Élastographie par résonance magnétique par ondes de pression guidées

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Ajouté le: 31/05/2014
Directeur : MAITRE Xavier - xavier.maitre@u-psud.fr
Titre : Élastographie par résonance magnétique par ondes de pression guidées
Thèmes : Physique et imagerie médicales
Laboratoires : IR4M UMR 8081 Imagerie par résonance magnétique médicale et Mul
Description :

Titre du sujet de thèse : Élastographie par résonance magnétique par ondes de pression guidées

Direction de thèse : Luc Darrasse (luc.darrasse@u-psud.fr) – Xavier Maître (xavier.maitre@u-psud.fr)

Équipe d'accueil : Imagerie par Résonance Magnétique Médicale et Multi-Modalités , IR4M, CNRS, Université Paris-Sud, Orsay – Équipe Développements méthodologiques et instrumentaux

Contexte de la recherche
Initiée en 1996, l’élastographie par résonance magnétique, à l’innocuité reconnue, permet aujourd'hui de remplacer la palpation usuelle du médecin des organes périphériques, comme le foie ou le sein, et d’envisager l’exploration d’organes plus profonds, comme le cœur, le poumon ou le cerveau. L’élastographie IRM permet en effet de détecter le mouvement des tissus de l’organisme humain et de suivre leur réponse à une contrainte mécanique afin de révéler leurs propriétés mécaniques. Celles-ci dépendent de la structure des tissus, de leurs conditions biologiques et d’éventuelles affections. Les maladies neurodégénératives (Alzheimer, Parkinson, Creutzfeldt-Jakobes), la fibrose pulmonaire, l'emphysème et les cancers modifient largement les propriétés mécaniques des tissus atteints. L’élastographie IRM pourrait donc se révéler être un outil essentiel tant pour l’étude, le diagnostic, la stadification que pour le suivi thérapeutique des maladies cérébrales et pulmonaires.

Descriptif scientifique
Par l’intermédiaire d’une barre vibrante, Mayo Clinic, aux États-Unis, puis, dans un berceau oscillant, la Charité, en Allemagne, ont induit des ondes dans le cerveau humain et de premières mesures en élastographie du cerveau ont montré une différence significative des modules d’élasticité et de viscosité de la matière blanche et de la matière grise. Par l'intermédiaire d'un vibreur pneumatique posé sur le thorax Mayo Clinic a réussi à induire des ondes dans le poumon et l'IR4M a obtenu in vivo les premières cartes d'élasticité et de viscosité de cisaillement dans les poumons humains. Récemment, l’IR4M a en effet développé un dispositif d’excitation original par ondes de pression guidées qui permet de contourner les barrières physiologiques que représentent, pour le cerveau, la boîte crânienne et les méninges, pour le poumon, la cage thoracique et la plèvre.
L'IR4M a également démontré la faisabilité de l'élastographie pulmonaire par résonance magnétique de l'hélium-3 hyperpolarisé. Le rapport signal à bruit que l'IRM standard de l'hydrogène obtient dans les voies aériennes est en effet insuffisant tandis que des gains de plusieurs ordres de grandeurs peuvent y être obtenus à la fréquence de l'hélium-3 après inhalation par la sujet d'une dose de quelques centaines de millilitres de gaz d'hélium-3 polarisé au préalable par pompage optique.
Des déplacements de plusieurs dizaines de micromètres des tissus cérébraux et de plusieurs centaines de micromètres du parenchyme pulmonaire ont été reportés par IRM et l’inversion du problème conduisant aux modules viscoélastiques a pu être menée sur l’ensemble des deux organes. Toutefois, les hypothèses fortes d'isotropie, d'homogénéité et de conditions limites ouvertes, appliquées jusqu'à présent, réduisent la portée quantitative de la cartographie des modules viscoélastiques.
L'objet de cette thèse est de modéliser théoriquement et expérimentalement la propagation des ondes générées dans le cerveau ou le poumon afin de déterminer les modes valables d'acquisition et de reconstruction des données produites en élastographie par résonance magnétique dans des tissus anisotropes, inhomogènes et aux interfaces prégnantes (tissu-os, air-tissu). Le balayage de la fréquence de l'onde induite permettra l'exploration spatiale et rhéologique du milieu étudié. L'IRM pondérée en T2*, T1 ou encore diffusion pourra servir de guide. La thèse explorera les méthodes d'acquisition et de reconstruction des données d'élastographie en IRM standard et en IRM de l'hélium-3 tant in vitro sur fantôme que in vivo sur l'humain ou le petit animal.

Compétences acquises lors du travail de thèse
Durant ces trois années, la doctorante ou le doctorant aura l'opportunité d'apprendre à travailler dans un milieu pluridisciplinaire et à mettre en œuvre des connaissances et des techniques en physique atomique, imagerie médicale, instrumentation électronique, mécanique, programmation de séquences, traitement de données et en biologie. La doctorante ou le doctorant devra, également, simuler la propagation d'ondes acoustiques et l'évolution du signal RMN sous Matlab® ou sous codes dédiés.
La doctorante ou le doctorant agira et interagira dans ces différents domaines pour conduire un projet de développement et de mise en œuvre d'une nouvelle technique d'imagerie in vitro et in vivo afin d'en démontrer non seulement sa faisabilité et sa sensibilité mais aussi, à terme sa spécificité pour le diagnostic médical.