Technologie radiologique

Une carte pour le genou

21 nov. 2023 | ANDREA SIX

Les opérations du genou sur le ménisque sont des interventions fréquentes sur une partie du corps particulièrement complexe. Des chercheurs de l'Empa veulent fournir des bases améliorées pour la médecine afin de réduire les risques de l'opération. Avec des modèles 3D basés sur des analyses de micro-tomographie assistée par ordinateur en laboratoire, ils cartographient le réseau de vaisseaux sanguins du cartilage méniscal à l'échelle nanométrique.

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La chercheuse de l'Empa Federica Orellana travaille avec un micro-tomographe pour analyser des échantillons de tissus du ménisque. Image : Empa

L'articulation du genou est une conquête biomécanique extrêmement complexe de l'évolution. Quiconque a déjà subi une blessure à ce niveau connaît les douloureuses épreuves de patience lors du diagnostic et de la thérapie. Le ménisque est un acteur non trivial dans l'orchestre anatomique de l'articulation composite. Des chercheuses de l'Empa établissent désormais une "carte en 3D" du précieux cartilage.

Modèles 3D pour l'opération
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Le ménisque et son réseau de vaisseaux sanguins dans un rendu 3D. Le trajet des vaisseaux sanguins (en rouge) est clairement visible. Image : Empa

En tant que coussinet en forme de croissant de lune, le ménisque amortit les chocs et permet un mouvement fluide entre la cuisse et la jambe. Toutefois, les deux ménisques de chaque genou sont sujets à l'usure et aux blessures. Ainsi, environ un genou sur trois dans la population âgée de 40 ans et plus présente une nette usure du ménisque, et environ 15 pour cent de tous les accidents de l'articulation du genou concernent le ménisque. Selon l'assurance accidents Suva, ces accidents entraînent à eux seuls des coûts de santé de plus de 650 millions de francs par an en Suisse.

Si une intervention chirurgicale doit être effectuée sur le genou, le ménisque n'est pas un candidat idéal, car son tissu n'est alimenté en sang que dans certaines parties. Pour avoir de bonnes chances de guérison, il est utile de connaître précisément ce précieux réseau de vaisseaux. Jusqu'à présent, les informations se basent toutefois sur des images bidimensionnelles de coupes de tissus. On perd ainsi de précieuses données, par exemple sur la déformabilité du cartilage ou sur l'interconnexion des vaisseaux.

"Nous voulons établir une "carte" tridimensionnelle du ménisque avec une grande précision", explique Federica Orellana du "Center for X-ray Analytics" de l'Empa à Dübendorf. Selon la biophysicienne, cela pourrait optimiser le traitement et permettre des thérapies sur mesure dans le sens d'une médecine personnalisée.

Des veines ramifiées
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Lorsque les échantillons de ménisque sont analysés par des méthodes radiologiques, les structures tridimensionnelles du cartilage sont conservées. On obtient ainsi une base de données fidèle à la nature pour une imagerie précise. Image : Empa

L'équipe de Federica Orellana et de la cheffe de projet Annapaola Parrilli vise une précision qui ne peut être atteinte avec des appareils utilisés dans les hôpitaux. Par rapport à une résolution de l'ordre du millimètre pour une tomodensitométrie (TDM) clinique, les micro et nanotomographes des laboratoires de l'Empa peuvent même descendre en dessous de la limite du micromètre. A partir de ces clichés radiologiques, les chercheurs élaborent des modèles mathématiques qui permettent de saisir et de cartographier dans l'espace la densité, la structure, la déformabilité biomécanique et le réseau vasculaire du cartilage.

Avec le soutien du Fonds national suisse (FNS) et en collaboration avec les partenaires cliniques de l'"Istituto Ortopedico Rizzoli" de Bologne, de l'Hôpital cantonal de Winterthour et de l'Université de Zurich, les chercheurs travaillent actuellement avec un grand nombre d'échantillons de laboratoire afin de constituer une base de données aussi pertinente que possible. Les premières simulations informatiques montrent déjà les veines ramifiées du ménisque avec une précision prometteuse. Les images micro-TDM transmettent la complexité structurelle du tissu et permettent d'obtenir d'autres informations dans les modélisations mathématiques, telles que la porosité ou le degré d'enroulement des vaisseaux sanguins.

Actuellement, Federica Orellana travaille sur un atlas 3D d'échantillons de tissus méniscaux sains. Dans une prochaine étape, des clichés TDM de blessures et d'usures de toutes sortes seront intégrés dans les modèles. Les personnes concernées pourraient ainsi obtenir des informations essentielles sur le potentiel d'autoguérison des tissus directement pendant l'examen et les stratégies de traitement individuel pourraient être optimisées. Comme le souligne la biophysicienne, la carte en 3D devrait pouvoir être utilisée aussi bien pour les patients victimes d'accidents que pour les processus d'usure liés à l'âge.

Informations

Federica Orellana
Center for X-ray Analytics       
Tél. +41 58 765 6532

PD Dr. Annapaola Parrilli
Center for X-ray Analytics
Tél. +41 58 765 6576
annapaola.parrilli@empa.ch

 


Rédaction / Contact médias
Dr. Andrea Six
Communication
Tél. +41 58 765 6133
redaktion@empa.ch


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