Laser

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Des chercheurs du laboratoire MIT Lincoln et leurs collaborateurs du centre de recherche et de traduction (CURT) du Massachusetts General Hospital (MGH) ont développé un nouveau dispositif d'imagerie médicale : l'échographie laser sans contact (NCLUS). Ce système à ultrasons laser fournit des images des caractéristiques intérieures du corps telles que les organes, la graisse, les muscles, les tendons et les vaisseaux sanguins. Le système mesure également la solidité des os et pourrait permettre de suivre les stades de la maladie au fil du temps.

"Notre concept breveté de système laser sans danger pour la peau vise à transformer l'échographie médicale en surmontant les limites associées aux sondes de contact traditionnelles", explique le chercheur principal Robert Haupt, membre du personnel senior du groupe Active Optical Systems du Lincoln Laboratory. Haupt et Charles Wynn, membre du personnel senior, sont les co-inventeurs de la technologie, le chef de groupe adjoint Matthew Stowe assurant la direction technique et la supervision du programme NCLUS. Rajan Gurjar est le responsable de l'intégrateur système, avec Jamie Shaw, Bert Green, Brian Boitnott (maintenant à l'Université de Stanford) et Jake Jacobsen collaborant à l'ingénierie optique et mécanique et à la construction du système.

L'échographie médicale en pratique

Si votre médecin vous prescrit une échographie, vous pouvez vous attendre à ce qu'un échographiste hautement qualifié presse et manipule un ensemble de transducteurs, installés dans un appareil portatif, sur votre corps. Lorsque l'échographiste pousse la sonde du transducteur sur votre peau, des ondes acoustiques à haute fréquence (ondes ultrasonores) pénètrent et se propagent dans les tissus de votre corps, où elles « font écho » sur différentes structures et caractéristiques tissulaires. Ces échos se manifestent à partir de l'impédance acoustique ou d'un changement dans la résistance des tissus (douceur ou rigidité des tissus), de la graisse, des muscles, des organes, des vaisseaux sanguins et des os situés profondément à l'intérieur du corps. La sonde reçoit les échos de retour, qui sont assemblés en images représentatives des caractéristiques internes du corps. Des schémas de traitement spécialisés (traitement d'ouverture synthétique) sont utilisés pour construire les formes des caractéristiques des tissus en 2D ou 3D, et ces constructions sont ensuite affichées sur un écran d'ordinateur en temps réel.

Grâce aux ultrasons, les médecins peuvent « voir » de manière non invasive l’intérieur du corps pour visualiser divers tissus et leurs géométries. L'échographie peut également mesurer le flux sanguin pulsé dans les artères et les veines et caractériser les propriétés mécaniques (élastographie) des tissus et des organes. L'échographie est couramment utilisée pour aider les médecins à évaluer et à diagnostiquer divers problèmes de santé, maladies et blessures. Par exemple, l’échographie peut être utilisée pour imager l’anatomie d’un fœtus en développement, détecter des tumeurs et mesurer le degré de rétrécissement ou de fuite des valvules cardiaques. Qu'il s'agisse d'appareils portables sur iPhone ou de systèmes sur chariot, l'échographie est hautement portable, relativement peu coûteuse et largement utilisée dans les lieux de soins et sur le terrain distant.

Limites de l'échographie

Bien que les systèmes à ultrasons médicaux de pointe puissent résoudre les caractéristiques des tissus à quelques fractions de millimètre près, la technique présente certaines limites. La manipulation à main levée de la sonde par les échographistes pour obtenir la meilleure fenêtre de visualisation de l'intérieur du corps entraîne des erreurs d'imagerie. Plus précisément, lorsque les échographistes appliquent une pression sur la sonde au toucher, ils compriment de manière aléatoire le tissu local là où la sonde entre en contact, provoquant des changements imprévisibles dans les propriétés des tissus qui ont un impact sur les trajets des ondes ultrasonores. Cette compression déforme les images des caractéristiques des tissus avec une certaine imprévisibilité, ce qui signifie que les formes des caractéristiques ne sont pas tracées avec précision. De plus, l’inclinaison de la sonde, même légèrement, modifie le plan angulaire de la vue de l’image, ce qui incline l’image et crée une incertitude quant à l’emplacement des éléments dans le corps.

La distorsion de l'image et l'incertitude de référence de position sont suffisamment importantes pour que l'échographie ne puisse pas déterminer avec suffisamment de confiance, par exemple, si une tumeur grossit ou rétrécit et où elle se situe précisément dans le tissu hôte. De plus, l’incertitude quant à la taille, à la forme et à la position des éléments varie lors de mesures répétées, même pour le même échographiste essayant de revenir sur ses pas. Cette incertitude, appelée variabilité entre les opérateurs, est plus grave lorsque différents échographistes tentent la même mesure, conduisant à une variabilité inter-opérateurs. En raison de ces inconvénients, l’échographie est souvent limitée dans le suivi des tumeurs cancéreuses et d’autres états pathologiques. Au lieu de cela, des méthodes telles que l’imagerie par résonance magnétique (IRM) et la tomodensitométrie (TDM) sont mandatées pour suivre l’évolution des maladies – même avec leur coût beaucoup plus élevé, leur taille et leur complexité de système plus grandes et le risque de rayonnement imposé.