La médecine moderne applique une variété de techniques d’imagerie au corps humain. Les progrès scientifiques récents ont permis de diagnostiquer la maladie, de découvrir les anomalies, de démêler les processus de la maladie et de fournir des informations détaillées dans un confort maximal pour les patients. Tout cela grâce à l’électronique qui a été développée au cours des dernières décennies. Regardons de plus près le domaine de l’imagerie médicale.
scanner IRM. Crédit image : Piqsels, CC0 Domaine Public
Rayons X : le début
La médecine non invasive est possible, et son ère a commencé avec l’invention des rayons X par Röntgen en 1895. Cela a permis de voir le corps de l’intérieur grâce à l’invisible pour nos yeux le rayonnement X étant juste un plus court longueur d’onde que la lumière visible ou ultraviolette. Il peut facilement traverser les tissus mous où les tissus denses l’absorbent.
Par exemple, les os sont beaucoup plus denses que les tissus mous comme les poumons, il est donc facile de voir les structures osseuses blanches à la radiographie. Les muscles apparaissent généralement sous forme de nuances de gris. S’il y a une inflammation dans certaines zones du corps, les tissus enflammés ont généralement également une densité plus élevée pour une teneur en liquide plus élevée, il est donc possible de distinguer certaines maladies ou troubles dans les diagnostics radiographiques.
Il est également possible de faire une radiographie plus précise, aussi appelée radiographie : le patient doit alors prendre un produit de contraste. Habituellement, les patients avalent du sel de sulfate de baryum ou de l’iodure. L’agent de contraste peut également être injecté dans les vaisseaux sanguins, ce qui est une procédure invasive, mais tous les autres diagnostics sont non invasifs pour les patients.
Les agents de contraste ne décolorent pas de façon permanente les organes internes. Leur rôle est de les mettre en évidence temporairement. Le corps absorbe mieux les rayons X là où les agents de contraste sont accumulés, de sorte que l’image diagnostique est plus précise, donnant plus de détails sur l’état du corps. Un exemple de radiocontraste est l’angiographie qui permet d’imager toutes les artères du corps.
L’imagerie médicale peut également être utilisée pour détecter le sein et certains autres types de cancer. Pour le diagnostic mammaire, on l’appelle mammographie et elle permet de réaliser la radiographie du sein sans scanner d’autres zones du corps.
Fait intéressant: Saviez-vous que Maria Skłodowska-Curie a également utilisé les rayons X pendant la Première Guerre mondiale ? Elle a été la première femme conductrice en France ! Des scientifiques comme elle, équipés de radium, ont diagnostiqué plus de quelques milliers de soldats qui souffraient de blessures. Marie a traversé la France avec le prédécesseur des ambulances – les voitures radiologiques de l’époque. Ils ont été conçus par elle et même appelés « small Curie’s ».
Tomodensitométrie
De plus, grâce aux derniers développements, il est possible de voir toutes les veines de notre tête, ce qui permet de trouver des anévrismes ou autres troubles des artères. Une tomodensitométrie (tomodensitométrie), qui est essentiellement une combinaison de nombreuses radiographies effectuées à partir de différentes positions, l’image 3D des veines peut être enregistrée, révélant les artères de tous les côtés. Récemment, il est même possible de créer une image 3D de l’intérieur d’une artère carotide rétrécie ou une image précise des poumons.
Généralement, les tomodensitogrammes, combinés à l’agent de contraste, peuvent révéler bien plus : même l’ensemble du système cardiovasculaire ou respiratoire. Il est possible de diagnostiquer des anomalies telles que des tumeurs, des zones rétrécies ou bloquées.
IRM
La technique suivante, qui permet de détecter même des anomalies mineures dans le corps, est l’imagerie par résonance magnétique, également connue sous le nom d’IRM. Grâce aux atomes d’hydrogène alignés dans le corps, il est possible de voir l’image détaillée des tissus.
Un patient est placé dans une chambre spéciale où l’impulsion des ondes radio est libérée tout en induisant une résonance au niveau des atomes. Ensuite, dans un effet résultant, les signaux radio sont enregistrés, formant une image des problèmes diagnostiqués couche par couche. Avec cette technique, tous les tissus du corps peuvent être observés sous forme d’image. Il peut également être combiné avec la tomodensitométrie ou d’autres techniques d’imagerie.
