Imagerie optique de la cavité buccale

Icompte-rendu _ diagnostic optique
_La prévention de la maladie ou l'inversion du
processus de la maladie au stade précoce a pris le pas
sur la limitation de ses effets sur la cavité buccale et
c'est ainsi que le besoin d'un instrument de détec-
tion et de diagnostic sensible et précis a émergé. De
nouvelles méthodes de diagnostic optique pour la
cavité buccale, sont désormais disponibles pour les
cliniciens et présentent des caractéristiques utiles,
telles que : (a) non invasives ; (b) absence de radia-
tion ionisante ; (c) adaptées au patient ; (d) informa-
tion en temps réel ; (e) répétabilité ; et (f) images de
surface et de sous-surface en haute résolution. Cet
article va parcourir les principes étayant les ap-
proches de diagnostic optique, leur faisabilité et leur
applicabilité à l'imagerie de tissus mous et durs, ainsi
que leur utilité potentielle en tant qu'outil de dia-
gnostic des lésions muqueuses buccales, des patho-
logies dentaires, et pour d'autres applications den-
taires.
_Introduction
L'imagerie luminescente utilisée sur des tissus
détecte des changements minimes, tels que : (a) la
microanatomie cellulaire (par exemple, le rapport
nucléaire/cytoplasmique) ; (b) les conditions redox ;
(c) l'expression des biomarqueurs spécifiques ; (d)
l'architecture et la composition des tissus ; (e) les
changements chimiques (par exemple la minérali-
sation) ; et (f) la vascularité/l'angiogenèse et la per-
fusion. Ces propriétés sont idéales à la détection de
changements (précoces) minimes, dans l'évaluation
des marges de lésions et potentiellement, la pré-
sence d'anomalies subcliniques au-delà des marges
cliniques, dans le cas d'un examen répété non inva-
sif de lésions existantes, et lors des examens som-
maires de populations à risques.
_Cancer de la bouche
A. Chimiluminescence : ViziLite
Ce système d'imagerie est utilisé pour les cavités
buccales depuis 2001. Après un rinçage avec une so-
lution d'acide acétique diluée, la cavité buccale est
alors examinée par illumination chimiluminescente
à des longueurs d'onde de 430, 540 et 580 nm. Cette
méthode augmente les distinctions visuelles entre
les muqueuses normales et les lésions buccales
blanches (Huber et al. 2004 ; Kerr et al. 2006 ; Epstein
et al. 2006 ; Epstein et al. 2008). Les signaux détec-
tés peuvent être relatifs à l'épaisseur altérée del'épi-
thélium ou à la présence d'une densité supérieure du
Imagerie optique
de la cavité buccale
Techniques d'imagerie novatrices et émergentes
Auteurs_Danielle Le, Anh Le, Jennifer Holtzman, Joel E. Stein & Petra Wilder-Smith, États-Unis
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contenu nucléaire et de la matrice mitochondriale
qui favorisent la réflexion de la lumière. Des lésions
hyper-kératinisées ou dysplasiques apparaissent
d’un blanc distinct lorsqu'elles sont vues sous une
lumière diffuse de longueur d'onde à faible énergie.
En revanche l'épithélium normal absorbera la lu-
mière et apparaîtra foncé (Lingen et al. 2008). Depuis
que la plupart des études en matière de chimilumi-
nescence ont fait état de perceptions subjectives des
lésions intra-buccales en termes de clarté, netteté et
texture, par rapport aux examens cliniques de rou-
tine, l'interprétation des données peut varier de ma-
nière significative selon le technicien qui fait l’exa-
men (Huber et al. 2004 ; Kerr et al. 2006). En janvier
2005, une association de bleu de toluidine avec les
systèmes ViziLite (ViziLite Plus avec le système
TBlue) a reçu l'aval de la FDA pour servir de complé-
ment lors d'examens visuels de la cavité buccale au
sein de populations présentant un risque élevé de
cancer de la bouche. Une étude multicentrique sur
des patients à risque, a révélé que la majorité des lé-
sions présentant un diagnostic de dysplasie ou de
carcinome in situ étaient détectées et recensées
grâce à ViziLite et au bleu de toluidine (Epstein et al.
