Grâce au synchrotron européen, des chercheurs ont pu visualiser les poumons d’un patient décédé de la Covid-19 avec une résolution de l’ordre du micromètre, soit un dixième du diamètre d’un cheveu. Cette technique appelée tomographie à contraste de phase hiérarchique va servir à construire un Atlas du corps humain, dont les premières vidéos viennent d’être dévoilées.
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En 1896, la découverte des rayons X révolutionnait l'imagerie médicale en permettant pour la première fois de visualiser l'intérieur du corps humain. Cent vingt-cinq ans plus tard, c'est une nouvelle technique de rayons X inédite qui est présentée par des scientifiques du Collège universitaire de Londres (UCL) et de l'Installation européenne de rayonnement synchrotronInstallation européenne de rayonnement synchrotron (ESRF), un accélérateur de particules basé à Grenoble en France. Appelée tomographietomographie à contrastecontraste de phase hiérarchique (HiP-CT), celle-ci permet de voir des organes entiers jusqu'à une résolutionrésolution d'un micromètremicromètre, soit 100 fois la résolution d'une tomodensitométrie conventionnelle.
Grâce à la récente mise à niveau du synchrotron, dont les performances ont été multipliées par 100 en matière d'éclat et de cohérence, les chercheurs ont pu observer des poumons infectés par la Covid-19 avec un niveau de détail inégalé. L'image montre notamment comment l'infection « dévie » le sang entre deux systèmes distincts, les vaisseaux capillaires qui oxygènent le sang et ceux qui alimentent le tissu pulmonaire lui-même, ce qui empêche le sang de la personne malade d'être correctement oxygéné.
L’image montre comment l’infection à la Covid-19 « dévie » le sang entre deux systèmes distincts, ce qui empêche le sang d’être correctement oxygéné. © HiP-CT, YouTube
La source de rayons X la plus brillante au monde
« L'ESRF-EBS (Extremely Brilliant Source) est aujourd'hui le premier synchrotron haute énergie de quatrième génération au monde », se félicitent les chercheurs. La source de rayons X est la plus brillante au monde, c'est-à-dire 100 milliards de fois plus lumineuse qu'une radiographieradiographie conventionnelle d'hôpital. Cette luminositéluminosité exceptionnelle permet de visualiser des vaisseaux sanguins de cinq micromètres de diamètre, soit un dixième du diamètre d'un cheveu. « La capacité de visualiser les organes à une telle échelle est une révolution dans l'imagerie médicale, atteste Claire Walsh, chercheuse à l'UCL. Cela permet de voir de minuscules structures d'organes en 3D dans leur contexte spatial, comme ici les vaisseaux sanguins ». Une prouesse, car les organes humains ont un faible contraste et sont donc difficiles à observer avec les techniques d'imagerie classiques comme les IRM.
Le saviez-vous ?
La tomographie à rayons X, qui est une technique d’imagerie en 3D, a été inventée en 1972 par Godfrey N. Hounsfield, ce qui lui valut le prix Nobel de médecine. Des rayons X de haute énergie sont envoyés sur l’échantillon, placé sur un support rotatif entre la source de rayons X et le détecteur. Ce dernier enregistre une radiographie 2D pour chaque angle de rotation ; on obtient ainsi une pile d’images correspondant à chaque angle de vue. L’image en 3D est ensuite reconstruite par un algorithme. La tomographie à rayons X permet ainsi d’analyser le volume, les dimensions, la composition chimique des objets sans les détruire ou les découper.
Un Atlas des organes humains en ligne et gratuit
« L'imagerie clinique fournit des données 3D sur le corps et les organes, mais est limitée à une grande échelle. De l'autre côté, l'histologiehistologie produit des images détaillées des tissus, mais uniquement sur des petites biopsiesbiopsies de tissus. Le HiP-CT relie les deux échelles et comble ainsi une lacune essentielle en matière d'imagerie humaine », confirme Willi Wagner, radiologue au CHU de Heidelberg. Le HiP-CT est aussi beaucoup plus rapide : il faut plus de 100 heures à une IRMIRM à haute résolution pour cartographier un cerveau humain, et cela avec un moindre niveau de détail. La tomographie à rayons X ne s'applique toutefois pas à des personnes vivantes, car l'échantillon doit auparavant être partiellement déshydraté et stabilisé.
Image d’un cerveau humain sain. © HiP-CT, YouTube
L'équipe compte à présent utiliser le synchrotron pour créer un véritable Atlas des organes humains, qui sera disponible en ligne et gratuitement pour les chirurgiens et le public intéressé. Le projet, lancé le 4 novembre, comprend déjà des images du cerveau, des poumonspoumons, du cœur, de deux reinsreins et d'une raterate. Cet Atlas comprendra également une bibliothèque de maladies, ce qui permettra aux médecins de diagnostiquer et traiter un éventail de pathologiespathologies, comme les cancerscancers ou la maladie d’Alzheimer. Vous pouvez consulter les vidéos sur la chaîne Youtube du HiP-CT.
