Le cerveau est à la fois notre organe le plus fascinant et le plus mystérieux. Comment les dizaines de milliards de neurones qui le composent arrivent-ils à parfaitement s'organiser et à communiquer entre eux pour contrôler toutes les activités de notre vie, consciente ou inconsciente ? Pour la science, si le siècle passé fut celui de la génétique, le XXIème siècle sera certainement celui du cerveau. En effet, cette fantastique machine cache encore bien des secrets, et surtout l'augmentation de la fréquence des maladies cérébrales (Alzheimer, Parkinson, épilepsie…) nous impose de mieux comprendre le cerveau pour espérer développer de nouvelles thérapies. Et une fois de plus, c'est la physique, discipline millénaire, qui vient en aide aux biologistes et médecins pour les aider à résoudre leurs problèmes. 2005, année mondiale de la physique, est donc le moment idéal pour faire le point sur l'apport de la physique dans le domaine de l'exploration du cerveau.
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Une nouvelle technique d'imagerie médicale est installée à l'hôpital Tenon, c'est la tomographie par émission de positons ou TEP, qui est une technique de médecine nucléaire permettant la localisation des tumeurs cancéreuses, leur bilan d'extension et la détection des récidives. Cela est possible grâce à l'injection au patient de glucose rendu radioactif, et qui va s'introduire dans les cellules malignes, trahissant ainsi leur présence. Une caméra détecte cette radioactivité et permet l'obtention d'images tomographiques dans les trois plans de l'espace suivies d'une reconstruction tridimentionnelle. Cette première machine TEP dediée installée en milieu civil va permettre d'étudier la place que cette nouvelle technique d'imagerie, singulière par son approche métabolique de la maladie cancéreuse, va prendre dans la stratégie diagnostique, les indications et le suivi de la thérapeutique. FILMED_100-4302-109 2000
Mot(s) clés libre(s) : FILMED, IRM, médecine nucléaire, tomographie

L'imagerie médicale a sans aucun doute entraîné ces vingt dernières années une transformation radicale dans la façon d'aborder le diagnostic et le suivi thérapeutique. Un diagnostic de localisation d'une lésion cérébrale qui nécessitait un examen clinique long et minutieux par un neurologue expérimenté se fait aujourd'hui avec une précision millimétrique grâce au scanner ou à l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Là où le maître entouré de ses élèves démontrait que la lésion ischémique ou tumorale devait siéger au niveau de tel noyau du thalamus (la vérification ayant lieu malheureusement souvent quelques semaines plus tard sur les coupes de cerveau), le neuroradiologue parvient au même résultat en quelques minutes. On pourrait multiplier les exemples ; là où le cardiologue se fiait à son auscultation et à des clichés de thorax, l'échocardiographie montre en temps réel les mouvements des valves cardiaques et la dynamique de la contraction ventriculaire, la scintigraphie myocardique précise la localisation des zones de myocarde ischémique et les anomalies de sa contraction ; demain l'IRM permettra de voir la circulation coronaire et le tissu myocardique et remplacera l'angiographie par voie artérielle. On pourrait encore citer l'échographie en obstétrique, en hépatologie ou en urologie, la scintigraphie dans la détection des lésions de la thyroïde, des métastases osseuses ou de l'embolie pulmonaire. Aujourd'hui la tomographie par émission de positons (TEP) est en train de devenir la méthode incontournable en cancérologie, non pas tant pour le diagnostic du cancer que pour en préciser l'extension, l'existence de métastases, l'évolution sous traitement après chimiothérapie, chirurgie ou radiothérapie ou encore l'apparition de récidives ou de métastases tardives. Au milieu du 19ème siècle, l'inventeur de la médecine expérimentale, Claude Bernard indiquait à Ernest Renan qui l'a relaté, que « l ‘on ne connaîtrait la physiologie que le jour où l'on saura décrire le voyage d'un atome d'azote depuis son entrée dans l'organisme jusqu'à sa sortie». Ce qui était totalement hors de portée du savant de cette époque, connaît en ce début du 21ème siècle une pleine réalisation grâce à une série d'avancées techniques rendues d'abord possibles par la radioactivité et aussi dans une certaine mesure par l'IRM et de toutes façons par la combinaison de plusieurs méthodes lorsqu'on aborde la pathologie. C'est certainement dans la description du voyage fait par le médicament dans le corps que réside aujourd'hui une des avancées les plus intéressantes dans le domaine pharmaceutique. Mais nous verrons aussi que quand nous écoutons, parlons, bougeons, réfléchissons... certaines aires de notre cerveau s'activent. Cette activation électrique et chimique des neurones se traduit par une augmentation du débit sanguin local dans les régions cérébrales concernées par cette activation. La TEP d'abord puis en utilisant les mêmes principes physiologiques, l'IRM aujourd'hui permet de produire des images sensibles au débit sanguin et ce, sans recours à l'injection d'une substance ou molécule particulière. Il ne peut s'agir dans cette conférence de décrire les principes physiques, les indications de toutes ces méthodes et les résultats qu'elles permettent d'obtenir en clinique. Par contre la comparaison de l'origine et de l'évolution de trois de ces méthodes, la radiologie, la médecine nucléaire et l'imagerie par résonance magnétique nucléaire est intéressante. La perspective historique permet en effet de mieux comprendre la genèse, l'évolution et les indications de ces différentes méthodes qui ont toutes leur point de départ dans la physique.
