Des images en haute-résolution 3D pour les tissus

Des images en haute-résolution 3D pour les tissus

Des images en haute-résolution 3D pour les tissus 700 467 Sébastien BAGES

L’imagerie 3-D en temps réel des tissus au microscope pourrait être une révolution dans les domaines médicaux tels que le diagnostic du cancer, la chirurgie minimalement invasive et l’ophtalmologie. Des chercheurs de l’Université de l’Illinois (UI) ont développé une technique de calcul corrigeant les aberrations de la tomographie optique, portant l’avenir de l’imagerie médicale sous les meilleurs auspices.


La technique de calcul pourrait fournir un moyen plus rapide, moins coûteux et une meilleure qualité d’image des tissus. Le tout bénéficierait à une plus large partie de la population. Le groupe décrit sa technique dans l’édition de cette semaine de la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

« La modélisation numérique vous permet d’aller au-delà de ce que le système optique peut faire seul, pour finalement obtenir des images avec une qualité plus fine et en trois dimensions de l’ensemble des données », a déclaré Steven Adie, un chercheur post-doctorant à l’Institut Beckman for Advanced Science and Technology à la UI. « Ce serait très utile pour les applications d’imagerie en temps réel comme la chirurgie guidée par l’image ».

Des aberrations telles que l’astigmatisme ou la distorsion, faussent l’imagerie haute résolution. Ces problèmes font que des objets qui devraient ressembler à pointes fines, deviennent des objets indéfinis ou des stries. Plus élevée est la résolution, plus cela devient un problème. Il est particulièrement délicat d’observer de si importants défauts lorsque la précision est essentielle pour un diagnostic correct.

L’optique adaptative permet de passer outre ces problèmes. C’est une technique qui est largement utilisée en astronomie pour corriger la distorsion entraînée par la lumière des étoiles en pénétrant dans l’atmosphère. Un système complexe de filtres et de miroirs lissent la lumière diffusée avant qu’elle ne pénètre la lentille. Des scientifiques médicaux ont commencé à appliquer cette méthode matérielle à des microscopes, dans l’espoir d’améliorer l’imagerie des tissus et cellules.

« C’est le même défi, mais au lieu de percer l’atmosphère, nous voulons voir à travers les tissus, et au lieu d’avoir l’image d’une étoile, nous souhaitons celle d’une cellule », a déclaré Stephen Boppart, un professeur en génie électrique et informatique, du service bio-ingénierie et médecine interne de l’UI. « Mais un grand nombre de problèmes optiques demeurent ».

Malheureusement, se baser sur le matériel optique adaptatif est compliqué, fastidieux à aligner et extrêmement coûteux. Ils peuvent se concentrer uniquement sur un plan focal à un moment donné, donc pour la tomographie – la construction de modèles 3-D à partir des images de coupe comme dans un scanner, par exemple – les miroirs doivent être ajustés dans l’objectif créer une nouvelle image numérisée dans chaque plan focal. En outre, les systèmes complexes de correction ne sont pas pratiques pour les appareils portables ou mobiles, tels que des sondes chirurgicales ou des scanners rétiniens.

Par conséquent, au lieu d’utiliser du matériel qui corrige un profil de lumière avant qu’il n’entre dans l’objectif, l’équipe de l’Illinois utilise un logiciel informatique pour trouver et corriger les aberrations après la prise de vues. Le groupe de Boppart a fait équipe avec Scott Carney, professeur de génie électrique et informatique et à la tête du groupe Optical Science de l’Institut Beckman, pour développer la technique appelée optique adaptative computationnelle.


 
Des images en haute-résolution 3D pour les tissus

 
Ils ont démontré cette technique en se basant sur un gel fantôme qui s’agglomère avec des microparticules issues de tissus pulmonaires de rat. L’échantillon de tissu a été numérisé par un microscope interférométrique, qui est un appareil d’imagerie utilisant deux faisceaux de lumière. L’ordinateur a recueilli toutes les données, puis corrigé les images à toutes les profondeurs dans le volume. Les stries floues sont devenues pointues, ce qui caractérise son émergence du bruit, et les utilisateurs peuvent modifier les paramètres par un simple clic de souris.

