Des chercheurs de l’Institut Langevin et du Laboratoire d’Imagerie Biomédicale ont développé avec succès une approche permettant de compenser les problèmes d’aberrations en échographie du cerveau. Une meilleure détection, une localisation plus précise et un suivi plus robuste des agents de contraste offre une image 3D super-résolue du réseau vasculaire cérébral corrigée de ses artefacts. Parus dans Science Advances, ces travaux offrent de nouvelles solutions pour surmonter les limitations traditionnelles de l’échographie transcrânienne, notamment pour le diagnostic et la prévention des accidents vasculaires cérébraux.
En échographie, la propagation des ultrasons est drastiquement altérée par les hétérogénéités du crâne, qui brouillent totalement les images du cerveau. Inspirée de l’astronomie, la focalisation adaptative a été développée pour compenser ces aberrations en échographie, mais le niveau d’aberrations induits par le crâne est tel qu’il rend inefficient ce type de méthodes pour l’imagerie cérébrale.
Pour pallier à ces problèmes, des chercheurs de l’Institut Langevin (CNRS/ESPCI Paris-PSL) ont mis au point une approche reposant sur l’acquisition de la matrice de réponse entre les transducteurs d’une sonde échographique. Une fois mesurée, le processus de focalisation des ultrasons est optimisé en post-traitement pour n’importe quel voxel du milieu à l’aide d’algorithmes intelligents basés sur la physique des ondes. Cela permet ainsi de s’affranchir des problèmes d’aberrations et de diffusion multiple qui altéraient jusque-là les performances des échographes conventionnels.
En parallèle, les chercheurs du Laboratoire d’Imagerie Biomédicale (CNRS/INSERM/Sorbonne Université) ont développé une microscopie de localisation ultrasonore basée sur l’injection et le suivi d’agents de contraste (microbulles) à travers le réseau vasculaire. Celle-ci permet d’accéder à des images de la vascularisation du cerveau avec une précision micrométrique. Toutefois, comme l’échographie conventionnelle, cette méthode souffre des problèmes d’aberrations du crâne conduisant non seulement à une perte drastique de contraste et de résolution de l’image mais également à de nombreux artefacts (duplication de vaisseaux).
En combinant ces deux méthodes, les lois de focalisation issues de l’imagerie matricielle sont exploitées pour corriger les images 3D obtenues par microscopie de localisation ultrasonore. Le taux de détection des microbulles et la longueur des trajectoires sur lesquelles elles peuvent être suivies à travers le réseau vasculaire cérébral sont alors drastiquement augmentés, donnant lieu à une image super-résolue bien plus contrastée et sans artefacts. En particulier, cette dernière révèle un réseau complexe de petits vaisseaux sanguins, auquel ne donnent pas accès les méthodes d’imagerie standard comme l’IRM ou le scanner. Plus généralement, les applications de la microscopie de localisation ultrasonore vont de l’imagerie fonctionnelle du cerveau à la prévention et au contrôle des accidents vasculaires cérébraux
Ces travaux ont bénéficié de deux subventions ERC Consolidator (n° 819261 et n° 772786) dans le cadre du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne.
Figure : Preuve de concept de l’imagerie matricielle super-résolue sur un cerveau de mouton.
Gauche : Image brute des trajectoires des microbulles dans le cerveau du mouton laissant apparaître des artefacts (vaisseau dupliqué) induits par les hétérogénéités du crâne. Droite : Image corrigée par optimisation matricielle des lois de focalisation : l’image du polygone de Willis (carrefour du réseau vasculaire cérébral) est corrigée de ses artefacts et un réseau complexe de petits vaisseaux sanguins est révélé au-dessus de ce dernier. Image credits : Flavien Bureau et Antoine Coudert
Références :
Ultrasound matrix imaging for 3D transcranial in vivo localization microscopy.
F. Bureau, L. Denis, A. Coudert, M. Fink, O. Couture and A. Aubry.
Science Advances, 30 Jul 2025
Three-dimensional ultrasound matrix imaging
F. Bureau, J. Robin, A. Le Ber, W. Lambert, M. Fink, and A. Aubry.
Nature Communications, 14, 6793 (2023).
Contact :
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