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Professeur Georges
Terrier †
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TABLE DES MATIERES
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Dans cet article, nous évoquons les principales étapes qui, depuis la fin du 19ème siècle jusqu'à l'aube du 3ème millénaire, ont marqué le prodigieux développement de l'imagerie médicale et ont permis de concrétiser le vieux rêve d'Hippocrate. |
In this article, we give an insight into the historic developments of radiology, evoking some of the milestones which from the end of the 19th century to the beginning of the third millennium have marked the way of one of the most rapidly growing fields in medicine. |
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Tard un après-midi de novembre 1895, le physicien allemand Wilhelm Conrad Roentgen travaille seul, selon son habitude, dans son laboratoire de l'institut de physique de l'Université de Würzburg (Bavière), dont il est le directeur depuis le 31 août 1888. Comme la plupart des physiciens de son époque, il s'intéresse aux rayons cathodiques et au phénomène de la luminescence. Il veut répéter l'expérience d'un de ses collègues de Bonn, Philipp Lenard: étudier sur un écran de carton enduit de platino-cyanure de barium l'effet fluorescent des rayons cathodiques produits dans un tube de Crookes. Pour ne pas être gêné par la lumière engendrée à l'intérieur du tube, il prend tout d'abord soin d'envelopper ce dernier dans du carton opaque. Puis il connecte le tube de Crookes à une bobine de Ruhmkoff afin de le mettre sous tension électrique. Enfin, il fait l'obscurité dans son laboratoire. A sa grande satisfaction, aucune lumière ne passe au travers de l'enveloppe opaque. Cependant, alors qu'il se prépare à déconnecter le tube de Crookes de la bobine de Ruhmkoff afin de fixer l'écran fluorescent en face du tube pour procéder à l'expérience décisive, il distingue un scintillement discret dans un coin de son laboratoire encore plongé dans le noir. Il constate qu'il provient de l'écran fluorescent abandonné provisoirement sur un banc avant de prendre sa place dans l'expérience en cours. Intrigué, Roentgen éteint son tube de Crookes, le scintillement disparaît de l'écran. Il rallume son tube, l'écran s'éclaire aussitôt. Roentgen augmente la distance entre l'écran et le tube de Crookes, il retourne même l'écran de sorte que l'émulsion fluorescente se trouve du mauvais côté par rapport au tube. Chaque fois que le tube de Crookes est sous tension, l'écran s'illumine. C'est alors que Roentgen a le trait de génie de penser que la fluorescence provoquée n'est pas la conséquence directe des rayons cathodiques, qui en principe ne se propagent pas en dehors du tube de verre, mais le fait d'un autre rayonnement, généré secondairement par ces rayons cathodiques. Si ce rayonnement traverse le carton opaque, peut-être traverse-t-il d'autres substances. Roentgen met sa main entre la plaque et l'écran. Ce sont ses os qui apparaissent !
Roentgen comprend alors qu'il a découvert un rayonnement non lumineux, invisible, capable de traverser la matière plus ou moins bien selon la densité de celle-ci. C'est un rayonnement encore inconnu. Il l'appelle donc "rayons X".
Roentgen est d'emblée conscient de l'importance de sa découverte. Après sept semaines d'un travail intensif, il remet un manuscrit, intitulé "Über eine neue Art von Strahlen", le 28 décembre 1895, au secrétaire de la "Physikalisch-medicinische Gesellschaft" de Würzburg. Il obtient très rapidement les épreuves qu'il envoie à quelques-uns de ses amis en guise de vœux de Nouvel An !
L'un de ceux-ci, professeur de physique à Vienne, montre le manuscrit et les radiographies qui l'accompagnent à un collègue, dont le père est l'éditeur du journal viennois "Die Presse". Ce dernier, réalisant la valeur de cette découverte et son intérêt pour les biologistes et les médecins, principalement les chirurgiens, écrivit immédiatement un article, qui paraît le 5 janvier 1896. Dans sa précipitation, il nomme l'inventeur le "Professor Routgen".
La nouvelle de la découverte se propage très rapidement. En Suisse, elle est annoncée en premier par "Die Neue Zürcher Zeitung" le 10 janvier. En Suisse Romande, c'est le journal illustré "La Patrie Suisse" dans son supplément du 22 janvier qui publie les observations de Roentgen et reproduit l'image d'une main vivante avec comme titre "une merveilleuse découverte". Le cliché, daté du 13 janvier, a été pris par Aimé Forster, professeur de physique à l'Université de Berne. Les professeurs Henri Dufour à Lausanne et Charles Soret à Genève saisissent l'intérêt du procédé et l'appliquent d'emblée (premier cliché le 27 janvier à Lausanne et avant le 4 février à Genève) (Béclère, 1973 ; Eisenberg, 1992 ; Mayer, 1995 ; Pallardy et al., 1989 ; Rosenbusch et al, 1994 ; Rosselet, 1995 ; Schedel et Keil, 1995 ; Terrier et al, 1995 ; Wieser et al, 1989).
Roentgen est né le 27 mars 1845 à Lennep, petite localité allemande, devenue maintenant un faubourg de la ville de Remscheid, près de Düsseldorf en Rhénanie. Il restera le fils unique de sa mère, Charlotte Constanze, née Frowein, d'origine hollandaise, et de son père, Friedrich-Conrad, fabricant aisé de tissus et de vêtements.
Peu après sa naissance, ses parents émigrent à Apeldoorn, près d'Utrecht, pour des raisons politiques, semble-t-il. C'est donc en Hollande qu'il grandira et à Utrecht qu'il entrera au gymnase. En cours d'études, un incident apparemment banal, mais lourd de conséquences, va influencer son avenir. Il est suspecté d'avoir dessiné au tableau noir la caricature d'un de ses professeurs. Etait-ce lui ou un de ses camarades, qu'il n'a pas voulu dénoncer, on ne l'a jamais véritablement su. On ne badinait pas à l'époque avec le respect de ses supérieurs. Conrad est chassé de l'école, juste avant l'examen de maturité.
Heureusement, un ami suisse des Roentgen, habitant Lutrecht, leur apprend qu'il existe en Suisse l'Ecole Polytechnique de Zurich, qui vient d'être fondée, où l'on peut être admis sans maturité. Il faut toutefois réussir un examen d'entrée assez difficile. Le jeune homme suit des cours privés, se présente à l'examen et le réussit.
