Transfert clinique de l’échographie super résolue : application dans le rein et le cerveau humain

Clinical transfer of super-resolution ultrasound

• Auteur / Autrice : Louise Denis
• Direction : Olivier Couture
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 22/09/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'imagerie biomédicale (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Louis Puybasset
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie Muller, Ayache Bouakaz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rein

Cerveau

Microbulles

Microcirculation

Imagerie ultrasonore

Échographie

Mots clés libres

Transfert clinique

Ultrasons

Échographie

Clinical transfert

Ultrasound

Echography

Résumé

La microcirculation est un réseau de vaisseaux sanguins composé d'artérioles, de veinules et de capillaires ayant un diamètre inférieur à 100 micromètres. Elle est le principal site d'échange entre le sang et les cellules et est souvent affectée par des pathologies telles que l'accident vasculaire cérébral, le diabète ou le cancer, causant des dommages irréversibles aux tissus irrigués. Par conséquent, l'observation de la microcirculation en clinique est un atout majeur pour le diagnostic et le pronostic de nombreuses maladies. Les techniques actuelles d'imagerie de la microcirculation sont généralement limitées par leur faible résolution en profondeur, telles que la microscopie ex-vivo (micro-CT) ou de surface (microscopie). En clinique, la mesure de la microcirculation reste indirecte, avec des mesures de la morphologie de l'organe, de sa perfusion ou encore de sa fonction. La microscopie par localisation ultrasonore (ULM) offre une résolution spatiale du système vasculaire au-delà de la limite de diffraction acoustique en suivant les microbulles intravasculaires par échographie ultrarapide. Des études précliniques et cliniques ont montré des résultats encourageants avec des échographes ultrarapides, mais qui sont rarement disponibles dans les hôpitaux, même dans les centres experts. L'objectif de cette thèse est donc de transférer la technologie de l'ULM dans le rein et le cerveau en clinique. D'une part, en démontrant la faisabilité de l'ULM 2D avec des échographes à basse cadence d'imagerie, qui sont couramment disponibles dans les hôpitaux. Et d'autre part, en développant des outils de post-traitement pour extraire toutes les informations provenant des microbulles, afin d'établir des biomarqueurs potentiels. Enfin, cette thèse se concentrera sur l'application de ces outils en 3D dans le rein de rat, ainsi que sur la préparation d'une étude clinique d'ULM 3D dans le cerveau humain prévue pour fin 2023, car l'avenir de l'ULM est en 3D.

The microcirculation is a network of blood vessels composed of arterioles, venules and capillaries with a diameter of less than 100 micrometers. It is the main site of exchange between blood and cells and is often affected by pathologies such as stroke, diabetes or cancer, causing irreversible damage to the irrigated tissue. Therefore, the observation of the microcirculation in the clinic is a major asset for the diagnosis and prognosis of many diseases. Current techniques for imaging the microcirculation are generally limited by their low depth resolution, such as ex-vivo microscopy (micro-CT) or surface microscopy (microscopy). In clinical practice, the measurement of microcirculation remains indirect, with measurements of organ morphology, perfusion or function. Ultrasound localization microscopy (ULM) offers spatial resolution of the vascular system beyond the acoustic diffraction limit by tracking intravascular microbubbles with ultrafast ultrasound. Preclinical and clinical studies have shown encouraging results with ultrafast ultrasound scanners rarely available in hospitals, even in expert centers. The objective of this thesis is therefore to transfer the ULM technology in the kidney and brain to the clinic. On the one hand, by demonstrating the feasibility of 2D ULM with low frame rate ultrasound scanners, which are commonly available in hospitals. And on the other hand, by developing post-processing tools to extract all the information from the microbubbles, in order to establish potential biomarkers. Finally, this thesis will focus on the application of these 3D tools in the rat kidney, as well as on the preparation of a clinical study of 3D ULM in the human brain planned for the end of 2023.