Imagerie medicale

Pour préparer notre visite dans les meilleures conditions, je vous présente quelques notions qui permettront de mieux comprendre:

Rappel de quelques bases

Le corps humain est un objet complexe. On peut l'aborder de différentes manières:

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L’anatomie décrit l’architecture du corps (structures).

Elle veut savoir «comment c’est fait».

La physiologie étudie le fonctionnement du corps (fonctions).

Elle veut savoir «comment ça marche».

La pathologie étudie les maladies.

L'histologie étudie les tissus biologiques c’est-à-dire des assemblages de cellules qui ont la même fonction dans le corps. Son instrument favori: le microscope.

Le corps: un ensemble de systèmes

Un être humain respire, se nourrit, excrète et se déplace. Ces différentes fonctions sont réalisées par des cellules et des organes spécialisés qu’on regroupe sous le nom de système. Le système locomoteur par exemple, regroupe toutes les cellules et organes qui permettent de se déplacer: os, squelette, articulations, tendons, muscles. Les différents systèmes ne sont pas séparés: ils sont

tous imbriqués et dépendent les uns des autres.

Les principaux organes et leurs fonctions

Les poumons permettent les échanges de gaz entre le sang et l'atmosphère. L'oxygène entre et le dioxyde de carbone sort.

On ne les voit pas sur mon dessin mais ils sont aussi très importants:

Les reins filtrent le sang et rejettent les déchets dans l'urine qui est stockée dans la vessie.

Le pancréas produit des enzymes qui servent à la digestion et l'insuline qui contrôle la concentration de sucre dans le sang.

Le cerveau produit, contrôle et coordonne les messages nerveux, les mouvements et les pensées. Des glandes cérébrales produisent des hormones qui sont lâchées dans le sang et qui contrôlent d'autres organes.

Le coeur est une pompe musculeuse qui fait circuler le sang dans les vaisseaux.

Le foie stocke les sucres, produit certaines protéines et détruit des substances toxiques (alcool, nicotine,...) contenues dans le sang.

L'estomac produit le suc gastrique acide qui permet la digestion.

Les intestins font passer dans le sang l'eau et les éléments nutritifs contenus dans la nourriture digérée.

Plusieurs sciences pour étudier notre corps

Anatomie humaine

On trouve dans un être humain différents niveaux d’organisation:

… atome, molécule, macromolécule, cellule, tissu, organe, système, organisme ...

Chacun de ces niveaux d’organisation est l’objet d’étude d’une science spécialisée.

Chimie

Un atome d’hydrogène est formé d’un électron qui “toune autour” dun proton.

électron

proton

L'électron est chargé négativement tandis que le proton est chargé positivement. Un électron est donc lié à son atome par une force de nature électrique.

2 charges opposées s’attirent. Mais alors, pourquoi l’électron ne tombe-t-il pas sur le proton?

Parce que l’électron est en mouvement:

la force centrifuge qui en résulte compense exactement la force d'attraction électrique.

Les éléments chimiques

L’atome d’hydrogène

IRM : imagerie par résonance magnétique

Le corps humain est constitué de plusieurs organes qui ont des fonctions spécifiques.

Chaque organe contient de l’eau dans des proportions variables.

L’eau est une substance formée de molécules d’eau.

Une molécule d’eau est formée de 2 atomes d’hydrogène (H) et 1 atome d’oxygène (O).

L’atome d’hydrogène est formé de 2 particules: un proton chargé positivement autour duquel «tourne» un électron chargé négativement.

Le mouvement de ces particules chargées produit un effet magnétique qui est détecté pour réaliser des image IRM (images par résonance magnétique).

•

2 atomes d’hydrogène

1 atome d’oxygène

A eux 3 ils forment la molécule d’eau:

= nom chimique de l’eau

Les liaisons chimiques forment un angle de 104,45°. On peut représenter la molécule d'eau de différentes façons:

En bref

Des notions d’anatomie humaine

Quelques bases de chimie

Présentation de quelques techniques d’imagerie

Rappel des bases de magnétisme

Présentation de l’IRM

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O

H

On appelle champ magnétique l'espace situé autour de l'aimant dans lequel il fait sentir son influence. La poudre de fer permet de visualiser ce champ magnétique qui est invisible.

Chaque grain de fer se comporte comme un petit aimant temporaire et s'oriente le long des lignes du champ magnétique.

N

S

Magnétisme

Tu peux revoir l’expérience ici

Le corps humain est composé de substances chimiques. La substrance la plus abondante est l'eau. La quantité d’eau varie un peu d’un organe à l’autre, mais aussi en fonction du poids, du sexe et de l’âge des individus. La proportion d’eau dans le corps humain représente environ 60 % du poids chez un adulte.

Elle est formée de 2 éléments chimiques: l’hydrogène (symbole chimique: H) et l’oxygène (symbole: O).

On connait une centaine d’éléments chimiques dans l’Univers.

Le corps humain est composé à 99 % d’une dizaine d’éléments:

oxygène, carbone, hydrogène, azote, calcium, phosphore, soufre.

L'hydrogène est l'élément le plus abondant de l'Univers : 75 % en masse et 92 % en nombre d'atomes. Il est présent en grande quantité dans les étoiles et les planètes gazeuses.

