Un petit appareil d’imagerie pourrait améliorer la détection du cancer gastro-intestinal

Le cancer gastro-intestinal (GC) est l’un des cancers les plus courants et représente jusqu’à un tiers de tous les décès par cancer dans le monde. Un diagnostic précoce est un moyen efficace de réduire la mortalité associée aux GC, et le dépistage endoscopique s’est avéré être une excellente approche pour détecter les tumeurs potentiellement malignes.

Pour étendre les bénéfices des programmes de dépistage au plus grand nombre de personnes possible, les systèmes d’imagerie utilisés doivent être peu coûteux à fabriquer et à exploiter, tout en étant suffisamment précis pour atteindre de faibles taux de fausses détections. Pour y parvenir, les scientifiques expérimentent différentes modalités d’imagerie.

Parmi eux, l’imagerie du domaine des fréquences spatiales (SFDI) est une technique prometteuse pour distinguer les tissus sains des tissus malins. SFDI consiste à projeter un motif lumineux 2D répétitif sur une zone cible. En étudiant l’intensité des motifs lumineux réfléchis, il est possible d’obtenir des informations sur les propriétés optiques du tissu examiné, qui peuvent révéler la présence de lésions cancéreuses. Cependant, malgré la simplicité et le prix abordable de cette modalité d’imagerie, les systèmes SFDI actuels sont trop volumineux pour s’adapter aux endoscopes standards, limitant ainsi leur utilisation dans le dépistage par GC.

C’est dans cet esprit que les chercheurs Jane Crowley et George Gordon de l’Université de Nottingham ont récemment développé un dispositif SFDI innovant qui s’avère prometteur pour des applications en endoscopie gastro-intestinale. Leur étude, publiée dans le Journal d’optique biomédicalepourrait contribuer à rendre le dépistage par GC plus accessible à la population générale.

Un défi majeur dans cette étude était de trouver une méthode permettant de générer les modèles de lumière nécessaires pour réaliser le SFDI de manière pratique et rentable.

Les systèmes existants ne conviennent pas à une utilisation endoscopique de routine dans le tractus gastro-intestinal, soit parce qu’ils utilisent des projecteurs basés sur des dispositifs à micromiroirs numériques, qui sont coûteux et ne peuvent pas être suffisamment miniaturisés, soit parce qu’ils utilisent des faisceaux de fibres qui produisent des motifs à un ensemble limité de longueurs d’onde et produisent des images de mauvaise qualité. Ne prenez que des images en basse résolution ou utilisez des endoscopes rigides qui ne sont pas assez flexibles.

Jane Crowley de l’Université de Nottingham

Pour résoudre ces problèmes, les chercheurs ont développé un système SFDI ultraminiature qui utilise un faisceau de fibres optiques personnalisé comme projecteur. Le faisceau de fibres se compose de sept fibres optiques qui peuvent être couplées indépendamment à des sources laser de différentes longueurs d’onde. En injectant un seul laser d’une longueur d’onde spécifique dans deux fibres différentes, on peut utiliser le phénomène d’interférence pour projeter un motif sinusoïdal bidimensionnel sur le tissu cible. Les propriétés spatiales du motif résultant peuvent être ajustées en sélectionnant différentes paires de fibres, et des motifs comprenant jusqu’à trois longueurs d’onde différentes (par exemple vert, rouge et bleu) peuvent être projetés simultanément.

En combinant cette approche de projection avec une caméra ultraminiature (1 mm x 1 mm), les chercheurs ont développé un prototype de système SFDI d’un diamètre de seulement 3 mm. À l’aide d’un algorithme personnalisé qui suit les variations de phase dans les modèles sinusoïdaux projetés, ils ont également réussi à réduire le bruit dans les profils d’absorption et de diffusion capturés.

Des expériences avec des fantômes tissulaires imitant les propriétés optiques des tissus sains et cancéreux ont montré que le dispositif proposé peut fournir un excellent contraste entre les deux types de tissus. Plus précisément, les valeurs de spécificité et de sensibilité pour la détection du carcinome épidermoïde ont été estimées à plus de 90 %, ce qui est conforme aux normes cliniques actuelles pour les dispositifs médicaux.

Les chercheurs notent que le système proposé pourrait être davantage miniaturisé jusqu’à un diamètre de seulement 1,5 mm, permettant ainsi des procédures endoscopiques peu invasives. De plus, sa compatibilité avec l’imagerie multi-longueurs d’onde (utilisant des lasers de différentes couleurs) signifie que le système pourrait être utilisé pour acquérir des informations optiques à différentes profondeurs de tissus, permettant ainsi l’analyse simultanée de plusieurs couches de tissus.

Pris ensemble, les résultats de cette étude démontrent le potentiel de cette approche d’imagerie innovante pour les applications diagnostiques. “Notre prototype s’avère prometteur en tant qu’outil d’imagerie quantitative peu coûteux pour détecter les variations de l’absorption optique et de la diffusion en tant qu’indicateurs du cancer”, conclut Crowley. « Ces travaux pourraient constituer la base de nouveaux dispositifs adaptés à une utilisation endoscopique rentable pour la détection précoce du cancer gastro-intestinal. »