2008). Un nouveau système de chimiluminescence
(Microlux/DL, AdDent) a été présenté récemment
comme un outil complémentaire dans le cadre de
l'identification de lésions buccales (McIntosh & Fa-
rah 2009).
B. Spectroscopie et autofluorescence
L'autofluorescence des tissus a été utilisée pour
le contrôle et le diagnostic du pré-cancer et du can-
cer au stade précoce du poumon, du col de l'utérus,
de la peau et plus récemment, de la cavité buccale.
Pendant le développement de la maladie, la struc-
ture cellulaire altérée (par exemple l'hyperkératose,
l'hyperchromatine et le pléomorphisme cellu-
laire/nucléaire accru), et/ou le métabolisme (par
exemple la concentration de flavine adénine dinu-
cléotide et de nicotinamide adénine dinucléotide),
ont un effet sur l'interaction des tissus avec la lu-
mière. L'imagerie par spectroscopie ou autofluores-
cence peut fournir des informations sur les proprié-
tés de l’interaction avec la lumière altérée.
Au cours de la dernière décennie, différentes
formes de la technologie d'autofluorescence ont été
développées dans le cadre de l'inspection des mu-
queuses buccales. Le LED Medical Diagnostics Inc en
partenariat avec la British Columbia Cancer Agency,
a commercialisé le système VELscope (Lingen et al.
2008 ; Patton et al. 2008 ; De Veld et al. 2005). Lors-
qu'elles sont visualisées à travers la partie oculaire
de l’instrument, les muqueuses buccales normales
émettent une autofluorescence vert pâle lors-
qu'elles sont stimulées par une excitation bleue in-
tense à une longueur d'onde de 400 à 460 nm, alors
que les lésions dysplasiques montrent une auto-
fluorescence diminuée et apparaissent plus foncée
par rapport aux tissus environnants sains. Diffé-
rentes études se sont penchées sur l'efficacité du
système VELscope dans le cadre d'un examen visuel
et ont révélé une amélioration de la capacité à dis-
tinguer les lésions buccales des muqueuses saines et
à différencier les différents types de lésions (De Veld
et al. 2005). Dans l'ensemble, la technique est très
sensible mais de faible spécificité (De Veld et al.
2005). En utilisant l'histologie comme référence,
VELscope a démontré une sensibilité et une spécifi-
cité élevées lors de l'identification de régions de dys-
plasie et de tumeur maligne dépassant nettement
les tumeurs cliniquement évidentes (Lingen et al.
2008 ; Patton et al. 2008 ; De Veld et al. 2005 ; Oni-
zawa et al. 1996 ; Schantz et al. 1998). Une applica-
tion clinique directe comporte une évaluation des
marges pathologiques chez le patient qui est sus-
ceptible d’avoir des lésions buccales malignes et ce
faisant, aide à guider la gestion chirurgicale (Poh et
al. 2007 ; Rosin et al. 2007). Cependant, les évalua-
tions du système VELscope dont il est fait état pro-
viennent de séries de cas ou de rapports de cas plu-
tôt que d’essais cliniques, et aucune étude publiée
n'a évalué le système VELscope en tant que complé-
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Icompte-rendu _ diagnostic optique
ment de diagnostic dans le cadre du dépistage de
populations de patients (y compris les patients avec
ou sans antécédents de dysplasie/de carcinome à
cellules squameuses de la cavité buccale).
Une autre étude utilisant l'imagerie par fluores-
cence quantitative sur 56 patients présentant des
lésions buccales et 11 volontaires, a permis de diffé-
rencier des tissus sains d’une dysplasie et d’un can-
cer invasif, avec une sensibilité de 95,9 % et une spé-
cificité de 96,2 % dans le kit de formation, et avec
une sensibilité de 100 % et une spécificité de 91,4 %
dans le kit de validation. Des cartes de probabilité des
lésions valident qualitativement l'évaluation cli-
nique ainsi que l'histologie (Roblyer et al. 2009).
