ming r o v d l bee e h c s cht » i i l d e e g r m Bio doo n e v en e r L u t e e b e «H Sg R N C Een
agerie-biom www.cnrs.fr/im
edicale/
In samenwerking met:
68
Un évé
RS N C t n neme
agerie-b www.cnrs.fr/im
iomedicale/
En partenariat avec
69
Biomedische beeldvorming: de geschiedenis van een aanhoudende (r)evolutie Het bruist van technologie. De magnetische-resonantie-beeldvorming (MRI) is 30 jaar jong en heeft haar laatste woord nog niet gezegd. Niettegenstaande haar spectaculaire vooruitgang in de laatste jaren, staat de MRI niet de enige biomedische beeldvormingstechniek die een nooit geziene beroering doormaakt. Alle thans door de clinici gebruikte beelvormingstechnieken (echografie, nucleaire beeldvorming, X-stralen, MRI) blijven de onderzoekers in hun laboratoria stimuleren. Nieuwkomers zoals de optische beeldvorming krijgen er hun volle bloei. Nieuwe toepassingen. Samen met de technologische vooruitgang zijn ook de functies zelf van de beeldvorming geëvolueerd. Wat gisteren nog eenvoudige “fotografie” van het menselijk lichaam was, die anatomische informatie verschafte omtrent het beenderstelsel of de vorm van de verschillende organen, levert vandaag een onvergelijkbare kijk op diezelfde organen in volle werking, en laat toe de stofwisseling te visualiseren tot op het cellulaire niveau. Dankzij de vooruitgang van de beeldvorming blijven de hersenen hun geheimen verder prijsgeven. De beeldvorming vergemakkelijkt eveneens de studie van natuurlijke processen, zoals de veroudering, en ze heeft de kankerdiagnose ondersteboven gegooid. Dit maakt een van haar ruimste hedendaagse toepassingen uit ... en heeft nog een ruim onontgonnen onderzoeksterrein voor zich. De instrumenten van de beeldvorming hebben nog andere roepingen geopenbaard. Naast het evalueren van de doelmatigheid van een ingestelde behandeling tijdens haar verloop en het leiden van heelkundige ingrepen is er ook de “herstelling” van het lichaam, namelijk dankzij de laatste vooruitgang betreffende de gefocaliseerde ultratonen of door de vooruitgang gerealiseerd op het gebied van de interface mens-machine. Om er meer over te weten, volg de gids...
70
L’imagerie biomédicale : l’histoire d’une (r)évolution permanente Des techniques en ébullition. L’imagerie par résonance magnétique (IRM) a 30 ans, et n’a toujours pas dit son dernier mot. Si l’IRM a enregistré des progrès spectaculaires ces dernières années, elle n’est pas la seule technique d’imagerie biomédicale à connaître des bouleversements sans précédents. Les modalités d’imagerie couramment utilisées par les cliniciens (échographie, imagerie nucléaire, rayons X, IRM) continuent de mobiliser les chercheurs dans les laboratoires. De nouvelles nées comme l’imagerie optique y prennent leur essor. De nouveaux usages. Avec les progrès de la technologie, les fonctions même de l’imagerie ont évolué. Hier simple « photographie » du corps humain, fournissant des informations anatomiques sur la structure osseuse ou la forme des différents organes, l’imagerie offre aujourd’hui une vue imprenable sur ces mêmes organes en train de fonctionner et permet de visualiser jusqu’au métabolisme cellulaire. Grâce aux progrès de l’imagerie, le cerveau continue de livrer ses secrets. L’imagerie facilite également l’étude de processus naturels comme le vieillissement et elle a révolutionné le diagnostic du cancer, qui constitue à ce jour l’une de ses applications majeures… et un champ de recherche encore grand ouvert. Les outils d’imagerie se sont découvert d’autres vocations : évaluer l’efficacité thérapeutique au cours du traitement et guider les interventions chirurgicales, mais aussi « réparer » le corps, grâce notamment aux dernières avancées sur les ultrasons focalisés ou aux progrès réalisés dans le domaine de l’interface homme-machine. Pour en savoir plus, suivez le guide…
71
© Rodolphe Gombergh - CIMN Paris © CNRS Photothèque - Max Langer, Françoise Peyrin
© Marco Desscouleurs - Fotolia
1
3
500 μm
2
Beeldvorming door middel van X-stralen: een baanbreekster Principe X-stralen worden doorheen het lichaam geprojecteerd en worden min of meer geabsorbeerd in functie van de dichtheid van de doorgelichte weefsels. Daar waar de radiografie – de oudste techniek van medische beeldvorming – een tweedimensionaal beeld produceert van het onderzocht gebied, laat de scanner, dankzij een veelheid van opnames (tot meerdere honderden) onder verschillende hoeken uitgevoerd, de driedimensionale reconstructie toe van het inwendige van het menselijk lichaam. Sommige organen die in een eenvoudige radiografie verborgen blijven, komen hier integraal tevoorschijn. De beeldvorming door middel van X-stralen wordt een “anatomische” beeldvormingstechniek genoemd: ze geeft een ware kaart weer van het inwendige van het lichaam, die de vorm en stand van het skelet en de ligging van de verscheidene organen toont.
Voordelen
t%F 9TUSBMFO MBUFO UPF CFFMEFO UF CFLPNFO NFU FFO [FFS HSPUF OBVXLFVSJHIFJE UPU kleiner dan een millimeter. t%FSBEJPMPHJFUPFTUFMMFOTUBBOFFOTOFMPOEFS[PFLUPFFO[JKO[FFSWFSTQSFJE
Focus In het hart van de bloedsomloop De X-stralen worden zeer snel opgespoord en laten toe snel opeenvolgend beelden te maken van het menselijk lichaam. Zodoende kunnen ware films geproduceerd worden die dynamische verschijnselen zoals de bloedsomloop kunnen wedersamenstellen. Om daartoe te komen wordt een contrastmiddel gebruikt, op basis van jodium, dat in het bloed wordt ingespoten. Het gejodeerde bloed absorbeert de X-stralen, en de streken waardoorheen het stroomt verschijnen witter in het beeld. Dankzij het jodium en de X-stralen worden afwijkingen aangetoond, zoals bijvoorbeeld een bloedvatenvernauwing.
72
Nadelen
t*OEJFO JO IPHF EPTFT BBOHFXFOE TDIBEFO X-stralen de gezondheid. t ;F POEFSTDIFJEFO NJOEFS EVJEFMJKL i[BDIUFw weefsels: Op een gewrichtsradiografie, bijvoorbeeld wordt het kraakbeen niet zichtbaar.
Legendes : 1 Beeld van de hand met behulp van X-stralen, het kraakbeen is niet zichtbaar. 2 Gelijktijdige ontleding van de beenderige microstructuur en het microvasculair stelsel in het bot (in het rood), voor de eerste maal bekomen door middel van de synchrotron-micrografie. 3 Tomodensitometrie door middel van X-stralen van de urinewegen na inspuiting van een contrastmiddel, of uro-scan, om nierstenen en tumoren in het licht te stellen. Bij deze patiënt is in driedimensionale modus een normale nier te zien en een nier met een tumor, verzakt in het bekken.
© Rodolphe Gombergh - CIMN Paris © CNRS Photothèque - Max Langer, Françoise Peyrin
© Marco Desscouleurs - Fotolia
1
3
500 μm
2
L’imagerie par rayons X : une pionnière Principe Les rayons X sont projetés à travers le corps et sont plus ou moins absorbés en fonction de la densité des tissus traversés. Alors que la radiographie – la plus ancienne technique d’imagerie médicale – produit une image en deux dimensions de la zone observée, le scanner permet, grâce à une multitude de vues (jusqu’à plusieurs centaines) prises sous des angles différents, de reconstituer en 3D l’intérieur du corps humain. Certains organes cachés lors d’une simple radiographie apparaissent alors dans leur intégralité. L’imagerie par rayons X est une technique d’imagerie dite « anatomique » : c’est une véritable carte de l’intérieur du corps qui donne à voir la forme et la position du squelette et des différents organes.
