Le traitement chirurgical des anévrismes de l'aorte abdominale est de plus en plus remplacé par la réparation endovasculaire de l’anévrisme (« endovascular aneurysm repair », EVAR) en utilisant des endoprothèses (« stent-grafts », SGs). Cependant, l'efficacité de cette approche moins invasive est compromise par l'incidence de l'écoulement persistant dans l'anévrisme, appelé endofuites menant à une rupture d'anévrisme si elle n'est pas détectée. Par conséquent, une surveillance de longue durée par tomodensitométrie sur une base annuelle est nécessaire ce qui augmente le coût de la procédure EVAR, exposant le patient à un rayonnement ionisants et un agent de contraste néphrotoxique. Le mécanisme de rupture d'anévrisme secondaire à l'endofuite est lié à une pression du sac de l'anévrisme proche de la pression systémique. Il existe une relation entre la contraction ou l'expansion du sac et la pressurisation du sac. La pressurisation résiduelle de l'anévrisme aortique abdominale va induire une pulsation et une circulation sanguine à l'intérieur du sac empêchant ainsi la thrombose du sac et la guérison de l'anévrisme. L'élastographie vasculaire non-invasive (« non-invasive vascular elastography », NIVE) utilisant le « Lagrangian Speckle Model Estimator » (LSME) peut devenir une technique d'imagerie complémentaire pour le suivi des anévrismes après réparation endovasculaire. NIVE a la capacité de fournir des informations importantes sur l'organisation d'un thrombus dans le sac de l'anévrisme et sur la détection des endofuites. La caractérisation de l'organisation d'un thrombus n'a pas été possible dans une étude NIVE précédente. Une limitation de cette étude était l'absence d'examen tomodensitométrique comme étalon-or pour le diagnostic d'endofuites. Nous avons cherché à appliquer et optimiser la technique NIVE pour le suivi des anévrismes de l'aorte abdominale (AAA) après EVAR avec endoprothèse dans un modèle canin dans le but de détecter et caractériser les endofuites et l'organisation du thrombus. Des SGs ont été implantés dans un groupe de 18 chiens avec un anévrisme créé dans l'aorte abdominale. Des endofuites de type I ont été créés dans 4 anévrismes, de type II dans 13 anévrismes tandis qu’un anévrisme n’avait aucune endofuite. L'échographie Doppler (« Doppler ultrasound », DUS) et les examens NIVE ont été réalisés avant puis à 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois après l’EVAR. Une angiographie, une tomodensitométrie et des coupes macroscopiques ont été réalisées au moment du sacrifice. Les valeurs de contrainte ont été calculées en utilisant l`algorithme LSME. Les régions d'endofuite, de thrombus frais (non organisé) et de thrombus solide (organisé) ont été identifiées et segmentées en comparant les résultats de la tomodensitométrie et de l’étude macroscopique. Les valeurs de contrainte dans les zones avec endofuite, thrombus frais et organisé ont été comparées. Les valeurs de contrainte étaient significativement différentes entre les zones d'endofuites, les zones de thrombus frais ou organisé et entre les zones de thrombus frais et organisé. Toutes les endofuites ont été clairement caractérisées par les examens d'élastographie. Aucune corrélation n'a été trouvée entre les valeurs de contrainte et le type d'endofuite, la pression de sac, la taille des endofuites et la taille de l'anévrisme. / Surgical treatment of abdominal aortic aneurysms is increasingly being replaced by EVAR using SGs. However, the efficacy of this less invasive approach is jeopardized by the incidence of persistent flow within the aneurysm, called endoleaks leading to aneurysm rupture if not properly detected. Hence, a life-long surveillance by computed tomography (CT) angiography on an annual basis is increasing the cost of EVAR, exposing the patient to ionizing radiation and nephrotoxic contrast agent. The mechanism of aneurysm rupture secondary to endoleak is related to a pressurization of the aneurysm sac close to the systemic pressure. There is a relation between sac shrinkage or expansion and sac pressurization. The residual pressurization of AAA will induce sac pulsatility and blood circulation in the sac thus preventing sac thrombosis and aneurysm healing. NIVE using the LSME may become a complementary follow-up imaging technique for EVAR. NIVE has the capability of providing important information on the thrombus organization within the aneurysm sac and on the detection of endoleaks. The characterization of the thrombus organization was not possible in a previous NIVE study. A limitation was the absence of CT examinations as gold standard for endoleak diagnosis. In the current study, we aimed to apply and optimize NIVE of AAA after EVAR with SG in a canine model to detect endoleaks and characterize thrombus organization. SGs were implanted in a group of 18 dogs with an aneurysm created in the abdominal aorta. Type I endoleak was created in 4 aneurysms, type II in 13 aneurysms and no endoleak in 1 aneurysm. DUS and NIVE examinations were performed at baseline, 1-week, 1-month, 3-month and 6-month follow-up after EVAR. Angiography, CT-scan and macroscopic tissue slides were performed at sacrifice. Strain values were computed using the LSME. Areas of endoleak, solid thrombus (organized) and fresh thrombus (non-organized) were identified and segmented by comparing the results of CT scan and macroscopic tissue slides. Strain values in areas with endoleak, organized and fresh thrombi were compared. Strain values were significantly different between endoleak and organized or fresh thrombus areas and between organized and fresh thrombus areas. All endoleaks were clearly characterized on elastography examinations. No correlation was found between strain values and type of endoleak, sac pressure, endoleak size and aneurysm size.

