Les procédures médicales invasives, telles que celles nécessitant une anesthésie locale, comportent souvent un risque de lésions nerveuses. Pendant l'intervention chirurgicale, le chirurgien peut accidentellement couper, étirer ou comprimer un nerf, surtout si le nerf est confondu avec un autre tissu. Cela peut entraîner des symptômes à long terme, notamment des problèmes sensoriels et moteurs. De même, les patients recevant des blocs nerveux ou d’autres types d’anesthésie peuvent subir des lésions nerveuses si l’aiguille n’est pas à la bonne distance du nerf périphérique cible.

Par conséquent, les chercheurs ont travaillé dur pour développer des techniques d'imagerie médicale afin de réduire le risque de lésions nerveuses. Par exemple, l’échographie et l’imagerie par résonance magnétique (IRM) peuvent aider les chirurgiens à localiser les nerfs pendant une intervention chirurgicale. Cependant, distinguer les nerfs des tissus environnants dans les images échographiques est difficile, et l’IRM est coûteuse et prend du temps.

Des chercheurs de l'Université Johns Hopkins soulignent le potentiel de l'imagerie photoacoustique multispectrale pour prévenir les lésions nerveuses lors de procédures médicales invasives et identifier les longueurs d'onde clés pour une visualisation optimale des nerfs.

Des images photoacoustiques du nerf ulnaire (à gauche) et du nerf médian (à droite) de porc ont été enregistrées in vivo pour la première fois. Le nerf a été éclairé avec une lumière de 1 725 nm et superposé à l’image échographique confocale. Sont également présentés les contours du nerf et de la région d’intérêt (ROI) de l’agarose environnante. Source : M. Graham et al., doi10.1117/1.JBO.28.9.097001

TA GPH14Perspectives de l'imagerie photoacoustique

Une alternative prometteuse à cet égard est multispectrale imagerie photoacoustique. En tant que technologie non invasive, l’imagerie photoacoustique combine des ondes lumineuses et sonores pour produire des images détaillées des tissus et des structures humains. Essentiellement, la zone cible est d’abord éclairée par une lumière pulsée, ce qui la fait légèrement chauffer. Cela provoque à son tour l'expansion du tissu, émettant des ondes ultrasonores qui sont captées par le détecteur à ultrasons.

Une équipe de recherche de l'Université Johns Hopkins a récemment mené une étude dans laquelle elle a caractérisé en profondeur les caractéristiques d'absorption et photoacoustiques du tissu neural sur toute la gamme spectrale du proche infrarouge (NIR). Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans le Journal of Biomedical Optics le 4 septembre et ont été dirigés par le Dr Muyinatu A. Lediju Bell, professeur agrégé de John C. Malone et directeur du laboratoire PULSE de l'Université Johns Hopkins.

L'un des principaux objectifs de leur recherche est de déterminer la longueur d'onde idéale pour identifier le tissu neural dans les images photoacoustiques. Les chercheurs ont émis l’hypothèse que les longueurs d’onde de 1 630 à 1 850 nanomètres, situées dans la fenêtre optique proche infrarouge III, constitueraient la plage de longueurs d’onde optimale pour la visualisation nerveuse, car les lipides de la myéline neuronale ont un pic d’absorption caractéristique dans cette plage.

Pour tester cette hypothèse, ils ont effectué des mesures détaillées d’absorption optique sur des échantillons de nerfs périphériques. Ils ont observé un pic d’absorption à une longueur d’onde de 1 210 nanomètres, qui appartient à la bande proche infrarouge II. Cependant, ce pic d’absorption est également présent dans d’autres types de lipides. En revanche, lorsque la contribution de l’eau est soustraite du spectre d’absorption, le tissu neural présente un pic unique dans la gamme du proche infrarouge III à 1 725 nm.

Tests pratiques et impact

De plus, les chercheurs ont effectué des mesures photoacoustiques des nerfs périphériques chez des porcs vivants à l'aide d'un appareil d'imagerie sur mesure. Ces expériences ont en outre confirmé l'hypothèse selon laquelle l'utilisation de pics dans la bande proche infrarouge III permet de différencier efficacement les tissus neuronaux riches en lipides des autres types de tissus, ainsi que des matériaux contenant de l'eau ou pauvres en lipides.

Bell est satisfait des résultats et déclare : "Notre travail est le premier à utiliser la spectroscopie à large longueur d'onde pour caractériser le spectre d'absorbance optique d'échantillons de nerfs de porc frais, et est également le premier à utiliser l'imagerie photoacoustique multispectrale dans la fenêtre proche infrarouge III pour démontrer la visualisation in vivo de nerfs de porc sains et régénérés."

Ces découvertes pourraient inciter les scientifiques à explorer davantage le potentiel de l’imagerie photoacoustique. De plus, la caractérisation des profils d’absorption de la lumière des tissus neuronaux peut contribuer à améliorer les techniques de détection et de segmentation neuronales lors de l’utilisation d’autres modalités d’imagerie optique.

"Nos résultats mettent en évidence la promesse clinique de l'imagerie photoacoustique multispectrale en tant que technique peropératoire pouvant être utilisée pour déterminer la présence de nerfs myélinisés ou prévenir des lésions nerveuses lors d'interventions médicales, et peuvent avoir des implications pour d'autres techniques optiques. Par conséquent, notre contribution établit avec succès une nouvelle base scientifique pour la communauté de l'optique biomédicale."