Quantification et biomarqueurs ultrasonores

En 1996, nous avons introduit l’imagerie échographique ultrarapide, un concept inédit permettant d’atteindre des cadences d’imagerie de plus de 10 000 images par seconde. Une telle cadence permet d’imager la plupart des phénomènes physiologiques qui étaient jusque-là inobservables, car se déroulant sur des temps très courts (de l’ordre de la milliseconde). Une multitude d’applications pour le diagnostic médicale en découlent.
> Principe de l’échographie ultrarapide

Elastographie par onde de cisaillement

Cette nouvelle technique d’imagerie d’élasticité des tissus biologiques est basée sur le couplage de l’imagerie échographique ultrarapide avec une méthode de palpation très précise des tissus, à distance et en profondeur, par ultrasons. On obtient ainsi des cartes de module d’Young (paramètre qui caractérise la dureté) des tissus avec une résolution spatiale millimétrique.

A l’issue de nos travaux, la société Supersonic Imagine a été créée pour commercialiser l’Aixplorer, un échographe ultrarapide unique au monde, et maintenant implanté dans les hôpitaux pour une utilisation clinique de l’élastographie. Parmi les nombreuses applications sur lesquelles nous travaillons figurent :
>le diagnostic du cancer du sein
>l’évaluation de la fibrose hépatique
>les applications cardiovasculaires
>l’élastographie haute résolution
>la caractérisation des propriétés viscoélastiques in vivo

Nous avons réalisé l’ensemble des étapes aboutissant au succès clinique de l’Aixplorer entre 1996 et 2008 : de la démonstration de principe au développement des premières plateformes de recherche et enfin à la confrontation puis la validation clinique. Nous appliquons maintenant ce savoir-faire de recherche translationnelle aux autres thématiques en cours d’émergence.

Image quantitative d’élasticité d’une lésion du sein par élastographie par onde de cisaillement, développée au sein de l’Institut Langevin.

Imagerie acousto-optique


L’alliance de la lumière et des ultrasons constitue une approche prometteuse pour la détection du cancer du sein, car elle permet de mesurer les propriétés optiques locales à distance, à travers des milieux diffusants épais. La lumière est diffusée par les tissus biologiques, alors que les ultrasons les traversent en régime ballistique. Ainsi, l’effet acousto-optique donne accès au contraste optique (fourni par la lumière) avec une localisation spatiale en profondeur (fournie par les ultrasons). Cependant, la résolution spatiale reste limitée le long de l’axe de propagation ultrasonore.


Pour obtenir une résolution axiale millimétrique, la solution la plus courante est d’envoyer des pulses ultrasonores de courte durée (microseconde). Dans notre équipe, nous développons une nouvelle approche, appelée Tomographie de Cohérence Acousto-Optique (AOCT en anglais), qui permet d’obtenir cette résolution axiale millimétrique tout en utilisant des émissions continues d’ultrasons et de lumière. L’astuce consiste à appliquer des sauts de phase aléatoires sur les faisceaux optiques et ultrasonores. Notre dispositif utilise l’effet photoréfractif pour réaliser de l’holographie de front d’onde auto-contrôlé à l’aide d’un cristal GaAs et d’un photodétecteur unique à grande surface.
De cette façon, la source ultrasonore qui sonde le tissu a une faible longueur de cohérence. Un délai est appliqué entre les modulations de phase ultrasonore et optique pour sélectionner, le long du faisceau ultrasonore, la région dans laquelle le signal acousto-optique reste cohérent temporellement.

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