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Prix de l'inventeur européen

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James G. Fujimoto, Éric A. Swanson et Robert Huber (États-Unis, Allemagne)

Lauréats du Prix de l’inventeur européen 2017

Lauréats James G. Fujimoto, Éric A. Swanson et Robert Huber

Catégorie : Pays non membres de l'OEB

Secteur : Medical technology

Organisation : Massachusetts Institute of Technology (États-Unis)

Numéros de brevet : EP0883793, EP0981733, EP1839375

Invention : Imagerie médicale et cohérence tomographique optique (OCT)

Grâce aux ingénieurs américains James G. Fujimoto et Éric A. Swanson ainsi qu'au physicien allemand Robert Huber, les médecins peuvent aujourd'hui créer des images en temps réel des tissus humains pour une détection précoce du cancer, du glaucome et d'autres maladies. Leur découverte en technologie d'imagerie, la cohérence tomographique optique (OCT), est désormais une procédure standard des examens ophtalmologiques.

fujimoto-side-visualAvec le premier prototype clinique lancé en 1993, l'OCT s'attache à résoudre un problème que la médecine diagnostique connaît depuis longtemps : la possibilité d'examiner avec précision, sans invasion, les tissus mous et les vaisseaux sanguins, qui est essentielle pour diagnostiquer le cancer et les maladies cardiovasculaires. La biopsie, qui est utilisée depuis longtemps, requiert le prélèvement de tissus dans la zone concernée, elle n'est donc pas une idéale. L'OCT, première technique d'imagerie de ce type, crée une biopsie optique en temps réel avec des images 3D des tissus mous à des échelles microscopiques.

C'est en 1990 que James G. Fujimoto et Éric A. Swanson commencent à développer cette technologie au Massachusetts Institute of Technology (MIT) à Boston, qui les a amenés à déposer plus de 50 brevets. Leur découverte consiste à avoir dirigé un laser sur les tissus mous du corps et mesuré « l'écho », c'est-à-dire le temps de retard des faisceaux lumineux. Initialement développée pour l'ophtalmologie, l'OCT est devenue une norme, avec 30 à 40 millions de procédures réalisées chaque année.

Après la mise sur le marché de dispositifs d'OCT en 1996, la technologie a été adaptée à d'autres domaines médicaux : les scanners OCT cardiovasculaires apparurent en 2004, suivis par l'OCT dermatologique en 2010 et l'OCT gastro-intestinale en 2013.

Bénéfices pour la société

Le glaucome représente la seconde principale cause de cécité dans le monde, avec plus de 60 millions de cas suspectés, d'après les études en cours. Un diagnostic précoce, désormais possible avec l'OCT, est essentiel pour prévenir une perte de vision plus importante. Cette technologie a offert aux médecins un nouvel outil de diagnostic des maladies oculaires graves à un stade précoce, ce qui permet de les soigner, empêchant ainsi une perte de vision et des complications graves dans de nombreux cas.

La grande disponibilité de l'OCT et sa couverture par d'importantes compagnies d'assurance a aidé à réduire les coûts pour les patients et le personnel soignant.  L'utilisation de l'OCT pour de nouvelles applications telles que la gastroentérologie, par exemple pour une coloscopie virtuelle des intestins, pourrait permettre d'économiser plus de 600 millions d'euros chaque année. Lors d'une opération chirurgicale, la capacité de cette technologie à produire des images en temps réel a augmenté la sécurité dans les blocs opératoires. Elle a contribué au développement de produits pharmaceutiques et à une meilleure compréhension de la cause des maladies.

L'OCT permet aussi d'augmenter les niveaux de précision dans la recherche génétique, le contrôle de la qualité des matériels, la conservation des œuvres d'art et le stockage optique des données.

Avantages économiques

Les technologies clés développées et brevetées par James G. Fujimoto et son équipe ont été acquises par l'entreprise Carl Zeiss, spécialisée en optique et en optoélectronique, et actuellement leader du marché dans ce domaine. Sur les exercices comptables 2015/2016, le département ophtalmologique de l'entreprise a généré un chiffre d'affaires de 421 millions d'euros, soit une augmentation de 7,5 % par rapport aux 392 millions de l'exercice précédent.

L'équipe a créé ses propres start-ups, parmi lesquelles Advanced Ophtalmic Devices en 1992 et LightLab Imaging en 1998 (James G. Fujimoto et Éric A. Swanson), ainsi que Optores GmbH en 2013 (Robert Huber). L'invention de l'OCT a donné naissance à un marché florissant avec des start-up à forte activité : l'industrie de l'OCT emploie environ 16 000 professionnels, allant des ingénieurs au personnel hospitalier. Plus de 100 entreprises fournissent actuellement des systèmes et des composants OCT, et plus de 50 000 systèmes cliniques d'OCT ont été installés dans le monde.