Avantages
t-FTSBZPOT9QFSNFUUFOUEPCUFOJSEFTJNBHFTEVOFUSÒTHSBOEFQSÏDJTJPO JOGÏSJFVSF BVNJMMJNÒUSF t-FTBQQBSFJMTEFSBEJPHSBQIJFQFSNFUUFOUVOFYBNFOSBQJEFFUTPOUUSÒTSÏQBOEVT
Focus Au cœur de la circulation sanguine Les rayons X sont détectés très rapidement et permettent de faire des images en rafale du corps humain. On peut ainsi produire de véritables films qui restituent des phénomènes dynamiques comme la circulation sanguine. Pour y arriver, on utilise un agent de contraste, l’iode, qu’on injecte dans le sang : le sang iodé absorbe les rayons X et les régions dans lesquelles il circule apparaissent plus blanches à l’image. Grâce à l’iode et aux rayons X, on met certaines anomalies en évidence, comme par exemple le rétrécissement des vaisseaux sanguins.
Inconvénients
t® IBVUF EPTF MFT SBZPOT 9 TPOU OPDJGT QPVS la santé. t*MT EJTUJOHVFOU NPJOT CJFO DFSUBJOT UJTTVT « mous » : sur la radiographie d’une articulation, par exemple, on ne verra pas le cartilage.
Légendes : 1 *NBHFQBSSBZPOT9EFMBNBJO-FDBSUJMBHFOFTUQBTWJTJCMF 2 "OBMZTF TJNVMUBOÏF EF MB NJDSPTUSVDUVSF PTTFVTF FU EV TZTUÒNF NJDSPWBTDVMBJSFPTTFVY SFQSÏTFOUÏFOSPVHF PCUFOVFQPVSMBQSFNJÒSF fois par microtomographie synchrotron. 3 5PNPEFOTJUPNÏUSJFQBSSBZPOT9EFTWPJFTVSJOBJSFTBQSÒTJOKFDUJPO d’un agent de contraste, ou uroscanner, pour la caractérisation des calculs et des tumeurs. Chez ce patient, on voit en mode 3D un rein normal et un rein en position basse pelvienne portant une tumeur.
73
© CNRS Photothèque - Cyril Frésillon
2
© Mikael Damkier - Fotolia
© CNRS Photothèque - Thomas Dietenbeck, Olivier Bernard, Denis Friboulet
© CNRS Photothèque - Élisabeth Brusseau, Jérémie Fromageau, Philippe Delachartre, Didier Vray
1
3
Beeldvorming met ultratonen: hallo, ben je er nog ? Principe
4
Deze beeldvormingsmodaliteit wordt het meest aangewend naast de radiografie. De echografie bestaat erin ultratone golven uit te zenden in het lichaam. Deze drukgolven weerkaatsen als ze een hindernis tegenkomen. Vertrekkend vanuit deze “echo’s” wordt het beeld gemaakt. Dankzij de vooruitgang in de informatica en de verwerking van het signaal, levert deze mechanische golf, ondanks de (zeer) lichte vervorming in haar baan doorheen de weefsels, waardevolle gegevens op betreffende de elasticiteit WBOEFEPPSHFMJDIUFXFFGTFMToFFOFMBTUPHSBýFXPSEUBMEVTVJUHFWPFSE;JK maakt het mogelijk om bijvoorbeeld een borsttumor vast te stellen, harder dan het normale borstweefsel. De jongste evolutie tot nu toe: de vatenelastografie laat toe om de soepelheid van de bloedvaten te meten, een nuttige aanwijzing in de voorkoming van hart- en vaatziekten.
Voordelen
t%FFDIPHSBBGJTFFOMJDIUHFXJDIUFOXFJOJHLPTUCBBSCFFMEWPSNJOHTUPFTUFM t)FUMBBUUPFCFXFHFOEFCFFMEFOiSFBMUJNFwPQUFOFNFO
Beperking
)FUCPUIPVEUEFVMUSBUPOFOUFHFOFOWFSCFSHUBMXBUFSBDIUFSMJHU
Focus Therapeutische ultratonen De onderzoekers hebben nog een andere toepassing gevonden voor ultratonen. Gebundeld zoals lichtstralen in een lens, laten gefocuseerde ultratonen toe om de temperatuur enkele graden te laten stijgen in de doelweefsels binnenin het menselijk lichaam. De toepassingen zijn therapeutisch: het doden van zieke weefsels (kankergezwellen, bijvoorbeeld) door het warmteeffecten het laten ontploffen - zo dicht mogelijk tegen de tumor van nano-kapsels die het medicijn vervoeren teneinde de doelmatigheid van de actieve stof te verhogen en de schade aan het lichaam te beperken.
74
Legendes : 1 Elastogram van een menselijke slagader onder[PDIU NFU VMUSBUPOFO )FU CMBVXF HFEFFMUF UPPOU een plaatselijke afwijking van de vaatwand van binnenuit bekeken. 2 “Aixplorer”, de eerste ultrasnelle echograaf die toelaat de elasticiteit van weefsels in “real time“ te berekenen. 3 Echografie van een foetus in de buik van de moeder. 4 Automatische opdeling van de hartkamerwand (hartspier) onder echografie ter ondersteuning van de diagnose.
© CNRS Photothèque - Cyril Frésillon
2
© Mikael Damkier - Fotolia
© CNRS Photothèque - Thomas Dietenbeck, Olivier Bernard, Denis Friboulet
© CNRS Photothèque - Élisabeth Brusseau, Jérémie Fromageau, Philippe Delachartre, Didier Vray
1
3
L’imagerie par ultrasons : écho es-tu là ? Principe
4
Modalité d’imagerie la plus utilisée avec la radiographie, l’échographie consiste à envoyer des ondes ultrasonores dans le corps. Ces ondes de pression se réfléchissent lorsqu’elles rencontrent des obstacles. C’est à parUJSEFDFTÏDIPTRVFMJNBHFFTUSÏBMJTÏF(SÉDFBVYQSPHSÒTEFMJOGPSNBUJRVF FUEVUSBJUFNFOUEVTJHOBM DFUUFPOEFNÏDBOJRVFRVJEÏGPSNF USÒT MÏHÒSFment les tissus traversés donne désormais de précieux renseignements sur l’élasticité des organes traversés – on réalise alors une élastographie. Elle permettra par exemple de voir une tumeur du sein, plus dure qu’un tissu TBJO%FSOJÒSFÏWPMVUJPOFOEBUF MÏMBTUPHSBQIJFWBTDVMBJSFQFSNFUEFNFTVrer la souplesse de la paroi des vaisseaux sanguins, une indication utile pour prévenir la survenue de maladies cardiovasculaires.
Avantages
t-ÏDIPHSBQIJFFTUVOEJTQPTJUJGEJNBHFSJFMÏHFSFUQFVDPßUFVY t&MMFQFSNFUEFGBJSFEFTJNBHFTBOJNÏFTFOUFNQTSÏFM
Inconvénient
-PTBSSÐUFMFTVMUSBTPOTFUDBDIFËMJNBHFDFRVJTFUSPVWFEFSSJÒSF.
Focus Des ultrasons thérapeutiques Les chercheurs ont trouvé un autre usage aux ultrasons. Concentrés comme la lumière dans une lentille, les ultrasons focalisés permettent de faire monter de quelques degrés la température des zones ciblées à l’intérieur du corps humain. Les applications sont thérapeutiques : nécroser les tissus malades (tumeurs cancéreuses, par exemple) sous l’effet de la chaleur ; faire exploser au plus près des tumeurs cancéreuses la paroi de nanocapsules transportant le médicament, afin d’augmenter l’efficacité de la substance active et de limiter les dommages sur l’organisme.
Légendes : 1 ²MBTUPHSBNNF EVOF BSUÒSF IVNBJOF PCTFSWÏF QBS ultrasons. La partie en bleu montre une anomalie locale de la paroi du vaisseau vu de l’intérieur. 2 Aixplorer, le premier échographe ultrarapide qui permet de quantifier en temps réel l’élasticité des tissus. 3 ²DIPHSBQIJFEVOGUVTEBOTMFWFOUSFEFTBNÒSF 4 Segmentation automatique de la paroi du ventricule gauche du cœur (myocarde) en échocardiographie pour une aide au diagnostic.
75
2
© CNRS Photothèque – Benoît Rajau
© CNRS Photothèque/CEA - DSV - Hubert Raguet
© CNRS Photothèque/IMNC UMR8165 – Irène Buvat, Simon Stute © CNRS Photothèque/CI-NAPS/GIP CYCERON - Alain Manrique
1
3
De Nucleaire Beeldvorming: de radioactiviteit ten dienste van de mens Principe De nucleaire beeldvorming berust op de detectie van radioactieve elementen na inspuiting in de bloedbaan. Deze gaan zich vasthechten op welbepaalde zones van het lichaam, die letterlijk gaan “oplichten” op het scherm. Er bestaan twee types van beeldvorming. De scintigrafie gebruikt radioactieve stoffen die eenvoudige gamma-fotonen uitzenden, zoals jodium 123 dat zich op de schildklier vastzet. De PET, of “Photon Emission Tomographe”, is een vijftiental jaren geleden in het klinisch onderzoek opgekomen. Deze gebruikt radioactieve “tracers” (spoorvormers) die positronen uitzenden, en vindt zijn toepassing voornamelijk in de kankergeneeskunde.
