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Type de stage

• Stage de Master 2/ stage de fin d’étude d’école d’ingénieur.

Date ou durée du stage

• Stage de 4 à 6 mois entre Février et Septembre 2020

Contexte

L’imagerie photoacoustique¹ (PA) est une modalité multi-onde émergente qui combine les ondes optiques et ultrasonores pour cartographier l’absorption optique en profondeur (quelques centimètres) dans les tissus biologiques et avec une résolution inégalée (~100μm). L’élément clé est l’effet photoacoustique: les structures optiquement absorbantes émettent des ondes ultrasonores lorsqu’elles sont illuminées par une impulsion laser, même lorsque la lumière diffuse. Pour réaliser une image PA, le champ ultrasonore généré par l’absorption optique est capté autour de l’échantillon. La reconstruction de l’absorption optique se fait ensuite à partir des signaux mesurés sur la surface de détection, d’où le terme de tomographie. .La détection du champ ultrasonore PA peut être réalisée avec des capteurs ultrasonores capables de réaliser également une imagerie ultrasonore (US) dite aussi échographique. L’acquisition avec un même capteur d’image PA et US permet une imagerie hybride avec des contrastes complémentaires : optique (absorbeurs moléculaires, nanométriques, vaisseaux sanguins, oxygénation du sang …) et ultrasonore (anatomie, flux sanguins, microstructure mécanique des tissus …). La richesse d’information proposée par cette combinaison ouvre de nouvelles perspectives en imagerie et recherches.

L’information 3D est inhérente à l’imagerie PA en raison de la diffusion volumétrique de la lumière. Une information 3D permet par ailleurs une compréhension plus fine des pathologies et le suivi longitudinal. Pour une imagerie PA et US 3D fidèle et de qualité, les champs ultrasonores doivent être mesurés sur la plus grande ouverture accessible autour de l’échantillon. Les barrettes échographiques sont une référence en matière de réseaux de capteurs ultrasonores. En revanche, ces réseaux sont conçus pour une imagerie 2D et leur utilisation pour une imagerie 3D nécessite un balayage du réseau. Une nouvelle géométrie de balayage a été proposée récemment par J. Gateau et al² ⁠ pour obtenir une grande qualité d’images PA(résolution, contraste) tout en maintenant une configuration de balayage pratique pour l’application des données in vivo. La première implémentation a permis de montrer la validité de l’approche in vitro.

Pour une utilisation in vivo et la combinaison des imageries PA et US avec le même balayage, des simulations numériques menées en 2018 ont validées la possibilité de faire des acquisitions rapides et simultanées. Par ailleurs, un nouveau scanner tomographique US a été mis en place au laboratoire. Ce scanner couplé à un échographe programmable permet l’acquisition de données ultrasonores pour la reconstruction 3D d’images . Les performances expérimentales du scanner ont été démontrées en 2019 à des fréquences ultrasonores classiques en ultrasons médicaux (fréquence centrale 5MHz). Pour augmenter la résolution et ouvrir le champ à des applications biomédicales innovantes et notamment à court terme pour des études en cancérologie sur le petit animal, nous cherchons à adapter et valider le scanner également en haute fréquence (fréquence centrale 15 MHz)

1. Beard, P. Biomedical photoacoustic imaging. Interface Focus 1, 602–31 (2011).
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. 20, 56004 (2015).

Objectif

L’objectif du stage est d’obtenir des images 3D ultrasonore à haute fréquence (avec une tomographie directement transposable à l’imagerie photoacoustique), de caractériser les performances du système en terme de qualité d’image (résolution, homogénéité …) et vitesse d’acquisition sur des fantômes d’imagerie et sur des tissus biologiques.

Mission(s)

Durant son stage, le (la) candidat(e) fera des acquisitions expérimentales de signaux à partir d’un dispositif présent au laboratoire. Il/elle préparera les échantillons, programmera le dispositif pour récupérer les données ultrasonores, traitera les données de façon à former les images 3D (à partir de programmes disponibles au laboratoire), et analysera les images obtenues. Suivant les avancées du projet des échantillons biologiques seront utilisés, et une imagerie in vivo sur petit animal  sera envisagée.

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 rigoureux(se). Des qualités d’expérimentateur et une bonne connaissance de la programmation sous Matlab sont fortement appréciées.

Ce stage est susceptible de déboucher sur une thèse.

Rémunération

• Gratifications de stage

Contact

Jérôme GATEAU, tel : 01.44.27.22.65

Lieu du stage : Laboratoire d’Imagerie Biomédicale- Equipe Imagerie et développement de nouvelles thérapies, 15 rue de l’école de médecine, 75 006 Paris https://www.lib.upmc.fr/