Unité Mixte de Recherche « Imagerie & Cerveau » INSERM U930 Equipe 5 (Tours) Thèse à partir de septembre 2012 (durée : 3 ans) Date limite de candidature : fin avril 2012 "Palpation du cerveau" Mesure des propriétés élastiques par ultrasons La palpation est une méthode performante pour localiser les lésions sur la base d'une rigidité différente par rapport au tissu environnant. Les tissus malins possèdent un module de cisaillement qui peut atteindre 100 fois celui d'un tissu sain. Ces observations ont motivé le développement de techniques d'imagerie quantitative in vivo des propriétés mécaniques des tissus biologiques. Des résultats très intéressants ont été obtenus en 2008 par le Département de Radiologie de la Mayo Clinic[1] à Rochester aux USA en utilisant la technique MRE (Magnetic Resonance Elastography). Cette méthode d'imagerie nécessite l'application d'ondes de cisaillements réalisée avec un vibreur externe (fréquences basses de l'ordre de la centaine de Hz), d'une séquence d'imagerie IRM sensible à la phase permettant de détecter la présence d'ondes propagatives et l'utilisation d'algorithmes de résolution de problème inverse permettant d'obtenir une cartographie du module d'Young du tissu cérébral. Figure de gauche: Le vibreur mécanique se déplace de façon transitoire verticalement (a) ou horizontalement (b). La fréquence centrale est de 100Hz. Figure de droite: Etude in vivo sur l'homme. (A gauche) L'onde de cisaillement provient du crâne et se dirige vers le centre du cerveau. Le front d'onde approche la jonction matière blanche/grise d'une façon parallèle. Cette onde ce cisaillement s'atténue rapidement au cours de sa propagation. La longueur d'onde augmente dans la matière grise indiquant une augmentation de la rigidité du tissu cérébral. (Au milieu) Cartographie du module d'Young in vivo. Cette méthode MRE a été appliquée avec succès sur le tissu cérébral. L’objectif de ce travail de thèse est d'utiliser l'imagerie ultrasonore rapide afin d'estimer les propriétés biomécaniques du tissu cérébral. Une des principales difficultés sera de réaliser la mesure in vivo de la déformation dans le plan 2D d'imagerie associé au passage du front d'onde acoustique généré par le vibreur externe. Ceci est possible avec le système d'imagerie ultrarapide (permettant d'obtenir une cadence d'imagerie de 1000 images par secondes) que nous développons au laboratoire dans le cadre du projet ANR COSTUM. A travers un partenariat entre la société Vermon et la société Supersonic Imagine (SSI), nous intégrons actuellement une sonde échographique basse fréquence adaptée à l'imagerie du tissu cérébral sur l'imageur ultrarapide Aixplorer. Cette sonde échographique est développée spécifiquement pour traverser la barrière acoustique du crâne et permettre ainsi l'échographie du cerveau. Nous pourrons ainsi suivre avec une cadence d'imagerie ultrarapide l'onde de déformation transitoire du tissu cérébral associé au passage du front d'onde de cisaillement. Le taux de déformation 2D sera alors déterminé au rythme de la cadence rapide de tir ultrasonore. Les propriétés mécaniques du tissu cérébral seront estimées en suivant ce front d'onde transitoire au cours de sa propagation à travers le cerveau entier. Dans un autre contexte, nous avons développé une méthode d'élastométrie transitoire en partenariat avec la société Echosens qui permet de suivre la propagation d'une onde de cisaillement dans le tissu hépatique. Des algorithmes d'inversion, mis en œuvre dans le cadre de ce projet d'élastométrie transitoire, serviront de base pour le développement d'algorithmes spécifiques d'inversion utilisables pour le tissu cérébral. Les données expérimentales pourront par exemple être obtenues pour différentes fréquences d'excitation du vibreur externe permettant ainsi d'étudier la dépendance en fonction de la fréquence des propriétés visqueuses du tissu cérébral. Les différentes étapes de validation prévues de ce travail de thèse sont : 1/ étape de test et validation sur fantôme tissulaire et cerveaux in vitro. Cette première phase focalisera notamment sur la mise en place du protocole expérimental et de l’instrumentation associée, et sur le développement et test des algorithmes spécifiques de mesure d’élasticité ; 2/ étape de test et validation in vivo sur modèle animal (adaptation du protocole et des algorithmes développés précédemment au in vivo, et notamment les modifications liées à la prise en compte de la boîte crânienne) ; 3/ étape de test et validation in vivo sur l'homme. Cette dernière étape sera réalisée en étroite collaboration avec le service de neurologie de l’hôpital Bretonneau de Tours. [1] S.A.Kruse and all, "Magnetic resonance elastography of the brain". NeuroImage (39), 231-237, 2008. Laboratoire : Unité Mixte de Recherche « Imagerie & Cerveau » - INSERM U930 Equipe 5 Faculté de médecine de Tours Directeur de thèse : Jean-Pierre Remeniéras (Ingénieur de Recherche HDR) Contact : [email protected] (02 47 36 62 21) Co-directeur : Samuel Callé (Maître de Conférences) Contact : [email protected] (02 47 36 62 24)