D'avantage d'essais cliniques sont nécessaires pour
différentes populations afin de permettre d'évaluer
pleinement l'utilité clinique de cette technologie
prometteuse. D'autres appareils utilisant une
gamme de techniques spectroscopiques souvent
combinées à d'autres technologies, sont en phase de
développement. Parmi eux : le système FastEEM4,
l'Identafi (Remicalm) et le PS2-buccal (Schwarz et al.
2009 ; McGee et al. 2008 ; Lane et al. 2006 ; De Veld
et al. 2005 ; Wagnieres et al. 1998 ; Ramanujam et al.
2000 ; Culha et al. 2003 ; Choo-Smith et al. 2002 ; Bi-
gio et al. 1997 ; Farrell et al. 1992). Des essais cli-
niques sont toujours à un stade relativement pré-
coce, mais les premiers résultats sont encoura-
geants. La technologie Identafi combine l'imagerie
anatomique à la fluorescence, aux fibres optiques et
à la microscopie confocale pour recenser et délimi-
ter précisément la lésion dans la zone qui est exami-
née. Lors d’un test de dépistage sur 124 sujets pour
différencier entre les sites néoplastiques et non
néoplastiques de la cavité buccale, une sensibilité de
82 % et une spécificité de 87 % ont été déterminées.
Les résultats variaient entre les profondeurs
d'échantillonnage et les tissus kératinisés versus les
tissus non kératinisés (Schwarz et al. 2009). Parmi
les plus grandes difficultés des diagnostics par spec-
troscopie figurent le ratio signal/bruit souvent
faible, la difficulté d'identifier la source précise des
signaux, la quantification des données et la diffi-
culté d'établir des jalons et des critères en matière de
diagnostic, particulièrement vu la vaste gamme de
types de tissus présents dans la cavité buccale. La
profondeur de pénétration des tissus est une limite
inhérente à la technologie. La mutagénicité poten-
tielle provoquée par la lumière UV dans la structure
clinique figure également au nombre des préoccu-
pations.
C. Photosensibilisants
Lorsque des photosensibilisants topiques ou sys-
témiques sont administrés, leur capacité à s'accu-
muler dans les cellules cancéreuses et à émettre une
fluorescence sous des longueurs d'onde spécifiques
peut servir à identifier et à délimiter les zones mi-
croscopiques de changements (Kennedy et al. 1992;
Cassas et al.2002). Cette approche permet de carto-
graphier en 3D la surface épithéliale et la limite
sous-épithéliale, de contrôler les surfaces étendues
et elle donne l'option d'une photodestruction de la
lésion photosensibilisée. Parmi certains agents pro-
metteurs pour la photodétection figurent l'acide
aminolévulinique (Levulan), l'hexyl aminolévulinate
(Hexvix), l'aminolévulinate de méthyle (Metvix), le
méta-tétra (hydroxyphényl) chlorine, ainsi que le
porfimère sodique (Photofrin ; Ebihara et al. 2003 ;
Leunig et al.1996, 2000, 2001 ; Chang & Wilder-
Smith, 2005). Dans une étude clinique en aveugle
réalisée sur 20 patients présentant des néoplasmes
buccaux, la sensibilité de diagnostic avec l'aide du
diagnostic visuel par fluorescence non assistée ou
de la microscopie par fluorescence se rapprochait de
93 %. La spécificité de diagnostic était de 95 % pour
le diagnostic visuel et s’améliorait jusqu’à 97 %
grâce à la microscopie par fluorescence (Chang &
Wilder-Smith, 2005). Une étude récente utilisant
des agents fluorescents ciblés à facteur de crois-
sance épidermique par application topique sur des
lésions de la muqueuse buccale, combinés à l'ima-
gerie in vivo, a donné des résultats encourageants
concernant la détection de lésions, la délimitation
de la marge et comme étant un instrument possible
de guidage complémentaire pour la biopsie (Nitin et
al. 2009). En fonction du photosensibilisant et de
son mode d'application (systémique versus to-
pique), les limitations comprennent la photosensi-
bilisation systémique au cours de périodes prolon-
gées, les questions relatives à la pénétration, le be-
soin d'une détection par fluorescence spécialisée et
d’un équipement de cartographie, et le manque de
spécificité en cas d'inflammation ou de cicatrice sur
le tissu.
