À l’échelle mondiale, les troubles neuromusculaires constituent la principale cause de maladie et d’invalidité. In situ, la surveillance-en temps réel de la structure et de la fonction des tissus musculaires est un outil crucial pour le diagnostic et la rééducation des maladies neuromusculaires. Cependant, les systèmes de surveillance portables traditionnels ont du mal à atteindre cet objectif. Les appareils à ultrasons rigides conventionnels nécessitent une force externe pour maintenir la sonde contre la peau. Bien que cela minimise l’imagerie viscérale, cela provoque une déformation musculaire et peine à s’adapter à la déformation pouvant atteindre 40 % ressentie lors d’un mouvement musculaire dynamique, ce qui pose un défi pour évaluer la cause et l’évolution de la maladie.
Récemment, les chercheurs Liu Zhiyuan, Ma Teng et Tian Qiong des Instituts de technologie avancée de Shenzhen (SIAT) de l'Académie chinoise des sciences (CAS), ainsi que le professeur Yan Wei de l'Université de Donghua, ont développé conjointement un patch flexible pour la surveillance structurelle et fonctionnelle double-modale du système neuromusculaire dynamique, offrant une solution innovante à ce problème. Parmi eux, le chercheur Ma Teng s'est concentré sur la recherche de patchs ultrasoniques flexibles et de technologies d'imagerie multifonctionnelle, et le chercheur Liu Zhiyuan s'est engagé dans la recherche et le développement de matériaux d'interface et de structures de dispositifs d'électrodes extensibles. Les résultats correspondants ont été publiés dans "Science Advances" sous le titre "In situ structural-fonctionnelle synchrone dissection du système neuromusculaire dynamique via un patch portable multimodal intégré".
Patch de capteur portable pour la surveillance simultanée des informations structurelles et fonctionnelles
La structure portable développée dans cette recherche, le Functional Dual-Modal Sensing Patch (WSFP), intègre un réseau d'imagerie ultrasonore flexible avec des électrodes souples et extensibles et comporte une couche tampon déformable innovante. Il permet non seulement une imagerie haute-fidélité de la structure musculaire, mais capture également simultanément des signaux électrophysiologiques musculaires (EMG) dynamiques, réalisant ainsi une surveillance double-modale de la structure et de la fonction physiologiques. Il présente des performances exceptionnelles avec jusqu'à 72 heures d'usure et des déformations cutanées dynamiques allant jusqu'à 37,5 %.
Application clinique : Diagnostic assisté du torticolis musculaire congénital (CMT) chez les enfants
Le torticolis musculaire congénital (CMT) chez les enfants se caractérise par des changements structurels et fonctionnels dans le muscle sternocléidomastoïdien (SCM) au cours du développement, qui peuvent avoir des effets négatifs durables, voire permanents, sur la posture, la fonction du cou et la qualité de vie de l'enfant. Au fur et à mesure que la maladie progresse, le muscle affecté présente une courbure, des bords flous, une fibrose et un épaississement pendant le mouvement, et la topographie EMG révèle une activation musculaire faible et asymétrique. Par rapport à la surveillance monomodale traditionnelle-, les données bimodales WSFP ont une précision de classification de plus de 90 % dans la reconnaissance des mouvements et le dépistage des maladies, vérifiant l'efficacité de l'acquisition synchrone de signaux bimodaux pour diagnostiquer et comprendre les mécanismes pathologiques de la CMT. Il devrait être utilisé pour la détection précoce de la fibrose musculaire et ouvrir de nouvelles voies pour le diagnostic clinique et la rééducation de ces maladies.
Applications en expansion : de la double-modalité à la multi-modalité
Le WSFP présente un grand potentiel dans la surveillance de l'entraînement musculaire des athlètes et dans l'évaluation par imagerie structurelle dynamique des maladies neurodégénératives (telles que la SLA et le dysfonctionnement musculaire post-un accident vasculaire cérébral). De plus, les effets mécanomécaniques des ultrasons biomédicaux ont le potentiel d'accélérer la pénétration des médicaments, de permettre la stimulation musculaire et de permettre une administration ciblée non-de médicaments. L'intégration future de l'imagerie optique, des signaux biomécaniques et d'autres technologies de détection fournira aux cliniciens des informations diagnostiques plus riches.
Coopération et perspectives d'avenir
Le patch flexible de détection échographique et électrophysiologique développé par l'Institut de technologie avancée de Shenzhen (SIAT) a permis une acquisition simultanée bi--modale de la structure et de la fonction musculaire. Cependant, les équipements d'électromyographie et d'échographie sont actuellement indépendants et encombrants. À l'avenir, l'institut prévoit de collaborer avec plusieurs parties pour promouvoir la miniaturisation et l'intégration des équipements grâce à l'optimisation du matériel et au développement de puces spécialisées. L'institut mettra également à niveau le patch pour intégrer des fonctions énergétiques multimodales afin de développer des produits de diagnostic et de traitement intégrés, d'explorer des applications de pointe telles que la thérapie cellulaire contrôlée par ultrasons portables et de faire progresser cette technologie du laboratoire à la clinique, améliorant ainsi l'efficacité et la précision du diagnostic et du traitement et contribuant à l'avancement de la technologie médicale.