Électrocardiographie
À côté de l’IRM et de l’imagerie aux rayons X, il y a l’électrocardiographie (ECG), qui est l’une des méthodes de diagnostic les plus populaires et qui a déjà une très longue histoire. Cette méthode permet de diagnostiquer les moindres anomalies de notre cœur, le tout grâce au suivi de l’activité électrique de notre corps. Pour ce faire, les coussinets capteurs appliqués sur la peau sont nécessaires. Ils détectent les signaux électriques provenant des muscles et des nerfs actifs. Les signaux électriques sont amplifiés et affichés sous forme de ligne ondulée avec des pointes sous forme de trace en temps réel.
Habituellement, l’ECG est utilisé avec différents tests pour diagnostiquer et surveiller les conditions affectant le cœur comme les arythmies étant un rythme cardiaque trop rapide ou trop lent, les crises cardiaques – étant un blocage sévère de l’apport sanguin au cœur, une maladie coronarienne dans laquelle les parois cardiaques deviennent hypertrophie ou épaississement, ou d’autres problèmes cardiaques. De plus, tout est mesuré juste par les impulsions électriques traversant le corps et affiché sur l’écran ou imprimé sur le papier. En analysant ces lignes hérissées, nous pouvons révéler de nombreuses données précieuses sur notre cœur.
Électroencéphalographie
Une autre technique permettant de détecter l’activité nerveuse du cerveau est l’électroencéphalographie (EEG). Le signal électrique est capturé par plusieurs électrodes fixées à la tête à des endroits spécifiques sur le cuir chevelu.
Quelles données pouvons-nous obtenir de ce diagnostic? Il est possible d’obtenir des informations sur les ondes cérébrales : les ondes alpha lorsque l’on est éveillé et détendu, les ondes bêta lorsque l’on est en alerte, ou encore l’activité cérébrale lorsque l’on est en phase de sommeil paradoxal profond. La modélisation de l’activité du cerveau neural est un défi contrairement à la modélisation de la fonction de tout autre organe, mais grâce aux données recueillies par l’EEG, c’est désormais possible.
Tomographie par émission de positrons
L’une des méthodes les plus modernes en imagerie médicale est la tomographie par émission de positons, également appelée TEP. Ici, la solution à base de radionucléides est injectée dans le corps, tandis que l’image non invasive est enregistrée. Tout cela grâce à l’absorption des radionucléides par l’organisme qui se désintègre et émet des rayons gamma détectés par le PET.
Cette méthode fournit des données sur le fonctionnement des tissus plutôt qu’un balayage détaillé de celui-ci et permet de voir, par exemple, l’activité nerveuse. Il permet la détection d’une activité cellulaire accrue due à la présence d’un cancer ou d’une tumeur, en particulier dans la colonne vertébrale, les côtes ou le bassin.
Imagerie par ultrasons
Un peu moins sophistiquée mais possédant certains « superpouvoirs » est la technique de l’échographie, connue sous une forme abrégée sous le nom d’USG. Le transducteur enregistre l’écho des ondes sonores se propageant à travers notre corps.
De cette façon, il est possible de voir nos organes, image du fœtus pendant la grossesse, de détecter certains types de cancer dans les tissus profonds comme le côlon, l’estomac, le sein ou le système urinaire.
Quels sont les futurs perspectives?
Parfois, ces techniques utilisées séparément ne sont pas suffisantes pour traiter certains troubles ou maladies, mais bien qu’elles soient combinées, elles constituent des outils formidables capables de sauver des vies. L’imagerie non invasive a changé la médecine et nous simplifie la vie. Le diagnostic n’a jamais été aussi précis qu’aujourd’hui, et grâce au développement technologique dans ce domaine, nous nous rapprochons d’un traitement médical plus efficace et plus efficace de diverses maladies.