« Être capable de corriger les aberrations de l’ensemble d’un volume nous permet d’obtenir une image haute résolution n’importe où dans ce volume », a déclaré Adie. « Maintenant, vous pouvez voir les structures des tissus qui, auparavant, n’étaient pas très claires du tout ».

L’optique adaptative computationnelle (OAC) peut être appliquée à tout type d’imagerie interférométrique, comme la tomographie par cohérence optique, et les calculs peuvent être effectués par un ordinateur de bureau ordinaire, le rendant accessible à de nombreux hôpitaux et cliniques.

Aujourd’hui, les chercheurs travaillent à affiner les algorithmes et à explorer les applications. Ils combinent l’OAC avec les processeurs graphiques, dans le but d’avoir un aperçu en temps réel d’applications In-Vivo pour la chirurgie minimalement invasive, les biopsies et plus.

Par exemple, l’OAC pourrait être très utile pour les ophtalmologistes. Le groupe de Boppart a déjà mis au point divers appareils portatifs de tomographie optique pour l’imagerie à l’intérieur de l’œil, et plus particulièrement le scanning rétinien. Les aberrations optiques sont très fréquentes dans l’œil humain, ce qui rend difficile d’acquérir des images claires. Le matériel d’optique adaptative est trop coûteux ou trop compliqué pour la plupart des ophtalmologistes pratiquant. Avec une solution computationnelle, beaucoup d’ophtalmologistes pourraient examiner et traiter plus efficacement leurs patients.

« L’efficacité est frappante », explique Boppart. « En raison des aberrations de l’œil humain, quand on regarde la rétine sans optique adaptative vous voyez des variations de zones claires et sombres qui représentent les cônes et les bâtonnets. Mais lorsque vous utilisez l’optique adaptative, vous voyez les bâtonnets et les cônes bien distinctement ».

En outre, la capacité de corriger les données après acquisition, permet aux chercheurs de développer des systèmes de microscope qui maximisent la collecte de lumière, au lieu de se soucier de minimiser les aberrations. Cela pourrait conduire à de meilleures données pour un meilleur rendu des images.

« Nous travaillons pour calculer la meilleure image possible », a déclaré Boppart, qui est également affilié à l’Institut de biologie génomique de l’UI.


Citations de EurekAlert
Crédit images : image 1, L. Brian Stauffer, ingénieurs UI qui ont développé l’AOC, (de gauche à droite), Steven Adie, P. Scott Carney, Adeel Ahmad, Benedikt Graf et Stephen Boppart. Image 2, Steven G. Adie

Share
Sébastien BAGES
About the author

Sébastien BAGES

Plus de trois années de travail passionné sur Civilisation 2.0 Actus, et fondateur de l'association Civilisation 2.0, je mets à contribution mon expertise de veille technique et scientifique, mon analyse de chef de projet, mon engouement pour la science et ses outils, et mon expérience dans le développement stratégique afin d'offrir à tous ce qui en résulte.

Laisser une réponse

1 × 3 =

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.

        Back to top
        Préférences de confidentialité

        Lorsque vous visitez notre site Web, il peut stocker des informations via votre navigateur à partir de services spécifiques, généralement sous la forme de cookies. Ici, vous pouvez modifier vos préférences de confidentialité. Il convient de noter que le blocage de certains types de cookies peut avoir un impact sur votre expérience sur notre site Web et les services que nous sommes en mesure d'offrir.

        Cliquez pour activer / désactiver le code de suivi Google Analytics.
        Cliquez pour activer / désactiver les polices Google.
        Cliquez pour activer / désactiver Google Maps.
        Cliquez pour activer / désactiver les intégrations vidéo.
        En poursuivant votre navigation, sans changer les paramètres de votre navigateur, vous acceptez l'utilisation de cookies pour garantir une bonne expérience sur notre site.