Des chercheurs du MIT ont créé un patch échographique portable capable d’imager de manière non invasive les organes internes, en se concentrant initialement sur la santé de la vessie. Cet appareil, qui ne nécessite ni échographe ni gel, a le potentiel de révolutionner la surveillance de diverses fonctions d’organes et la détection de maladies.
L’appareil portable, conçu pour surveiller la santé de la vessie et des reins, pourrait être adapté pour un diagnostic plus précoce des cancers profonds du corps.
MIT les chercheurs ont conçu un moniteur à ultrasons portable, sous la forme d’un patch, capable d’imager les organes du corps sans avoir recours à un échographe ni à l’application de gel.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont montré que leur patch peut imager avec précision la vessie et déterminer son remplissage. Selon les chercheurs, cela pourrait aider les patients souffrant de troubles de la vessie ou des reins à déterminer plus facilement si ces organes fonctionnent correctement.
Cette approche pourrait également être adaptée pour surveiller d’autres organes du corps en modifiant l’emplacement du réseau d’ultrasons et en réglant la fréquence du signal. De tels dispositifs pourraient potentiellement permettre une détection plus précoce des cancers qui se forment en profondeur dans le corps, comme le cancer des ovaires.
« Cette technologie est polyvalente et peut être utilisée non seulement sur la vessie mais sur n’importe quel tissu profond du corps. Il s’agit d’une nouvelle plateforme capable d’identifier et de caractériser de nombreuses maladies dont nous sommes porteurs dans notre corps », explique Canan Dagdeviren, professeur agrégé au Media Lab du MIT et auteur principal de l’étude.
Lin Zhang, chercheur scientifique au MIT ; Colin Marcus, étudiant diplômé du MIT en génie électrique et informatique ; et Dabin Lin, professeur à l’Université technologique de Xi’an, sont les principaux auteurs d’un article décrivant le travail, publié récemment dans Électronique naturelle.
Surveillance portable
Le laboratoire de Dagdeviren, spécialisé dans la conception d’appareils électroniques flexibles et portables, a récemment développé un moniteur à ultrasons pouvant être intégré à un soutien-gorge et utilisé pour dépister le cancer du sein. Dans la nouvelle étude, l’équipe a utilisé une approche similaire pour développer un patch portable capable d’adhérer à la peau et de prendre des images échographiques des organes situés dans le corps.
Pour leur première démonstration, les chercheurs ont décidé de se concentrer sur la vessie, en partie inspirés par le frère cadet de Dagdeviren, atteint d’un cancer du rein il y a quelques années. Après avoir subi une ablation chirurgicale d’un de ses reins, il a eu du mal à vider complètement sa vessie. Dagdeviren se demandait si un moniteur à ultrasons révélant le niveau de remplissage de la vessie pourrait aider des patients comme son frère ou des personnes souffrant d’autres types de problèmes vésicaux ou rénaux.
Un moniteur à ultrasons portable peut imager la vessie et déterminer son niveau de remplissage. Le dispositif développé par le MIT pourrait aider les patients souffrant de troubles de la vessie ou des reins à déterminer plus facilement si ces organes fonctionnent correctement. Crédit : Avec l’aimable autorisation des chercheurs
« Des millions de personnes souffrent de dysfonctionnement de la vessie et de maladies associées, et il n’est pas surprenant que la surveillance du volume de la vessie soit un moyen efficace d’évaluer la santé et le bien-être de vos reins », dit-elle.
Actuellement, la seule façon de mesurer le volume de la vessie consiste à utiliser une sonde à ultrasons traditionnelle et volumineuse, qui nécessite de se rendre dans un établissement médical. Dagdeviren et ses collègues voulaient développer une alternative portable que les patients pourraient utiliser à la maison.
Pour y parvenir, ils ont créé un patch flexible en caoutchouc de silicone, intégré à cinq réseaux d’ultrasons fabriqués à partir d’un nouveau matériau piézoélectrique développé par les chercheurs pour cet appareil. Les réseaux sont positionnés en forme de croix, ce qui permet au patch d’imager la totalité de la vessie, qui mesure environ 12 sur 8 centimètres une fois pleine.