Dès novembre 1865, Roentgen est donc étudiant à Zurich et loge dans une maison qu'on peut voir encore aujourd'hui "Im Seilergraben 48". Il s'arrête régulièrement dans une brasserie, "Zum Grünen Glas", proche de l'Ecole Polytechnique, où se rencontrent maîtres et étudiants. Il y fait la connaissance de la fille du patron, Anna-Bertha Ludwig, de 6 ans son aînée, qu'il épousera plus tard, en 1872, et qui sera sa femme pendant 50 ans. Mais Roentgen ne fréquente pas seulement sa Zurichoise. Il suit aussi les cours avec sérieux et obtient en 1868 son diplôme d'ingénieur mécanicien. Mieux, il est promu, une année plus tard, docteur es sciences de l'Université grâce à une thèse intitulée "Studien über Gase". C'est alors que le professeur de physique expérimentale, August Kundt, l'engage comme assistant.
En 1870, le professeur Kundt est appelé à la chaire de physique de l'Université de Würzburg. Il demande à son élève de l'accompagner avec l'espoir partagé de lui assurer une carrière académique. Une profonde déception attend toutefois Roentgen. Un handicap pèse sur son destin. Il n'a pas de diplôme de maturité. Le corps professoral de Würzburg lui refuse à l'unanimité le titre de privat-docent, conformément à la loi bavaroise qui n'accorde pas cette promotion à un ingénieur qui n'a pas acquis une formation gymnasiale.
Roentgen quitte alors Würzburg pour Strasbourg, université plus tolérante et où il est nommé professeur de physique. Ses travaux et sa renommée grandissante lui valent ensuite une nomination à l'Université de Giessen, en Allemagne. Enfin, un étonnant repentir pousse l'Université de Würzburg à le rappeler et à lui confier la chaire de physique et la direction de l'Institut de physique. C'est là que le 28 novembre 1895 il découvre les rayons X.
Durant la première semaine après la découverte, Roentgen reçoit plus de 1000 lettres. Plusieurs personnes ne manquent pas de lui suggérer qu'il pourrait devenir très riche en exploitant commercialement son invention. Quelque temps plus tard, Max Levy, un ingénieur de la firme électrique A.E.G., prend contact avec Roentgen pour lui faire part de l'intérêt manifesté par sa compagnie à développer cette nouvelle technologie. Roentgen lui répond sans hésitation : "Dans la bonne tradition des professeurs d'université allemands, je suis d'avis que les découvertes et inventions appartiennent à l'humanité. Leur diffusion ne doit en aucun cas être entravée par des brevets, des licences ou des contrats et aucun groupe de personnes ne doit en avoir le monopole."
En 1900, Roentgen accepte de devenir professeur de physique à l'Université de Munich et directeur du nouvel Institut de physique. En 1901, il reçoit le premier prix Nobel de physique. Pour se reposer, loin des honneurs, il passe régulièrement ses congés en Suisse, à Pontresina. Il y retrouve de nombreux amis. Les époux Roentgen apprécient particulièrement les tours en calèche et se lient d'amitié avec le cocher Emanuel Schmid, de Somvix dans les Grisons, qui à plusieurs reprises, est leur compagnon de randonnée.
Mais après ces succès et ces joies arrivent les jours sombres. En 1918, l'Allemagne perd la première guerre mondiale. Patriote, il est profondément touché par cette défaite. Il est très affecté par la perte de l'Alsace, à laquelle il était attaché depuis son séjour à Strasbourg. Une année plus tard, en 1919, il ressent cruellement le décès de son épouse, qui s'éteint après une longue maladie causée par des calculs rénaux. En outre, il est ruiné par l'inflation catastrophique qui frappe l'Allemagne de l'après-guerre. Atteint dans sa santé par un cancer du côlon, il meurt à Munich le 10 février 1923, à l'âge de 78 ans (Eisenberg, 1992; Pallardy et al, 1989 ; Rosenbusch et al, 1994 ; Schedel et Keil, 1995 ; Wieser et al, 1989).
La découverte des rayons X fut l'aboutissement de siècles d'observations et d'expériences sur l'électricité et le magnétisme, sur lesquelles nous ne pouvons pas nous attarder ici. Mentionnons cependant que pour son expérience, Roentgen utilisa un tube de Crookes et une bobine de Ruhmkorff.
Sir William Crookes (1832-1919) était un brillant physicien anglais, qui adorait faire des démonstrations en public. Il était fasciné par l'hypothèse que Michael Faraday (1791-1867) avait formulée quelques années auparavant, à savoir que la luminosité d'un gaz fortement raréfié et excité par une décharge électrique représentait un quatrième état de la matière, la matière radiante (à côté des trois autres états solide, liquide et gazeux). Pour étudier les rayons cathodiques et les phénomènes produits par le passage de l'électricité dans les gaz, il avait perfectionné un appareil inventé en 1869 à Münster, en Allemagne, par Johann Wilhelm Hittorf (1824-1914) : il s'agit d'un tube en verre muni à ses deux extrémités d'électrodes. Lorsqu'on applique une forte tension électrique à ces dernières et qu'on évacue l'air dans le tube, une couleur violacée apparaît.
Ce phénomène est dû à un arc électrique. Crookes avait émis l'hypothèse que les rayons cathodiques étaient constitués de particules, hypothèse confirmée en 1897 par Sir Joseph Thomson (1856-1940), de Cambridge, qui démontra que les rayons cathodiques étaient formés de particules négatives, à savoir d'électrons.
Le passage de l'électricité dans les gaz raréfiés n'a généralement lieu qu'avec des différences de potentiel de plusieurs centaines de volts au moins, et très souvent il faut atteindre 40 000 à 50 000 volts. Pour obtenir une telle tension, on utilisait le principe de l'induction électromagnétique découvert par Michael Faraday. Les premières bobines basées sur ce principe furent construites à partir de 1851 par un mécanicien et électricien allemand fixé à Paris, Heinrich Daniel Ruhmkorff (1803-1877).
