imagerie médicale en oncologie

Le faisceau d'un microscope électronique voyage habituellement dans le vide, comme un coursier sur une autoroute déserte. Toute molécule d'air est pour lui une bosse qui le fait tressauter et perdre sa direction. C'est pourquoi, auparavant, pour examiner un échantillon, on le congelait, le séchait ou le recouvrait de métal, et on ne regardait toujours que sous vide.

Dans une pièce sombre, un rayon de soleil traverse un trou d'épingle dans du carton, et une image inversée de la rue apparaît sur le mur. La chambre sténopé n'a pas besoin de lentilles : le minuscule orifice sélectionne lui-même les rayons provenant de chaque point de la scène.

Un expert judiciaire arrive sur les lieux d'un crime et relève les empreintes digitales. Les horloges épigénétiques fonctionnent de la même façon : à partir des marques chimiques présentes sur l'ADN, elles déterminent à quel point une cellule a vieilli. Une tumeur laisse elle aussi ses « empreintes », et presque toujours celles-ci témoignent d'une décrépitude avancée.

Le traducteur est assis dans une salle où se tient une réunion importante, mais le bruit de la rue l'empêche de saisir la moitié des mots. Il transmet le sens avec des erreurs, et plus la conversation dure, plus les distorsions s'accumulent.

Dans un foie fibreux, comme dans une ville après un long siège, apparaissent des quartiers où la vie s'est figée : à la place de cellules en activité, un tissu cicatriciel, et à l'intérieur de celui-ci se cachent des macrophages sénescents.

Un supraconducteur est un matériau qui conduit le courant sans perte, comme l'eau qui s'écoule dans un tuyau parfaitement lisse. Dans les supraconducteurs à base de cuivre, de minuscules ajouts d'oxygène agissent comme un bouton de volume : un peu plus, et le matériau devient supraconducteur ; un peu moins, et il cesse de l'être.

Un conteneur maritime, c'est un coffre-fort en acier de la taille d'une pièce, rempli de marchandises. Le sonder aux rayons X est difficile : les parois épaisses et la cargaison dense étouffent les rayons. Les muons viennent à la rescousse — ce sont des particules qui naissent haut dans le ciel et tombent en permanence sur la Terre.

Un son de haute fréquence, focalisé en un point, agit comme une lentille invisible qui concentre la lumière du soleil. À l'intérieur de la tumeur, cette lentille crée en une seconde une température d'environ 72°C — comme l'eau chaude du robinet, mais à l'intérieur d'un tissu vivant.

Une image obtenue avec une faible dose de rayons X ressemble à une vue à travers une vitre embuée : les contours sont là, mais les détails se noient dans un voile trouble. Les médecins ont besoin de ces clichés pendant la radiothérapie – pour viser précisément la tumeur et épargner les tissus sains.

La radiothérapie est un tir ciblé sur la tumeur, mais chaque tir doit être réglé au millimètre et à la fraction de seconde près. Le problème, c'est que les dosimètres existants sont soit encombrants, soit ils perturbent eux-mêmes le faisceau, soit ils nécessitent des pauses pour la lecture.

Les scanners ne produisent pas de clichés prêts à l'emploi. Ils collectent une multitude d'« ombres » — des projections de l'intérieur du corps, obtenues sous différents angles ou à l'aide de différents signaux — puis reconstruisent mathématiquement une image volumétrique.

Chaque annihilation de positon ressemble à la naissance d'un couple de danseurs liés par un fil invisible de polarisation. Les deux rayons gamma s'éloignent, mais leurs états restent enchevêtrés : mesurer l'un détermine instantanément l'autre — comme si le partenaire ressentait chaque mouvement à n'importe quelle distance.

Le radiologue scrute les nuances de gris et de blanc à l'écran — des dizaines de coupes du corps où il faut repérer chaque tache suspecte. La segmentation manuelle d'un patient prend une demi-heure, et dans un grand hôpital, ils sont des centaines.