4
Voordeel De nucleaire beeldvorming geeft verschijnselen weer die verband houden met de werking van de cellen. Dit wordt een beeldvormingsmodaliteit voor de stofwisseling genoemd.
Nadeel De nucleaire beeldvorming geeft niets weer van de inwendige bouw van het lichaam aangezien op het scherm enkel die gebieden worden weergegeven waar het radioactieve element zich vastzet.
Focus Een molecule om kanker vast te stellen Glucose, gemerkt met radioactief fluor FDG (fluorodeoxyglucose), wordt toegepast in de PET-beeldvorming; dit laat toe beelden te maken van de organen die grote hoeveelheden suiker verbruiken: hersenen en hart, maar ook en bovenal kankergezwellen; deze laatste verbruiken een merkwaardig grote hoeveelheid glucose. Het belang is tweeërlei: een vroege diagnosestelling, de ontwikkeling van een gezwel begint immers steeds bij de ontregeling van de celmechanismen; tevens natrekken of de tumor reageert op de gekozen behandeling, d.w.z. dat nagetrokken wordt of zijn stofwisseling gewijzigd is, en dat nog vóór de inkrimping ervan zichtbaar wordt op een scanner of een MRI.
76
Legendes : 1 Digitale nabootsing met behulp van een PET-scan van het ganse lichaam met de isotoop FDG die het bekomen beeld dat de onderzoekers perfect kunnen bewerken – vergelijkt met de ingewikkelde biologische verspreiding van de radioactieve spoorvormer in het lichaam, rekening houdend met de weefselsdichtheid en alle eigenschappen van de PET-tomograaf. 2 PET-camera met hoog oplossingsvermogen voor hersenbeeldvorming. Deze techniek kan toegepast worden tijdens de opvolging van de behandeling van degeneratieve ziekten. 3 Beelden bekomen door respectievelijk lengte- en dwarssneden, met behulp van een gemengde tomograaf die zowel positronen als X-stralen uitzendt (PET-Scan), ter anatomische opsporing van kankerhaarden die de FDG vasthouden. 4 Anatomisch en functioneel onderzoek van het hart door middel van een PET-scan. Op deze doorsnede van de grote hart-as is te zien dat het FDG zich in de hartspier heeft opgehoopt. Dit bewijst dat de spier intact is
2
© CNRS Photothèque – Benoît Rajau
© CNRS Photothèque/CEA - DSV - Hubert Raguet
© CNRS Photothèque/IMNC UMR8165 – Irène Buvat, Simon Stute © CNRS Photothèque/CI-NAPS/GIP CYCERON - Alain Manrique
1
3
L’imagerie nucléaire : la radioactivité au service de l’homme Principe L’imagerie nucléaire repose sur la détection d’éléments radioactifs préalablement injectés par voie sanguine ou inhalés. Ceux-ci vont se fixer sur des zones précises de l’organisme, qui s’« allument » littéralement à l’écran. Deux types d’imagerie existent. La scintigraphie utilise des substances radioactives émettrices de photons gamma simples, comme l’iode 123 qui va se fixer sur la thyroïde. La TEP (tomographie par émission de positons), apparue en clinique il y a une quinzaine d’années, utilise des radiotraceurs émetteurs de positons. Le plus courant est le FDG, le glucose marqué au fluor radioactif, qui trouve la plupart de ses applications en cancérologie.
4
Avantage
-JNBHFSJFOVDMÏBJSFSFOEDPNQUFEFQIÏOPNÒOFTSFMBUJGTBVGPODUJPOOFNFOUEFTDFMMVMFT C’est ce que l’on appelle une modalité d’imagerie métabolique.
Inconvénient L’imagerie nucléaire ne donne pas à voir la structure interne du corps, puisque seules apparaissent à l’écran les régions où le radioélément va se fixer.
Focus Une molécule pour diagnostiquer le cancer Utilisé en imagerie TEP, le glucose marqué au fluor radioactif (FDG) permet de faire des images des organes gros consommateurs de sucre que sont le cœur et le cerveau, mais aussi et surtout, de la plupart des tumeurs cancéreuses : ces dernières sont en effet caractérisées par une consommation excessive de glucose. L’intérêt est double : établir des diagnostics précoces, car le développement d’une tumeur commence toujours par un dérèglement des mécanismes cellulaires ; vérifier si la tumeur réagit au traitement choisi, c’est-à-dire voir son métabolisme modifié, et ce avant même que sa régression ne soit visible sur un scanner ou une IRM.
Légendes : 1 Simulation numérique d’une TEP du corps entier au radiotraceur FDG, qui démontre par comparaison avec l’image acquise que les chercheurs savent parfaitement modéliser la biodistribution complexe du radiotraceur dans l’organisme en tenant compte de la densité des tissus et de toutes les caractéristiques du tomographe TEP. 2 Caméra TEP à haute résolution pour l’imagerie du cerveau. Cette technique peut être appliquée au suivi thérapeutique des maladies neurodégénératives. 3 *NBHFT FO WJTVBMJTBUJPO DPSPOBMF FU TBHJUUBMF PCUFOVFT BWFD un tomographe hybride à émission de positons et rayons X (TEP-Scan), pour le dépistage anatomique précis de foyers cancéreux fixant le FDG. 4 Exploration anatomique et métabolique du cœur par TEP-Scan : la fixation du FDG sur cette coupe « grand axe » du ventricule gauche témoigne de la viabilité des cellules myocardiques.
77
2
© IR4M, CNRS, Université Paris-Sud
© CNRS Photothèque - Loïc Boussel
© CNRS Photothèque/CI-NAPS/GIP CYCERON/INSERM Neuroépidémiologie
1
3
Magnetische resonantie beeldvorming (MRI): kompassen in het lichaam
©CNRSPhotothèque - Cyril Frésillon
Principe De MRI berust op de magnetische eigenschappen van de waterstofkernen in de XBUFSNPMFDVMFO )0 WBO IFU NFOTFMJKL MJDIBBN *O FFO LSBDIUJH NBHOFUJTDI WFME gebracht (in de grootte-orde van 1,5 Tesla), hetzij 30 0000 maal de sterkte van de aantrekkingskracht van de aarde gaan deze waterstofkernen zich richten als kleine LPNQBTKFT )FU UFSVHLFFS OBBS EF FWFOXJDIUTUPFTUBOE XPSEU EPPS IFU CFFMEWPSmingssysteem opgespoord.
Voordeel
De MRI laat zeer goed toe EF WFSTDIJMMFOEF [BDIUF XFFGTFMT UF POEFSTDIFJEFO ;JK wordt zeer veel toegepast in het onderzoek van het centraal zenuwstelsel (witte stof, grijze stof, hersenen-ruggenmergvocht) en in de opsporing van kraakbeenafwijkingen alsook voor het hart.
4
Nadelen
t8FFGTFMT EJF XFJOJH WPDIU CFWBUUFO [PBMT IFU CPU PG EF MPOHFO [JKO NJOEFS zichtbaar. t.3*JTEVVSFOWSJKUSBBH [FWFSFJTUTUFFETFOLFMFTFDPOEFOUPUNFFSEFSFNJOVUFO om een beeld te bekomen.
Focus De Magnetische-Resonantie-Spectroscopie De hoeveelheid van sommige stoffen in het lichaam meten zonder een monstername? Dit is geen toverij! Dat is nu juist wat de spectroscopie door magnetische resonantie mogelijk maakt. Zoals in de MRI gebruiken de onderzoekers de magnetische eigenschappen van de waterstofkern, behalve dat het niet meer de waterstof van het water betreft maar de waterstof van de organische samenstellingen aanwezig in het lichaam. In de hersenen zou de evolutie van de niveaus aan lactaat of glutamaat een aanduiding kunnen worden voor de ziekte van Alzheimer... en toelaten om, morgen, gemakkelijker een diagnose te stellen.
