Un endoscope microscopique aussi fin qu’un cheveu humain

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L'endoscopie sauve des vies. En effet, grâce à l'introduction de fibres optiques à l'intérieur du corps, il est possible d'observer des lésions, des kystes ou des tumeurs directement in situ et de dépister des maladies avant que des symptômes n'apparaissent. D'autre part, ils s'avèrent précieux pour les chirurgiens qui opèrent ainsi plus précisément leurs patients, leur permettant de mieux voir qu'à l'œil nu.

Mais qu'ils soient rigides ou flexibles, les endoscopes utilisés en clinique sont encore bien volumineux. Les scientifiques tentent donc de diminuer le diamètre de ces outils, mais cela se fait au détriment de la qualité de l'image observée. Difficile d'avoir le beurre et l'argentargent du beurre.

Pourtant, une annonce d'ingénieurs de l'université Stanford (Californie, États-Unis) laisse entrevoir la possibilité de simplifier la vie du patient qui doit passer l'épreuve. Grâce à une nouvelle technique qu'ils viennent de développer, ils pensent être capable de mettre au point un micro-endoscope pas plus épais qu'un cheveu (200 µm) car composé d'une fibre unique, capable de fournir une image de 80.000 pixelspixels à une résolution de 0,3 µm. À titre indicatif, actuellement les plus performants ont un diamètre 2,5 fois plus imposant (500 µm), et ne proposent que 10.000 pixels avec une résolutionrésolution d'environ 3 µm. Dans ces fibres souples, en effet, chacun de ces pixels est transmis par une fibre.

Et la lumière fut…

La lumièrelumière est un excellent moyen pour faire transiter une information. Les rayons voyagent à travers les fibres optiquesfibres optiques multimodes selon différents parcours car ils rebondissent sur les parois d'une façon spécifique en fonction de leur angle d'incidenceincidence. Chacun de ces trajets est appelé mode. Grâce à ce principe, on peut obtenir de nombreuses informations à partir d'une fibre unique. En contrepartie, ces rebonds atténuent l'information et l'image se brouille.

Joseph Kahn (à droite) et ses deux doctorants Reza Nasiri Mahalati (gauche) et Ruo Yu Gu (centre) sont les trois auteurs de ce micro-endoscope qui pourrait un jour éviter des manipulations trop invasives pour les patients. © John Todd

Ces scientifiques américains ont alors développé un algorithme informatique permettant de compenser la perte de qualité de l'image, à travers un modulateur spatial de la lumière et la mise au point d'un logiciellogiciel capable de réinterprétér le signal qui lui parvient.

Récemment, des travaux d'un de leur collègue ont montré que l'envoi de rayonnements aléatoires permettait d'accélérer les images visionnées par IRM. Les ingénieurs s'en sont alors inspirés pour créer leur prototype, décrit dans les colonnes de la revue Optics Express.

Un endoscope microscopique et plus performant

Ainsi, le modulateur spatial de la lumière émet des rayonnements de manière aléatoire dans la fibre optique. Les rayons empruntent différents modes et en sortie, les photonsphotons sont réfléchis sur le tissu vivant et repartent en sens inverse dans la fibre, jusqu'à l'ordinateurordinateur qui va les analyser.

Quelle ne fut pas leur surprise quand ils ont observé une image d'une qualité qu'ils pensaient impossible de par les lois de la physiquephysique. Après mures réflexions, ils ont compris que leur algorithme permettait de mieux interpréter les mélanges des différents modes, ce qui leur a permis d'obtenir une résolution de 2,5 µm, soit quatre fois supérieure aux procédés généralement utilisés actuellement.

Si leur prototype correspond déjà à ce qui se fait de mieux actuellement, ils espèrent encore pouvoir améliorer les performances et descendre à des seuils aujourd'hui inaccessibles par des micro-endoscopes. Si leurs travaux futurs se concrétisent, les médecins pourraient utiliser un endoscope fin comme un cheveu et observer l'intérieur du corps d'un patient à l'échelle des composants de la cellule. La fin des trachéoscopies douloureuses !