Dans une petite boîte de Pétri, une goutte de liquide de la taille d'une tête d'épingle. Un scanner IRM classique ne la verrait même pas : le signal est trop faible. Mais si l'on approche un minuscule capteur de champ magnétique de la goutte, tout change.

Depuis que Paul Dirac a prédit théoriquement l'antimatière, les physiciens cherchent les moindres différences entre les particules et leurs antiparticules.

Une goutte de sang prélevée dans une veine est soumise à trois faisceaux lumineux, et chacun révèle ses propres indices. Le faisceau infrarouge fait vibrer les molécules — ces vibrations indiquent la quantité de sucres et de lipides dans l'échantillon.

Le tomographe à rayons X rappelle le menuisier qui examine une bûche sous tous les angles pour voir où se trouve le vide à l'intérieur. Il prend des dizaines de clichés-plans, en tournant la source et le détecteur autour de l'objet. Ensuite, un programme « assembleur » recolle ces ombres en un modèle volumétrique.

Un biologiste observe au microscope des dizaines de minuscules sphères cellulaires – des sphéroïdes. À partir d'eux, de minuscules organes miniatures pousseront plus tard. La tâche ressemble à celle d'un boulanger qui évalue si la pâte a bien levé dans chaque moule. Seulement, au lieu de moules, il y a un milieu de culture, et au lieu de pâte, des cellules vivantes.

Une tumeur de la langue, c'est un peu comme un inconnu dans la foule. En apparence, tout le monde se ressemble, mais sous la surface se cachent des personnalités très différentes. Certaines tumeurs se comportent de manière agressive, d'autres croissent lentement. Pour les médecins, il est crucial de savoir à qui ils ont affaire avant même l'opération.

Le chirurgien retire la tumeur du sein, mais comment savoir si aucune cellule malade ne reste sur les bords ? Actuellement, le tissu est envoyé au laboratoire et la réponse arrive plusieurs jours plus tard. Si la marge n'est pas saine, une seconde opération est nécessaire. La nouvelle méthode promet de donner la réponse directement au bloc opératoire, pendant que la patiente est encore sur la table.

Le tomodensitomètre ressemble à un photographe qui fait le tour d'un objet et prend des clichés sous différents angles. D'habitude, il déclenche à intervalles réguliers et utilise la même quantité de lumière pour chaque photo. Mais si l'on doit photographier vite et sans gaspiller de pellicule, il faut choisir : quels angles sont les plus importants et où diriger davantage de lumière.

Deux serrures presque identiques s'ouvrent avec le même passe-partout. Extérieurement, elles se ressemblent, mais le mécanisme intérieur est différent. C'est à peu près le cas des deux principaux types de cancer du poumon non à petites cellules : l'adénocarcinome et le carcinome épidermoïde. Au microscope, on peut les confondre, mais le traitement requis est différent.

Dans chaque cellule se trouvent de minuscules centrales énergétiques : les mitochondries. Elles brûlent les nutriments et stockent l'énergie. Deux molécules auxiliaires, le NADH et le FAD, supervisent ce processus. Auparavant, on les repérait grâce à une faible luminescence, mais celle-ci était ténue et les signaux des différentes molécules se mélangeaient.

À l'intérieur de chaque cellule, il existe un réseau de fins tubes, les microtubules. Ils jouent à la fois le rôle d'échafaudage et de rails : ils maintiennent la forme de la cellule et transportent des cargaisons. Ces tubes sont assemblés à partir de la protéine tubuline et émettent naturellement une faible fluorescence sous ultraviolets.

Un grain de beauté sur la peau ressemble à une mosaïque de morceaux colorés. Chaque morceau est une petite zone de l'image où la couleur et la texture ne changent presque pas. On appelle ces morceaux des superpixels. Si on les relie par des lignes, on obtient un réseau semblable à un plan de métro : les stations sont les morceaux, et les lignes sont les connexions entre eux.

La caméra qui repère les tumeurs fonctionne comme un appareil photo très sensible : elle capte la faible lueur émise par la substance accumulée dans les cellules malades. Dans les appareils classiques, la lumière naît dans un cristal, un morceau solide semblable à du verre.

