Une découverte en imagerie médicale pourrait transformer le diagnostic du cancer et de l'arthrite

Dans l'étude, publiée enIngénierie biomédicale de la nature,L'équipe montre que leur technologie peut fournir des scans d'imagerie par tomographie photoacoustique (PAT) aux médecins en temps réel, leur fournissant des images précises et complexes des vaisseaux sanguins,aider à informer les soins aux patients.

Photoacoustic tomography imaging uses laser-generated ultrasound waves to visualise subtle changes (an early marker of disease) in the less-than-millimetre-scale veins and arteries up to 15mm deep in human tissues.

Cependant, jusqu'à présent, la technologie PAT existante était trop lente pour produire des images 3D de qualité suffisante pour être utilisées par les cliniciens.

Lors d'une tomodensitométrie, les patients doivent être complètement immobiles, ce qui signifie que tout mouvement lors d'une tomodensitométrie plus lente peut rendre les images floues et ne pas garantir des images cliniquement utiles.

Les anciens scanners PAT prenaient plus de cinq minutes pour prendre une image -- en réduisant ce temps à quelques secondes ou moins,la qualité de l'image est beaucoup améliorée et beaucoup plus adaptée pour les personnes fragiles ou mal.

Les chercheurs affirment que le nouveau scanner pourrait aider à diagnostiquer le cancer, les maladies cardiovasculaires et l'arthrite dans un délai de trois à cinq ans, sous réserve d'autres tests.

L'auteur correspondant, le professeur Paul Beard (physique médicale et génie biomédical de l'UCL et centre Wellcome/EPSRC pour les sciences interventionnelles et chirurgicales), a déclaré:"Nous avons beaucoup progressé avec l'imagerie photo-acoustique ces dernières années., mais il y avait encore des obstacles à son utilisation en clinique.

"La percée de cette étude est l'accélération du temps nécessaire à l'acquisition d'images, qui est entre 100 et 1000 fois plus rapide que les scanners précédents.

"Cette vitesse évite le flou induit par le mouvement, fournissant des images très détaillées d'une qualité qu'aucun autre scanner ne peut fournir.Les images peuvent être acquises en temps réel, permettant de visualiser des événements physiologiques dynamiques.

"Ces avancées techniques rendent le système adapté pour une utilisation clinique pour la première fois, ce qui nous permet d'examiner des aspects de la biologie humaine et des maladies que nous n'avions pas pu faire auparavant.

"Il est maintenant nécessaire d'effectuer davantage de recherches auprès de groupes plus importants de patients pour confirmer nos résultats".

Le professeur Beard a ajouté qu'une utilisation potentielle clé du nouveau scanner était d'évaluer l'arthrite inflammatoire, qui nécessite de scanner les 20 articulations des doigts des deux mains.cela peut être fait en quelques minutes -- les scanners PAT plus anciens prennent presque une heure, ce qui est trop long pour les patients âgés et fragiles, a-t-il dit.

Test du scanner sur des patients

Dans l'étude, l'équipe a testé le scanner lors de tests précliniques sur 10 patients atteints de diabète de type 2, de polyarthrite rhumatoïde ou de cancer du sein, ainsi que sur sept volontaires en bonne santé.

Chez trois patients atteints de diabète de type 2, le scanner a pu produire des images 3D détaillées de la microvasculaire des pieds, mettant en évidence des déformations et des changements structurels dans les vaisseaux sanguins.Le scanner a été utilisé pour visualiser l' inflammation de la peau liée au cancer du sein.

Andrew Plumb, professeur agrégé d'imagerie médicale à l'UCL et radiologue consultant à l'UCLH et auteur principal de l'étude, a déclaré:" L'une des complications que souffrent souvent les diabétiques est un faible débit sanguin dans les extrémités., comme les pieds et les jambes, en raison de lésions des minuscules vaisseaux sanguins dans ces zones.Mais jusqu'à maintenant, nous n'avons pas été en mesure de voir exactement ce qui se passe pour causer ces dommages ou caractériser comment il se développe.

"A l'un de nos patients, nous avons pu voir des vaisseaux sanguins lisses et uniformes dans le pied gauche et des vaisseaux sanguins déformés et tortueux dans la même région du pied droit,indiquant des problèmes pouvant entraîner des lésions tissulaires à l'avenirL'imagerie photoacoustique pourrait nous donner des informations beaucoup plus détaillées pour faciliter le diagnostic précoce, ainsi que pour mieux comprendre la progression de la maladie de manière plus générale. "

Tomographie photo-acoustique

Depuis son développement précoce en 2000,Le PAT a longtemps été présenté comme ayant le potentiel de révolutionner notre compréhension des processus biologiques et d'améliorer l'évaluation clinique du cancer et d'autres maladies majeures..

