Imagerie du vivant par thermographie infrarouge - ResearchGate

Thermographie infrarouge et médecine Par Jean-Claude Launay* et Jean-Luc Bodnar** * IRBA-Antenne CRSSA - La Tronche, Pôle Tolérance Climatique et Vêtements,
24 avenue des maquis du Grésivaudan, 38702 La Tronche cedex
** Laboratoire d'Energétique et d'Optique, UFR Sciences Exactes et
Naturelles, BP 1039, 51687 Reims cedex 02 Résumé : L'Homme est un homéoendotherme dont la température centrale reste
voisine de 37°C. Les organes profonds du noyau thermorégulé sont entourés
d'une enveloppe cutanée de température variable. Cette dernière est
fonction de l'activité métabolique de la peau elle-même, des organes sous-
jacents et de sa vascularisation dont l'état est influencé par les
conditions climatiques environnementales. L'étude de la température de la
peau par thermographie infrarouge constitue un moyen d'apprécier son état
physiologique et pour une part celui des tissus sous-jacents. Du fait de
ces données anatomo-physiologiques, les applications médicales de la
thermographie impose une méthode rigoureuse, précise et standardisée, en
particulier dans un usage à but diagnostic. Parmi les applications, la
recherche de cancers du sein est la plus ancienne mais la radiographie est
devenue le moyen de référence. La thermographie infrarouge a tout son
intérêt dans le diagnostic des pathologies ou dans le suivi d'actes
thérapeutiques où la composante vasculaire est majoritaire : thrombose,
ischémie, réaction inflammatoire, brûlures, greffe ou angioplastie. Elle a
aussi été proposée comme moyen pour la détection de masse des patients
fébriles. D'une façon générale l'ensemble de ces applications nécessite des
études contrôlées devant permettre de définir la place exacte de la
thermographie dans l'arsenal des moyens diagnostic. Par ailleurs, elle
connaît un regain d'intérêt du fait de l'évolution technologique des
imageurs thermiques et des logiciels de traitement d'images associés qui en
facilitent l'usage. Enfin, de nouvelles méthodes d'utilisation, comme la
thermographie active ou stimulée, laissent présager de nouveaux
développements dans ce domaine. 1. Introduction L'Homme est un homéo-endotherme dont la température interne régulée varie
dans d'étroites limites autour de 37 °C. Les réactions biochimiques au sein
des cellules consomment de l'énergie dont une partie est transformée en
chaleur, elle-même indispensable à ces réactions. Le maintien d'une
température interne autour de 37 °C nécessite qu'une grande partie de cette
chaleur soit dissipée dans l'environnement après avoir été transportée pour
une petite part par conduction d'une cellule à l'autre puis d'un organe à
l'autre. En fait, la plus grande part de cette chaleur est transportée par
le sang qui se comporte dans ce cas comme un fluide caloporteur. La
température d'un organe résulte de son métabolisme auquel sa
vascularisation est assujettie et dont l'importance renseigne directement
sur son état de fonctionnement. L'homéothermie, qui n'intéresse que les
organes profonds (i.e le noyau : cerveau, organes de la cavité thoraco-
abdominale, muscles), impose qu'une certaine quantité de chaleur soit
évacuée en permanence dans l'environnement au travers de l'enveloppe
cutanée non thermo-régulée qui fait office d'échangeur thermique. En
conséquence, la température de l'enveloppe cutanée dépend de la quantité de
chaleur apportée par le sang en provenance des organes profonds, du
métabolisme cutané lui-même, la peau étant un organe, et de la température
de l'environnement qui va modifier l'état de sa vascularisation. L'étude
par thermographie infrarouge de la température de surface d'un organe comme
par exemple la peau revient à étudier ces différents éléments,
l'environnement climatique devant être maintenu constant afin de ne pas
perturber les mesures. Comme de nombreuses pathologies se manifestent par
des changements localisés du métabolisme tissulaire associé à des
modifications de la vascularisation donc de la cartographie des
températures, la thermographie infrarouge est apparue comme un moyen
pouvant être utilisé pour le diagnostic médical. Son caractère non invasif
et passif a contribué à son engouement malgré une mise en ?uvre délicate à
ses débuts. Tout le travail dans ce domaine a consisté à déterminer quelles
pathologies pouvaient bénéficier de cette technique tout en précisant les
méthodes à mettre en ?uvre pour fiabiliser au mieux les résultats. Plus
récemment, l'évolution technologique des caméras thermiques, le
développement du traitement informatisé des images ainsi que l'apparition
de nouvelles méthodes de mise en ?uvre, comme la thermographie active ou
stimulée, offrent de nouvelles perspectives de développement et un regain
