Imagerie médicale : les ruptures se jouent en combinant les technologies

Photo Serge Ripart & Ludovic Le Meunier / MRI Business Manager, Siemens Healthcare & Manager de Business Unit, Imagerie médicale, Siemens France / October 23rd, 2013

Avec le développement de l'imagerie médicale en 3D, une révolution silencieuse agite hôpitaux et centres de recherche. Mais si les techniques se répandent et si elles s'améliorent constamment, elles ont aussi leurs limites. C'est désormais en les combinant que l'on parvient à passer de nouvelles étapes. Dernier exemple en date : la technologie TEP-IRM, issue de deux technologies très différentes, l’une bien connue du public et l’autre plus confidentielle. La plus ancienne est l’imagerie par résonance magnétique (IRM), qu’on utilise depuis plusieurs décennies. La seconde, développée plus tardivement, est la tomographie à émissions de positons (TEP), que l’on désigne le plus souvent par la formule anglaise PET Scan.

ParisTech Review – Quelles sont les différences entre l’IRM et la tomographie à émissions de positons ?

Serge Ripart – Partons de l’IRM. C’est un instrument né il y a environ cinquante ans, qui permet de diagnostiquer des pathologies anatomiques ou morphologiques, par exemple des tumeurs cancéreuses. Il repose sur le principe de la résonance magnétique nucléaire, qui utilise les propriétés quantiques des noyaux atomiques pour la spectroscopie en analyse chimique. Le patient est exposé à un puissant champ magnétique, qui produit une magnétisation des tissus biologiques ; des champs magnétiques oscillants, plus faibles, sont alors appliqués, qui donnent lieu à des signaux électromagnétiques. L’IRM consiste précisément à localiser ces signaux, à partir desquels on peut reconstruire une image de la composition chimique des tissus explorés.

C’est un outil extraordinaire pour de nombreuses maladies neurologiques ou vasculaires (sauf pour les coronaires), pour tout ce qui est ostéo-articulaire comme les problèmes de ligaments. La résonance magnétique est également efficace pour les pathologies tumorales de l’abdomen, du foie, du pancréas ou de la prostate. Dans ce dernier cas, l’IRM est indispensable car la prostate est un organe difficile à visualiser par les autres outils de diagnostic. L’examen par IRM présente, de surcroît, l’avantage d’être complètement inoffensif car à la différence des rayons X, il n’utilise pas de rayonnements ionisants. En revanche, il est un peu contraignant : le patient doit être enfermé une vingtaine de minutes dans un tunnel, avec du bruit, ce qui n’est pas très confortable et peut se révéler très angoissant pour certains patients, en particulier les enfants. Surtout, l’IRM n’offre pas une image très claire de certains tissus, trop pauvres en hydrogène : c’est le cas des os, mais aussi des poumons.

Est-ce pour cette raison que l’on complète souvent le diagnostic de l’IRM par un examen réalisé par un TEP ?

Ludovic Le Meunier – Les deux outils sont en effet complémentaires. L’IRM appartient principalement au domaine de l’imagerie structurelle : elle permet de réaliser des images de l’anatomie, de visualiser les organes. La TEP, de son côté, permet de représenter l’activité des cellules : on parle d’imagerie fonctionnelle. C’est un outil précieux pour déceler des pathologies se traduisant par une altération de la physiologie normale.

Deuxième différence, la TEP est une forme de scintigraphie, c’est-à-dire qu’elle utilise la radioactivité. On injecte dans la zone à explorer des atomes radioactifs, par exemple du fluor 18, produit spécialement pour cet usage et dont la demi-vie est d’une centaine de minutes. Au moment où il se désintègre, l’atome de fluor 18 émet un positron. Celui-ci va s’annihiler avec un électron du milieu, après un parcours de l’ordre du millimètre. Cette annihilation produit deux photons qui partent sur une même direction mais dans un sens opposé. Les capteurs situés tout autour du patient détectent les paires de photons, ce qui permet de localiser la ligne sur laquelle a eu lieu l’émission des photons. Un logiciel reconstitue ensuite une image 2D ou 3D, avec une résolution de quelques millimètres.

