L'aiguille interne pointue (photo schématique et en médaillon) utilisée pour percer le septum cardiaque pour accéder à l'oreillette gauche peut être enfoncée en toute sécurité dans une canule d'aiguille externe émoussée. Après avoir percé, la gaine du dilatateur est avancée sur l'aiguille dans l'oreillette gauche. La sonde comprend deux fibres optiques positionnées à l'intérieur de l'aiguille interne pour l'imagerie par ultrasons à écho d'impulsion :une pour la transmission (Tx) avec la fourniture de lumière d'excitation pulsée à un revêtement optiquement absorbant et une pour la réception (Rx) avec la fourniture d'ondes continues ( CW) à une cavité Fabry-Pérot. L'isolation acoustique entre les fibres Tx et Rx est assurée par un mince septum métallique. Barre d'échelle, 500 µm. Crédit :Finlay et al.
Le tissu cardiaque peut être imagé en temps réel pendant les procédures de trou de serrure à l'aide d'une nouvelle aiguille à ultrasons optique développée par des chercheurs de l'UCL et de l'Université Queen Mary de Londres (QMUL).
La technologie révolutionnaire a été utilisée avec succès pour la chirurgie cardiaque mini-invasive chez les porcs, donner un sans précédent, vue haute résolution des tissus mous jusqu'à 2,5 cm devant l'instrument, à l'intérieur du corps.
Les médecins s'appuient actuellement sur des sondes à ultrasons externes combinées à des analyses d'imagerie préopératoires pour visualiser les tissus mous et les organes pendant les procédures en trou de serrure, car les instruments chirurgicaux miniatures utilisés ne prennent pas en charge l'imagerie par ultrasons interne.
Pour l'étude, publié aujourd'hui dans Lumière :science et applications , l'équipe de chirurgiens, ingénieurs, les physiciens et les chimistes des matériaux ont conçu et construit la technologie des ultrasons optiques pour s'adapter aux dispositifs médicaux à usage unique existants, comme une aiguille.
"L'aiguille à ultrasons optique est parfaite pour les procédures où il y a une petite cible tissulaire qui est difficile à voir pendant la chirurgie en trou de serrure en utilisant les méthodes actuelles et la manquer pourrait avoir des conséquences désastreuses, " a déclaré le Dr Malcolm Finlay, co-responsable de l'étude et cardiologue consultant au QMUL et au Barts Heart Centre.
« Nous avons maintenant une imagerie en temps réel qui nous permet de différencier les tissus à une profondeur remarquable, aider à guider les moments les plus risqués de ces procédures. Cela réduira les risques de complications survenant lors de procédures de routine mais qualifiées telles que les procédures d'ablation du cœur. La technologie a été conçue pour être totalement compatible avec l'IRM et les autres méthodes actuelles, il pourrait donc également être utilisé lors d'une chirurgie cérébrale ou fœtale, ou avec des aiguilles péridurales de guidage."
Imagerie échographique tout optique bidimensionnelle (Mode B) acquise lors de la translation manuelle de la pointe de l'aiguille sur une distance de 4 cm. Au fur et à mesure que la pointe de l'aiguille progressait de l'oreillette haute droite à la veine cave inférieure, le foramen ovale mince s'est manifesté comme une région hypoéchogène entre l'épais limbe fossae ovalis et le tendon de Todaro (avec un artefact diagonal du cathéter et de la gaine ICE). L'imagerie fluoroscopique aux rayons X a été acquise en même temps (en médaillon). Crédit :Finlay et al.
L'équipe a développé la technologie d'imagerie ultrasonore tout optique pour une utilisation en milieu clinique pendant quatre ans. Ils se sont assurés qu'il était suffisamment sensible pour imager des profondeurs de tissus à l'échelle centimétrique lors du déplacement; il s'intégrait dans le flux de travail clinique existant et fonctionnait à l'intérieur du corps.
"Il s'agit de la première démonstration d'imagerie ultrasonore tout optique dans un environnement cliniquement réaliste. En utilisant des fibres optiques bon marché, nous avons pu obtenir une imagerie haute résolution en utilisant des pointes d'aiguille inférieures à 1 mm. Nous espérons maintenant reproduire ce succès dans un certain nombre d'autres applications cliniques où des techniques chirurgicales mini-invasives sont utilisées, " a expliqué le co-responsable de l'étude, Dr Adrien Desjardins (Centre de Sciences Interventionnelles et Chirurgicales Wellcome EPSRC à l'UCL).
La technologie utilise une fibre optique miniature enfermée dans une aiguille clinique personnalisée pour délivrer une brève impulsion lumineuse qui génère des impulsions ultrasonores. Les réflexions de ces impulsions ultrasonores provenant des tissus sont détectées par un capteur sur une seconde fibre optique, donnant une imagerie échographique en temps réel pour guider la chirurgie.
L'une des innovations clés a été le développement d'un matériau flexible noir qui comprenait un maillage de nanotubes de carbone enfermés dans du silicone de qualité clinique appliqué avec précision sur une fibre optique. Les nanotubes de carbone absorbent la lumière laser pulsée, et cette absorption conduit à une onde ultrasonore via l'effet photoacoustique.
Une deuxième innovation a été le développement de capteurs à fibre optique hautement sensibles basés sur des microrésonateurs optiques polymères pour détecter les ondes ultrasonores. Ce travail a été entrepris dans une étude UCL connexe dirigée par le Dr James Guggenheim (UCL Medical Physics &Biomedical Engineering) et récemment publiée dans Photonique de la nature .
"L'ensemble du processus se déroule extrêmement rapidement, donnant une vue en temps réel sans précédent des tissus mous. Il fournit aux médecins une image en direct avec une résolution de 64 microns, ce qui équivaut à seulement neuf globules rouges, et sa sensibilité fantastique nous permet de différencier facilement les tissus mous, " a déclaré le co-auteur de l'étude, Dr Richard Colchester (UCL Physique Médicale &Génie Biomédical).
