Laboratoire d’Imagerie Paramétrique

[fr Tissu osseux ; ]Modélisation, problèmes directs et inverses – Instrumentation – Caractérisation – Méthodes d’acoustique non linéaire.

Responsables :

Pascal LAUGIER, Directeur de Recherche CNRS & Quentin GRIMAL, MCU.

Contexte

Les ultrasons font partie de l’arsenal de moyens diagnostiques non invasifs du statut osseux. Ils se distinguent des autres modalités, principalement basées sur l’utilisation des rayons X, par la nature élastique des phénomènes de propagation, leur caractère non ionisant et un coût relativement faible de la technologie ultrasonore. L’arsenal de moyens diagnostiques non invasifs du statut osseux s’est considérablement diversifié dans les années 1990 avec le développement de nombreuses techniques basées sur l’utilisation des rayons X, des ultrasons ou de l’IRM. Les techniques d’estimation de la masse minérale osseuse par absorption de rayons X (principalement l’absorptiométrie bi-photonique) sont les plus couramment utilisées à l’heure actuelle pour le diagnostic et le dépistage des personnes à risque de fracture. Cependant, la prédiction du risque de fracture ostéoporotique reste imparfaite. La densitométrie à rayons X ne permet d’évaluer avec précision qu’une seule composante de la résistance de l’os : la densité minérale osseuse. D’autres facteurs de fragilité osseuse (microarchitecture, microendommagement, structure et qualité élastique de l’os cortical,…) ne peuvent pas être évalués par l’absorptiométrie. On fait alors appel à des techniques d’imagerie plus sophistiquées (IRM, scanner 3D ou haute résolution) pour accéder à certains de ces paramètres, mais ces techniques sont beaucoup trop coûteuses pour être viables dans la routine clinique. Les ultrasons représentent une alternative intéressante aux autres modalités dans le domaine de l’os.

Activité de recherche

L’activité de l’équipe couvre les aspects de modélisation, d’instrumentation, de méthode et de transfert. Nous traitons des problèmes d’interaction des ultrasons avec les tissus biologiques, et en particulier avec le tissu osseux, à plusieurs échelles : de l’échelle micrométrique (microscopie acoustique) à l’échelle centimétrique (quantification in vivo des propriétés osseuses). Les modèles de propagation et les modèles de tissus sont couplés aux données expérimentales. Le dialogue entre les résultats des calculs théoriques et les mesures permet de comprendre en détail la physique des interactions os-ultrasons ainsi que de formuler des problèmes de quantification par méthodes inverses.

 Modélisations : celles-ci ont pour objectif (i) d’élucider les mécanismes d’interaction entre ondes élastiques et structure osseuse dans des conditions aussi variées que celles rencontrées avec l’os spongieux ou l’os cortical, (ii) d’identifier les modes de propagation mis en jeu au cours de l’interaction, (iii) proposer des solutions aux problèmes directs, (iv) proposer des procédures d’inversion de données pour remonter aux caractéristiques osseuses pertinentes et (v) modéliser les caractéristiques élastiques de l’os.
 Instrumentation : les développements technologiques sont destinés à accroître le potentiel des techniques ultrasonores, faciliter leur dissémination dans le monde clinique (imagerie rapide, imagerie du col du fémur, approches multi-fréquence et multiparamétrique, …) et trouver des débouchés vers de nouvelles applications.
 Nouvelles méthodologies : de nouvelles méthodes sont explorées en réponse à l’évolution permanente du paradigme de l’évaluation osseuse (ex : techniques non linéaires pour l’étude de l’endommagement).