Réunion des membres correspondants de la 3e division

« L’imagerie 3D en médecine »

Différents aspects de la représentation 3D en médecine

Salle des séances

Le développement de la représentation 3D des structures morphologiques contribue à modifier notre approche clinique. Au cours de cette séance différents aspects de la représentation 3D en biologie seront présentés avec leur application clinique selon le point de vue d’un anatomiste, d’un chirurgien vasculaire, d’un neuroradiologue, d’un neuropathologiste.

1 – un point de vue en anatomie

Apport du 3D à l’enseignement et à la recherche en anatomie

Vincent DELMAS

Membre correspondant de l’ANM

Département d’Anatomie, Université Paris Descartes

Chaire UNESCO d’anatomie numérique, Université Paris Descartes

L’évolution récente de l’informatique a modifié les formes d’enseignement ; elle apporte une nouvelle méthode pédagogique depuis le début de XXIème siècle.

L’enseignement repose sur la transmission de maître à élève et des exercices pratiques. En anatomie la visualisation des structures du corps humain repose ainsi classiquement sur le dessin et la dissection. L’apport du 3D vient à compléter ces deux aspects pédagogiques.

A partir de coupes anatomiques réelles ou tomodensitométriques fines, une dissection assistée par ordinateur permet des reconstructions 3D : celles-ci donnent une représentation de tous les corps humain isolément ou avec leur rapport. Leur mobilisation dans l’espace comme si l’étudiant observait une dissection, les agrandissements possibles, la sélection des objets anatomiques en font un outil interactif. La possibilité des réaliser des coupes virtuelles préparent à la lecture des coupes en imagerie médicale

Cette même méthode de dissection assistée par ordinateur amène à isoler des structures d’intérêt biologique et clinique, en s’aidant au besoin de techniques de préparation des coupes histologiques par immunohistochimie en particulier, comme cela a été fait pour distinguer les nerfs végétatifs sympathiques et para sympathiques.

La chaire UNESCO d’anatomie numérique s’appuie sur cette méthodologie pour participer à la formation médicale particulièrement dans les pays du Sud.

2 – un point de vue en chirurgie

La modélisation 3D du système veineux par phlébo-scanner :

Technique indications et résultats dans la maladie veineuse chronique

(La chirurgie des varices à la lumière de l’anatomie vasculaire 3D)

Jean-François UHL, Claude GILLOT

Chirurgien vasculaire

Membre associé de l’Académie Nationale de Chirurgie

Unité de recherche URDIA – Université Paris Descartes

Les progrès de l’imagerie vasculaire constituent une véritable révolution dans le domaine de la maladie veineuse chronique comme dans toute la médecine. L’examen clé est l’exploration par écho-doppler (Duplex couleur) qui permet au quotidien la réalisation d’une cartographie anatomique et hémodynamique du système veineux,  préalable indispensable à toute décision thérapeutique. Elle permet aussi un écho-guidage lors de la réalisation du geste thérapeutique : écho-sclérose à la mousse, chirurgie ou procédure endoveineuse. Plus récemment le phlébo-scanner hélicoïdal permet une modélisation 3D du système veineux, qui apporte des informations morphologiques précises rendues nécessaires par la variabilité et la complexité anatomique du réseau veineux.

L’objectif de cette communication est de faire le point sur ces techniques de reconstruction 3D du système veineux et de leur intérêt en pratique clinique. La technique du phlébo-scanner hélicoïdal (PSH) : Le plus souvent PSH direct par injection de produit de contraste dilué à 10% au dos du pied.  Avec un débit à l’injecteur automatique de 3ml/s pendant environ 30 à 45 s avant le début de l’acquisition, et ce jusqu’à la fin de l’acquisition scanner. La reconstruction produit de 600 à 1000 coupes. Une modélisation 3D par volume rendering direct est faite par des logiciels dédiés.

Indications : Toujours en association avec le Duplex couleur qui fournit seul des informations hémodynamiques, le PSH est indiqué dans les varicoses complexes, dans les récidives, en particulier au niveau du creux poplité, dans les varicoses alimentées par un point de fuite pelvien, dans les malformations vasculaires congénitales, dans les syndromes veineux obstructifs, dans le bilan des patients post-thrombotiques. Des exemples seront donnés.

Conclusion : Les nouvelles techniques d’imagerie, en particulier le phlébo-scanner avec reconstruction 3D viennent enrichir l’exploration par duplex couleur qui est la référence de l’exploration des patients veineux. Elles permettent une véritable dissection virtuelle du patient, fournissant dans les cas complexes et les malformations des informations morphologiques 3D complètes sur l’ensemble du réseau veineux. Elles constituent de plus un outil pédagogique hors pair pour enseigner l’anatomie complexe du système veineux.

