Cartographie vasculaire et fonctionnelle du cerveau par échographie Doppler ultrarapide chez le petit animal et le nouveau-né

Brain vascular and functional mapping via Ultrafast Doppler in preclinical research and neonate cerebral imaging

• Auteur / Autrice : Charlie Demené
• Direction : Mickael Tanter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matière condensée et interfaces
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maladies néonatales

Résistance vasculaire

Artères cérébrales

Artères cérébrales

Neuroimagerie fonctionnelle

Échographie-doppler couleur

Cerveau -- Angiographie

Résumé

Ces travaux de thèse portent sur l'application du Doppler Ultrarapide à l'imagerie du réseau vasculaire cérébral. Tout d'abord nous avons augmenté sensibilité et robustesse face aux artefacts grâce à une nouvelle technique de traitement du signal basée sur la décomposition en valeurs singulières pour supprimer le signal de tissu. Ensuite, ce gain en sensibilité a été mis à profit dans le développement d'une méthode de reconstruction 3D des réseaux vasculaires baptisée UFD-T (pour tomographie par Doppler Ultrarapide). Cette technique été appliquée à l'imagerie du réseau vasculaire des tumeurs chez un modèle murin et du cerveau chez le rat. Le Doppler ultrarapide permet aussi une quantification précise des vitesses en tout point du champ de vue. Cela a été mis à profit pour construire une cartographie paramétrique de la résistivité vasculaire par Doppler Ultrarapide et révéler les anormalités hémodynamiques cérébrales dans un modèle de réanimation après arrêt cardiaque chez le lapin, avec ou sans hypothermie thérapeutique ultrarapide après cette réanimation. Chez le nouveau-né, le Doppler Ultrarapide permet d'une part une description anatomique des vaisseaux cérébraux de bien meilleure qualité que le Doppler couleur conventionnel, et d'autre part la cartographie de la résistivité cérébrale. Enfin, nous avons pu obtenir de premiers résultats en imagerie fonctionnelle sur le nouveau-né, notamment au cours de crise épileptiques. Ces travaux montrent qu'en changeant légèrement la pratique radiologique de l'imagerie ultrasonore, celle-ci pourrait devenir une modalité de suivi et d'exploration fonctionnelle en réanimation néonatale et en pédiatrie au même titre que l'EEG.

This thesis focus on the application of Ultrafast Doppler to the imaging of vascular networks and particularly to the cerebral network. First, we made it even more sensitive and robust against motion artefacts with a new signal processing approach based on singular value decomposition to remove clutter signal. Then we made the most of this gain in sensitivity by developing a 3D reconstruction technique of the vascular networks called Ultrafast Doppler Tomography (UFD-T) This technique has first been used to image the development of tumor blood vessels in a murine model, and showed quantitative structural data could be extracted. Then this technique enabled the reconstruction of the vascular architecture in the brain of rats. Ultrafast Doppler enables als( to quantify blood flow speeds in any location of the field of view. This was used to build a parametric mapping of the vascular resistivity via Ultrafast Doppler and to reveal the cerebral hemodynamic abnormality in a resuscitation model after cardiac arrest in the rabbit, with and without ultrafast hypothermia after resuscitation. Ultrafast Doppler has also been applied to the neonate brain, enabling on the one hand an anatomic delineation of vessel with higher quality than conventional Color Doppler, on the other hand the mapping of cerebral resistivity. Last but not least, we were able to obtain the first results in neonate functional imaging, in particular during epileptic seizures. This work shows that by slightly changing radiological practice for ultrasonic imaging, it could become a modality for functional studies and patient monitoring in pediatrics and neonatal intensive care units.