Palpation par force de radiation ultrasonore et échographie ultrarapide : applications à la caractérisation tissulaire in vivo

Ultrafast ultrasonic imaging and remote palpation by acoustic radiation force : applications to in vivo tissular characterization

• Auteur / Autrice : Thomas Deffieux
• Direction : Mickael Tanter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Acoustique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interprétation d'images assistée par ordinateur

Muscles squelettiques

Contraction musculaire

Biomécanique

Algorithmes

Imagerie d'élasticité tissulaire

Résumé

L'échographie constitue aujourd'hui un des piliers de l'imagerie médicale. Appliquée en clinique depuis plus de quarante ans, elle repose sur les ultrasons, ondes mécaniques de compression à hautes fréquences, pour réaliser des images morphologiques des organes. Développée récemment, l'élastographie permet de sonder directement les propriétés viscoélastiques des tissus, déduites de la propagation des ondes de cisaillement dans le milieu. Le module d'Young, caractérisant l'élasticité, offre un très bon contraste et peut renseigner sur l'état pathologique des tissus. La technique de Supersonic Shear Imaging permet de générer des ondes de cisaillement in vivo par pression de radiation ultrasonore. La propagation de ces ondes, filmée par échographie ultrarapide, permet ensuite de remonter au module d'Young. Nous proposons ici une nouvelle méthode de reconstruction des cartes d'élasticité qui est ensuite appliquée, in vivo et en clinique, au dépistage du cancer du sein, à l'étude de la fibrose du foie ainsi qu'à celle des maladies neuromusculaires. Une méthode de mesure de la dispersion de l'onde de cisaillement générée est aussi proposée et testée in vivo. Elle permet de retrouver, en une seule acquisition, les propriétés viscoélastiques complètes des tissus et a été appliquée au foie et au muscle de plusieurs volontaires. Finalement, nous nous intéressons à l'échographie ultrarapide de la contraction du muscle, déclenchée par électrostimulation. Cette méthode, locale et transitoire, permet de retrouver les paramètres clés de la réponse musculaire et offre ainsi, couplée avec l'électromyographie, des perspectives cliniques très intéressantes pour les maladies neuromusculaires.

Ultrasonography is nowadays one of the big medical imaging pillars and has been widely used in clinical practice for more than forty years. This ultrasound based technique, which relies on high frequency compressional waves, allows to image the morphology of organs. Recently, a new technique called elastography and based on the propagation of shear waves has been developped to assess the viscoelastic parameters of living tissue. The young modulus, which characterizes elasticity, offers a very good contrast between tissues and can provide information on their pathological states. The Supersonic Shear Imaging technique is an elastography technique that uses acoustic radiation force to generate a shear wave in vivo. The propagation of this wave, acquired thanks to ultrafast ultrasonic imaging, allows to retrieve the Young modulus. Here, we propose a new way to generate elasticity maps based on this technique and present the first clinical results on breast cancer, liver fibrosis and neuromuscular diseases. A new method to measure the shear wave dispersion in tissues is also presented and tested in vivo. This method allows to retrieve the full viscoelastic behaviour of tissues on a single acquisition and is thus ideal for tissular characterization. It has been tested on the livers and the muscles of three healthy volunteers. Eventually, we applied ultrafast ultrasonic imaging to the study of a muscle contraction, triggered by electrostimulation. This technique, local and transient, allows to retrieve the key parameters of the muscle function in vivo. It thus offers, together with electromyography, very interesting clinical perspectives for neuromuscular diseases monitoring and diagnosis.