I. Mise en situation : les différentes techniques d'imagerie médicale




Les techniques d’imagerie existantes :

  • Rayons X :

Forme de rayonnement électromagnétique à haute fréquence constitué de photons dont la longueur d’onde est comprise entre 5pm et 10nm. C’est un rayonnement ionisant. Une exposition prolongée aux rayons X peut provoquer des brûlures mais aussi des cancers.

  • Scanner :

Technique qui consiste à mesurer l’absorption des rayons X par les tissus puis, par traitement informatique, à numériser et enfin reconstruire des images 2D ou 3D des structures anatomiques. L’exposition répétée aux rayons X peut-être nocive pour l’organisme, mais le rapport bénéfice/risque lié à l’irradiation penche largement en faveur de la tomodensitométrie.



  • IRM :

Technique permettant d’obtenir des vues 2D ou 3D de l’intérieur du corps de façon non-invasive avec une résolution relativement élevée. L’IRM nécessite un champ magnétique puissant et stable produit par un aimant supraconducteur. Cette technique n’irradie pas le sujet.

  • Echographie :

Technique d’imagerie employant des ultrasons, totalement inoffensif pour l’homme.

  • Tomographie par Emission de Photon Unique, Tomographie par Emission de Positons :

Méthode d’imagerie médicale qui permet de mesurer en trois dimensions l’activité métabolique d’un organe grâce aux émissions produites par les positons issus de la désintégration d’un produit radioactif injecté au préalable.


  • Imagerie Spectroscopique Proche Infrarouge :

Application à l’imagerie cérébrale de la spectroscopie proche infrarouge. Cette technique consiste à mesurer de l’oxygénation d’une zone du cerveau afin d’en déduire son activité. En mesurant, les changements du signal liés à l'absorption et à la diffusion, il est possible de déterminer si les régions observées sont actives ou non.

L’imagerie optique est basée sur l’absorption lumineuse par l’hémoglobine : Hb et HbO.

  • L’Imagerie Optique Diffuse (IOD)

On utilise des sources et des détecteurs séparés spatialement pour sonder les tissus en profondeur. La lumière illumine localement et un détecteur collecte cette lumière à distance.
Cette méthode est peu précise spatialement (~5mm) avec une résolution temporelle de l’ordre de 1-10ms.

  • Technique de transillumination

On éclaire un tissu et on capte les photons l’ayant traversé. En jouant sur la longueur d’onde, la taille de la surface éclairée ou encore les propriétés physiques de l’onde utilisée, on peut distinguer des zones ‘anormales’ correspondant à des tumeurs, en traversant jusqu’à quelques cm de tissu (application principale : mammographie optique).

  • Imagerie intrinsèque

Le cortex est illuminé par une lumière à longueur d’onde donnée et une carte de réflexion lumineuse est ensuite prise. La caméra détecte les zones illuminées et son spectre dynamique ne permet pas de voir les processus physiologiques profonds.
Cette méthode possède une excellente résolution spatiale (quelques µm), mais seulement en surface, on n’a pas de vision en profondeur (400µm).
Cette imagerie est plutôt utilisée chez l’animal (rat, singe, chat).


  • Technique de tomographie par cohérence optique (OCT)

On envoie une onde lumineuse sur un tissu et on mesure les photons réfléchis par le milieu. En étudiant les interférences entre la lumière envoyée sur le milieu et la lumière réfléchie, et en connaissant la vitesse de déplacement de la source lumineuse, on peut avoir des informations sur la nature des tissus étudiés avec une très bonne résolution spatiale, et une profondeur allant jusqu’à 2mm (application principale : biopsie non-invasive).

Dans le visible et le proche infrarouge, la propagation de la lumière dans les tissus est possible, notamment dans la fenêtre dite thérapeutique : 600-1000nm. Cependant, les tissus biologiques sont très diffusifs, ce qui engendre des problèmes lors de la reconstruction des données. On se tourne alors vers l’imagerie moléculaire.


  • Imagerie moléculaire

C’est une imagerie de fluorescence proche infrarouge, basée elle aussi sur la propagation de la lumière dans les tissus animaux et humains.
C’est une méthode non invasive avec une lumière à basse énergie non ionisante, basée sur les marqueurs de trace. On a une modalité fonctionnelle et non anatomique.

L’imagerie non invasive des fonctions moléculaires et de l’expression des gènes in vivo est la représentation visuelle, caractérisation et quantification de processus cellulaires, moléculaires de façon intacte dans les organismes vivants.


  • Techniques de fluorescence

On excite des fluorophores (naturels ou artificiellement injectés dans les tissus) grâce à une onde lumineuse de longueur d’onde spécifique, et on mesure la quantité de photons émis lors du retour des molécules à l’état fondamental. Cela permet, par discrimination spatiale ou temporelle, de distinguer des structures spécifiques (application principale : diagnostic cancéreux, visualisation de structures vasculaires).

L’imagerie proche infrarouge (imagerie PIR) est le fruit des développements technologiques les plus récents et permet d’acquérir simultanément l’information spectrale d’un ensemble de points. La base de l’imagerie PIR est l’intégration dans une seule analyse des informations spatiales et spectrales d’un échantillon.

Le projet SPIRIT (Spectroscopie Proche Infra-Rouge par Imagerie temporelle) a pour objectif d'utiliser les technologies les plus avancées pour réaliser l'imagerie spectroscopique des tissus en exploitant le potentiel des méthodes temporelles, une détection spatiale des photons diffusés, le tout sans contact avec le patient.

Pénétration et diffusion des photons dans les tissus biologiques
La faible absorption des photons du proche infrarouge par les chromophores des tissus biologiques permet à ces photons d'atteindre des profondeurs de plusieurs centimètres et ouvrent des perspectives d'applications médicales telles que les explorations de l'activité cérébrale, la mammographie ou la myographie. Cependant, les tissus biologiques diffusent très fortement ces photons, limitant ainsi la profondeur d'exploration et la résolution spatiale des images de tomographie optique.





I. Mise en situation
II. La caméra Spirit
III. Expression des besoins et Budget
IV. Résultats.