Développement d'une nouvelle méthode de caractérisation tissulaire basée sur l'élastographie ultrasonore : application pour le dépistage précoce du cancer du sein

Le cancer du sein est le cancer le plus frequent chez la femme. Il demeure la cause de mortalite la plus importante chez les femmes âgees entre 35 et 55 ans. Au Canada, plus de 20 000 nouveaux cas sont diagnostiques chaque annee. Les etudes scientifiques demontrent que l'esperance de vie est etroitement liee a la precocite du diagnostic. Les moyens de diagnostic actuels comme la mammographie, l'echographie et la biopsie comportent certaines limitations. Par exemple, la mammographie permet de diagnostiquer la presence d’une masse suspecte dans le sein, mais ne peut en determiner la nature (benigne ou maligne). Les techniques d’imagerie complementaires comme l'echographie ou l'imagerie par resonance magnetique (IRM) sont alors utilisees en complement, mais elles sont limitees quant a la sensibilite et la specificite de leur diagnostic, principalement chez les jeunes femmes (< 50 ans) ou celles ayant un parenchyme dense. Par consequent, nombreuses sont celles qui doivent subir une biopsie alors que leur lesions sont benignes. Quelques voies de recherche sont privilegiees depuis peu pour reduire l`incertitude du diagnostic par imagerie ultrasonore. Dans ce contexte, l’elastographie dynamique est prometteuse. Cette technique est inspiree du geste medical de palpation et est basee sur la determination de la rigidite des tissus, sachant que les lesions en general sont plus rigides que le tissu sain environnant. Le principe de cette technique est de generer des ondes de cisaillement et d'en etudier la propagation de ces ondes afin de remonter aux proprietes mecaniques du milieu via un probleme inverse preetabli. Cette these vise le developpement d'une nouvelle methode d'elastographie dynamique pour le depistage precoce des lesions mammaires. L'un des principaux problemes des techniques d'elastographie dynamiques en utilisant la force de radiation est la forte attenuation des ondes de cisaillement. Apres quelques longueurs d'onde de propagation, les amplitudes de deplacement diminuent considerablement et leur suivi devient difficile voir impossible. Ce probleme affecte grandement la caracterisation des tissus biologiques. En outre, ces techniques ne donnent que l'information sur l'elasticite tandis que des etudes recentes montrent que certaines lesions benignes ont les memes elasticites que des lesions malignes ce qui affecte la specificite de ces techniques et motive la quantification de d'autres parametres mecaniques (e.g.la viscosite). Le premier objectif de cette these consiste a optimiser la pression de radiation acoustique afin de rehausser l'amplitude des deplacements generes. Pour ce faire, un modele analytique de prediction de la frequence de generation de la force de radiation a ete developpe. Une fois valide in vitro, ce modele a servi pour la prediction des frequences optimales pour la generation de la force de radiation dans d'autres experimentations in vitro et ex vivo sur des echantillons de tissu mammaire obtenus apres mastectomie totale. Dans la continuite de ces travaux, un prototype de sonde ultrasonore concu pour la generation d'un type specifique d'ondes de cisaillement appele ''onde de torsion'' a ete developpe. Le but est d'utiliser la force de radiation optimisee afin de generer des ondes de cisaillement adaptatives, et de monter leur utilite dans l'amelioration de l'amplitude des deplacements. Contrairement aux techniques elastographiques classiques, ce prototype permet la generation des ondes de cisaillement selon des parcours adaptatifs (e.g. circulaire, elliptique,…etc.) dependamment de la forme de la lesion. L’optimisation des depots energetiques induit une meilleure reponse mecanique du tissu et ameliore le rapport signal sur bruit pour une meilleure quantification des parametres viscoelastiques. Il est aussi question de consolider davantage les travaux de recherches anterieurs par un appui experimental, et de prouver que ce type particulier d'onde de torsion peut mettre en resonance des structures. Ce phenomene de resonance des structures permet de rehausser davantage le contraste de deplacement entre les masses suspectes et le milieu environnant pour une meilleure detection. Enfin, dans le cadre de la quantification des parametres viscoelastiques des tissus, la derniere etape consiste a developper un modele inverse base sur la propagation des ondes de cisaillement adaptatives pour l'estimation des parametres viscoelastiques. L'estimation des parametres viscoelastiques se fait via la resolution d'un probleme inverse integre dans un modele numerique elements finis. La robustesse de ce modele a ete etudiee afin de determiner ces limites d'utilisation. Les resultats obtenus par ce modele sont compares a d'autres resultats (memes echantillons) obtenus par des methodes de reference (e.g. Rheospectris) afin d'estimer la precision de la methode developpee. La quantification des parametres mecaniques des lesions permet d'ameliorer la sensibilite et la specificite du diagnostic. La caracterisation tissulaire permet aussi une meilleure identification du type de lesion (malin ou benin) ainsi que son evolution. Cette technique aide grandement les cliniciens dans le choix et la planification d'une prise en charge adaptee.