Imagerie médicale : comment les maths reconstruisent le corps ?

Intervenant 10:00

Bienvenue dans le podcast du magazine Tangente. Aujourd'hui, on va voir comment une équation gribouillée sur un tableau noir en 1917 par un mathématicien qui n'avait jamais vu un ordinateur de sa vie est aujourd'hui le moteur caché des scanners dans les hôpitaux du monde

Intervenant 20:15

entier. C'est vraiment une histoire fascinante parce que d'habitude, face à un diagnostic médical, on s'attend à une certitude absolue, presque binaire, non ?

Intervenant 10:24

Ouais, exactement. On se casse le bras, la radiographie affiche une ligne blanche bien nette, et bam, le problème est visible, pas le table. On est rassuré par ce qu'on voit.

Intervenant 20:33

Voilà, c'est le côté rassurant de la médecine classique. On veut voir à l'intérieur du corps humain sans avoir à l'ouvrir et on s'attend à ce que l'image soit une simple photographie de la réalité. Mais la technologie qui permet d'obtenir ces images en trois dimensions ne repose pas du tout sur de la simple photographie.

Intervenant 10:48

Pas du tout, ouais. La progression spectaculaire de l'imagerie médicale moderne, c'est en fait le fruit d'une alliance assez improbable. Et c'est tout l'objet de notre plongée d'aujourd'hui.

Intervenant 20:59

Une plongée qui va nous faire croiser pas mal de disciplines.

Intervenant 11:02

C'est ça, on va décortiquer cette alliance entre la physique fondamentale, des équations mathématiques vieilles de plus d'un siècle et la puissance de calcul brut des ordinateurs. Le tout va nous faire voyager de la résonance des atomes jusqu'à des sphères à une infinité de dimensions.

Intervenant 21:18

Avec même un petit détour par l'épluchage d'Agnon en cours de route.

Intervenant 11:23

Bah oui, l'épluchage d'oignons, c'est indispensable en maths. Mais pour démarrer, posons un peu le problème physique brut. Avant de modéliser quoi que ce soit en 3D sur un écran, la machine doit capter un signal, non ?

Intervenant 21:34

Il y a effectivement un mur physique à franchir en premier lieu. Pour cartographier les densités internes du corps humain sans effraction, on a besoin de sondes immatérielles.

Intervenant 11:43

Quelque chose qui traverse la peau sans faire de dégâts ?

Intervenant 21:46

Tout à fait. Et la méthode la plus célèbre, celle de l'IRM, l'imagerie par résonance magnétique, elle utilise un élément que notre corps possède en très grande abondance.

Intervenant 11:55

L'atome d'hydrogène ?

Intervenant 21:56

Puisqu'on est constitué majoritairement d'eau, l'hydrogène, il y en a vraiment partout en nous.

Intervenant 12:02

Exactement. L'hydrogène est omniprésent. Et cet atome a une propriété physique fascinante, c'est qu'il se comporte comme un minuscule aimant naturel.

Intervenant 22:11

Donc, si je résume bien, le principe de ce tube géant et super bruyant dans lequel on glisse un patient à l'hôpital, c'est simplement de générer un champ magnétique super puissant pour forcer tous ces petits aimants d'hydrogène corporel à s'aligner dans la même direction. C'est exactement ça, c'est la toute première étape. On les aligne de force. Et une fois qu'ils sont bien alignés, la machine envoie une impulsion électromagnétique très courte, une sorte d'onde radio en fait.

Intervenant 12:39

Et cette onde, elle vient perturber l'alignement naturel.

Intervenant 22:43

Oui, elle va bousculer les atomes d'hydrogène, elle les désaxe temporairement et en reprenant ensuite leur position initiale, leur alignement naturel, ces atomes vont se mettre à, disons, résonner.

Intervenant 12:55

Ah, d'où le nom « résonance magnétique ».

Intervenant 22:58

Voilà. Ils émettent à leur tour un signal que la machine peut écouter. Mais le point crucial, le vrai génie du truc, c'est que la fréquence de cette résonance dépend directement de la force du champ magnétique dans lequel l'atome se trouve.

Intervenant 13:12

Et c'est là qu'on trouve l'astuce pour savoir exactement d'où vient le signal dans le corps. Parce que si on applique un champ magnétique qui n'est pas uniforme, mais qui varie très légèrement d'un bout à l'autre de la machine,

Intervenant 23:24

Ce qu'on appelle un gradient magnétique, oui.

Intervenant 13:26

Un gradient, voilà. Disons un champ un peu plus fort à gauche et un peu plus faible à droite. Alors chaque atome va résonner à une fréquence différente selon sa position spatiale exacte.

Intervenant 23:37

C'est la clé de la localisation spatiale, tout à fait.

Intervenant 13:39

J'adore imaginer ça comme un immense clavier de piano étalé sur le corps du patient. Genre, si la machine entend un Do, on sait que ça vient du genou gauche, et si elle entend un Mi, on sait que ça vient du fémur droit.

Intervenant 23:50

C'est une excellente comparaison. Ce fameux gradient magnétique est ce qui permet de localiser l'origine spatiale de chaque atome, millimètre par millimètre, et tout cela se fait sans détruire ou endommager le moindre tissu cellulaire.

Intervenant 14:04

Ce qui est rassurant. Et ça nous amène d'ailleurs à une petite curiosité historique sur le nom de cette technologie. A ses débuts, on ne disait pas IRM, mais IRMN, avec un N à la fin.

Intervenant 24:15

Oui, un N pour nucléaire, puisqu'en physique, on manipule littéralement le noyau de l'atome d'hydrogène, la résonance magnétique nucléaire.

Intervenant 14:23

Et ce fameux N, il a mystérieusement disparu des portes d'hôpitaux, parce que le mot nucléaire, ça terrorise totalement le grand public.

Intervenant 24:30

C'est un pur choix de communication médicale.

Intervenant 14:33

L'ironie de l'histoire, je trouve ça fou, c'est que l'IRM est totalement inoffensive, sans radiation, alors que ces mêmes patients, qui paniquent à cause du mot « nucléaire », acceptent sans sourciller un panorama dentaire à base de rayons X chez le dentiste, des rayons qui, eux, sont de vrais rayonnements ionisants.

Intervenant 24:51

Comme quoi, la perception du risque est très souvent déconnectée de la réalité de la physique.