High-resolution elastography for the assessment of the elastic properties of the cornea and the skin

• Auteur / Autrice : Thu-Mai Nguyen
• Direction : Mickael Tanter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : [Matière condensée et interfaces]
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Échographie

Réactifs réticulants

Imagerie d'élasticité tissulaire

physiologie

Cornée

Suidae

Résumé

Ces travaux de thèse portent sur la mise au point d'une technique d'élastographie quantitative à haute résolution pour l'estimation des propriétés biomécaniques de la cornée et de la peau. Pour cela, nous avons implémenté la méthode Supersonic Shear wave Imaging (SSI) à des fréquences ultrasonores atteignant 20 MHz. L'élastographie SSI consiste à déterminer la rigidité d'un milieu à partir de la vitesse de propagation d'une onde de cisaillement dans ce milieu. La géométrie de la cornée et de la peau, qui sont des organes d'épaisseur submillimétrique, impose un guidage des ondes d cisaillement le long des interfaces de ces organes, engendrant des phénomènes dispersifs. Nous avons donc dans un premier temps développé un modèle permettant de calculer quantitativement le module d'Young à partir des courbes de dispersion de l'onde de cisaillement. Dans un second temps nous avons mis en application l'élastographie SSI pour obtenir des cartographies des propriétés élastiques de cornées porcines ex vivo et in vivo et du derme humain in vivo. Le comportement élastique anisotrope et non-linéaire de ces deux tissus a ainsi pu être observé. Nous avons ensuite réalisé une étude préclinique en ophtalmologie, qui démontre la faisabilité d'utiliser l'élastographie SSI pour évaluer in vivo le durcissement cornéen induit par un traitement appelé « cross-linking de collagène cornéen ». Enfin, nous avons mené deux études cliniques en dermatologie. L'une a permis d'étudier les variations d'élasticité du derme au cours du vieillissement, l'autre concerne la caractérisation de lésions cutanées.

This thesis presents the implementation of a high-resolution quantitative elastography technique for the assessment of the biomechanical properties of the cornea and the skin. For this purpose, the Supersonic Shear wave Imaging (SSI) method has been upgraded to high-frequency ultrasound (up to 20 MHz). The SSI elastography consists in retrieving stiffhess of a medium from the speed of a shear wave propagating across this medium. In thin layered organs such as the cornea and the skin, the shear wave undergoes a guided propagation which leads to dispersive effects. Thus, a model has been developed to recover quantitatively the Young's modulus from the dispersion curves. We have then obtained elasticity maps of porcine corneas (in both ex vivo and in vivo conditions) and human dermis in vivo. These experiments have highlighted the anisotropic and non-linear elastic behavior of these tissues. Finally, we have demonstrated the feasibility of using the SSI elastography for the in vivo monitoring of the corneal stiffening induced by an ophthalmic treatment called ''corneal collagen cross-linking''. We have also conducted two clinical trials on the human dermis. In the first study, the elasticity changes induced by skin aging have been investigated. A second study concerns the characterization of cutaneous lesions.