Parmi les différents outils basés sur l’optique utilisés dans les diagnostics, l’optique diffuse (DO) émerge rapidement comme l’une des technologies les plus attractives. La technique est basée sur l’analyse de la façon dont la lumière est absorbée et diffusée par les tissus biologiques, ce qui est lié à la composition chimique et à la structure des tissus. L’un des principaux avantages de l’OD est qu’il est non invasif (il utilise une lumière proche infrarouge de faible puissance). De plus, il peut être utilisé pour sonder des tissus à des profondeurs allant jusqu’à quelques centimètres et peut même détecter l’activation fonctionnelle et l’oxygénation du cerveau ou des muscles. L’OD est donc susceptible d’assumer un rôle central dans le diagnostic et le suivi des patients tant à l’hôpital qu’à domicile.
Cependant, même en utilisant les mêmes principes DO pour étudier ou diagnostiquer une maladie donnée, les cliniques et les laboratoires du monde entier utilisent des plates-formes et des techniques très différentes. Cela pose un défi lorsqu’il s’agit d’évaluer leurs performances, ce qui est nécessaire pour identifier les équipements défectueux, comparer les développements de la technologie DO, établir un terrain d’entente pour comparer les techniques et les instruments et permettre une réutilisation et une interprétation fiables des données ouvertes générées.
Heureusement, une collaboration entre 12 institutions européennes – dans le cadre du réseau de formation innovant Marie Skłodowska-Curie Horizon 2020 de l’Union européenne « BitMap », dirigé par Hamid Dehghani, Université de Birmingham – progresse à grands pas vers la réalisation de l’évaluation et de la normalisation des performances (PAS ) dans le domaine du DO. S’appuyant sur plus de deux décennies d’efforts de recherche conjoints, l’initiative est centrée sur trois protocoles développés précédemment pour évaluer les performances des instruments DO. Cette initiative envisage trois actions principales : l’action 1 implique la collecte de données expérimentales, l’action 2 se concentre sur la mise à disposition de ces données en tant que données ouvertes et l’action 3 s’articule autour d’une analyse commune des données en utilisant les mêmes outils et techniques.
Une étude publiée dans le Journal d’optique biomédicale (JBO) présente les résultats obtenus dans le cadre de l’action 1. L’exercice BitMap présenté dans cet article est la plus grande comparaison multi-laboratoires d’instruments DO, englobant 12 institutions et 28 systèmes. Grâce à cette comparaison, l’étude vise à renforcer la culture du PAS dans la communauté DO et au-delà et à proposer une méthodologie commune pouvant être adoptée dans d’autres environnements. Un résultat intéressant de ce travail particulier est la conception de valeurs numériques simples, appelées indicateurs synthétiques, pour chacun des tests employés. Ces indicateurs permettent une comparaison facile à travers la gamme d’instruments inscrits.
Comparer les performances de différents instruments DO est délicat. Les chercheurs se sont installés sur trois protocoles adoptés au niveau international (BIP, MEDPHOT et NEUROPT) pour défier chaque système DO. Le protocole BIP servait à caractériser les performances optiques les plus élémentaires de chaque instrument, tandis que le protocole MEDPHOT caractérisait dans quelle mesure chaque instrument pouvait récupérer des propriétés optiques homogènes, c’est-à-dire des coefficients d’absorption et de diffusion réduits. Enfin, le protocole NEUROPT a testé la capacité de chaque système à détecter les inhomogénéités dans un échantillon en se concentrant sur les mesures liées au contraste. De plus, les chercheurs se sont mis d’accord sur trois kits fantômes différents, chacun étant spécialement conçu pour l’un des protocoles (un « fantôme » fait référence à une structure artificielle, généralement utilisée pour l’étalonnage et les tests, qui émule certaines propriétés des tissus humains).
Les expériences consistaient à exécuter un assortiment de tests pertinents de chaque protocole sur son kit fantôme respectif, en utilisant chacun des instruments DO. Les chercheurs ont ensuite comparé les résultats obtenus à partir de ces expériences pour comprendre quels instruments et techniques présentaient les meilleures performances, la reproductibilité des résultats et la variabilité entre les mesures effectuées à l’aide de différents systèmes. Ils ont trouvé une différence substantielle dans les performances matérielles entre différents systèmes, ce qui les a aidés à identifier certains problèmes critiques liés à l’évaluation des performances dans DO.
Les chercheurs prévoient de déployer l’ensemble des données recueillies par l’action 1 dans un référentiel de données ouvert (action 2). Cela les aiderait, ainsi que d’autres, à analyser et comparer des aspects spécifiques des systèmes DO (Action 3). L’un des objectifs ultimes du projet est d’identifier et d’atténuer les incertitudes et les artefacts de mesure pour chaque instrument et méthode d’analyse, libérant ainsi leur plein potentiel.
« De grandes avancées en physique dérivées de mesures précises de quantités physiques spécifiques – orbites planétaires, vitesse de la lumière, masses de particules, etc. La migration des photons à travers le corps humain est compliquée par la variabilité biologique, mais pas la physique de base sous-jacente à tout », dit auteur principal Antonio Pifferi, Politecnico di Milano, Italie. « Nous pouvons démêler les incertitudes et les artefacts produits par les instruments et les outils d’analyse de la variabilité biologique, avec un grand avantage pour une utilisation clinique. »
Ces efforts ouvriront les portes à une technologie DO puissante et fiable, permettant des diagnostics plus précis et pratiques.
Pranav Lanka et al, Évaluation des performances multi-laboratoires des instruments d’optique diffuse: l’exercice BitMap, Journal d’optique biomédicale (2022). DOI : 10.1117/1.JBO.27.7.074716
Fourni par SPIE – Société internationale d’optique et de photonique