Repousser les limites de l’imagerie échographique : innover grâce à la technologie ultrarapide


Récemment, le contenu vidéo à haute vitesse capturant des instants fugaces, tels que des balles passant à travers une vitre, a suscité l'intérêt des gens. Et si nous intégrions les ultrasons utilisés dans les examens médicaux dans la vidéo à haut débit ? Une équipe de recherche du POSTECH (Université des sciences et technologies de Pohang) a résolu le mystère des maladies rénales grâce à des ultrasons ultrarapides qui capturent 1 000 images en une seconde seulement.

L'équipe de recherche dirigée par le professeur Chulhong Kim du Département de génie électrique, le Département de génie informatique de convergence, le Département de génie mécanique et l'École des sciences et technologies de convergence, le professeur Jinah Jang du Département de génie mécanique et le Département de Ingénierie informatique de convergence, professeur Yong Joo Ahn du Département d'ingénierie informatique de convergence et de l'École des sciences et technologies de la convergence, Donghyeon Oh et Donghyun Lee, doctorants du Département d'ingénierie informatique de convergence, Jinseok Heo, doctorant du Département de En génie électrique, Jooyoung Kweon, étudiant à la maîtrise de l'École des sciences et technologies de convergence, et Uijung Yong, chercheur postdoctoral du Future IT Innovation Laboratory de POSTECH, ont réalisé une imagerie de la microvascularisation tridimensionnelle des reins à l'aide d'ultrasons ultrarapides. Leur technique attire l'attention, car elle est capable de visualiser l'ensemble de la microvascularisation rénale sans aucun agent de contraste. Les résultats seront publiés sous la forme d’un article de couverture intérieure dans la revue internationale Science avancée.

Le rein joue un rôle dans la filtration des déchets et dans l’élimination des substances indésirables de la circulation sanguine. Des conditions telles que l'hypertension et le diabète peuvent compromettre cette fonction vitale, conduisant à une insuffisance rénale – une condition irréversible nécessitant un traitement à vie par hémodialyse artificielle ou transplantation rénale d'un donneur. Compte tenu du lien direct entre la perfusion sanguine dans les reins et leur fonction de filtration, l’imagerie microvasculaire peut être un indicateur clé pour prévenir et guérir d’une insuffisance rénale.

Les méthodes d'imagerie médicale contemporaines représentatives comme la tomodensitométrie (tomodensitométrie) et l'IRM (imagerie par résonance magnétique) ont des limites dans la capture des structures vasculaires fines en raison de leurs contraintes de résolution et de sensibilité. De plus, l'utilisation d'agents de contraste dans ces méthodes est limitée en raison de leurs effets secondaires potentiellement mortels chez les patients atteints d'insuffisance rénale. En revanche, l’imagerie échographique, considérée comme suffisamment sûre pour la surveillance fœtale, utilise l’effet Doppler pour mesurer la vitesse et la direction du flux sanguin en temps réel sans avoir besoin d’agents de contraste. Cependant, la vitesse d’imagerie actuelle présente des limites pour capturer les vaisseaux sanguins fins avec une sensibilité suffisante. L’équipe de recherche a amélioré la sensibilité microvasculaire en utilisant une acquisition ultrarapide capturant 1 000 images par seconde, une vitesse plus de 100 fois plus rapide que l’imagerie échographique conventionnelle.

Grâce à cette technique, les chercheurs ont réalisé une première mondiale en imageant l’ensemble du réseau vasculaire tridimensionnel de l’artère rénale, de la veine et des artères et veines interlobulaires de 167 μm (micromètres) d’épaisseur dans le cortex rénal sans avoir recours à un agent de contraste. En outre, ils ont mené une observation continue des modifications vasculaires rénales dans un modèle animal induit par une insuffisance rénale, en effectuant une analyse multivariée utilisant des indicateurs hémodynamiques et morphologiques vasculaires. Les résultats ont révélé une forte diminution du débit sanguin rénal lors d’insuffisance rénale aiguë, tandis que dans le cas de néphropathie diabétique, ils ont identifié une dégénérescence vasculaire chronique des reins accompagnée d’une distorsion vasculaire.

Le professeur Chulhong Kim a expliqué : « Le système nous permet de comprendre la physiopathologie des maladies conduisant à une insuffisance rénale, permettant ainsi l'observation des changements vasculaires avant et après une transplantation rénale. » Il a ajouté : « Il a un potentiel important pour être utilisé pour étudier la circulation sanguine et les déficiences fonctionnelles dans divers organes, notamment le système digestif, le système circulatoire et le système nerveux cérébral. »

La recherche a été soutenue par des subventions de la National Research Foundation (NRF), la subvention du Korea Medical Device Development Fund, le Korean Fund for Regenerative Medicine et les projets BK21 FOUR (Pohang University of Science and Technology) financés par le gouvernement coréen (le ministère des Sciences et TIC ; le ministère de l'Éducation ; le ministère du Commerce, de l'Industrie et de l'Énergie ; le ministère de la Santé et de la Protection sociale).

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