A l'époque de Roentgen, de nombreux physiciens étudiaient les propriétés des tubes de Crookes, qui étaient disponibles dans la plupart des laboratoires de physique depuis une vingtaine d'années. On peut s'étonner qu'aucun des nombreux chercheurs qui expérimentaient avec ces tubes n'aient découvert plus tôt le rayonnement qu'ils généraient. Déjà Crookes avait constaté que des plaques photographiques emballées entreposées dans son laboratoire avaient été voilées de manière étrange. Il se plaignit au manufacturier Ilford, qui lui avait fourni ces plaques et qui les lui remplaça. Lorsque ce même phénomène se répéta, Ilford conclut que le problème devait provenir du laboratoire du physicien. Crookes n'élucida pas la cause, mais il apparaît probable aujourd'hui que ces plaques ont été impressionnées par des rayons X. La découverte des rayons X était donc dans l'air depuis plusieurs années. Une controverse affligeante résulta d'ailleurs à propos de la paternité de la découverte, qui fut revendiquée par Philipp Lenard (1862-1947), même après qu'il eut également reçu le prix Nobel de physique en 1905. Il ne fait plus aucun doute aujourd'hui que la découverte de Roentgen n'était pas due à la chance, mais à sa profonde connaissance des données de la littérature en physique de son temps, à son génie d'expérimentateur et d'observateur ainsi qu'à sa remarquable faculté de raisonnement (Eisenberg, 1992 ; Schedel et Keil, 1995 ; Wieser et al, 1989).
L'impact des rayons cathodiques sur la paroi du tube produit un effet fluorescent. Peu de temps après la découverte des rayons X, le scientifique français Henri Poincaré (1854-1912) suggéra que, puisque la fluorescence du verre semblait être une condition nécessaire à la formation des rayons X, il serait judicieux d'étudier si des rayons X étaient aussi produits par des matériaux fluorescents ordinaires. Antoine-Henri Becquerel (1852-1908), professeur de physique à l'Ecole Polytechnique de Paris, entreprend alors des expériences sur des sels d'uranium, caractérisés par une forte fluorescence. Il place des grains de sels d'uranium sur de petits plateaux de métal au-dessus d'une plaque photographique emballée dans plusieurs couches de papier opaque pour la protéger d'une eition directe à la lumière. Puis il laisse le tout au soleil pendant plusieurs heures pour obtenir une fluorescence intense du sel d'uranium. Finalement, il développe la plaque photographique. Comme il s'y attend, des zones noires sont bien visibles, correspondant à l'emplacement des grains de sel d'uranium. Becquerel pense que la radiation qui est passée au travers des plateaux métalliques et du papier opaque provient de la fluorescence des grains de sel d'uranium. Cependant, quelques jours plus tard, à la fin du mois de février 1896, Becquerel veut répéter son expérience, mais une période de mauvais temps l'en empêche. Ne pouvant eer les plateaux au soleil, il les range provisoirement dans un tiroir. Après plusieurs jours sans soleil, Becquerel, impatient, développe quand même la plaque photographique qu'il a laissée sous les plateaux. Quelle n'est sa surprise d'obtenir à nouveau l'image des grains de sel d'uranium, indiquant ainsi que la plaque photographique, bien qu'enfermée, a été soumise à une eition intense. Il conclut que ce rayonnement, capable de traverser le plateau métallique et le papier opaque, provient du sel d'uranium. Becquerel venait de découvrir la radioactivité naturelle (Eisenberg, 1992).
La découverte de Becquerel éveilla la curiosité de nombreux scientifiques, notamment de Marya Sklodowska, qui travaillait dans le laboratoire de Pierre Curie à l'Ecole de Physique et de Chimie de la Ville de Paris.
Cette jeune polonaise était née à Varsovie le 7 novembre 1867. Elle était la plus jeune fille d'un couple d'instituteurs. Très tôt, elle démontra une remarquable aptitude aux mathématiques. Elle travailla d'abord comme gouvernante dans une famille durant 6 ans, pour que son père puisse financer les études de médecine de sa soeur aînée Bronia à Paris. Enfin, en 1891, Marie peut rejoindre sa soeur à Paris pour étudier la physique et les mathématiques.
Elle fait la connaissance de Pierre Curie en 1894. C'est le tournant de sa vie. Ce physicien, né le 15 mai 1859, est le fils d'un médecin parisien. Avec son frère Jacques, Pierre avait découvert le phénomène de la piézoélectricité. En 1883, Pierre avait été nommé chef de travaux à l'Ecole de Physique et Chimie de la Rue Lhomond. Rapidement, Pierre et Marie s'attachent l'un à l'autre et le 26 juillet 1895, ils se marient.
Trois ans plus tard, Marie déjà licenciée en sciences, intéressée par la découverte de Becquerel, encouragée par Pierre, choisit la radioactivité naturelle comme sujet de thèse de doctorat. Pour effectuer ses expériences, Marie trouve un hangar dans la cave de l'Ecole de physique et chimie.
Elle développe des instruments de mesure, qui lui permettent de démontrer que la quantité de rayonnement produite par l'uranium est proportionnelle à la quantité d'uranium, quel que soit son état chimique et indépendamment des conditions externes. Elle appelle cette nouvelle forme d'énergie, la radioactivité, qui est une propriété de l'atome et non une propriété chimique. Elle remarque cependant que la pechblende, le minerai d'uranium, est beaucoup plus radioactif que ne le laisse supposer la quantité d'uranium pur qu'on peut en extraire. Elle en conclut logiquement que la pechblende contient de petites quantités d'un autre élément, encore inconnu, beaucoup plus radioactif que l'uranium.
Aidée par Pierre, Marie entreprend une analyse chimique de la pechblende, travail compliqué et harassant. "J'ai été amenée, écrit-elle, à traiter jusqu'à vingt kilogrammes de matière à la fois, ce qui avait pour effet de remplir le hangar de grands vases pleins de précipités et de liquides. C'était un travail exténuant que de transporter les récipients, de transvaser les liquides et de remuer, pendant des heures, la matière en ébullition dans une bassine de fonte". Finalement, le 18 juillet 1898, Pierre et Marie annoncent la découverte d'un nouvel élément très radioactif, qu'ils appellent le polonium.
Poursuivant la purification de la pechblende, les Curie détectent un deuxième élément radioactif, différent du polonium, émettant 2 millions de fois plus de radioactivité que l'uranium. Ils proposent de l'appeler radium et en annoncent l'existence le 26 décembre 1898.
