FOCUS OCT: Tomographie optique de cohérence Les procédures d’imageries médicales ont amélioré le diagnostic médical plus que toute autre technologie. Depuis longtemps déjà la tomographie permet des images en coupe 3D du corps, la qualité de celles-ci va en s’améliorant grâce aux rayons, aux ultrasons et à la résonnance magnétique. La «tomographie optique de cohérence» promet même une vue dans les microstructures de tissu et la HESB-TI collabore aux recherches dans ce domaine d’actualité. de référence. En juxtaposant plusieurs scans dans le sens de la profondeur, on obtient des images en coupe dont la qualité est comparable aux coupes histologiques. Christoph Meier Prof. de physique et d‘optique Photo: Simon Lütolf L’OptoLab de la Haute école spécialisée bernoise, Technique et informatique s’occupe traditionnellement de la technologie optique des capteurs et de l’intégration des technologies établies dans des systèmes complexes. Le design opto-mécanique et optoélectronique fait partie de nos compétences clés. Depuis peu, nous nous occupons toutefois aussi intensivement du développement d’une jeune technologie, qui fait apparaître des détails micro­ scopiques à l’intérieur du corps. La «tomographie optique de cohérence» (angl. optical coherence tomography, OCT) est une procédure qui permet d’obtenir des images de tissus biologiques à forte résolution. L’OCT se distingue par une profondeur de pénétration relativement élevée (1–3 mm) dans le tissu avec une excellente résolution (2-15 micromètres) et une vitesse de mesure élevée (20– 300 kvoxel/s). Scanner point par point en profondeur L’OCT ressemble à l’imagerie médicale par ultrasons – les ondes qui irradient le tissu sont toutefois lumineuses et non sonores. La lumière réfléchie dans le bras de mesure est superposée à la lumière du bras de référence dans un interféromètre. Cette superposition permet de détecter des quantités de lumière extrêmement faibles: le peu de lumière du tissu est multiplié par la lumière forte du bras Développement rapide de la technologie Le développement de la technique OCT a débuté en 1991; après cinq années de recherche, le premier appareil commercial (STRATUS OCT TM) de Carl Zeiss Meditec se trouvait déjà sur le marché. STRATUS a permis d’illustrer pour la première fois la structure de la rétine sans narcose locale, ce qui a ouvert de nouvelles perspectives de diagnostic aux oculistes. Depuis 2002, le spectre des utilisations possibles de l’OCT a rapidement évolué grâce aux développements techniques, mais aussi en raison de la disponibilité de nouvelles sources de lumière à large bande. En plus des innovations techniques, la situation en matière de brevet a favorisé une forte augmentation du volume du marché: grâce aux publications scientifiques, les nouveaux systèmes OCT à mesure spectrale ne sont plus protégés par les dépôts de brevet. En 2006, le premier Frequency Domain OCT-System commercial de l’entreprise polonaise OPTOPOL Technologie S.A. sera sur le marché ; la vitesse d’enregistrement des images y est multipliée par cent. Sur le marché mondial, il y a momentanément 18 entreprises actives et la quote-part du volume du marché augmente chaque année de plus de 30 pourcent. L’OptoLab de la HESB-TI n’échappe pas à la fascination de ce nouveau domaine d’application Hightech. Divers projets pour développer de nouveaux appa- Coupe à travers une rétine humaine, à vif sans narcose. (B) Tomogramme avec une procédure Time-Domain, situation à la fin des années 90 (C) Procédure moderne Frequency-Domain. Source: Drexler, Fujimoto, State-of-the-art retinal optical coherence tomography, Elsevier, 2007 10 hitech 1 / 2009 reils technico-médicaux sur la base de l’OCT sont sur le point de démarrer en collaboration avec des partenaires de l’industrie et de la recherche. Diagnostic des yeux et des vaisseaux Actuellement l’OCT est surtout appliquée en ophtalmologie, pour le diagnostic précoce du cancer et les examens de la peau. Dans tous les cas, la réflexion lumineuse est enregistrée sur les surfaces qui séparent deux types de corps – par ex. entre les membranes, couches de cellules ou limites d’organes – et est reconstruite à partir des données sous forme d’image tridimensionnelle appelée tomogramme. L’imagerie médicale cardiovasculaire est un terrain d’utilisation relativement nouveau pour l’OCT. Elle utilise la lumière infrarouge, pour représenter des artères d’une résolution de 10–20 micromètres. L’OCT dans un cathéter permet au médecin d’atteindre le cœur du patient par les vaisseaux et d’y procéder à un examen. Les premières études ont montré qu’au moyen de l’OCT il était possible d’identifier plaques et trombes et de mesurer le diamètre des vaisseaux ainsi que les dimensions. À l’avenir l’OCT devrait en partie remplacer les radiographies en odontologie. Les rayons X dangereux pour la santé seront supprimés: il n’y aura plus de coûteux et longs développements d’images. Le dentiste fait un tomogramme d’une dent et passe uniquement la perceuse à l’endroit où la carie doit être enlevée. Principe de fonction OCT Pour déterminer la période d’action d’un photon qui est reflété à la limite d’une couche d’un tissu, il faut comparer sa période d’action avec celle d’un photon d’un parcours de référence. En optique, cette indication s’appelle interférométrie. La lumière du bras de mesure est superposée à la lumière du bras de référence. Les deux ondes lumineuses peuvent interférer de manière constructive ou destructive. Si on utilise comme source de lumière un laser à large spectre, donc une lumière «multicolore» ou blanche, ces interférences ne peuvent apparaître que si les deux bras d’interféromètre sont de même longueur. On utilise une propriété physique fondamentale: plus le spectre d’une source lumineuse est large, plus les interférences seront localisées. En optique, cette propriété est décrite par le terme cohérence. Procédure Time-Domain Avec ce système, le miroir de référence détermine la plage de mesure. Les positions de miroir auxquelles apparaissent des interférences, correspondent aux positions à l’intérieur du tissu où la lumière est reflétée. Procédure Frequency-Domain Au lieu d’un miroir mobile, on place un spectromètre à la sortie de l’interféromètre. Celui-ci fractionne la lumière en composantes spectrales – différentes couleurs –. Il est ainsi possible de reconstruire la structure du tissu reflété au moyen d’un important traitement des signaux, et ce sans décalage mécanique et en très peu de temps. Les systèmes modernes arrivent à plus de 50’000 tomogrammes par secondes. Contact >E-Mail: [email protected] L’image montre nettement une «plaque vulnérable». Cette couche enflammée peut se détacher et provoquer un infarctus. Source: LightLab Imageing Inc, 2008 1 / 2009 hitech 11