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Accueil du site > Productions scientifiques > Thèses > Thèses soutenues > Ultrasonographie quantitative et fonctionnelle de contraste.

Ultrasonographie quantitative et fonctionnelle de contraste.

Doctorant : Mathieu SANTIN

Directeur de thèse : S. Lori Bridal

Sujet : Ultrasonographie quantitative et fonctionnelle de contraste.

Etablissement : Université Pierre et Marie Curie Paris VI

Date de soutenance : JUILLET 2009

Résumé :

Le développement des produits de contraste ultrasonore (PCUS) a permis d’envisager le développement d’une imagerie fonctionnelle ultrasonore pour la quantification de la microcirculation tissulaire (variations physiologiques et pathologiques) et la détection des tumeurs. Ces produits sont constitués de microbulles gazeuses encapsulées injectables par voie veineuse périphérique permettant d’augmenter l’intensité du signal échographique de la circulation sanguine. La stabilité et la réponse acoustique d’une microbulle dépendent de ses propriétés intrinsèques : son diamètre (1 à 10 µm), la nature de sa coque (i.e. surfactant membrane, albumine humaine, phospholipide) et le type de gaz interne (i.e. hexafluorure de souffre, air, perfluoropropane). Le signal provenant spécifiquement des microbulles peut être isolé de celui des tissus environnants car leur comportement non-linéaire génère les harmoniques du signal incident.

Grâce à leur distribution intravasculaire stricte (absence de passage dans le secteur interstitiel), les PCUS sont des traceurs potentiels de la perfusion sanguine. D’autre part, des microbulles chargées d’un produit médicamenteux peuvent être détruites avec des fortes pressions acoustiques afin de livrer le médicament sur un site précis. Cependant, la quantification de la réponse acoustique des PCUS et le seuil de pression acoustique provocant leur destruction doivent encore être analysées avant que ces méthodes d’imagerie fonctionnelle et thérapeutique puisse entrer en pratique clinique courante.

Ce projet de thèse vise le développement d’une imagerie de contraste sensible, reproductible et quantitative. Dans un premier temps, un axe fondamental des recherches sera mené pour l’optimisation de l’excitation, la détection et la destruction des microbulles de PCUS. Au Laboratoire d’Imagerie Paramétrique, nous avons mis en place un banc de mesure permettant le recueil quasi-simultané de signaux ultrasonores issus d’une microbulle ainsi que des images de ce diffuseur, à l’aide d’un microscope optique couplé à une caméra à haute sensibilité. En utilisant ce banc de mesure, les modes d’excitation, la réponse acoustique et les propriétés physiques des PCUS (diamètre, propriétés de la coque et du gaz interne) seront reliées expérimentalement et théoriquement pour des microbulles isolées in vitro. D’autre part, le seuil de pression acoustique provocant la destruction des microbulles sera établi. Dans un deuxième temps, un modèle numérique théorique sera utilisé afin de décrive la variation temporelle du rayon d’une microbulle soumis à une excitation ultrasonore. Grâce à ce modèle, il sera possible d’entreprendre une série des simulations dans le but de prévoir, par exemple, la forme d’excitation qui permettra d’obtenir une réponse harmonique bien spécifique ou qui assura la destruction acoustique d’une microbulle. Enfin, les modes d’excitation identifiés comme étant les plus prometteurs selon l’étude des microbulles isolées, seront appliquées à l’imagerie fonctionnelle dans des systèmes de flux calibrés et dans les modèles de perfusion sanguine chez la souris. Le développement de telles méthodes, très peu invasives, non irradiantes et accessibles est d’un grand intérêt car elles pourront être utilisées couramment dans de nombreux domaines d’application clinique.

Le développement du banc de mesure pour l’étude des microbulles isolées in vitro a été financé dans le cadre d’une Action Concertée Initiative Technologies pour la Santé du Ministère de la Recherche. Au sein du Laboratoire d’Imagerie Paramétrique, nous bénéficions de la collaboration de l’Equipe ‘Interactions ultrasons cellules, membranes biologiques et biomimétiques’ qui développe des nouvelles nano- et micro- bulles pour l’imagerie et la thérapie ultrasonore. L’étude des seuils de destruction des microbulles de PCUS est menée en collaboration avec le ‘Bioacoustics Research Laboratory’ dirigé par Pr. William O’Brien dans le cadre d’un projet d’échange pour l’ingénierie biomédicale entre le CNRS et l’Université d’Urbana Champaign (Illinois, USA). Enfin, ce projet s’inscrit dans une Equipe Projet Multi-Laboratoire (EPML de département STIC du CNRS) intitulée L‘Imagerie paramétrique ultrasonore de contraste : vers une imagerie fonctionnelle quantitative.

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