Imagerie de speckle laser détectée par transmission pour la surveillance du flux sanguin dans les tissus épais

La vitesse du flux sanguin est un paramètre important reflétant la fonction vasculaire. Une fonction vasculaire anormale est étroitement liée à l’apparition et au développement de nombreuses maladies, telles que le diabète, l’artériosclérose, la thrombose, etc. Par conséquent, la surveillance de la vitesse d’écoulement n’est pas seulement un objectif de recherche important, mais également un indicateur clinique important.

L’imagerie par contraste de speckle laser (LSCI) est une technique d’imagerie non invasive à grand champ avec une résolution temporelle et spatiale élevée, qui est basée sur l’analyse des signaux lumineux après diffusion et interférence aléatoire, et obtient donc les informations de vitesse des particules de diffusion dans les tissus biologiques (par exemple, les globules rouges). Il a été largement utilisé dans la recherche des fonctions vasculaires. Cependant, les signaux profonds sont difficilement détectables pour un modèle sans fenêtre conventionnel car il fonctionne sur le mode de détection par réflexion ; par conséquent, la force du speckle statique dans la couche supérieure est bien supérieure à celle du signal de speckle dynamique dans les vaisseaux sanguins ciblés profonds, ce qui entraîne un faible rapport signal/arrière-plan (SBR).

Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et application, le groupe de Dan Zhu du Britton Chance Center for Biomedical Photonics, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Chine, ont considérablement amélioré la capacité d’imagerie de l’imagerie laser sur les tissus épais en modifiant les méthodes de détection de l’imagerie laser. En utilisant la méthode de détection de transmission, les signaux de speckle dynamiques de la couche vasculaire deviennent plus forts que les informations de speckle statiques de la couche tissulaire supérieure, améliorant ainsi le SBR de la détection du flux sanguin dans les tissus épais.

Dans des études précédentes, le LSCI conventionnel détecté par réflexion pouvait obtenir des images haute résolution de la distribution du flux sanguin chez les animaux de laboratoire uniquement lorsqu’il était combiné avec des « fenêtres chirurgicales » ou des « fenêtres de nettoyage optique des tissus ». Cependant, dans l’expérience humaine, la résolution de l’image est extrêmement faible car une “fenêtre tissulaire” ne peut pas être réalisée. Au contraire, les auteurs de cet article ont utilisé TR-LSCI pour effectuer une cartographie et un suivi du flux sanguin cutané/sous-cutané dans diverses parties du corps de la souris, y compris l’oreille, le membre postérieur, le dos et la patte, sans aucune fenêtre cutanée. Plus important encore, TR-LSCI était capable de surveiller les changements du flux sanguin humain adulte dans les doigts ou les paumes avec une résolution individuelle des vaisseaux, et la procédure d’imagerie n’a pas nécessité beaucoup d’irradiation laser (6 mJ/cm²), “ce qui était bien inférieur à celui utilisé dans la thérapie au laser à faible intensité”, ont déclaré les scientifiques.

À l’aide de leur système, les scientifiques ont étudié la différence de réponse entre le flux sanguin dans les tissus profonds et la perfusion dans la couche superficielle et ont découvert que « par rapport à la perfusion dans la couche superficielle, où il y avait presque une microvascularisation, le flux sanguin dans les gros vaisseaux profonds était plus affecté par la pression et récupérait plus lentement une fois la pression relâchée.”

Grâce à son caractère non invasif, son faible coût et sa haute résolution spatio-temporelle, TR-LSCI détient un grand potentiel dans le domaine de la recherche sur la microcirculation. Ces scientifiques envisagent les futures applications de la technologie :

“Nos résultats systématiques in vivo ont également suggéré que TR-LSCI pourrait effectuer une cartographie du flux sanguin avec une résolution prometteuse dans les tissus épais sans l’aide de fenêtres tissulaires, ces besoins LSCI conventionnels pour la recherche de la vascularisation tumorale, la cicatrisation des plaies, l’effet thérapeutique des médicaments thrombolytiques, thérapie photodynamique des vaisseaux sanguins malformés et ainsi de suite », ont-ils observé.

“L’acquisition réussie du signal de flux sanguin dans la main humaine impliquait que TR-LSCI pourrait être appliqué davantage dans d’autres parties du corps humain dont l’épaisseur est faisable pour que la lumière pénètre, comme l’oreille, la lèvre, l’orteil et le cou-de-pied, etc. Ainsi, le développement du TR-LSCI pourrait accélérer la recherche clinique sur la microcirculation et les maladies associées, telles que l’ulcère du pied diabétique, la polyarthrite rhumatoïde et la dermatite », ont-ils ajouté.

À l’avenir, le TR-LSCI peut être encore optimisé en utilisant un laser à longueur d’onde plus longue pour obtenir une profondeur et une qualité d’imagerie plus grandes, ou en utilisant des algorithmes pour améliorer la qualité de l’image finale. Cette technique non invasive à faible coût, à haute résolution et complète a un grand potentiel pour être largement utilisée dans les applications cliniques.