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 2024
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 (~100μm). 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. A 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 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 (cliquer sur la figure ci-dessous). Ces dernières avancées ont fait l’objet d’une publication récente [4]. Par ailleurs, nous travaillons activement à l’implémentation d’une acquisition multispectrale (à plusieurs longueurs d’onde optiques successivement) pour séparer les différents composés absorbants et nous développons en parallèle une version haute fréquence du dispositif adaptée à l’imagerie du petit animal. Nous cherchons avec ce stage à implémenter des acquisitions à la fois haute fréquence et multispectrale dans une configuration permettant un passage rapide vers l’expérimentation animale. 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 les thèses de C. Linger et A. Billon.
Références
- P. Beard, Biomedical photoacoustic imaging. Interface Focus 1, 602–31 (2011).
- J. Gateau, M. Gesnik, J.-M. Chassot & E. Bossy Single-side access, isotropic resolution, and multispectral three-dimensional photoacoustic imaging with rotate-translate scanning of ultrasonic detector array. J. Biomed. Opt. 20, 56004 (2015).
- T. Lucas, I. Quidu, S. Lori Bridal, J. Gateau High-Contrast and -Resolution 3-D Ultrasonography with a Clinical Linear Transducer Array Scanned in a Rotate-Translate Geometry. Applied Sciences, 11(2), 493 (2021) https://doi.org/10.3390/app11020493
- C. Linger, Y. Atlas, R.Winter, M. Vandebrouck, M. Faure, T. Lucas, S.L. Bridal, J. Gateau. Volumetric and Simultaneous Photoacoustic and Ultrasound Imaging with a Conventional Linear Array in a Multiview Scanning Scheme IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control (2023) https://cnrs.hal.science/hal-03904339/
Objectif
L’objectif du stage est d’obtenir des images 3D photoacoustiques multispectrales à haute fréquence, de caractériser les performances du système en termes de qualité d’image et de vitesse d’acquisition sur des fantômes d’imagerie mimant la configuration d’imagerie sur le petit animal.
Missions
Durant son stage, la (le) candidat-e adaptera la programmation des instruments ainsi que le traitement de données existant au laboratoire afin de d’acquérir des images 3D haute fréquence et multispectrales. 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 rigoureuse. Des qualités d’expérimentateur et une bonne connaissance de la programmation sous Python sont fortement appréciées.
Rémunération
Gratifications de stage
Contact
Jérôme GATEAU, jerome.gateau[at]sorbonne-universite.fr tel : 01.44.27.22.65
Lieu du stage : Développement d’imagerie et de thérapie ciblée pour le cancer et l’inflammation, 15 rue de l’école de médecine, 75006 Paris