Un défi important pour la médecine moderne est de mieux comprendre le diagnostic automatique des patients. La télémédecine comble le fossé entre la technologie et les soins de santé. Il promet la prestation de soins de santé à tout moment et n’importe où, en surmontant les barrières géographiques, temporelles et même organisationnelles avec des coûts bas et abordables. De plus, cela implique la transmission sécurisée de données médicales par le biais de textes, de sons, d’images ou d’autres formes nécessaires pour prévenir, diagnostiquer, traiter et suivre les patients. L’un des aspects les plus importants du traitement des maladies chroniques est une réponse médicale rapide aux anomalies observées des fonctions vitales.
Cet article est un travail conjoint de Magdalena Osial (Faculté de chimie, Université de Varsovie et Institut de recherche technologique fondamentale, Académie polonaise des sciences) et Agnieszka Pregowska (Institut de recherche technologique fondamentale, Académie polonaise des sciences) en tant que science Projet d’ambassade.
Les références
- Hoad M, Klasko SK, Transformation des soins de santé : l’avenir de la télémédecine, de la télémédecine et de la cybersanté 2016, 22(5) : 337-341.
- Acharya U, Joseph K, Kannathal N, Lim C, Suri J, Variabilité de la fréquence cardiaque : est une série chronologique bruyante ayant des caractéristiques auto-similaires et auto-affines, Medical & Biological Engineering & Computing 2006, 44:1031-1051.
- Andrzejak RG, Lehnertz K, Mormann F, Rieke C, David P, Elger CE, Indications de structures déterministes non linéaires et de dimensions finies dans les séries temporelles d’activité électrique cérébrale: Dépendance de la région d’enregistrement et de l’état du cerveau, Physical Review E 2001, 64, 061907.
- Berkaya SK, Uysal AK, Gunal ES, Ergin S, Gunal S, Gulmezoglu MB, Une enquête sur l’analyse ECG, Traitement et contrôle du signal biomédical 2018, 43: 216-235.
- Dijk DJ, Skeldon AC, Biological Rhythms Human sleep before the industrial era, Nature 2015, 527 : 176-177.
- Gonzalez Andino SL, Grave de Peralta Menendez R, Thut G, Spinelli L, Blanke O, Michel CM, Seeck M, Landis T. Mesurer la complexité des séries temporelles : une application aux signaux neurophysiologiques. Hum Brain Map. 2000, 11(1):46-57.
- Lignes directrices, normes de mesure de la variabilité de la fréquence cardiaque, interprétation physiologique et clinique, European Heart Journal 1996, 17:354-381.
- Kocak O, Bayrak T, Erdamar A, Ozparlak L, Telatar Z, Erogul O, Détection et classification automatisées des types d’apnée du sommeil à l’aide des fonctionnalités d’électrocardiogramme (ECG) et d’électroencéphalogramme (EEG), avancées dans les électrocardiogrammes – Applications cliniques.: InTech, 2012, 212–230.
- Malik M, Camm AJ, Bigger JT, Breithardt G, Cerutti S, Cohen RJ, Coumel P, Fallen EL, Kennedy HL, Kleiger RE, Lombardi F, Malliani A, Moss AJ, Rottman JN, Schmidt G, Schwartz PJ, Singer DH , Variabilité de la fréquence cardiaque : normes de mesure, interprétation physiologique et utilisation clinique, European Heart Journal 1996, 17 (3) : 354–381.
- Pregowska A, Proniewska K, van Dam P, Szczepanski J, Utilisation de la complexité de Lempel-Ziv comme outil de classification efficace des troubles respiratoires liés au sommeil, Computer Methods and Programs in Biomedicine 2019, 182, 105052–1–7.
- Faust O, Hagiwara Y, Hong TJ, Lih OS, Acharya UR, Apprentissage profond pour les applications de soins de santé basées sur des signaux physiologiques : une revue, Computer Methods and Programs in Biomedicine 2018, 161, 1-13.
- Gómez C, Olde Dubbelink KT, Stam CJ, Abásolo D, Berendse HW, Hornero R, Analyse de la complexité de l’activité MEG à l’état de repos chez les patients atteints de la maladie de Parkinson à un stade précoce, Ann. Biomed. Ing. 2011,39(12), 2935-2944.
