Bien que l'échographie soit l'un des outils d'imagerie médicale les plus courants, les appareils à ultrasons électroniques conventionnels ont tendance à être encombrants et ne peuvent pas être utilisés en même temps que certaines autres technologies d'imagerie. Un nouveau système à ultrasons qui utilise optique, au lieu de composants électroniques, pourrait améliorer les performances tout en offrant aux médecins beaucoup plus de flexibilité dans la façon dont ils utilisent les ultrasons pour diagnostiquer et traiter les problèmes médicaux.

Dans la revue The Optical Society (OSA) Optique Biomédicale Express , des chercheurs démontrent pour la première fois l'utilisation d'un imageur à ultrasons tout optique pour le débit vidéo, Imagerie 2D en temps réel des tissus biologiques. Cette réalisation est une étape importante pour rendre l'échographie tout optique pratique pour une utilisation clinique de routine.

Parce qu'ils ne nécessitent aucun composant électronique dans la sonde d'imagerie, les systèmes d'échographie tout optique pourraient être utilisés en toute sécurité en même temps que les scanners d'imagerie par résonance magnétique (IRM). Cela donnerait aux médecins une image plus complète des tissus autour d'une zone d'intérêt, comme une tumeur ou un vaisseau sanguin.

"Les sondes d'imagerie ultrasonore tout optique ont le potentiel de révolutionner les interventions guidées par l'image, " a déclaré Erwin J. Alles, Collège universitaire de Londres, Royaume-Uni. « Un manque d'électronique et la compatibilité IRM qui en résulte permettront un véritable guidage d'images multimodalités, avec des sondes qui ne représentent potentiellement qu'une fraction du coût des homologues électroniques conventionnels."

Les miroirs de balayage Lightbeam intégrés à l'appareil augmentent la qualité de l'image et permettent d'acquérir des images dans différents modes. En milieu clinique, cela permettrait aux médecins de basculer rapidement entre les modes sur un seul instrument en fonction de la tâche à accomplir. L'acquisition de différents types d'images à l'aide de systèmes à ultrasons conventionnels nécessite généralement des sondes spécialisées distinctes.

« La flexibilité offerte par les miroirs de balayage permettra une commutation transparente entre l'imagerie 2D et 3D, ainsi qu'un compromis réglable dynamiquement entre la résolution de l'image et la profondeur de pénétration, sans avoir besoin d'échanger la sonde d'imagerie, " a déclaré Alles. " Surtout dans un cadre interventionnel peu invasif, l'échange de sondes d'imagerie est très perturbateur, allonge la durée des procédures et introduit des risques pour le patient."

Éliminer l'électronique

Les imageurs à ultrasons conventionnels utilisent des réseaux de transducteurs électroniques pour transmettre des ondes sonores à haute fréquence dans les tissus et recevoir les réflexions. Un ordinateur construit ensuite des images du tissu.

Par contre, les imageurs à ultrasons tout optique utilisent la lumière pour transmettre et recevoir des ondes ultrasonores. La lumière laser pulsée est utilisée pour générer des ondes ultrasonores, et les miroirs de balayage contrôlent l'endroit où les ondes sont transmises dans le tissu. Un capteur à fibre optique reçoit les ondes réfléchies.

Les composants électroniques des appareils à ultrasons classiques les rendent difficiles à miniaturiser pour un usage interne, donc la plupart des appareils à ultrasons existants sont volumineux, sondes à main qui sont placées contre la peau. Bien que certaines sondes à ultrasons à haute résolution mini-invasives aient été développées, ils sont trop chers pour une utilisation clinique de routine. Les composants optiques sont facilement miniaturisés et de minuscules sondes à ultrasons entièrement optiques seraient probablement beaucoup moins chères à fabriquer que les systèmes à ultrasons électroniques compacts, disent les chercheurs.

Accélérer le traitement des images

Pour générer des images, un système à ultrasons tout optique doit acquérir des données à partir de plusieurs emplacements de sources optiques, combinez-les ensemble, puis créez une visualisation qui reconstruit la zone imagée.

Les chercheurs ont déjà démontré l'utilisation d'ultrasons tout optique pour générer des images 2D et 3D de haute qualité, mais l'acquisition des images a pris des heures, rendant ces dispositifs trop lents pour être utilisés en milieu clinique. La nouvelle démonstration est la première à acquérir et à afficher des images avec des ultrasons tout optique à des fréquences vidéo.

"Grâce à la combinaison d'un nouveau paradigme d'imagerie, nouveaux matériaux optiques générateurs d'ultrasons, des géométries de source d'ultrasons optimisées et un détecteur d'ultrasons à fibre optique très sensible, nous avons atteint des cadences d'images jusqu'à trois ordres de grandeur plus rapides que l'état de l'art actuel, " dit Alles.

Un outil médical multifonction

Les systèmes à ultrasons optiques sont intrinsèquement plus polyvalents que leurs homologues électroniques car ils peuvent produire du son à une bande passante beaucoup plus large. Alles et ses collègues ont démontré comment la source lumineuse peut être manipulée pour générer des ultrasons à basse fréquence, ce qui se traduit par une plus grande pénétration dans les tissus, ou ultrasons à haute fréquence, qui offre des images de plus haute résolution à une profondeur moindre.

L'équipe a testé son système prototype en imaginant un poisson zèbre décédé, ainsi qu'une artère de porc qu'ils ont manipulée pour imiter la dynamique du sang pulsé. La démonstration a montré des capacités d'imagerie comparables à un système électronique à ultrasons à haute fréquence, avec une fréquence d'images soutenue de 15 Hertz, une plage dynamique de 30 décibels, une profondeur de pénétration de 6 millimètres et une résolution de 75 sur 100 micromètres.

Adapter la technologie à une utilisation clinique, les chercheurs travaillent à développer une longue, sonde d'imagerie flexible pour une utilisation à main levée, ainsi que des versions miniaturisées pour les applications endoscopiques.