Imagerie photoacoustique, une technique d'examen de matériaux vivants par l'utilisation de lumière laser et d'ondes sonores ultrasonores, a de nombreuses applications potentielles en médecine en raison de sa capacité à tout montrer, des organes aux vaisseaux sanguins en passant par les tumeurs.

Lihong Wang de Caltech, un pionnier dans le domaine, a développé des variantes d'imagerie photoacoustique qui peuvent montrer des organes en mouvement en temps réel, développer des images tridimensionnelles (3D) des parties internes du corps, et même différencier les cellules cancéreuses des cellules saines.

Wang, Professeur Bren de génie médical et de génie électrique, a maintenant une technologie d'imagerie photoacoustique plus avancée avec ce qu'il appelle la topographie photoacoustique à travers un relais ergodique (PATER), qui vise à simplifier les équipements nécessaires à l'imagerie de ce type.

Pour expliquer le fonctionnement du PATER, quelques informations de base sont nécessaires. L'imagerie photoacoustique fonctionne en envoyant une impulsion de lumière laser dans le tissu à examiner. Lorsque la lumière frappe des molécules dans le tissu, il les fait vibrer, créant des ondes ultrasonores qui traversent le tissu jusqu'à ce qu'elles soient captées par un type de capteur appelé transducteur qui est pressé contre la surface du tissu. Les signaux détectés par les transducteurs sont traités par un ordinateur pour créer une image de la structure interne du tissu.

Ce système fonctionne, mais afin de développer une image claire, plusieurs capteurs sont nécessaires. Une itération de la technologie utilise 512 capteurs qui doivent tous être pressés contre le tissu en même temps.

"Chaque point de la surface doit être couvert par un réseau de transducteurs, et c'est assez coûteux à construire, " dit Wang. " Nous réfléchissons à la façon de rendre notre système moins cher, et portable. Il est difficile de créer une matrice suffisamment compacte pour être portée. »

Rendre le système moins cher et plus compact signifie utiliser moins de capteurs, mais cela rendrait difficile la collecte de suffisamment de données pour développer une image. Maintenant, Wang et son équipe de recherche ont trouvé une solution de contournement :un soi-disant relais ergodique.

En informatique, il existe deux manières principales de transmettre des données :en série et en parallèle. En transmission série, les données sont envoyées en un seul flux via un seul canal de communication. En transmission parallèle, plusieurs données sont envoyées en même temps en utilisant plusieurs canaux de communication.

Les deux types de communication sont à peu près analogues à la façon dont les caisses enregistreuses peuvent être utilisées dans un magasin. La communication série serait comme avoir une seule caisse enregistreuse. Tout le monde se met dans la même file et voit le même caissier. La communication parallèle serait comme avoir plusieurs registres et une ligne pour chacun.

Le système Wang conçu avec 512 capteurs est similaire au magasin avec de nombreuses caisses enregistreuses. Tous les capteurs fonctionnent en même temps, chacun prenant en compte une partie des données sur les vibrations ultrasonores générées par l'impulsion laser.

Étant donné que les vibrations ultrasonores du système arrivent en une courte rafale, un seul capteur serait dépassé s'il était utilisé pour essayer de collecter toutes les données dans ce court laps de temps. C'est là qu'intervient le relais ergodique.

Comme Wang le décrit, un relais ergodique est une sorte de chambre autour de laquelle le son peut résonner. Lorsque les vibrations ultrasonores traversent le relais ergodique, ils sont étirés dans le temps. Pour revenir à la métaphore de la caisse, ce serait comme si un autre employé aidait le caissier unique en disant aux clients de faire quelques tours dans le magasin jusqu'à ce que le caissier soit prêt à les voir, pour que le caissier ne soit pas débordé.

Wang dit que cette première version du système PATER est capable de générer des images 2D mais ne peut pas encore générer d'images 3D comme certains de ses autres systèmes photoacoustiques. Il ajoute que le système, à maturité, pourrait également être utile à d'autres fins médicales en plus de l'imagerie des tissus et des structures corporelles.

"Nous pourrions peut-être l'utiliser pour détecter les niveaux de glucose des patients diabétiques si nous utilisons la longueur d'onde de la lumière absorbée par le glucose, " dit-il. " Peut-être pourrions-nous faire des panels de lipides ? Nous pouvons détecter toutes sortes de produits chimiques si nous adaptons le système à ces molécules. »

Le document décrivant la technologie, intitulé « Topographie photoacoustique instantanée à travers un relais ergodique pour l'imagerie à haut débit de l'absorption optique, " apparaît dans le numéro du 20 janvier de Photonique de la nature .