Le génie biomedical

1 Tout Pour Evoluer Le génie biomédical Numéro Spécial Mars 2013 L'adénome de la prostate Sauver son dynamisme sexuel... Le reconnaitre et savoir le traiter Le cancer du sein Un chemin de lutte... Dépistage et traitement La coronaropathie Une question de vie et de mort... Quelle place occupe le génie biomédical dans la médecine d'aujourd'hui? 2 Sommaire Note de l'éditeur 2 Le génie biomédical, quelle importance aujourd'hui? Adénome de la prostate 3 Savoir le reconnaître et le traiter Le cancer du sein 18 Un chemin de lutte La coronaropathie 37 Un manque de nourriture au coeur Coin interview 50 Mlle Laurence Rustom, toute une histoire Cependant... 53 Les dispositifs médicaux, toujours efficaces? Conclusion 54 Oui pour le génie biomédical! 1 3 Note de l'éditeur La technologie La technologie est un thème qui a suscité des attitudes contradictoires chez l'opinion publique. Moyen de faciliter les activités de tous les jours, et de les rendre plus rapides, elle s'avère une nécessité primordiale pour les sociétés actuelles, en quête incessante pour une conquête cosmopolite. Dans le secteur médical en particulier, la technologie a eu son mot à dire. Le génie biomédical, quelle importance aujourd'hui? Toutes les institutions médicales sont équipées de dispositifs qui ont la capacité de faciliter le travail du personnel. L'exploration du corps humain, jadis se limitant aux organes superficiels, s'opère actuellement chaque jour et partout dans le monde. Les nouvelles techniques conçues ont permis l'exploration de structures microscopiques parfaitement invisibles à l'oeil nu. Ainsi, le dépistage de certaines maladies devient possible. L'importance de la technologie ne s'arrête pas là. Ces dispositifs, outre leur fonction de diagnostic, participent parfois au traitement de certaines maladies. « Plus facile, plus rapide «, donc plus efficace, sont les emblèmes de la technologie. Néanmoins, cette efficacité a ses limites, et les dispositifs médicaux sont aussi bien bénéfiques que nuisibles. Le génie biomédical est un secteur très récent et très varié. Il implique les techniques d'imagerie, de régénération tissulaire, etc.... C'est un thème particulièrement intéressant. Le champ de son utilisation n'est pas limité, et son importance est indiscutable. Le principe de fonctionnement des dispositifs biomédicaux obéit à des lois physiques et à des principes de chimie. L'objectif est le même pour tout cet équipement : professionnaliser le travail du personnel médical. Le thème est un mélange de physique, de chimie, et évidemment de biologie. Dans un premier temps, nous allons nous intéresser à une maladie qui atteint surtout les hommes âges de plus de 50 ans, et qui affecte plus ou moins leur dynamisme sexuel : l'adénome de la prostate ou l'HBP. Puis, c'est le cancer du sein qui sera l'objet d'une étude. Le traitement de cette maladie est un véritable chemin de lutte. Enfin, la coronaropathie, maladie mortelle, sera notre centre d'intérêt. Notons que l'étude de ces maladies ne se fera que très brièvement. En effet, ce qui nous intéresse est bien les dispositifs impliqués dans le dépistage et dans le traitement de ces maladies. Nous nous poserons les questions : comment fonctionnent ces dispositifs ? A quoi servent-ils ? Quels sont leurs risques ? Le magazine entre vos mains est un univers scientifique qui mélange la médecine au génie. Quelle place occupe la technologie dans la médecine d'aujourd'hui ? 2 4 L'adénome de la prostate... Savoir le reconnaître et le traiter 3 5 L'adénome de la prostate, c'est quoi? La prostate, glande de reproduction La prostate est une glande située contre la partie terminale de l'intestin, juste avant l'anus, sous la vessie, et qui est propre au sexe masculin. Elle est approximativement de la taille d'une châtaigne (3 cm de haut, 2,5 cm de profondeur), de 15 à 25 g à l'âge adulte. Cette glande fabrique les liquides prostatiques qui entrent dans la composition du sperme. Les muscles de la prostate se contractent et expulsent le sperme dans l'urètre. Sans la prostate, l'éjaculation serait donc impossible. Elle est constituée d'un nombre de poches dans lesquelles s'accumulent