Le polymère qui compose le patch est naturellement collant et adhère délicatement à la peau, ce qui facilite sa pose et son détachement. Une fois posés sur la peau, des sous-vêtements ou des leggings peuvent aider à le maintenir en place.
Étude clinique et résultats
Dans une étude réalisée avec des collaborateurs du Center for Ultrasound Research and Translation et du Département de radiologie du Massachusetts General Hospital, les chercheurs ont montré que le nouveau patch pouvait capturer des images comparables à celles prises avec une sonde à ultrasons traditionnelle, et que ces images pouvaient être utilisées pour suivre les changements dans le volume de la vessie.
Pour l’étude, les chercheurs ont recruté 20 patients présentant différents indices de masse corporelle. Les sujets ont d’abord été photographiés avec une vessie pleine, puis avec une vessie partiellement vide, et enfin avec une vessie complètement vide. Les images obtenues à partir du nouveau patch étaient de qualité similaire à celles prises avec une échographie traditionnelle, et les réseaux à ultrasons fonctionnaient sur tous les sujets, quel que soit leur indice de masse corporelle.
Grâce à ce patch, aucun gel échographique n’est nécessaire et aucune pression ne doit être appliquée, comme avec une sonde échographique ordinaire, car le champ de vision est suffisamment grand pour englober toute la vessie.
Développements et objectifs futurs
Pour voir les images, les chercheurs ont connecté leurs réseaux à ultrasons au même type d’appareil à ultrasons utilisé dans les centres d’imagerie médicale. Cependant, l’équipe du MIT travaille actuellement sur un appareil portable, de la taille d’un smartphone, qui pourrait être utilisé pour visualiser les images.
« Dans ce travail, nous avons développé une voie vers la traduction clinique de biocapteurs ultrasoniques conformables qui fournissent des informations précieuses sur les paramètres physiologiques vitaux. Notre groupe espère s’appuyer sur cela et développer une suite d’appareils qui, à terme, combleront le manque d’information entre les cliniciens et les patients », déclare Anthony E. Samir, directeur du Centre MGH pour la recherche et la traduction en échographie et président associé des sciences de l’imagerie au MGH. Radiologie, qui est également l’auteur de l’étude.
L’équipe du MIT espère également développer des appareils à ultrasons qui pourraient être utilisés pour imager d’autres organes du corps, comme le pancréas, le foie ou les ovaires. En fonction de l’emplacement et de la profondeur de chaque organe, les chercheurs doivent modifier la fréquence du signal ultrasonore, ce qui nécessite de concevoir de nouveaux matériaux piézoélectriques. Pour certains de ces organes, situés profondément dans le corps, le dispositif peut mieux fonctionner comme un implant plutôt que comme un patch portable.
« Quel que soit l’organe que nous devons visualiser, nous revenons à la première étape, sélectionnons les bons matériaux, proposons la bonne conception de dispositif, puis fabriquons le tout en conséquence », avant de tester le dispositif et d’effectuer des essais cliniques, explique Dagdeviren.
« Ce travail pourrait devenir un domaine d’intérêt central dans la recherche sur les ultrasons, motiver une nouvelle approche de la conception de futurs dispositifs médicaux et jeter les bases de nombreuses collaborations plus fructueuses entre les scientifiques des matériaux, les ingénieurs électriciens et les chercheurs biomédicaux », déclare Anantha Chandrakasan, doyen de l’École d’ingénierie du MIT, professeur Vannevar Bush de génie électrique et d’informatique et auteur de l’article.
La recherche a été financée par un prix CAREER de la National Science Foundation, un prix 3M pour professeurs non titulaires, le programme Sagol Weizmann-MIT Bridge, Texas Instruments Inc., le MIT Media Lab Consortium, une bourse de recherche supérieure de la National Science Foundation et un ARRS. Prix d’érudit.
