Caractérisation des propriétés viscoélastiques du placenta par élastrographie ultrasonore transitoire bidimensionnelle

par Emmanuel Simon

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux, spécialité Ultrasons

Sous la direction de Jean-Pierre Remeniéras et de Franck Perrotin.

Soutenue le 22-12-2017

à Tours , dans le cadre de École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire) , en partenariat avec SST/12/U INSERM 930 - IC5- Imagerie et Cerveau (équipe 5) (équipe de recherche) .

Le président du jury était Jean-Luc Gennisson.

Le jury était composé de Samuel Callé, Norbert Winer.

Les rapporteurs étaient Patrick Rozenberg, Vassilis Tsatsaris.


  • Résumé

    Le dépistage et le diagnostic de l’insuffisance placentaire (IP), qu’il s’agisse du retard de croissance intra-utérin (RCIU) ou de la prééclampsie (PE), sont des enjeux majeurs de santé publique. En pratique clinique, les propriétés mécaniques du placenta ne sont pas explorées, pourtant des modifications de son architecture tissulaire pourraient engendrer des variations d’élasticité. Parmi les méthodes d’élastographie ultrasonore (US), l’élastographie transitoire paraît adaptée pour une telle application. Cette technique consiste à calculer la vitesse de l’onde de cisaillement (Cs) générée par une vibration externe se propageant dans le milieu considéré. Les valeurs d’élasticité obtenues à partir des méthodes US actuelles ne sont calculées qu’à une fréquence unique. Une modification structurelle du tissu pouvant correspondre à une loi de puissance particulière de la dispersion fréquentielle de Cs, nous avons évalué l’intérêt d’une approche multifréquentielle pour distinguer l’élasticité des placentas normaux et celle de placentas présentant des signes d’IP au troisième trimestre de la grossesse. Nous avons développé un dispositif préliminaire en onde plane (pour l’exploration ex vivo) permettant de valider le principe de la méthode proposée, puis un dispositif d’élastographie transitoire 2D (exploration ex vivo et in vivo). Les données sont ajustées au moyen d’un modèle rhéologique fractionnaire dans lequel le comportement en fréquence est modélisé par une loi de puissance (exposant n du modèle). Nous avons montré que les placentas RCIU présentent des valeurs de Cs et n inférieures à celles des placentas normaux ou des PE. Cette diminution de n pourrait s’expliquer par les lésions anatomopathologiques du RCIU et la diminution de Cs est cohérente avec l’étude d’un modèle murin de RCIU par ligature utérine. Enfin, l’analyse de la dispersion fréquentielle est faisable chez la femme enceinte. La valeur ajoutée de la méthode développée devrait désormais être testée lors d’une large étude clinique.

  • Titre traduit

    Characterization of the viscoelastic properties of placenta by two-dimensional transient ultrasonic elastography


  • Résumé

    Screening and diagnosis of placental insufficiency (PI), whether intrauterine growth restriction (IUGR) or preeclampsia (PE) are major public health issues. In clinical practice, the mechanical properties of the placenta are not explored; however changes in its tissue architecture could cause variations in elasticity. Among the ultrasound (US) elastography methods, transient elastography seemed suitable for such an application. This technique consists in calculating the shear wave speed (Cs) generated by an external vibration propagating in the medium under consideration. Elasticity values obtained from current US methods are calculated at a single frequency. As a structural modification of the tissue may correspond to a particular power law of frequency dispersion of Cs, we evaluated the interest of a multifrequency approach to distinguish the elasticity of healthy placentas and that of placentas with PI signs in the third trimester of pregnancy. We have developed a preliminary plane wave device (for ex vivo exploration) to validate the principle of the proposed method, and then a 2D transient elastography device (ex vivo and in vivo exploration). The data is adjusted using a fractional rheological model where the frequency behavior is modeled by a power law (exponent n of the model). We have shown that IUGR placentas have Cs and n values lower than those of healthy placentas or PE. This decrease in the n value could be explained by histopathological lesions of IUGR. As for the decrease of Cs in cases of IUGR, this result is consistent with the study of an IUGR rat model by uterine ligation. Finally, the frequency dispersion analysis is feasible in pregnant women. The added value of this method should now be tested in a large clinical study.


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