Chaque fois que je parle à d’autres de mon travail, je dis toujours « un aperçu du léopard à travers le tube peut en révéler une partie » (Partie 2)

Produit par : Science Popularization China

Auteur : Xue Yadi, Ran Yue (Institut d'ingénierie et de technologie biomédicales de Suzhou, Académie chinoise des sciences)

Producteur : China Science Expo

Note de l'éditeur : Afin de dévoiler le mystère du travail scientifique et technologique, le projet technologique de pointe de la Chine a lancé une série d'articles intitulée « Moi et mes recherches », invitant les scientifiques à écrire leurs propres articles, à partager leurs expériences de recherche scientifique et à créer un monde scientifique. Suivons les explorateurs à la pointe de la science et de la technologie et embarquons pour un voyage plein de passion, de défis et de surprises.

Dans le monde de la chirurgie mini-invasive, les endoscopes médicaux sont les stars incontestées. Grâce à son petit corps, il peut facilement se déplacer à travers notre structure corporelle complexe, offrant aux médecins un champ de vision sans précédent, ce qui rend non seulement la chirurgie plus précise mais réduit également considérablement la douleur des patients.

Vous êtes-vous déjà demandé comment les médecins examinaient les organes internes avant l’invention de l’endoscope ? Dans un corps étroit et sans lumière, comment un endoscope aide-t-il les médecins à voir clairement la cible et même à guider avec précision la chirurgie ?

À cette fin, nous avons spécialement planifié une série sur les endoscopes médicaux, divisée en deux articles pour vous permettre de comprendre le passé et le présent des endoscopes médicaux et d'explorer les principes scientifiques et les réalisations étonnantes qui les sous-tendent. Ceci est le prochain article de la série.

Notre équipe est engagée depuis longtemps dans le domaine de l’imagerie de fluorescence in vivo en temps réel à haute résolution des tissus biologiques. Les travaux réalisés comprennent l'imagerie endoscopique optique médicale, telle que l'imagerie microendoscopique confocale laser, l'imagerie laparoscopique par fluorescence, l'imagerie du flux sanguin par speckle laser, l'imagerie endoscopique par contraste de phase computationnelle, l'imagerie par microscopie à super-résolution par éclairage à lumière structurée (SIM), etc. L'imageur de microscopie à fluorescence confocale a été approuvé pour l'enregistrement des dispositifs médicaux.

Imagerie à bande étroite : permettre aux médecins de voir plus clairement

L'imagerie à bande étroite (NBI) est une technologie endoscopique qui permet aux médecins de « voir plus clairement ».

Les endoscopes traditionnels utilisent une lumière blanche pour l’éclairage, ce qui permet de voir la surface des organes, mais les lésions minuscules à un stade précoce sont souvent facilement négligées. L'imagerie à bande étroite utilise des longueurs d'onde spécifiques de lumière bleue et verte pour éclairer spécifiquement les vaisseaux sanguins et les surfaces muqueuses, rendant de minuscules lésions « visibles », ce qui la rend particulièrement adaptée au dépistage du cancer précoce.

En termes simples, le NBI revient à ajouter un filtre à la « vision » du médecin, en mettant en évidence les détails de la zone malade, de la même manière que des indices cachés sont clairement visibles sous une « loupe ».

Cette technologie est particulièrement adaptée à l’examen des voies digestives et respiratoires, permettant aux médecins de détecter les anomalies plus tôt et de poser des diagnostics plus précis. L'imagerie à bande étroite ajoute un effet de « perspective » aux capacités d'observation de l'endoscope, améliorant considérablement la précision de la détection et le taux de réussite du diagnostic précoce.

Micro-canaux avec différents degrés de lésions sous NBI

(Source de l'image : Référence 1)

Endoscopie par fluorescence : éclairer les lésions cachées

Les endoscopes fluorescents injectent des substances fluorescentes pour faire « briller » la zone malade sous une lumière spécifique, offrant aux médecins une navigation précise.

Similaire à l’effet des lunettes de vision nocturne dans les films, les endoscopes fluorescents permettent aux médecins de voir des lésions qui ne peuvent pas être visualisées avec une optique normale. En particulier dans la chirurgie du cancer, la chirurgie guidée par fluorescence devient un « phare » pour l’élimination des tumeurs.

