Jury

• Olivier Basset, Professeur Université Lyon I, Examinateur
• Lori B. Bridal, Directrice de Recherche CNRS, Rapporteur
• Joseph Moysan, Professeur Université Aix-Marseille, Examinateur
• William D. O’Brien, Professeur émérite Université de l’Illinois, Rapporteur
• Frédéric Ossant, Ingénieur principal des hôpitaux de Tours, Examinateur
• Frédéric Padilla, Chargé de Recherche CNRS, Rapporteur

Résumé

Les techniques quantitatives ultrasonores pour l’estimation des microstructures tissulaires sont basées sur l’analyse fréquentielle des signaux rétrodiffusés par les tissus. Ces techniques ont pour objectif de différencier des tissus sains et pathologiques, de détecter des cancers ou de faire le suivi de la réponse à un traitement. Je me suis principalement intéressée à l’estimation ultrasonore des microstructures pour deux applications principales : le sang et les tumeurs. Les deux applications ont en commun une modélisation acoustique des milieux en terme de fluides hétérogènes, qu’il s’agisse d’écoulements chargés (suspensions d’agrégats de globules rouges) ou des tissus biologiques (les tissus mous sont assimilés à des fluides aux fréquences ultrasonores).

La première partie de l’exposé porte sur la caractérisation ultrasonore de l’agrégation érythrocytaire pour la détection ou le suivi de l’hyperagrégation associée à des pathologies impliquant des désordres rhéologiques sanguins. Les difficultés majeures pour modéliser la rétrodiffusion par le sang est de considérer une forte concentration de particules (40%) et des agrégats de particules. Nous présentons notre contribution, en particulier la proposition d’une théorie de milieu effectif combinée au modèle de facteur de structure. Nous comparons la précision de cette théorie avec des modèles classiques pour estimer la structure des agrégats sur la base de simulations numériques (où tous les paramètres sont contrôlés) et sur des données expérimentales de sang cisaillé en écoulement.

La deuxième partie de l’exposé porte sur la compréhension de la rétrodiffusion ultrasonore par les tumeurs. Les tumeurs cancéreuses résultent souvent d’une prolifération de cellules anormales formant une masse qui grossit. Les modèles classiques de diffusion ultrasonore utilisés par les techniques d’estimation des structures cellulaires supposent que les diffuseurs sont distribués de façon aléatoire (i.e. des milieux dilués), alors que les tumeurs sont des milieux à fortes concentrations cellulaires. L’enjeu scientifique est de répondre aux questions suivantes : quels sont les modèles de diffusion adaptés à un amas dense de cellules ? Quelles sont les principales structures responsables de la diffusion ultrasonore au sein des tumeurs ? Les problèmes que nous étudions pour l’agrégation érythrocytaire peuvent donc aider à mieux comprendre la diffusion ultrasonore par les tumeurs cancéreuses. Nous comparons différents modèles de diffusion et discutons de leurs limites à travers des expériences sur des biofantômes de cellules modélisant des tumeurs cancéreuses.