Zu den wichtigsten Werkzeugen in der medizinischen Diagnostik gehören bildgebende Verfahren, wie die Magnetresonanztomographie. Ein weiteres diagnostisches Hilfsmittel ist die Palpation, die es erlaubt, Veränderungen oberflächennaher Organe qualitativ zu erfassen. Die Magnetresonanzelastographie (MRE) stellt eine Kombination dieser Techniken dar. Das Prinzip der MRE besteht darin Gewebedeformationen aufgrund extern induzierter Scherwellen mittels bewegungssensitiver MR-Bildgebung darzustellen und über die Art der Deformation auf die Elastizität des Gewebes zu schließen. Einen großen Anteil schwerwiegender Erkrankungen bilden Störungen des Herz-Kreislaufsystems. Das Ziel dieser Arbeit war es, eine Methode zu entwickeln, die in-vivo MRE am menschlichen Herzen ermöglicht. Die Weiterentwicklung der mechanischen Anregungseinheit ergab mit Einführung eines Audio-Lautsprechers das nötige Instrument, Vibrationen in innere Organe zu übertragen. Der entscheidende Faktor bei der Herz-MRE war die Geschwindigkeit der Aufnahme, die zur Entwicklung der ''fraktionierten MRE'' führte. Die Basis waren schnelle Herzbildgebungstechniken, wie die balancierte Steady-State- (bSSFP) und Spoiled Steady-State-Technik (SPGRE). Die Einführung eines unbalancierten Phasenpräparationsgradienten in der bSSFP-Aufnahmetechnik lieferte ein verbessertes SNR und zusammen mit der SPGRE-MRE-Aufnahmetechnik ließen sich damit MRE-Studien auch am menschlichen Herzen durchführen. Es gelang erstmals, extern induzierte mechanische Schwingungen in das Herz zu koppeln und mittels fraktionierter MRE mit hoher zeitlicher Auflösung zu detektieren. Die in 6 gesunden Probanden beobachtete Modulation der Scherwellenamplituden innerhalb des Myokards korrelierte sehr gut mit den Kontraktionszuständen des Herzens. Die entwickelten Techniken und Methoden sind ein Schritt hin zur routinemäßigen klinischen Anwendung der MRE am Herzen und deuten auf ein hohes Potential im Bereich der Diagnostik kardialer Erkrankungen hin. / Imaging techniques, including magnetic resonance imaging, belong to the most important tools in modern medical diagnostics. Another diagnostic aid is palpation, which is suitable for the qualitative characterization of pathological changes in organs near the surface. Magnetic resonance elastography (MRE) is a combination of these techniques. In principle, MRE uses motion-sensitive MR-imaging to depict tissue deformation caused by externally induced shear waves. The type of deformation supply useful information about the elasticity of the tissue. Cardiac disorders are among the most common diseases. The goal of this study was to develop a method of applying in-vivo MRE to the human heart. The development of the mechanical stimulus, ultimately resulting in the introduction of an audio speaker as the source of vibration, provided the necessary means to introduce vibrations into inner organs. A crucial factor in applying MRE to the heart is the speed of the recording, which led to the development of "fractional MRE". The currently conventional fast heart imaging techniques were used as a starting point. The use of an unbalanced phase preparation gradient in the balanced steady-state imaging technique resulted in an improved phase-to-noise ratio. Along with the spoiled steady-state MRE imaging technique, initial MRE-studies on the human heart were performed. For the first time, externally induced mechanical vibrations were successfully introduced into the heart and were detected using fractional MRE with a high temporal resolution. The modulation of the shear wave amplitudes observed in the myocard of 6 healthy subjects correlated with the phases of the cardiac cycle. The techniques and methods developed here are a step toward routine clinical application of MRE of the heart and indicate high potential in the area of early diagnosis of cardiac disease.

