These 2019
Titre :
Cartographie des propriétés électriques du cerveau par IRM
Encadrement :
Direction de thèse : Dr Paulo LOUREIRO de SOUSA (Lab. ICube, Université de Strasbourg)
Codirection : Dr Stéphanie SALMON (Laboratoire de Mathématiques de Reims, Université de Reims)
Co-encadrement : Dr Julien LAMY (Lab. ICube, Université de Strasbourg)
Nature du financement :
Contrat doctoral de recherche.
Unité(s) d’Accueil(s) :
- ICube : Laboratoire des sciences de l’Ingénieur, de l’Informatique et de l’Imagerie, UMR 7357 Université de Strasbourg / CNRS
Equipe IMIS, Imagerie Multimodale Intégrative en Santé
- Laboratoire de Mathématiques de l’université de Reims-Champagne-Ardenne
Contexte :
Plusieurs travaux ont montré que certaines maladies provoquent des changements locaux des propriétés électriques (PE) des tissus biologiques : des valeurs augmentées de conductivité électrique ont été rapportées dans les tumeurs cérébrales ; des modifications significatives des valeurs des PE ont également été rapportés dans le tissu cérébral en relation avec un AVC ; l'ischémie locale et le gonflement des cellules qui se produisent en raison d'une crise focale pendant l'épilepsie peuvent également modifier les propriétés électriques. Cartographier in vivo les PE permettrait donc d’accéder à des informations pertinentes sur l'état de santé du tissu. À ce jour, aucune méthode n’est capable d’estimer précisément et rapidement, de façon non-invasive, la distribution des PE du cerveau, chez l’Homme.
L’imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM) est une modalité d'imagerie médicale polyvalente qui permet de collecter de nombreuses informations sur les propriétés biophysiques des tissus. En raison de ses principes électromagnétiques sous-jacents, l'IRM est une approche logique pour cartographier, de façon non invasive, les PE tissulaires in vivo, chez l’Homme.
L’objectif de cette thèse est donc d’évaluer la faisabilité de la cartographie des PE du cerveau, in vivo et chez l’Homme, par IRM. Ce projet a aussi pour objectif de mieux comprendre la relation entre les changements tissulaires et cellulaires et les PE, mesurées à différentes fréquences. Une des originalités de ce projet repose sur la collaboration étroite qu’il y aura entre l’acquisition et le traitement d’image et simulations numériques des problèmes directs et inverses des phénomènes de propagation électromagnétique. Afin de réduire les temps d’examen et augmenter la qualité des images, des méthodes d’acquisition rapides seront explorées. Des nouvelles stratégies seront utilisées pour améliorer la stabilité et la robustesse de reconstructions des cartes des paramètres électriques, comme l’intégration de connaissances a priori dans la reconstruction des images. Une analyse de sensibilité mathématique pourra être menée afin de mieux cerner l’influence des PE sur les mesures acquises et permettre ainsi d’en quantifier les erreurs.
Laboratoires d'accueil :
Cette thèse de doctorat sera réalisée au sein du laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube), sur le site de l’Hôpital Civil, dans l’équipe « Imagerie Multimodale Intégrative en Santé » en collaboration avec le Laboratoire de Mathématiques de l’université de Reims-Champagne-Ardenne. Le laboratoire ICube a une large expérience dans le développement de méthodologie IRM, pour des applications en recherche clinique, principalement en neurologie, mais également pour des applications en imagerie interventionnelle. Disposant de trois scanners IRM dédiés à la recherche chez l’Homme (1.5T et 3T SIEMENS) et chez le petit animal (7T Bruker), les travaux en méthodologie du laboratoire ICube se focalisent essentiellement sur les questions liées aux méthodes d’acquisition des données et aux reconstructions des cartes de propriétés des tissus biologiques.
Le Laboratoire de Mathématique de Reims (LMR) regroupe des experts en mathématiques : analyse, algèbre et mathématiques appliquées. Les membres de l’équipe de mathématiques appliquées du LMR sont impliquées depuis longtemps dans des projets orientés médecine (ANR VIVABRAIN et MAIA) et travaillent en particulier sur les simulations numériques des phénomènes d’électromagnétisme et sur les problèmes inverses.