Voir le tableau périodique des éléments chimiques

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Nous avons étudié les aimants;

Un aimant dipolaire possède 2 pôles appelés Nord et Sud;

De la poudre de fer versée sur un aimant fait apparaitre son spectre;

L’appareil a IRM est un genre d’électroaimant assez spécial. Il faut retenir que:

le footballeur avant la dissection

système lymphatique

système nerveux

système respiratoire

système

urinaire

système

digestif

système

osseux

système musculaire

système circulatoire

Essayons de disséquer un footballeur pour voir «comment c’est fait à l’intérieur» :

Nous avons vu au cours qu’un courant électrique produit un champ magnétique. Nous avons observé la déviation de l’aiguille d’une boussole lorsqu’un courant passait.

sens du courant

champ magnétique produit par le courant électrique.

Lorsqu’on forme une bobine de fil conducteur (solénoïde), on peut produire un champ magnétique qui ressemble à celui du bareau aimanté mais cet électroaimant a un effet temporaire: son champ magnétique disparait si on coupe le courant électrique. Nous avons vu qu’il a de multiples utilisations dans la vie courante: moteur électrique, micro, haut-parleur,...

Les aimants permanents

Tu peux relire ton cours sur le magnétisme... ou cliquer

électricité et magnétisme

L’électroaimant

Sa puissance dépend du nombre de spires.

Sa puissance dépend de l’intensité du courant électrique.

Il chauffe: il faut pouvoir évacuer cette chaleur.

On peut accéder à l’intérieur de l’aimant !!!

Les lignes de champ magnétique à l’intérieur de l’aimant sont parallèles.

•

Il produit un champ magnétique homogène, stable (pas de fluctuation) et puissant.

•

On se rappelle qu’un atome d’hydrogène est formé d’un électron qui “toune autour” dun proton.

électron

proton

On retrouve le proton

Les protons tournent sur eux-mêmes comme des toupies. Ils produisent chacun un petit champ magnétique.

L’appareil IRM produit un champ magnétique intense: tous les protons s’alignent sur ce champ magnétique.

mouvement de précession de la toupie

On envoie une brève impulsion électromagnétique: tous les protons se «couchent».

retour à la normale

Lorsque l’impulsion électromagnétique cesse, les protons s’alignent à nouveau sur le champ magnétique du début.

Chaque proton qui reprend sa place envoie un signal qu’on peut détecter et traduire en image en 3D (3 dimensions: x, y, z)

Bonus chimie: la molécule d’eau H2O

échographie vasculaire, examen échographique (ultrasons)

permet de visualiser les veines et les artères mais aussi le flux de sang (sa vitesse, sa direction)

permet de mettre en évidence la thrombose veineuse ou l’évolution d’un anévrisme de l’aorte abdominale par exemple

effet Doppler

source de l’onde immobile

source de l’onde en mouvement

Injection d’une substance radioactive: analyse du rayonnement émis

Tomographie 2D 3D

L'IRM utilise la technique de résonance magnétique nucléaire: un aimant très puissant et stable est dirigé vers le patient. Les noyaux des atomes qui constituent matière se comportent comme de petits aimants et réagissent en s’alignant sur le champ imposé. Les variations de ce champ induisent un rayonnement électromagnétique mesurable: on peut observer des tissus mous (cerveau, système nerveux, coeur, muscles) avec un très bon contraste. Comme dans le cas du CT-scan, cette technique permet de réaliser des images 2D et 3D.

Radiographie

Le CT-scan («Computerized tomography») ou Tomodensitométrie X ou encore scanner X est une technique qui utilise aussi la différence d’absorption des rayons X par les tissus. L’émetteur de rayons X n’est pas statique comme dans une radiographie traditionnelle mais effectue une rotation autour du patient: on «découpe en tranches» la personne puis on reconstitue au moyen d’un ordinateur des image 2D et 3D. On peut aussi utiliser un «produit de contraste» à base d’iode. L’absorption de l’iode rend plus opaque aux rayons X certains tissus mous ou liquides: ils apparaissent plus pâle.

La radiographie est une technique qui utilise la différence d’absorption des rayons X par différentes matières (les tissus par exemple). Les os sont particulièrement opaques à ce rayonnement et se détachent des tissus environnants. c’est une technique qui a fait ses preuves pour détecter des fractures et des fissures de l’os..

Une radiographie «normale» ne permet pas de discerner certains organes: ils apparaissent en gris sur fond gris. On utilise alors un «produit de contraste» à base d’iode par exemple qu’on injecte. L’absorption de l’iode rend plus opaque aux rayons X certains tissus mous ou liquides: ils apparaissent plus pâle.

radiographie «normale»

radiographie avec un «produit de contraste» rendant les reins opaques.

Certaines techniques permettent de voir à l’intérieur du corps sans être obligé de l’ouvrir (chirurgie): on parle de techniques «non-invasives».

Les rayons X sont des rayonnements de même nature que la lumière ou les ondes radio: ce sont des ondes électromagnétiques. Ils sont simplement plus énergétiques et ont plus de facilité à pénétrer la matière.