Malgré le succès de leur recherche, Marie et Pierre restent confrontés à de grandes difficultés financières et d'humiliantes déceptions académiques. C'est à cette époque que l'Université de Genève, voulant s'attacher un homme et une femme qu'elle met au premier rang des savants d'Europe, offre à Pierre Curie une chaire de physique, un traitement de 10'000 francs, une indemnité de résidence et la direction d'un laboratoire, dont la collection d'instruments sera complétée. Une situation officielle est aussi accordée à Marie dans le même laboratoire. Cette situation genevoise est proposée à Pierre avec tant de cordialité et de déférence que dans un premier mouvement, il l'accepte. En juillet 1900, Marie et lui se rendent en Suisse et reçoivent de leurs collègues un accueil chaleureux. Mais durant l'été naissent les scrupules. Faut-il retarder les recherches sur le radium à cause d'un déménagement? C'est trop leur demander. Pierre Curie décide de rester à Paris. Il envoie à Genève une lettre d'excuses, de remerciements et de démission.
Pierre ne réussit pas à obtenir un poste de professeur de physique à la Sorbonne et doit se résigner à accepter un poste de professeur à l'Ecole de Physique et Chimie, tandis que Marie prend une charge d'enseignement à l'Ecole Normale supérieure des Jeunes Filles à Sèvres, près de Versailles.
Malgré les conditions difficiles, les époux Curie continuent leur recherche. Avec Becquerel, ils étudient également les effets physiologiques de l'eition aux substances radioactives. Pierre place intentionnellement un morceau de radium sur sa peau pendant 10 heures, ce qui produit un érythème semblable à un coup de soleil. Becquerel, qui avait emprunté du radium aux Curie, et l'avait transporté dans sa poche, voit apparaître sur son abdomen une plaie nécrotique suppurante, qui prit plusieurs mois pour guérir. Pierre et Marie Curie font des expériences sur des animaux, qui aboutissent à la forme de traitement appelée curiethérapie.
En 1903, c'est la consécration. Les époux Curie reçoivent le prix Nobel de physique, qu'ils partagent avec Becquerel. La même année, Marie obtient son doctorat, cinq ans après le début de ses recherches. En 1905, Pierre devient finalement professeur à la Sorbonne et est nommé à l'Académie des Sciences, à laquelle Marie est admise en 1911. Honneur exceptionnel, Marie reçoit cette même année un deuxième prix Nobel, celui de chimie. En 1935, sa fille Irène et son gendre, Frédéric Joliot sont aussi récompensés par le prix Nobel de chimie pour leur découverte de la radioactivité artificielle. Ainsi, la famille Curie totalise cinq prix Nobel.
En 1906, un drame terrible bouleverse la vie du couple. Pierre, en voulant traverser une rue de Paris, trébuche et a la tête écrasée par la roue d'un lourd attelage de chevaux. Il décède sur le coup.
Après la mort de son époux, Marie reprend courageusement ses recherches. Durant la première guerre mondiale, grâce à des dons, Marie équipa la première ambulance radiologique. Toute une flottille de ces véhicules furent utilisés durant la guerre et nommés affectueusement "les petites Curies".
Marie succombe finalement à l'action délétère des substances radioactives qu'elle avait découvertes Elle ne s'était jamais suffisamment protégée, alors même qu'elle insistait pour que les précautions nécessaires soient prises par les collègues et les étudiants avec lesquels elle travaillait. Le contact direct avec ces substances avait produit de sévères brûlures aux mains. Elle meurt le 4 juillet 1934 d'anémie aplasique (Curie, 1938 ; Eisenberg, 1992).
Au début, la plupart des utilisateurs des rayons X ne soupçonnaient pas qu'ils puissent être dangereux et ne prenaient pas de précautions particulières. Pourtant, déjà peu après leur découverte, des complications furent constatées. Des cas de dermatites chroniques, notamment au niveau des mains, suivies de cancers, furent rapportés. En effet, beaucoup de ces pionniers plaçaient la main gauche devant le tube pour apprécier la qualité du rayonnement. Ainsi, plusieurs centaines d'entre eux moururent de leur maladie professionnelle dans des conditions souvent épouvantables, après des amputations successives. C'est lentement seulement que des mesures de radioprotection efficaces furent instaurées (Fig. 1) (Eisenberg, 1992 ; Huber, 1995 ; Mayer, 1995 ; Wieser et al, 1989).
Pour honorer la mémoire des martyrs de la radiologie, un monument fut érigé en 1936 près du pavillon Roentgen de l'Hôpital Sankt Georg de Hambourg, emplacement choisi en souvenir du célèbre professeur Heinrich Albers-Schoenberg, qui travailla dans cet hôpital jusqu'en 1921, date à laquelle il succomba, victime des rayons après treize années de souffrance. Par ordre alphabétique y sont gravés les noms des médecins, physiciens, chimistes, techniciens, employés de laboratoire et soeurs hospitalières de tous les pays dont la mort est due au maniement professionnel des rayons. Complétée depuis son inauguration, la liste totalise près de 400 noms, parmi lesquels les Genevois Henri Simon (1868-1913) et Louis Félix Barbey (1881-1928) (Eisenberg, 1992 ; Pallardy et al, 1989 ; Rosenbusch et al, 1994 ; Wieser et al, 1989)
Outre les dangers somatiques, on découvrit plus tard les dangers génétiques des rayons ionisants. En 1927, Hermann Joseph Müller (1890-1967), aux Etats-Unis, démontra que l'irradiation des gonades de la drosophile produit des mutations qui se perpétuent dans les générations futures. Il obtint le prix Nobel de médecine en 1946 (Eisenberg, 1992).
Figure 1
Salle de radiographie et radioscopie dans l'ancien Hôpital Cantonal de Genève au début des années 1920. Sous l'impulsion d'Alfred Rosselet (1887-1950, à la tête du Service de radiologie de 1917 à 1920), puis de son successeur, René Gilbert (1892-1962), les règles de radioprotection commencent à être appliquées. Remarquez dans le fond de la pièce la paroi de plomb percée de deux fenêtres en verre plombé séparant la salle d'examen de la salle de commande. Sur la table d'examens, on distingue des gants en plomb. Des progrès importants restent cependant à faire. En effet, l'instrument que tient le technicien est une "bonnette", sorte de lunette contenant un écran fluoroscopique et dont l'utilisation présente un grand risque d'irradiation pour l'examinateur. (Cliché aimablement mis à disposition par M. David Huber, chef technicien de la Division de radiodiagnostic à l'Hôpital cantonal de Genève de 1959 à 1984)
La découverte des rayons X et de la radioactivité marque le début de la révolution radiologique qui, par des percées successives, se poursuit de nos jours. De notables exemples le démontrent.
