La science progresse parfois par la découverte de quelque chose de totalement nouveau, mais souvent, elle consiste à améliorer ce qui existe déjà. C’est le cas de la recherche récente menée par le laboratoire de Lihong Wang de Caltech, qui a simplifié et amélioré une technique d’imagerie qu’ils avaient initialement annoncée en 2020.
La technique en question est une forme de technologie d’imagerie photoacoustique appelée PATER (Photoacoustic Topography Through an Ergodic Relay), une spécialité du groupe de Wang.
Dans l’imagerie photoacoustique, la lumière laser est pulsée dans le tissu où elle est absorbée par les molécules du tissu, les faisant vibrer. Chaque molécule vibrante sert de source d’ondes ultrasoniques capables d’être utilisées pour imager les structures internes de manière similaire à l’imagerie par ultrasons.
L’imagerie photoacoustique demeure technologiquement difficile car elle produit toutes ses informations d’imagerie en une seule rafale. Pour capturer ces informations, les premières versions de la technologie d’imagerie photoacoustique de Lihong Wang nécessitaient des centaines de capteurs (transducteurs) pressés contre la surface du tissu à imager, ce qui rendait la technologie compliquée et coûteuse.
Une amélioration significative
Les deux chercheurs ont réduit le nombre de transducteurs nécessaires en utilisant un dispositif appelé un relais ergodique, qui ralentit le taux d’information (sous forme de vibrations) entrant dans un transducteur. Comme expliqué dans une histoire précédente sur PATER :
« Dans l’informatique, il existe deux principales façons de transmettre des données : en série et en parallèle. Dans la transmission en série, les données sont envoyées dans un seul flux via un canal de communication. Dans la transmission en parallèle, plusieurs morceaux de données sont envoyés en même temps en utilisant plusieurs canaux de communication. »
Le système que Lihong Wang a conçu avec 512 capteurs est similaire au magasin avec de nombreuses caisses enregistreuses. Tous les capteurs travaillent en même temps, chacun prenant une partie des données sur les vibrations ultrasoniques générées par l’impulsion laser.
Comme le décrit Lihong Wang, un relais ergodique est une sorte de chambre autour de laquelle le son peut faire écho. Lorsque les vibrations ultrasoniques passent par le relais ergodique, elles sont étirées dans le temps.
La dernière version de la technologie
La dernière version de cette technologie, appelée PACTER (Photoacoustic Computed Tomography Through an Ergodic Relay), va encore plus loin, permettant au système de fonctionner avec un seul transducteur qui, grâce à l’utilisation de logiciels, peut collecter autant de données que 6 400 transducteurs.
PACTER améliore PATER de deux autres façons, dit Lihong Wang, qui est également le Andrew and Peggy Cherng Medical Engineering Leadership Chair et le directeur exécutif de l’ingénierie médicale.
Une amélioration est que PACTER peut créer des images en trois dimensions, alors que PATER ne peut générer que des images 2D. Cela a été rendu possible par le développement de logiciels améliorés.
Deuxièmement, contrairement à PATER, PACTER n’a pas besoin d’être calibré à chaque utilisation.
« Avec PATER, nous devions le calibrer à chaque fois pour l’utiliser et ce n’est tout simplement pas pratique. Nous avons supprimé cette calibration unique à chaque utilisation », indique Lihong Wang.
En synthèse
Cette recherche a permis d’améliorer considérablement une technologie d’imagerie existante, la rendant plus simple et plus efficace. Leur travail, qui a été publié dans la revue Nature Biomedical Engineering, est un exemple parfait de la manière dont la science progresse souvent par l’amélioration de ce qui existe déjà. Leur technologie PACTER est une avancée majeure dans le domaine de l’imagerie médicale, offrant des images en trois dimensions et éliminant le besoin de calibration à chaque utilisation.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la technologie PATER?
PATER (Photoacoustic Topography Through an Ergodic Relay) est une forme de technologie d’imagerie photoacoustique développée par le groupe de Lihong Wang de Caltech.
Qu’est-ce qui rend l’imagerie photoacoustique difficile?
L’imagerie photoacoustique est technologiquement difficile car elle produit toutes ses informations d’imagerie en une seule rafale, nécessitant des centaines de capteurs pour capturer ces informations.
Qu’est-ce qu’un relais ergodique?
Un relais ergodique est un dispositif qui ralentit le taux d’information (sous forme de vibrations) entrant dans un transducteur, facilitant ainsi la capture des informations d’imagerie.
Qu’est-ce que la technologie PACTER?
PACTER (Photoacoustic Computed Tomography Through an Ergodic Relay) est une version améliorée de PATER qui permet au système de fonctionner avec un seul transducteur et de créer des images en trois dimensions.
Quels sont les avantages de PACTER par rapport à PATER?
PACTER peut créer des images en trois dimensions, contrairement à PATER qui ne peut générer que des images 2D. De plus, PACTER n’a pas besoin d’être calibré à chaque utilisation, contrairement à PATER.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| 1. La technologie PATER est une forme d’imagerie photoacoustique développée par le groupe de Lihong Wang de Caltech. |
| 2. L’imagerie photoacoustique est technologiquement difficile car elle produit toutes ses informations d’imagerie en une seule rafale. |
| 3. Un relais ergodique est un dispositif qui ralentit le taux d’information (sous forme de vibrations) entrant dans un transducteur. |
| 4. PACTER est une version améliorée de PATER qui permet au système de fonctionner avec un seul transducteur. |
| 5. PACTER peut créer des images en trois dimensions, contrairement à PATER qui ne peut générer que des images 2D. |
| 6. PACTER n’a pas besoin d’être calibré à chaque utilisation, contrairement à PATER. |
| 7. PACTER peut collecter autant de données que 6 400 transducteurs grâce à l’utilisation de logiciels. |
| 8. La technologie PACTER est une avancée majeure dans le domaine de l’imagerie médicale. |
| 9. Le travail de Wang et Zhang a été publié dans la revue Nature Biomedical Engineering. |
| 10. Leur recherche est un exemple parfait de la manière dont la science progresse souvent par l’amélioration de ce qui existe déjà. |
Références
Le travail de Wang et Zhang a été publié dans la revue Nature Biomedical Engineering. Les co-auteurs sont Peng Hu (PhD ’23), ancien étudiant en ingénierie médicale ; Lei Li (PhD ’19), ancien postdoc en ingénierie médicale ; Rui Cao, postdoc en ingénierie médicale ; Anjul Khadria, ancien postdoc en ingénierie médicale ; Konstantin Maslov, ancien scientifique du personnel à Caltech ; Xin Tong, étudiant en ingénierie médicale ; et Yushun Zeng, Laiming Jiang, et Qifa Zhou de USC.