3 – un point de vue en imagerie

Du 3D encéphalique connu (Scanner RX et IRM surfacique) à la neurotractographie des faisceaux de la substance blanche, en IRM TD  (Tenseur de Diffusion)

E.A. CABANIS (Membre de l’ANM), M.T. IBA-ZIZEN, A. ISTOC

Numérique (20 s. d’age) + « Rayon X » = 1895, W.C. ROENTGEN + « Scanner RX » = 1972,  G. N. HOUNSFIELD (Hayes, Middlesex), + « RMN » = 1946, BLOCH et PURCELL (USA) = IRM (1980’s)…des étapes résumées.

En 30 ans, l’IRM s’est imposée dans tous les domaines. Un domaine, parmi d’autres, reste évolutif, au rythme numérique, celui du traitement des données acquises. L’IRM »TD », parmi d’autres nombreux exemples. Un « Tenseur » est une  mathématique de calcul vectoriel dans l’espace. Le « mouvement Brownien » a inspiré Einstein et .D. Le Bihan, devenu Mb Acad. Sciences. Ainsi ai-je eu le privilège d’assister aux premiers travaux sur « l’IRM de Diffusion », dès 1984.

En résumé, par des séquences d’acquisition spéciales, l’IRM de Diffusion sépare « mouvement Brownien moléculaire en milieu isotrope » (enveloppe  vectorielle sphérique) et « mouvement Brownien moléculaire en milieu anisotrope » (enveloppe ellipsoïde). Or, la substance blanche de l’encéphale comporte des FAISCEAUX (ou « tractus », rassemblement de neurones,  excellemment reconnus, isolés et enseignés par Jules Dejerine et son épouse, première femme IHP, rappelons le, sous le nom de Mlle Klumpke). Cette organisation anatomique retentit sur le signal RMN et permet de reconstruire, en conséquence, l’image de ces mêmes faisceaux. Ainsi, avec une culture neuro-anatomique initiale et une dose de passion bénévole (temps de traitement numérique des données) peut-on comparer l’imagerie numérique d’aujourd’hui, avec  les schémas du siècle passé. Les exemples, quotidiens, normaux et pathologiques, sont exposés.

4 – un point de vue en anatomopathologie

« Clarifier » l’encéphale.

Charles DUYCKAERTS (Correspondant de l’ANM)*, **, Quentin LABORDE*, Jean-Pierre BRION ***, Marie-Claude POTIER**, Benoît DELATOUR**, Kunie ANDO***

*Département de Neuropathologie Escourolle, GH Pitié-Salpêtrière-Charles Foix,

** Equipe Alzheimer-Prions, ICM

*** Laboratoire d’Histologie, Neuroanatomie et Neuropathologie, Institut de Neurosciences de l’Université Libre de Bruxelles (UNI)

La vision microscopique est généralement à deux dimensions. L’image tridimensionnelle était jusqu’ici obtenue par reconstruction -une méthode qui rendait complexe, par exemple, le traçage des connexions. Plusieurs méthodes récentes ont visé à rendre transparent (à « clarifier ») un volume significatif de tissu nerveux et à mettre en évidence ses composants, en particulier par immunofluorescence, dans toute l’épaisseur du volume. La structure tissulaire est ainsi appréhendée directement en trois dimensions. L’opacité du tissu nerveux tient principalement à la présence de graisses. L’interface eau-liquide cause en effet une diffusion de la lumière, responsable de l’opacité du tissu. De nombreuses techniques faisant appel à des détergents en solution aqueuse ou à des solvants organiques ont été publiées sous des noms variés (FocusClear, ClearT, SeeDB, FRUIT, CUBIC, Sca/eA2, Sca/eU2, Sca/eS, TDE…). Dans la méthode CLARITY, une étape de fixation des biomolécules à une matrice d’hydrogel constituée de polyacrylamide précède l’extraction des lipides afin d’éviter que le tissu ne s’affaisse. Les lipides sont dissous par un détergent ionique (le sodium dodécyl sulfate) et extraits de façon active par un courant électrique ou de façon passive par simple diffusion. De façon générale, l’échantillon rendu transparent ne peut pas être examiné au moyen d’un microscope à fluorescence standard, entre autres du fait de la course restreinte des objectifs. Le microscope à feuille de lumière est le plus adapté. Nous avons appliqué CLARITY au cortex cérébral dans la maladie d’Alzheimer, et précisé les modalités d’innervation des plaques séniles, caractéristiques de cette affection. Les difficultés techniques observées dans les diverses méthodes de « clarification » concernent les modifications de volume de l’échantillon, l’autofluorescence (particulièrement marquée chez l’homme), ou la pénétration des anticorps. La « clarification » devrait à l’avenir être utilisée en neuropathologie pour répondre à des questions spécifiques concernant en particulier le rôle des connexions nerveuses dans la propagation des lésions.