Analysis of index modulation in microembolic Doppler signals part I: radiation force as a new hypothesis-simulations

International audienceThe purpose of this study was to reveal the cause of frequency modulation (FM) present in microembolic Doppler ultrasound signals. This novel explanation should help the development of sensitive microembolus discrimination techniques. We suggest that the frequency modulation detected is caused by the ultrasonic radiation force (URF) acting directly on microemboli. The frequency modulation and the imposed displacement were calculated using a numerical dynamic model. By setting simulation parameters with practical values, it was possible to reproduce most microembolic frequency modulation signatures. The most interesting findings in this study were that: (1) the ultrasound radiation force acting on a gaseous microembolus and its corresponding cumulative displacement were far higher than those obtained for a solid microembolus, and that is encouraging for discrimination purposes; and 2) the calculated frequency modulation indices (FMIs) (≈20 kHz) were in good agreement with literature results. By taking into account the URF, the flow pulsatility, the beam-to-flow angle and both the velocity and the ultrasound beam profiles, it was possible to explain all erratic FM signatures of a microbubble. Finally, by measuring FMI from simulated Doppler signals and by using a constant threshold of 1 KHz, it was possible to discriminate gaseous from solid microemboli with ease

Ultrasound Molecular Imaging: How to develop clinical products?

Congrès sous l’égide de la Société Française de Génie Biologique et Médical (SFGBM)National audience

Aspects de l'adénome et de l'hyperplastie nodulaire focale en échographie avec injection de produit de contraste (confrontation aux autres méthodes d'imagerie)

MONTPELLIER-BU Médecine UPM (341722108) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocMONTPELLIER-BU Médecine (341722104) / SudocSudocFranceF

Apport d'un examen échographique haute résolution dans le suivi des patients opérés d'une chirurgie filtrante

TOURS-BU Médecine (372612103) / SudocSudocFranceF

Equations aux dérivées partielles et classification non exclusive pour l'analyse d'images échographiques de contraste

L échographie Doppler est utilisée, depuis de nombreuses années, pour l exploration vasculaire afin de visualiser les parois des vaisseaux et mettre en évidence les anomalies anatomiques et fonctionnelles qui leur sont attachées. Son caractère qualitatif rend l interprétation de l image très dépendante de l expérience du praticien et, dans le cadre de certaines pathologies diffuses, l image ne permet pas toujours d établir un diagnostic avec certitude. L introduction d agents de contraste permet alors d améliorer la détection des structures vasculaires mais également d accéder à de nouvelles données fonctionnelles. Ces agents, des microbulles injectées par voie veineuse, sont sensibles à l intensité du champ ultrasonore appliqué. Ils modifient les propriétés physiques des tissus traversés amenant une modification des caractéristiques de l onde ultrasonore. L objectif du travail de thèse était la quantification du rehaussement observé, après injection d agents de contraste ultrasonores, au cours du processus de perfusion. L organe cible de cette thèse était le foie. Ceci nécessite une étape préalable de recalage, visant à compenser les mouvements liés à la respiration. Dans la première partie de la thèse, nous dressons un état de l art de l imagerie échographique de contraste. Dans la seconde partie, nous décrivons notre méthode, visant à supprimer le bruit dans les séquences, basée sur la diffusion anisotrope non linéaire. Puis, une quantification de la perfusion hépatique, basée sur la classification floue non exclusive, est réalisée en classifiant automatiquement les images ultrasonores en différentes régions de perfusion. Par la suite, une étape de recalage, basée sur le flux optique, est décrite pour réaliser une quantification précise des microbulles présentes dans l échantillon. La méthode a été validée sur des lésions hépatiques variées et les comparaisons avec d autres méthodes classiques de recalage présentées montrent la pertinence de l approche proposée. En conclusion, ce travail aura permis de quantifier et de recaler à partir d une approche originale, non fondée sur l opérateur. La mise à disposition de cette méthode pour les applications de routine devrait permettre de renforcer la valeur diagnostique de l imagerie ultrasonore de contraste d affections hépatiques.TOURS-BU Médecine (372612103) / SudocSudocFranceF

Quantification Doppler des modifications de la néovascularisation tumorale au cours des traitements anti-cancéreux

La néo-vascularisation a un rôle pivot dans la croissance et la progression tumorale. Nous proposons une méthode d'étude et de quantification de la vascularisation fonctionnelle des tumeurs mammaires (in vivo et chez l'Homme) par échographie-Doppler. Un modèle de tumeurs mammaires chimio-induites chez le rat a été utilisé. Les animaux ayant des tumeurs étaient traités par épirubicine, radiothérapie et TNP-470. Un composant de l'alimentation a par ailleurs été utilisé (l'acide docosahéxaènoïque DHA) pour étudier son rôle dans la croissance tumorale et sur la vascularisation tumorale. La diminution de la vascularisation par le DHA n'était pas associée à une modification de la cinétique de croissance des tumeurs. Chez les animaux irradiés, les modifications de la vascularisation précédaient la réponse tumorale de 21 jours. Ces modifications accompagnaient la réponse tumorale à la chimiothérapie et étaient indépendantes de la réponse tumorale au TNP-470.Chez l'Homme, sous Docetaxel, ces modifications précoces n'étaient pas prédictives de la chimiosensibilité. La néo-vascularisation est impliquée dans la réponse aux agents anti-cancéreuxTOURS-BU Médecine (372612103) / SudocSudocFranceF

Résistance du crâne après prélèvement calvarial monocortical.

