La fin de l'endoscopie? Une nouvelle technique peut être l'avenir de l'imagerie médicale
Une recherche révolutionnaire présente une technique d'imagerie innovante qui utilise l'échographie pour fournir des images en profondeur de manière non invasive.
L'endoscopie est actuellement l'une des méthodes les plus courantes d'imagerie médicale.Ses utilisations comprennent le diagnostic des conditions qui affectent les poumons, le côlon, la gorge et le tractus gastro-intestinal.
Au cours d'une endoscopie, les professionnels de la santé insèrent un endoscope - un tube long et fin avec une lumière forte et une petite caméra à l'extrémité - dans une petite ouverture, comme la bouche ou une petite incision pratiquée par un chirurgien.
Les endoscopies sont une procédure invasive, quoique minime. Ils peuvent créer de l'inconfort et ne sont pas sans risques. Les effets secondaires potentiels des endoscopies comprennent une sursédation, des crampes, une douleur persistante ou même une perforation tissulaire et des saignements internes mineurs.
Désormais, une découverte innovante pourrait mettre un terme à l'endoscopie. Maysam Chamanzar, professeur adjoint de génie électrique et informatique à l'Université Carnegie Mellon de Pittsburgh, Pennsylvanie, et Matteo Giuseppe Scopelliti, chercheur au doctorat dans le même département, ont mis au point une technique d'imagerie par ultrasons non invasive qui promet de remplacer l'endoscope.
Les chercheurs détaillent leur nouvelle technique dans la revue Lumière: science et applications.
Remplacement de l'objectif physique par un objectif virtuel
Chamanzar et Scopelliti expliquent dans leur article que le tissu biologique, étant un milieu trouble (ou dense et opaque), limite les possibilités des méthodes optiques.
Plus précisément, le tissu est constitué de grosses particules et de membranes et limite la profondeur et la résolution de l'imagerie optique, «en particulier dans le domaine visible et proche infrarouge du spectre».
La nouvelle technique, cependant, utilise les ultrasons pour concevoir une «lentille virtuelle» dans le corps au lieu d'en insérer une physique. L'opérateur peut alors ajuster la lentille en «modifiant les ondes de pression ultrasonores à l'intérieur du support», écrivent les auteurs, et ainsi prendre en profondeur des images jamais accessibles auparavant, à l'aide de moyens non invasifs.
Les ondes ultrasonores peuvent comprimer ou raréfier le milieu qu'elles pénètrent. La lumière se propage plus lentement à travers les supports compressés et plus rapidement dans les supports raréfiés.
Les auteurs expliquent qu'ils ont pu créer la lentille virtuelle en utilisant cet effet de compression / raréfaction:
«Au fur et à mesure que les ondes ultrasonores se propagent à travers le milieu, elles modulent sa densité et donc son indice de réfraction local; le milieu est comprimé dans les régions à haute pression, ce qui donne une densité plus élevée, alors qu'il se raréfie dans les régions à pression négative où la densité locale est réduite. »
«En conséquence», écrivent-ils, «l'onde stationnaire de pression crée un contraste d'indice de réfraction local.»
De plus, l'ajustement ou la reconfiguration des ondes ultrasonores de l'extérieur peut déplacer la lentille à l'intérieur du support, lui permettant de voyager dans différentes régions et de prendre des images à différentes profondeurs.
«Nous avons utilisé des ondes ultrasonores pour sculpter une lentille de relais optique virtuelle dans un milieu cible donné, qui, par exemple, peut être un tissu biologique», explique Chamanzar. «Par conséquent, le tissu est transformé en une lentille qui nous aide à capturer et à relayer les images de structures plus profondes.»
Le chercheur explique en outre comment la technique fonctionne et pourquoi il s'agit d'une étape progressive de visualisation à l'intérieur du corps.
«Ce qui distingue notre travail des méthodes acousto-optiques conventionnelles, c'est que nous utilisons le milieu cible lui-même, qui peut être un tissu biologique, pour affecter la lumière lorsqu'elle se propage à travers le milieu», poursuit Chamanzar. «Cette interaction in situ offre des opportunités de contrebalancer les [obstacles] qui perturbent la trajectoire de la lumière.»
Technique pour «révolutionner l’imagerie médicale»
Certaines des applications de la nouvelle technique comprennent l'imagerie cérébrale, le diagnostic des affections cutanées et l'identification des tumeurs dans divers organes. La méthode peut impliquer un appareil portable ou un patch cutané, selon la zone à surveiller.
En l'appliquant simplement à la surface de la peau, les professionnels de la santé pourraient obtenir des images d'organes internes sans les effets secondaires potentiels et les désagréments d'une endoscopie.
«Être capable de relayer des images d'organes, tels que le cerveau, sans avoir besoin d'insérer des composants optiques physiques, fournira une alternative importante à l'implantation d'endoscopes invasifs dans le corps.»
Maysam Chamanzar
«Cette méthode peut révolutionner le domaine de l'imagerie biomédicale», ajoute-t-il.
«Les médias turbides ont toujours été considérés comme des obstacles pour l'imagerie optique», ajoute le co-auteur Scopelliti. "Mais nous avons montré que ces médias peuvent être convertis en alliés pour aider la lumière à atteindre la cible souhaitée."
«Lorsque nous activons les ultrasons avec le motif approprié, le milieu trouble devient immédiatement transparent. Il est passionnant de réfléchir à l'impact potentiel de cette méthode sur un large éventail de domaines, des applications biomédicales à la vision par ordinateur.
