le couplage de l'optique et de l'acoustique permet de révéler ces contrastes avec la résolution de l'échographie acoustique.