Imagerie non invasive des cicatrices pathologiques à l’aide d’un microscope biphotonique portable et manuel
Les cicatrices pathologiques, incluant les chéloïdes, les cicatrices hypertrophiques et atrophiques, représentent un enjeu médical majeur en raison de leur impact sur l’apparence esthétique, le bien-être psychologique et les complications fonctionnelles telles que les contractures, la douleur et le prurit. Ces lésions sont caractérisées par une coloration anormale, une épaisseur accrue, une surface irrégulière et une réduction de la souplesse, altérant significativement la qualité de vie des patients. Malgré les progrès thérapeutiques, il existe un manque d’outils non invasifs efficaces pour évaluer la physiopathologie des cicatrices et l’efficacité des traitements. Cette étude explore l’utilisation d’un microscope biphotonique (MBP) portable et manuel pour l’imagerie non invasive en temps réel des cicatrices pathologiques in vivo, offrant une solution potentielle à ce défi clinique.
Contexte et importance
Les cicatrices pathologiques résultent de processus anormaux de cicatrisation, conduisant à une production excessive de collagène et un remodelage désorganisé de la matrice extracellulaire (MEC). Les méthodes traditionnelles d’évaluation, comme la colorimétrie par réflectance, l’échographie ou les dispositifs mécaniques, sont souvent invasives, complexes ou incapables de fournir des informations détaillées sur la physiopathologie sous-jacente. La microscopie biphotonique (MBP) s’est imposée comme une technique d’imagerie puissante permettant de visualiser les microstructures tissulaires sans fixation, coupe ou colorants exogènes. Le MBP utilise la fluorescence biphotonique (TPEF) et la génération de second harmonique (SHG) pour imager respectivement l’élastine et le collagène, le rendant particulièrement adapté à l’étude du tissu cicatriciel.
Des études antérieures ont démontré l’utilité du MBP dans l’imagerie des maladies collagéniques, des inflammations, des cancers cutanés et du vieillissement. Cependant, la majorité de ces travaux ont été réalisés ex vivo, limitant leur applicabilité clinique. Cette étude vise à combler cette lacune en utilisant un MBP portable pour l’imagerie in vivo des cicatrices pathologiques, permettant une évaluation en temps réel des caractéristiques cicatricielles et de l’efficacité thérapeutique.
Conception de l’étude et méthodes
L’étude a été menée à l’hôpital China-Japan Friendship de Pékin, en Chine, d’avril à septembre 2022. Quinze patients présentant des cicatrices pathologiques et trois témoins sains ont été recrutés. Les critères d’inclusion exigeaient un diagnostic clinique de cicatrice pathologique (chéloidienne, hypertrophique ou atrophique) avec des lésions plus grandes que le champ de vision (FOV) du MBP. Les patients présentant des ulcérations, érosions ou autres altérations affectant l’acquisition d’images ont été exclus. La peau saine, prélevée du côté opposé ou à environ 5 cm de la lésion, a servi de témoin.
Le MBP portable utilisé était équipé d’un laser à fibre femtoseconde dopé à l’erbium (80 MHz) fonctionnant à 1560 nm, doublé en fréquence à 780 nm pour l’excitation. Le système comprenait un module de détection double canal avec des photomultiplicateurs pour les signaux TPEF et SHG. Le FOV du MBP était de 150 × 150 µm, avec une profondeur d’imagerie allant jusqu’à 180 µm, chaque couche étant espacée de 2 µm.
Acquisition et analyse des images
L’acquisition d’images a impliqué un nettoyage cutané à l’alcool à 75 % ou au sérum physiologique, un positionnement précis de la sonde sur des points spécifiques de la lésion, et un balayage de 90 couches consécutives. Au total, 3 600 images ont été capturées par observation. L’analyse s’est concentrée sur cinq indices clés : la profondeur du collagène, le rapport de contour de la jonction dermo-épidermique (DEJ), l’épaisseur du collagène, son occupation et son orientation. Ces indices ont été calculés via des scripts Python et des techniques de traitement d’image, comme la transformée de Fourier rapide (FFT 2D) et le seuillage.