En 1918, Walter Edward Dandy (1886-1946) introduit la ventriculographie cérébrale. Elève du célèbre neurochirurgien Harvey Cushing (1869-1939), au Johns Hopkins Hospital de Baltimore, il cherchait une méthode pour mettre en évidence les tumeurs cérébrales, invisibles sur les radiographies. Il trouve la solution en observant un patient victime d'un traumatisme crânien, qui se plaint de violents maux de tête chaque fois qu'il se mouche. Une radiographie révèle des ventricules cérébraux massivement dilatés par de l'air, qui a pénétré par une fistule naso-cérébrale. Il a alors l'idée de ponctionner, chez les enfants, le système ventriculaire au travers de la fontanelle pour le remplir d'air. En constatant que l'air diffuse dans l'espace sous-arachnoïdien, il comprend qu'il peut remplacer la ponction ventriculaire par une ponction lombaire pour visualiser les ventricules cérébraux.
Au milieu des années 1920, le neurologue Antonio Egas Moniz (1874-1955), à Lisbonne, considérant que la ventriculographie est dangereuse et ne permet souvent pas de diagnostics précis, se propose d'injecter un produit de contraste dans les artères cérébrales. En 1927, il réussit la première "encéphalographie artérielle". Après eition chirurgicale de l'artère carotidienne, il injecte une solution de 25% de ioduse de sodium. Cependant, comme le ioduse de sodium est insuffisamment radio-opaque, il le remplace dès 1931 par du dioxide de thorium (Thorotrast) et obtient des artériographies spectaculaires. Il ne se rend malheureusement pas compte que ce produit est radioactif et qu'il provoquera, chez certains patients, des tumeurs malignes du foie 20 à 30 ans plus tard.
Il est étonnant que Moniz ait reçu le prix Nobel de médecine en 1949, non pas pour son travail remarquablement nouveau et utile sur l'angiographie, mais pour l'indication à la lobotomie frontale dans le traitement des maladies mentales, procédé actuellement tout à fait tombé en discrédit (Eisenberg, 1992 ; Pallardy et al, 1989 ; Rosenbusch et al., 1994).
La visualisation des artères du corps humain n'intéressait pas seulement les neurologues. En 1929, un jeune médecin, Werner Forssmann (1904-1977) travaillant à l'hôpital d'Eberswale près de Berlin, se passionne pour le cœur et pense qu'il serait utile de mettre en évidence les cavités cardiaques. Il s'introduit lui-même un cathéter urétéral bien huilé dans la veine antécubitale et le pousse dans l'oreillette droite sans inconvénient sous contrôle radioscopique, puis radiographique. Durant les deux années suivantes, il démontre l'intérêt de la méthode en utilisant un produit de contraste iodé pour la mise en évidence des artères pulmonaires. Sur le moment, cette performance technique, qui ouvrait la porte à une nouvelle spécialité, l'angiocardiographie, ne fut pas prise au sérieux. Le grand chirurgien Sauerbruch de Berlin ne voulut pas admettre ce procédé dans son service en s'exclamant: "Je dirige une clinique, pas un cirque !". Vingt ans plus tard, en 1956, Forssmann exerçait comme médecin de campagne dans une petite ville de la Rhénanie, quand on se rappela son mérite. Entre-temps, André Frédéric Cournand (1895-1988) et Richards J. Dickinson (1895-1973), aux Etats-Unis, avaient repris sa technique et développé le cathétérisme cardiaque utile au diagnostic des maladies cardiovasculaires. Avec ces deux savants, Forssmann reçut le Prix Nobel de médecine en 1956 (Eisenberg, 1992 ; Pallardy et al, 1989 ; Rosenbusch et al, 1994).
Comme Forssman, un autre jeune chercheur, Moses Swick (né en 1900) dut attendre bien longtemps la reconnaissance de son mérite. Dans les années 20, se formant en urologie au Mount Sinaï Hospital à New York, il entend parler d'Arthur Binz (1869-1943), biochimiste à Berlin, qui venait de synthétiser un agent bactéricide iodé, excrété principalement par les reins, le Selectan-neutral. Il se demande si cette substance, éliminée dans les voies urinaires, ne pourrait pas être aussi utilisée pour les opacifier. Il obtient une bourse d'étude pour travailler chez le célèbre urologue Alexander von Lichtenberg à Berlin (1880-1949), où il peut collaborer étroitement avec Binz. Sur la suggestion de Swick, Binz modifie légèrement le Selectan-neutral et synthétise un produit qui se concentre plus fortement dans l'urine, l'Uroselectan. L'urographie intraveineuse à l'Uroselectan est présentée pour la première fois en 1929 à la Société Allemande d'Urologie à Munich. Swick rapporte les études préliminaires chez l'animal et chez l'homme. De son côté, von Lichtenberg ee les applications cliniques.
Par la suite, Swick est écarté et tout le mérite de la découverte revient au baron von Lichtenberg. Heureusement, 35 ans plus tard, la "Section on Urology of the New York Academy of Medecine" remet à Swick la "Ferdinand C. Valentine Medal" et son rôle prépondérant dans le développement de l'urographie intraveineuse est souligné dans le discours d'introduction (Eisenberg, 1992 ; Pallardy et al, 1989 ; Rosenbusch et al, 1994).
Même si l'urographie intraveineuse est actuellement en train de disparaître au profit d'autres techniques, la radiologie moderne ne peut se concevoir sans l'utilisation des produits de contraste iodés. Les deux techniques pour lesquelles on en administre en grandes quantités sont l'angiographie et surtout la tomodensitométrie. Pour les autres techniques d'imagerie, telles l'imagerie par résonance magnétique et même l'ultrasonographie, des produits de contraste également ont été développés, mais qui ne sont pas à base d'iode. En 1998, à l'Hôpital cantonal de Genève, le montant dépensé pour les produits de contraste s'est élevé à Frs 1'522'860.-- correspondant à environ 2'500 litres de produits de contraste.