Introduction : L’élastographie shear wave (ESW) est une technique récente d’échographie qui évalue quantitativement la dureté des tissus et permet d’améliorer la caractérisation des lésions mammaires. Comme toute nouvelle technique d’imagerie, l’ESW nécessite une validation préclinique pour définir les conditions d’utilisations et établir les limites des champs d’applications dans lesquelles la technique pourra être considérée comme valide. Matériels et méthodes : Dans une première partie effectuée au laboratoire de recherche en Imagerie nous avons étudié les éléments histologiques sous tendant l’image d’ESW sur un modèle de cancer du sein implanté chez la souris, au cours de sa croissance puis sous traitement. Dans une deuxième partie, nous avons étudié chez des patientes le rôle de la compression manuelle en ESW pour la caractérisation des lésions mammaires. Dans une dernière partie, effectuée en collaboration avec une équipe de l’Institut Langevin Ondes et Images, nous avons étudié la faisabilité d’un nouveau paramètre, le module de cisaillement non linéaire pour l’analyse des lésions mammaires. Résultats : Au laboratoire, nous avons établi des corrélations entre la dureté mesurée en élastographie et les caractéristiques histologiques des tumeurs, y compris sous traitement. Nous avons montré que la fibrose était associée à une dureté élevée et la nécrose à une dureté moindre. Notre étude clinique a montré qu’une compression manuelle minimale était nécessaire pour obtenir de bonnes performances de l’ESW et qu’une pression trop élevée devait être évitée. Enfin nous avons montré la faisabilité en imagerie mammaire d’un nouveau paramètre quantitatif obtenu en élastographie shear wave : le module de cisaillement non linéaire. Conclusion : A partir de travail de thèse, une meilleure compréhension de la part des éléments biologiques et techniques en ESW du sein est possible et des recommandations pour l’utilisation clinique peuvent être formulées. Nos observations cliniques ont entrainé la mise au point d’un nouveau paramètre diagnostique quantitatif : le module de cisaillement non linéaire. / Introduction: Shear Wave Elastography (SWE) is a recent ultrasound technique assessing quantitatively tissue stiffness and improving breast lesions characterization. As every new imaging technique, SWE requires a pre clinical validation in order to define in which conditions it should be used and precise the applications for which the technique is validated. Materials and methods: First, in a research lab we have investigated the pathological features underlying SWE image in a breast cancer model implanted in mice, during tumor growth and under therapy. Secondly, we have studied in patients the role of manual compression in SWE for the characterization of breast lesions. Finally, in collaboration with on team from Institut Langevin Ondes et Images, we have studied the feasibility of a new parameter, the non-linear modulus, for breast lesion assessment. Results: in the research lab, we have shown correlations between stiffness as measured with SWE and pathological features of tumors, even on treatment. We have shown that fibrosis was associated with high stiffness values and necrosis with lowers. Our clinical study, showed that a minimal manual compression was required for optimal performance of SWE and that strong compression should be avoided. Finally, we demonstrated feasibility of a new parameter, derived from SWE, the non-linear modulus. Conclusion: Our work provides a better understanding of biological and technical elements of SWE. On the basis of our results, new recommendations may be made for the use of SWE in clinical practice. From our clinical findings, we developed a new quantitative parameter, which may be useful for the diagnosis of breast lesions, the non-linear modulus.

