Une nouvelle technique d’imagerie pourrait détecter les signes précurseurs de démence

·7 min read
<span class="caption">Le flux sanguin parcourt notre cerveau à travers un arbre vasculaire cérébral, depuis le tronc jusqu’aux capillaires. Une technique d’imagerie pourrait permettre de voir avec précision la circulation sanguine et de ce fait, détecter les signes de démence.</span> <span class="attribution"><span class="source">(Shutterstock)</span></span>
Le flux sanguin parcourt notre cerveau à travers un arbre vasculaire cérébral, depuis le tronc jusqu’aux capillaires. Une technique d’imagerie pourrait permettre de voir avec précision la circulation sanguine et de ce fait, détecter les signes de démence. (Shutterstock)

Imaginez que vous soyez capable de voir la circulation sanguine en temps réel sous votre crâne : le flux sanguin parcourant au rythme de votre pouls l’ensemble de votre « arbre » vasculaire cérébral, depuis le tronc (vos artères) jusqu’aux plus petites branches (vos capillaires).

Or, une technique d’imagerie en cours de développement pourrait permettre de voir avec précision la circulation sanguine et de ce fait, potentiellement détecter les signes de démence, avant même l’apparition des premiers symptômes.

La démence, dont la forme la plus connue est la maladie d’Alzheimer, se caractérise par des pertes de mémoire et des difficultés croissantes de raisonnement et de communication. En 2016-2017 au Canada, plus de 432 000 aînés étaient atteints de démence diagnostiquée, et ce chiffre est en augmentation depuis dix ans. De plus, le taux de mortalité est 4,4 fois plus élevé chez les patients atteints que chez les aînés sains. Il est donc primordial de déceler les premiers signes de la maladie, afin d’agir avant qu’il ne soit trop tard.

Cette nouvelle technique d’imagerie permettant d’étudier ces signes précurseurs est en cours de développement au sein de notre équipe du Laboratoire d’ultrasons de Jean Provost, à Polytechnique Montréal. Nous étudions le flux sanguin dans le cerveau, et plus particulièrement la variation de sa vitesse : la « pulsatilité ». Son augmentation, en effet, est un signal d’alerte car en devenant trop forte, elle peut mener à la démence.

Le flux sanguin, du cœur jusqu’au cerveau

Votre cœur envoie le sang dans les artères de façon rapide et pulsée, tandis que les capillaires de votre cerveau sont fragiles : ils doivent être irrigués avec un flux lent et non pulsé. Les artères majeures situées à la sortie du cœur, comme l’aorte ou les carotides, sont très élastiques. À chaque battement cardiaque, elles se dilatent au passage du sang pour adoucir la pulsatilité et éviter qu’elle ne se propage jusqu’au cerveau, ce qui endommagerait les petits capillaires situés en bout de route.

En vieillissant, ces artères deviennent plus rigides : cette perte d’élasticité a été associée dans plusieurs études à une augmentation de la pulsatilité, des ruptures de capillaires et, sur le long terme, des pertes de mémoire, symptômes de démence. Il est donc important de chercher à mesurer la pulsatilité dans tout le cerveau, depuis les artères principales jusqu’aux capillaires, pour surveiller son évolution avec l’âge, comme pour la tension artérielle.

Les limites de l’imagerie médicale actuelle

Cela nécessite de satisfaire trois critères : acquérir un grand nombre d’images par seconde pour observer la propagation de la pulsatilité ; avoir une bonne résolution pour voir petits et gros vaisseaux ; enfin, parvenir à visualiser le cerveau dans son ensemble.

Malheureusement, les techniques d’imagerie actuelles ne parviennent pas à respecter tous ces critères à la fois : par exemple, la microscopie optique parvient à mesurer la pulsatilité, mais uniquement dans de petits vaisseaux situés à quelques millimètres de la surface du cerveau. C’est pourquoi nous développons une nouvelle technique d’imagerie pouvant satisfaire ces trois critères : la Microscopie de Localisation Ultrasonore Dynamique.

Elle s’inscrit dans une série d’innovations majeures en imagerie ultrasonore, qui ont pu voir le jour depuis les années 2010. De nouveaux échographes, capables d’augmenter considérablement la cadence d’imagerie, ont permis le développement d’une méthode qui repose sur une injection de microbulles dans le sang. Celles-ci ne font que quelques micromètres de diamètre et peuvent parcourir tout le réseau sanguin, avant d’être éliminées par la respiration en quelques minutes.

