Modélisation de la diffraction des ondes de cisaillement en élastographie dynamique ultrasonore

L'élastographie ultrasonore est une technique d'imagerie émergente destinée à cartographier les paramètres mécaniques des tissus biologiques, permettant ainsi d’obtenir des informations diagnostiques additionnelles pertinentes. La méthode peut ainsi être perçue comme une extension quantitative et objective de l'examen palpatoire. Diverses techniques élastographiques ont ainsi été proposées pour l'étude d'organes tels que le foie, le sein et la prostate et. L'ensemble des méthodes proposées ont en commun une succession de trois étapes bien définies: l'excitation mécanique (statique ou dynamique) de l'organe, la mesure des déplacements induits (réponse au stimulus), puis enfin, l'étape dite d'inversion, qui permet la quantification des paramètres mécaniques, via un modèle théorique préétabli. Parallèlement à la diversification des champs d'applications accessibles à l'élastographie, de nombreux efforts sont faits afin d'améliorer la précision ainsi que la robustesse des méthodes dites d'inversion. Cette thèse regroupe un ensemble de travaux théoriques et expérimentaux destinés à la validation de nouvelles méthodes d'inversion dédiées à l'étude de milieux mécaniquement inhomogènes. Ainsi, dans le contexte du diagnostic du cancer du sein, une tumeur peut être perçue comme une hétérogénéité mécanique confinée, ou inclusion, affectant la propagation d'ondes de cisaillement (stimulus dynamique). Le premier objectif de cette thèse consiste à formuler un modèle théorique capable de prédire l'interaction des ondes de cisaillement induites avec une tumeur, dont la géométrie est modélisée par une ellipse. Après validation du modèle proposé, un problème inverse est formulé permettant la quantification des paramètres viscoélastiques de l'inclusion elliptique. Dans la continuité de cet objectif, l'approche a été étendue au cas d'une hétérogénéité mécanique tridimensionnelle et sphérique avec, comme objectifs additionnels, l'applicabilité aux mesures ultrasonores par force de radiation, mais aussi à l'estimation du comportement rhéologique de l'inclusion (i.e., la variation des paramètres mécaniques avec la fréquence d'excitation). Enfin, dans le cadre de l'étude des propriétés mécaniques du sang lors de la coagulation, une approche spécifique découlant de précédents travaux réalisés au sein de notre laboratoire est proposée. Celle-ci consiste à estimer la viscoélasticité du caillot sanguin via le phénomène de résonance mécanique, ici induit par force de radiation ultrasonore. La méthode, dénommée ARFIRE (''Acoustic Radiation Force Induced Resonance Elastography'') est appliquée à l'étude de la coagulation de sang humain complet chez des sujets sains et sa reproductibilité est évaluée.

L'élastographie ultrasonore dynamique vasculaire : une nouvelle modalité d'imagerie non-invasive pour la caractérisation mécanique de la thrombose veineuse