Die Magnetresonanzelastographie (MRE) stellt ein nichtinvasives Verfahren dar, welches die Bestimmung der in vivo Scherelastizität weicher Gewebe ermöglicht. Im Rahmen diese Arbeit wurden Methoden zur Bestimmung isotroper und anisotroper Scherelastizitäten anhand von MRE Wellenbildern entwickelt und evaluiert. Alle in dieser Arbeit vorgestellten Methoden basieren auf planarer MRE, d.h. auf der Aufnahme einer einzelnen Auslenkungskomponente innerhalb der Bildschicht. Dadurch wird die MRE erheblich beschleunigt. Allerdings stellen sich dadurch auch besondere Anforderungen an die Datenauswertung zur Bestimmung aussagekräftiger elastischer Kenngrößen. Anhand von planaren MRE-Experimenten an Gewebephantomen und menschlicher Skelettmuskulatur sowie mittels numerischer Simulation wird gezeigt, dass bei Beachtung weniger experimenteller Randbedingungen und einer darauf abgestimmten Datenauswertung, korrekte Elastizitäten ermittelt werden können. Ein besonderer Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Analyse experimenteller Einflüsse wie Bildrauschen und -auflösung auf die ermittelten elastischen Kenngrößen. Des Weiteren werden Methoden zur Bestimmung anisotroper Elastizitäten sowie zur Analyse von Streueffekten im MRE-Wellenbild vorgestellt. Die behandelten Einflüsse auf die Amplituden und Wellenlängen im MRE-Bild, werden vergleichend diskutiert und zusammengefasst, um ein einfaches Verfahrensprotokoll zur Analyse experimenteller in vivo MRE-Daten zu entwickeln. Alle in dieser Arbeit verwendeten Methoden und Programme sind im Anhang zusammengefasst und auf Anforderung erhältlich. / Magnetic resonance elastography (MRE) is a noninvasive method that allows the determination of in vivo shear elasticity of soft tissues. In this thesis methods for the determination of isotropic and anisotropic shear elasticities from MRE wave data were developed and evaluated. All methods presented in this work are based on planar MRE, i.e. they are based on the measurement of a single displacement component in the image plane. This way measurement time in MRE is greatly reduced. However, this imposes specific requirements on data evaluation in order to determine significant elastic constants. On the basis of planar MRE experiments on tissue mimicking gels, human skeletal muscle and numerical simulations it is demonstrated that correct shear elasticities can be determined, taking into account a small set of experimental boundary conditions as well as the employment of complementary data evaluation strategies. This thesis is particularly focussed on the analysis of noise and image resolution on the determined elastic constants. Moreover, methods for determining anisotropic elasticity and analyzing shear wave scattering effects on MRE wave data are introduced. The investigated influences on wave amplitudes and wave lengths are compared and discussed to develop a simple measurement protocol for the evaluation of in vivo MRE data. All methods employed in this work are summarized in the appendix along with the corresponding computer code, which is available on demand.

Sachant que l’Athérosclérose commence durant l’enfance par des marqueurs subcliniques, cette étude explore l’association entre l’indice de masse corporelle (IMC) et l’élastographie vasculaire non-invasive (NIVE) des artères carotides communes chez les enfants. On compare aussi les techniques de mesure de l’intima-média (IMT) des artères carotides en se basant sur le mode-B et la radiofréquence (RF) chez les enfants avec IMC normal et élevé. Il s’agit d’une étude prospective effectuée entre 2005 et 2011. Les paramètres de « NIVE » ont été comparés pour deux groupes d’IMC (normal et élevé) de 60 enfants respectivement, faisant tous partie de la cohorte de l’étude QUebec Adipose and Lifestyle Investigation in Youth (QUALITY). Les paramètres de NIVE incluent la contrainte axiale cumulative (CAS) en %, la translation axiale cumulative (CAT) en mm. L’épaisseur de l’intima-média est calculée selon trois méthodes : logiciel «M’ath-Std» (mode-B), « echotracking » des signaux de RF et probabilité de distribution des signaux de RF sur la plateforme NIVE. Une analyse ANOVA et corrélation Pearson ont été effectuées sur le logiciel SAS version 9.3. Une corrélation intra-class (ICC) a été effectuée sur un logiciel MedCalc version 17.2. L’âge moyen était 11,4 ans pour le groupe IMC normal et 12 pour le groupe IMC élevé. Cinquante-huit pourcent étaient des garçons dans le groupe IMC normal et 63% dans le groupe IMC élevé. Les deux groupes étaient différents selon l’âge, stade de Tanner, tension artérielle (systolique et diastolique), et LDL mais similaire pour le sexe. En contrôlant pour les variables confondantes, la CAS n’est pas différente entre les deux groupes. La CAT est plus basse chez les enfants avec IMC normal (CAT=0.51 +/-0.17 mm pour le groupe « IMC normal » et 0.67+/-0.24 mm pour le groupe « IMC élevé » (p<0.001)). Il y a une très faible corrélation entre les trois techniques de mesure d’IMT ICC=0,34 (95% intervalle de confiance 0,27-0,39). L’IMT est significativement plus élevé dans le groupe d’enfants « IMC élevé ». Mode-B (0.55 mm « IMC normal » vs. 0.57 mm « IMC élevé »; p=0.02); IMT RF (0.45 mm « IMC normal » vs. 0.48 mm « IMC élevé »; p=0.03) et IMT probabilité de distribution des signaux RF (0.32 mm « IMC normal » vs. 0.35 mm « IMC élevé »; p=0.010). La NIVE montre une différence significative dans la CAT de l'artère carotide commune des enfants avec un IMC normal par rapport à l'IMC