D. Tomographie par cohérence optique (TCO)
La tomographie par cohérence optique (TCO) a
d'abord été présentée comme technique d'imagerie
dans les systèmes biologiques en 1991 (Huang et al.
1991). La nature non invasive de cette méthode
d'imagerie, associée à une profondeur de pénétra-
tion de 2 à 3 mm, une haute résolution (5-15 µm),
une visualisation d'images en temps réel et la capa-
cité d'obtenir des images en coupe transversale ainsi
que des images tomographiques en 3D, offrent
d'excellentes conditions préalables pour le dépis-
tage buccal in vivo et le diagnostic. La TCO a souvent
été comparée à l'imagerie par ultrason. Ces deux
technologies utilisent des signaux rétrodiffusés ré-
fléchis par différentes couches dans le tissu pour re-
construire les images de structure ; la dernière me-
surant le son plutôt que la lumière. L'image fournie
par TCO est une représentation 2D de la réflexion op-
tique dans l'échantillon d’un tissu. Les images en
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coupe transversale du tissu sont construites en
temps réel, proches de la résolution histologique
(approximativement 5-15 µm avec la technologie
actuelle). Ces images peuvent être compilées pour
générer une reconstruction 3D du tissu ciblé. Ceci
permet une imagerie in vivo non invasive des struc-
tures épithéliales et sous-épithéliales y compris la
profondeur et l'épaisseur, l'apparence histopatho-
logique et les marges périphériques des lésions.
Différents systèmes de TCO ont reçu l'approba-
tion de la FDA aux États-Unis pour l'usage clinique,
et la TCO est considérée par beaucoup comme une
méthode indispensable d'imagerie dans le domaine
de l'ophtalmologie. L'acquisition d'image in vivo est
facilitée par l'usage d'une sonde TCO à fibre optique
souple. La sonde est simplement placée à la surface
du tissu afin de générer des images en temps réel de
la surface immédiate, et de la sous-surface de la mi-
croanatomie cellulaire, et de la structure cellulaire,
tout en évitant la gêne, le délai et les frais encourus
avec les biopsies. Différentes études ont cherché à
découvrir l'utilité du diagnostic par TCO in vivo pour
détecter et diagnostiquer les tumeurs buccales pré-
malignes et malignes (Tsai et al.2008 ; Wilder-Smith
et al. 2009). Dans une étude en aveugle réalisée sur
50 patients présentant des lésions suspectes, y com-
pris des leucoplasies et des érythroplasie buccales,
l'efficacité de la TCO pour détecter la dysplasie et la
malignité buccale a été évaluée (Wilder-Smith et al.
2009). Les images par TCO de lésions dysplasiques
montraient un épaississement épithélial visible, une
perte de la stratification épithéliale et un ralentisse-
ment de la croissance épithéliale. Des zones de car-
cinome à cellules squameuses de la muqueuse buc-
cale ont été décelées dans des images par TCO, par
l'absence ou la fragilisation de la membrane basale,
une couche épithéliale dont l'épaisseur variait beau-
coup, présentant des régions d'érosion et un ralen-
tissement de la croissance important, ainsi qu'une
invasion des couches sous-épithéliales. L'analyse
statistique des données collectées lors de cette
étude a confirmé la capacité de la TCO in vivo à dé-
tecter et à diagnostiquer la prémalignité et la mali-
gnité dans la cavité buccale et ceci, avec une excel-
lente précision de diagnostic. Pour détecter si la mu-
queuse était saine versus un carcinome in situ ou un
carcinome à cellules squameuses étaient présents,
la sensibilité était de 0,931 et la spécificité de 0,931;
pour détecter le carcinome à cellules squameuses
versus toutes les autres pathologies, la sensibilité
était de 0,931 et la spécificité de 0,973.
