Elastographie ultrasonore et par résonance magnétique - Etude exploratoire sur l’association de deux techniques diagnostiques

Contexte: L’élastographie est une technique d’imagerie récente, maintenant reconnue comme une méthode pertinente pour la caractérisation tissulaire. Son but est de produire une cartographie relative à l’élasticité des tissus examinés. Ce type d’information présente un intérêt fondamental en diagnostic clinique car le développement d’un processus pathologique s’accompagne souvent de modifications dans les propriétés mécaniques des tissus. A titre d’exemple, les tumeurs cancéreuses se présentent généralement sous la forme de nodules beaucoup plus durs que les tissus sains environnants. Les premiers travaux en élastographie ont été couplés à l’utilisation de l’échographie, conduisant à l’élastographie ultrasonore. Cette technique se subdivise en deux approches selon que la contrainte appliquée est quasi-statique (par compression du milieu avec la sonde par exemple) ou dynamique (génération et propagation d’ondes de cisaillement dans le milieu étudié). Dans le cas d’une contrainte quasi-statique, l’information directement estimée à partir de l’acquisition d’une série d’images ultrasonores est le champ de déformation au cours de la compression. Celui-ci nous permet d’accéder aux propriétés élastiques locales du milieu puisque, sous l'action d'une même contrainte, les régions molles se déforment davantage que les régions rigides. Dans le cas de la contrainte dynamique, la vitesse de propagation des ondes de cisaillement dans le tissu dépend du paramètre d’élasticité du tissu appelé module de cisaillement (G) qui sera ainsi estimé. Plus récemment, l’élastographie par résonance magnétique a été proposée. Cette technique, comme l’élastographie ultrasonore dynamique, repose sur la génération et l’étude de la vitesse de propagation d’ondes de cisaillement, conduisant à l’estimation de G. Bien que de nombreux travaux aient été et soient toujours réalisés sur chacune des techniques pour en améliorer notamment la robustesse, les études sur la comparaison de leurs performances et leurs propriétés spécifiques ou communes restent très rares. Objectifs de la thèse et travaux à réaliser : Les objectifs de cette thèse portent donc sur la mise en commun de connaissances de ces méthodes d’élastographie ultrasonore et par résonance magnétique, afin de déterminer si une utilisation conjointe de ces techniques peut apporter des informations complémentaires et permettre un meilleur diagnostic des pathologies Au laboratoire CREATIS-LRMN, nous disposons actuellement d’un dispositif d’excitation dynamique associé à la séquence d’élastographie par résonance magnétique ainsi que d’un dispositif d’élastographie ultrasonore quasi-statique. Afin de déterminer si une utilisation conjointe des techniques d’élastographie ultrasonore et par RMN est d’intérêt, il est nécessaire dans un premier temps de compléter nos moyens d’accéder aux informations relatives à l’élasticité des tissus, en développant l’élastographie ultrasonore dynamique au sein de notre laboratoire. Le sujet proposé se décline ainsi en deux axes de recherche principaux. 1- Mise au point d’un système d’élastographie ultrasonore dynamique Les premiers travaux consisteront à développer un système d’élastographie ultrasonore dynamique. Réaliser un tel système nécessitera la mise au point d’un dispositif permettant la génération de l’onde de cisaillement, la définition d’une stratégie d’acquisition des signaux ultrasonores radiofréquences permettant le suivi de l’onde de cisaillement, et enfin la mise au point de méthodes de traitement du signal et de l’image pour estimer localement le module de cisaillement dans le milieu étudié. L’échographe utilisé sera un appareil Ultrasonix dédié à la recherche. La validation de ce système sera réalisée à l’aide de fantômes physiques (conçus à partir de gels ou de cryogels) homogènes et hétérogènes pour lesquels le module d’élasticité des différentes régions aura été mesuré par des tests mécaniques sur des échantillons témoins. 2- Vers une association de l’élastographie ultrasonore et par RMN Dans un deuxième temps, le(a) candidat(e) s’attachera d’abord à comparer les spécificités et les performances de chaque méthode, permettant de déterminer leurs apports et leurs limites (résolutions spatiales et temporelles, résolution en termes d’élasticité, artéfacts potentiels générés par les techniques de traitement du signal utilisées pour l’estimation des paramètres liés à l’élasticité, ..). Cette étude inclura des tests réalisés notamment sur des données ultrasonores et par résonance magnétique simulées, où la vérité de terrain est connue, ainsi que des objets physiques communs aux ultrasons et à la RMN (où les différents milieux auront été caractérisés mécaniquement). Cette étude pourra être complétée par des tests sur des tissus biologiques (de foie par exemple) où les résultats obtenus seront évalués par comparaison avec les coupes histologiques correspondantes. Cette analyse permettra d’identifier l’approche la plus appropriée à une application donnée, ainsi que les possibilités et l’apport de la combinaison des deux techniques d’élastographie (IRM-US) pour obtenir un résultat diagnostique plus pertinent (sensibilité, spécificité). Compétences requises : - Traitement du signal et de l’image ; - Programmation C++, Matlab