78
Legendes : 1 MRI-studie, bij 2000 bejaarden, op de verschijning en evolutie van microTDPQJTDIFMFUTFMTJOEFXJUUFTUPGWBOEFIFSTFOFO EF[F[JKOWPPSTQFMMFOEF aanduidingen van de op handen zijnde ziektes verbonden aan veroudering zoals depressies en dementies. 2 Realistische nabootsing van de bloedstroom in een menselijke halsslagader vertrekkende van gegevens bekomen met MRI, teneinde de werking te begrijpen van de vorming, de groei en de destabilisatie van slagaderverkalkingsplakken die verantwoordelijk zijn voor beroertes. 3 Bovenaan links: evaluatie van de ogenbeweeglijkheid door middel van dynamische MRI. Tijdens het onderzoek, houdt de patiënt de ogen gericht op lichtpunten: vijf punten in de dwarsrichting en twee in de lengterichting om respectievelijk de horizontale en verticale oogbewegingen te bestuderen. Linksonder: cine-MRI van het hart. De gegevensopname gebeurt in de pas met verschillende fasen van de cyclus van de hartbeweging. Rechtsonder: MRI-angiografie (bloedvatenonderzoek) van de hersenen door fasen-contrast. Enkel het signaal van de waterstofkernen van het bloed in beweging wordt vastgelegd. 4 Magnetische-resonantie-spectrometer voor het hele lichaam bij 3 Tesla.
2
© IR4M, CNRS, Université Paris-Sud
© CNRS Photothèque - Loïc Boussel
© CNRS Photothèque/CI-NAPS/GIP CYCERON/INSERM Neuroépidémiologie
1
3
L’imagerie par résonance magnétique (IRM) : des boussoles dans le corps
©CNRSPhotothèque - Cyril Frésillon
Principe
-*3. TBQQVJF TVS MFT QSPQSJÏUÏT NBHOÏUJRVFT EFT OPZBVY EIZESPHÒOF NBKPSJ tairement présents dans les molécules d’eau (H20) du corps humain. Placés dans un champ magnétique puissant de l’ordre d’1,5 Tesla – soit 30 000 fois l’intensité du DIBNQNBHOÏUJRVFUFSSFTUSFo DFTOPZBVYEIZESPHÒOFTBMJHOFOUUFMMFTEFQFUJUFT CPVTTPMFT$FTUMFVSSFUPVSËMÏRVJMJCSFRVFMFTZTUÒNFEJNBHFSJFEÏUFDUF.
Avantage
-*3. QFSNFU EF USÒT CJFO GBJSF MB EJTUJODUJPO FOUSF MFT EJGGÏSFOUT UJTTVT NPVT &MMF FTU USÒT VUJMJTÏF QPVS QSPEVJSF EFT JNBHFT EV TZTUÒNF OFSWFVY DFOUSBM TVCTUBODF blanche, substance grise, liquide céphalo-rachidien), et pour repérer des anomalies des cartilages, des muscles ou encore du cœur.
4
Inconvénients
t-FTUJTTVTDPOUFOBOUQFVEFBVDPNNFMPTPVMFTQPVNPOTTPOUNPJOTWJTJCMFT t-*3.DPßUFDIFSFUFTUSFMBUJWFNFOUMFOUFJMGBVUEFRVFMRVFTTFDPOEFTËQMVTJFVST minutes pour réaliser une image.
Focus La spectroscopie par résonance magnétique Mesurer la quantité de certaines substances dans l’organisme, sans réaliser aucun prélèvement ? Ce n’est pas de la magie ! C’est ce que permet la spectroscopie par résonance magnétique. Comme en IRM, les chercheurs utilisent les caractéristiques magnétiques du noyau d’hydrogène, sauf qu’il ne s’agit plus de l’hydrogène de l’eau mais de l’hydrogène de composés organiques présents dans le corps. Dans le cerveau, l’évolution des taux de lactate ou de glutamate pourrait par exemple devenir un bon indicateur d’une maladie d’Alzheimer… et permettre, demain, de poser plus facilement un diagnostic.
Légendes : 1 ²UVEF QBS *3. TVS TVKFUT ÉHÏT EF MBQQBSJUJPO FU EF MÏWPMVUJPO EF NJDSPMÏTJPOT EBOT MB NBUJÒSF CMBODIF EV DFSWFBV DPNNF NBSRVFVST prédictifs de la survenue de maladies liées au vieillissement telles que les démences ou la dépression. 2 Simulation réaliste du flux sanguin dans une carotide humaine à partir de EPOOÏFTBDRVJTFTFO*3. BýOEFDPNQSFOESFMFNÏDBOJTNFEFMBGPSNBtion, de la croissance et de la déstabilisation des plaques d’athérosclérose responsables d’accidents vasculaires cérébraux. 3&OIBVUËHBVDIFÏWBMVBUJPOEFMBNPUJMJUÏPDVMBJSFQBS*3.EZOBNJRVF Au cours de l’examen, le sujet fixe des points lumineux, cinq points disposés transversalement et deux fois trois points disposés longitudinalement, pour étudier respectivement les mouvements horizontaux et verticaux. En CBT Ë HBVDIF *3. DJOÏUJRVF EV DVS -FOSFHJTUSFNFOU EFT EPOOÏFT est synchronisé à différents instants du cycle cardiaque afin de restituer MFNPVWFNFOUEVDVS&OCBTËESPJUFBOHJPHSBQIJF*3.DÏSÏCSBMFQBS DPOUSBTUF EF QIBTF 4FVM MF TJHOBM EFT OPZBVY EIZESPHÒOF EV TBOH FO mouvement est enregistré. 4 4QFDUSPNÒUSFJNBHFVSQBSSÏTPOBODFNBHOÏUJRVFDPSQTFOUJFSUFTMBT
79
© CNRS Photothèque/CI-NAPS - Bernard Mazoyer © CNRS Photothèque/CI-NAPS – Laurent Petit, Bernard Mazoyer
© CNRS Photothèque – Guillaume Sescousse, Jérôme Redoute, Jean-Claude Dreher
1
3
2
De functionele hersenen MRI: zeg mij, waar denk je aan? Principe De functionele MRI (fMRI) van de hersenen laat toe om de weefsels die grote zuurstofverbruikers zijn te observeren door de zuurstofvoorziening van de hemoglobine in het bloed te beoordelen. De verandering van de toestand van de hemoglobine brengt met zich een wijziging in de magnetische eigenschappen die het MRI-signaal moduleert. De fMRI maakt het mogelijk om de werking van de hersenen waar te nemen.
Voordeel De fMRI brengt een ware revolutie teweeg in onze pas twintig jaar jonge kijk op de hersenen door aan te geven welk centrum door welke soort van opdracht wordt geactiveerd. De wetenschappers dachten inderdaad dat elk centrum in de hersenen een welbepaalde functie had, zoals het Brocacentrum en de spraakfunctie. Vandaag weten we dat voor elke functie-spraak, geheugen, gezicht, rekenen, ... meerdere centra tegelijkertijd geactiveerd worden.
Focus Kwestie van verbondenheid Het volstaat niet enkel te weten welke zones oplichten in de hersenschors bij de uitvoering van deze of gene taak. Het is nodig om te begrijpen dat deze onderling verbonden zijn door myeline-vezels. Het is de uitdaging van de diffusie MRI, die de micro-bewegingen verkent van de watermoleculen in de buurt van deze vezels. Het nauwkeurig in kaart brengen van deze vezelbundels zou moeten toestaan de oorsprong te vinden van sommige neurologische problemen: soms volstaat het dat een verbindingsweg afgesneden is om een verkeerde werking te veroorzaken
80
Het wordt ingewikkeld
8BBS IFU POEFS[PFLTXFSL FDIU JO EF LOPPQ SBBLU JT waar de hersenen zich bij het ene individu op een bepaalde wijze ontwikkelen die duidelijk verschillend is van bij het andere. De algemene beginselen daargelaten blijft te bepalen voor elke persoon afzonderlijk welk gedeelte specifiek individueel is en wat gemeenschappelijk is in de vorming van onze meest intieme gedachten.
Legendes : 1 Dit beeld van hersenenactiviteit bekomen door fMRI, illustreert het verschil tussen primaire beloningen (lustopwekkende beelden) en secundaire (geldelijke winst) in de hersenschors in het gebied van oogkassen-voorhoofd. Deze resultaten laten voor de eerste maal vermoeden dat er onderscheiden gebieden zijn volgens de beloningen. 2 Driedimensionale reconstructie bekomen met fMRI tijdens staccato-oogbewegingen met een bewegend doelpunt. 3 )FSTFOFOBMHFNFFOJOLBBSUHFCSBDIUNFUG.3*EFUJFOWPPSOBBNTUFGVODties: spraak, geheugen, gezicht, rekenen, ...