les liquides prostatiques. Notons aussi que cette glande est entourée par une enveloppe formée de fibres, appelée capsule. Un trouble assez fréquent : l'adénome de la prostate C'est quoi? L'hypertrophie bénigne de la prostate (HBP) ou adénome de la prostate est caractérisée par une augmentation du volume des fibres, des muscles, et des petites glandes qui constituent cette glande. Les causes de ce grossissement sont toujours inconnues. Cependant, il est à noter que cette tumeur ne risque pas de devenir un cancer. Il s'agit au contraire d'une simple maladie assez fréquente. Quelles sont les symptômes? La compression de la vessie et de l'urètre est à l'origine de sensations brutales et urgentes de passer aux toilettes. Le jet est faible et parfois irrégulier. N'oublions pas le résidu postmictionnel, c'est-à-dire un certain volume d'urine non évacué, ce qui peut poser un problème. En outre, le patient peut ressentir des brûlures suite à l'irritation de la vessie. Dans certains cas, il peut même souffrir de fuites d'urine. Et son épidémiologie? L'adénome de la prostate est une maladie assez fréquente qui survient dès l'âge de 50 ans. Il touche 85 % des hommes de plus de 50 ans, 10% auront recours à une intervention chirurgicale. La gêne causée par les symptômes de cette maladie est éprouvée par 43% des hommes âgés de plus de 60 ans. ndiquer impérativement les éventuels troubles urinaires observés. 4 6 Y a-t-il des mesures de prévention? Vu l'absence de facteurs de risque, il est recommandé aux hommes âgés entre 50 et 75 ans de consulter annuellement leur médecin traitant et indiquer impérativement les éventuels troubles urinaires observés. Quels troubles sexuels liés à l'adénome de la prostate? 50% des hommes souffrant de l'HBP ont des troubles sexuels. L'éjaculation peut être douloureuse, et le patient peut souffrir d'une dysfonction érectile. Ceci peut être du à la compression des nerfs et des vaisseaux responsables de l'éjaculation et de l'érection par le volume de la prostate. D'autre part, ces troubles peuvent être le fruit de facteurs psychologiques : l'anxiété éprouvée par ces patients qui voient leur pénis mal fonctionner, peut induire à une inquiétude quant à leur fonction sexuelle. Notons enfin que les médicaments prescrits pour traiter l'HBP peuvent avoir un impact négatif sur la sexualité des patients, comme la Finastéride. Enfin, il ne faut surtout pas tirer un trait sur sa vie sexuelle. Un sondage a montré que 50% des Français âgés de 80 ans ont une vie sexuelle active. Des médicaments peuvent être prescrits, et il serait dommage de ne pas en bénéficier! Diagnostic de l'HBP : quels choix de dispositifs médicaux? La technologie au service de la médecine... solution radicale et performante De nos jours, les innovations techniques ne connaissent plus de limites. L'Homme qui est parvenu depuis quelques décennies à conquérir la lune, préconise pour une conquête des éléments naturels, voire de l'univers entier. Le secteur médical a été particulièrement touché par cet essor : les principes de l'ingénierie sont désormais appliqués afin de concevoir des dispositifs médicaux capables de faciliter le comportement des médecins vis-à-vis des maladies de leurs patients. Cet équipement a toute la capacité de faciliter le diagnostic de ces troubles, de le rendre plus rapide, et de participer à son traitement. Dans cette section, nous allons nous intéresser aux dispositifs médicaux qui permettent le diagnostic de l'HBP... Dans cette section, nous allons nous intéresser aux dispositifs médicaux qui permettent le diagnostic de l'HBP... L'examen clinique consiste à réaliser un toucher rectal, une Palpation des deux fosses lombaires pour chercher un gros rein. En outre, le médecin consultant peut palper les organes génitaux externes ou les deux uretères afin de rechercher une éventuelle douleur. Quant aux indicateurs biologiques, le médecin peut mesurer le taux de créatinine pour la fonction rénale, l'ECBU pour éliminer l'infection urinaire, et le PSA pour contrôler l'activité prostatique. Il peut avoir reours au débitmètre, un appareil qui mesure la vitesse du jet. Chez l'homme, la normale est à 20-50 ml/s. s'il