Anatomie & Physiologie

La microscopie est le domaine technique qui consiste à utiliser des microscopes (instrument grossissant) pour visualiser des objets et des zones d’objets qui ne peuvent pas être vus à l’œil nu (objets qui ne sont pas dans la plage de résolution de l’œil normal).17 Le microscope est un appareil qui utilise une lentille ou un système de lentilles pour produire une image fortement agrandie d’un objet. La microscopie moderne utilise maintenant des logiciels tels que ImageJ, CellProfiler, NeuronStodio pour acquérir et analyser les images.1

Il existe deux branches de la microscopie.1,18

1. Microscope à lumière (microscope simple, composé, microscope à dissection (stéréomicroscope), microscope de comparaison, microscope inversé, microscope chirurgical et numérique.
2. Microscope électronique (microscope électronique à transmission et à balayage)

Microscope optique

Ce dernier est également désigné sous le nom de microscope optique, est un type de microscope qui utilise la lumière visible et un système de lentilles pour agrandir les images de petits échantillons17. Les microscopes optiques sont les plus anciens modèles de microscopes et ont probablement été inventés dans leur forme composée actuelle au 17ème siècle. Les microscopes optiques de base peuvent être très simples, bien qu’il existe de nombreux modèles complexes qui visent à améliorer la résolution et le contraste des échantillons, comme les microscopes composés, les microscopes de dissection et les microscopes chirurgicaux.19 Les microscopes modernes permettent d’aller au-delà de la simple observation de l’image en lumière transmise d’un échantillon ; il existe de nombreuses techniques qui peuvent être utilisées pour extraire d’autres types de données. La plupart d’entre elles nécessitent un équipement supplémentaire en plus d’un microscope composé de base.17 La microscopie optique est largement utilisée en histologie, histopathologie, microélectronique, nanophysique, biotechnologie, recherche pharmaceutique, minéralogie et microbiologie.20

Microscope simple : Un microscope simple utilise une lentille ou un ensemble de lentilles pour agrandir un objet par le seul biais du grossissement angulaire, donnant à l’observateur une image virtuelle agrandie en érection.21 L’utilisation d’une seule lentille convexe ou de groupes de lentilles se retrouve encore dans les dispositifs d’agrandissement simples tels que la loupe, les loupes et les oculaires de télescopes et de microscopes.22

Microscope composé : Un microscope composé utilise une lentille (objectif) proche de l’objet à observer pour collecter la lumière qui focalise une image réelle de l’objet à l’intérieur du microscope. Cette image est ensuite agrandie par une seconde lentille ou un groupe de lentilles (appelé oculaire) qui donne à l’observateur une image virtuelle inversée agrandie de l’objet.18 L’utilisation d’une combinaison objectif/oculaire permet un grossissement beaucoup plus important (jusqu’à 1000-2000 fois) (Figure 7). Un microscope composé permet également des configurations d’éclairage plus avancées, comme le contraste de phase.21,22

Stéromicroscope : Un stéréomicroscope est un microscope de faible puissance qui fournit une vue stéréoscopique d’un échantillon (jusqu’à un grossissement de plusieurs fois 100), couramment utilisé pour la dissection (figure 8).18

Microscope inversé : pour étudier des échantillons par le bas ; utile pour les cultures cellulaires en milieu liquide, ou pour la métallographie (figure 9).18

Microscope de comparaison : C’est un appareil utilisé pour analyser des spécimens côte à côte. Il se compose de deux microscopes reliés par un pont optique, ce qui donne lieu à une fenêtre de vue divisée permettant de visualiser simultanément deux objets distincts. Il dispose de deux trajets lumineux distincts permettant la comparaison directe de deux échantillons via une image dans chaque œil (figure 10). Cela évite à l’observateur de faire appel à sa mémoire lorsqu’il compare deux objets sous un microscope classique.27

Microscope numérique : Il s’agit d’une variante du microscope optique traditionnel qui utilise l’optique et une caméra numérique pour sortir une image sur un moniteur, parfois au moyen d’un logiciel fonctionnant sur un ordinateur.20 Un microscope numérique possède souvent sa propre source de lumière LED intégrée et diffère du microscope optique en ce qu’il n’est pas prévu d’observer l’échantillon directement à travers un oculaire. Comme l’image est focalisée sur le circuit numérique, l’ensemble du système est conçu pour l’image du moniteur (figure 11). L’oculaire de l’œil humain est omis.20

