Innovations en élastographie ultrasonore pour la quantification des propriétés mécaniques du muscle squelettique

Innovation in ultrasound elastography for the quantification of skeletal muscle mechanical properties

• Auteur / Autrice : Ha Hien Phuong Ngo
• Direction : Jean-Luc Gennisson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et imagerie médicale
• Date : Soutenance le 11/10/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'imagerie biomédicale multimodale Paris-Saclay (Orsay, Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Marie Poirier-Quinot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jonathan Vappou, Samuel Callé, Christophe Cornu, Christophe Fraschini
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jonathan Vappou, Samuel Callé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théories non linéaires

Anisotropie

Muscles

Imagerie ultrasonore

Élastographie ultrasonore

Mots clés libres

Elastographie

Ultrasons

Anisotropie

Imagerie

Muscle

Non linéarité

Elastography

Ultrasound

Anisotropy

Imaging

Muscle

Non linearity

Résumé

L'élastographie ultrasonore par ondes de cisaillement est devenue populaire dans les sciences fondamentales et cliniques. Tirant parti d'une technologie d'échographie ultrarapide innovante, cette technique fournit une mesure précise des propriétés mécaniques locales des tissus biologiques en se basant sur la mesure de la vitesse des ondes de cisaillement. L'élastographie a montré un potentiel pour le diagnostic de diverses pathologies dans lesquelles la rigidité des tissus est altérée, comme le cancer du sein ou la fibrose hépatique. Cependant, les techniques actuellement commercialisées ont été développées pour les organes considérés comme élastiques isotropes. Pour les tissus anisotropes, viscoélastiques et non linéaires, tels que les muscles, l'élastographie présente des inconvénients qui limitent ses applications. Les objectifs de cette thèse ont été de développer de nouveaux biomarqueurs innovants en élastographie pour prendre en compte la complexité des propriétés mécaniques tridimensionnelles du muscle. Deux axes principaux ont été abordés : le premier axe s'est focalisé sur une séquence ultrasonore innovante pour fournir une mesure précise de l'anisotropie viscoélastique musculaire dans un seul plan d'imagerie. Le deuxième axe s'est focalisé sur la non linéarité élastique des muscles pouvant être caractérisé par la théorie de l'acoustoélasticité en milieu transverse isotrope. L'objectif final de cette thèse est d'appliquer ces nouveaux outils dans les domaines du sport (lésions musculaires avec l'Université de Nantes) et de la médecine (dystrophie musculaire de Duchenne avec le CHU de Nantes).

Ultrasound shear wave elastography has become popular in basic and clinical sciences. Leveraging innovative ultra-fast ultrasound technology, this technique provides an accurate measurement of local mechanical properties of biological tissues based on the measurement of shear wave velocity. Elastography has shown potential for the diagnosis of various pathologies in which tissue rigidity is altered, such as breast cancer or hepatic fibrosis. However, the techniques currently marketed have been developed for organs considered to be isotropic elastic. For anisotropic, viscoelas-tic and nonlinear tissues, such as muscles, elastography has drawbacks that limit its applications. The objectives of this thesis were to develop new innovative biomarkers in elastography to take into account the complexity of the three-dimensional mechanical properties of the muscle. Two main axes were addressed: the first axis focused on an innovative ultrasound sequence to provide an accurate measurement of muscle viscoelastic anisotropy in a single imaging plane. The second axis focused on the elastic non-linearity of muscles that can be characterized by the theory of acoustoelasticity in an isotropic transverse medium. The final objective of this thesis is to apply these new tools to the fields of sport (muscular lesions with the University of Nantes) and medicine (Duchenne muscular dystrophy with the University Hospital of Nantes).