y a obstruction, elle passe à 8-15 ml/s. Enfin, les examens radiologiques seront l'objet de notre étude : la cystoscopie, l'échographie prostatique, la radiographie de l'abdomen ainsi que l'urographie intraveineuse sont des techniques d'imagerie médicale qui participent dans le diagnostic de l'HBP. 5 7 La cystoscopie Un examen de la vessie... Cet examen prend en charge d'examiner la paroi interne de la vessie afin d'évaluer les répercutions liées à l'adénome de la prostate. C'est un examen qui se déroule en médecine ambulatoire, sous anesthésie locale pour les hommes, et qui dure environ une demi-heure. Il ne nécessite aucune préparation, et il n'est pas nécessaire d'être à jeun. C'est un urologue qui pratique l'examen. Une infirmière mettra en place une perfusion veineuse au niveau du bras. Afin de limiter toute appréhension, l'urologue peut vous proposer un tranquillisant. Après avoir désinfecté les organes génitaux, il introduit l'endoscope par le méat urinaire. Un gel anesthésique est étalé sur l'endoscope. L'urologue commence ainsi son exploration des muqueuses de la vessie, et il pourra effectuer des prélèvements. L'examen n'est pas douloureux. Cependant, la progression de l'endoscope n'est pas très agréable. Après l'examen, le patient peut ressentir des besoins d'uriner durant quelques heures et des impressions de brûlure en urinant. Les complications liées à cet examen sont très rares. Elles se limitent à des infections et des saignements urinaires. Comment fonctionne la cystoscopie? Il s'agit d'un simple endoscope, c'est-à-dire d'une fibre optique au bout de laquelle une lentille donne accès au médecin à l'organe exploré. Il existe deux types d'endoscopes : des endoscopes souples et des endoscopes rigides. 1) Qu'est-ce qu'une fibre optique? Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin. Ce fil est conducteur de la lumière, et peut servir dans la transmission des données. Son principe a été développé au cours des années 1970 dans les laboratoires de l'entreprise américaine Corning Glass Works. Elle est entourée d'une gaine protectrice. Le signal lumineux codé par une variation d'intensité est capable de transmettre une grande quantité d'informations. Ces dernières années, des fibres à cristaux photoniques ont été mises au point. La haute qualité de leur performance leur a permis d'être très utiles dans plusieurs domaines, notamment dans l'imagerie médicale. 2) Quel est le principe de son fonctionnement? Le phénomène de réfraction des ondes lumineuses est à la base de la transmission du signal optique à travers ces fibres. Elle est constituée d'un coeur entouré d'une gaine. L'indice de réfraction du coeur est plus élevé que celui de la gaine. Il y aura donc un phénomène de réflexion totale interne, ce qui va permettre de confiner la lumière qui se trouve à l'intérieur de la gaine de multiples fois à l'interface entre les deux matériaux. Ce rayon incident va donc se propager jusqu'à l'autre extrémité de la fibre, en empruntant un parcours zigzag. Les pertes sont très négligeables, même en cas de courbure de la fibre. 6 8 Deux paramètres déterminent une fibre optique : -La différence d'indice normalisée ?=(nc-ng)/nc (nc : indice de réfraction du coeur, ng : indice de réfraction de la gaine) -L'ouverture numérique de la fibre qui est égale à sin ? max = ?( nc ^2- ng ^2 ) (? max : angle d'entrée maximal de la lumière dans la fibre) Il existe plusieurs types de fibres optiques : des fibres à saut d'indice, des fibres à gradient d'indice, des fibres à cristaux photoniques... Tout système de transmission d'information possède un émetteur et un récepteur. Pour un lien optique, deux fibres sont nécessaires : une fibre qui gère l'émission, et une fibre qui gère la réception. Le transpondeur optique convertit les signaux électriques en signaux optiques véhiculés au coeur de la fibre, grâce à une LED (Light Emitting Diode ou diode électroluminescente). Ces signaux sont lus par un phototransistor (ou photodiode). Les émetteurs utilisés sont de trois types : LED (fonctionnent dans le rouge visible 850 nm), les LASERs (longueur d'onde c égale à 1310 nm ou 1550 nm), les diodes à infrarouge (émettent