Véritable succès technologique, l'OCT a généré un chiffre d'affaires de 4,77 milliard d'euros entre 1996 et 2016. Des analystes de BioOpticsWorld estiment que le chiffre d'affaires des systèmes OCT s'élevait à 688 millions d'euros en 2015. Des experts de Research and Markets estiment que le marché de l'OCT devrait suivre un taux de croissance annuel composé de 12 %, pour atteindre plus de 1,5 milliards d'euros d'ici 2020.

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    James G. Fujimoto devant le scanner par tomographie en cohérence optique (TCO)

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    Eric Swanson

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    Robert Huber

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    Eric Swanson (à gauche) se fait scanner l'oeil par James G. Fujimoto

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    Eric Swanson, James G. Fujimoto et Robert Huber (de gauche à droite)


Comment ça marche ?

Avant l'apparition de l'OCT, les scientifiques manquaient de méthodes adaptées pour diagnostiquer les anomalies dans les tissus mous :  tumeurs de l'œil ou de l'estomac ainsi qu'obturations des vaisseaux sanguins non-visibles par rayons X ou par imagerie par résonance magnétique (IRM).

Le principe qui régit l'OCT est similaire à celui de l'ultrason,  mais à la place d'ondes sonores, le système utilise « l'écho » des faisceaux lumineux réfracté par le tissu humain. La technologie ne requiert ni produit de contraste ni préparation des tissus du corps humain.

Une procédure OCT dure quelques minutes et comporte trois étapes. Tout d'abord, un laser à impulsions rapides envoie une lumière proche infrarouge dans le tissu mou à environ 1 ou 2 mm de profondeur. La lumière dispersée depuis le tissu révèle des caractéristiques anatomiques qui sont comparées à un faisceau de lumière non dispersé de référence. Enfin, les données des faisceaux lumineux sont traitées par un logiciel et représentées par des images d'une précision de l'ordre du microscopique.

Inventeurs

James G. Fujimoto a obtenu un doctorat en génie électrique et informatique en 1984 au MIT, où il est à présent professeur. James G. Fujimoto est actuellement le principal chercheur du Laboratoire de recherche électronique (Research Laboratory of Electronics) et du département génie électrique et informatique du MIT. Il est inventeur et co-inventeur dans 15 familles de brevet. Il a contribué à plus de 450 articles de journaux et à 9 livres. Ses contributions à l'imagerie médicale et à l'ophtalmologie lui ont valu de nombreux prix internationaux, tels que le prix de la recherche Carl Zeiss (2011), le prix António Champalimaud Vision (2012), le prix IEEE Photonics (2014), la médaille Frederic Ives de l'Optical Society (2015) et le prix Russ de l'Académie nationale d'ingénierie (2017).

Éric Swanson a obtenu son master de sciences en génie électrique au MIT en 1984. Il est co-auteur de 81 articles de journaux et de 142 présentations de conférences et de plus de 40 brevets. Il est également co-fondateur de plusieurs start-ups, notamment Coherent Diagnoctic Technologies (devenue LightLab Imaging) en 1998, avec James G. Fujimoto, premier fournisseur au monde d'OCT pour les applications en cardiologie. Les contributions d'Éric Swanson lui ont valu de nombreux prix, notamment le prix Rank en optoélectronique (2002), le prix António Champalimaud Vision (2012), et le prix Russ de l'Académie nationale d'ingénierie (2017).

Robert Huber, expert en laser, a obtenu un diplôme de master à la faculté de physique de l'Université Louis-et-Maximilien (LMU) de Munich en 1998 et un doctorat en 2002. Il est l'auteur de 100 publications examinées par des pairs et inventeur dans 7 demandes de brevet européen, et il a reçu deux ERC de l'Union européenne. Robert Huber est actuellement professeur à l'Institut Biomedical Optics à l'Université de Lübeck en Allemagne. En 2013, il a co-fondé l'entreprise Optores GmbH située à Munich afin de développer une version ultra rapide de l'OCT. Robert Huber s'est vu décerner le prix Albert Weller German Chemical Society (2013), le prix Rudolf Kaiser (2008) et le prix Klung Wilhelmy Weberbank (2013).

 

Le saviez-vous ?

La lumière provenant d'appareils aussi petits que les pointeurs laser manuels peut avoir des effets dévastateurs sur l'œil. En 2015, la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis a signalé plus de 5 000 blessures de l'œil impliquant des pointeurs laser. La réglementation de la FDA limite la puissance de la lumière visible d'un pointeur laser manuel à 5 milliwatts.

Le danger potentiel des lasers n'a pas dissuadé James G. Fujimoto en 1993 de se porter volontaire pour un premier test de l'appareil prototype d'OCT sur l'homme. Il s'est présenté, a retiré ses lunettes et a déclaré être prêt pour que l'appareil envoie une lumière laser directement dans son œil. L'appareil OCT s'est avéré sans danger, et il est depuis devenu la technologie d'imagerie la plus communément utilisée au monde en ophtalmologie.

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