Dans une autre étude réalisée sur 97 patients,
utilisant l'imagerie par TCO pour détecter les néo-
plasies dans la cavité buccale (Tsai et al. 2009), les ré-
sultats ont montré que le critère principal de dia-
gnostic pour la dysplasie/le carcinome de haut
grade in situ était le manque de schéma structurel
en couches. Le diagnostic fondé sur ce critère pour
les conditions dysplasiques/malignes versus bé-
nignes/réactives a obtenu une sensibilité de 83 % et
une spécificité de 98 %, avec une valeur de concor-
dance inter-observateurs de 0,76. Cette étude a
conclu que la TCO avec une sensibilité et une spéci-
ficité élevées, combinée à une bonne concordance
inter-observateurs, constitue une méthode d'ima-
gerie prometteuse dans le cadre de l'évaluation non
invasive de zones de tissus susceptibles de présen-
ter une dysplasie ou un cancer de haut grade.
D'autres études ont utilisé l'analyse directe de pro-
fils scan par TCO plutôt que des critères se basant sur
les images, dans le but de délimiter l’emplacement
et les marges des lésions cancéreuses de la bouche
(Tsai et al. 2008). L'utilisation des paramètres numé-
riques des profils scan en tant que critère de dia-
gnostic, a montré que la constante du déclin dans la
courbe exponentielle de l'intensité du signal de la
TCO le long de la profondeur du tissu, se réduisait à
mesure que le point du scan se déplaçait latérale-
ment sur la marge d'une lésion. De plus, la déviation
standard de la fluctuation de l'intensité du signal de
la TCO, augmentait de manière significative le long
de la zone de transition entre les parties normales et
anormales. Les auteurs sont parvenus à la conclu-
sion que de tels paramètres peuvent s'avérer utiles
dans la définition d'un algorithme visant à détecter
et à cartographier les marges des lésions d'un can-
cer de la bouche. Une telle capacité a une impor-
tance énorme d'un point de vue clinique dû au be-
soin de mieux définir les marges d'excision pour être
en mesure d’éliminer les lésions buccales préma-
lignes et malignes chirurgicalement.
_Pathologies dentaires et autres
applications
La diffusion lumineuse, la réflexion, l'absorption
et la fluorescence induite par laser peuvent fournir
de nombreuses informations quant à la structure et
Fig. 1_Élément essentiel pour une
thérapie efficace : le diagnostic
optique.
Fig. 1

Icompte-rendu _ diagnostic optique
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Fig. 2_Dysplasie sévère sous lumière
blanche. (Avec l'aimable permission
de 14th Floor Solutions ; VELscope®)
la pathologie des tissus durs. Les techniques décrites
ci-dessous —TCO, TCO sensible à la polarisation
(TCO-SP), la fluorescence par laser (DIAGNOdent,
KaVo), la fluorescence quantitative induite par laser
(FQL), la transillumination par fibre optique —ex-
ploitent ce concept, affichant différents degrés de
spécificité et de sensibilité dans le cadre de la détec-
tion de la déminéralisation et du déclin des matrices
dentaires, de la structure anatomique de l'organe
dentaire, ainsi que des biofilms microbiens et du
tartre qui y est attaché.
_Caries dentaires
A. Tomographie à cohérence optique
Comme décrit ci-dessus, la TCO mesure l'inten-
sité de la lumière rétrodiffusée pour créer des
images. La lumière ne voyage pas à vitesse constante
lorsqu'elle traverse différentes structures. Elle est
plus rapide dans les matières à indice de réfraction
bas et plus lente dans ceux à indice de réfraction
moyen à élevé. De plus, lorsque la lumière se heurte
à un brusque changement dans la réfraction, l'onde
est réfléchie soit extérieurement soit intérieure-
ment. L'intensité de la réflexion dépend de la varia-
tion de la réfraction, de l'angle selon lequel la vitesse
voyage et de la polarisation de la lumière. Si le chan-
gement de réfraction entre les milieux est graduel,
la réflexion sera minime (Brenzinski et al. 2006 ; Col-
ston et al. 1998 ; Feldchtein et al. 1998 ; Otis et al.
