"Palpation du cerveau" Mesure des propriétés élastiques par

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)