L’accident thromboembolique veineux, tel que la thrombose veineuse profonde (TVP) ou thrombophlébite des membres inférieurs, est une pathologie vasculaire caractérisée par la formation d’un caillot sanguin causant une obstruction partielle ou totale de la lumière sanguine. Les embolies pulmonaires sont une complication mortelle des TVP qui surviennent lorsque le caillot se détache, circule dans le sang et produit une obstruction de la ramification artérielle irriguant les poumons. La combinaison d’outils et de techniques d’imagerie cliniques tels que les règles de prédiction cliniques (signes et symptômes) et les tests sanguins (D-dimères) complémentés par un examen ultrasonographique veineux (test de compression, écho-Doppler), permet de diagnostiquer les premiers épisodes de TVP. Cependant, la performance de ces outils diagnostiques reste très faible pour la détection de TVP récurrentes. Afin de diriger le patient vers une thérapie optimale, la problématique n’est plus basée sur la détection de la thrombose mais plutôt sur l’évaluation de la maturité et de l’âge du thrombus, paramètres qui sont directement corrélées à ses propriétés mécaniques (e.g. élasticité, viscosité). L’élastographie dynamique (ED) a récemment été proposée comme une nouvelle modalité d’imagerie non-invasive capable de caractériser quantitativement les propriétés mécaniques de tissus. L’ED est basée sur l’analyse des paramètres acoustiques (i.e. vitesse, atténuation, pattern de distribution) d’ondes de cisaillement basses fréquences (10-7000 Hz) se propageant dans le milieu sondé. Ces ondes de cisaillement générées par vibration externe, ou par source interne à l’aide de la focalisation de faisceaux ultrasonores (force de radiation), sont mesurées par imagerie ultrasonore ultra-rapide ou par résonance magnétique. Une méthode basée sur l’ED adaptée à la caractérisation mécanique de thromboses veineuses permettrait de quantifier la sévérité de cette pathologie à des fins d’amélioration diagnostique. Cette thèse présente un ensemble de travaux reliés au développement et à la validation complète et rigoureuse d’une nouvelle technique d’imagerie non-invasive élastographique pour la mesure quantitative des propriétés mécaniques de thromboses veineuses. L’atteinte de cet objectif principal nécessite une première étape visant à améliorer les connaissances sur le comportement mécanique du caillot sanguin (sang coagulé) soumis à une sollicitation dynamique telle qu’en ED. Les modules de conservation (comportement élastique, G’) et de perte (comportement visqueux, G’’) en cisaillement de caillots sanguins porcins sont mesurés par ED lors de la cascade de coagulation (à 70 Hz), et après coagulation complète (entre 50 Hz et 160 Hz). Ces résultats constituent les toutes premières mesures du comportement dynamique de caillots sanguins dans une gamme fréquentielle aussi étendue. L’étape subséquente consiste à mettre en place un instrument innovant de référence (« gold standard »), appelé RheoSpectris, dédié à la mesure de la viscoélasticité hyper-fréquence (entre 10 Hz et 1000 Hz) des matériaux et biomatériaux. Cet outil est indispensable pour valider et calibrer toute nouvelle technique d’élastographie dynamique. Une étude comparative entre RheoSpectris et la rhéométrie classique est réalisée afin de valider des mesures faites sur différents matériaux (silicone, thermoplastique, biomatériaux, gel). L’excellente concordance entre les deux technologies permet de conclure que RheoSpectris est un instrument fiable pour la mesure mécanique à des fréquences difficilement accessibles par les outils actuels. Les bases théoriques d’une nouvelle modalité d’imagerie élastographique, nommée SWIRE (« shear wave induced resonance dynamic elastography »), sont présentées et validées sur des fantômes vasculaires. Cette approche permet de caractériser les propriétés mécaniques d’une inclusion confinée (e.g. caillot sanguin) à partir de sa résonance (amplification du déplacement) produite par la propagation d’ondes de cisaillement judicieusement orientées. SWIRE a également l’avantage d’amplifier l’amplitude de vibration à l’intérieur de l’hétérogénéité afin de faciliter sa détection et sa segmentation. Finalement, la méthode DVT-SWIRE (« Deep venous thrombosis – SWIRE ») est adaptée à la caractérisation de l’élasticité quantitative de thromboses veineuses pour une utilisation en clinique. Cette méthode exploite la première fréquence de résonance mesurée dans la thrombose lors de la propagation d’ondes de cisaillement planes (vibration d’une plaque externe) ou cylindriques (simulation de la force de radiation par génération supersonique). DVT-SWIRE est appliquée sur des fantômes simulant une TVP et les résultats sont comparés à ceux donnés par l’instrument de référence RheoSpectris. Cette méthode est également utilisée avec succès dans une étude ex vivo pour l’évaluation de l’élasticité de thromboses porcines explantées après avoir été induites in vivo par chirurgie.

Elaboration et caractérisation des nanocristaux de Zn F O enfouis 1-x x dans des diélectriques pour des applications en spin-électronique

Tese de Doutoramento em Ciências - Especialidade em Física

Imagerie de diffusion (DWI) dans la caractérisation de l'échinococcose alvéolaire hépatique.