Microscope chirurgical : Ils sont utilisés pour améliorer le grossissement du chirurgien (jusqu’à 4-40 fois) pendant les procédures chirurgicales.29 Ils étaient initialement utilisés pour la chirurgie de l’oreille, du nez et de la gorge. Cependant, ils établissent encore de nouvelles normes en chirurgie générale, en ophtalmologie, en chirurgie orthopédique, en chirurgie gynécologique, en otolaryngologie, en neurochirurgie, en chirurgie orale et maxillo-faciale, en chirurgie plastique, en chirurgie podiatrique et en chirurgie pédiatrique (figure 6).29

Microscope électronique

La conception générale d’un microscope électronique est similaire à celle d’un microscope optique. La lumière est remplacée par des électrons, les lentilles de verre sont remplacées par des lentilles électromagnétiques et électrostatiques. Il existe deux grands types de microscopes électroniques : le microscope électronique à transmission (MET) et le microscope électronique à balayage (MEB), dont le MET est le plus couramment utilisé (figure 12).22 Leur principal avantage est qu’ils ont une résolution plus élevée que le microscope optique et sont donc capables d’un plus fort grossissement (jusqu’à 2 millions de fois).31 Les microscopes électroniques permettent de visualiser des structures qui ne seraient normalement pas visibles par microscopie optique.32 Les microscopes électroniques sont utilisés pour étudier l’ultrastructure d’un large éventail de spécimens biologiques et inorganiques, y compris les micro-organismes, les cellules, les grosses molécules, les échantillons de biopsie, les métaux et les cristaux (figure 13).31 Les microscopes électroniques modernes produisent des micrographies électroniques en utilisant des caméras numériques spécialisées et des cartes d’acquisition pour capturer l’image.

Microscope électronique à transmission (TEM)

La microscopie électronique à transmission est une technique développée pour obtenir un grossissement et donc des détails d’un spécimen, à un niveau bien meilleur que les microscopes optiques conventionnels34,35. Dans la MET, un faisceau d’électrons traverse un échantillon ultra-mince et interagit avec l’échantillon lors de son passage. Une image est formée à partir de l’interaction des électrons transmis à travers le spécimen ; l’image est agrandie et focalisée sur un dispositif d’imagerie, tel qu’un écran fluorescent, sur une couche de film photographique, ou pour être détectée par un capteur tel qu’une caméra CCD.2 Dans un MET, les électrons pénètrent un spécimen mince et sont ensuite imagés par des lentilles appropriées, en grande analogie avec le microscope optique biologique.22 Le MET comprend : un système d’illumination, une platine de spécimen, un système d’imagerie et un système de vide. La microscopie électronique à transmission est une méthode d’analyse majeure dans les sciences physiques, chimiques et biologiques. Les TEM trouvent des applications dans la recherche sur le cancer, la virologie et la science des matériaux ainsi que dans la recherche sur la pollution, les nanotechnologies et les semi-conducteurs.36

Microscope électronique à balayage (SEM)

Un microscope électronique à balayage, a une structure similaire au TEM, mais la colonne est considérablement plus courte car les seules lentilles nécessaires sont celles au-dessus de l’échantillon utilisées pour focaliser les électrons en un point fin sur la surface de l’échantillon.37 Il n’y a pas de lentilles sous l’échantillon. La chambre à spécimen, en revanche, est plus grande car la technique du MEB n’impose aucune restriction sur la taille du spécimen autre que celle fixée par la taille de la chambre à spécimen.38 Le MEB produit des images d’un échantillon en balayant la surface avec un faisceau focalisé d’électrons. Les électrons interagissent avec les atomes de l’échantillon, produisant divers signaux qui contiennent des informations sur la topographie et la composition de la surface de l’échantillon.39 Le faisceau d’électrons est balayé selon un modèle de balayage de trame, et la position du faisceau est combinée avec le signal détecté pour produire une image. Le MEB peut atteindre une résolution meilleure que 1 nanomètre.40

Ultrasonographie

L’ultrasonographie est également appelée étude Doppler ou échographie utilisée pour le diagnostic médical, c’est une technique indolore et non invasive qui utilise un appareil à ultrasons avec des ondes sonores silencieuses à haute fréquence (1 à 5 mégahertz) pour produire des images en direct des structures internes du corps également connues sous le nom de sonogramme. Elle permet aux médecins de visualiser des organes ou des tissus malades ou normaux (tels que la vessie, l’utérus, les reins et les ovaires) à l’intérieur du corps sans pratiquer d’incision. L’échographie est la technique médicale recommandée pour visualiser un fœtus chez les femmes enceintes/les animaux car elle ne produit pas de radiation comme les autres techniques d’imagerie médicale.2

