Les chercheurs de l'Imperial College de Londres et de l'UCL affirment que leur étude de preuve de concept, publiée aujourd'hui dans npj Digital Medicine, ouvre la voie au développement d'une imagerie clinique haute fidélité du cerveau humain qui pourrait être supérieure à la technologie existante.
Contrairement aux méthodes d'imagerie cérébrale existantes comme l'IRM, la tomodensitométrie et la TEP, la technologie pourrait être appliquée à l'imagerie de n'importe quel patient et pourrait convenir à la surveillance continue de patients à forte dépendance. Il pourrait être délivré par un appareil relativement petit, ce qui pourrait également le rendre portable par ambulance et permettre une enquête rapide avant l'arrivée à l'hôpital.
Les chercheurs sont convaincus que la technologie sera sûre, car les ondes sonores sont déjà utilisées pour l'échographie et cette technologie utilise des intensités sonores similaires. L'échographie ne peut pas pénétrer facilement à travers l'os, alors que le nouvel appareil, conçu pour être porté comme un casque, est capable de surmonter cette barrière.
La nouvelle approche est particulièrement utile pour les patients ayant subi un AVC – la deuxième cause de décès la plus fréquente et la cause la plus fréquente d'incapacité neurologique chez l'adulte – où l'imagerie haute fidélité rapide et universellement applicable est essentielle.
L'auteur principal, le Dr Lluís Guasch, du Département des sciences de la terre et de l'ingénierie de l'Impériale, a déclaré: « Une technique d'imagerie qui a déjà révolutionné un domaine – l'imagerie sismique – a maintenant le potentiel d'en révolutionner un autre – l'imagerie cérébrale. »
Le professeur Bryan Williams Directeur NIHR UCL Hospitals Biomedical Research Center, qui a financé en partie la recherche, a déclaré: « Il s'agit d'un développement extraordinaire et nouveau en imagerie cérébrale qui a un énorme potentiel pour fournir une imagerie cérébrale accessible dans la pratique clinique de routine pour évaluer le cerveau dans un traumatisme crânien. , accident vasculaire cérébral et diverses maladies cérébrales.
« Si cela tient sa promesse, ce sera une avancée majeure. C'est également une illustration fabuleuse de la façon dont la collaboration entre les ingénieurs et les cliniciens, en utilisant des méthodes d'un autre domaine scientifique, peut apporter une innovation révolutionnaire dans les soins médicaux. »
Transcender les disciplines
Les scientifiques de la Terre utilisent des données sismiques et une technique de calcul appelée inversion de forme d'onde complète (FWI) pour cartographier l'intérieur de la Terre. Les données sismiques des détecteurs de tremblement de terre (sismomètres) sont connectées aux algorithmes FWI qui extraient des images 3D de la croûte terrestre qui peuvent être utilisées pour prédire les tremblements de terre et rechercher des réservoirs de pétrole et de gaz.
Aujourd'hui, les chercheurs impériaux ont adapté cette approche à l'imagerie médicale, développant une méthode qui utilise les ondes sonores dans le but ultime de produire des images haute résolution du cerveau.
Ils ont construit un casque bordé d'une gamme de transducteurs acoustiques qui envoient chacun des ondes sonores à travers le crâne. L'énergie ultrasonore qui se propage à travers la tête est enregistrée et transmise via le casque à un ordinateur. FWI est ensuite utilisé pour analyser les réverbérations du son à travers le crâne, construisant une image 3D de l'intérieur.
Les chercheurs ont testé leur casque sur un volontaire sain et ont constaté que la qualité des signaux enregistrés était suffisante pour que l'algorithme génère une image détaillée, et ils sont convaincus que l'énergie diffusée par le cerveau sera interprétable.
En utilisant la modélisation informatique, ils ont également découvert qu'ils pouvaient obtenir des images haute résolution avec des fréquences sonores suffisamment basses pour pénétrer le crâne à des intensités sûres.
Ils ont créé des simulations informatiques détaillées basées sur les propriétés de différents types de tissus cérébraux humains pour établir que les ondes sonores seraient efficaces pour composer des images haute résolution du cerveau.
Le Dr Guasch a déclaré:
C'est la première fois que FWI est appliqué à la tâche d'imagerie à l'intérieur d'un crâne humain. Le FWI est normalement utilisé en géophysique pour cartographier la structure de la Terre, mais notre équipe collaborative et multidisciplinaire de scientifiques de la Terre, de bio-ingénieurs et de neurologues l'utilise pour créer une méthode sûre, bon marché et portable de génération d'images ultrasonores 3D du cerveau humain. «
Utilisation clinique potentielle
L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est généralement la meilleure méthode pour obtenir des images à haute résolution du cerveau, et son utilisation est actuellement essentielle à l'investigation de nombreux troubles neurologiques, notamment les accidents vasculaires cérébraux, le cancer du cerveau et les lésions cérébrales.
Néanmoins, l'IRM nécessite des appareils volumineux, complexes, coûteux et non portables refroidis à trois degrés au-dessus du zéro absolu, et elle ne peut pas être utilisée sur des patients pour lesquels la présence d'implants métalliques ou de corps étrangers ne peut pas être scrupuleusement exclue. Cela rend l'utilisation d'urgence chez les patients dont la conscience est potentiellement altérée, comme ceux suspectés d'un AVC, difficile ou impossible.
Les chercheurs affirment que s'il s'avère efficace dans les essais sur l'homme, leur appareil surmontera ces obstacles.
Le co-auteur de l'étude, le professeur Parashkev Nachev, de l'UCL, a déclaré:
Ceci est une illustration vivante de la puissance remarquable du calcul avancé en médecine. La combinaison de l'innovation algorithmique et du calcul intensif pourrait nous permettre de récupérer des images haute résolution du cerveau à partir d'une physique sûre, relativement simple et bien établie: la transmission des ondes sonores à travers les tissus humains.
Les aspects pratiques de l'IRM limiteront toujours son applicabilité, en particulier dans le contexte aigu, où une intervention rapide a le plus grand impact. La neurologie attend depuis des décennies une nouvelle modalité d'imagerie universellement applicable: l'inversion de la forme d'onde complète pourrait bien être la réponse. «
Ensuite, les chercheurs vont construire un nouveau prototype pour l'imagerie en direct de cerveaux humains normaux comme première étape vers un appareil qui pourrait être évalué dans des contextes cliniques.
