Imagerie diagnostique de haute qualité – pour toutes les carnations – Physics World

L’imagerie photoacoustique (PA) est une technique de diagnostic non invasive qui permet de visualiser des structures anatomiques – telles que les artères et les vaisseaux sanguins – jusqu’à plusieurs centimètres de profondeur dans les tissus. Mais même si cette modalité d’imagerie fonctionne bien pour les personnes à la peau plus claire, elle ne peut pas créer des images aussi claires pour les patients à la peau plus foncée.

L’imagerie PA fonctionne en éclairant les tissus avec une lumière proche infrarouge. Le tissu absorbe l'énergie optique, la faisant se dilater et générer des ondes acoustiques, qui peuvent être détectées par des transducteurs à ultrasons conventionnels. Cependant, lors de l’imagerie d’une peau plus foncée, l’augmentation de la mélanine absorbe davantage de lumière incidente, réduisant ainsi l’efficacité de l’éclairage. Cette absorption génère également des ondes PA à la surface de la peau, créant des artefacts d’image appelés fouillis acoustiques.

Une collaboration de recherche entre Johns Hopkins University et les terres parsemées de Université de São Paulo a trouvé un moyen de résoudre ce problème, en utilisant une méthode appelée formation de faisceaux à cohérence spatiale à court décalage (SLSC), qui supprime efficacement les signaux parasites indésirables. L'équipe a démontré que l'algorithme de formation de faisceaux SLSC augmentait considérablement la qualité de l'image chez tous les participants – et fonctionnait particulièrement bien chez ceux à la peau plus foncée – rapportant leurs résultats dans Photoacoustique.

"Lorsque vous réalisez des images à travers la peau avec de la lumière, c'est un peu comme l'éléphant dans la pièce : il existe des préjugés et des défis importants pour les personnes à la peau plus foncée par rapport à celles à la peau plus claire", explique le co-auteur principal et inventeur du SLSC. Cloche Muyinatu dans un communiqué de presse. « Notre travail démontre qu’une technologie d’imagerie équitable est possible. »

Pour tester cette approche, l’équipe a enregistré les données PA des avant-bras de 18 volontaires avec des tons de peau différents, en utilisant une excitation de 750, 810 et 870 nm. Pour déterminer l'effet de la teneur en mélanine sur les images PA conventionnelles basées sur l'amplitude, ainsi que l'impact de la formation de faisceaux SLSC, ils ont calculé le rapport signal/bruit (SNR) de l'artère radiale traversant l'avant-bras et le niveau de fouillis environnant. artefacts pour les images conventionnelles et SLSC PA.

Plutôt que de classer le teint selon l’échelle de type de peau Fitzpatrick, couramment utilisée mais subjective, les chercheurs ont utilisé une méthode quantitative. En mesurant l'angle typologique individuel, qui est en corrélation avec la teneur en mélanine épidermique, ils ont classé le teint de chaque participant comme très clair, clair, intermédiaire, bronzé, brun ou foncé.

Dans les images PA conventionnelles basées sur l'amplitude acquises à 810 nm, l'image du volontaire 1 (qui avait le teint le plus clair) a fourni une bonne visualisation de l'artère radiale et des petits vaisseaux sanguins environnants. L'image PA du volontaire 18, qui avait le teint le plus foncé, contenait de forts artefacts de fouillis qui compromettaient la visualisation de l'artère radiale.

L'examen du niveau du signal cutané PA en fonction du teint de la peau pour chaque volontaire a montré que l'amplitude de ce signal augmentait avec l'augmentation de la teneur en mélanine épidermique. Le signal PA cutané dépendait également de la longueur d’onde d’éclairage optique, des signaux plus faibles étant observés à une longueur d’onde plus élevée.

Les images PA conventionnelles du volontaire 1 présentaient un fouillis acoustique minimal aux trois longueurs d'onde. Pour le volontaire 18, cependant, de forts artefacts de fouillis ont été observés sur les images, en particulier à 750 nm, où l'artère radiale ne pouvait pas être distinguée de l'arrière-plan.

Les images SLSC PA, en revanche, contenaient beaucoup moins d’artefacts parasites, tant pour les volontaires à la peau claire que foncée. Pour les peaux claires, l'imagerie SLSC PA a réduit le niveau de fouillis médian de 0.7 dB, de -16.2 dB avec l'imagerie PA basée sur l'amplitude à -17.0 dB. L'effet était plus prononcé pour les peaux foncées, réduisant l'encombrement de 6.1 dB, de -7.9 à -14.0 dB.

Ce niveau réduit d’encombrement a conduit à une meilleure visualisation de l’artère radiale. De plus, les images SLSC PA du volontaire 18 ont révélé un petit vaisseau sanguin qui était auparavant masqué par le fouillis dans les images PA conventionnelles.

Le calcul des valeurs SNR pour l'artère radiale (pour les trois longueurs d'onde combinées) a montré que pour tous les volontaires, le SNR diminuait pour les tons chair plus foncés dans les images PA conventionnelles. La formation de faisceau SLSC a amélioré ce SNR d'une médiane de 3.8 dB sur toutes les carnations, améliorant ainsi la visualisation de l'artère radiale. L’équipe note que le SNR SLSC obtenu avec le teint le plus foncé était comparable au SNR conventionnel pour le teint le plus clair.

Les chercheurs concluent que le biais quantifiable introduit par les variations de teint a été atténué avec succès grâce à la formation de faisceaux SLSC. Ils travaillent maintenant à appliquer ces résultats à imagerie du cancer du sein, pour imager les vaisseaux sanguins qui s'accumulent dans et autour des tumeurs.

Le teint de la peau a un impact sur les mesures photoacoustiques de l'oxygénation du sang

« Notre objectif est d'atténuer, et idéalement d'éliminer, les biais dans les technologies d'imagerie en prenant en compte une plus grande diversité de personnes, qu'il s'agisse de tons de peau plus foncés, de densités mammaires plus élevées ou d'indices de masse corporelle plus élevés – ce sont actuellement des valeurs aberrantes pour les techniques d'imagerie standard », déclare Bell, qui a récemment reçu un Prix ​​du leadership en diversité scientifique pour ses recherches sur les technologies d’imagerie inclusives. « Notre objectif est de maximiser les capacités de nos systèmes d’imagerie pour un plus large éventail de notre population de patients. »

"Au meilleur de nos connaissances, notre étude représente la première analyse quantitative des relations entre le teint, le niveau d'encombrement et la qualité de l'image en imagerie photoacoustique", co-auteur principal Théo Pavan raconte Monde de la physique. "Nos résultats suggèrent qu'il serait bénéfique pour les futures études cliniques utilisant l'imagerie photoacoustique d'incorporer les informations sur le teint des participants dans leur recherche."

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• La source: https://physicsworld.com/a/high-quality-diagnostic-imaging-for-all-skin-tones/