© CNRS Photothèque/CI-NAPS - Bernard Mazoyer © CNRS Photothèque/CI-NAPS – Laurent Petit, Bernard Mazoyer
© CNRS Photothèque – Guillaume Sescousse, Jérôme Redoute, Jean-Claude Dreher
1
3
2
L’IRM fonctionnelle cérébrale : dis, à quoi tu penses ? Principe
-*3.GPODUJPOOFMMFDÏSÏCSBMF *3.G QFSNFUEPCTFSWFSMFGPODUJPOOFNFOUEFTUJTTVTHSPTDPOTPNNBUFVST EPYZHÒOF FO EÏUFDUBOU MPYZHÏOBUJPO EF MIÏNPHMPCJOF EBOT MF TBOH -F DIBOHFNFOU d’état de l’hémoglobine entraîne une modification de ses propriétés magnétiques qui module le TJHOBM*3.-*3.GQFSNFUMPCTFSWBUJPOEVGPODUJPOOFNFOUEVDFSWFBV
Avantage
-*3.G FO EÏTJHOBOU MFT BJSFT BDUJWÏFT QBS DIBRVF UZQF EF UÉDIF B SÏWPMVUJPOOÏ MB WJTJPO RVPO avait du cerveau il y a encore vingt ans. Les scientifiques pensaient en effet que chaque zone du cerveau avait une fonction précise, comme l’aire de Broca et la fonction du langage. Aujourd’hui, on sait que pour chaque fonction – langage, mémoire, vision, calcul… –, plusieurs aires s’activent simultanément.
Focus Question de connectique Il ne suffit pas de savoir quelles zones s’allument dans le cortex cérébral lorsqu’on effectue telle ou telle tâche. Il faut comprendre comment celles-ci sont connectées entre elles par les fibres de myéline. C’est le défi de l’IRM dite « de diffusion », qui explore les micromouvements des molécules d’eau au voisinage de ces fibres. Cartographier précisément les faisceaux de fibres devrait permettre de remonter à l’origine de certains troubles neurologiques : il suffit parfois qu’une voie de communication soit coupée pour créer un dysfonctionnement.
Ça se complique Là où le travail des chercheurs se corse, c’est que le DFSWFBVTFEÏWFMPQQFEFNBOJÒSFTFOTJCMFNFOUEJGférente chez chaque individu. Au-delà des principes généraux, reste à déterminer, pour chaque sujet, la part de l’individuel et du collectif dans la formation de nos pensées les plus intimes.
Légendes : 1 "DUJWJUÏ DÏSÏCSBMF PCUFOVF QBS *3.G JMMVTUSBOU MB EJTTPDJBUJPO FOUSF récompenses primaires (images érotiques) et secondaires (gains EBSHFOU EBOT MF DPSUFY PSCJUPGSPOUBM $FT SÏTVMUBUT TVHHÒSFOU QPVS MB QSFNJÒSF GPJT RVJM QPVSSBJU FYJTUFS EFT [POFT EJTUJODUFT TFMPO MFT gratifications. 2 7PMVNF PCUFOV FO *3.G BV DPVST EF TBDDBEFT PDVMBJSFT WFST VOF cible se déplaçant. 3 $BSUPHSBQIJFDÏSÏCSBMFNPZFOOFQBS*3.GEFTEJYGPODUJPOTQSJODJQBMFT chez trois cents individus : langage, mémoire, vision, calcul…
81
© CNRS Photothèque – Emmanuel Perrin
© CNRS Photothèque – Kaksonen © CNRS Photothèque - Sylvain Baillet, Karim Jerbi
2
3
De magneto-encefalografie en de elektro-encefalografie: het elektrisch brein. Principe De zenuwcellen hebben als kenmerk dat ze bio-elektrische signalen doorgeven, de zeOVXþVY;PBMTCJKFMLFFMFLUSJTDIFBDUJWJUFJUWFSXFLUEFBDUJWFSJOHWBOOFVSPOFOJOFFOIFSsenencentrum elektrische en magnetische velden. Deze zijn uiterst zwak – het magnetisch veld bedraagt een miljoenste van het aard-magnetisch veld en het elektrisch veld komt overeen met een miljoenste volt – en slechts met tientallen ontvangers op het hoofd is het mogelijk hun plaats van oorsprong te bepalen.
1
Voordeel Vergeleken met de minder snelle traditionele MRI, meten de magneto-encefalografie (MEG) en de elektro-encefalografie (EEG), op de milliseconde nauwkeurig, de activiteit van de neuronen. Belang: in de dynamiek van de snelle (minder dan één seconde) hersenenverschijnselen doordringen en hulp bieden voor een betere plaatsbepaling van de haarden die aan de oorsprong liggen van epilepsietoevallen.
Nadeel Deze technieken geven voor het ogenblik tweedimensionale informatie doordat het signaal opgevangen wordt aan de oppervlakte van de schedelkap. Een koppeling met de MRI die volumebeelden levert, kan zeer nuttig blijken om in de diepte de plaats van de bronnen van hersenenactiviteit te plaatsen, hetzij om de heelkunde te vergemakkelijken, hetzij om de cognitieve wetenschappen te bevorderen.
Focus De interface mens-machine Mogelijk maken dat een tetrapleeg een arm of been in beweging kan zetten enkel door de geesteskracht: dat is wat wetenschappers en dokters weldra hopen te bereiken dankzij EEG. Om dit te verwezenlijken is een reuzenwerk aan “cartografie” van de hersenensignalen noodzakelijk. Voor elke door-de patiëntingebeelde handeling – de linker hand sluiten, de rechter voet opheffen... -, is het nodig exact de plaats te bepalen waar het signaal door de hersenschors wordt opgewekt. Blijft vervolgens, wanneer het signaal optreedt, in “real time” de toewijzing aan het betrokken lidmaat door te geven.
82
Legendes : 1 ;JDIUCBBSNBLFOEPPSNJEEFMWBO.&(WBOFFOOFUXFSLWBODFOUSB waarvan de activiteit in lage frequenties gelijkgesteld wordt met de snelheid van de hand gedurende de behandeling van een computermuis. 2 EEG tijdens eengezichtsnabootsing 3 EEG-onderzoek van de waarneming van de toonhoogte (lage en hoge tonen) in de spraak en de muziek bij kinderen met normaal leesvermogen en leesmoeilijkheden.
© CNRS Photothèque – Emmanuel Perrin
© CNRS Photothèque – Kaksonen © CNRS Photothèque - Sylvain Baillet, Karim Jerbi
2
3
La magnéto-encéphalographie et l’électro-encéphalographie : le cerveau électrique Principe
Les cellules nerveuses se caractérisent par la transmission d’un signal bioélectrique, l’influx nerveux. Comme toute activité électrique, l’activation des neurones dans une aire du cerveau crée des champs électrique et magnétique. Ceux-ci sont extrêmement faibles – le champ magnétique est environ 1 million de fois plus petit que MF DIBNQ NBHOÏUJRVF UFSSFTUSF FU MF DIBNQ ÏMFDUSJRVF DPSSFTQPOE Ë VO NJMMJPOJÒNF EF volt – et seuls plusieurs dizaines de capteurs placés sur la tête permettent de les déceler et d’en localiser l’origine.
1
Avantage
®MBEJGGÏSFODFEFM*3.GPODUJPOOFMMF NPJOTSBQJEF MBNBHOÏUPFODÏQIBMPHSBQIJF .&( FU MÏMFDUSPFODÏQIBMPHSBQIJF &&( NFTVSFOU Ë MB NJMMJTFDPOEF QSÒT MBDUJWJUÏ EFT OFVSPOFT *OUÏSÐU QFSDFS MB EZOBNJRVF EFT QIÏOPNÒOFT DÏSÏCSBVY SBQJEFT NPJOT EVOF seconde), et aider notamment à une meilleure localisation des foyers à l’origine des crises d’épilepsie.
Inconvénient
Focus
Ces techniques donnent pour le moment des informations en deux dimensions, le signal ÏUBOUSÏDVQÏSÏËMBTVSGBDFEFMBCPÔUFDSÉOJFOOF6ODPVQMBHFBWFDM*3. RVJGPVSOJUEFT JNBHFT FO WPMVNF QFVU TBWÏSFS USÒT VUJMF QPVS QPTJUJPOOFS FO QSPGPOEFVS MFT TPVSDFT d’activité du cerveau, que ce soit pour faciliter la chirurgie ou pour faire progresser les sciences cognitives.