En 1953, un procédé simple mais ingénieux révolutionne l'angiographie et ouvre la voie à la radiologie interventionnelle. Jusque-là, pour introduire une aiguille ou un cathéter dans une artère, une artériotomie était souvent nécessaire, c'est-à-dire une mise à nu chirurgicale de l'artère, qui se terminait par sa suture ou sa ligature. L'idée du radiologue suédois Sven Ivar Seldinger (né en 1921) fut d'utiliser un guide métallique flexible pour permettre un cathétérisme percutané. Après avoir ponctionné l'artère avec une aiguille, il introduit ce guide au travers de l'aiguille, qui est ensuite retirée. Finalement, il avance un cathéter le long du guide laissé en place.
Ce procédé eut un succès pratique considérable, mais Seldinger n'en rechercha aucun profit. Il quitta le milieu universitaire et devint radiologue généraliste dans un petit hôpital.
En 1964, dans un article classique publié dans Circulation, Charles T. Dotter (1920-1985) et Melvin P. Judkins (1922-1985) décrivirent la technique de recanalisation des artères périphériques obstruées en enfilant les uns sur les autres des cathéters de diamètre croissant. La première angioplastie percutanée transluminale (PTA) fut effectuée par Dotter au niveau de l'artère poplitée chez une patiente âgée atteinte de gangrène. C'est cependant, dans les années 70 que l'angioplastie prit véritablement son essor, suite aux travaux de l'Allemand Andreas Grüntzig (1939-1985), à Zurich puis à Atlanta, qui met au point la technique de dilatation par ballonnet. L'équipe d'Andreas Grüntzig, après les succès obtenus au niveau des artères iliaques, fémorales et poplitées, s'attaqua avec succès à d'autres artères, notamment aux artères coronaires et rénales (Eisenberg, 1992 ; Pallardy et al, 1989 ; Rosenbusch et al, 1994).
L'angioplastie percutanée est l'un des exemples les plus démonstratifs de la radiologie interventionnelle, qui permet de rendre moins invasifs un nombre grandissant de procédés diagnostiques et thérapeutiques en les guidant par l'imagerie. Parmi ceux-ci, on peut encore mentionner la biopsie percutanée de tumeurs, le drainage percutané des voies biliaires, l'évacuation percutanée d'abcès, le traitement endovasculaire d'anévrismes, de tumeurs et d'hémorragies, le cimentage percutané de vertèbres tassées et d'autres lésions osseuses.
L'imagerie est indispensable dans une autre discipline thérapeutique, la radio-oncologie. D'une part, elle sert à déterminer avec précision le volume et l'emplacement topographique de la tumeur à traiter. Ainsi, les faisceaux d'irradiation peuvent être conformés de telle sorte que leur action soit maximale au niveau de la tumeur et minimale dans les tissus sains avoisinants. D'autre part, elle est utile pour guider l'implantation de sources radioactives directement dans certaines tumeurs, une forme de traitement appelée aussi curiethérapie (Fig. 2).
Figure 2 A, B, C.
Aujourd'hui encore, malgré les progrès de la chirurgie et de la chimiothérapie, environ 50% des patients atteints d'un cancer bénéficient d'une radiothérapie. Pour beaucoup d'entre eux, ce traitement est appliqué en partie sous forme de curiethérapie, c'est-à-dire des sources radioactives sont placées directement dans la tumeur, à l'intérieur d'aiguilles creuses qui servent à les introduire. A l'Hôpital Cantonal de Genève, le Dr Georges Youri Popowski, de la Division de radio-oncologie, a développé une technique permettant de placer les aiguilles dans des tumeurs du col utérin sous contrôle de l'IRM. L'appareil utilisé dispose d'un aimant ouvert, offrant un accès aisé vers la patiente (2A). Une table spécialement construite facilite l'introduction des aiguilles au travers d'un dispositif de contention et de guidage (2B). L'image d'IRM (2C) montre la position des aiguilles creuses, au nombre de quatorze, dans une tumeur inopérable du col vaginal (flèches). Grâce à cette technique, les aiguilles peuvent être localisées avec une très grande précision, ce qui évite des lésions aux organes sensibles avoisinants, le rectum et la vessie.
Au cours des décennies qui suivirent la découverte des rayons X par Roentgen, quantité d'innovations améliorèrent les performances de l'imagerie médicale, favorisant son essor et lui procurant une place toujours plus importante dans la prise en charge des patients. Cependant, le progrès décisif, qui marque réellement l'avènement de l'imagerie moderne, c'est l'omniprésence de l'informatique. Sa contribution dans le développement de la tomodensitométrie est essentielle. La tomodensitométrie (computed tomography = CT) a été introduite en 1972 par Sir Godfrey Hounsfield (né en 1919), qui partagea avec Allen M. Cormack (né en 1924) le prix Nobel de médecine en 1979 pour cette découverte.
Hounsfield était ingénieur dans la firme EMI Ltd, à Londres, qui jusqu'alors ne produisait que des disques phonographiques ("La voix de son maître") et des fournitures électroniques. Voici comment il rapporte l'origine de sa découverte: "J'étudiais la possibilité de reconstruire, par un ordinateur, des images en tranches du corps humain à partir d'un nombre de mesures radiographiques très précises prises dans des angles différents. La tâche apparaissait gigantesque car il fallait obtenir plusieurs centaines de milliers de mesures et résoudre un nombre égal d'équations". Il construit donc un nouveau système de détection pour saisir les données avec plus de sensibilité et plus rapidement. Hounsfield réalise un premier prototype expérimental doté d'une source de rayons gamma. Pour obtenir une image, la durée des mesures (environ 28'000) fut de 9 jours et le temps de reconstruction par l'ordinateur géant de deux heures et demie. En remplaçant la source de rayons gamma par un tube à rayons X, le temps d'acquisition fut réduit à 9 heures.
Le premier scanner clinique fut installé au début de 1972 au Atkinson Morley's Hospital, à Londres. Le succès fut immédiat (Eisenberg, 1992 ; Pallardy et al, 1989 ; Rosenbusch et al., 1994).
