Applications de l’imagerie ultrarapide par ultrasons à l’étude de phénomènes transitoires vasculaires et neuronaux

Ultrafast ultrasound imaging applied to the study of transient vsacular and neuronal phenomena

• Auteur / Autrice : Jérôme Baranger
• Direction : Mickael Tanter, Charlie Demené
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 16/12/2019
• 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 : Sylvain Gigan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphanie Franchi-Abella, Jean-Philippe Thiran, Zsolt Lenkei
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Michel Escoffre, Stefan Catheline
• DOI : 10.70675/c36077f8zb5bbz4438z9aa5z8e67cf41a2ad

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie ultrasonore

Maladies cérébrovasculaires

Sang -- Débit

Pression artérielle

Mots clés libres

Ultrasons

Ultrarapide

Neuroimagerie

Connectivité

Filtrage

Korotkoff

Nouveau-né

Pression

Ultrasound

Neuroimaging

Connectivity

Résumé

Ces travaux de thèse portent sur l’application de l’imagerie ultrarapide par ultrasons à la détection de phénomènes transitoire vasculaires et neuronaux. Premièrement, on s’est attelé à améliorer la détection des flux sanguins en Doppler ultrarapide, en procédant à l’automatisation d’un filtre entre signaux tissulaires et sanguins, basé sur la décomposition en valeurs singulières (SVD). On a introduit le concept de matrice de similarité spatiale afin de pouvoir optimiser les paramètres de filtre SVD de façon adaptative. Secondement, l’étude des fluctuations des micro-flux sanguins cérébraux, fondement de l’imagerie fonctionnelle par ultrasons (fUS), a été appliquée aux nouveau-nés humains. Cela a impliqué la réalisation d’un système permettant de fixer une sonde échographique sur la tête d’un nourrisson. L’acquisition de volumes échographiques plan-par-plan permet le recalage spatial d’un atlas cérébral du nouveau-né. Celui-ci délimite des zones cérébrales dans les acquisitions de fUS. L’étude des oscillations spontanées de volume cérébral sanguin au sein de ces zones et leurs niveaux de corrélations mutuelles révèle la connectivité fonctionnelle. Une analyse dynamique a dévoilé des réseaux anormaux chez un patient pathologique. Enfin, il a pu être montré que les zones corticales étaient les plus impliquées dans la connectivité inter-hémisphérique. Troisièmement, l’imagerie ultrarapide a été appliquée à un mystère de la physiologie : les bruits de Korotkoff utilisés pour la prise de tension artérielle. On a pu montrer que ces bruits sont causés par le passage de l’onde de pouls, amplifiée et déformée par le brassard du tensiomètre.

This thesis focuses on the application of ultrafast ultrasound imaging to the detection of transient vascular and neuronal phenomena. First, efforts have been made to improve the detection of blood flow with ultrafast Doppler, by automating a filter between tissue and blood signals, based on singular value decomposition (SVD). The concept of spatial similarity matrix has been introduced in order to adaptively optimize the SVD filter parameters. Second, the study of cerebral blood flow fluctuations, the foundation of functional ultrasound imaging (fUS), has been applied to human neonates. This involved the realization of a system to fix an ultrasound probe on the head of an infant. The acquisition of plane-by-plane ultrasound volumes allows the spatial registration of a cerebral atlas of the newborn. This delineates brain areas in fUS acquisitions. The study of spontaneous oscillations of cerebral blood volume within these zones and their levels of mutual correlations reveals the functional connectivity. Dynamic analysis revealed abnormal networks in a pathological patient. Finally, it could be shown that the cortical areas were the most involved in inter-hemispheric connectivity. Third, ultrafast imaging has been applied to a mystery of physiology: Korotkoff sounds used for blood pressure. It has been shown that these noises are caused by the passage of the pulse wave, amplified and deformed by the sphygmomanometer cuff.