Le prélèvement crânien monocortical pourrait affaiblir la zone prélevée et exposer à des complications. Nous avons conçu un mouton pendule de Charpy validé sur 12 têtes de cadavres humains. L énergie du choc était augmentée jusqu à fracture de la zone pariétale. Pour mesurer l épaisseur avec un système de navigation optoélectronique, nous avons comparé cinq méthodes non destructives.Dans la deuxième partie, la quantification de la perte de résistance était réalisée sur 30 têtes humaines en comparant le choc maximal supportable avant fracture du côté prélevé avec le côté non prélevé.La troisième partie de l étude a été menée sur 34 têtes de cadavres de brebis. La perte de résistance de la zone prélevée était de 36% (p=1.10-10) avec une diminution d épaisseur de 40%. La corrélation entre les deux paramètres était modérée (R=0.46) mais significative (p<0,0001). Chez la brebis, la diminution de résistance du côté prélevé était de 49% (p=6.10-10).Ces données nous permettrons de réaliser une étude animale, pour évaluer la résistance de la zone prélevée reconstruite par un ciment d hydroxyapatite.The monocortical parietal bone graft could decrease the strength of the donor site. Complication could occur. We performed a Charpy impact machine and validated it on 12 human cadaver heads. The chock energy was increased until the fracture of the target zone. The thickness measurement was performed with an optoelectronic navigation device. We compared 5 non destructive methods. In the second part, the quantification of the resistance loss was performed on 30 human cadaver heads. The maximum impact resistance of bone on the donor side was compared with the intact side. The third part of the study was performed on 34 sheep cadaver heads. Loss of strength at the donor site was 36% (p=1.10-10) for 40% loss of thickness. Although correlation between these two parameters was rather moderate (R=0.46), it was highly significant (p<0.0001). On sheep, the loss of strength at the donor site was 49% (p=6.10-10).Bone removal results in a highly loss of strength on human and sheep. These data will permit to perform an animal study to evaluate the resistance of the harvest cranial zone rebuilt with hydroxyapatite cement.TOURS-Bibl.électronique (372610011) / SudocSudocFranceF

Physiopathogénie des occlusions veineuses rétiniennes (étude de la microcirculation rétinienne et des troubles de l'hémostase)

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Apport du Doppler et de l'échographie de contraste pour l'analyse de la vascularisation de l'ovaire (modèle ovin et adaptation au cancer de l'ovaire)

Les paramètres les plus pertinents du Doppler énergie sont l'index de résistance et la localisation intratumorale centrale de la vascularisation. Nous l'avons démontré sur une série de 168 tumeurs de l'ovaire, avec élaboration d'un modèle en régression logistique. Nous avons ensuite montré que l'adjonction d'un nouveau paramètre Doppler le power Doppler index ou PDI quantifiant la vascularisation était le paramètre le plus puissant pour discriminer tumeurs bénignes et malignes. Ces masses ovariennes ont également été examinées après injection intra-veineuse de 2,5g de Levovist® produit de contraste ultrasonore dont la cinétique par la mesure de l'aire sous la courbe et la durée de la phase d'évacuation sont les paramètres les plus discriminants pour les tumeurs de l'ovaire. Nous avons ensuite validé l'utilisation de l'index de quantification et du Sonovue® autre produit de contraste chez la brebis décrivant les modifications et les paramètres stables au cours du cycle hormonalPower Doppler parameters such as resistance index and blood flow quantification and location are independent variables to assess ovarian tumor vascularity. Logistic regression model was built to demonstrate their efficacy in 168 ovarian masses. Then, we demonstrate that Power Doppler index, using quantification of the colored pixels inside the tumor was representative of the ovarian tumor vascularization and can be used as a discriminating factor of malignancy. After contrast enhanced power Doppler using Levovist® injection, Wash-out times and areas under the time intensity curves were significantly greater in ovarian cancers compared to benign tumors. In an ovine model, we also validate power Doppler index and Sonovue® contrast agent for normal ovarian vascularization description. Vascular changes during estrus were demonstrated : washout time and area under the curve measurements were the two parameters with the lowest variation between ovaries and the follicular and luteal phasesTOURS-BU Médecine (372612103) / SudocSudocFranceF

Application des réseaux de neurones à la classification automatisée des grades placentaires

Le placenta est un organe provisoire joignant la mère et le fœtus qui transfère l oxygène et des nutriments de la mère au fœtus et permet l évacuation de l anhydride carbonique et des produits du métabolisme du fœtus. Le but de notre travail était d étudier la fonction de transfert des tissus placentaires selon son développement en se basant sur les images ultrasonores. Nous avons développé au cours de ce travail une nouvelle approche de la classification du développement placentaire en ultrasons par des techniques de traitement d images avancées basée sur une représentation par réseau neuronal. Le modèle réalisé par la transformée en ondelettes basé sur le réseau neuronal MLP représente donc un outil efficace et rapide répondant à nos critères et bien adapté à nos applications concernant l étude de la maturation placentaire. L application du modèle réalisée en cas de traitement d images placentaires ouvre des portes intéressantes en terme de classification des grades placentaires afin d identifier des stades de maturation autorisant la définition d une maturation normale et de classes à risque.The placenta is a temporary organ joins the mother and the fœtus, which transfers oxygen from the mother to the foetus, allows the evacuation of the carbon dioxide and the products of foetus metabolism. The goal of our work is to study the transfer function of placental development using ultrasound images. A new approach is developed during this work to classify the placental development by image processing techniques based on supervised neural network. The realized model by the wavelet transform based on MLP neural network, represents an effective tool answering our criteria and adapted to our applications concerning the study of placental maturation. The realized model application in the event of placental image processing opens interesting doors in terms of placental grades classification in order to identify the stages of maturation, authorizing the definition of a normal maturation and an abnormal maturation.TOURS-BU Médecine (372612103) / SudocSudocFranceF