À l'aide de la technologie de lunettes de vision nocturne, de lumière infrarouge proche et de détecteurs haute résolution, un dispositif d'imagerie portable pour les nourrissons éveillés souffrant de troubles cérébraux a été développé par une équipe de scientifiques et un neurochirurgien pédiatrique à l'Université du Texas Health Science Center à Houston ( UTHealth).
La tomographie optique transcrânienne basée sur un capuchon (CTOT), qui utilise un capuchon pour la tête du bébé, est le premier dispositif d'imagerie fonctionnelle cérébrale haute résolution qui ne nécessite pas de mettre le bébé sous anesthésie.
La recherche a été récemment publiée dans The IEEE Transactions on Medical Imaging Journal, un journal de l'Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens.
L'imagerie précise par CTOT, prononcée «voir tot», aide les médecins à diagnostiquer avec précision la gravité de la lésion cérébrale d'un bébé et à identifier le traitement idéal pour optimiser la qualité de vie tout au long de l'enfance.
Des troubles tels que la paralysie cérébrale, un accident vasculaire cérébral lié à la naissance et l'épilepsie affectent le développement cérébral d'un nourrisson. Aux États-Unis, environ 10000 bébés naissent chaque année avec une paralysie cérébrale et environ 470000 enfants souffrent d'épilepsie, un trouble épileptique.
Actuellement, il n'y a aucun moyen de capturer avec précision l'activité cérébrale pour quantifier la gravité de ces conditions sans endormir les nourrissons pour l'imagerie par résonance magnétique (IRM) ou la tomographie par émission de positrons (TEP), car les deux nécessitent d'être immobiles.
L'imagerie nous aide à comprendre quelles parties du cerveau ne fonctionnent pas normalement, ce qui est essentiel pour localiser un foyer de crise dans l'épilepsie et comprendre le dysfonctionnement cérébral après un AVC, entre autres maladies neurologiques.
L'IRM et la TEP sont toutes deux coûteuses, hébergées dans d'autres zones de l'hôpital, et nécessitent une anesthésie pour les petits enfants, nous avons donc dû trouver une nouvelle façon d'obtenir le type de cartographie cérébrale fonctionnelle dont nous avions besoin. « Shah est également directeur de la pédiatrie chirurgie de la spasticité et de l'épilepsie au Children's Memorial Hermann Hospital.
Manish N. Shah, MD, professeur adjoint, Division de neurochirurgie pédiatrique avec McGovern Medical School à UTHealth
Le Dr Shah est également neurochirurgien pédiatrique chez UT Physicians et UTHealth Neurosciences.
Pour créer la casquette que les bébés peuvent porter au chevet du patient, Shah s'est associée à Banghe Zhu, PhD, professeur adjoint au Center for Molecular Imaging et Eva Sevick, PhD, professeur et directrice du centre au Brown Foundation Institute of Médecine moléculaire pour la prévention des maladies humaines à la McGovern Medical School. L'appareil de première génération capture l'imagerie en quelques minutes, et les conceptions ultérieures devraient permettre l'imagerie en quelques secondes.
« Le capuchon est placé sur l'enfant et une lumière proche infrarouge inoffensive est passée d'un côté et collectée de l'autre côté du capuchon. En utilisant un système de détection sensible, nous pouvons utiliser la lumière collectée pour reconstruire une image 3D haute résolution de l'activité cérébrale « , a déclaré Shah.
« Lorsque nous savons quelle partie du cerveau ne fonctionne pas, nous pouvons soit l'enlever, comme dans l'épilepsie; soit la stimuler, comme dans l'épilepsie, la paralysie cérébrale, la maladie de Parkinson ou la dépression, etc. Un meilleur diagnostic donne un traitement plus précis et une amélioration des résultats pour le patient. «
Shah a proposé l'idée d'une casquette d'imagerie à Sevick et Zhu au Center for Molecular Imaging.
« Nous devions trouver un moyen de détecter la lumière proche infrarouge très faiblement transmise et d'éviter les interférences. Pour surmonter cela, nous avons adapté une technologie de » lunettes de vision nocturne « », a déclaré Zhu, l'ingénieur principal en optique biomédicale du projet.
La lumière laser est inoffensive pour le bébé – la lumière est plus faible que les diodes laser utilisées dans un scanner d'épicerie, a déclaré Sevick, qui a supervisé le projet qui incorporait une partie de sa technologie déjà développée.
« Les militaires utilisent des lunettes de nuit pour détecter les signatures de chaleur proche infrarouge. Zhu utilise la même technologie de lunettes de nuit pour détecter la lumière tamisée proche infrarouge transmise à travers le cerveau des nouveau-nés. À partir de la lumière collectée, Zhu utilise ensuite un algorithme mathématique pour déterminer une carte des niveaux d’hémoglobine absorbant la lumière, qui peut fournir des informations cliniques sur les lésions cérébrales », a déclaré Sevick, titulaire de la chaire distinguée Nancy et Rich Kinder en recherche sur les maladies cardiovasculaires à la McGovern Medical School.
« Personne n'a jamais été en mesure de créer un appareil optique suffisamment sensible pour une imagerie rapide à travers le cerveau. »
Il a fallu environ trois ans de développement de prototypes, d'essais et d'erreurs et de communication étroite entre le médecin et les scientifiques pour que le capuchon atteigne une imagerie précise du cerveau entier dans un contexte clinique.
« Je n'avais jamais travaillé sur un projet du banc au chevet, c'est donc vraiment un projet unique pour moi », a déclaré Zhu.
« Il est vraiment rare que des idées passent du banc au chevet aussi rapidement et avec succès que notre équipe s’exécute », a déclaré Sevick. «Pour réussir, un clinicien spécial doit être patient avec les« bizarreries »des ingénieurs tout en maintenant l'accent principal sur les soins cliniques. Notre équipe d'ingénieurs a également écouté attentivement les cliniciens et a travaillé en partenariat avec eux pour obtenir ce résultat passionnant.
Parce que l'appareil peut être porté éveillé et actif, il ouvre la porte aux chercheurs et aux médecins pour révolutionner le diagnostic et le traitement des troubles du mouvement comme la paralysie cérébrale.
« La prochaine étape consiste à fabriquer un appareil à résolution encore plus élevée et à continuer de collecter des données sur les enfants victimes d'AVC et d'épilepsie pour mieux comprendre les maladies », a déclaré Shah.
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