Lorsque les médecins souhaitent en savoir plus sur le risque de maladie cardiovasculaire d’un patient, ils peuvent demander un test d’effort cardiologique. Mais lorsqu’il s’agit du risque d’AVC, il n’existe pas de test de la fonction cérébrale équivalent, évolutif et peu coûteux, qui pourrait aider les médecins à conseiller les patients sur leur risque potentiel. Un questionnaire dans lequel les patients sont interrogés sur les facteurs de risque est actuellement le meilleur outil pour évaluer un tel risque.
Aujourd’hui, une équipe d’ingénieurs et de scientifiques de Caltech et de la Keck School of Medicine de l’USC a mis au point un appareil basé sur un casque qui permet d’évaluer de manière non invasive le risque d’AVC d’un patient en surveillant les modifications du flux et du volume sanguins pendant que le participant retient sa respiration. L’appareil dispose d’un système basé sur le laser et a montré des résultats prometteurs pour distinguer les personnes à faible risque d’AVC de celles à haut risque.
Une nouvelle technique pourrait révolutionner la manière d’évaluer le risque d’AVC
Chaque année, environ une personne sur 1000 est victime d’un accident vasculaire cérébral. Le risque augmente avec l’âge. Les hommes sont en moyenne un peu plus touchés. Un AVC est provoqué par l’obstruction ou la rupture d’une artère dans le cerveau, ce qui entraîne une réduction du flux sanguin. Les cellules cérébrales meurent rapidement parce qu’elles ne sont plus alimentées en oxygène – environ 2 millions par minute pendant un AVC. Même si l’on survit à l’AVC, il peut en résulter des handicaps physiques tels que des troubles de la parole et de la vision, une diminution de l’attention et de la concentration ainsi qu’une paralysie d’un côté du corps ou des problèmes de déglutition.
Les chercheurs autour de Simon Mahler, l’un des principaux auteurs d’un article décrivant la nouvelle technique et le nouvel appareil dans la revue Biomedical Optics Express, et post-doctorant dans le laboratoire de Changhuei Yang, Thomas G. Myers professeur d’ingénierie électrique, de bio-ingénierie et de technologie médicale à Caltech et chercheur à l’Institut de recherche médicale Heritage, ont pour la première fois la possibilité, grâce à cet appareil, de déterminer à partir d’une mesure physiologique si le risque qu’une personne soit victime d’une attaque cérébrale dans le futur est significatif ou non. Les experts pensent que cela peut réellement révolutionner la manière dont le risque d’AVC est évalué et, en fin de compte, aider les médecins à déterminer si le risque d’un patient est stable ou s’aggrave.
“Notre technologie optique de mesure non invasive du flux sanguin devrait être utile pour toute une série d’applications dans le domaine des maladies cérébrales”, a déclaré Yang, qui est également cadre supérieur en génie électrique à Caltech. Il a souligné que ce projet faisait partie d’une collaboration plus large avec le Dr Charles Liu, professeur de chirurgie neurologique clinique, de chirurgie, de psychiatrie et de sciences du comportement et d’ingénierie biomédicale à la Keck School of Medicine de l’USC, et son équipe.
Spectroscopie optique de contraste du speckle pour l’évaluation du risque
En général, les vaisseaux sanguins deviennent plus rigides avec l’âge, c’est-à-dire qu’ils ont plus de mal à se dilater pour laisser passer le sang. Cela signifie à son tour que la personne est plus susceptible de subir un accident vasculaire cérébral. L’équipe de Caltech a mis au point un appareil compact qui émet une lumière laser infrarouge à travers le crâne et dans le cerveau à un endroit, puis utilise une caméra spéciale à proximité pour recueillir la lumière qui est renvoyée après avoir été diffusée par le sang qui circule dans les vaisseaux sanguins. Cette approche, appelée spectroscopie optique de contraste du speckle (SCOS), consiste à mesurer la diminution de l’intensité lumineuse depuis l’endroit où la lumière pénètre dans le crâne jusqu’à l’endroit où la lumière réfléchie est collectée, afin de déterminer le volume de sang dans les vaisseaux sanguins du cerveau. On étudie également la manière dont la lumière est diffusée et crée des taches dans le champ de vision de la caméra. Les taches varient dans les images en fonction du débit sanguin dans les vaisseaux sanguins. Plus le sang circule rapidement, plus le champ de taches change rapidement.
