Échographie ultrarapide pour l'évaluation de la structure, de la fonction et des processus physiopathologiques des muscles respiratoires

Ultrafast ultrasound for the assessment respiratory muscle structure, function, and pathophysiological processes

• Auteur / Autrice : Axel Nierding
• Direction : Damien Bachasson, Jean-Luc Gennisson
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie intégrée
• Date : Inscription en doctorat le 01/04/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physiologie, Physiopathologie et Thérapeutique (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neurophysiologie respiratoire expérimentale et clinique (Paris ; 2014-....)

Mots clés

Mots clés libres

Échographie ultrarapide

Physiologie du muscle squelettique

Physiologie respiratoire

Biomarqueurs

Diaphragme

Ventilation mécanique

Ultrafast Ultrasound Imaging

Skeletal muscle physiology

Respiratory physiology

Biomarkers

Diaphragm

Mechanical ventilation

Résumé

Les muscles respiratoires sont des acteurs clés de la respiration et peuvent être affectés dans de nombreuses situations (réanimation, maladie respiratoires et neuromusculaires). Par exemple, en réanimation, la ventilation mécanique soulage le travail du muscle respiratoire et assure des échanges gazeux satisfaisants, mais peut produire des effets néfastes sur les muscles respiratoires qui affectent négativement le pronostic. Par conséquent, la disponibilité d'outils fiables et facilement accessibles pour évaluer les muscles respiratoires est primordiale pour les chercheurs et les cliniciens dans divers domaines. L'imagerie ultrasonore (US) suscite un intérêt croissant pour l'évaluation directe et non invasive des muscles respiratoires. Cependant, il existe actuellement un nombre très limité d'indicateurs US qui présentent une spécificité limitée et une forte dépendance à l'opérateur, tant au niveau de l'acquisition que de l'analyse. L'échographie ultrarapide permet de développer de nouvelles approches pour caractériser les muscles respiratoires, comme l'élastographie par ondes de cisaillement pour quantifier l'effort du diaphragme. Néanmoins, des développements théoriques et technologiques spécifiques sont nécessaires pour rendre ces approches fiables au sein des muscles respiratoires. Afin de surmonter ces limitations, un nouveau concept d'imagerie ultrarapide, ultraportable et dématérialisée a été récemment introduit par le partenaire industriel de ce projet. Cette approche induit un changement de paradigme en dépassant les limites inhérentes à la miniaturisation du matériel et ouvre de nouveaux horizons pour l'analyse d'image, faisant notamment appel à l'intelligence artificielle. Ce projet de doctorat vise à exploiter ces outils pour développer et valider de nouvelles approches pour l'évaluation de la structure et de la fonction des muscles respiratoires, ainsi que des processus physiopathologiques.

The respiratory muscles are key players in breathing and can be affected in many situations (critically hill, respiratory and neuromuscular disease). For instance, within the intensive care unit, mechanical ventilation relieves the work of respiratory muscle and ensures satisfactory gas exchanges but may produce harmful effects on the respiratory muscles that negatively affect prognosis. Therefore, the availability of reliable and easily accessible tools for assessing the respiratory muscles is paramount for both researchers and clinicians across various fields. Ultrasound imaging (US) attracts a growing interest for direct and non-invasive assessment of the respiratory muscles. However, one currently rely on the very limited number of US indicators that exhibit limited specificity and high operator-dependency during both acquisition and analysis. Ultrafast ultrasound enables the development of new approaches for characterizing the respiratory muscles, such as shear wave elastography for quantifying diaphragm effort. However, specific theoretical and technological developments are necessary to make these approaches reliable within the respiratory muscles. To overcome these limitations, a novel concept of dematerialized and ultraportable ultrafast US imaging has been recently introduced by the industrial partner of this project. This concept induced a paradigm shift in point-of-care US by overcoming the limitations of hardware-based miniaturization enables new horizons for image-based artificial intelligence. This doctoral project aims to leverage these tools to develop and validate new approaches for the assessment of respiratory muscle structure, function, as well as pathophysiological processes.