Il fonctionne en utilisant l'effet photoacoustique, qui se produit lorsque les matériaux absorbent la lumière et produisent des ondes sonores.

Les scanners PAT fonctionnent en tirant de très courts éclats laser sur des tissus biologiques.provoquant une légère augmentation de la chaleur et de la pression qui à son tour génère une vague d'échographie faible contenant des informations sur les tissusLe processus se déroule en une fraction de seconde.

Dans des recherches antérieures, les physiciens et les ingénieurs de l'UCL (dirigés par le professeur Beard) ont découvert que l'onde ultrasonique peut être détectée à l'aide de la lumière.

Au début des années 2000, ils ont mis au point un système où une onde sonore provoque de minuscules changements d'épaisseur d'un film plastique mince qui peut être mesuré à l'aide d'un faisceau laser hautement réglé.

Les résultats ont révélé des structures tissulaires jamais vues auparavant.

Comment le PAT pourrait aider à la détection des maladies

Pour certaines affections, comme la maladie vasculaire périphérique (PVD), une complication du diabète,les premiers signes de changements dans les minuscules vaisseaux sanguins indiquant la maladie ne peuvent pas être vus en utilisant des techniques d'imagerie conventionnelles telles que les IRM.

Mais avec les images PAT, elles peuvent -- offrant le potentiel de traitement avant que le tissu ne soit endommagé et pour éviter une mauvaise cicatrisation des plaies et l'amputation, dit le journal.Les maladies pulmonaires affectent plus de 25 millions de personnes aux États-Unis et en Europe., ajoute-t-il.

De même, avec le cancer, les tumeurs ont souvent une forte densité de petits vaisseaux sanguins trop petits pour être vus avec d'autres techniques d'imagerie.

Le Dr Nam Huynh, de l'UCL Physique médicale et génie biomédical, qui a développé le scanner avec son collègue le Dr Edward Zhang, a déclaré:"L'imagerie photo-acoustique pourrait être utilisée pour détecter la tumeur et la surveiller relativement facilementElle pourrait également être utilisée pour aider les chirurgiens cancéreux à mieux distinguer les tissus tumoraux des tissus normaux en visualisant les vaisseaux sanguins de la tumeur.aider à assurer l'élimination de toute la tumeur pendant la chirurgie et minimiser le risque de récidiveJe peux imaginer de nombreuses façons qu'il sera utile. "

Le docteur Huynh a ajouté que l'un des principaux avantages de cette technologie était qu'elle était sensible à l'hémoglobine.

Amélioration et test de la vitesse du scanner

Dans cette étude, les chercheurs de l'UCL ont cherché à surmonter le problème de vitesse en réduisant le temps nécessaire pour acquérir des images.Ils l'ont réalisé en innovant dans la conception du scanner et les mathématiques utilisées pour générer les images.

Contrairement aux scanners PAT précédents, qui mesuraient les ondes ultrasonores à plus de 10 000 points différents sur la surface des tissus, un à la fois,Le nouveau scanner les détecte simultanément à plusieurs endroits., ce qui réduit considérablement le temps d'acquisition de l'image.

L'équipe de recherche a également utilisé des principes mathématiques similaires à ceux utilisés dans la compression d'images numériques.Cela a permis de reconstituer des images de haute qualité à partir de quelques milliers (plutôt que de dizaines de milliers) de mesures de l'onde ultrasonoreCes innovations ont réduit le temps d'imagerie à quelques secondes ou moins d'une seconde.éliminant le flou de mouvement et permettant de prendre des images des changements dynamiques du tissu.

Les scientifiques ont déclaré qu'il fallait plus de recherches avec un groupe plus large de patients pour confirmer les résultats de leur étude et la mesure dans laquelle le scanner serait cliniquement utile dans la pratique.

Les premières étapes pour développer la tomographie photoacoustique pour l'imagerie médicale ont été prises en 2000, mais les origines de la technique remontent à 1880, lorsque l'ancien étudiant de l'UCL, Alexander Graham Bell,fraîche de l'invention du téléphone, a observé la conversion de la lumière du soleil en son audible.

En 2019, des membres de l'équipe de recherche de l'UCL ont fondé DeepColor Imaging, une société dérivée de l'UCL qui commercialise maintenant une gamme de scanners basés sur la technologie PAT dans le monde entier.

Cette recherche a été soutenue par Cancer Research UK, le Engineering & Physical Sciences Research Council, Wellcomele Conseil européen de la recherche et l'Institut national de recherche sur la santé, l'University College London Hospitals et le centre de recherche biomédicale.

Source de l'histoire:

Matériauxfournis parCollège universitaire de Londres.Note: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.