Localiser des tumeurs grâce à une caméra

Il y a quelques années, Edoardo Charbon dévoilait la SwissSPAD2, une nouvelle caméra ultra puissante. Sa capacité à capturer et compter la plus petite particule de lumière qui soit, le photon, constituait une première. SwissSPAD2 est aussi capable de reproduire des images en trois dimensions et de mesurer la profondeur de champ grâce au calcul du temps de vol que met un photon pour parcourir le trajet de la caméra jusqu’à l’objet.

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Depuis, cette caméra n’est pas restée au placard. Le professeur et directeur du laboratoire d’Architectures Quantiques Avancées à l’EPFL l’a envoyé aux États-Unis, dans le laboratoire de l’un de ses collègues du Dartmouth College dans le New Hampshire. Grâce à cette étroite collaboration, les scientifiques ont réussi à photographier, identifier et localiser des tumeurs dans les tissus humains.

Claudio Bruschini et Edoardo Charbon © Alain Herzog 2021 EPFL

Pour y parvenir, les chercheurs ont projeté une lumière laser de couleur rouge en même temps que la prise de la photo par la caméra. « Cette couleur permet de pénétrer en profondeur dans les tissus », explique Edoardo Charbon. De plus, ils ont injecté un produit de contraste fluorescent qui s’accroche uniquement aux tissus tumoraux.

Un retard de deux nanosecondes

Lorsque les particules de lumière atteignent la tumeur, elles se comportent différemment que si elles touchent un objet. Et c’est bien cette divergence que les scientifiques ont exploitée. Il s’avère que la lumière met un peu plus de temps pour revenir à son point de départ après avoir percuté le tissu tumoral. « Ce retard relève de moins d’une nanoseconde, mais est suffisamment significatif pour l’utiliser afin de recomposer une image en deux et en trois dimensions », constate le professeur. En effet, cet infime retard permet de reconstruire très précisément la forme de la tumeur, et plus largement son épaisseur, et de la localiser dans le corps. Le retard de la lumière s’explique en partie, car lorsqu’elle est réémise, après avoir touché la tumeur, elle possède un peu moins d’énergie « Plus la lumière va toucher le tissu en profondeur, plus elle mettra du temps pour revenir, ainsi nous pouvons déterminer l’aspect en 3D », ajoute Edoardo Charbon. Jusqu’à présent, les scientifiques devaient choisir entre la profondeur ou la localisation. Cette nouvelle méthode combine les deux.

Aujourd’hui, grâce aux IRM, les chirurgiens sont capables de localiser une tumeur, mais une fois en salle d’opération, la tâche peut se révéler beaucoup plus ardue. Cette technologie vise à aider les médecins notamment lorsqu’il s’agit de retirer la tumeur. « Avec ce genre d’image, nous pouvons nous assurer que nous avons bien extrait toute la tumeur et qu’il n’en reste pas un bout », indique Claudio Bruschini, scientifique dans le laboratoire d’Architectures Quantiques Avancées. Cette technique, publiée dans la revue scientifique Optica, pourra aussi être employée en imagerie médicale, en microscopie et en métrologie.