Les endoscopes fluorescents sont plus couramment utilisés pour la navigation chirurgicale et le positionnement précis des lésions. Il injecte ou applique des colorants fluorescents pour rendre fluorescents des tissus spécifiques sous une lumière spécifique, en particulier les tumeurs et les zones de lésions, les rendant plus visibles pendant la chirurgie. De cette façon, les médecins peuvent identifier et retirer avec précision les tissus malades pendant l’opération afin d’éviter de blesser accidentellement les tissus sains.

Imagerie par fluorescence des tumeurs

(Source de l'image : Référence 2)

Les endoscopes fluorescents sont similaires à des « cartes de haute précision » pour les médecins, offrant une navigation claire dans des environnements chirurgicaux complexes, aidant les médecins à garantir la rigueur et la sécurité de l'opération et à réduire le risque de récidive. Cette technologie est principalement utilisée pour le guidage en temps réel en chirurgie du cancer et est devenue un phare pour l’élimination des tumeurs.

Échographie endoscopique : écouter et décrire

L'échographie endoscopique (EUS) peut être considérée comme une combinaison parfaite de la technologie de l'endoscopie et de l'échographie. Ce n'est pas seulement une paire d'« yeux », mais il peut également écouter et détecter des structures profondément à l'intérieur du corps comme des « oreilles ».

Les endoscopes traditionnels ne peuvent voir que la surface des organes, mais les endoscopes à ultrasons sont comme un « radar » entre les mains des médecins. Ils émettent des ondes sonores à haute fréquence, pénètrent la surface des tissus et capturent des images à des niveaux plus profonds. Lorsque les ondes sonores rencontrent des tissus de densités différentes, elles réfléchissent différents signaux, formant des images détaillées qui permettent aux médecins non seulement d'observer la surface, mais également de « voir à travers » les organes ou les tumeurs adjacents.

L'endoscopie échographique est le plus souvent utilisée pour diagnostiquer les maladies gastro-intestinales, telles que les lésions de l'estomac, du pancréas, du duodénum, ​​​​etc. Pendant l'opération, elle utilise une sonde à ultrasons pour « détecter » les parois du tube digestif ou des organes environnants, comme un instrument d'imagerie qui pénètre la « barrière » pour aider les médecins à identifier les lésions profondes.

L'échographie endoscopique permet de diagnostiquer avec précision les maladies du tube digestif

(Source de la photo : Xinhuanet)

Ce qui est plus intéressant, c’est que l’EUS peut également être utilisé en conjonction avec une biopsie par aspiration à l’aiguille fine pour obtenir directement des échantillons de tissus profonds pour une analyse pathologique plus approfondie. La magie de cette technologie est qu’elle peut non seulement « voir » mais aussi « entendre » les changements dans le corps, élargissant la profondeur d’imagerie des endoscopes traditionnels et permettant aux médecins de voir les lésions dans les tissus profonds.

L'endoscopie échographique est comme un « périscope » dans la médecine moderne, permettant aux médecins d'explorer plus en profondeur les recoins cachés du corps et de s'assurer qu'aucune lésion ne puisse échapper à la détection.

Endomicroscopie confocale laser : un « explorateur microscopique » qui révèle les mystères des cellules

L'endomicroscopie confocale laser (CLE) est une technologie endoscopique révolutionnaire qui combine la microscopie confocale et l'endoscopie pour fournir une imagerie tissulaire en temps réel au niveau microscopique.

Cette technologie permet non seulement aux médecins d’observer les détails à la surface des organes, mais également d’observer la morphologie cytologique des tissus pour aider à diagnostiquer les maladies. C'est comme si un médecin pouvait transporter un microscope pour « explorer » le corps du patient, observer directement les changements dans les tissus et les cellules et obtenir une imagerie in vivo en temps réel au niveau cellulaire.

Le cœur de l'endoscopie laser confocale réside dans les deux parties « confocale » et « sonde d'imagerie ». L'idée de base est d'utiliser un petit trou pour éliminer la lumière diffusée par les plans et les points non focaux[3], de sorte que seul le signal lumineux du point focal soit conservé, formant ainsi une image haute résolution.

Le laser en CLE est introduit dans le corps humain par la fibre optique de l'endoscope. La lumière émise par la source lumineuse éclaire avec précision le tissu au point conjugué, et la fluorescence excitée est focalisée avec précision au niveau du sténopé pour former une image ponctuelle. Ce trou d’épingle est la clé de la capacité d’observation au niveau cellulaire de CLE. Il est conjugué à la source lumineuse du point d'éclairage, de sorte que la lumière parasite en dehors du foyer est filtrée.

