Un nouvel endoscope voit ce qui se cache en dessous

Un endoscope équipé d'un laser infrarouge et d'un petit miroir pourrait un jour aider les médecins à diagnostiquer les premiers signes de cancer et d'autres maladies et faciliter la chirurgie. Un chercheur de l'Université de Floride a conçu un prototype d'appareil qui capture des images jusqu'à deux millimètres sous la surface des tissus, fournissant des images tridimensionnelles haute résolution à des vitesses vidéo.

Portée souterraine : Un nouveau prototype d'endoscope prend des images sous la surface des organes et des tissus. La lunette fonctionne à travers un minuscule miroir millimétrique (ci-dessus) qui pivote, réfléchissant un faisceau laser pour produire des images microscopiques en trois dimensions. Le prototype actuel est plus étroit que la largeur d'un sou (ci-dessous).

Dans l'endoscopie typique, les médecins enfilent une fibre longue et mince équipée d'une caméra dans les voies respiratoires ou le tractus gastro-intestinal d'un patient pour rechercher des anomalies. Les images, affichées sur un moniteur en temps réel, peuvent révéler des signes d'infection, d'hémorragie interne, d'ulcères et de tumeurs à la surface des tissus. Mais les endoscopes d'aujourd'hui ne montrent qu'une image superficielle - ils ne révèlent pas ce qui se passe sous la surface, comme le développement précoce d'une tumeur.

Quatre-vingt-cinq pour cent des cancers proviennent de l'épithélium, qui mesure environ deux millimètres de profondeur, selon Huikai Xie , professeur agrégé de génie électrique et informatique et directeur de la Laboratoire de Biophotonique et Microsystèmes . En plus de son potentiel pour détecter les premiers signes de cancer, dit-il, la portée pourrait s'avérer utile en tant qu'outil chirurgical, aidant les chirurgiens à déterminer à quelle profondeur une tumeur est enfoncée dans les tissus. Si vous devez retirer la tumeur, les chirurgiens ont du mal à déterminer quand arrêter. Avec un outil en temps réel et haute résolution, ils en seront sûrs.

John Saltzman, gastro-entérologue et directeur de l'endoscopie au Brigham and Women's Hospital, affirme qu'une telle technique aiderait à identifier les premiers signes de cancer, en particulier dans l'œsophage. Dans une maladie appelée œsophage de Barett, par exemple, les cellules qui tapissent l'œsophage subissent un changement qui augmente le risque de cancer, explique Saltzman, qui n'est pas impliqué dans la recherche. Cette technologie serait un avantage pour nous pour détecter de telles anomalies.

Au lieu d'une minuscule caméra à la pointe, l'endoscope de Xie est équipé d'un scanner infrarouge et d'un petit miroir, qui scanne les tissus couche par couche pour fournir une image tridimensionnelle avec une résolution microscopique. La technique est basée sur une méthode appelée tomographie par cohérence optique (OCT). Différents tissus, tels que les tissus cancéreux par rapport aux tissus normaux, réfléchissent la lumière différemment. Un interféromètre mesure la lumière réfléchie et soustrait la lumière diffusée. La modification de la longueur du bras modifie la profondeur à laquelle la lumière est directement réfléchie, produisant des images de différentes couches, qui forment ensemble une image tridimensionnelle. La méthode est similaire à la technologie des ultrasons et est souvent appelée ultrasons optiques.

Aujourd'hui, l'OCT est utilisé en optométrie pour imager la rétine à la recherche de signes de glaucome et de dégénérescence maculaire. Cette technologie, utilisée pour scanner à l'extérieur du corps, implique un équipement encombrant nécessitant beaucoup de puissance. Ce n'est que récemment que les chercheurs se sont penchés sur la réduction de la technologie à une échelle microscopique pouvant être insérée dans le corps humain. Le défi a été de rendre la technologie suffisamment petite pour passer dans les voies respiratoires humaines tout en utilisant de très petites quantités de tension pour balayer la lumière infrarouge.

Le prototype de Xie utilise une approche basée sur le MEMS (système microélectromécanique), centrée sur un minuscule miroir millimétrique. Xie et ses étudiants ont conçu le miroir avec de minuscules actionneurs, ou supports mécaniques, qui font pivoter le miroir. Alors que la lumière infrarouge se dirige vers l'endoscope, le miroir dirige la lumière d'avant en arrière, illuminant une tranche de tissu. La lumière réfléchie rebondit dans l'endoscope et est analysée et représentée sur un écran en temps réel.

Le miroir peut pivoter de 200 tours par seconde, à un angle de 100 degrés, permettant à l'oscilloscope d'effectuer une imagerie rapide en temps réel. Xie a testé l'endoscope sur des rats, prenant des images 3D de langues de rat et de souris.

Le prototype est encore trop gros pour être utilisé chez l'homme – il nécessite un diamètre total de 5 millimètres pour s'adapter à toutes ses pièces. Cependant, Xie prévoit de miniaturiser davantage la conception et testera le modèle sur des animaux plus gros comme les porcs et les chèvres l'année prochaine. Il a récemment créé une entreprise, WiOptix , et recherche un financement auprès des National Institutes of Health pour aider à commercialiser la technologie.

Eric Seibel , professeur agrégé de recherche en génie mécanique et directeur du Laboratoire de photonique humaine à l'Université de Washington, affirme que les cliniciens devraient être formés pour interpréter les images OCT, qui ressemblent davantage à des images échographiques qu'à des images visuelles obtenues à partir de caméras vidéo. Il ajoute que la taille déterminera si les endoscopes basés sur l'OCT fonctionnent. [Cette conception] est un peu plus compacte, mais elle fait toujours plus de cinq millimètres, explique Seibel. Ce n'est pas encore tout à fait là, mais c'est un pas dans la bonne direction.

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