Diagnostic et classification des maladies pleurales à l'aide des données du canal échographique

Contexte et justification:

La plèvre est une membrane à double couche entourant les poumons. Il est anatomiquement divisé en plèvre viscérale, qui est attachée à la partie externe des poumons, et à la plèvre pariétale, qui est attachée à la face interne de la cage thoracique. Les processus pathologiques impliquant la plèvre sont incorporés sous le nom de "maladies pleurales" qui comprennent, entre autres, le pneumothorax, l'épanchement pleural et diverses tumeurs. Ce groupe de maladies est relativement répandu, et comme preuve que l'incidence rapportée dans la littérature est de plus de 300 à 100 000 personnes en un an.

Le diagnostic et l'évaluation de la maladie pleurale impliquent l'utilisation de divers dispositifs de neuroimagerie tels que les radiographies pulmonaires, l'échographie, la tomodensitométrie et l'IRM. Le plus souvent, les radiographies thoraciques sont largement acceptées comme le premier moyen de repérage des maladies pleurales, l'échographie, le scanner et l'IRM complétant ou constituant une confirmation diagnostique si nécessaire.

Au cours des dernières années, un changement de perception important a été apporté à l'utilisation de l'échographie thoracique pour diagnostiquer les maladies pleurales dans le cadre de situations émergentes et non émergentes. L'échographie s'est avérée être un excellent appareil d'imagerie pour l'évaluation des maladies pleurales. Il est utilisé comme auxiliaire dans diverses situations cliniques, telles que la détection du pneumothorax dans les situations d'urgence, la caractérisation du liquide pleural comme simple ou complexe, la distinction entre l'épaississement de la plèvre et les localisations du liquide pleural, etc. En plus de l'aspect diagnostique, l'échographie sert de moyen pour effectuer des opérations invasives au niveau du thorax. L'utilisation de l'échographie pour le thorax est en augmentation, entraînant une augmentation significative de la qualité du diagnostic et une diminution de l'incidence de diverses complications.

Le test par ultrasons utilise des ondes sonores pour caractériser la structure et la fonction de divers organes en bonne santé et malades. Le test n'implique pas l'utilisation de rayonnements ionisants, son utilisation est donc plus sûre que d'autres techniques telles que les radiographies pulmonaires ou les examens CT. Les images acquises et visualisées dans l'appareil à ultrasons sont en temps réel, de sorte que les changements peuvent être détectés et évalués, ce qui, dans de nombreux cas, affecte le diagnostic final. Le test est non invasif et ne nécessite pas l'utilisation de produit de contraste contenant des substances susceptibles de provoquer une réaction allergique ou une altération de la fonction rénale. De plus, l'instrumentation est plus facilement disponible pour une utilisation lors d'examens au chevet du patient, et la plupart des tests ne nécessitent pas de préparations spéciales, sauf jusqu'à 6 heures de jeûne dans certains cas.

D'un autre côté, les tests par ultrasons ont aussi leurs inconvénients. La méthode dépend fortement de la compétence de l'opérateur, il faut donc une grande expérience pour produire des informations de qualité suffisante et pour établir un diagnostic précis. L'échographie ne pénètre pas bien à travers les os et la qualité du test est altérée par la présence d'air entre le transducteur et l'organe ou la zone examinée. De plus, la qualité du test dépend fortement de la coopération du sujet pendant le test, comme les changements de posture et la respiration profonde.

La technique standard pour créer une image échographique 2D standard s'appelle désormais Delay and Sum (DAS). Les signaux sont transmis et reçus à partir d'une série d'éléments, et par un espacement approprié de chaque signal, la lecture du signal peut être focalisée dans la direction et la distance requises. En raison du besoin de nombreux capteurs, une quantité importante de données est nécessaire pour produire l'image 2D souhaitée. Ce fait conduit à la nécessité d'utiliser des processeurs plus puissants, ce qui entraîne une consommation d'énergie plus élevée, des systèmes d'exploitation plus grands et plus coûteux. Par conséquent, la réduction du nombre d'échantillons requis tout en traitant efficacement les signaux permet de créer une image 2D de haute qualité, tout en réduisant la charge de données inutiles.

