Élastographie par ultrasons et résonance magnétique appliquée au diagnostic des nodules thyroïdiens

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Ajouté le: 30/05/2014
Directeur : MAITRE Xavier - xavier.maitre@u-psud.fr
Titre : Élastographie par ultrasons et résonance magnétique appliquée au diagnostic des nodules thyroïdiens
Thèmes : Physique et imagerie médicales
Laboratoires : IR4M UMR 8081 Imagerie par résonance magnétique médicale et Mul
Description :

Direction de thèse

Frédérique Frouin (frederique.frouin@inserm.fr) – Claire Pellot-Barakat (claire.barakat@inserm.fr) – Xavier Maître (xavier.maitre@u-psud.fr)

Équipes d'accueil

Imagerie Moléculaire in vivo, IMIV/SHFJ/I2BM/DSV/CEA Orsay
Imagerie par Résonance Magnétique Médicale et Multi-Modalités , IR4M, CNRS, Université Paris-Sud, Orsay
 

Contexte de la recherche
Les nodules thyroïdiens sont très fréquents (10-40% de la population a des nodules détectables par échographie). Cependant, moins de 10% des nodules sont malins. Actuellement, la cytologie du nodule obtenue par cytoponction est le meilleur moyen de prédire la malignité (sensibilité 54-90%, spécificité 60-98%). En plus d’être une procédure invasive, la cytologie est indéterminée dans 25% des cas environ et ne permet pas de trancher entre nodule bénin ou malin. Dans ces situations non discriminantes, la chirurgie reste recommandée, même si globalement le risque de cancer est d’environ 20 à 30%. Afin de détecter les patients à risque de malignité tout en essayant d’éviter des chirurgies inutiles, il est primordial de développer des biomarqueurs non invasifs spécifiques des cancers thyroïdiens.
L’élastographie permet de détecter le mouvement des tissus et de suivre leur réponse à une contrainte mécanique afin de révéler, à l’image de la palpation, leurs propriétés mécaniques. Ces propriétés sont affectées par les processus pathologiques tels que le cancer qui provoque un durcissement du microenvironnement tumoral. La technique d’élastographie ultrasonore par ondes de cisaillement ou ShearWave (SWE) est une méthode bidimensionnelle quantitative, reproductible, dont les résultats apparaissent prometteurs dans le diagnostic des nodules thyroïdiens, notamment lorsqu’ils sont combinés à ceux de l’échographie standard. Des études préliminaires ont montré que les cancers thyroïdiens apparaissaient significativement plus durs (114 ± 61 kPa) que le tissu sain (31 ± 12 kPa) et que les nodules bénins (34 ± 17 kPa). L’élastographie par résonance magnétique (ERM) permet quant à elle une exploration tridimensionnelle et multi-paramétrique des propriétés mécaniques des tissus. Cette technique donne accès à l'élasticité et la viscosité de cisaillement d'organes périphériques comme le foie ou le sein pour la caractérisation des tumeurs mammaires, de la fibrose ou encore de la cirrhose. Récemment, l’IR4M a développé un dispositif d’excitation qui ouvre une voie originale pour l'exploration d’organes plus profonds comme le cerveau ou les voies aériennes et le poumon.

Descriptif scientifique
L'objectif de cette thèse est de développer conjointement l'élastographie par ultrasons et par résonance magnétique afin d’évaluer l’apport respectif de ces deux modalités dans la caractérisation des nodules thyroïdiens. Une approche tridimensionnelle sera empruntée en élastographie ultrasonore avec un appareil SWE (Aixplorer, Supersonic Imagine). A priori moins opérateur-dépendant, plus reproductible et plus précise que l’élastographie ultrasonore 2D, l'approche 3D permettra également une comparaison plus directe avec l'ERM.
Dans un premier temps, les développements méthodologiques et instrumentaux seront éprouvés in vitro sur fantôme. Dans un second temps, la validation in vivo des différentes approches par ultrasons et par résonance magnétique sera réalisée sur des thyroïdes de sujets sains puis de patients. Les acquisitions ultrasonores seront initiées à l’hôpital de la Pitié-Salpêtrière dans le cadre d’un protocole déjà établi d’élastographie 3D des nodules thyroïdiens. L'élastographie par résonance magnétique sera menée à 1,5 T sur un imageur dédié à la recherche (Achieva, Philips) au Service Hospitalier Frédéric Joliot.
Le travail de thèse s'attachera aux points suivants :
• Développement de l'ERM de la thyroïde à haute fréquence et haute élasticité par excitation par onde de pression guidée le long des voies aériennes.
• Détermination des paramètres et des méthodes d'excitation et d'acquisition des modalités SWE et ERM afin d'optimiser la cartographie des modules d'élasticité et de viscosité.
• Détermination des paramètres nominaux des deux modalités afin d’obtenir des cartographies d’élasticité comparables.
• Développement d'algorithmes de recalage ultrasons-IRM pour comparer les cartes d’élasticité 3D obtenues sur sujets sains et malades par les techniques SWE et ERM.
• Développement d’un algorithme de segmentation fonctionnelle des nodules thyroïdiens à partir des cartes d'élasticité 3D ainsi que des images anatomiques B-mode en ultrasons et des images paramétriques en IRM afin de caractériser les nodules thyroïdiens par élastographie.

Par ailleurs, la cartographie du module de viscosité de cisaillement établie par ERM pourra être prise en compte dans la caractérisation de la composition de la tumeur et de son pronostic. Des modèles mécanique et expérimental seront mis en œuvre pour estimer la viscosité à partir de l'élastographie ultrasonore et la comparer à la viscosité obtenue par ERM.
Enfin, un protocole hospitalier de recherche clinique sera déposé pour comparer l'élastographie par ultrasons et par résonance magnétique.

Compétences acquises lors du travail de thèse
Durant ces trois années, le doctorant aura l'opportunité d'apprendre à travailler dans un milieu pluridisciplinaire et à combiner, dans un même objectif, l'utilisation de connaissances et techniques en imagerie médicale pour deux modalités (ultrasons et IRM), en instrumentation électronique, en mécanique, en programmation de séquences, en traitement d’images, en traitement de données et en biologie.