Caractérisation de la vascularisation de la moelle épinière par un algorithme d'ondes planes pour l'imagerie ultrasonore Doppler

Résumé

Pour les chirurgiens orthopédiques, une des principales difficultés est d’évaluer l’état de la moelle épinière lors de chirurgies. La condition vasculaire est un paramètre représentatif de la fonctionnalité de la moelle et des conditions initiales d’une blessure médullaire. L’imagerie ultrasonore est particulièrement adaptée à une utilisation intra-opératoire. Cependant, les algorithmes présents dans les appareils cliniques actuels ne possèdent pas une résolution spatiale suffisante pour décrire les vaisseaux sanguins de petit diamètre. Une séquence d’imagerie ultrasonore Doppler par ondes planes a été proposée récemment dans la littérature, qui améliore la détection des vaisseaux sanguins, et plus spécifiquement, ceux de petit diamètre. Cette étude vise à adapter cette séquence d’imagerie à la moelle épinière. Les algorithmes d’imagerie par ondes focalisées conventionnel et par ondes planes ont été ajustés en se basant sur une fréquence d’échantillonnage équivalente du signal Doppler, afin d’obtenir un intervalle de vitesses d’écoulement quantifiable semblable. Pour un délai d’émission des ondes identiques, une quantité de données Doppler de l’ordre de 13 fois plus importante est obtenue avec la séquence par ondes planes. Dans un premier temps, la quantification de paramètres associés à la vascularisation a été réalisée à partir de fantômes représentatifs des vaisseaux médullaires, et les résultats obtenus à partir des deux séquences d’imagerie ont été comparés. En particulier, pour l’imagerie Doppler par ondes planes, les expérimentations menées au cours de ce projet indiquent une amelioration du rapport signal-sur-bruit pouvant atteindre 18 dB, ainsi qu’une estimation plus précise des vitesses et des diamètres de l’écoulement. Pour trois configurations de fantômes différentes, l’écart moyen lors de la quantification des débits en comparaison avec les valeurs théoriques était de 25%, alors que les valeurs étaient presque doublées avec l’algorithme par ondes focalisées. Dans un second temps, l’application de l’imagerie ultrasonore avec l’ajout d’un produit de contraste sur une moelle épinière de cochon in vivo a confirmé ces résultats. Une synchronization de l’émission des ondes avec le cycle cardiaque a permis de s’affranchir des variations avec ce paramètre. De plus, l’ajout d’un délai entre deux séquences d’émission a conduit d’une part à une destruction plus lente des micro-bulles, et a d’autre part laissé le temps au produit de contraste de remplir de nouveau les vaisseaux intra-médullaires. Un plus grand nombre de vaisseaux sanguins était détecté lors de l’application de la séquence d’imagerie Doppler par ondes planes. Plus spécifiquement, les veines et les artères spinales étaient visualisées, ainsi que certains vaisseaux intra-médullaires. L’introduction d’une blessure par lâcher de poids dans le protocole expérimental a par ailleurs permis d’évaluer l’étendue de la région vasculaire endommagée. L’ensemble des résultats obtenus au cours de ce projet de recherche indique que l’algorithme d’imagerie ultrasonore Doppler par ondes planes apporte une amélioration significative dans la caractérisation de vaisseaux représentatifs de la vascularisation de la moelle épinière et permet de quantifier plus précisément les paramètres associés. Ces observations pourront être plus finement détaillées par l’utilisation de fréquences d’émission des ondes plus élevées ou par l’application d’un algorithme de reconstruction non-linéaire suite à l’injection de produit de contraste. Ces observations suggèrent qu’une séquence d’imagerie ultrasonore Doppler par ondes planes peut être utilisée pour caractériser et quantifier le débit sanguin médullaire. A long terme, une utilisation en salle d’opération pourrait apporter des informations complémentaires aux chirurgiens orthopédiques.

Date	15 mars 2018
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Pierre Bélanger (Directeur(-trice)) & Jean Marc Mac-Thiong (Codirecteur(-trice))