17-19 novembre 1972 – Tours, capitale mondiale des ultrasons appliqués à la médecine et à la biologie

Les ultrasons (échographie et Doppler) et les radio-isotopes (scintigraphie) tenaient une place importante dans les moyens non invasifs d’exploration utilisés dès 1968 dans l’équipe hospitalo-universitaire mise en place par Thérèse PLANIOL. Les images radio-isotopiques étaient obtenues à partir de scintigraphes et des premières caméras à scintillation dont le fonctionnement est relativement automatique. L’acquisition des  images échographiques nécessitait la participation active d’un manipulateur pour effectuer un balayage manuel sur la peau du patient au moyen d’une sonde tenue à la main et raccordée à un système de repérage spatial du type pantographe.  La constitution d’une image prenait plusieurs secondes ce qui obligeait à passer par une mémoire tampon pour stocker progressivement l’image. Ceci ne permettait donc pas l’étude d’organes ou de structures en mouvement comme le cœur. De plus la présence d’un aide était souvent nécessaire pour déplacer le lit du patient afin de changer l’orientation du plan de coupe.
 
1973 Echographie à balayage électronique
Très vite, l’équipe de Génie Biologique et Médical (LBM) de Biophysique coordonnée par Léandre POURCELOT a tenté de trouver une solution à ce problème de manière à doter le service d’explorations fonctionnelles du CHU Bretonneau d’un échographe mieux adapté aux contraintes de l’imagerie de routine. La solution retenue, début 1972, a été d’émettre et de recevoir les ultrasons non pas sur une sonde unique déplacée à la main, mais à partir de 50 à 100 capteurs disposés en barrette et utilisés en séquence pour l’émission et la réception. Ceci permettait de déplacer rapidement le faisceau ultrasonore à chaque émission-réception. En 1973 il devenait ainsi possible de réaliser les premières images échographiques à un rythme de plusieurs dizaines par seconde et de visualiser pour la première fois, en temps réel, le mouvement des parois et des valves cardiaques chez l’adulte, l’enfant et le fœtus. Cette observation non invasive du fonctionnement du cœur et de la mobilité du fœtus  provoquait à l’époque une grande émotion chez les femmes enceintes et les patients qui étaient examinés dans le service hospitalier dirigé par Thérèse PLANIOL. Rapidement les applications s’étendirent à l’ensemble des organes abdominaux et aux vaisseaux sanguins pour la recherche des plaques d’athérome. La première présentation internationale eut lieu à Milan en 1973 lors de la 2nd Bioengineering Conference and Exhibition.
 

A gauche : Vue de l’appareil prototype d’échographie à balayage électronique USABEL avec sa sonde à 100 transducteurs piézoélectriques.

A droite : sonde développée pour l’exploration des carotides dont une version servira lors de vols spatiaux.

 
Les images présentées sur un écran de télévision modifié étaient soit « captées » au vol pour être fixées sur Polaroid, soit enregistrées sur films 16mm. Ces derniers permettaient de montrer les images dynamiques lors des congrès scientifiques. L’appareil d’échographie à balayage électronique fut appelé USABEL (UltraSonogrAphe à Balayage Electronique). Une phase de commercialisation d’USABEL a été entreprise par la Compagnie Générale de Radiologie, mais les faibles moyens mis en œuvre n’ont pas permis d’obtenir un succès commercial prolongé.
Aspects techniques très difficiles à résoudre à l’époque :
– La découpe d’un barreau de céramique ferroélectrique en éléments de l’ordre du millimètre avec un trait de scie de l’ordre de quelques dixièmes de millimètre. L’utilisation d’une scie à fils puis d’une scie à disque diamanté a permis de fabriquer des sondes performantes.- La soudure de câbles coaxiaux miniatures pour relier les éléments émetteurs-récepteurs à l’électronique.
– La commutation électronique et l’émission d’impulsions de puissance par des transistors.
– La « fabrication » de retards électroniques pour focaliser et dévier les ultrasons.
De nombreux travaux furent entrepris au LBM pour améliorer les performances de l’échographe. Ce sont ces améliorations que l’on retrouve sur les tous les échographes modernes : focalisation électronique,  orientation électronique des faisceaux ultrasonores, combinaison imagerie et Doppler pour sélectionner dans l’image la zone d’étude de la circulation sanguine, réalisation de capteurs de différentes fréquences ultrasonores …
Tous ces travaux ont permis la réalisation en 1979 du prototype de l’échographe spatial utilisé pour la première fois au monde en 1982 sur la station orbitale soviétique Salyout 7 par le spationaute français Jean-Loup Chrétien.
Pour diffuser largement l’échographie, Thérèse PLANIOL et Léandre POURCELOT fondent en 1972 la Société française pour l’application des ultrasons à la médecine et à la biologie, lors du 1er congrès sur les ultrasons qu’ils organisent à Tours du 17 au 19 novembre 1972. Sur le plan universitaire un Diplôme d’université d’ultrasonologie médicale coordonné par Léandre POURCELOT est mis en place à Tours dès 1975.
A signaler qu’au plan mondial, dans les années 1972-73, Klaas BOM de l’Université de Rotterdam (Pays-Bas) a eu l’idée d’échographe à balayage électronique dont le principe est voisin de celui de l’équipe de Biophysique de Tours.
 
1976 Imagerie Doppler du sang circulant
Réaliser des images des structures cardiaques et vasculaires sans pouvoir visualiser en temps réel le sang circulant dans ces structures paraissait impensable à l’équipe. La stratégie utilisée a été d’abord de mettre au point un système Doppler pulsé multi-portes capable de détecter la vitesse et le sens de circulation du sang à plusieurs profondeurs simultanément. La deuxième étape était de déplacer la ligne d’exploration Doppler à partir d’une commutation électronique semblable à celle d’USABEL pour réaliser une cartographie des vitesses. Plusieurs difficultés majeures étaient à résoudre : (1) il est nécessaire d’effectuer plusieurs tirs ultrasonores sur une même ligne d’exploration Doppler pour obtenir un signal de vitesse correct, avant de passer à la ligne suivante ce qui ralentit la cadence image ; (2) une inclinaison des faisceaux Doppler par rapport à l’axe du vaisseau est nécessaire pour avoir un bon signal, (3) le passage d’une ligne à la suivante provoque un effet Doppler parasite de grande amplitude.
Un prototype fonctionnel a permis d’enregistrer les premières images Doppler en temps réel sur les carotides en 1976. Les résultats sont présentés en conférences invitées au Symposium of Echocardiology, Rotterdam, 1977, et au Congrès mondial sur les ultrasons en médecine au Japon (Miyazaki) en 1979. C’est la première fois au monde qu’on pouvait visualiser le sang en mouvement tout en précisant sa vitesse et son sens d’écoulement. Le premier appareil commercial a été mis sur le marché au Japon, 9 ans plus tard, en 1985, par la société Aloka. Un an plus tard, en 1986,  Aloka a souhaité mettre à disposition de l’équipe tourangelle un exemplaire de ce qui s’appellera désormais l’écho-Doppler couleur, en reconnaissance de son travail de pionnier.

Premières images Doppler du sang circulant.

Images de gauche : coupe longitudinale de la bifurcation carotidienne (appareil USABEL) et image Doppler de la même bifurcation (La superposition des deux images avec un code coloré pour l’information Doppler aboutira à l’échographie Doppler couleur).

Image de droite : coupes Doppler transversales le long des carotides.

 

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