Microscopie photoacoustique à résolution optique (OR-PAM), une nouvelle technique d'imagerie hybride, nous permet d'écouter le son de la lumière et de voir la couleur du tissu biologique lui-même. Il peut être utilisé pour vivre, imagerie fonctionnelle multicontraste, mais le choix limité de longueur d'onde de la plupart des lasers commerciaux et les limitations des méthodes de balayage existantes ont signifié que l'OR-PAM ne peut obtenir qu'un ou deux types de contraste différents en un seul balayage. Ces limitations ont rendu l'imagerie fonctionnelle multicontraste chronophage, et il a été difficile de saisir les changements dynamiques de l'information fonctionnelle dans les tissus biologiques.

Pour surmonter ces limites, Lidai Wang et son équipe de recherche à la City University of Hong Kong ont récemment développé un système OR-PAM à plusieurs longueurs d'onde basé sur une seule source laser. Comme indiqué dans Photonique avancée , le nouveau système permet une imagerie multicontraste simultanée de la concentration d'hémoglobine, vitesse du flux sanguin, saturation en oxygène du sang, et concentration lymphatique. Ces informations fonctionnelles peuvent fournir des informations subcellulaires importantes pour les scientifiques qui étudient les modèles de maladies, par exemple dans la recherche sur le cancer.

Microscopie photoacoustique à résolution optique

Sur la base des propriétés d'absorption intrinsèques du tissu biologique ciblé, l'imagerie photoacoustique tire parti du fait que lorsque le tissu est ciblé par un faisceau laser pulsé, il absorbe la lumière et génère instantanément de la chaleur. Cette chaleur provoque une dilatation thermique, qui génère une onde ultrasonore mécanique, connue sous le nom d'onde photoacoustique (PA). Après avoir collecté l'onde PA par transducteur ultrasonore et reconstitué le signal, les scientifiques peuvent acquérir une image montrant la répartition de l'absorption de la lumière dans les tissus biologiques.

La microscopie photoacoustique à résolution optique fournit des informations d'image à haute résolution et à contraste élevé pour la structure, morphologie, fonction, et le métabolisme des tissus biologiques, avec des perspectives d'applications larges en imagerie biomoléculaire.

Source laser à fibre à cinq longueurs d'onde

L'équipe de Wang a amélioré l'OR-PAM en développant une source laser à fibre à cinq longueurs d'onde basée sur une source laser nanoseconde à une seule longueur d'onde. Le temps de commutation entre les différentes longueurs d'onde se produit sur une échelle de temps inférieure à la microseconde, qui ouvre des possibilités pour OR-PAM multifonctionnel simultané. L'équipe de Wang a validé la stabilité du système en mesurant la fluctuation et la dérive de l'énergie, et testé la profondeur d'imagerie, ainsi que la résolution latérale et axiale pour l'imagerie OR-PAM.

Selon Wang, le système est basé sur l'effet de diffusion Raman stimulée (SRS). Essentiellement, la source laser pompée peut générer un faisceau laser diffusé avec une longueur d'onde plus longue que le faisceau incident d'origine à travers la fibre optique. Lorsque l'énergie de la source laser pompée dépasse un certain seuil, la longueur d'onde SRS générée maintient une directivité élevée, haute monochromaticité, et une grande cohérence, ce qui le rend très approprié comme source laser d'OR-PAM. Les multiples longueurs d'onde diffusées peuvent être utilisées pour l'imagerie photoacoustique à contrastes multiples.

Imagerie multifonctionnelle et modélisation de la maladie

L'équipe de Wang a également développé une méthode de traitement d'images multiparamétrique pour calculer le diamètre, profondeur, tortuosité, et d'autres paramètres physiologiques dans les vaisseaux microvasculaires, fournissant une base d'analyse d'images pour modéliser la maladie. En utilisant le OR-PAM à cinq longueurs d'onde, l'équipe de recherche a en outre réalisé une imagerie multifonctionnelle du développement tumoral, clairance lymphatique, et l'imagerie cérébrale.

Dans leur premier pas, ils ont réalisé une imagerie microscopique multifonctionnelle de petits animaux in vivo, y compris la concentration d'hémoglobine, vitesse du flux sanguin, Saturation d'oxygène, et concentration lymphatique. Ils ont également analysé les différences morphologiques et fonctionnelles (y compris le diamètre, débit sanguin, taux d'oxygène dans le sang, etc.) de différents vaisseaux sanguins dans la zone d'imagerie.

Étant donné que l'OR-PAM multifonctionnel traditionnel nécessite plusieurs balayages et plusieurs sources laser pour obtenir de tels résultats, leur travail a permis de résoudre deux problèmes importants. L'une est que le microenvironnement des vaisseaux sanguins dans le tissu change avec le temps, ainsi, plusieurs balayages à long terme provoquent des incohérences dans l'imagerie fonctionnelle. L'autre est l'asynchronie entre les différentes sources laser. De telles fluctuations provoquent des erreurs systématiques de calcul. Cette nouvelle méthode permet de réaliser une imagerie multifonctionnelle avec une seule source laser et en un seul balayage, ce qui non seulement raccourcit considérablement le temps d'imagerie, mais améliore également la précision de l'imagerie.

Wang remarque, "À l'avenir, en optimisant la méthode de numérisation, et en combinant avec l'OR-PAM multi-longueurs d'onde dans ce travail, L'imagerie en temps réel des changements dynamiques des paramètres physiologiques dans certains modèles de maladies peut être réalisée. »