Des chercheurs ont établi une série de paramètres qui peuvent être déterminés à l’aide d’ultrasons pour mesurer quantitativement différentes caractéristiques physiques du poumon. Les chercheurs ont également démontré que ces paramètres peuvent être utilisés pour diagnostiquer et évaluer avec précision la gravité des maladies pulmonaires dans un modèle animal.
« Les maladies peuvent affecter les poumons de différentes manières », explique Marie Muller, co-auteure principale d’un article sur les travaux et professeure agrégée de génie mécanique et aérospatial à la North Carolina State University. « Elles peuvent modifier la microstructure du poumon, l’élasticité du tissu pulmonaire, le type et la quantité de liquide dans les poumons, etc. Chacun de ces changements peut être mesuré à l’aide d’ultrasons. Notre objectif avec ces travaux était d’établir des paramètres clairs pour ces caractéristiques pulmonaires et de déterminer quelle combinaison de paramètres est associée à différentes maladies pulmonaires.
« Pour être clair, nous parlons de mesures numériques pour chaque paramètre », explique Muller, qui enseigne également au département conjoint d'ingénierie biomédicale de l'université d'État de Caroline du Nord et de l'université de Caroline du Nord à Chapel Hill. « Ainsi, s'il existe trois paramètres associés à une maladie, nous aurons trois chiffres, un pour chaque paramètre. Nous pouvons ensuite utiliser une formule mathématique qui combine ces trois chiffres pour créer un score de biomarqueur. Ce score nous indique non seulement si un problème de santé spécifique est présent, mais également sa gravité. »
Les chercheurs ont commencé par générer des paramètres permettant de mesurer une grande variété de caractéristiques pulmonaires, comme la densité des alvéoles ou la quantité de liquide dans les poumons. Ils ont également adapté des paramètres échographiques existants utilisés dans d’autres organes pour les appliquer aux tissus pulmonaires. Au total, ils ont ainsi obtenu 60 paramètres.
Les chercheurs ont ensuite mesuré les 60 paramètres des poumons de rats en bonne santé ou présentant divers stades de fibrose ou d’œdème. La fibrose est une cicatrisation du tissu pulmonaire. L’œdème désigne l’accumulation de liquide dans les poumons.
Nous avons ensuite utilisé des méthodes statistiques pour identifier quelles combinaisons de paramètres étaient à la fois associées à un problème de santé donné et suffisamment sensibles pour mesurer la gravité d'un problème de santé.
Marie Muller, professeure agrégée de génie mécanique et aérospatial, Université d'État de Caroline du Nord
Grâce à ce processus, les chercheurs ont découvert que seulement cinq paramètres étaient nécessaires pour évaluer la fibrose et l’œdème : trois pour la fibrose et deux pour l’œdème.
« L’un des défis de nombreux outils de diagnostic est qu’il faut souvent trouver un compromis entre sensibilité et spécificité », explique Muller. « Un test très sensible peut garantir pratiquement la détection d’un problème, mais il peut aussi entraîner de nombreux faux positifs. En revanche, un test très spécifique ne donnera presque jamais de faux positifs, mais il peut aussi passer à côté de nombreux problèmes de santé qu’il est censé détecter, ou ne pas être en mesure d’évaluer la gravité d’une maladie spécifique. »
« Nous sommes très enthousiastes à propos de ce nouvel outil de diagnostic, car il est à la fois très sensible et très spécifique », explique Muller. « Et nous sommes en mesure d'obtenir cette combinaison de spécificité et de sensibilité car nous mesurons plusieurs paramètres. »
L'un des moyens d'évaluer la sensibilité du nouvel outil a été d'utiliser des traitements contre la fibrose. À mesure que les rats atteints de fibrose recevaient un traitement, le nouvel outil de diagnostic a pu mesurer les améliorations observées dans les tissus pulmonaires des rats.
Les chercheurs ont développé un logiciel de traitement de données qui peut être utilisé en conjonction avec le matériel d’échographie existant pour déterminer les chiffres pour chaque mesure de paramètre, ainsi que pour établir les scores de biomarqueurs pour l’œdème et la fibrose.
« Nous avons démontré que cette technique fonctionne bien sur un modèle de rat », explique Muller. « Les prochaines étapes impliquent des simulations informatiques, des tests in vitro et des tests sur des modèles animaux pour démontrer que cette technique peut fonctionner dans les cas où les ultrasons doivent pénétrer une paroi thoracique beaucoup plus épaisse. Si cela se passe bien, nous poursuivrons les essais cliniques.
« De plus, comme nous avons établi 60 paramètres – ce qui est beaucoup – nous sommes optimistes quant au fait que cette technique puisse être utilisée à l’avenir pour identifier des biomarqueurs diagnostiques pour toute une gamme d’autres affections pulmonaires. »
L'article, « L'échographie quantitative pulmonaire pour mettre en scène et surveiller les maladies pulmonaires interstitielles », est publié en libre accès dans la revue Rapports scientifiquesLes co-auteurs principaux de l'article sont Azadeh Dashti et Roshan Roshankhah, tous deux titulaires d'un doctorat de l'Université d'État de Caroline du Nord. Les co-auteurs correspondants de l'article sont Thomas Egan, membre du corps professoral de la faculté de médecine de l'UNC et du département conjoint d'ingénierie biomédicale de l'Université d'État de Caroline du Nord et de l'UNC, et Jonathan Mamou de Weill Cornell Medicine. L'article a été coécrit par Theresa Lye de Topcon Healthcare et de Weill Cornell Medicine, John Blackwell de l'UNC et Stephanie Montgomery de l'AKC Canine Health Foundation.
Ce travail a été réalisé avec le soutien du ministère de la Défense, dans le cadre de la subvention W81XWH1810101 ; et des National Institutes of Health, dans le cadre de la subvention R21HL154156.
Muller et Egan ont déposé une demande de brevet provisoire sur l’évaluation de la fibrose pulmonaire en utilisant certains des paramètres échographiques décrits dans l’ouvrage.