élevé. Des variations significatives de la mesure des IMT ont été observées entre les différentes techniques. Cependant, les enfants avec IMC élevé ont des valeurs IMT plus élevées, indépendamment de la méthode utilisée. Les deux marqueurs subcliniques peuvent être utilisés pour la stratification des enfants à risque de maladies cardiovasculaires. La même méthode devrait toujours être utilisée. / Knowing that cardiovascular disease risk factors are present in asymptomatic children, this study explores the association between non-invasive vascular elastography (NIVE) as a subclinical marker of atherosclerosis and obesity in children. In the absence of a gold standard, we also compare B-mode and Radiofrequency (RF) based ultrasound measurements of intima-media thickness (IMT) in children with normal and increased body mass index (BMI). This is a prospective study between 2005 and 2011. NIVE parameters and IMT of the common carotid artery were compared between 60 children with normal BMI and 60 children with increased BMI enrolled in the QUebec Adipose and Lifestyle Investigation in Youth cohort (QUALITY). NIVE parameters included cumulated axial strain (CAS) (%) and cumulated axial translation (CAT) in mm. The three methods of IMT measurements included M’ath Std (B-mode), RF echotracking system and RF probability distribution using NIVE platform. ANOVA analysis and Pearson correlation were calculated using SAS version 9.3. Intra-class correlation coefficient (ICC) and regression analysis was done on MedCalc software version 17.2. The mean age was 11.4 years for the normal BMI group and 12 years for the increased BMI group. Fifty-eight percent were boys in the normal BMI group and 63% in the increased BMI group. The two groups were significantly different with respect to age, Tanner stage, systolic and diastolic blood pressure and were similar with respect to sex. After controlling for confounders, the results show no difference in CAS between the two groups and a significantly lower CAT in the normal BMI group (CAT=0.51+/-0.17 mm for the normal BMI group and 0.67+/-0.24 mm for the increased BMI group (p<0.001)). There is a weak correlation among the three techniques. ICC=0.34 (95% confidence interval (CI): 0.27-0.39). There is however significantly increased IMT in children with increased BMI according to all three techniques. The results were as follow: for B-mode IMT (0.55 mm (normal BMI group) vs. 0.57 mm (increased BMI group); p=0.02); for RF echotracking IMT (0.45 mm (normal BMI group) vs. 0.48 mm (increased BMI group); p=0.03) and for RF probability distribution IMT (0.32 mm (normal BMI group) vs. 0.35 mm (increased BMI group); p=0.010).NIVE is a one-step technique for IMT and CAT measurement in children at risk. Significant IMT measurement variation is observed between the three techniques. However, children with increased BMI tend to have higher IMT values regardless of the technique. Both subclinical markers can be used for optimal stratification of children with cardiovascular disease risk factors. The same technique should be used throughout.

Le cross-linking du collagène cornéen (CXL) est une cornéoplastie mini-invasive reposant surun concept biomécanique difficile à objectiver physiquement et dont les preuves del’efficacité thérapeutique sont d’interprétation complexe. Les principes, les nuances et lesrésultats du CXL sont colligés dans cette thèse afin de valider l’intérêt du modèleexpérimental choisi pour tester la pertinence de notre travail de recherche sur l’élastographiecornéenne par ondes de cisaillement.Notre cheminement expérimental a abouti au choix du modèle de CXL trans-épithélial (TCXL)assisté par iontophorèse (I-CXL), réalisé in vivo, sur oeil de lapin. Les mesuresélastographiques obtenues après euthanasie ont ainsi pu démontrer une modificationsignificative du profil d’élasticité de la cornée après CXL, testé successivement de manièredynamique et statique.Nos résultats confirment donc l’efficacité biomécanique instantanée du I-CXL et donnent uneidée plus précise de la valeur de la photo-polymérisation du tissu cornéen isolée desphénomènes liés à la cicatrisation. Les enjeux technologiques de l’élastographe cornéen paranalyse des ondes de cisaillement ont pu être définis afin de développer une stratégie de miseen oeuvre d’un système pertinent pour la pratique clinique. / Corneal collagen cross-linking (CXL) is a kind of minimaly invasive corneoplasty mainlybased on a biomechanical concept, which is very difficult to measure physically, and whichthe therapeutic efficacy understanding is complex.Principles, different protocols and resultsare summarized in this thesis in order to illustrate the usefulness of the experimental modelchosen in our experimentations about elastographic corneal shear wave imaging.The pathway of our experimental work have led to the choice of trans-epithelial CXL (TCXL)assisted by iontophoresis (I-CXL), performed in vivo, on rabbits eyes. Elastographicmeasurements we obtained after animals euthanasia have shown a significant change of thecorneal elasticity profile after CXL, successively tested in a dynamic and in a static fashion.Our results do confirm the biomechanical efficacy of the I-CXL procedure and give a moreprecise idea of the sole photo-polymerization effect by avoiding any confounding healingconcern. Technological issues for corneal elastography with shear wave imaging have beenraised in this thesis to develop a realistic strategy for the launch of a clinically useful device.

