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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 6 mois entre janvier et septembre 2021

Contexte

L’imagerie photoacoustique¹ (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. Pour réaliser une image PA, le champ ultrasonore généré par l’absorption optique est capté autour de l’échantillon. La reconstruction d’image se fait ensuite à partir des signaux enregistrés. L’enregistrement du champ ultrasonore PA peut être réalisé avec des capteurs également adaptés à l’imagerie ultrasonore (US) dite échographique. L’acquisition avec un même capteur d’images PA et US permet une imagerie hybride avec des contrastes complémentaires : optique (absorbeurs moléculaires, nanométriques, oxygénation du sang…) et ultrasonore (anatomie, flux sanguins, microstructure mécanique…). La richesse d’information proposée par cette combinaison ouvre de nouvelles perspectives en imagerie et recherches.

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. Les barrettes échographiques linéaires 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. Une géométrie de balayage a été proposée 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.

Un nouveau scanner 3D a été mis en place au laboratoire en 2019 et a permis la validation de l’approche pour l’imagerie 3D ultrasonore également (voir figure ci dessous). Les performances expérimentales du scanner ont été démontrées à des fréquences ultrasonores classiques en ultrasons médicaux (fréquence centrale 5MHz). Par ailleurs, la combinaison US- PA est en cours de développement actuellement.>

Pour augmenter encore 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 présent à adapter et valider le scanner en haute fréquence (fréquence centrale 15 MHz).

De gauche à droite : photographie du scanner basé sur un mouvement de translation rotation ; Photographie d’un filet ; Image ultrasonore 3D présentée ici avec une image de projection des maxima.

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) concevra et imprimera des pièces à l’imprimante 3D pour monter un réseau haute fréquence sur le scanner, 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.

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, jerome.gateau[at]sorbonne-universite.fr
tel : 01.44.27.22.65

Lieu du stage : Laboratoire d’Imagerie Biomédiale – Equipe Imagerie et développement de nouvelles thérapies, 15 rue de l’Ecole de Médecine, 75006 Paris