Objectifs: Etudier l'utilité de DWI dans l'échinococcose alveolaire (EA) hépatique. Matériels et méthodes: Dix-sept patients (10 hommes, âge moyen 64.3) avec 55 lésions hépatiques ont été examinés par IRM. La sémiologie des lésions a été étudiée après classification selon Kodama. Les coefficients apparent de diffusion (ADCmax, ADCmin, ADCtot) ont été mesurés. Résultats: Trois lésions de Kodama de type 1, 13 de type 2, 15 de type 3, 3 de type 4, et 21 de type 5. L'ADCtot des lésions mesurait 1.23±0.18 x 10-3 mm2/s. L'ADCtot de Kodama type 1, 2, 3, 4 et 5 mesuraient 1.97±0.27, 1.66±0.13, 1.73±0.12, 1.15±0.27 et 1.76±0.10 x 10-3 mm2/s, respectivement. Il n'y avait pas de différence significative de l'ADCtot entre les types (p=0.25) hormis le type 4 qui représente une lésion solide (p=0.035). Conclusion: Les valeurs d'ADC des lésions d'EA ne se révèlent pas utiles pour différencier les différents types selon Kodama, hormis pour le type 4 ce qui suggère la présence d'une composante solide. Celles-ci sont relativement basses comparées à d'autres lésions kystiques hépatiques, ce qui peut aider à suggérer le diagnostic.

Caractérisation des microparticules dans les concentrés érythrocytaires : une analyse des antigènes de groupe sanguins par cytométrie de flux

Cette thèse a pour but de caractériser les microparticules isolées à partir des concentrés érythrocytaires et plus précisément de déterminer la présence d'antigènes de groupes sanguins à leur surface. Elle est divisée en trois parties, sous forme d'articles publiés à partir d'un travail de recherche mené au Centre de Transfusion Sanguine d'Epalinges. Dans l'article « Microparticles in stored red blood cells : an approach using flow cytometry and proteomic tools » publié dans Vox Sanguinis en 2008, il est question de la lésion de stockage des globules rouges. Grâce à des techniques alliant la cytométrie de flux et la protéomique, il a été montré que la génération de microparticules augmente au cours du stockage des concentrés érythrocytaires et que leur composition se modifie au cours du temps. L'article de revue « Analysis and clinical relevance of microparticles from red blood cells » publié dans Current Opinion in Hematology en 2010, explique les mécanismes de formation et d'élimination des microparticules de globules rouges. Il fait une revue des implications cliniques liées à la génération de microparticules et discute leur conséquences potentielles dans le domaine de la médecine transfusionnelle. L'article « Red blood cell microparticles and blood group antigens : an analysis by flow cytometry » publié dans Blood Transfusion en 2012, décrit l'étude des antigènes de groupe sanguins à la surface des microparticules générées à partir de concentrés érythrocytaires après ajout de calcium ionophore. Les résultats de cette étude indiquent que les antigènes de groupes sanguins appartenant aux systèmes RH, KEL, JK, FY, MNS, LE et LU sont présents à la surface des microparticules. Ces antigènes pourraient potentiellement être source d'allo-immunisation après transfusion.

Identification et caractérisation de gènes suppresseurs de tumeurs dans le glioblastome

