Développement d'une nouvelle modalité d'imagerie fonctionnelle cérébrale et étude de l'élasticité du cerveau par ultrasons

par Emilie Macé

Thèse de doctorat en Acoustique physique

Sous la direction de Mickael Tanter.

Soutenue en 2012

à Paris 7 .


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous étudions le potentiel apport en neuroimagerie de l'imagerie ultrasonore ultrarapide, une technique basée sur l'utilisation d'ondes planes pour acquérir des images ultrasonores à haute cadence (= 20 kHz). D'abord nous avons développé une nouvelle modalité d'imagerie fonctionnelle cérébrale appelée ultrasons fonctionnels (fUS) capable d'imager l'ensemble du cerveau à haute résolution spatiotemporelle (100 μm, 200 ms). Pour cela, nous avons combiné imagerie ultrarapide et focalisation synthétique en émission pour augmenter d'un facteur 100 la sensibilité de l'imagerie Doppler et ainsi pouvoir détecter les flux sanguins dans les microvaisseaux cérébraux dont la dynamique reflète l'activité neuronale locale. Nous avons validé le fUS in vivo chez le rat en cartographiant l'activation cérébrale induite par des stimuli sensoriels. Ensuite, nous avons pu visualiser par fUS la dynamique d'une crise d'épilepsie, pathologie jusqu'alors peu accessible à l'imagerie. Enfin, nous avons réalisé une séquence fUS mieux résolue temporellement (30 ms) afin d'observer l'effet de la pulsatilité sur les flux cérébraux. Dans un deuxième temps, nous avons adapté le mode d'élastographie "Supersonic Shear Imaging" basé sur l'imagerie ultrarapide afin de produire des cartes d'élasticité du cerveau. Nous l'avons ensuite appliqué à un modèle de rat d'ischémie cérébrale transitoire. Nous avons observé pour la première fois le ramollissement des tissus cérébraux ischémiques tout en suivant en parallèle l'impact de l'ischémie sur la microvascularisation grâce au nouveau mode Doppler. Ces nouveaux modes sont prometteurs pour la recherche mais aussi en pédiatrie et en neurochirurgie.

  • Titre traduit

    Developpement of new functional brain imaging technique and study of brain elasticity using ultrasound


  • Résumé

    In this thesis, we investigate the possible contribution of ultrafast ultrasound imaging in neuroimaging. Ultrafast imaging is a technique using plane wave emissions to acquire ultrasonic images at high frame rate (~ 20 kHz). First, we developed a new brain functional imaging modality called functional ultrasound (fUS) that can image the whole brain at high spatiotemporal resolution (100 μm, 200 ms). For that, we combined ultrafast imaging and synthetic focusing in emission to increase the sensitivity of Doppler imaging by a factor 100 and thus to detect blood flow in cerebral microvessels whose dynamics is linked to local neuronal activity. We validated fUS by mapping in vivo the brain activation induced by various sensory stimuli. Then, we were able to follow by fUS the dynamics of an epileptic seizure, a pathology very challenging for imaging up to now. Finally, we designed a fUS sequence with higher temporal resolution (30 ms) to observe the effect of pulsatility on cerebral blood flow. In a second step, we adapted the "Supersonic Shear Imaging" technique based on ultrafast imaging to map brain elasticity. We then applied it to a rat model of transient cerebral ischemia. We observed for the first time the softening of ischemic tissue and, simultaneously, we followed the stroke impact on brain microvascularization with our new Doppler mode. These new modes are promising not only in neuroscience research but also for their clinical applications in pediatry and neurosurgery.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (191 p.)
  • Annexes : 160 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2012) 212
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.