d'intérêt pour cet outil diagnostic. 2. Thermographie infrarouge et médecine : les méthodes (16) Les besoins d'une standardisation de l'utilisation et de la mise en ?uvre
de la thermographie infrarouge en médecine se sont fait sentir dès le début
en particulier lorsque l'évolution technologique a permis d'accroître les
capacités de stockage des images et leur traitement informatisé. C'est
ainsi qu'à partir de 1978 de multiples recommandations sont apparues
concernant l'utilisation de la thermographie infrarouge en rhumatologie
(6), en dermatologie (14), en sénologie (15) ou pour des pathologies comme
le phénomène de Raynaud. Ces recommandations ont été reprises ces dernières
années en particulier par les associations européennes, américaines et
japonaises promouvant cette technique dans le domaine médical et concernent
l'environnement du patient, le système d'imagerie utilisé, le patient et le
déroulement de l'examen, et les exigences quant à la rédaction du compte-
rendu de l'examen et son archivage. 2.1 L'environnement du patient Pour le patient, il faut prévoir une cabine de déshabillage dont la
température est contrôlée afin qu'il s'adapte à l'ambiance climatique dans
laquelle se fera l'examen. En effet, la température de cette pièce d'examen
est un élément important car influant sur l'état de la vascularisation
cutanée : elle devra être comprise entre 18 et 25 °C avec une stabilité
meilleure que 1 °C et sera un peu plus élevée de 1 à 2 °C en climat chaud.
En fait il faut choisir la température de la pièce de façon optimale en
fonction de l'examen pratiqué : les lésions inflammatoires apparaissent
mieux lorsque la température de la pièce est basse, vers 18 à 20 °C
température provoquant une petite vasoconstriction ce qui permet
d'accroître le contraste thermique. La température du local doit être
proche de 25 °C lorsque le patient est obligé d'enlever la plupart de ses
vêtements, ceci afin d'éviter tout inconfort thermique, ou lorsqu'on
s'intéresse à l'étude de la vascularisation des extrémités (mains, pieds)
où l'influence du système nerveux sympathique est importante dans le
résultat (action vasoconstrictrice notable aux températures inférieures).
La vitesse de renouvellement de l'air doit être faible, inférieure à 0,5
m.s-1, et sa diffusion également répartie dans la pièce afin d'éviter les
gradients thermiques. L'hygrométrie devra être maintenue entre 40 et 70 %.
La pièce d'examen doit être suffisamment grande pour les mesures faites sur
corps entier, par exemple 3 x 4 m, ceci en fonction de l'optique utilisée
sur la caméra. Pour certains tests utilisant un bain d'eau froide, le
patient sera installé dans un fauteuil réglable ajusté à la bonne hauteur. 2.2. Le système d'imagerie thermique Les nouvelles caméras thermiques à matrice plan focal de faible poids et
encombrement sont plus faciles d'utilisation ce qui en facilite et en
accroît l'usage. De plus leur maintenance est réduite, certaines
n'utilisant d'ailleurs même plus de système de refroidissement pour le
détecteur (bolomètres). Le traitement informatisé des thermogrammes permet
d'analyser les températures mesurées que ce soit en direct ou en différé.
Bien qu'actuellement beaucoup de caméras thermiques comportent une
référence interne de température, on peut utiliser une référence externe
afin de vérifier la dérive de la mesure des températures au cours de la
journée. La caméra thermique doit être montée sur un support réglable en
hauteur du type pied photographique de studio. Ceux-ci supportent aisément
des caméras lourdes et sont facilement réglables avec précision permettant
une bonne reproductibilité des examens, à condition aussi de prendre des
repères géométriques sur le sujet par rapport à la caméra. Pour le premier
examen de la journée et afin d'avoir des images de qualité radiométrique on
prendra soin de mettre en marche la caméra suffisamment à l'avance en
tenant compte des recommandations du fabricant. Enfin, il semble qu'il
n'existe actuellement qu'un logiciel réellement dédié aux applications
médicales de la thermographie infrarouge (CTherm) et qui tient compte de
toutes les recommandations techniques connues comme celles de pouvoir
archiver les thermogrammes en même temps que les données cliniques du
patient. 2.3. Le patient En général, on s'intéresse à la mesure des températures cutanées dont on a
vu qu'elles devaient être le reflet de la chaleur apportée par les
vaisseaux et les organes sous-jacents à la zone étudiée, ceci pour des
conditions ambiantes connues.
De nombreux facteurs locaux et généraux peuvent modifier la température
cutanée qui n'est pas régulée : utilisation de cosmétiques, prise de
boissons alcoo