Introduction: Glioblastoma (WHO Grade IV glioma) is the most frequent and most¦malignant primary tumor of the brain. With a mean survival of 15 months despite¦multidisciplinary management combining surgery, chemo- and radiotherapy, the prognosis¦is poor. Different studies measured a down-regulation of Wnt Inhibitory Factor 1 (WIF1)¦expression in a majority of gliobastoma due to genetic and epigenetic regulation. Recently,¦a focus on chromosome 12 identified WIF1 as a potential tumor suppressor gene. In¦previous results, transfected glioblastoma cells with ectopic expression of WIF1 had a¦decreased growth rate and adopted a senescence-like phenotype. In this report, we first¦investigated the effect of WIF1 re-expression in glioblastoma cell lines to see if Wnt¦inhibition by WIF1 can lead to senescence. To look further, we assessed p21 and c-Myc¦expression. p21 has a key role in senescence onset and is directly inhibited by c-Myc,¦itself a target of Wnt-pathway. We thus looked if a variation of expression of these genes is¦triggered by WIF1 activity. Finally, as autophagy is thought to play a role in senescence¦onset, we analyzed the expression of different autophagy genes. We therefore looked for¦an association between autophagy activity and senescent phenotype in WIF1-¦overexpressing cell lines.¦Methods: WIF1-overexpressing clones were selected after transfection of stable¦glioblastoma cell lines. Analysis were made through quantitative Polymerase Chain¦Reaction (qPCR), Fluorescence-activated Cell Sorting (FACS) and histochemistry.¦IGFBP7 and ALDH1A3 have been selected to reflect senescence. ATG5, ATG7 and ULK3¦have been selected to reflect autophagy activity.¦Results: Using FACS analysis, we found a higher percentage of large cells with increased¦granularity amongst WIF1-overexpressing cell lines, which are characteristics of¦senescence. In addition, histochemistry showed a higher percentage of multi-nucleated,¦beta-galactosidase positive cells in the same cell lines. An increased expression of genes¦associated with senescence was found as well. All characteristics were correlated with¦levels of WIF1 expression. We did not find any association between p21 and WIF1¦expression. No correlation between WIF1 and c-Myc expression was noticed either. In one¦of the two cell lines analyzed, the expression of autophagy genes showed some¦correlation with expression of WIF1 and expression of genes associated with senescence.¦Discussion: After investigations and characterizations on multiple levels, we have¦evidence for a senescence phenotype upon WIF1-overexpressing cell lines. This gives a¦role to Wnt pathway in the tumorigenicity of glioblastoma. Further experiments are¦required to investigate how Wnt inhibition leads to senescence. The role of autophagy in¦our senescent cells is here still unclear. Some correlations can be found, letting us think¦that there is indeed some involvement of autophagy. However, it is yet to soon to explain¦this relationship. Further experiments are required again to confirm the preliminary results¦and analyze the variations of autophagy activity within time.

Exposition aéroportée aux endotoxines : caractérisation de la réponse inflammatoire et influence des facteurs génétiques

L'exposition aux endotoxines, notamment par voie intraveineuse, peut provoquer un syndrome de détresse respiratoire aigu, en raison des fortes réactions inflammatoires qu'elles initient. Paradoxalement, il a aussi été montré que l'exposition aux endotoxines pouvait avoir un rôle bénéfique sur les maladies de type allergique avec prédisposition génétique (atopie), notamment lorsque l'exposition a eu lieu pendant l'enfance. Les travailleurs du monde agricole peuvent être exposés à de très fortes quantités inhalables d'endotoxines, 100 à 10 000 fois plus que les quantités observées dans des habitations. Les études épidémiologiques ont montré que les travailleurs agricoles exposés avaient un risque élevé de développer des maladies respiratoires. Cependant, beaucoup de ces travailleurs ne présentent pas de réduction de leurs capacités respiratoires, ce qui suggère l'existence d'une grande variabilité de sensibilité entre les individus. Le rôle des facteurs génétiques dans l'apparition ou non de certains symptômes suite à une exposition aux endotoxines est mal connu, en milieu professionnel. C'est cette problématique qui est abordée dans le premier article proposé. Le second article concerne la caractérisation de la réponse inflammatoire aux particules aéroportées chez les travailleurs de stations d'épuration des eaux usées (STEP). Dans cet article, les auteurs ont utilisé une méthode relativement nouvelle pour mesurer les effets (l'activité) des endotoxines, entre autres, sur les personnes exposées. Cette nouvelle façon de caractériser l'exposition aux endotoxines, par le biais de la réponse physiologique est prometteuse. Auparavant, la grande majorité des études faites sur les liens entre l'exposition aux poussières organiques et/ou endotoxines et les symptômes médicaux utilisaient la métrologie aérienne pour estimer le risque pour la santé. Lorsque l'on sait que la réponse à ce type d'exposition dépend beaucoup de la susceptibilité individuelle des personnes (voir premier article discuté), l'utilisation d'une méthode qui permet d'estimer directement les effets de la nuisance sur les personnes semble être beaucoup plus pertinente même si sa mise en oeuvre est plus délicate à réaliser que la métrologie classique. [Auteurs]

Arthro-IRM du poignet à 3-T en traction axiale : impact sur la caractérisation des lésions ligamentaires.