dans l'infrarouge à 1300 nm) Les récepteurs sont les photodiodes PIN et les photodiodes à avalanche. Ces récepteurs fonctionnent selon l'effet photoélectrique : au cours de son parcours, le signal est atténué et déformé. Afin de conserver l'authenticité du message, des répéteurs et des amplificateurs sont placés à intervalles réguliers. En général, la modulation du signal optique est une modulation d'intensité lumineuse obtenue par la modulation du signal électrique dans la diode ou le laser. Afin de ne pas brouiller les messages transmis dans une même fibre optique, on procède à un multiplexage en longueur d'onde. Cette méthode consiste à acheminer les signaux sur des longueurs. Ainsi, l'image de la zone à explorer, ici la vessie, est véhiculée jusqu'à l'oeil du médecin. Ainsi, l'image de la zone à explorer, ici la vessie, est véhiculée jusqu'à l'oeil du médecin. D'autres endoscopes plus performants peuvent être employés. Ceux-là sont munis d'une mini-caméra, et sont reliés à un écran vidéo. 7 9 L'échographie prostatique...un moyen d'explorer la prostate En quoi consiste-t-il ? En permettant d'apprécier son volume, l'échographie prostatique permet d'analyser cette glande ainsi qu'explorer le retentissement de son augmentation de volume sur la vessie, les voies urinaires et les reins. L'échographie prostatique devient donc nécessaire pour le bilan de la stérilité masculine. En effet, des troubles liés à la prostate ou aux vésicules séminales peuvent être a l'origine d'un certain dysfonctionnement sexuel. Le patient est allongé sur le coté gauche, les cuisses fléchies. La sonde est introduite par le biais de l'anus. L'échographiste applique un gel froid sur la partie voulant être examinée, et ce pour un meilleur contact de la peau avec la sonde. L'examen est très rapide, et ne dure environ que 10 à 30 minutes. Il est parfaitement indolore. Il est conseillé avant de pratiquer l'examen de boire un litre d'eau et de vider complètement la vessie. L'échographie : dispositif d'imagerie médicale... 1- Description Les éléments qui constituent l'échographe sont : a) Une sonde : Elle contient une céramique piézoélectrique (PZT), c'est-à-dire une céramique possédant la propriété de se polariser électriquement suite à une contrainte mécanique, et de se déformer lorsqu'elle est soumise à un champ magnétique. Ainsi, en y appliquant des impulsions électriques, cette céramique émet des ultrasons. Elle joue de même le rôle de récepteur : on parle alors de transducteur ultrasonore. La sonde peut être munie d'un très grand nombre de transducteurs (parfois 3000 éléments dans le cas d'une échographie cardiaque). b) Le gel Afin d'améliorer la qualité de l'image perçue, l'échographiste applique souvent un gel sur la peau du patient. Ce gel a la capacité d'éliminer la fine couche d'air qui existe entre la sonde et le ventre. Il a en effet une impédance acoustique proche de celle de la peau. c) L'écran vidéo Il permet le visionnement direct des images. L'électronique de l'échographe a donc pour mission de traduire les ondes et de les convertir en signal video. Plusieurs modes sont disponibles pour visualiser l'image : le mode bidimensionnel BD, et le mode Tm qui permet de suivre l'évolution d'une ligne de tir en fonction du temps. Généralement, on ne conserve du film que des images fixes ou des boucles d'images, faute de mémoire. L'image sélectionnée est imprimée et accompagne le compte rendu. d) Le panneau de commandes Il est constitue de multiples touches et permet de faire des réglages. L'échographiste peut régler par exemple la puissance d'émission des ultrasons, sa fréquence, la cadence d'acquisition, etc...., et ce pour, dans la plupart des cas, améliorer la qualité de l'image. Cette console est munie d'un clavier à travers lequel le médecin entre les identifiants du patient et les commentaires. 