La technique de l’échographie consiste à utiliser un gel liquide et une sonde transductrice tenue à la main sur la surface du corps. La sonde qui contient le transducteur acoustique envoie et reçoit des millions d’impulsions et d’échos dans le corps par seconde. Les ondes sonores pénètrent dans le corps et atteignent une limite entre les tissus (par exemple, les tissus mous et les os), les ondes sont réfléchies vers la sonde du transducteur puis transmises à l’unité centrale de traitement (UC) (Figure 14-16). L’unité centrale de traitement est une machine qui alimente le transducteur en électricité, calcule le temps de réflexion de l’onde et la profondeur de l’interface tissulaire à l’origine de l’onde afin de construire une image bidimensionnelle sur le moniteur. La procédure nécessite généralement un minimum de 30 minutes.41,42

Vous trouverez ci-dessous les différents types d’échographie

Image échographique 2D : C’est le type d’image échographique le plus courant, il s’agit d’une série d’images en coupe plane et bidimensionnelle du tissu scanné. Ce mode de balayage est encore standard pour de nombreuses situations diagnostiques et obstétriques après un demi-siècle d’utilisation.43-46

Image échographique 3D : Il s’agit d’une image tridimensionnelle (3D), obtenue à partir de coupes transversales de tissus balayées sous plusieurs angles et les données reçues sont reconstruites en une image tridimensionnelle. Cette échographie est couramment utilisée pour fournir un sonogramme (image) plus complet et réaliste d’un fœtus et dans le diagnostic de la fente labiale.44-47

Image échographique 4D : utilise l’onde sonore pour produire une vidéo en direct du fœtus dans l’utérus43.-46 L’échographie 3D et 4D produit des images réalistes d’un fœtus en mouvement ou en développement dans l’utérus, ce qui ne peut pas être facilement vu dans une image échographique 2D.43-46

Une image échographique Doppler : Cette technique implique l’utilisation d’ondes sonores réfléchies pour révéler le modèle et la manière dont le sang circule dans le vaisseau sanguin, ce qui ne peut pas être vu dans une image échographique 2D, 3D et 4D. L’échographie Doppler peut être utilisée pour diagnostiquer plusieurs anomalies du cœur et des vaisseaux sanguins telles que l’insuffisance veineuse, la sténose artérielle, les caillots sanguins, les anévrismes et les maladies congénitales du cœur. Au cours d’une échographie Doppler, le transducteur est déplacé sur la peau, le long des vaisseaux sanguins, pour envoyer et réfléchir des ondes sonores. Les ondes sonores à haute fréquence rebondissent sur les cellules sanguines en circulation, ce qui modifie la fréquence des ondes réfléchies (effet Doppler). Les données provenant des ondes sonores réfléchies avec les effets Doppler sont utilisées pour construire un graphique représentant le modèle et la manière dont le sang circule dans les vaisseaux sanguins du CPU. Il existe trois types d’échographie Doppler à savoir ; le Doppler couleur, le Doppler spectral et le Doppler de puissance.43-46

Doppler couleur : Ce type d’échographie utilise l’échographie 2D traditionnelle pour créer l’image d’un vaisseau sanguin et utilise un ordinateur pour changer les ondes sonores Doppler en couleurs qui représentent la direction et la vitesse du flux sanguin sur l’image du vaisseau sanguin43.-46

Doppler de puissance : Il s’agit d’un type de Doppler couleur plus sensible qui est utilisé pour générer des détails du flux sanguin dans un organe solide qui ne peut pas être visualisé en utilisant un Doppler couleur conventionnel. Cependant, il est impossible de visualiser la direction du flux sanguin en utilisant l’échographie Doppler puissance. 43-46

Doppler spectral : C’est un type d’échographie qui utilise un graphique pour représenter le flux et la direction du sang. Il est capable de montrer le degré de blocage d’un vaisseau sanguin.43,45

Doppler à ondes continues : Cette échographie utilise des ondes sonores envoyées et réfléchies en continu. Ce type d’ondes sonores est utilisé pour détecter les blocages dans les vaisseaux sanguins et mesurer avec précision le sang qui s’écoule rapidement.43-46