L’interface homme-machine Permettre à un tétraplégique d’actionner un bras ou une jambe robotisée par la seule puissance de son esprit : c’est ce que chercheurs et médecins espèrent réaliser bientôt grâce à l’EEG. Pour ce faire, un gros travail de « cartographie » des signaux cérébraux est nécessaire. Pour chaque action imaginée par le patient – fermer sa main gauche, soulever son pied droit…–, il faut déterminer la localisation exacte du signal produit par le cortex. Reste ensuite, lorsque ce signal se manifeste, à transmettre en temps réel la consigne au membre robotisé.
Légendes : 1 Visualisation par MEG d’un réseau de régions dont l’activité en basses fréquences est synchronisée à la vitesse de la main pendant la manipulation d’une souris. 2 EEG au cours d’une stimulation visuelle. 3 Étude par EEG de la perception de la hauteur tonale (des sons graves à aigus) dans le langage et la musique chez des enfants normolecteurs et dyslexiques.
83
© Corinne Laplace-Builhé. Plateforme Imagerie et cytométrie. Institut Gustave Roussy, Villejuif
© Muriel Abbaci et Corinne Laplace-Builhé. Plateforme Imagerie et cytométrie. Institut Gustave Roussy, Villejuif
© Corinne Laplace-Builhé. Plateforme Imagerie et cytométrie.Institut Gustave Roussy, Villejuif
1
2
3
© Corinne Laplace-Builhé. Plateforme Imagerie et cytométrie. Institut Gustave Roussy, Villejuif
De optische beeldvorming: de jongst geborene. Principe Ooit een ingeschakelde zaklamp tegen je hand gehouden? Je hand wordt rood, IFUCFXJKTEBUMJDIUEPPSIFFOXFFGTFMTWBOIFUNFOTFMJKLMJDIBBNLBOSFJ[FO)FU beginsel van optische beeldvorming, amper vijftien jaar geleden sinds het het licht zag, bestaat erin het lichaam te verlichten met een laser en de fotonen op te vangen die door sommige cellenlagen opnieuw worden uitgezonden, hetzij op natuurlijke wijze, hetzij doordat er fluorescerende deeltjes voorafgaandelijk in het lichaam zijn ingespoten. Deze techniek vindt haar toepassingen in de beeldvorming van de huid (carcinomen), van de ooglens (cataract), of van de dikdarmwand (dankzij de invoering van een kleine endoscoop in de darm).
4
Voordelen
t)FUHBBUPNFFOOJFUJOHSJKQFOEFFOVJUFSTUTOFMMFCFFMEWPSNJOHTUFDIOJFL t;JKMBBUUPF[FFSLMFJOFEFUBJMTUF[JFO [PBMTFFOSPEFCMPFEDFMJOFFOCMPFEWBU
Focus
Nadeel De optische beeldvorming laat niet toe om het lichaam verder te bekijken dan een halve millimeter diep. In feite verspreiden de weefsels het licht enorm en zeldzaam zijn de fotonen die in rechte lijn reizen - de enige manier om een beeld wedersamen te stellen.
Voor morgen: de diepte-optiek? Het lichaam kunnen bestuderen op verscheidene centimeters diepte, tegenover minder dan één millimeter heden ten dage, is de uitdaging van de optische beeldvorming van morgen. Doel: gezwellen en uitzaaiingen in hun kleinste details te kunnen bekijken, met de scherpte van het allernieuwste digitaal fototoestel. Om daartoe te komen wordt in dierproeven, verbonden aan uiterst ingewikkelde wis- en natuurkundige modellen, geprobeerd de baan te herstellen van elk foton dat door de camera is opgevangen. Van een waar hoofdbreken gesproken voor de wetenschappers!
84
Legendes : 1 Stollingsverschijnsel (fibrinenetwerk in het groen) waargenomen op een levermonster volgend op een heelkundige staalafname. 2 KNO-opperhuidkanker duidelijk specifiek (keel), waargenomen met confocale microscoop. 3 Cellen van de immuniteitsverdediging (cellen van Langerhans, in IFU CMBVX BBOXF[JH JO EF IVJE )BBSUKFT FO FQJUIFFMPQQFSWMBL [JKO duidelijk te onderscheiden. 4 Scène uit het leven van een bloedcel (lymfocyt) in kultuur, waargenomen gedurende 72 uren onder de fluorescentiemicroscoop
© Corinne Laplace-Builhé. Plateforme Imagerie et cytométrie. Institut Gustave Roussy, Villejuif
© Muriel Abbaci et Corinne Laplace-Builhé. Plateforme Imagerie et cytométrie. Institut Gustave Roussy, Villejuif
© Corinne Laplace-Builhé. Plateforme Imagerie et cytométrie.Institut Gustave Roussy, Villejuif
1
2
3
L’imagerie optique : la dernière-née © Corinne Laplace-Builhé. Plateforme Imagerie et cytométrie. Institut Gustave Roussy, Villejuif
Principe
Qui n’a jamais placé une lampe de poche allumée contre sa main ? La main EFWJFOU SPVHF QSFVWF RVF MB MVNJÒSF QFVU WPZBHFS EBOT MFT UJTTVT EV DPSQT humain. Le principe de l’imagerie optique, née il y a une dizaine d’années à peine, consiste à éclairer le corps avec un laser et à récupérer les photons qui sont SÏÏNJTQBSMFTQSFNJÒSFTDPVDIFTEFDFMMVMFT TPJUEFNBOJÒSFOBUVSFMMF TPJUQBSDF que des particules fluorescentes ont été préalablement injectées dans le corps. Cette technique trouve des applications dans l’imagerie de la peau (carcinomes), de la rétine (cataracte), ou des parois du colon (grâce à l’introduction d’un petit endoscope dans l’intestin).
4
Avantages
t$FTUVOFUFDIOJRVFEJNBHFSJFJOPGGFOTJWFFUFYUSÐNFNFOUSBQJEF t&MMFQFSNFUEFWPJSEFTEÏUBJMTUSÒTýOT DPNNFVOFIÏNBUJF DFMMVMFTBOHVJOF dans un vaisseau.
Focus Demain, l’optique de profondeur ? Observer le corps sur plusieurs centimètres de profondeur, contre moins d’un millimètre aujourd’hui, c’est le défi de l’imagerie optique du futur. Objectif : pouvoir regarder tumeurs et métastases dans leurs moindres détails, avec la définition d’un appareil photo numérique dernier cri. Pour y arriver, des essais chez l’animal associés à des modèles mathématiques et physiques très compliqués tentent de restituer les trajets effectués par chacun des photons récupérés par la caméra. Un véritable casse-tête pour les chercheurs !
Inconvénient
L’imagerie optique ne permet pas d’observer directement le corps au-delà d’un demi-milliNÒUSF EF QSPGPOEFVS &O FGGFU MFT UJTTVT EJGGVTFOU ÏOPSNÏNFOU MB MVNJÒSF FU SBSFT TPOU MFT QIPUPOT à voyager en ligne droite – seul moyen de reconstituer une image.
Légendes : 1 1IÏOPNÒOFEFDPBHVMBUJPO SÏTFBVEFýCSJOFFOWFSU PCTFSWÏTVSVO ÏDIBOUJMMPOEFGPJFËMBTVJUFEFTPOQSÏMÒWFNFOUDIJSVSHJDBM 2 $BSDJOPNF ÏQJEFSNPÕEF 03- CJFO EJGGÏSFODJÏ MBSZOY
PCTFSWÏ FO microscopie confocale. 3 Cellules de la réponse immunitaire (cellules de Langherans, en bleu) présentes en surface de la peau. On distingue les poils (en vert) en surface de l’épithélium. 4 4DÒOF EF MB WJF EVOF DFMMVMF EV TBOH MZNQIPDZUF FO DVMUVSF observée pendant 72 heures en microscopie confocale.