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Les caillots sanguins sont responsables de nombreuses pathologies, telles que les thromboses veineuses profondes (TVP), les embolies pulmonaires (EP) ou les accidents vasculaires cérébraux (AVC). La thromboembolie veineuse, regroupant les thromboses veineuses profondes et les embolies pulmonaires, ainsi que les accidents vasculaires cérébraux sont parmi les principales causes de décès. La formation d’un caillot sanguin survient suite à une lésion de la paroi endothéliale, d’un changement hémodynamique de l’écoulement sanguin ou de conditions d’hypercoagulation du sang. Lors de situations pathologiques, le caillot ne se dissout pas naturellement et des anticoagulants sont prescrits. Leur but est d’empêcher l’évolution du caillot et de prévenir des risques de récidives. Dans le cas d’un accident vasculaire cérébral ou de certaines embolies pulmonaires, de l'activateur tissulaire du plasminogène recombinant (rt-PA) peut être prescrit pour dissoudre directement le caillot. Ces traitements comportent des risques d’hémorragie interne, et une incertitude persiste encore sur leur durée d’administration. La caractérisation des caillots sanguins vise à mieux comprendre leur développement pour pouvoir adapter les traitements et potentiellement à confirmer leur effet. Un moyen de caractériser les tissus est d’utiliser des méthodes ultrasonores. L’élastographie, une de ces méthodes, permet de calculer la rigidité d’un tissu, caractérisé par son module d’Young. On appelle élastographie dynamique les méthodes d’élastographie basées sur la propagation d’ondes de cisaillement dans le tissu pour calculer son module d’Young (relié à la vitesse de l’onde). Plusieurs études ont montré que le module d’Young de caillots sanguins augmentait avec le temps et que des caillots plus vieux et plus denses étaient plus résistants à la dissolution. La dispersion de l’onde de cisaillement reliée à la contribution visqueuse du tissu est un paramètre nouvellement disponible sur certains échographes cliniques qui est peu étudié dans le cadre des caillots sanguins. L’atténuation de l’onde de cisaillement est également un paramètre acoustique, non explorée dans le cas des caillots sanguins. L’utilisation de l’atténuation de l’onde de cisaillement a montré des résultats encourageant en simulations et sur fantômes. Cependant, avec les méthodes actuelles, le calcul de l’atténuation d’onde de cisaillement suppose un milieu homogène ne favorisant pas la présence de résonances acoustiques, ce qui n’est pas le cas pour des caillots cylindriques dans des vaisseaux sanguins. L’enveloppe ultrasonore peut également être étudiée de manière statistique et les paramètres issus de ces statistiques reflètent la microstructure des tissus imagés. L’objectif général de cette thèse est de caractériser les caillots sanguins pendant leur évolution à l’aide des différents paramètres découlant des ultrasons. Cette caractérisation vise à permettre aux soignants d’adapter l’administration du traitement. Un autre objectif consiste à évaluer l’effet du traitement sur les différents paramètres ultrasonores afin d’attester son efficacité. Pour réaliser ces objectifs l’étude se sépare en trois parties. La première partie est une étude in vivo en partenariat avec le centre hospitalier universitaire de Grenoble qui vise à étudier le module d’Young et les paramètres d’ultrasons statistiques au cours du temps chez des patients présentant des thromboses veineuses profondes. Les patients étaient sous anticoagulants ; le module d’Young n’a pas montré de changement significatif entre les mesures aux jours 0, 7 et 30. Les paramètres statistiques (étudiés suivant la distribution statistique homodyne K) ont montré une augmentation de l’intensité des rétrodiffuseurs (probablement liée à une augmentation du nombre de brins de fibrine et/ou du nombre de globules rouges) et une désorganisation des rétrodiffuseurs. Une des conclusions est que les paramètres statistiques pourraient permettre d’améliorer la caractérisation de caillots sanguins même quand le module d’Young ne varie pas significativement. La deuxième partie se concentre sur l’analyse du phénomène de résonance acoustique présent lors du passage d’ondes de cisaillement dans le caillot. Le but était de trouver une région d’intérêt où le calcul de l’atténuation de l’onde de cisaillement présente le moins de variation associée à ce phénomène. Les paramètres liés à la résonance, le module d’Young, la dispersion et l’atténuation de l’onde de cisaillement ont pu être reportés dans des fantômes de différents diamètres ainsi que dans des caillots in vitro pendant leur coagulation. Une région d’intérêt minimisant la résonance lors du calcul de l’atténuation de l’onde de cisaillement a pu être trouvée. La troisième étude porte sur l’effet de traitement avec du rt-PA sur le module d’Young, la dispersion de l’onde de cisaillement, l’atténuation de l’onde de cisaillement et les paramètres d’ultrasons statistiques. Du sang de porc a été collecté et 3 caillots par échantillon ont été préparés, chacun subissant une condition différente de traitement (pas de traitement, traitement à 20 minutes après le début de la coagulation et traitement à 60 minutes après cette phase initiale). Les résultats montrent que le module d’Young diminue significativement avec l’ajout du traitement, la dispersion de l’onde de cisaillement augmente pour les caillots traités à 60 minutes comparés à ceux non traités, l’atténuation de l’onde de cisaillement augmente pour les caillots traités à 20 minutes comparés à ceux non traités et l’intensité des rétrodiffuseurs diminue significativement dans les deux conditions de traitement. Ces paramètres