Le laboratoire SAMPL de l'Institut Weizmann a démontré cette méthode de traitement des données avec des tests ultrasonores sur des organes fixes tels que le foie et les reins où le nombre d'éléments nécessaires au traitement du signal pouvait être réduit dans le but de créer une image échographique avec un plus petit volume d'informations. , sans compromettre la qualité de l'image.

Objectifs de l'expérience médicale :

Le but de cette étude est d'améliorer le diagnostic et la caractérisation des maladies pleurales par échographie, en utilisant un nouvel algorithme développé dans le laboratoire SAMPL de l'Institut Weizmann. L'objectif est de permettre un outil de diagnostic rapide et fiable comparable à l'imagerie par ultrasons utilisée aujourd'hui tout en minimisant le taux d'échantillonnage et le volume d'informations.

Détails techniques:

Le fonctionnement en mode B, en mode M et Doppler d'un système à ultrasons peut fournir des aspects spatiaux, temporels et liés au mouvement de la composition et de la dynamique pleurale. La technique standard utilisée par les échographes médicaux commerciaux pour l'imagerie en mode B est la formation de faisceaux à retard et somme (DAS). Cependant, le DAS produit souvent des images de résolution et de contraste limités, qui sont régis par la fréquence centrale et la taille d'ouverture du transducteur à ultrasons. Un grand nombre d'éléments conduit à une résolution améliorée, mais augmente simultanément la taille des données et le coût du système en raison de l'électronique du récepteur requise par élément. La réduction des canaux de réception tout en produisant des images de haute qualité est donc d'une grande importance. Les méthodes et algorithmes développés à SAMPL, tels que l'algorithme de formation de faisceau convolutif (COBA), peuvent être utilisés pour obtenir une amélioration significative de la résolution latérale et du contraste. COBA peut également être mis en œuvre efficacement à l'aide de la transformée de Fourier rapide. Sur la base de ce concept, des formateurs de faisceaux clairsemés ont été développés, résultant en le même modèle de faisceau que DAS et COBA tout en utilisant beaucoup moins d'éléments de réseau. L'optimisation du nombre d'éléments montre une réduction approximative de la racine carrée des éléments requis, par rapport au DAS. Les performances des méthodes proposées ont été testées et validées à l'aide de données simulées, d'analyses fantômes et de données cardiaques in vivo. La technique peut être appliquée à la détection de la maladie pleurale, permettant à la fois d'améliorer la qualité de l'image et de réduire le nombre d'éléments utilisés pour produire une image, et donc finalement de faciliter l'imagerie par ultrasons bon marché, portable et sans fil. De plus, les méthodes développées au SAMPL produisent une imagerie entièrement dédiée à l'évaluation des pathologies pleurales, permettant une interprétation simple même par des cliniciens non formés. Conjointement, l'imagerie pulmonaire sans fil, bon marché et portable, associée à une interprétation simple, ouvre de nombreuses opportunités, allant du diagnostic rapide du pneumothorax dans les environnements ambulatoires (traumatologie) ainsi que dans les cliniques rurales et les pays en développement.

Équipement:

L'échographe Verasonics Vantage est un échographe adapté à la recherche humaine. Ce système permet de récupérer des données d'ondes sonores brutes lors de l'exécution d'un balayage par ultrasons.

Sécurité des données:

Les volontaires seront scannés au Haemek Medical Center (comme détaillé dans la section "Intervention"), et les données seront traitées au laboratoire SAMPL de l'Institut Weizmann. Toutes les informations transmises au laboratoire de l'Institut Weizmann seront encodées au préalable, c'est-à-dire en supprimant les informations d'identification telles que le nom, le numéro d'identification, l'adresse et l'attribution d'un numéro de série par le centre médical, de sorte que les informations sur le patient ne seront pas disponibles pour SAMPL laboratoire.

Le transfert des images issues des tests d'imagerie se fera après encodage des informations testées dans un fichier Excel. Seul l'investigateur principal sera exposé aux informations de précodage, qui seront stockées sur un ordinateur dédié par l'investigateur principal, protégé par un mot de passe. Les informations codées seront transmises en continu à l'Institut Weizmann, afin d'assurer une acquisition fiable des données et la possibilité d'un retour en temps réel au chercheur principal en faveur de données de meilleure qualité permettant l'analyse des données.