Grâce à ces mesures, les chercheurs peuvent calculer le rapport entre le flux sanguin et le volume de sang qui circule dans le vaisseau afin d’avoir une idée du risque d’AVC du patient. L’équipe a mené une étude auprès de 50 participants. Ils ont utilisé le questionnaire sur le risque d’AVC actuellement utilisé, le Cleveland Stroke Risk Calculator, pour diviser les participants en deux groupes : un groupe à faible risque et un groupe à haut risque. Ils ont ensuite mesuré la circulation sanguine de chaque participant pendant trois minutes afin de quantifier le débit et le volume de sang atteignant le cerveau. Après une minute, on a demandé aux participants de retenir leur respiration.
La rétention de la respiration met le cerveau à rude épreuve, car il commence à remarquer qu’il absorbe trop de dioxyde de carbone et pas assez d’oxygène. Il entre alors dans ce que Mahler appelle le “mode panique” et commence à pomper de l’oxygène du reste du corps vers lui-même. L’irrigation du cerveau est ainsi fortement augmentée. Dès que l’on cesse de retenir sa respiration, le taux d’oxygène revient à son niveau initial. Alors que cela se produit aussi bien chez les personnes à faible risque d’AVC que chez les personnes à haut risque, les chercheurs ont constaté qu’il y avait des différences entre les groupes en ce qui concerne la manière dont le sang se déplaçait dans les vaisseaux. Grâce à la technique SCOS, les chercheurs peuvent mesurer à quel point les vaisseaux sanguins se dilatent lorsque le sujet retient sa respiration, et à quel point le sang circule ensuite plus rapidement dans les vaisseaux. “Ces mesures réactives sont, selon les chercheurs, un indicateur de la rigidité des vaisseaux. Cette technologie permet pour la première fois d’effectuer ce type de mesures de manière non invasive.
Une technologie d’avenir
Les chercheurs ont trouvé des preuves claires et frappantes d’une réaction différente du flux et du volume sanguins entre les deux groupes. Dans le groupe à faible risque d’AVC, ils ont observé une augmentation plus faible du flux sanguin pendant l’exercice de respiration par rapport au groupe à haut risque d’AVC, mais une augmentation plus importante du volume sanguin, ce qui indique que davantage de sang peut circuler dans les vaisseaux sanguins dilatés. Les chercheurs peuvent clairement voir que le groupe à risque élevé présente un rapport débit/volume plus élevé, c’est-à-dire qu’ils ont un débit plus rapide, mais un volume sanguin plus faible pendant la rétention de la respiration. Cela est dû à la rigidité des vaisseaux sanguins et indique un risque plus élevé de rupture. Si quelqu’un vient nous voir avec un rapport débit/volume extrêmement élevé, on peut supposer que cette personne subira un AVC dans un avenir proche.
L’équipe poursuit ses recherches avec le prototype actuel de l’appareil d’imagerie sur des patients d’un hôpital de Visalia, en Californie, afin de recueillir des données supplémentaires auprès d’une population plus large et plus diversifiée. Les chercheurs prévoient également d’intégrer l’apprentissage automatique dans le processus de collecte de données de l’appareil et de mener un essai clinique en suivant les patients sur une période de plus de deux ans afin d’améliorer la technologie. Ils espèrent qu’à terme, l’appareil pourra être utilisé non seulement pour l’examen préliminaire du risque d’AVC, mais aussi pour la détection d’AVC déjà survenus.