85
© Photo Ircad
© Photo Ircad
© CNRS Photothèque – Cyril Frésillon
1
2
3
© CNRS Photothèque – Cyril Frésillon
De interventionele beeldvorming: een kostbare hulp bij de heelkunde. In enkele jaren tijd heeft de biomedische beeldvorming zich in alle operatie centra doen aanvaarden. CT-scan en MRI zijn zeer belangrijke hulpmiddelen geworden voor de chirurg. Principe: vóór de ingreep worden er beelden gemaakt van de operatiestreek. Deze beelden dienen:
4
Om een simulatie uit te voeren. De bekomen beelden laten de chirurg toe zich te oefenen vóór de operatie, teneinde een vaste hand te hebben en goed het doelgebied op te sporen. Om te opereren in de “uitvergrote werkelijkheid”. Geprojecteerd tijdens de ingreep op de endoscopische beelden, of in de uitvergrotewerkelijkheid-bril, geven deze beelden details weer die voor het menselijk oog onzichtbaar zijn–bijvoorbeeld moeilijk zichtbare bloedvaten waarvoor het uiterst belangrijk is ze niet te beschadigen.
Focus
Om instrumenten sturing te verschaffen. Gedurende de operatie worden de heelkundige instrumenten gefilmd door een kleine camera, en “live” worden deze beelden over de reeds bekomen 3D-beelden gelegd. Belang: ingrijpen in doelen die moeilijk bereikbaar zijn en onttrokken aan het oog. Deze techniek vindt meer en meer ingang in de hersenheelkunde en de orthopedische chirurgie, teneinde de meest optimale plaatsing van prothesen te bekomen.
De robotica geleid door de beeldvorming Hoe verzekeren dat de hand van de chirurg niet zal beven tijdens de operatie, en dat zijn beweging een gemillimeterde nauwkeurigheid zal hebben? Door hem te vervangen door een gerobotiseerde arm geleid door de beeldvorming. Hier eveneens bedient men zich van de beelden bekomen net vóór de ingreep. Het belang ervan is te garanderen dat met de bewegingen van de organen gebonden aan de ademhaling, terdege rekening zal worden gehouden. Ander voordeel van de robotica: de dokter tegen de stralen beschermen, voornamelijk tijdens de biopsieën verricht onder controle van een scanner met X-stralen, stralen waarvan we weten dat ze schadelijk zijn bij hoge dosis.
86
Legendes : 1 Scanner-gestuurde punctie-robot in de interventionele radiologie. De hoofddoelstelling van deze toepassing is de vernietiging van gezwellen van het spijsverteringsstelsel, door micro-golven uit te zenden via een naald doorheen de huid ingevoerd tot in het centrum van het gezwel. 2 Robot-tele-heelkunde met behulp van endoscopische beelden.. 3 Interventionele radiologie gestuurd door MRI – vernieling van een gezwel door cryo-ablatie of “vrieskrimpen”. 4 Techniek van uitvergrote werkelijkheid in de driedimensionale beeldvorming toegepast bij de berekening van de longventilatie gekoppeld aan 3D-opnames van de borstkas, bekomen met tomodensitometrie.
© Photo Ircad
© Photo Ircad
© CNRS Photothèque – Cyril Frésillon
1
2
3
© CNRS Photothèque – Cyril Frésillon
L’imagerie interventionnelle : une aide précieuse pour le chirurgien En quelques années, l’imagerie biomédicale a su s’imposer dans les blocs PQÏSBUPJSFT4DBOOFSTFU*3.TPOUEÏTPSNBJTEFTBMMJÏTQSÏDJFVYEVDIJSVSHJFO Le principe : des images de la zone à opérer sont enregistrées au repos, juste avant l’intervention. Celles-ci servent :
4
À faire de la simulation. Les images acquises permettent au DIJSVSHJFOEFTFOUSBÔOFSBWBOUMPQÏSBUJPO BýOEBWPJSMFHFTUFTßSFUEFCJFO détecter la zone cible. À opérer en « réalité augmentée ». Projetées durant l’intervention sur les images endoscopiques ou dans des lunettes de réalité augmentée, ces images donnent à voir des détails invisibles pour l’œil humain - par exemple des vaisseaux non apparents qu’il est précieux de ne pas endommager. À faire de la navigation assistée.
Durant l’opération, les instruments de chirurgie sont filmés par une petite caméra, et ces images « live » TFTVQFSQPTFOUBVYJNBHFT%EÏKËBDRVJTFT*OUÏSÐUJOUFSWFOJSTVSEFTDJCMFT DBDIÏFT BV SFHBSE FU EJGýDJMFT EBDDÒT $FUUF UFDIOJRVF FTU EF QMVT FO QMVT utilisée en chirurgie du cerveau et en chirurgie orthopédique, afin de s’assurer RVF MFT QSPUIÒTFT TPOU QPTJUJPOOÏFT EF NBOJÒSFPQUJNBMF
Focus La robotique guidée par l’imagerie Comment s’assurer que la main du chirurgien ne tremblera pas durant l’opération, et que son geste aura une précision millimétrique ? En lui substituant un bras robotisé guidé par imagerie. Ici encore, on se sert des images acquises juste avant l’intervention. L’intérêt est de garantir que les mouvements des organes liés à la respiration seront bien pris en compte. Autre avantage de la robotique : protéger le médecin des radiations, notamment lors des biopsies réalisées sous le contrôle d’un scanner à rayons X, rayons que l’on sait nocifs à haute dose.
Légendes : 1 3PCPU EJOTFSUJPO EBJHVJMMF FO SBEJPMPHJF JOUFSWFOUJPOnelle guidée par scanner. L’application cible principale est la destruction des tumeurs de l’appareil digestif, en induisant des micro-ondes par une aiguille plantée au travers de la peau jusqu’au centre de la tumeur. 2 Télé-chirurgie robotique à l’aide des images endoscopiques. 3 3BEJPMPHJF JOUFSWFOUJPOOFMMF HVJEÏF QBS *3. o EFTUSVDtion de tumeur par cryo-ablation. 4 Technique de réalité augmentée en imagerie médicale tridimensionnelle appliquée ici à la quantification de la ventilation pulmonaire avec visualisation 3D conjointe du thorax obtenue par tomodensitométrie.
87
© Rodolphe Gombergh - CIMN Paris © Rodolphe Gombergh - CIMN Paris
1
En morgen... wat de biomedische beeldvorming voor ons in petto houdt
2
De toekomst ligt in de koppeling van technieken. )FU vaakst aangegane huwelijk is het samengaan van een anatomische met een zogenaamde functionele – of stofwisselingsmodaliteit: de eerste levert de anatomische kaart en de tweede stelt een waargenomen verschijnsel opnieuw samen. Nu reeds laten koppelingen PET/scanner toe om tot op de millimeter nauwkeurig de plaats te bepalen van gezwellen aangeduid door OVDMFBJSF CFFMEWPSNJOH WPMHFOT IFU[FMGEF NPEFM WJOEU IFU WFSCBOE 1&5 MRI thans zijn ingang in het ziekenhuis. Een andere beloftevolle relatie is het huwelijk optische beeldvorming/echografie: de door een lichtbron geprikkelde weefsels zenden een ultratone golf terug die door een echograaf kan worden gedetecteerd.
Weldra dubbel virtueel voor iedereen. Dankzij een volledig model van het lichaam zal men op een bepaalde dag medicijnen kunnen testen of een heelkundige ingreep nabootsen op deze “verschijning”. Reeds nu maken virtuele colonoscopieën een niet-traumatiserend onderzoek van de ingewanden mogelijk: de beelden bekomen met X-stralen laten toe de kleinste verdoken hoeken van de darmwand te onderzoeken.
Focus En waar zit nu de moraal in het verhaal? De voortdurende vooruitgang in de beeldvorming, die steeds meer informatie ontsluiert over het individu dat het “nauwkeurig onderzoekt“, roept voor onze maatschappij fundamentele vragen op over haar toepassingen. Over vertrouwelijkheid enerzijds: de massa vergaarde informatie kan niet beschikbaar zijn voor om het even wie in om het even welke omstandigheden. Over informatie aangaande de patiënt anderzijds: de beeldvorming ontdekt afwijkingen zelfs vóór een aandoening zich aankondigt... De dilemma’s waarvoor de artsen zich kunnen gesteld zien zijn talrijk. Moeten we, bijvoorbeeld aan een jonge risico-vrouw, meedelen dat zij “geprogrammeerd” is om een borstkanker te ontwikkelen, terwijl deze zich misschien nooit zal voordoen?
