Vous n'avez peut-être pas entendu parler de la tomographie par cohérence optique, ou OCT. Mais si vous avez récemment consulté un ophtalmologiste, il y a de fortes chances que votre œil se trouve à moins d'un pouce ou deux d'un appareil de numérisation utilisant cette technologie. Des dizaines de milliers de ces appareils sont en place dans les cabinets médicaux, où ils sont largement utilisés pour vérifier les maladies oculaires.

Maintenant, Des scientifiques de l'Université de Stanford ont trouvé comment moderniser ces machines hautes performances avec des composants prêts à l'emploi, augmentant la résolution de l'OCT par plusieurs fois et promettant une détection plus précoce des dommages rétiniens et cornéens, tumeurs naissantes et plus.

Le relativement simple, solution à faible coût—impliquant une paire de lentilles, un morceau de verre dépoli et quelques ajustements logiciels - efface les imperfections qui ont entaché les images obtenues via OCT depuis son invention en 1991. Cette amélioration, combinée à la capacité de la technologie à pénétrer optiquement jusqu'à 2 millimètres dans les tissus, pourrait permettre aux médecins d'effectuer des « biopsies virtuelles, " visualiser les tissus en trois dimensions avec une résolution de qualité microscopique sans exciser les tissus des patients.

Dans une étude qui sera publiée en ligne le 20 juin dans Communication Nature , les chercheurs ont testé l'amélioration dans deux appareils OCT différents disponibles dans le commerce. Ils ont pu visualiser des caractéristiques à l'échelle cellulaire dans des tissus intacts, y compris dans l'oreille d'une souris vivante et le bout d'un doigt humain, a déclaré l'auteur principal de l'étude, Adam de la Zerda, Doctorat, professeur adjoint de biologie structurale. L'auteur principal de l'étude est Orly Liba, étudiante diplômée en génie électrique.

Amélioration de la résolution avec un minimum de bricolage

"Nous avons montré que vous pouvez utiliser efficacement n'importe quel système OCT et, avec des changements minimes, augmenter sa résolution au point où il peut détecter des caractéristiques anatomiques plus petites que la taille d'une cellule typique, " a déclaré de la Zerda.

L'OCT est une entreprise d'un milliard de dollars. Chaque année, plus de 10 millions d'examens OCT sont effectués pour diagnostiquer ou surveiller des affections allant de la dégénérescence maculaire liée à l'âge au mélanome. La technologie a été adaptée pour une utilisation endoscopique dans les maladies pulmonaires, médecine gastro-intestinale et cardiovasculaire.

Un peu analogue à l'échographie, L'OCT pénètre les tissus par voie optique au lieu d'ondes sonores. L'appareil dirige des faisceaux de lumière laser vers un objet, disons, un échantillon de tissu, ou l'œil d'un patient et enregistre ce qui revient lorsque la lumière rebondit sur des éléments réfléchissants dans l'échantillon ou le globe oculaire. Réglage de la profondeur de pénétration, un utilisateur peut balayer couche après couche d'un tissu et, empiler des tranches virtuelles de tissus les unes sur les autres, les assembler pour générer une image volumétrique.

Mais à ce jour, L'OCT continue d'être en proie à une forme de bruit qui, contrairement au bruit aléatoire généré par tout système de détection, ne peut pas être "lavé" simplement en imaginant à plusieurs reprises l'objet d'intérêt et en faisant la moyenne des résultats avec un programme informatique.

Le bruit généré par l'OCT, appelé "moucheté, " est une caractéristique inhérente à l'architecture de l'objet observé et aux propriétés uniques de la lumière laser.

Un photon n'est pas une simple particule. C'est aussi une vague dont la puissance croît et décroît au fur et à mesure qu'elle se déplace, semblable à une vague océanique se dirigeant vers le rivage. Quand deux vagues se heurtent, leur hauteur combinée au moment de leur collision dépend de si chacun était à son apogée, son creux ou quelque part entre les deux.

Quand les photons se déphasent

Les photons composant un faisceau de lumière laser sont en phase :ils partagent la même longueur d'onde, avec leurs pics et leurs creux se produisant de manière synchronisée. Mais lorsque ces photons rebondissent sur deux surfaces distinctes, disons, deux composants proches d'une cellule - la longueur de leurs itinéraires de retour diffère légèrement, donc ils ne sont plus en phase. Maintenant, ils peuvent interférer les uns avec les autres, tout comme les vagues de l'océan se croisent. Ils peuvent s'annuler, créant une tache faussement noire sur l'image résultante. Ou ils peuvent se renforcer mutuellement, créant une tache faussement blanche. Si les positions des composants générateurs de speckle sont fixes, comme c'est le cas dans la plupart des tissus (le sang circulant étant une exception), ces mêmes taches apparaîtront aux mêmes endroits à chaque balayage OCT successif.

"D'autres chercheurs ont essayé diverses solutions, tels que le balayage répété à des angles différents ou à partir de positions adjacentes consécutives ou avec des longueurs d'onde changeantes, ou "supprimer" les taches à l'aide d'un post-traitement informatique, " a déclaré de la Zerda. " Mais le résultat est toujours le même :une image floue. " C'est comme couvrir des taches de rousseur avec une couche de maquillage :un aspect plus lisse, au prix de détails perdus.

En principe, si vous pouviez atteindre avec une pince à épiler moléculaire et déplacer un tout petit peu l'un de ces deux composants interférents, vous changeriez le motif moucheté. Mais tu ne peux pas. Cependant, les scientifiques de Stanford ont trouvé un moyen de faire essentiellement la même chose, optiquement parlant.

"Nous voulions faire danser les mouchetures, donc ils seraient dans un motif légèrement différent à chaque fois que nous scannions le tissu, " dit Liba. " Et nous avons trouvé un moyen de le faire. "

Création d'une image virtuelle

En positionnant quelques lentilles supplémentaires dans la ligne de mire de l'appareil OCT, les enquêteurs ont pu créer une deuxième image - un sosie exact ressemblant à un hologramme de l'échantillon visualisé qui est apparu ailleurs le long de la ligne de visée, entre les lentilles ajoutées et l'échantillon. En insérant ce qu'ils appellent un "diffuseur" - une plaque de verre qu'ils avaient rendue rugueuse en y gravant de minuscules rainures au hasard - juste au bon endroit dans la ligne de mire et en le déplaçant méthodiquement entre chaque série de scans répétés, ils ont obtenu l'équivalent optique de décaler la relation géographique des composants de l'échantillon juste un tout petit peu chaque fois qu'ils l'ont balayé.

Maintenant, la moyenne des images successives a supprimé les taches. L'équipe de Stanford a utilisé la capacité améliorée qui en a résulté pour acquérir des informations détaillées, des images essentiellement sans bruit d'un vivant, oreille de souris anesthésiée.

"Nous avons vu des glandes sébacées, follicules pileux, vaisseaux sanguins, vaisseaux lymphatiques et plus, ", a déclaré Liba.

Ils ont également obtenu des images haute résolution d'une rétine et d'une cornée de souris. Et un regard sans incision au bout du doigt de l'un des co-auteurs de l'étude leur a permis de voir une caractéristique anatomique jamais entrevue auparavant avec l'OCT :le corpuscule de Meissner, un faisceau nerveux responsable des sensations tactiles.

L'avancée technologique contourne un problème vieux de 25 ans qui a constamment limité les capacités de diagnostic de l'OCT, dit de la Zerda.

Le travail est un exemple de l'accent mis par Stanford Medicine sur la santé de précision, dont le but est d'anticiper et de prévenir la maladie chez le sain et de diagnostiquer et traiter précisément la maladie chez le malade.