Objectifs: Déterminer l'impact de la traction axiale en arthro-IRM du poignet sur la largeur des espaces interosseux et la caractérisation des lésions ligamentairesintrinsèques du carpe. Matériels et méthodes: Etude prospective incluant 34 patients entre septembre et décembre 2010. Arthro-IRM du poignet réalisées sur une machine 3-Tesla et incluant des séquencescoronales isotropiques haute résolution en pondération T1-VIBE avec suppression de graisse, sans et avec traction axiale (4kg). Lecture consensuelle par 2radiologues avec mesure des espaces scapho-lunaire, luno-triquétral et ulna-TFC, sans et avec traction. Evaluation semi-quantitative des déchiruresligamentaires: 0=absente, 1=partielle, 2=transfixiante avec moignon, 3=transfixiante sans moignon. Résultats: Augmentation significative, en traction axiale, des espaces interosseux scapho-lunaire (Delta=0.21mm, p=0.0016) et luno-triquétral (Delta=0.17mm, p=0.0002)ainsi que de l'espace ulna-TFC (Delta=0.17, p=0.0071). Meilleure caractérisation des lésions dans 5 cas, avec une amélioration significative pour la portioncentrale du ligament scapho-lunaire (p=0.0313). Conclusion: L'arthro-IRM du poignet à 3-Tesla en traction axiale augmente significativement la largeur des espaces scapho -lunaire, luno-triquétral et ulna-TFC et améliore lacaractérisation des lésions de la portion centrale du ligament scapho-lunaire.

Caractérisation des taxons du genre Ornithogalum, sous-genre Heliocharmos (Hyacinthaceae), en Afrique du Nord et en France : analyse morphologique et biogéographique

Two species of Ornithogalum subg. Heliocharmos are present in North Africa: O. algeriense and O. kochii. These are often confused with O. umbellatum from Europe. Several populations covering the spread of variation of these species were studied biometrically using macromorphological characters. Multivariate analysis results suggest that O. kochii is close to the diploid cytotype of O. umbellatum. The diploid cytotypes are closer to the popyploid series of O. umbellatum than to O. algeriense. These results are discussed in relation to biogeography and evolution.

Faire dire, pour décrire. Caractérisation langagière des personnages et poétique du récit dans la littérature comique et satirique (XVIIe et XVIIIe siècle)

Phénomène reconnu de longue date, dont les rhéteurs et les écrivains ont même souvent vanté l'efficacité pour réaliser un portrait moral convaincant, la caractérisation langagière des personnages n'a été que peu observée selon une perspective générale, comme si son étude ne pouvait s'envisager en dehors du projet esthétique d'un auteur particulier. Cependant, on peut envisager la caractérisation langagière comme procédant d'une poétique du récit, c'est-à-dire comme un mécanisme du texte narratif, dont certaines constantes peuvent être décrites. L'objectif du présent travail est ainsi de mettre au jour les conditions, tant textuelles que contextuelles, devant être réunies pour que certains aspects des discours rapportés fassent sens en tant qu'éléments de caractérisation. La nature indirecte de ce phénomène demande en effet de porter une attention particulière à ce qui relève des conditions de production et d'interprétation du texte, autrement dit des éléments contextuels que le texte convoque (liés à la langue, aux genres, au « texte » de la culture, etc.) afin de (re)construire par inférence ce qui est dit « sans être dit ». Ainsi la caractérisation langagière reposet- elle sur la reconnaissance d'un rôle thématique endossé par le personnage, rôle défini en partie par certains « habitus » discursifs. Mais il importe également de considérer la caractérisation langagière comme un effet de la textualité. Cela concerne d'abord des unités manipulées par les auteurs (mots, structures syntaxiques, phonologie...). Néanmoins, rien ne se joue sur un unique élément ; au contraire, d'une part, il faut qu'une série de traits s'organisent en un réseau isotope, et cela de la réplique isolée au texte entier ; d'autre part, la caractérisation dérive encore des relations que le discours d'un personnage entretient avec des discours avoisinants, en premier lieu celui du narrateur. Se concentrant sur des oeuvres comiques ou satiriques des XVIIe et XVIIIe siècles, l'approche proposée ici veut également tenir compte d'une tradition rhétorique et poétique qui associe portrait moral et parole représentée, tradition encore très présente dans un tel corpus, qui a par ailleurs l'avantage de laisser entrer dans le monde de la fiction des personnages de toutes conditions, dotés de leurs langages spécifiques.