Radiographie

C’est la technique d’imagerie diagnostique la plus ancienne et la plus courante.3 C’est une technique non invasive comme l’échographie, cependant elle utilise une très petite quantité de rayonnements ionisants ou non ionisants (rayons X) générés par un appareil à rayons X pour produire une image latente des structures internes du corps sur un film radiographique (Radiographie par projection). Un appareil à rayons X peut être fixe, mobile ou portable (Figure 17-19).48-51 Pendant la radiographie, les rayons X sont dirigés vers le corps, ce qui leur permet de traverser l’organe cible, puis d’être capturés derrière le film radiographique plat pour produire une image 2D (Figure 20). L’examen radiographique peut être effectué avec ou sans produit de contraste (comme le baryum ou l’iode) en fonction de la densité de l’organe à examiner. La radiographie peut être utilisée pour diagnostiquer plusieurs pathologies telles que les fractures et le cancer des os, les tumeurs du sein et la tuberculose.48 Il existe certains risques associés à une exposition excessive aux rayons X tels que le cancer, la perte de cheveux et les brûlures de la peau. Mais dans la plupart des cas, les avantages l’emportent sur les risques.3,52

Tomodensitométrie (CT)

Une tomodensitométrie est un type de radiographie qui utilise également des rayons X, contrairement à la radiographie par projection, la tomodensitométrie utilise une plus grande quantité de rayons X et elle fournit une image 3D plus détaillée, cependant ces dernières années, certaines tomodensitométries ont été développées pour utiliser une plus petite quantité de rayons X. L’appareil de tomodensitométrie se compose d’un scanner en forme de beignet, d’une table, d’un tube à rayons X, d’un détecteur de rayons X et d’un ordinateur (Figure 21).54,55 Le patient s’allonge sur la table avant de glisser dans le scanner, le tube à rayons X et la caméra se déplacent autour du patient à 360° pour scanner et produire des images multiples des organes internes du corps, selon l’organe concerné, un produit de contraste peut être administré par la bouche, le rectum ou injecté dans la veine pour mettre en évidence l’organe scanné.55 Le scanner est réalisé dans une salle informatique séparée où les images sont affichées et où le technologue communique avec le patient à l’aide de haut-parleurs et de microphones.56 Le principal avantage du scanner est l’acquisition rapide d’images diagnostiques plus claires d’une plus grande partie du corps.56,57

Il existe des tomodensitomètres vétérinaires spécialisés comme le tomodensitomètre vétérinaire rechargeable, ce scanner est équipé d’une enceinte à rayons X pour permettre au vétérinaire de rester près de l’animal pendant le scanner, à ce titre une salle séparée n’est pas nécessaire comme dans le scanner humain classique (Figure 22).57 Pendant le scanner, l’animal sera anesthésié et surveillé, placé et soutenu sur une table mobile avant d’être glissé dans le scanner (Figure 23).60,61

Imagerie par résonance magnétique (IRM)

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique d’imagerie diagnostique indolore et non invasive qui utilise un puissant champ magnétique et des ondes radio pour créer une image 3D des organes internes du corps. L’IRM n’implique pas de radiations comme on le voit en radiographie (radiographie à projectile, CT et TEP).4 L’appareil d’IRM ressemble à celui de la CT et de la TEP, bien que la technique prenne plus de temps et fasse plus de bruit (figure 24).5,61,63

Pendant le scanner, le patient (avec ou sans produit de contraste) est allongé sur une table qui glisse dans le tube contenant un grand aimant qui génère un champ magnétique et des ondes radio autour du corps du patient, ce qui permet aux tissus du corps de vibrer. Ces vibrations sont converties en image détaillée sur l’ordinateur (Figure 25).5

Tomographie par émission de positons (TEP)

La TEP est une technique d’imagerie fonctionnelle en 3D, Contrairement au scanner et aux rayons X, elle démontre les activités physiologiques des tissus et organes du corps en utilisant un radiotraceur (18F-FDG). La voie d’administration (orale, veineuse ou nasale) du radiotraceur dépend du tissu ou de l’organe d’intérêt.64 Le radiotraceur injecté se concentre dans un tissu qui est ensuite affiché sur un ordinateur sous forme d’image 3D. La machine est similaire au CT et à l’IRM, et les images modernes du PET scan peuvent être combinées avec des scans CT ou IRM pour créer une vue unique (Figure 26).66

Le PET scan est principalement utilisé dans l’étude et le diagnostic des tumeurs et des troubles associés au cerveau et au cœur. Cette technique est également indolore et non invasive, cependant, elle n’est pas recommandée pour les femmes enceintes, les mères allaitantes en raison des radiations émises par le radiotraceur 18F-fluoro-2-deoxyglucose (18F-FDG) (tableau 1). L’image TEP est une image colorée qui montre les zones les plus actives de l’organe ou du tissu, en fonction de la quantité de radiotraceurs qu’il a absorbée (figure 27).5,68-70

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