Lors du traitement du cancer de la prostate, les médecins voient souvent non pas une seule tumeur, mais de multiples foyers dans les os et les ganglions lymphatiques. Chacun de ces foyers peut réagir différemment à la thérapie : l'un diminue, un autre reste stable, un troisième grossit.

Une radiographie, c'est comme une photo dans le noir : moins il y a de lumière, moins on distingue les détails. Des médecins ont voulu savoir à quel point on pouvait réduire la « lumière » lors d'un scanner (tomodensitométrie) sans pour autant passer à côté d'une maladie.

Le TEP/TDM, c'est comme une carte où les cellules cancéreuses brillent comme des points lumineux. Mais que faire si la carte est vide alors que la maladie se cache quelque part ?

Une tumeur ne pousse pas comme un arbre, mais comme une ville : son aspect actuel est influencé par les constructions d'hier et les incendies d'avant-hier. Les équations classiques de croissance tumorale ne tiennent pas compte de cela — elles ne regardent que le moment présent, comme si la ville était reconstruite chaque jour de zéro.

Le faisceau d'ions carbone frappe la tumeur avec précision, comme un chirurgien qui ne verrait que la peau. À l'intérieur du corps, le faisceau s'arrête, et savoir où exactement était un mystère.

La foudre frappe une fourmilière. Une partie des fourmis meurt sur le coup, une autre se fige, et quelques jours plus tard, les survivantes recommencent à creuser des galeries.

Une bille de verre dans un verre d'eau est presque invisible, mais si on la regarde à travers une nappe à carreaux, les lignes derrière elle se déforment. Les cellules transparentes se comportent de la même manière : la lumière les traverse, mais elle est légèrement ralentie et change de direction.

Un pompier muni d'une caméra thermique voit le foyer d'un incendie à travers la fumée. Mais comment voir une source de radiation qui ne sent rien, ne brille pas et ne chauffe pas ? Les caméras gamma résolvent ce problème : elles captent les rayons gamma émis par les substances radioactives et superposent leur « trace » sur une photographie ordinaire.

En hiver, les flaques gèlent et la glace fissure l'asphalte. À l'intérieur d'une cellule vivante, lors de la congélation, il se passe quelque chose de similaire : les cristaux de glace déchirent sa membrane. Pour éviter cela, on imprègne la cellule d'une solution spéciale, comme un antigel pour voiture.

La lumière dans un microscope n'arrive pas en flux régulier, mais comme une pluie de plomb : tantôt plus de photons, tantôt moins. Cette dispersion aléatoire, c'est le bruit de grenaille. Il impose une limite : les signaux faibles provenant d'objets minuscules se noient dans cette ondulation.

La lumière qui traverse une cellule colorée perd une partie de sa puissance, comme le faisceau d'une lampe de poche qui traverse un verre de thé. Plus la couleur est dense, plus la lumière est absorbée. Mais jusqu'ici, le microscope ne montrait qu'une ombre plate de ce processus, pas son volume.

Traiter un cancer avec un faisceau de protons, c'est un peu comme tirer à l'arc : il faut atteindre la cible sans rien toucher autour. Les protons libèrent leur énergie en fin de parcours, si bien que les tissus sains sont presque épargnés. Mais pour que le tir soit sûr, chaque plan de traitement est vérifié à l'avance : on mesure la dose que recevra la tumeur et ce qui reviendra aux organes voisins.

Une goutte de sang peut révéler comment se comporte une tumeur dans les poumons. Les médecins avaient déjà remarqué que lorsque la maladie recule, certains marqueurs sanguins augmentent, d'autres diminuent. Mais relier ces variations dans un tableau cohérent restait un défi.

Un verre d'eau et un verre de gelée se ressemblent, mais se comportent différemment. Il en va de même pour le tissu prostatique : sur une coupe ordinaire au microscope, on voit à la fois les glandes tumorales et leur support environnant — le tissu conjonctif. Autrefois, le pathologiste ne regardait que les glandes, considérant le support comme un simple fond.