En Suisse, c'est le Bürgerspital de Bâle qui acquit un CT en premier, en 1973. A Genève, l'Hôpital Cantonal acheta un tel appareil en 1977.
Parallèlement à l'imagerie par rayons X se développa une utilisation par voie interne de radio-isotopes. Une étape fondamentale de cette médecine nucléaire fut l'expérience d'Ernest Rutherford (1871-1937) en 1919 dans le Cavendish Laboratory à Cambridge, en Angleterre. Ce chercheur avait déjà reçu en 1908 le prix Nobel de chimie pour ses travaux sur la désintégration des éléments et la chimie des substances radioactives. Tel un alchimiste, il réussit dans son expérience classique la transmutation d'un élément en un autre. En faisant agir la radioactivité du radium, il transforma l'azote en oxygène. En effet, quand une particule alpha, qui contient 2 protons, est émise par le radium et frappe un noyau d'azote contenant 7 protons, l'un de ces derniers est éjecté, réalisant un rayonnement à haute énergie. Les 6 protons restants et la particule alpha fusionnent pour former un atome à 8 protons, qui est l'oxygène. Cette expérience modèle conduisit les laboratoires de physique de plusieurs pays à construire des accélérateurs de particules pour produire des rayonnements à haute énergie et bombarder des atomes afin d'obtenir de nouveaux éléments.
Aux Etats-Unis, Ernest O. Lawrence (1901-1958) du Radiation Laboratory de l'Université de Californie développa en 1931 le cyclotron, le premier des accélérateurs circulaires de particules. La découverte du neutron, en 1932, et du positron, un électron chargé positivement, en 1933, donna un nouvel essor à l'étude des particules et de la radioactivité. A l'Institut du Radium à Paris, les expériences déterminantes furent conduites par Irène Curie (1897-1956) et son mari Frédéric Joliot (1900-1958). Ils réussirent la synthèse du premier élément radioactif artificiel (radio-isotope), le phosphore 30. L'année qui suivit, presque 100 nouveaux radio-isotopes furent produits par des chercheurs européens et américains (Eisenberg, 1992).
L'utilisation des radio-isotopes en médecine nucléaire remonte aux expériences de George Hevesy (1885-1996), un physicien né en Hongrie, mais travaillant au Danemark, qui reçut le prix Nobel de chimie en 1943. L'anecdote suivante, qu'il raconta en 1959 à la remise du prix Atoms for Peace Award du Rockfeller Institute, illustre sa conception.
Logeant dans un internat en 1923, Hevesy se méfie de la qualité de la cuisine. Il apporte à table un échantillon d'un radio-isotope dont il saupoudre un reste de viande qu'il laisse sur son assiette. Le lendemain, comme il s'y attend, il retrouve, à l'aide d'un détecteur, la radioactivité dans le hachis qu'on lui sert. Ainsi, Hevesy avait utilisé un traceur radioactif pour suivre le parcours du reste de viande de son assiette à la cuisine et retour dans son assiette.
Lors d'expériences plus conventionnelles, Hevesy cultive des haricots dans une solution contenant une quantité connue de plomb radioactif. A intervalles répétés, il récolte les plants, en brûle séparément les racines, les tiges, les feuilles et les grains pour les réduire en cendres et mesurer la radioactivité dans chacun de ces composants. Il détermine ainsi le parcours et la répartition du plomb.
Dès 1949, l'application des radio-isotopes comme technique d'imagerie accentua encore l'intérêt clinique de la médecine nucléaire. Par la suite, l'idée de localiser des éléments émetteurs de positrons aboutit à la construction de la TEP (tomographie par émission de positrons). Les applications de cette technologie en neurosciences, en oncologie et en cardiologie sont très prometteuses. Cependant sa diffusion est retardée à cause de son coût et de difficultés pratiques considérables. En effet, la demi-vie très courte de la plupart des radio-isotopes utilisés nécessite la construction d'un cyclotron pour les produire à proximité de l'hôpital (Eisenberg, 1992).
Récemment, des progrès significatifs ont été réalisés dans la miniaturisation et la simplification des opérations du cyclotron. A Genève, un tel mini-cyclotron est en cours d'installation à l'Hôpital Cantonal.
Toutes les techniques d'imagerie précédentes utilisent des rayons ionisants, dont les dangers potentiels sont maintenant bien connus. C'est pourquoi la recherche d'autres procédés d'imagerie a été intensive, aboutissant à l'ultrasonographie et à l'imagerie par résonance magnétique.
L'ultrasonographie est basée sur le principe de la piézo-électricité, découvert par Pierre Curie et son frère Jacques en 1880. Ils démontrèrent qu'un potentiel électrique oscillant appliqué à un cristal le fait alternativement se dilater et se contracter, en produisant des vibrations ultrasonores qui se propagent dans le milieu environnant. Au contact d'un obstacle, elles sont réfléchies et renvoyées au cristal, qu'elles font vibrer. Ce phénomène induit un courant électrique mesurable, qui indique la présence d'un écho.
L'application pratique de l'ultrasonographie s'est développée lorsque la catastrophe du Titanic en 1912, puis la guerre navale, ont stimulé d'intenses recherches pour mettre au point une méthode de détection des obstacles et des objets sous-marins.
L'utilisation de l'ultrasonographie pour le diagnostic médical remonte au médecin autrichien Karl Dussik et et à son frère physicien Friederick, qui en 1947, l'adoptèrent pour mesurer la taille des ventricules cérébraux. Quant à l'effet Doppler, il fut décrit en 1842 par le physicien et mathématicien autrichien Christian Doppler (1803-1853) à propos des ondes sonores, dont la fréquence apparente varie quand la source se déplace. Son application en ultrasonographie est à mettre au crédit de chercheurs japonais, qui dans les années 50 l'utilisèrent pour des investigations cardiovasculaires (Eisenberg, 1992).
