Tomographie par cohérence optique Doppler pour l'imagerie en temps réel des écoulements rapides dans les anévrismes et sténoses

La tomographie par cohérence optique est une technique d'imagerie non invasive utilisant un interféromètre pour produire des images à haute résolution et en profondeur. En mode Doppler, on utilise l'information fréquentielle des interférogrammes pour reconstruire des cartes de vitesses dans des fluides, en particulier pour caractériser des écoulements sanguins. Les techniques actuelles présentent des limites en termes de vitesses mesurables à cause du phénomène de « repliement » intervenant à haute vitesse, empêchant l'étude quantitative d'écoulements rapides et complexes, notamment les écoulements turbulents. Or de tels profils existent dans le corps humain, principalement au niveau de la base du cerveau, où certaines déformations de la paroi des artères, les anévrismes et les sténoses, sont sources de turbulences et présentent un intérêt médical important de par leur prévalence et leur dangerosité. Il s'est donc agi de créer un tomographe permettant d'imager correctement et quantitativement ces écoulements, en vue d'étudier les profils de vitesses dans les anévrismes et sténoses et leur impact physiologique, ce qui n'avait pas été fait auparavant avec la tomographie par cohérence optique. L'appareil doit être capable de quantifier des effets Doppler importants, ce qui a été permis par une implémentation mécanique et numérique originale. La méthode numérique repose sur des travaux antérieurs du laboratoire de biophotonique, mais elle a dû être adaptée pour fonctionner en temps réel. Il a aussi fallu concevoir un banc d'essai et des fantômes d'artères les plus représentatifs possibles des phénomènes que l'on souhaitait étudier.

Abstract

Optical coherence tomography uses an interferometer to produce high resolution in-depth pictures of biological samples in a non-invasive manner. When used in Doppler mode, the frequency content of interferograms is computed to quantify the velocities within the sample, especially for blood flows. Current methods suffer from so-called “phase-aliasing” artifacts which prevent using optical coherence tomography at high physiological velocities, especially when flows are complex and/or turbulent. Such profiles do exist in the human body and are of primary medical importance since they notably occur in major brain arteries, where wall deformations such as aneurysms and stenoses are relatively frequent and particularly dangerous. These pathologies can increase the turbulence phenomena, making the current imaging methods inefficient thus calling for a new system capable of displaying faithful representations of velocities involved here. It would then become possible to explore the nature and physiological consequences of these flows within such pathological arteries. The tomograph we developed used an original design and numeric methods based on the laboratory's previous work to treat large Doppler shifts and display corresponding high velocities in real-time. To create such flows it was necessary to develop a suitable test bed and realistic brain aneurysm and stenosis phantoms.