! STAGE POURVU !
Type de stage
Stage de Master 2 / stage de fin d’étude d’école d’ingénieur
Date ou durée du stage
Stage de 6 mois entre janvier et septembre 2023
Contexte
L’imagerie photoacoustique [1] (PA) est une modalité émergente qui combine excitation optique et détection ultrasonore pour cartographier l’absorption optique à quelques centimètres de profondeur dans les tissus biologiques et avec une résolution inégalée (~100 μm). L’élément clé est l’effet photoacoustique : les structures optiquement absorbantes émettent des ultrasons lorsqu’elles sont illuminées par une impulsion laser. L’amplitude des ultrasons générés dépend de l’absorption optique à la longueur d’onde d’excitation. À partir d’une séquence d’images du même objet mais acquises avec différentes longueurs d’onde, il est donc possible de séparer des absorbeurs moléculaires et/ou particulaires dont le spectre est différent. Ce type d’image est dit multispectral et permet par exemple de quantifier l’oxygénation de l’hémoglobine dans les vaisseaux sanguins, ou de cartographier la distribution d’un agent de contraste (vidéo introductive ici).
L’imagerie PA est par nature 3D en raison de la diffusion volumétrique de la lumière dans les tissus. Une information 3D permet par ailleurs une compréhension plus fine des pathologies et leur suivi au cours du temps. Un scanner combinant imagerie PA et ultrasonore 3D a récemment été développé au laboratoire. Ce scanner s’appuie sur des réseaux de capteurs ultrasonores de référence en imagerie 2D, les barrettes échographiques linéaires, et sur un balayage innovant de rotation- translation pour obtenir une grande qualité d’images 3D. Une géométrie de balayage a été initialement proposée par J. Gateau et al [2] et a été transposée et validée pour l’imagerie ultrasonore [3] au laboratoire en 2020. Le scanner permet actuellement l’acquisition simultanée d’une image PA 3D à une longueur d’onde et d’une image ultrasonore 3D (voir figure ci-dessous). Ces dernières avancées font l’objet d’une présentation au principal congrès international en ultrasons IEEE IUS 2022.
Le scanner développé est basé sur des instruments de pointe en recherche : un échographe programmable, des platines motorisées de haute précision et un laser nanoseconde accordable. Le laser disponible au laboratoire permet de changer la longueur d’onde d’excitation à chaque impulsion laser et donc d’envisager la programmation d’une acquisition multispectrale au cours d’un unique balayage. Nous cherchons actuellement à implémenter l’acquisition et la reconstruction d’images 3D PA multispectrales, en ajustant les paramètres du scanner actuel. Ce projet a été reconnu par le CNRS comme étant à la pointe de l’innovation au travers d’un financement 80 PRIME et participera à la mise au point de l’instrument utilisé dans la thèse de C. Linger.
De gauche à droite : A) photographie du scanner basé sur un mouvement de rotation – translation ; B) Photographie d’un ensemble de fils noirs dans l’eau ; C) Image ultrasonore 3D présentée ici avec une image de projection des maxima ; D) Image photoacoustique 3D présentée ici avec une image de projection des maxima. Les images C et D ont été acquises simultanément et sont superposables. E) Image combinée US (orange) et PA (bleu) d’un fantôme d’imagerie présentant des contrastes US et PA complémentaires (échelle de couleur composite présentée à droite).
1. Beard, P. Biomedical Photoacoustic Imaging. Interface Focus 2011, 1 (4), 602–631. https://doi.org/10.1098/rsfs.2011.0028.
2. Gateau, J.; Gesnik, M.; Chassot, J.-M.; Bossy, E. Single-Side Access, Isotropic Resolution, and Multispectral Three-Dimensional Photoacoustic Imaging with Rotate-Translate Scanning of Ultrasonic Detector Array. J. Biomed. Opt. 2015, 20 (05), 1. https://doi.org/10.1117/1.JBO.20.5.056004.
3. Lucas, T.; Quidu, I.; Bridal, S. L.; Gateau, J. High-Contrast and -Resolution 3-D Ultrasonography with a Clinical Linear Transducer Array Scanned in a Rotate-Translate Geometry. Appl. Sci. 2021, 11 (2), 493. https://doi.org/10.3390/app11020493.
Objectif
L’objectif du stage est d’obtenir des images 3D photoacoustique multispectrales, de caractériser les performances du système en termes de qualité d’image et de vitesse d’acquisition sur des fantômes d’imagerie.
Missions
Durant son stage, le(la) candidat(e) adaptera le mouvement de balayage du réseau de capteur, la programmation des instruments ainsi que le traitement de données existant au laboratoire afin de séparer en 3D des structures absorbantes contenant des substances avec des spectres d’absorptions différents. Elle/il concevra et imprimera des pièces à l’imprimante 3D pour fabriquer le fantôme d’imagerie, préparera les échantillons, programmera le dispositif pour récupérer les données ultrasonores, fera des acquisitions expérimentales de signaux à partir d’un dispositif présent au laboratoire. Elle/il traitera les données de façon à former les images 3D (à partir de programmes disponibles au laboratoire), et analysera les images obtenues.
Compétences
Le stage proposé est à dominante expérimentale, mais utilisera également des compétences de programmation, de traitement de signal et analyse d’image. Nous recherchons principalement un-e étudiant-e motivé-e et rigoureus-e. Des qualités d’expérimentateur et une bonne connaissance de la programmation sous Matlab seront fortement appréciées.
Ce stage est susceptible de déboucher sur une thèse.
Rémunération
Gratifications de stage
Contact
- Jérôme GATEAU, jerome.gateau[at]sorbonne-universite.fr tel : 01.44.27.22.65
- Clément LINGER, clement.linger[at]sorbonne-universite.fr
Lieu du stage : Laboratoire d’Imagerie Biomédicale – Équipe Imagerie et développement de nouvelles thérapies, 15 rue de l’École de Médecine, 75006 Paris.