Il existe de nombreux types de lésions cutanées que l'on peut classer en trois grandes catégories : malignes, précancéreuses et bénignes. Les lésions malignes sont cancéreuses, les lésions bénignes sont inoffensives et les lésions précancéreuses peuvent évoluer en cancer de la peau.
L'analyse histopathologique, définie comme l'étude microscopique des tissus cutanés, demeure la méthode de référence pour déterminer la classification des lésions cutanées. La spectroscopie est une méthode in vivo qui mesure les spectres de réflexion de différents types de lésions cutanées. Après prétraitement, ces spectres peuvent être soumis à une analyse discriminante linéaire (ADL) afin de classifier ces lésions. Dans une étude (Référence 1), la gamme de longueurs d'onde de 400 à 2500 nm a été utilisée pour irradier les lésions cutanées.
Figure 1 : Configuration de la sonde de réflexion pour la détection du cancer de la peau par spectroscopie NIR (Référence 2)
Le cancer de la peau est la maladie cutanée la plus fréquente et la plus maligne. Un diagnostic précis et précoce est essentiel à son traitement. Le diagnostic actuel du cancer de la peau se déroule en trois étapes. La première consiste en un interrogatoire du patient sur ses antécédents médicaux. La deuxième étape comprend un examen visuel de la lésion. La troisième étape est une biopsie, dont le prélèvement est ensuite examiné au microscope. La spectroscopie proche infrarouge peut être utilisée comme méthode complémentaire non invasive pour confirmer le diagnostic.
Il existe plusieurs types de lésions malignes, précancéreuses et bénignes. Les deux types de cancers les plus dangereux sont le carcinome basocellulaire (CBC) et le mélanome malin. On trouve également d'autres affections cutanées bénignes, comme le nævus bénin et le lentigo solaire. Quelques exemples de ces lésions cutanées sont illustrés à la figure 2.
Figure 2 : Différents types de lésions cutanées malignes, prémalignes et bénignes (Référence 1)
Le diagnostic des cancers de la peau présente des difficultés, notamment la distinction entre lésions malignes et prémalignes, lésions malignes et bénignes, lésions prémalignes et bénignes, ainsi que l'identification des différents types de cancer. Une fois le type de cancer diagnostiqué, d'autres défis se posent concernant le traitement, l'évaluation de la profondeur du cancer dans la peau, la délimitation de la zone cancéreuse, etc. La spectroscopie proche infrarouge (NIR) peut faciliter ces démarches. Le faisceau proche infrarouge est majoritairement diffusé plutôt qu'absorbé par la peau, ce qui le rend quasiment transparent. Le principe de la spectroscopie proche infrarouge est de mesurer les spectres de réflectance de la peau, de les convertir en spectres d'absorbance après un prétraitement des données, puis d'effectuer une analyse discriminante linéaire (LDA) sur ces spectres d'absorbance afin de différencier les types de cancer.
Dans une étude, près de 200 spectres de réflexion ont été recueillis auprès de près de 150 patients ayant subi une biopsie prescrite par un dermatologue (Référence 1). La gamme de longueurs d'onde de mesure était de 400 à 2500 nm, englobant les spectres visible et proche infrarouge, et chaque mesure durait environ 40 secondes. La zone active de la sonde, illustrée à la figure 1, avait un diamètre de 7 mm et la lésion était placée à 1 mm de l'extrémité de la sonde. Des détails supplémentaires concernant le dispositif expérimental sont disponibles dans la Référence 1. Après l'acquisition des spectres, une biopsie a été réalisée sur la lésion, permettant de la classer en 6 catégories :
- Kératose actinique (pré-maligne)
- Carcinome basocellulaire (malin)
- Lentigo actinique (bénin)
- nævus dysplasiques (pré-malignes)
- nævus bénins (bénins)
- Kératose séborrhéique (bénigne)
Le prétraitement des spectres a sélectionné la région 400-1840 nm pour l'analyse, chaque spectre contenant 720 points de données. Après correction de la diffusion par normalisation standard et moyennage des spectres de lésions similaires, le nombre de spectres restants a été réduit. Il s'agissait de 33 kératoses actiniques, 34 carcinomes basocellulaires, 13 novi dysplasiques, 12 lentigines actiniques, 22 nævi bénins et 18 kératoses séborrhéiques. Les spectres de peau saine ont également été enregistrés dans des conditions similaires et soustraits des spectres lésionnels afin de mettre en évidence les différences spectrales entre les lésions. Une analyse discriminante linéaire (LDA) a été réalisée sur les spectres originaux, et seuls les spectres corrigés ont été représentés graphiquement pour observer les différences entre les lésions. Ces deux représentations sont présentées dans la figure 3.
Figure 3 : Spectres d'absorbance à gauche et spectres lésionnels moins spectres normaux à droite (Référence 1)
Concernant les spectres soustraits, le spectre le plus différent était celui des nævi dysplasiques. Les autres spectres de différence étaient globalement similaires. Une analyse LDA bidimensionnelle a été réalisée sur les données d'absorbance. La précision de la distinction entre lésions malignes et prémalignes était de 71 %, celle entre lésions prémalignes et bénignes de 77 % et celle entre lésions malignes et bénignes de 85 %. À titre de comparaison, les précisions cliniques pour la distinction de ces trois paires étaient respectivement de 90 %, 87 % et 91,5 %. La précision globale pour l'identification des différents types de cancer était proche de 72 à 98 %.
D'autres études ont utilisé différentes gammes de longueurs d'onde et méthodes de traitement. Une étude récente (Référence 3, 2024) a utilisé exclusivement la gamme de longueurs d'onde de 900 à 1700 nm et des méthodes d'apprentissage automatique telles que XGBoost, CatBoost, LightGBM et les réseaux de neurones convolutifs 1D. LightGBM a obtenu les meilleurs résultats, avec une exactitude de 84 % et une précision de 85 %. Une autre étude (Référence 4) a utilisé la gamme de longueurs d'onde de l'infrarouge moyen et la spectroscopie FTIR pour le diagnostic du cancer de la peau.
ASP Laser Inc. propose des spectromètres Nirvascan dans différentes gammes spectrales, notamment 900-1700 nm, 1350-2150 nm et 1600-2400 nm. Ces spectromètres sont économiques et précis (résolution spectrale de 10 nm, précision de ± 0,7 nm). ASP Laser Inc. fournit également la sonde de réflexion et la source halogène pour une installation complète.
Veuillez consulter le lien suivant pour plus d'informations sur le modèle de fibre optique Nirvascan 900-1700 nm.
Références:
- Spectroscopie proche infrarouge pour applications dermatologiques, L.M. McIntosh et al., spectroscopie vibrationnelle 28, 2002
- Étude de l'influence de la pression de la sonde sur la peau humaine à l'aide de la spectroscopie de réflexion diffuse, I Ahmed, et al., Micromachines 2023 14(10)
- Diagnostic du cancer de la peau à l'aide de données de spectroscopie NIR de lésions cutanées in vivo utilisant des algorithmes d'apprentissage automatique, M. Rocha, et al., Biocybernectics and biomedical engineering 44 (2024)
- Étude par spectroscopie FT-IR dans le diagnostic précoce du cancer de la peau, M Kyriyakidou, et al., in vivo 31 : 1131-1137 (2017)
Auteur: Rez Mani (PhD)