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Imagerie sans fil de la moelle épinière

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Imagerie sans fil de la moelle épinière

Les traumatismes de la moelle épinière (TME, ou blessures vertébro-médullaires) constituent une cause majeure de mortalité et de handicap. On recense 28.000 nouveaux cas par an en Europe (dont près de 1.200 cas par an en France) et 12.000 aux États-Unis. Le suivi post-traumatique se fait généralement au moyen de techniques d’imagerie non invasive. Or les techniques traditionnelles (IRM ou scanner, par exemple) n’apportent qu’une information limitée. Le projet SpinalCOM travaille à la conception et à la réalisation d’un implant biocompatible communicant pour mesurer l’activité de la moelle épinière. Les explications de Sylvain Feruglio, professeur UPMC au laboratoire d’informatique de Paris (LIP6, UPMC/CNRS).

 

La moelle épinière est le point d’entrée des informations sensorielles et de sortie des commandes motrices des membres et du tronc. Une blessure, une altération ou un choc peuvent conduire à la paralysie d’au moins un membre et déclencher d’éventuelles complications chroniques. L’IRM est une technique d’imagerie non invasive très répandue pour l’observation de l’état structurel des tissus.

 

L’IRM fonctionnelle (IRMf), méthode encore en cours de développement, permet d’y adjoindre une information sur l’état fonctionnel. Mais, elle ne permet pas d’estimer de façon précise les conséquences des mécanismes lésionnels secondaires et de prévoir l’efficacité des mécanismes de récupération spontanée ou consécutive à une ou plusieurs interventions thérapeutiques. En effet, les résolutions spatio-temporelles de l’IRMf sont modestes et limitées par des artéfacts liés aux propriétés magnétiques non homogènes de la colonne vertébrale et aux mouvements physiologiques, notamment respiratoires. Même répété, cet examen ne fournit pas d’information en continu. De plus, il impose une immobilité totale du sujet dans des conditions très éloignées des conditions de vie normales du sujet.

 

Les techniques électrophysiologiques, comme l’électroencéphalogramme (EEG), sont certes utiles pour le monitoring peropératoire, mais se révèlent d’un apport très limité pour le suivi des TME. En effet, ces techniques, bien qu’employées pour identifier certaines problèmes en chirurgie, ne peuvent identifier un dysfonctionnement métabolique précoce (phénomène vasculaire, notamment) avant que les fonctions neurologiques ne soient affectées de manière définitive.

 

L’écho-Doppler est aussi une technique percutanée intéressante. Cependant, les données recueillies sont quantitatives, puisque seul le pléthysmographe est obtenu et, de plus, sur une région assez large.

 

Il existe donc un besoin des praticiens hospitalier de disposer de méthodes permettant d’évaluer de façon précise les conséquences fonctionnelles des TME et, dans le cadre d’essais thérapeutiques, l’effet de stratégies chirurgicales, pharmacologiques, ou de rééducation adaptée.

 

Un projet à l’interface entre ingénierie et médecine

SpinalCOM est un projet de recherche au croisement de l’ingénierie et du domaine médical. Soutenu ces deux dernières années par le labex SMART, il est constitué d’un consortium multidisciplinaire réunissant des partenaires académiques en sciences de l’ingénieur (optoélectronique et neurosciences), des vétérinaires, des neurophysiologistes et des médecins (neurologues, neurochirurgiens, chirurgiens orthopédistes).

 

D. R.

 

Une nouvelle génération de techniques d’imagerie a pu voir le jour. Elles font appel à un implant biocompatible télécommunicant qui permet de mesurer chroniquement et localement le taux d’oxygénation de l’hémoglobine ainsi que l’activité électro-physiologique et métabolique de la moelle épinière.

 

Le dispositif mis au point et éprouvé par le consortium comprend des sources optiques de dernière génération et un photo-détecteur innovant pour une acquisition simultanée et localisée des informations relatives à au moins deux formes de l’hémoglobine. Parallèlement, une instrumentation permet d’acquérir la température et les bio-potentiels associés à l’activité de la ME par ESG (électrospinogramme). Après un traitement in situ, les informations obtenues sont télétransmises vers l’extérieur du corps pour être exploitées.

 

Des résultats très prometteurs

Les scientifiques et ingénieurs ont dû lever deux principaux verrous : d’un côté, la taille de l’implant et sa consommation énergétique, de l’autre le traitement, l’extraction et l’exploitation des données qui sont fortement perturbées par des bruits physiologiques et des signaux parasites.

 

Le dispositif validé, chez le porc, permet un recueil local de l’activité métabolique et électrique de la moelle épinière. Une prochaine étape servira à tester la sensibilité de la mesure lorsque l’on induit des modifications de l’activité de la moelle épinière. De plus, la miniaturisation de l’implant et la mise en réseau d’implants sur plusieurs vertèbres seront d’autres étapes clés pour un potentiel transfert chez l’homme dans le futur. In fine, l’outil développé pourra, entre autre, contribuer à la compréhension des mécanismes lésionnels après TME et servir à l’évaluation de nouvelles thérapies et techniques innovantes en rééducation et réadaptation fonctionnelle.

Pour en savoir plus :

Le projet SpinalCOMNouvelle fenêtre (imagerie de la moelle épinière ou Spinal Cord Imaging)

 

Partenaires :

Laboratoire d’informatique de Paris (LIP6, UPMC/CNRS)Nouvelle fenêtre

Laboratoire d’imagerie biomédicale (LIB, UPMC/CNRS/Inserm)Nouvelle fenêtre

 

Formations UPMC

Licence générale électronique, énergie électrique et automatique (EEA)Nouvelle fenêtre

Du jouet à la conquête spatiale en passant par l'automobile, la radio, la télévision, le téléphone, la médecine, la robotique et bien sûr l'informatique, l'électronique est partout... Une formation dans ce domaine est la promesse de débouchés variés et attractifs dans des secteurs de haute technologie en pleine évolution : télécommunications, instrumentation, robotique, imagerie... La licence propose une formation progressive sur trois ans, à la démarche de l’ingénieur, qui associe concepts théoriques, modélisation, simulation numérique et expérimentation. La licence EEA assure une formation scientifique large, orientée vers l’électronique, l’énergie électrique et l’automatique et leurs applications dans des domaines de haute technologie, répondant aux défis sociétaux (transport, télécommunication, énergie, santé, sécurité, etc.).

 

Polytech Paris-UPMC, spécialités électronique et informatiqueNouvelle fenêtre (Andréa Pinna pour la spécialité EI-SE, Annick Alexandre-Gauthier pour la spécialité EI-E2I)

 

Master de sciences et technologies, mention sciences de l’ingénieur. La mention sciences de l'ingénieur (SDI)Nouvelle fenêtre s’appuie sur les offres de formations de l’UPMC dans les domaines de l’électronique, de la mécanique et de l’instrumentation associée.

 

Master informatique, mention Système Électronique Système InformatiqueNouvelle fenêtre (Julien Denoulet)



18/01/16