La CLE nécessite également souvent l’aide d’agents fluorescents. Les médecins injecteront des agents fluorescents, tels que la fluorescéine sodique, avant l’opération. Ces agents fluorescents peuvent se combiner à certaines structures cellulaires du tissu pour montrer la structure vasculaire, les espaces intracellulaires, etc. du tissu testé.

À gauche : Métaplasie intestinale sous endoscopie ordinaire

Milieu : Métaplasie intestinale sous endoscopie confocale

À droite : Métaplasie intestinale sous examen histologique

(Source de l'image : Référence 4)

Dans le diagnostic traditionnel, les médecins doivent généralement prélever un petit morceau de tissu par biopsie pour une analyse pathologique. Le processus de biopsie est non seulement traumatisant, mais peut également prendre plus de temps et les résultats de l’échantillonnage peuvent également être inexacts.

Cependant, la CLE effectue une imagerie en temps réel de la surface luminale et constitue une méthode de « biopsie optique » non invasive qui peut effectuer une détection au niveau cellulaire sans retirer de tissu, permettant un diagnostic et un traitement précoces des lésions tissulaires. Cela signifie que les patients subiront moins de traumatismes lors de l’examen et pourront obtenir des résultats diagnostiques plus rapidement, réduisant ainsi le temps et l’incertitude du diagnostic et du traitement.

À l’heure actuelle, l’application clinique de la CLE est relativement mature, comme l’imagerie des intestins et de l’estomac. À l’avenir, à mesure que les domaines d’application clinique s’élargiront, il jouera un rôle plus important.

Endoscopie par capsule : avaler un satellite de reconnaissance

Imaginez que vous n'ayez besoin que d'avaler une capsule, qui est comme un mini « satellite de reconnaissance » qui pénètre dans votre tube digestif et commence son propre voyage d'exploration. C’est la magie de l’endoscopie par capsule.

Dans le passé, les médecins ne pouvaient pénétrer dans le corps qu'à travers de longs tubes endoscopiques, un processus qui était non seulement inconfortable mais qui risquait également de passer à côté de lésions critiques. Aujourd’hui, l’endoscopie par capsule a complètement libéré cette expérience. Il peut voyager librement dans le tube digestif humain comme un explorateur fidèle, prenant des photos au fur et à mesure et transmettant des images haute définition à un récepteur porté à l'extérieur du corps du patient via un émetteur sans fil intégré.

À gauche : Image du tube digestif sous endoscopie par capsule À droite : Taille réelle de l'endoscopie par capsule

(Source de l'image : Wikipédia)

Ce récepteur agit comme une station de collecte de données, enregistrant l'ensemble du processus d'exploration du tube digestif, permettant aux médecins d'analyser les images en détail plus tard et de voir chaque recoin du tube digestif. Ce qui est encore plus surprenant, c’est que l’endoscopie par capsule peut examiner des zones difficiles à atteindre avec les endoscopes traditionnels, en particulier l’intestin grêle complexe et tortueux[5].

Pour les médecins, l’endoscopie par capsule est comme une paire d’« yeux » qui peuvent scanner de manière transparente et peuvent même aider à détecter des lésions précoces telles que la maladie de Crohn et les saignements gastro-intestinaux. Pour les patients, il s’agit d’une avancée révolutionnaire. Ils n’ont plus besoin de supporter la douleur de l’intubation. Il leur suffit d’avaler une capsule et le processus d’examen sera aussi simple que d’habitude.

Dans le futur, dans quelle direction évolueront les endoscopes ?

Les futurs systèmes de caméras endoscopiques évolueront non seulement vers la haute définition, l’intelligence et le caractère minimalement invasif, mais se concentreront également davantage sur les avancées dans la technologie d’imagerie des micro-cavités. Avec les progrès de l’optique, de la microélectronique et des technologies d’imagerie, les caméras endoscopiques fourniront des images en ultra haute définition, voire 8K, en temps réel, aidant les médecins à observer la zone de la lésion avec plus de précision dans des scénarios chirurgicaux complexes. Dans le même temps, l'imagerie stéréoscopique 3D deviendra une configuration standard, améliorant considérablement la perception spatiale des médecins, en particulier dans les chirurgies mini-invasives telles que la laparoscopie, améliorant la précision et la sécurité des opérations.

