Stage M2 ou dernière année école d’ingénieur
Titre du stage : Simulation de la propagation d’ondes ultrasonores et de cisaillement dans des tissus biologiques hétérogènes : Modélisation des artefacts en élastographie impulsionnelle.
Mots clés : Ultrasons, Elastographie, Simulation, Imagerie médicale, Physique, Traitement du Signal.
Contexte : L’élastographie est une méthode d’imagerie médicale non invasive permettant de cartographier l’élasticité des tissus biologiques essentielle pour le diagnostic de pathologies. Une des applications les plus courantes est le diagnostic de la fibrose hépatique. L’élastographie impulsionnelle, en particulier, génère des ondes mécaniques dans les tissus en réponse à une impulsion appliquée à la surface de la peau. Bien que cette méthode offre une évaluation précise de la rigidité des tissus, la qualité des élastogrammes peut être compromise par des artefacts ultrasonores qui rendent l’interprétation des résultats plus complexe. Ce stage, réalisé dans le cadre d’une collaboration entre l’ESEO et Echosens, est financé par l’entreprise Echosens et se déroulera à l’ESEO Angers sous la supervision d’enseignants- chercheurs.
Problématique : Les artefacts de réverbération et de diffusion, causés par des réflexions multiples au sein des différentes couches tissulaires (peau, graisse, muscle), peuvent masquer des structures anatomiques critiques et fausser les mesures d’élasticité. Ces phénomènes sont mal compris et difficiles à quantifier. Le défi scientifique consiste à modéliser les interactions complexes entre les ondes ultrasonores (hautes fréquences) et mécaniques (basses fréquences) dans des milieux biologiques hétérogènes afin de mieux appréhender ces artefacts et les classifier.
Objectifs du stage : L’objectif principal de ce stage est de développer un modèle de simulation physique permettant de mieux comprendre les artefacts associés à l’élastographie impulsionnelle. Ce modèle inclura des simulations initiales de propagation d’ondes dans un milieu idéal, mais son point central sera la modélisation des effets de réverbération et de diffusion dans des tissus biologiques.
Missions :
1. Étude bibliographique : Effectuer une analyse approfondie des travaux scientifiques portant sur la simulation des ondes ultrasonores et des mécanismes de réverbération et de diffusion dans les tissus biologiques.
2. Simulation dans un milieu idéal : En utilisant un outil de différences finies (comme k- Wave), simuler la propagation des ondes de cisaillement et des ondes de compression dans un milieu idéal.
3. Modélisation des artefacts : Modéliser les effets de réverbération et de diffusion dans des milieux biologiques hétérogènes, en tenant compte de l’anatomie des tissus (peau, graisse, muscle) et des structures potentielles comme les vaisseaux sanguins. *
4. Analyse des interactions : Étudier comment les réflexions multiples des ondes ultrasonores influencent la propagation des ondes de cisaillement, en se concentrant sur les effets de l’hétérogénéité des tissus.
Verrous scientifiques :
Modélisation réaliste des milieux biologiques hétérogènes : La diversité structurelle et mécanique des tissus sous-cutanés nécessite une modélisation précise. La géométrie et les propriétés des tissus doivent être intégrées pour capturer les interactions complexes des ondes acoustiques.
Compréhension des artefacts : La nature complexe des artefacts de réverbération et de diffusion doit être comprise en profondeur. Établir une relation entre les paramètres physiques des tissus et les artefacts observés est un défi majeur [1].
Durée du stage : 6 mois de février à juillet 2024.
Lieu : ESEO Angers – Grande Ecole d’Ingénieurs Généralistes, 10 Bd Jean Jeanneteau, 49100 Angers. Sous la responsabilités d’enseignants chercheurs rattachés au LAUM (Laboratoire d’Acoustique de l’Université du Mans). Quelques déplacements à Paris pour des échanges avec les équipes d’EchoSens sont à prévoir.
Profil : Etudiant en Master 2 ou dernière année d’école d’ingénieur.
Compétences requises :
– Solides connaissances physiques (acoustique, ultrasons, diffusion, dispersion, milieu élastique, …).
– Programmation (Matlab, Python).
– Connaissances en traitement du signal.
– Capacités d’analyse et de synthèse scientifique.
Compétences appréciées mais facultatives :
– Maîtrise des outils de simulation en acoustique (comme k-Wave).
– Connaissances dans le domaine biomédical.
– Connaissance en imagerie biomédicale.
Encadrement et Contacts : Le stagiaire sera encadré par une équipe spécialisée en imagerie ultrasonore et en traitement du signal. Les candidats sont invités à contacter :
Viktor Smirnov : Viktor.SMIRNOV@eseo.fr
Sébastien Ménigot : Sebastien.MENIGOT@eseo.fr
en incluant CV et lettre de motivations.
Bibliographie :
[1] Reverberation clutter from subcutaneous tissue layers: simulation and in vivo demonstrations, Jeremy J. Dahl and Niral M. Sheth, 2013
[2] Ultrasound Shear Wave Propagation Modeling in General Tissue−Like Viscoelastic Materials, Mariusz Osika and Piotr Kijanka, 2024
[3] Elastographie impulsionnelle quantitative : caractérisation des propriétés viscoélastiques des tissus et application à la mesure de contact, Cécile Bastard, Thèse, 2009
[4] Traitement du signal et simulations pour l’élastographie ultrasonore impulsionnelle appliquée au foie, Audière Stéphane, Thèse 2011.
