Une technique optique hybride suit la circulation sanguine profonde dans les tissus vivants
Des chercheurs de l'ICTER combinent interférométrie et caméras rapides pour distinguer les vaisseaux superficiels de la circulation cérébrale.
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Les capteurs optiques posés contre la peau humaine peinent souvent à séparer le flux sanguin superficiel de la circulation dans les organes profonds. Pour surmonter cette limite, des chercheurs de l'International Centre for Translational Eye Research ont mis au point un système optique hybride dans le proche infrarouge qui isole les signaux des couches tissulaires plus profondes. Cette innovation de dispositif médical, testée sur des volontaires humains, offre un moyen non invasif de suivre la dynamique sanguine sans intervention chirurgicale.
Résoudre l'énigme de la profondeur dans la surveillance optique des tissus
Lorsque les cliniciens éclairent le front pour surveiller la circulation cérébrale, le signal retour est contaminé par le sang qui circule dans le cuir chevelu. La spectroscopie interférométrique dans le proche infrarouge classique permet de distinguer les signaux selon le temps que met la lumière à traverser les tissus, mais elle ne collecte que très peu de photons, comme le rapporte MedicalXpress. La détection standard par caméra capte bien plus de lumière, mais elle ne conserve pas l'information de temps de vol lorsque les tissus vivants changent rapidement. Pour réunir les avantages des deux approches, Marcin Marzejon et Dawid Borycki ont construit un instrument optique hybride, une innovation qui associe interférométrie laser et détection par caméra.
« Le temps de vol nous aide à sélectionner la lumière qui apporte une plus grande contribution des tissus profonds. En combinant cette information avec les changements causés par le mouvement des cellules sanguines, nous pouvons mieux distinguer les signaux de la circulation superficielle du flux sanguin dans les tissus profonds. »
— Dawid Borycki, responsable du groupe PICO à l'ICTER
Suivre les figures de speckle avec un laser à 780 nanomètres
Le système utilise un laser fonctionnant à une longueur d'onde d'environ 780 nm dans le proche infrarouge, divisé en trajets de mesure complémentaires alimentés par une source lumineuse unique. Lorsque le faisceau traverse les tissus biologiques, il subit de multiples diffusions et forme sur le capteur une distribution granuleuse de points clairs et sombres appelée figure de speckle. Le mouvement des globules rouges modifie cette figure au fil du temps, ce qui permet au logiciel de calculer un indice de flux sanguin reflétant la vitesse circulatoire, selon MedicalXpress. Les photons qui empruntent des trajets plus longs à travers les structures profondes arrivent plus tard au détecteur, ce qui permet au prototype de distinguer les réponses physiologiques profondes du flux sanguin cutané superficiel.
Valider la sensibilité en profondeur sur les avant-bras et les fronts
Les chercheurs ont démontré la technique sur deux hommes en bonne santé âgés de 33 et 43 ans, en plaçant des fibres optiques à 1 cm d'écart sur la peau lors d'essais enregistrés par séquences d'une seconde. Lors d'une expérience sur l'avant-bras, le gonflement d'un brassard de tension a interrompu le flux sanguin et ralenti les variations de speckle, puis un pic immédiat au-dessus de la ligne de base s'est produit dès la dépressurisation, comme le détaille MedicalXpress. Dans cette phase d'hyperémie réactive, les photons arrivant tard affichaient une augmentation du signal bien plus forte que les photons arrivant tôt. Un test distinct utilisant un bandeau élastique sur le front a confirmé que la lumière arrivant tard réagissait plus faiblement à la compression du cuir chevelu en surface, ce qui vérifie sa sensibilité aux couches plus profondes et souligne le potentiel clinique de l'invention.
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