Méthodes de quantification des déplacements en imagerie par résonance magnétique : applications pour la caractérisation mécanique des tissus mous et le guidage de la thérapie par ultrasons focalisés

Magnetic Resonance Imaging sequences for quantitative displacement measurements: Application to soft tissues mechanical characterization and focused ultrasound therapy monitoring.

• Auteur / Autrice : Benoît Larrat
• Direction : Mickael Tanter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Acoustique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ultrasonothérapie

Imagerie par résonance magnétique

Imagerie d'élasticité tissulaire

Artéfacts

Résumé

La dureté des tissus mous est souvent modifiée en présence d'une pathologie. Les techniques récentes de mesure d'élasticité par ultrasons et par 1RM présentent donc un fort potentiel médical. Le premier chapitre de ce manuscrit introduit ces techniques. La précision des méthodes d'inversion employées pour calculer les propriétés viscoélastiques à partir des données expérimentales est discutée pour les techniques de « Supersonic Shear Imaging » (SSI) et de « Magnetic Resonano Elastography ». (MRE) Dans le second chapitre, l'élastographie par IRM à haut champ magnétique est appliquée sur des modèles de rongeurs présentant différentes pathologies : stéatohépatite, maladie d'Alzheimer, sclérose en plaques. Des corrélations significatives sont trouvées entre les cartes du module de cisaillement complexe calculées et les vérifications histologiques. Le troisième chapitre étudie les liens entre la composition et la structure des tissus d'une part et leurs propriétés viscoélastiques macroscopiques d'autre part. Des courbes de dispersion des modules élastiques sont mesurées par les techniques SSI et MRE, in vivo et in vitro. Le chapitre quatre introduit une nouvelle méthode de focalisation adaptative. Les aberrations de phase subies par un faisceau ultrasonore à la traversée d'un milieu hétérogène sont corrigées par une maximisation de l'énergie acoustique au point cible. Une démonstration expérimentale de la technique e: apportée in vitro. Le dernier chapitre présente un protocole complet de guidage IRM avant, pendant, et après la thérapie transcranienne par ultrasons focalisés. Ce protocole est testé avec succès in vivo dans le cerveau de rats avec et sans tumeurs implantées.

Pathologies often affect tissue stiffness. Recent techniques enable to measure elasticity non invasively via ultrasound and MRI. They have shown a strong potential for medical diagnosis. The first chapter of this thesis introduces those techniques. The accuracy of the inversion algorithms used to retrieve viscoelastic properties from experimental data is discussed for the so called ''Supersonic Shear Imaging'' (SSI) and ''Magnetic Resonance Elastography'' (MRE) techniques. In the second chapter, MR-elastography is done at high magnetic field for the study of different pathologies in rodent models: steatohepatitis, Alzheime disease, plaque sclerosis. Significant correlations are found between complex shear modulus values and histological investigations. The third chapter studies the link between the composition and the structure of soft tissues on the one hand and their macroscopic viscoelastic properties on the other hand. Dispersion curves of the elastic moduli are acquired in vivo (breast, brain) and in vitro (composite gels) with the SSI and MRE techniques. Chapter four introduces a new adaptive focusing technique. Phase aberrations distort ultrasound beams propagating through heterogeneous medium. These phase aberrations are corrected via a procedure aimed at maximizing the acoustic energy at the focus. An experimental demonstration of this technique is done in vitro. The last chapter presents a complete MRI protocol for the monitoring of transcranial focused ultrasound before, meanwhile and after the therapy. This protocol is successfully validated in vivo in rats with and without implanted tumors.