pourraient aider à confirmer l’effet du traitement et déceler si des patients y sont résistants ou non. Cette thèse a permis une meilleure compréhension des propriétés mécaniques et acoustiques des caillots sanguins au cours de la coagulation et en fonction de traitements. Tout ceci constitue autant de propriétés qui pourraient être utilisées afin d’adapter la dose et la durée d’un traitement afin de réduire les effets secondaires lors de la prise en charge des patients. / Blood clots are the cause of numerous pathologies, including deep vein thrombosis (DVT), pulmonary embolism (PE) and stroke. Venous thromboembolism, which includes deep vein thrombosis and pulmonary embolism, and stroke are among the leading causes of death. Blood clots form as a result of damage to the endothelial lining, hemodynamic changes in blood flow or hypercoagulable blood conditions. In pathological situations, the clot does not dissolve naturally, and anticoagulants are prescribed. Their purpose is to prevent the clot from progressing and to reduce the risk of recurrence. In the case of stroke or certain pulmonary embolisms, recombinant tissue plasminogen activator (rt-PA) may be prescribed to dissolve the clot. While these treatments can be effective, they do pose a risk of causing internal bleeding, and there is currently uncertainty regarding the optimal duration for administering them. Blood clot characterization aims to better understand how blood clots develop, so as to be able to adapt treatments and potentially confirm their effect. One way of characterizing tissues is to use ultrasound methods. Elastography, one such method, calculates the stiffness of a tissue characterized by its Young's modulus. Elastography methods based on shear wave propagation in a tissue to calculate the Young's modulus (related to the wave velocity) are known as dynamic elastography approaches. Several studies have shown that the Young's modulus of blood clots increases with time, and that older and denser clots are more resistant to dissolution. Shear wave dispersion related to the viscous contribution of a tissue is a newly available parameter on some clinical ultrasound scanners. However, little is known in the context of blood clots. Shear wave attenuation is also an acoustic parameter related to tissue viscosity and it is unexplored in the case of blood clots. The use of shear wave attenuation has shown encouraging results in simulations and on phantoms. However, with current methods, the calculation of the shear wave attenuation assumes a resonance-free homogeneous medium, which is not the case for cylindrical clots in blood vessels. The ultrasound envelope can also be studied statistically, and the parameters derived from these statistics reflect the microstructure of the tissues imaged. The general aim of this thesis is to characterize blood clots as they evolve, using various parameters derived from ultrasound. This characterization is intended to enable caregivers to adapt treatment administration. Another objective is to evaluate the effect of treatment on the various ultrasound parameters, in order to attest its effectiveness. To achieve these objectives, the study is divided into three parts. The first part is an in vivo study in partnership with Grenoble University Hospital to investigate the Young's modulus and statistical ultrasound parameters over time in patients with deep vein thrombosis. The patients were on anticoagulants, and the Young's modulus showed no significant changes between measurements on days 0, 7 and 30. Statistical parameters (studied according to the homodyne K statistical distribution) showed an increase in the intensity of scatterers (probably linked to an increase in the number of fibrin strands and/or number of red blood cells) and a disorganization of scatterers. One conclusion is that statistical parameters might be used to improve the characterization of blood clots even when the Young's modulus does not vary significantly. The second part focuses on the analysis of the resonance phenomenon present when shear waves pass through the clot. The aim was to find a region of interest where the calculation of the shear wave attenuation shows the least possible variation due to this behavior. Parameters related to resonance, the Young's modulus, shear wave dispersion and shear wave attenuation were plotted in phantoms of different diameters and in in vitro blood clots during coagulation. A region of interest was found, which minimized resonances when calculating shear wave attenuation. The third study investigates the effect of in vitro treatments with rt-PA on the Young's modulus, shear wave dispersion, shear wave attenuation and statistical ultrasound parameters. Porcine blood was collected and 3 clots per sample were prepared, each undergoing a different treatment condition (no treatment, treatment at 20 minutes after the beginning of coagulation and treatment at 60 minutes after the onset of coagulation). The Young's modulus decreased significantly with treatment, the shear wave dispersion increased for clots treated at 60 minutes compared to those untreated, the shear wave attenuation increased for clots treated at 20 minutes compared to those untreated, and the backscatter intensity decreased significantly in both treatment conditions. These parameters might help confirm the effect of a treatment and detect whether or not patients are resistant to it. This thesis has led to a better understanding of the mechanical and acoustic properties of blood clots during coagulation and as a function of a treatment. These properties can be used to adapt the dose and duration of treatment to reduce side effects in the management of patients.