Imagerie de minuscules cavités naturelles : L’imagerie de minuscules cavités est une direction importante dans le développement de la technologie endoscopique. Il permet aux médecins d’accéder à de minuscules canaux qui étaient difficiles à atteindre avec les endoscopes traditionnels dans le passé, tels que les voies biliaires, les voies pancréatiques, les voies urinaires et les vaisseaux sanguins. Dans le passé, l’inspection et le traitement de ces zones reposaient souvent sur une chirurgie invasive ou une imagerie radiologique, mais la sophistication et la miniaturisation des équipements endoscopiques à microcavités ont permis aux médecins d’observer et de traiter directement les maladies dans ces cavités à travers des canaux extrêmement petits. Par exemple, la détection précoce du cancer des voies biliaires et du cancer du pancréas peut désormais être réalisée directement grâce à l’imagerie par microcavité, ce qui améliore considérablement la précision du diagnostic et les chances de traitement précoce.

Technologie de l’IA : l’intelligence artificielle (IA) est également le moteur principal de la future technologie endoscopique[6]. L’IA peut analyser les images endoscopiques en temps réel, identifier automatiquement les tissus malades et fournir des recommandations diagnostiques. Grâce à l’aide de l’IA, les médecins peuvent établir des diagnostics plus rapidement et réduire les erreurs humaines. La technologie de l’IA a montré un grand potentiel dans certains domaines, comme la détection automatique des polypes du côlon. À l’avenir, son application s’étendra à un dépistage plus poussé des maladies et à une analyse plus précise des minuscules cavités.

Technologie d'imagerie 3D : De plus, la technologie d'imagerie par microcavité sera combinée à l'imagerie haute définition et 3D, permettant aux médecins non seulement de voir des images délicates dans des canaux extrêmement étroits, mais également de déterminer avec précision l'emplacement et l'étendue des lésions grâce à une perspective tridimensionnelle. Cette avancée technologique ouvre de grandes possibilités pour la chirurgie mini-invasive. Les médecins peuvent surveiller et opérer en temps réel pendant l’opération, réduire les dommages aux tissus sains environnants et réduire considérablement les risques chirurgicaux.

Les progrès des dispositifs médicaux ont une importance considérable pour le diagnostic et le traitement de la médecine moderne. Les endoscopes à haute définition et plus intelligents améliorent non seulement la capacité à détecter les lésions précoces, mais favorisent également le développement de la chirurgie mini-invasive, réduisant la douleur des patients et le temps de récupération postopératoire.

À l’avenir, à mesure que ces technologies se développeront, les endoscopes continueront d’être un « super outil » entre les mains des médecins, les aidant à réaliser des tâches de diagnostic et de traitement complexes avec une précision et une efficacité sans précédent.

Références :

[1] Zhu Yanan, Wang Jun, Wang Juan et al. Manifestations du cancer gastrique précoce et de la néoplasie intraépithéliale sous technologie d'imagerie endoscopique à bande étroite grossissante[J]. Journal chinois d'endoscopie, 2024, 30(07) : 56-62.

[2] Liu Sheng, Yin Xinmin, Liu Yi et al. Étude de sécurité et de faisabilité de l'hépatectomie anatomique droite laparoscopique guidée par fluorescence ICG pour le traitement des tumeurs du foie[J]. Journal chinois de chirurgie pratique, 2019, 39(09) : 944-948.

[3] Xu Baoteng. Recherche sur les technologies clés d'acquisition et de traitement d'images microendoscopiques confocales basées sur des faisceaux de fibres[D]. Université des sciences et technologies de Chine, 2023.

[4] Yu Xiaoyun, Chen Jie, Zheng Liduan et al. Valeur diagnostique de l'endoscopie confocale laser pour la gastrite atrophique chronique et la métaplasie intestinale[J]. Journal des maladies digestives cliniques, 2013, 25(05) : 280-282.

[5] Liao Zhuan, Li Zhaoshen. Développement et perspectives de l'endoscopie par capsule sur 20 ans[J]. Journal chinois de médecine interne pratique, 2022, 42(01) : 1-7.

[6] Sun Jiawei, Chen Zhaoqing, Zhao Bin et al. Progrès de l'application de l'apprentissage profond à l'imagerie par fibre optique (invité) [J]. Progrès du laser et de l'optoélectronique, 2024, 61(16) : 70-85.