Mesurer une fièvre est généralement assez simple :placez un thermomètre sous la langue d'un patient et obtenez une lecture précise de la température en 30 secondes. Mais cette simplicité ne se traduit pas lorsqu'il s'agit de mesurer les températures de tissus spécifiques profondément à l'intérieur du corps.

Les ingénieurs biomédicaux de l'Université Duke ont démontré comment l'imagerie photoacoustique peut prendre la température des tissus profonds plus rapidement et avec plus de précision que les techniques actuelles. Cette découverte devrait jouer un rôle important dans l'avancement des thérapies thermiques pour traiter le cancer. La recherche paraît le 12 février dans la revue Optique .

Le suivi de la température des tissus internes est essentiel pour de nombreuses études biomédicales et thérapies thermales des cancers, affectant souvent l'efficacité ou les effets secondaires d'un traitement.

"Si nous utilisons l'IRM ou l'échographie, nous examinons la température relative et opérons en supposant que le patient a une température de base de 98 degrés Fahrenheit, ce qui n'est pas toujours le cas, " a déclaré Junjie Yao, professeur adjoint de génie biomédical à Duke. "Nous avons trouvé un moyen de mesurer la température absolue en utilisant l'imagerie photoacoustique pour sonder la mémoire thermique du tissu."

Comme le nom l'indique, l'imagerie photoacoustique permet aux chercheurs de combiner les propriétés de la lumière et du son. Cette technique permet aux chercheurs de convertir la lumière émise à travers les tissus en ondes ultrasonores qui peuvent ensuite être analysées pour créer des images haute résolution.

« Il s'agit essentiellement de compresser une seconde de lumière solaire de midi d'été sur une zone d'ongle en une seule nanoseconde, " dit Yao, qui travaille avec la technologie depuis près d'une décennie. "Quand le laser frappe une cellule, l'énergie le fait chauffer un tout petit peu et se dilate instantanément, créer une onde ultrasonore. C'est comme frapper une cloche pour la faire sonner."

Selon Yao, les chercheurs souhaitent depuis longtemps utiliser l'imagerie photoacoustique pour mesurer la température, mais ils ont constamment rencontré des obstacles techniques.

"L'efficacité de conversion entre la lumière et le son dépend de la température, nous savons donc qu'il est possible de mesurer la température en écoutant les ondes sonores générées par la lumière, " dit Yao. " Cependant, nous n'avons pas pu mesurer la température absolue auparavant car le processus lui-même doit savoir combien de photons atteignent le tissu, ce qui est techniquement difficile."

Pour contourner cette information manquante, Yao travaille avec Pei Zhong, un professeur du département de génie mécanique et de science des matériaux qui a généré un chauffage des tissus profonds à l'aide d'ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU). Leur équipe a conçu une nouvelle approche appelée thermométrie photoacoustique basée sur la mémoire d'énergie thermique, ou TENTEZ, qui utilise l'imagerie photoacoustique pour mesurer la « mémoire thermique » du tissu.

Avec TENTATION, les chercheurs prennent une lecture de température de base avant de bombarder le tissu avec une rafale d'impulsions laser d'une nanoseconde. Les impulsions augmentent temporairement la température des tissus, qui est ensuite mesurée à l'aide d'une autre impulsion photoacoustique.

L'équipe de recherche a pu utiliser ces mesures et un modèle mathématique pour estimer la température absolue sans savoir combien de photons ont été délivrés.

La capacité de mesurer plus précisément la température des tissus profonds du corps a des implications importantes pour le traitement du cancer par ablation thermique, qui consiste à chauffer les cellules tumorales à l'aide de HIFU ou d'ondes radio jusqu'à leur mort. Bien que la thermothérapie soit une nouvelle venue dans la bataille contre les cancers, les chercheurs sont très enthousiastes à propos de ce traitement car il ne provoque pas les effets secondaires graves associés à la radiothérapie et à la chimiothérapie.

"L'un des défis de la thermothérapie est que nous devons maintenir la température dans la plage la plus efficace, " Yao a dit. " Si la température est trop élevée, nous pouvons endommager les tissus environnants, et si c'est trop bas, nous ne causons pas assez de dommages à la tumeur. La technologie TEMPT pourrait être intégrée aux traitements pour affiner la température parfaite."

Yao a déclaré que les chercheurs étaient impatients d'explorer la plage de température la plus précise pour tuer efficacement les cellules tumorales. Au-delà du potentiel thérapeutique, Yao et ses collaborateurs examinent également comment leurs travaux peuvent être appliqués à d'autres questions de recherche fondamentale.

"Nous formons déjà de nouvelles collaborations, à la fois avec des médecins et des ingénieurs, continuer à faire progresser cette nouvelle technologie en laboratoire et au-delà, " a déclaré Yao. " C'est très excitant car cela peut potentiellement se traduire par des impacts cliniques et bénéficier aux patients atteints de cancer. "