L'Elastographie par Résonance Magnétique (ERM) est une technique d'imagerie permettant de caractériser in vivo les propriétés biomécaniques des tissus de façon non invasive. Dans ce contexte, la première partie de cette thèse s'intéresse à comparer les propriétés viscoélastiques obtenues par ERM avec une technique de rhéologie haute-fréquence, pouvant atteindre des fréquences de sollicitation mécanique communes à l'ERM, contrairement à ce qui est classiquement fait dans la littérature. Pour effectuer les mesures ERM, le dispositif d'excitation mécanique et la séquence IRM ont été développés et un algorithme de reconstruction des propriétés viscoélastiques, fondé sur l'inversion de l'équation de Helmholtz, a été implémenté et évalué en simulation. La comparaison ERM/rhéologie a ensuite été effectuée, d'abord sur des fantômes de plastisol présentant différentes propriétés viscoélastiques, puis sur des échantillons de foies bovins. Dans les deux cas, les résultats ont montré un bon accord entre les valeurs obtenues en ERM et celles issues de la rhéologie. Le second volet de ces travaux s'attache à présenter une nouvelle stratégie d'acquisition en ERM. Les séquences d'ERM conventionnelle utilisent des gradients oscillants afin d'encoder la propagation de l'onde. Ces gradients peuvent cependant restreindre les applications, en raison des limitations de leur fréquence de commutation et de leur amplitude maximale. Nous proposons ici d'encoder directement la propagation de l'onde à l'aide d'impulsions RF générées par la théorie du Contrôle Optimal (CO), combinées à un gradient constant. Une première expérience simple de contrôle de la phase par impulsions RF est présentée, consistant à créer des motifs de distribution spatiale de cette phase, en l'absence de propagation d'onde. Puis, des impulsions RF adaptées à l'ERM ont été générées : les images de phase obtenues ont été comparées avec celles acquises par ERM conventionnelle. Les propriétés viscoélastiques reconstruites dans les deux cas sont similaires, validant ainsi cette nouvelle méthode d'acquisition. / Magnetic Resonance Elastography is a non-invasive imaging method enabling in vivo characterization of viscoelastic properties of biological tissues. The first part of this thesis deals with the comparison of viscoelastic properties obtained with MRE and with a high-frequency rheometer having a large excitation frequency range. This large frequency range enables common frequency range to MRE, unlike the comparisons usually performed in the literature. To perform MRE measurements, the excitation device and the MRE sequence were developed and an algorithm reconstructing the viscoelastic properties based on an inversion of Helmholtz equation was implemented and evaluated through simulation. The comparison between MRE/rheology was then performed, first on plastisol phantoms with different viscoelastic properties, and then on bovine liver samples. In both cases, results show a very good agreement between values obtained with MRE and those coming from rheology. The second part of this work presents a new acquisition method for MRE. Conventional MRE sequences use oscillating gradients to encode the wave propagation into the phase image. However, these gradients can restrict MRE applications, as their switching frequencies as well as maximal amplitude are limited. The new acquisition strategy we propose in this thesis encodes the wave propagation directly with RF pulses generated with Optimal Control Theory (OCT), in combination with a constant gradient. An initial experiment of phase control with RF pulses is presented, consisting in creating non-trivial spatial phase patterns in MRI phase images, in the absence of wave propagation. Then, RF pulses adapted to the MRE problem are generated with OCT and phase images obtained with these pulses are compared with conventional MRE acquisitions. Viscoelastic properties reconstructed from these two techniques are similar, validating thus this new acquisition method.