La technique, qui a pris aujourd'hui une importance capitale et dont les performances vont certainement encore s'accroître, est l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Ses avantages sont évidents et multiples: l'emploi d'ondes non ionisantes, une résolution des contrastes très élevée, la mesure possible du flux sanguin, la faisabilité d'une analyse chimique des tissus vivants. Très schématiquement, on peut dire que cette technique ee le contenu en eau des structures biologiques. Placés dans un champ magnétique très puissant et ayant été excités par des impulsions électromagnétiques, les noyaux de certains atomes émettent des ondes hertziennes. Ces signaux sont détectés et fournissent des informations, soit sur la localisation des atomes dont ils proviennent (c'est l'imagerie), soit sur leurs caractéristiques chimiques (c'est la spectroscopie). Pour l'imagerie, on utilise principalement les signaux provenant des noyaux d'hydrogène de l'eau contenue dans le corps humain.
Le prix Nobel de physique en 1952 a récompensé Felix Bloch (1905-1983), de l'Université de Stanford, et Edward Mills Purcell (1912-1997) de l'Université de Harvard, qui en 1946, avaient décrit séparément le phénomène de la résonance magnétique. On peut relever que Bloch est né en Suisse et qu'il a étudié à l'Ecole Polytechnique de Zurich. Il a été le premier directeur du CERN à Genève, de 1952 à 1954.
La première image axiale du corps humain obtenue par résonance magnétique fut publiée en 1977 par Raymond V. Damadian (né en 1936), de la State University de New York. Pour une seule coupe au niveau du thorax, l'examen avait duré plusieurs heures, alors qu'actuellement une telle image est obtenue en moins d'un dixième de seconde (Eisenberg, 1992 ; Pallardy et al, 1989 ; Rosenbusch et al, 1994).
Pour les nombreux développements qu'il a apportés dans le domaine de la spectroscopie par résonance magnétique, Richard R. Ernst (né en 1933) de l'Ecole Polytechnique de Zurich, a été honoré du prix Nobel de chimie en 1991. Ses découvertes ont en outre favorisé de manière significative l'essor de l'imagerie par résonance magnétique, car elles ont contribué à réduire considérablement le temps d'examen.
En Suisse, le premier appareil d'IRM fut installé dans le cabinet de Max-André Hopf et Constantin Sayegh, à Genève, au début de 1983. A l'Hôpital Cantonal, une IRM fut acquise en 1987.
Jusqu'à présent, l'informatique a joué un rôle fondamental dans le traitement des données obtenues par toutes les méthodes d'imagerie qui viennent d'être évoquées. Aujourd'hui, on assiste en outre à un développement explosif de l'informatique dans les techniques d'information et de communication (TIC). Le World Wide Web (WWW) et Internet en sont une démonstration dans la société moderne. Cette idée de réseau est né en 1980 au CERN sous l'impulsion d'un chercheur Tim Berners-Lee. Un concept similaire appliqué à l'imagerie, et plus généralement à la médecine, est le PACS (Picture Archiving and Communication System), terme utilisé pour la première fois lors de la "1st International Conference and Workshop on Picture Archiving and Communication System (PACS) for medical applications", à Newport Beach, California, en 1982. L'objectif du PACS est aussi de fournir des informations, en l'occurrence des images, à tout un réseau. Pour cela, les films radiologiques sont remplacés par des images numériques (Fig. 3).
Les images ne sont cependant qu'un des multiples aspects de l'information médicale. Le concept du PACS, en s'élargissant, pour contenir l'ensemble des données médicales et en faciliter leur échange, engendrera un nouveau mode de relations professionnelles. Curieusement, ce même sigle a été adopté en France pour désigner la loi très médiatisée du Pacte Civil de Solidarité (PACS), donnant de nouveaux droits aux couples non mariés. Evitons la confusion !
Figure 3 A, B, C.
Malgré l'arrivée des nouvelles technologies d'imagerie (ultrasonographie, CT, IRM), les clichés radiographiques des poumons et du squelette restent les examens les plus fréquemment réalisés (77% de tous les examens de la Division de radiodiagnostic et radiologie interventionnelle de l'Hôpital Cantonal de Genève en 1999). Il est donc crucial de trouver des moyens pour réduire la dose de rayons X par cliché. Suite aux travaux de Georges Charpak (né en 1924, prix Nobel de physique en 1992), au CERN, de nouveaux détecteurs de rayons X, beaucoup plus sensibles que le film radiologique, sont en train d'être développés par plusieurs compagnies. A l'Hôpital Cantonal, un système de ce genre, mis au point par Zlatimir Dimcovski et son équipe (Bio-Scan SA, Meyrin), est actuellement testé. La dose d'irradiation peut être diminuée d'un facteur de 10 à 100! En outre, ce système permet une numérisation directe des images, c'est-à-dire qu'elles apparaissent directement sur un ordinateur, sans qu'il soit nécessaire d'obtenir un cliché radiographique. Ces images sont donc instantanément disponibles sur le réseau informatique (PACS). Le détecteur à rayons X est la boîte métallique posée sur la table d'examen (3A et 3B). Elle contient une matrice en silicium amorphe et une partie électronique. Elle est reliée par un câble au PC sur lequel apparaît l'image immédiatement après l'exposition (3C).
Au cours de ce siècle, l'énergie atomique a montré sa terrible puissance de destruction. Dans son discours de remerciement à la réception du prix Nobel, Pierre Curie a déclaré "que l'humanité tirera plus de bien que de mal des découvertes nouvelles" (Curie, 1938). Aujourd'hui, cette prédiction est confirmée. Il n'y a pas de doute que les rayons X et la radioactivité ont été un moyen extraordinaire de progrès (Paunier, 1995). L'histoire de l'imagerie médicale en est un exemple fascinant. Chapitre glorieux de l'histoire des sciences et de la médecine, elle marque indiscutablement un tournant de l'histoire de l'humanité.
Les auteurs remercient vivement tous ceux qui
leur ont aimablement fourni des documents photographiques, Mme
Sylvie Chapuy, le Pr Zlatimir Dimcovski, M. David Huber, le Dr
Georges Youri Popowski ainsi que M. Orlando Domingos pour son
excellent travail photographique.
Un grand merci également à M. Ivano Gambone, administrateur,
pour les renseignements utiles qu'il nous a fournis et à Mme
Chantal Derenel pour la relecture attentive du manuscrit.
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Pallardy G., Pallardy M.-J., Wackenheim A. : -
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Article original: Revue Médicale de la Suisse Romande, 119, 1017-1027, 1999.
Mots Clés: Rayons X, Ultrasons, résonance magnétique, imagerie médicale, radiologie, radioprotection