Type de stage
M2 imagerie, physique médicale, traitement du signal ou de l’image / Dernière année d’école d’ingénieur
Date ou durée du stage
4 à 6 mois
Contexte
L’imagerie photoacoustique1 est une modalité multi-onde émergente qui combine les ondes optiques et ultrasonores pour cartographier l’absorption optique en profondeur dans les tissus biologiques (quelques centimètres) et avec une grande résolution (~100μm). L’élément clé est l’effet photoacoustique: les structures optiquement absorbantes émettent des ondes ultrasonores lorsqu’elles sont illuminées par une impulsion laser nanoseconde, même lorsque la lumière est multiplement diffusée. L’absorption de la lumière par les formes oxygénées et désoxygénées de l’hémoglobine permet d’obtenir une information anatomique et fonctionnelle au niveau vasculaire, et l’utilisation d’absorbeurs exogènes comme agents de contraste peut révéler d’autres biomarqueurs.
La diffusion de la lumière conduit à une excitation volumique. Par ailleurs, les structures absorbantes telles que les vaisseaux sanguins génèrent des ondes ultrasonore avec une directivité à priori inconnue. Pour réaliser une image fidèle et de qualité, le champ ultrasonore photoacoustique doit ainsi être mesuré sur la plus grande ouverture accessible autour de l’échantillon. La reconstruction 3D de l’absorption optique se fait ensuite à partir des signaux mesurés sur la surface de détection, d’où le terme de tomographie.
Pour enregistrer le champ ultrasonore, 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 photoacoustique 3D nécessite un balayage mécanique du réseau. Une nouvelle géométrie de balayage a été proposée récemment par J. Gateau et al2 pour obtenir une grande qualité d’image (résolution, contraste) tout en maintenant une bonne accessibilité à l’échantillon. La première implémentation a permis de montrer la validité de l’approche in vitro, à présent pour permettre une utilisation en imagerie biomédicale in vivo plusieurs améliorations sont envisagées :
1) La rapidité de l’acquisition est importante pour limiter les artefacts liés aux mouvements. Des simulations numériques menées en 2017 ont montré que le balayage pourrait être grandement accéléré tout en maintenant une bonne qualité d’image. Ce nouveau mode de balayage sera testé expérimentalement.
2) La combinaison d’images photoacoustique acquises pour des excitations optiques à différentes longueurs d’onde permet de séparer des absorbeurs avant des propriétés spectrales différentes. Nous cherchons à développer un mode multispectral pour cette méthode d’imagerie 3D.
3) Une imagerie échographique 3D avec le même transducteur est envisagée et pourrait apporter une information complémentaire sur le tissu.
Ces différentes améliorations vont permettre de faire émerger cette méthode d’imagerie photoacoustique 3D et trouveront des applications à court terme pour l’étude de pathologies chez le petit animal, et à moyen terme pour un transfert en clinique.
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).
Mission(s)
Durant son stage, le(a) candidat(e) mettra en place et caractérisera un nouveau système de tomographie photoacoustique à partir d’équipements existant au laboratoire. Il/Elle réalisera des images 3D à une et plusieurs longueurs d’onde optique, et les analysera (résolution, contraste, cadence d’acquisition), en s’appuyant sur un logiciel de simulations développé au laboratoire. L’acquisition d’images échographique 3D sera ensuite envisagée. Suivant les avancées du projet, l’imagerie in vivo sur le petit animal sera réalisée.
Compétences
Le projet est à dominante expérimentale, mais utilisera également des compétences de traitement de signal et analyse d’image. Nous recherchons principalement un(e) étudiant(e) motivé(e) et rigoureux(se). Des qualités d’expérimentateur(rice) et une bonne connaissance de la programmation sous Matlab sont fortement appréciées.
Rémunération
- Gratifications de stage
Contact
Lieux du stage :
- Laboratoire d’Imagerie Biomédiale- Equipe Imagerie et développement de nouvelles thérapies, 15 rue de l’école de médecine, 75 006 Paris https://www.lib.upmc.fr/
- Plateforme d’échographie du petit animal, Institut Cochin, 22, rue Mechain 75 014 PARIS