88
Legendes : 1. Scanner met een 3D volume-weergave met hoog oplossend vermogen. In deze techniek worden alle sneden in kleur en doorzichtig weergegeven, eventueel dynamisch en met een reis in het inwendige. Deze beelden tonen drie voorbeelden, onder de duizenden van éénzelfde POEFS[PFL )FU MJOLFS CFFME MBBU [PXFM EF botten als de vaten zien, het hart, de nieren PGEFMPOHFO)FUCFFMEJOIFUNJEEFOEBBSentegen toont de botten op een doorzichUJHF XJK[F FO EF MPOHFO )FU CFFME SFDIUT brengt voornamelijk het hart met zijn holtes heel duidelijk in beeld, het geheel van de longenbronchiolen, de lever, de milt en de spieren. De mogelijkheden zijn onbegrensd! 2. 3D-scan van de hersenen die de veelIPFL WBO 8JMMJT UPPOU .FU EF[F UFDIOJFL reizen we virtueel in de hersenvaten terwijl XFIFUTUSPNFOECMPFEWPMHFO8FLVOOFO de vaten binnen en buitengaan om de kleinste afwijkingen te kunnen ontleden. Op het vat, rechts in beeld, neemt men een verwijding waar.
© Rodolphe Gombergh - CIMN Paris © Rodolphe Gombergh - CIMN Paris
1
Et demain… Ce que nous réserve l’imagerie biomédicale L’avenir est au couplage des techniques. Le mariage le plus fréquent est d’associer une modalité anatomique et une modalité dite GPODUJPOOFMMFPVNÏUBCPMJRVFMBQSFNJÒSFGPVSOJTTBOUMBDBSUFEFTMJFVY FU MB TFDPOEF SFTUJUVBOU MF QIÏOPNÒOF PCTFSWÏ %ÏKË EFT DPVQMBHFT 5&1 TDBOOFSQFSNFUUFOUEFMPDBMJTFSBVNJMMJNÒUSFQSÒTMFTUVNFVSTSÏWÏMÏFTQBS MJNBHFSJF OVDMÏBJSF TVS MF NÐNF NPEÒMF MBTTPDJBUJPO 5&1*3. BSSJWF Ë MIÙQJUBM"VUSFBTTPDJBUJPOQSPNFUUFVTF MFNBSJBHFPQUJRVFVMUSBTPOTMFT tissus excités par une source lumineuse renvoient une onde ultrasonore qui peut être détectée par un échographe.
2
Bientôt un double virtuel pour chacun. Grâce à une modéMJTBUJPODPNQMÒUFEVDPSQT POQPVSSBVOKPVSUFTUFSEFTNÏEJDBNFOUTPV simuler une intervention chirurgicale sur cet avatar. Déjà, des coloscopies virtuelles rendent possible un examen non-traumatique des intestins : les images acquises par rayons X permettent d’examiner les moindres recoins de la paroi intestinale.
Focus Et l’éthique dans tout ça ? Les progrès continus de l’imagerie, qui dévoile toujours plus d’informations sur l’individu qu’elle « scrute », posent à nos sociétés de vraies questions sur ses usages. De confidentialité d’une part : la masse des informations recueillies ne doit pas être accessible à n’importe qui et dans n’importe quelles conditions. D’information du patient d’autre part : l’imagerie devient si performante qu’on détecte des anomalies avant même que la maladie ne se déclare… Les dilemmes qui pourraient se poser aux médecins sont nombreux. Faut-il, par exemple, dire à une jeune femme à risque qu’elle est « programmée » pour développer un cancer du sein, alors que celui-ci ne se déclenchera peut-être jamais ?
Légendes : 1 Scanner en rendu volumique 3D haute définition. Dans cette technique, toutes les coupes sont traitées en transparence et en couleurs, éventuellement en dynamique et même en voyage intérieur. Ces images montrent trois exemples, parmi des milliers, du même examen. L’image de gauche permet de visualiser aussi bien les os que les vaisseaux, le cœur, les reins ou les poumons. L’image centrale fait apparaître de façon différente les os en transparence et les poumons. L’image à droite PCKFDUJWF QBSUJDVMJÒSFNFOU CJFO MF DVS FU ses cavités, l’ensemble des bronchioles pulmonaires, le foie, la rate et les muscles. Les possibilités sont infinies ! 2 Scanner cérébral 3D montrant le polygone de Willis. Avec cette technique, PO WPZBHF WJSUVFMMFNFOU EBOT MFT BSUÒSFT cérébrales en suivant le sang circulant. On peut entrer et sortir des vaisseaux pour analyser les plus petites anomalies. Sur le vaisseau, à droite de l’image, on aperçoit une dilatation.
89
Commissaris Arlette Goupy, communicatieverantwoordelijke, Instituut voor Ingenieurswetenschappen en Systemen van de CNRS(INSIS)
Wetenschappelijk Commissaris Luc Darrasse, zendingsgelastigde bij de INSIS, directeur van de eenheid Medische Beeldvorming met Magnetische Resonantie en Multi-Modaliteiten (4MRI). Xavier Maître, belast met het wetenschappelijk onderzoek op 4MRI. Isabelle Magnin, wetenschappelijk afgevaardigde bij het INSIS, directrice van het onderzoekscentrum voor het bekomen en verwerken van beelden verband met gezondheid (Creatis).
Leiding Projectleiding: Marie Lauvergnon, Communicatiedirectie van de CNRS (DirCom) Tentoonstellingscoördinatie: Marie-Noëlle Abat en Jean-Louis Buscaylet, DirCom Partnerschap: Marie-Noëlle Abat en Élodie Vignier, DirCom
Realisatie Concept en grafische uitvoering van de tentoonstelling: Sarah Landel, DirCom Concept en grafische uitvoering van de reizende tentoonstelling: Valérie Pierre, INSIS
Redactie Teksten: Laure Cailloce, journaliste Wetenschappelijk comité: Claude Boccara, Langevin Instituut – Irène Buvat, eenheid Beeldvorming en modellering in neurobiologie en oncologie (IMNC) – Luc Darrasse en Xavier Maître, 4MRI –Karim Jerbi, Onderzoekscentrum voor neuro-wetenschappen te Lyon (CNRL) – Isabelle Magnin en Didier Vray, Creatis – Michel de Mathelin, Laboratorium van de beeldenwetenschappen, informatica en telegeleide opsporing (LSIIT) Redactiesecretaresse: Mireille Vuillaume, DirCom
Juni 2012 © CNRS
Ndl. vert. januari 2013, Jan Dirckx Asklepios-Belgisch Museum voor Radiologie
90
Commissaire général
"SMFUUF(PVQZ SFTQPOTBCMFEFMBDPNNVOJDBUJPO *OTUJUVUEFTTDJFODFTEFMJOHÏOJFSJF FUEFTTZTUÒNFTEV$/34 */4*4
Commissaires scientifiques
-VD%BSSBTTF DIBSHÏEFNJTTJPOËM*/4*4 EJSFDUFVSEFMVOJUÏ*NBHFSJFQBSSÏTPOBODF NBHOÏUJRVFNÏEJDBMFFUNVMUJNPEBMJUÏT *3.
9BWJFS.BÔUSF DIBSHÏEFSFDIFSDIFËM*3. *TBCFMMF.BHOJO EÏMÏHVÏFTDJFOUJýRVFËM*/4*4 EJSFDUFVSEV$FOUSFEFSFDIFSDIF en acquisition et traitement d’images pour la santé (Creatis)
Pilotage Conduite de projet :.BSJF-BVWFSHFPO %JSFDUJPOEFMBDPNNVOJDBUJPOEV$/34 %JS$PN
Coordination de l’exposition :.BSJF/PÑMMF"CBUFU+FBO-PVJT#VTDBZMFU %JS$PN Partenariat :.BSJF/PÑMMF"CBUFU²MPEJF7JHOJFS %JS$PN
Réalisation Conception et réalisation graphique de l’exposition : Sarah Landel, DirCom Adaptation graphique de l’exposition itinérante :7BMÏSJF1JFSSF */4*4
Rédaction Rédaction des textes : Laure Cailloce, journaliste Comité scientifique :$MBVEF#PDDBSB *OTUJUVU-BOHFWJO*SÒOF#VWBU VOJUÏ*NBHFSJF FUNPEÏMJTBUJPOFOOFVSPCJPMPHJFFUDBODÏSPMPHJF *./$ -VD%BSSBTTFFU9BWJFS.BÔUSF *3.,BSJN+FSCJ $FOUSFEFSFDIFSDIFFOOFVSPTDJFODFTEF-ZPO $3/- *TBCFMMF Magnin et Didier Vray, Creatis - Michel de Mathelin, Laboratoire des sciences de l’image, EFMJOGPSNBUJRVFFUEFMBUÏMÏEÏUFDUJPO -4**5
Secrétariat de rédaction : Mireille Vuillaume, DirCom +VJO ª$/34
91