8 10 2- Principe de fonctionnement Le principe de fonctionnement de l'échographie se base sur les ultrasons, c'est-à-dire sur les ondes sonores dont la fréquence est supérieure à 20 000 Hz. Chaque transducteur (voir 1-a) émet des ultrasons dans un périmètre délimité. Le trajet de ces ultrasons qui se propagent en ligne droite dans une structure homogène dépend de la densité et de la rigidité du milieu traversé. Ils rencontrent des obstacles lors de leur chemin, et vont donc être renvoyés au transducteur : c'est l'effet Doppler. L'énergie acoustique va être convertie en énergie électrique qui va être traitée par le système informatique afin de former des images. Tout les tissus ne rétrodiffusent pas de la même façon les ultrasons, l'echogenicité devient alors un critère pour étudier l'aptitude des tissus à les rétrodiffuser. L'augmentation de la fréquence des ultrasons donne un signal plus précis. L'échographe est munie de plusieurs sondes de fréquences différentes. Le choix de la sonde revient donc à l'échographiste, et dépend de la région examinée.: 1,5 à 4,5 MHz pour le secteur profond, 5 MHz pour les secteurs intermédiaires., de 7 MHz à 18 MHz pour les structures superficielles, et 50 MHz pour les appareils de biomicroscopie de l'oeil. 9 11 La résolution dépend aussi bien de la forme de la structure examinée que de la fréquence de réception. Par exemple, en mode harmonique, lorsque le transducteur reçoit les ultrasons avec une fréquence supérieure à celle de l'émission, il écarte les échos diffusés et rend le signal moins bruité. L'échographiste parvient donc à examiner les contours de la prostate, à mesurer son volume, sa structure en s'intéressant à sa partie centrale et à sa partie périphérique, pour passer enfin à l'étude des vésicules séminales et des canaux éjaculateurs. Cependant, comment l'échographiste pourrait-il, en détectant de simples nuances de couleurs, distinguer entre les différentes structures ? Les liquides simples laissent passer les ultrasons. Le médecin va donc percevoir un espace noir sur l'écran. Quant aux liquides qui contiennent des particules en suspension, ils apparaissent dans le ton de gris, plus ou moins homogènes. Les structures solides, ainsi que l'air et le gaz, renvoient mieux l'écho. On verra donc une partie blanche avec une ombre derrière. Les tissus mous sont plus ou moins echogènes. Le traitement informatisé des images peut être par interpolation d'une boucle d'images, par une imagerie paramétrique, c'est-à-dire en codant chaque pixel suivant des paramètres calculés sur l'image, l'imagerie tridimensionnelle... Plusieurs types d'échographes sont conçus et et envahissent le marchée médical. Leurs prix varient en fonction de leur performance, leur taille, etc.... Les appareils standards coutent entre 50 000 et 150 000 EUR. Des appareils plus petits sont vendus à moins de 100 000 EUR... Les ultrasons sont sans danger pour l'être humain. Cependant, il vaut bien limiter l'exposition du foetus à l'échographie, et d'éviter les échographies de plaisir. De plus, l'image peut parfois manquer de netteté, pour des causes biologiques (echogenicité) ou extérieures (expérience de l'examinateur...) A part ces quelques inconvénients, l'échographie reste l'une des solutions d'imagerie les plus répandues, vu sa sécurité sanitaire, sa mobilité, son bas prix, etc.... La radiographie simple de l'abdomen ... Pourquoi? En quoi consiste-t-elle ? La radiographie simple de l'abdomen (ASP) est une radiographie qui ne nécessite aucune préparation, sans injecter un produit de contraste. Elle se fait de face et de profil et prend un grand cliché depuis le thorax jusqu'au bassin. Cet examen permet de vérifier l'absence d'anomalie osseuse, et de rechercher la présence d'urine dans la vessie juste après une miction (résidu post mictionnel). Il est préférable d'être à jeun. L'examen dure entre 5 à 10 minutes environ, y compris le temps de déshabillage. L'examen radiologique n'est pas douloureux. C'est l'un des examens les plus courants. Son principe de fonctionnement ? Le principe de fonctionnement de la radiographie se base sur l'effet des rayons X dont la découverte est attribuée à Wilhelm Röntgen en 1895. C'est une forme de rayonnement electromagnetique à haute fréquence constituee de photons dont la longueur d'onde varie entre 5 pm et 10 nm. Il s'agit d'un type de rayonnement ionisant, c'est-adire un rayonnement capable de déposer assez d'énergie dans la matière qu'il traverse pour créer une ionisation. 10 12 Com...