2000). Le changement entre les tissus durs tels que
l'émail et la dentine, et entre des milieux sains et dé-
minéralisés ou carieux peut alors être interprété
pour créer des images des tissus durs en 2D ou 3D.
Différentes propriétés optiques font donc encore
l'objet de recherches, en tant que quantificateurs
potentiels des changements de minéralisation per-
mettant de détecter les caries dentaires (Li et al.
2009). Lors des débuts de la TCO, deux groupes de
chercheurs se sont penchés sur la possibilité d'utili-
ser la TCO in vivo pour concrétiser en image un tissu
sain et déminéralisé et sur les procédés de restaura-
tion (Colston et al. 1998). Une publication récente a
décrit l'usage de la TCO in vivo pour déterminer l'ef-
ficacité d'un inhibiteur de la pompe à protons dans
le traitement du reflux gastro-œsophagien en sur-
veillant l'érosion dentaire avec la TCO (Wilder-Smith
et al. 2009). L'étude s'est avérée intéressante du fait
que les chercheurs ont été capables de déceler une
association entre les médicaments et une réduction
de l’érosion de l'émail.
B. La TCO sensible à la polarisation
L'émail et la dentine présentant de forts effets
polarisants, des changements dans la polarisation
fournissent d'avantage d'informations structu-
relles que la TCO conventionnelle (Brezinski, 2006).
La lumière est diffusée en une polarisation et la ré-
flexion est lue dans les deux polarisations. Bien que
nous n'ayons pu trouver d’études cliniques utilisant
la TCO sensible à la polarisation (TCO-SP), des re-
cherches approfondies ont été réalisées par Fried
ainsi que d'autres chercheurs, et ont montré que
cette technologie a le potentiel de surveiller la dé-
minéralisation/reminéralisation, et de quantifier la
structure dentaire déminéralisée, même sous le ma-
tériau d’obturation (Manesh et al. 2009 ; Chen et al.
2005 ; Jones et al. 2006 ; Jones & Fried 2006 ; Ngao-
theppitak et al. 2005 ; Chong et al. 2007 ; Jones et al.
2004). Malheureusement, la technologie TCO-SP n'a
pas encore permis de déceler les caries radiculaires
(Lee et al. 2009).
C. La fluorescence induite par laser
La lumière rétrodiffusée de la fluorescence in-
duite par laser s'avère être un instrument permet-
tant de détecter et de quantifier l’activité de la carie
(Zandona & Zero 2006). Une lumière de laser rouge
(longueur d'onde de 655 nm) est absorbée par une
matière organique et inorganique dans la dent et est
ensuite rediffusée depuis la matière organique en
tant que lumière fluorescente proche-infrarouge.
L'appareil fournit une impression numérique et dif-
fuse un signal audible lorsqu'une carie est détectée.
Les résultats des études relatives à l'utilité du dia-
gnostic avec DIAGNOdent varient considérable-
ment (Chong et al. 2003 ; Kuhnisch et al. 2008). Le
manque de cohérence dans le diagnostic peut reflé-
ter : (a) le besoin pour les cliniciens d'apprendre à
utiliser correctement l'appareil ; (b) les tâches et/ou
le tartre affectant l’interprétation ; et (c) la difficulté
à déterminer la valeur numérique à laquelle l'inter-
vention chirurgicale est indiquée (Shi et al. 2000).
Cependant, la littérature semble être cohérente
dans la manière de décrire DIAGNOdent comme
étant un instrument plus efficace dans la détection
des caries dentaires que celle des caries de l'émail.
Un des autres avantages du DIAGNOdent réside
Fig. 2