Dans l’image fournie par le TEP, on ne voit pas le corps mais on comprend son fonctionnement. On y distingue par exemple la réaction d’une tumeur. Mais le TEP a lui aussi ses inconvénients. Il nécessite l’injection d’un traceur radioactif, qui se fixe sur une zone déterminée en fonction de l’activité d’une tumeur. C’est pourquoi on préfère souvent utiliser l’IRM pour les femmes enceintes ou les enfants. Autre inconvénient du TEP, il apprécie des phénomènes physiologiques mais il n’offre pas des images d’une excellente définition. Les images IRM et TEP sont en quelque sorte complémentaires : chacune des modalités d’imagerie pallie aux limites de l’autre.

Comment est née l’idée de réunir ces deux outils ?

Serge Ripart – Le besoin a été identifié par les radiologues il y a une dizaine d’années. La complémentarité évidente des deux outils, mais surtout la volonté d’améliorer la précision des diagnostics, nous a incités à entamer des recherches pour réunir les deux fonctionnalités au sein d’un seul appareil. Le fait de saisir deux images à deux moments différents ne permettait pas une corrélation optimale des informations. Entre le premier examen par IRM et le second réalisé par TEP, la pathologie du patient peut évoluer. De plus, des phénomènes comme la respiration ou les mouvements du patient rendent les résultats difficiles à comparer et complexifient sérieusement leur interprétation. Fusionner les deux modalités pouvait présenter l’avantage de disposer d’informations physiologiques et anatomiques en même temps, et tout cela en un seul examen. L’objectif était de passer d’une démarche séquentielle à un examen simultané.

MR-PET / Biograph / Gehirn
IRM, à gauche; PET, au centre; à droite, la combinaison des deux (source: Siemens)

L’idée est séduisante mais concrètement comment avez-vous procédé pour fusionner les deux outils ?

Serge Ripart – Il ne s’agit pas d’une fusion, mais plutôt d’une intégration. Plus précisément, de l’intégration d’une caméra TEP dans un appareil d’IRM. Bien sûr il a fallu un long processus de recherche et développement avant de mettre au point le premier prototype, qui a été présenté en 2006. Il nous a fallu notamment remplacer l’un des éléments centraux du TEP car le principe du champ magnétique utilisé par l’IRM perturbait les composants électroniques contenus dans le TEP.

Associer les deux technologies nous a donc obligés à les faire évoluer. Il a fallu mettre au point une technologie TEP insensible au champ magnétique très intense d’une IRM. Côté IRM, il a été nécessaire de développer de nouvelles antennes (il s’agit des éléments que l’on pose autour du patient ou sur le patient pour recevoir le signal de résonance magnétique) afin de laisser passer l’information transmise par le TEP.

Mais, sans minimiser pour autant l’effort technologique, la véritable rupture réside dans les usages. Pour les équipes médicales, c’est une petite révolution. Elles disposent à présent des deux images en même temps. L’un des premiers avantages est évidemment le gain de temps. Mais il y a aussi un gain de qualité, de richesse d’information : sont associées l’extraordinaire information morphologique de l’IRM et celle, fonctionnelle, du TEP. Pour le diagnostic, c’est un saut comparable au passage de deux à trois dimensions : on obtient une image beaucoup plus lisible, plus intelligible, qui précise et améliore le diagnostic. On sait à quel point, dans le traitement des cancers notamment, cette étape est capitale. Par ailleurs, étant donné que l’appareil fournit simultanément deux résultats d’examens, il est possible d’en tirer des enseignements très rapidement et de réaliser dans la foulée un second IRM, plus ciblé. L’appareil permet ainsi d’accélérer certains diagnostics.

Ludovic Le Meunier – Il faut citer aussi une autre potentialité intéressante : l’utilisation de l’IRM pour améliorer les images TEP, dont la résolution est encore loin d’être optimale, pour des raisons très simples : tous les atomes de fluor 18 ne se désintègrent pas au même moment, et du simple fait de la respiration du patient les mouvements du corps viennent en quelque sorte flouter l’image. C’est précisément à neutraliser cet effet que peut servir l’articulation des deux techniques d’imagerie : les informations de l’IRM sur le mouvement respiratoire ou encore sur la taille des structures peuvent permettre de corriger les images TEP et d’en améliorer sensiblement la qualité. Aujourd’hui, il s’agit encore d’un « work in progress » mais le potentiel est réel.

Serge Ripart – Il y a enfin un dernier élément très important, qui s’inscrit au demeurant dans l’évolution générale des techniques de diagnostic aujourd’hui : les technologies employées sont moins intrusives, moins dommageables pour le patient. Dans le cas de certaines pathologies tumorales pour lesquelles les examens sont fréquents, le progrès est notable. C’est aussi une évolution appréciable pour la pédiatrie. A New York, il existe une clinique pour enfants qui n’utilise plus que cette technologie pour réaliser les examens.