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Une série de ressources proposées par les sites ENS/DGESCO au sujet de l'imagerie médicale (radiologie, échographie, IRM...).
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Emois Nancy 2009 - Session Utilisation de l’information médicale pour la prévision d’activité (SROS, EPRD, CPOM) ; analyse de l’activité.Amélioration de l'efficience et optimisation des délais d'obtention des IRM et des scanners pour les patients hospitalisés. F. Martinez, C. Segouin.SCD Médecine.
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Discussion sur les avancées récentes dans le domaine de l'imagerie cérébrale et de la transplantation de cellules neuronales chez le singe.GénériqueAnne Hervé Minvielle, Philippe Hantraye, William Rostène
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L'existence de relations entre cerveau et pensée a alimenté de nombreuses querelles philosophiques, et ce en raison de l'absence de techniques d'observation du fonctionnement normal de cet organe. A la fin du 19e siècle, physiologistes et neurochirurgiens ont établi que les fonctions cognitives généraient des modifications localisées de la circulation sanguine cérébrale, et que des stimulations ou des lésions du cortex pouvaient provoquer une interruption ou un trouble de leur exécution. Jusqu'aux années 1980, cette dernière approche - la neuropsychologie - a constitué la méthode expérimentale prédominante pour l'étude des relations entres structures et fonctions cérébrales. Elle est cependant limitée parce qu'elle tente d'inférer le fonctionnement du cerveau normal à partir de l'observation de dysfonctionnements de cerveaux lésés. Dans ce contexte, la mise au point au cours des années 1990 de techniques d'imagerie numérique tridimensionnelle permettant d'observer de façon externe chez l'homme vivant l'organisation fonctionnelle de son cerveau, constitue une véritable révolution. La tomographie par émission de positons, l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle et la magnétoencéphalographie sont désormais à même de fournir des cartes spatio-temporelles des événements électriques et métaboliques qui sous-tendent les activités mentales. Ces nouvelles approches des fonctions cognitives ont déjà fourni de nombreux résultats en démontrant que les activités cognitives avaient pour base une modulation d'activité neuronale. Elles devraient également permettre dans l'avenir une nouvelle approche des dysfonctionnements cognitifs apparaissant au détours des maladies neurologiques et psychiatriques.
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Depuis quelques années se développe aux Etats Unis et en Europe une nouvelle méthode non invasive pour étudier certaines pathologies des poumons. Elle est fondée sur l'imagerie par résonance magnétique (IRM) utilisant du gaz d'hélium 3 inhalé par le patient et préalablement polarisé par pompage optique. La polarisation nucléaire dans un gaz d'hélium 3 peut atteindre 80% avec les techniques existantes et les sources laser actuelles. Ceci correspond à une « hyperpolarisation » considérable, 105 fois plus grande que les polarisations thermiques obtenues dans les champs magnétiques élevés de l'IRM standard. Ce gaz hyperpolarisé peut être utilisé comme source de signaux de résonance magnétique nucléaire (RMN) avec un excellent rapport signal sur bruit. Parmi toutes les applications que ceci suggère dans des disciplines diverses, la possibilité de faire l'image des voies aériennes des poumons a immédiatement suscité un intérêt considérable. En effet l'IRM conventionnelle, fondée sur les protons des tissus, ne peut pas fournir d'image des espaces creux, ni même des tissus du parenchyme pulmonaire. L'hélium « hyperpolarisé » apparaît ainsi comme un outil clinique très prometteur. Il fournit des images de très bonne résolution et renseigne sur la ventilation des voies respiratoires : il donne accès à des images statiques pendant que le patient retient son souffle, à la dynamique de la ventilation pendant l'inspiration et l'expiration et aussi à l'imagerie fonctionnelle. Il permet des études sur l'asthme, l'emphysème, l'obstruction chronique des voies respiratoires, en particulier chez les grands fumeurs, et donne des informations précieuses en cas de chirurgie ou de greffe du poumon. Actuellement se déroulent simultanément des études cliniques sur des malades, des travaux sur des modèles animaux et des développements technologiques visant à adapter les méthodes optiques de polarisation du gaz à un environnement médical. Ces études très pluridisciplinaires associent étroitement physiciens, ingénieurs de la résonance magnétique, radiologues et médecins. Dans cette conférence on rappellera les principes de l'IRM conventionnelle, on expliquera la méthode du pompage optique pour l'hyperpolarisation nucléaire de l'hélium, on décrira les particularités de l'IRM avec hélium, on montrera des images pulmonaires statiques et dynamiques de volontaires sains et de patients atteints de diverses pathologies. Les potentialités cliniques futures seront enfin discutées.