Le rapport de contour de la DEJ a été déterminé en générant une carte de profondeur du collagène et en calculant la surface de la DEJ via des maillages triangulaires. L’épaisseur du collagène a été dérivée de la distribution des fréquences spatiales des fibres à l’aide de la FFT 2D. L’indice d’occupation représentait la proportion de collagène dans le FOV, tandis que l’orientation était évaluée via un ajustement elliptique de la carte FFT.
Résultats
L’étude a permis de différencier les cicatrices pathologiques de la peau saine sur la base de la morphologie épidermique et des caractéristiques spectrales du collagène. Les principaux résultats incluent :
- Profondeur du collagène : Les fibres de collagène dans la peau saine apparaissaient à une profondeur moyenne de 67,2 µm, contre 101,5 µm dans les cicatrices, indiquant une augmentation de l’épaisseur épidermique.
- Rapport de contour de la DEJ : Les cicatrices présentaient un rapport plus élevé (1,881) que la peau saine (1,501), reflétant des replis plus marqués de la DEJ.
- Épaisseur du collagène : L’indice moyen était de 0,067 pour la peau saine et 0,103 pour les cicatrices, suggérant des fibres plus denses et épaisses.
- Occupation du collagène : L’indice d’occupation était de 74,1 % (peau saine) contre 81,4 % (cicatrices).
- Orientation du collagène : L’indice d’orientation était de 0,705 (peau saine) contre 0,721 (cicatrices), indiquant une organisation plus structurée.
Des différences statistiquement significatives ont été observées pour les cinq indices, validant leur utilité dans le diagnostic et l’évaluation des cicatrices.
Efficacité thérapeutique
Quatre patients ont reçu des injections intralésionnelles de corticostéroïdes combinées à une radiothérapie superficielle, et un patient a été traité par glucocorticoides intralésionnels. L’imagerie MBP a révélé une amélioration des caractéristiques cicatricielles post-traitement, incluant une réduction de la profondeur du collagène, une augmentation des fibres élastiques et une structure collagénique plus claire. Par exemple, chez un patient, la profondeur du collagène est passée de 126,5 µm à 111,5 µm après traitement, illustrant le potentiel du MBP pour le suivi non invasif de l’efficacité thérapeutique.
Discussion
Cette étude souligne les avantages du MBP portable pour l’imagerie in vivo des cicatrices pathologiques. La visualisation non invasive des microstructures du collagène et de l’élastine offre des insights précieux sur la physiopathologie et l’évolution sous traitement. Les cinq indices développés—profondeur du collagène, rapport de la DEJ, épaisseur, occupation et orientation—constituent un cadre complet pour l’évaluation et la différenciation des cicatrices.
Les résultats suggèrent également que le MBP pourrait distinguer chéloïdes et cicatrices hypertrophiques via des variations de profondeur du collagène, d’occupation et de contour de la DEJ—une capacité cruciale pour adapter les approches thérapeutiques.
Limites et perspectives
Malgré son potentiel, cette étude présente des limites : un échantillon restreint, une période d’observation courte et l’absence de comparaison histopathologique. Des recherches futures devraient inclure des cohortes plus larges, des suivis prolongés et des validations histologiques. L’amélioration de la conception optique du MBP et son application à d’autres pathologies cutanées renforceraient son utilité clinique.
Conclusion
Cette étude démontre la faisabilité d’utiliser un MBP portable pour l’imagerie non invasive en temps réel des cicatrices pathologiques in vivo. Les cinq indices développés fournissent un cadre robuste pour le diagnostic et l’évaluation thérapeutique. La capacité à surveiller l’efficacité des traitements de manière non invasive positionne le MBP comme un outil prometteur en pratique clinique. Son développement pourrait révolutionner la prise en charge des cicatrices pathologiques, améliorant la qualité de vie des patients.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000002715