Développement d’une méthode de super résolution ultrasonore pour mesurer la perfusion cérébrale pendant un AVC

Development of ultrasound localization microscopy to measure cerebral perfusion during stroke : a study in mouse models prior to its translation in humans

• Auteur / Autrice : Vincent Hingot
• Direction : Olivier Couture
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 09/12/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique pour la médecine (Paris ; 2019-....)
• Jury : Président / Présidente : Sharon Lori Bridal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cyrille Orset, Denis Vivien, Thomas Deffieux, Mickael Tanter
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gianmarco Pinton, Emmanuel Bossy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie pour le diagnostic

Diagnostic

Maladies cérébrovasculaires

Traitement d'images

Microbulles de contraste

Imagerie ultrasonore

Mots clés libres

Imagerie ultrasonore

Super résolution

Agent de contraste

Microvasculature

Perfusion

Accident vasculaire cérébral

Ultrasound imaging

Super-resolution

Contrast agent

Résumé

L’échographie est une technique d’imagerie médicale employant des ultrasons. Un examen classique se base sur deux modes principaux, le mode B pour l’imagerie anatomique et le mode Doppler pour l’imagerie des flux sanguins.Dans le contexte des maladies cérébro-vasculaires, l’échographie sert principalement à estimer les altérations du flux sanguin dans les artères cérébrales majeures au travers du Doppler transcranien. Cependant, la faible qualité des images à travers le crâne ne permet pas à l’échographie d’être aussi performante que l’imagerie par résonance magnétique.Les récents progrès en échographie ont permis l’émergence de nouveaux modes d’imagerie, en particulier une technique de super-résolution ultrasonore qui permet d’augmenter la résolution ainsi que le contraste de l’imagerie vasculaire. Elle se base sur l’imagerie rapide de microbulles couramment utilisées comme agents de contraste pour l’échographie. En utilisant cette méthode, il a été possible d’imager jusqu’aux plus petits vaisseaux et permettrait chez l’homme l’imagerie de la perfusion cérébrale de manière plus performante que le Doppler transcranien. Cela pourrait rendre possible une prise en charge plus précoce et plus efficace des patients victimes d’accidents vasculaires cérébraux. Avant d’être utilisée dans un contexte médical, la technique de super-résolution ultrasonore doit être mieux comprise, mieux réalisée, et adaptée au contexte particulier des accidents vasculaires cérébraux. En particulier, ce manuscrit discutera des meilleures méthodes de formation d’image, et se penchera sur les performances réelles de l’imagerie super résolue. Nous discuterons également des possibilités de corriger les artefacts dus aux mouvements physiologiques et des possibilités d’utiliser l’imagerie super résolue dans divers organes et en particulier les reins, les tumeurs et la moelle épinière. L’étude approfondie par imagerie super résolue de modèles d’ischémie cérébrale chez le rongeur permettra de construire des biomarqueurs vasculaires adaptés au diagnostic des pathologies cérébro-vasculaires et devrait aider la translation vers des patients humains.

Ultrasonography is a medical imaging technique that uses ultrasound. A typical examination is based on two main modes, B-mode for anatomical imaging and Doppler mode for blood flowimaging. In the context of cerebrovascular diseases, ultrasonography is used primarily to estimate alterations in blood flow in major cerebral arteries through transcranial Doppler. However, the low quality of the images through the skull does not allow ultrasound to be as efficient as magnetic resonance imaging. Recent advances in ultrasound have led to the emergence of new modes of imaging, particularly a super-resolution ultrasound technique that increases the resolution and contrast of vascular imaging. It is based on the rapid imaging of microbubbles commonly used as contrast agents for ultrasound. This method has shown that it can image even the smallest vessels and allows to perform cerebral perfusion imaging more effectively than Transcranial Doppler. This would allow earlier and more effective management of stroke patients. Before being used in a medical context, this ultrasound super-resolution technique must be better understood, better realized, and adapted to the particular context of cerebrovascular diseases. In particular, this manuscript will discuss how to best form images, and will look at the actual performance of super-resolved imaging. We will also discuss the possibilities of correcting artefacts due to physiological movements and the possibilities of using super-resolved imaging in various organs, particularly the kidneys, tumors and spinal cord. Finally, imaging of models of cerebral ischemia in rodents will enable the construction of vascular biomarkers suitable for the diagnosis of cerebrovascular pathologies and should aid translation into human patients.