Les microbulles peuvent être suivies une à une par ultrasons, pour retracer leur parcours à travers les vaisseaux sanguins avec une précision de quelques micromètres. Cette technique est cependant statique : les chemins parcourus par toutes les microbulles sont présentés sous la forme d’une seule image permettant de visualiser la vascularisation de l’ensemble du cerveau. Ainsi, elle ne permet pas d’accéder à des informations sur la dynamique du flux sanguin, sur ses variations au cours du temps, et donc sur la pulsatilité.

<span class="caption">Image d’un cerveau de souris obtenue par Microscopie de Localisation Ultrasonore Dynamique, avant (à droite) et après (à gauche) le suivi des microbulles.</span> <span class="attribution"><span class="source">Chloé Bourquin</span>, <span class="license">Author provided</span></span>
Image d’un cerveau de souris obtenue par Microscopie de Localisation Ultrasonore Dynamique, avant (à droite) et après (à gauche) le suivi des microbulles. Chloé Bourquin, Author provided

Une lumière dans la nuit

Nous avons fait évoluer cette méthode, et pour bien la comprendre, nous pouvons la comparer à l’observation des embouteillages d’une ville la nuit. Sur des photos aériennes successives, chaque voiture pourrait être suivie d’une image à l’autre grâce à la lumière de ses phares, afin d’en déduire sa vitesse et les variations de sa vitesse au cours du temps.

Cependant, pour observer le trafic sur l’ensemble du réseau routier (y compris sur les routes les moins fréquentées), il faudrait réitérer les mesures sur plusieurs journées. On pourrait également moyenner les données sur quelques jours pour s’affranchir de variables telles que la météo, les jours fériés, etc. Pour combiner les données, il faudrait synchroniser les mesures et que chaque jour, à 20h par exemple, une nouvelle série d’images soit lancée.

De la même façon, la méthode ultrasonore décrite précédemment a été adaptée en synchronisant le système avec le rythme cardiaque. Chaque série d’images démarre sur un « top départ » donné par un battement de cœur, puis on enregistre un film de tout le cerveau d’une durée de plusieurs cycles cardiaques, avant de l’interrompre pour commencer une nouvelle série.

Comme pour le suivi des voitures sur une route, les séries d’images sont combinées entre elles : on s’assure ainsi que tous les vaisseaux sanguins, même les plus fins, ont bien été parcourus par des microbulles. On obtient finalement non plus une seule image statique, mais un film complet de microbulles se déplaçant dans le cerveau sur une durée de plusieurs cycles cardiaques.

Nous avons ensuite développé un algorithme permettant de repérer et de suivre chaque microbulle une à une, pour en mesurer la vitesse et les accélérations sur toute la durée du film. Pour chaque vaisseau sanguin, que ce soit une artère majeure ou un très petit vaisseau, les mesures fournies par toutes les microbulles l’ayant parcouru sont moyennées afin d’en mesurer la pulsatilité.

Vers la cartographie de la pulsatilité

Cette méthode a été développée chez la souris dans un premier temps, en collaboration avec l’Institut de Cardiologie de Montréal. Un article est actuellement en cours de révision à ce sujet.

Dans cette étude, nous avons pu montrer que l’on peut mesurer la pulsatilité sans chirurgie chez la souris dans des vaisseaux de 30 µm (micromètre) ou plus. Nous avons également pu vérifier dans le cortex que l’on observe bien une différence significative de pulsatilité entre veines et artères : en effet, celles-ci, situées plus près du cœur, pulsent davantage que les veines.

Nous souhaitons ensuite tester cette méthode chez la souris dont la carotide a été rigidifiée, afin de vérifier si elle est suffisamment sensible pour détecter une augmentation de pulsatilité par rapport à un modèle sain. Ce projet ouvre la voie à de futurs tests cliniques : dans quelques années, cette méthode pourrait être utilisée chez l’humain pour surveiller l’évolution de la pulsatilité au cours du temps, et ainsi déceler son augmentation. Un traitement médical adapté permettrait alors de la diminuer avant qu’elle ne commette des dégâts irréparables dans le cerveau.

Une première version de cet article a été rédigée dans le cadre de la ComSciCon-QC 2021.

La version originale de cet article a été publiée sur La Conversation, un site d'actualités à but non lucratif dédié au partage d'idées entre experts universitaires et grand public.

Lire la suite:

Jean Provost est professeur agrégé au département de génie physique de Polytechnique Montréal. Il est également membre associé de l&#39;Institut de Cardiologie de Montréal, membre IVADO et membre de l&#39;Institut de génie biomédical.

Our goal is to create a safe and engaging place for users to connect over interests and passions. In order to improve our community experience, we are temporarily suspending article commenting