Mot(s) clés libre(s) : hyperpolarisation de l'hélium, imagerie médicale, imagerie par résonance magnétique, IRM, pathologie des poumons, physique atomique, polarisation nucléaire, pompage optique

L'imagerie par Résonance Magnétique (IRM) permet depuis une vingtaine d'année de produire des images de l'anatomie ‘statique' du cerveau, c'est-à-dire des coupes virtuelles montrant les détails des structures cérébrales (matière grise, matière blanche) avec une précision millimétrique. Cette imagerie ‘anatomique' est utilisée par les radiologues pour la détection et la localisation de lésions cérébrales. Plus récemment, l'IRM est aussi devenue ‘fonctionnelle' (IRMf), montrant l'activité des différentes structures qui composent notre cerveau. L'imagerie neurofonctionnelle par IRMf repose sur deux concepts fondamentaux. Le premier, soupçonné depuis l'Antiquité mais clairement mis en évidence au siècle dernier par les travaux du chirurgien français Paul Broca, est que le cerveau n'est pas un organe homogène, mais que chaque région est plus ou moins spécialisée dans sa fonction. Le deuxième, suggéré par l'anglais Sherrington à la fin du siècle dernier, est que les régions cérébrales actives à un moment donné voient leur débit sanguin augmenter. C'est cette augmentation locale et transitoire de débit sanguin, et non directement l'activité des neurones, qui peut être détectée par l'IRMf et par la caméra à émission de positons (autre méthode d'imagerie neurofonctionnelle). En pratique, il suffit donc d'acquérir des images représentant le débit sanguin en chaque point de notre cerveau quand il exécute une tâche particulière (motrice, sensorielle, cognitive,...) et dans une condition de référence neutre. A l'aide d'un traitement informatique de ces images, on peut extraire les régions cérébrales pour lesquelles le débit sanguin a changé entre la condition de contrôle et l'exécution de la tâche et en déduire que ces régions ont participé à cette tâche. Ces régions sont reportées en couleurs sur l'anatomie cérébrale sous-jacente. Bien que l'imagerie neurofonctionnelle, aujourd'hui, ne permette pas de descendre à l'échelle des neurones, les exemples rassemblés dans ces pages tendent à montrer que les circuits cérébraux utilisés par l'activité de ‘pensée' sont communs avec ceux utilisés par des processus de perception ou d'action réels. Ce résultat n'est pas surprenant a priori, si on considère que certaines formes de pensée (créer et voir une image mentale, imaginer une musique, inventer une histoire, évoquer des souvenirs...) ne sont autres que des simulations ou reproductions internes d'évènements que nous avons vécus ou que nous pourrions vivre. Au delà de l'identification des régions impliquées dans les processus cognitifs, des travaux en cours laissent présager qu'un jour nous pourrions peut-être même avoir accès en partie à la nature de l'information traitée par les différentes régions de notre cerveau, et donc, d'une certaine manière, à une petite fraction du contenu de nos pensées...
Mot(s) clés libre(s) : anatomie cérébrale, Broca, cerveau, fonction cognitive, imagerie cérébrale, imagerie médicale, imagerie par résonance magnétique, IRM, language, matière blanche, matière grise, motricité, neuroimagerie, neurone, neuroscience, pensée, région cérébrale, She

L'imagerie standard est insuffisante, la dimension tridimensionnelle est plus adaptée et plus utile. SCD médecine Nancy 1 mpa
Mot(s) clés libre(s) : images 3D, IPM 2007, IRM, radiologie