Parlons des maladies, justement. Lesquelles sont plus particulièrement concernées ?

Serge Ripart –
Au départ, nous poursuivions comme objectif d’améliorer le diagnostic des maladies neuro-dégénératives comme la sclérose en plaques ou la maladie d’Alzheimer. Le premier appareil mis au point était donc réservé aux examens de la tête. Mais nous avons très vite décidé d’élargir le champ et de fabriquer un outil qui puisse prendre le corps entier, de la tête aux pieds, afin de pouvoir l’utiliser aussi bien pour le thorax, les seins ou la prostate. Un second prototype a ainsi été présenté en décembre 2010.

C’est évidemment dans le domaine des cancers que cette technologie va s’imposer. Elle s’inscrit dans un double mouvement : l’amélioration continue des méthodes de diagnostic, et l’essor des thérapies ciblées. Pour un certain nombre de cancers, comme celui de la prostate, plus la détection est précoce, plus il est possible de prescrire des thérapies ciblées et moins invasives. C’est également le cas pour les cancers du poumon ou ceux du sein. On peut réaliser aujourd’hui des chimiothérapies plus ciblées notamment sur les tissus mous. Encore faut-il avoir détecté la maladie assez tôt et de façon assez fine.

Biograph exemple
Un exemple d’image (source: Siemens)

On imagine que cette technologie est assez coûteuse. Est-il possible aujourd’hui d’imaginer qu’elle se diffuse aussi vite que l’IRM, par exemple ?

Ludovic Le Meunier – Nous sommes en début de cycle : le premier appareil n’a été installé qu’en juillet 2011, en Allemagne. Mais il y en a aujourd’hui une cinquantaine, dont les deux tiers sont déjà opérationnels : ils se trouvent aux Etats-Unis, en Corée… Début 2014 un autre sera installé à Lyon, au sein du centre de recherche CERMEP-Imagerie du vivant (CERMEP : Centre d’exploration et de recherche médicales par émission de positons). L’appareil intéresse principalement, aujourd’hui, les centres anticancéreux et les universités.

L’investissement est conséquent et peut laisser penser qu’il est réservé aux pays riches. Il est cependant envisageable et même souhaitable que la cible s’élargisse aux pays émergents. Comme pour toute autre modalité d’imagerie, il pourra y avoir petit à petit l’élargissement d’une gamme adaptée couvrant les différentes capacités financières d’investissement. Mais il n’y a pas d’obstacle majeur, sur le plan technique, à ce que cette innovation se diffuse.

Serge Ripart – Pour le moment Siemens est le seul acteur à avoir développé cette technologie, mais l’arrivée d’un autre constructeur serait de nature à dynamiser ce marché. Le potentiel de développement que nous avons identifié à travers nos études de marché est estimé à une cinquantaine d’appareils vendus dans le monde chaque année.

Il faut savoir, néanmoins, que nous ne parlons pas d’un marché comme un autre. Il s’agit d’appareils soumis à une réglementation plus ou moins sévère. Dans un pays comme la France, les systèmes d’imagerie lourde sont soumis à autorisation et le marché est extrêmement régulé : seules les Agences régionales de santé délivrent les autorisations. Ensuite, même au sein des pays développés il existe aujourd’hui d’importantes différences en termes d’équipement. D’une région à l’autre, mais aussi d’un pays à l’autre. La France ne compte qu’un IRM pour 90 000 habitants, contre un pour 30 000 en Allemagne. La question du coût n’est pas indifférente : quel que soit le service rendu ces appareils sont onéreux – de l’ordre de 200 000 euros pour un scanner IRM classique, plusieurs millions pour certains modèles très perfectionnés.

Et nous parlons ici d’une technologie déjà ancienne, qui comme vous le notiez s’est remarquablement diffusée dans les deux dernières décennies. Pour des technologies innovantes et en début de cycle, il faut être patient. À l’heure qu’il est, ce sont plutôt les centres de recherche qui s’équiperont. Mais très vite les hôpitaux et cliniques suivront.

Note des éditeurs: Siemens fait partie des mécènes de ParisTech Review. Cet article fait partie d’une série entamée avec une interview de Wafa Skalli (professeur aux Arts et métiers) et qui se poursuivra dans les mois à venir.

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