FFaciliter le suivi médical des patients grâce aux ultrasons | #2

Réponse impulsionnelle spatiale, appelée "oscillations transverses" © Hervé LIEBGOTT/CNRS Images

Ressource #2 du dossier Pop’Sciences – CNRS : « ANNÉE DE L’INGENIERIE – Quand l’ingénierie façonne la recherche scientifique » ARTICLE 

Adaptée à la visualisation de la plupart de nos organes, l’échographie est notamment employée pour détecter des anomalies, comme des tumeurs, des kystes ou des malformations. Les capacités d’analyse de cette technique d’imagerie reposant sur la diffusion d’ultrasons restent toutefois largement sous-exploitées. S’efforçant d’améliorer les performances de l’échographie, les travaux de scientifiques lyonnais laissent entrevoir de nouveaux usages prometteurs dans le domaine biomédical.

Réponse impulsionnelle spatiale, appelée « oscillations transverses », permettant le marquage local des tissus, pour le mode d’imagerie échographique US-Tagging (marquage ultrasonore). C’est un nouveau mode d’imagerie échocardiographique permettant le suivi des structures anatomiques, afin de faciliter la détection précoce et le suivi des pathologies cardiaques, comme par exemple l’infarctus du myocarde. L’originalité de cette technique repose sur le marquage local des tissus grâce à une formation d’images échographiques spécifique. © Hervé LIEBGOTT/CNRS Images

Au fil des années et des améliorations dont elles ont bénéficiées, certaines techniques d’imagerie médicale sont devenues des outils de diagnostic incontournables pour un large éventail de pathologies. Dans ce domaine, l’imagerie par résonance magnétique (IRM) et le scanner figurent parmi les appareils les plus performants. Le coût élevé de ces équipements limitant toutefois leur déploiement à grande échelle, leur usage se limite bien souvent au diagnostic préliminaire des cancers, des maladies vasculaires et des pathologies cérébrales. Afin de pallier ce manque de disponibilité, des scientifiques cherchent donc à améliorer l’efficacité d’autres techniques d’imagerie plus faciles d’accès comme l’échographie¹. Depuis quelques années, c’est la piste qu’explore Pauline Muleki-Seya au Centre de recherche en acquisition et traitement de l’image pour la santé (Creatis)². Ses travaux les plus récents se focalisent sur l’évaluation des plaques d’athéromes qui se déposent sur la paroi interne des artères carotides. Constituées principalement de lipides, ces plaques qui tendent à s’épaissir au cours du temps peuvent être à l’origine de graves complications telles que l’accident vasculaire cérébral (AVC).

Mise en place de l’échographe de recherche à l’hôpital de la Croix Rousse pour réaliser des acquisitions ultrasonores sur les patients. © Pauline Muleki Seya

Répondre à un enjeu de santé publique

Parmi les 140 000 nouveaux cas d’AVC répertoriés chaque année en France, 28 000 résulteraient de la rupture de plaques carotidiennes. Le suivi de l’évolution des plaques d’athérome chez les personnes les plus à risque constitue ainsi un enjeu de santé publique majeur. « Nos investigations dans ce domaine visent à utiliser des acquisitions ultrasonores obtenues à l’aide de sondes échographiques pour quantifier deux composantes des plaques associées à un risque de rupture, à savoir la présence de microvaisseaux et les hémorragies se produisant à l’intérieur de la plaque », explique Pauline Muleki-Seya. Afin de caractériser ces deux indicateurs, la physicienne CNRS spécialiste des ultrasons et son équipe ont eu recours à une sonde matricielle. Tout comme l’IRM, et à la différence d’une sonde linéaire classiquement utilisée lors d’un examen échographique, la sonde matricielle permet d’acquérir des images en trois dimensions de la zone ciblée. Grâce à la mesure en volume du coefficient de rétrodiffusion³ renseignant sur la manière dont le tissu diffuse les ultrasons, les scientifiques entendent caractériser la microstructure tissulaire des plaques d’athérome. Obtenir une mesure précise et en trois dimensions du coefficient de rétrodiffusion est primordial car cette donnée renseigne sur l’existence de facteurs de fragilisation de la plaque comme la présence d’hémorragie à l’intérieur de la plaque ou le développement de nouveaux vaisseaux sanguins. « À l’appui de fantômes⁴ imitant les propriétés des tissus humains, dont on se sert pour évaluer les performances des techniques d’imagerie médicale, nous avons pu démontrer que l’emploi d’une sonde matricielle permettait d’améliorer de manière significative le niveau de résolution des mesures du coefficient de rétrodiffusion volumique », précise la scientifique.

Améliorer la prise en charge de l’athérosclérose

Pour obtenir des informations sur la microstructure vasculaire, l’équipe a eu recours à une autre méthode : l’imagerie par localisation ultrasonore. Inspirée de l’imagerie optique, cette autre technique nécessite l’injection préalable dans la circulation sanguine de microbulles d’air faisant office d’agent de contraste ultrasonores. « L’accumulation des trajectoires des microbulles détectées par la sonde matricielle permet d’établir une cartographie très fine de la microvascularisation tout en déterminant la vitesse de flux sanguin dans les différents vaisseaux », souligne Pauline Muleki-Seya. Dans le prolongement de ces travaux, la scientifique vient d’initier une première étude clinique chez l’Homme. Son objectif : tester la capacité de chacune des deux méthodes d’analyse éprouvées en laboratoire – mesure volumique du coefficient de rétrodiffusion et imagerie par localisation ultrasonore – à caractériser le niveau de sténose⁵ et la composition des plaques – présence d’hémorragie et de néovaisseaux⁶ entre autres – chez une quinzaine de personnes souffrant d’athérosclérose. Les conclusions de cette première étude clinique devraient contribuer à une meilleure prise en charge de cette maladie. « Pour les patients dont l’imagerie ultrasonore et la mesure du coefficient de rétrodiffusion révéleraient un degré de sténose limité associé à une grande instabilité dans la structure interne des plaques, un traitement chirurgical de l’artère par angioplastie⁷ devrait immédiatement être proposée, extrapole la scientifique. À l’inverse, si la structure des plaques reste stable malgré une sténose élevée, l’intervention pourrait être écartée au profit d’un suivi médical rigoureux du patient. »

Imagerie ultrasonore : une nouvelle lecture de la microstructure des tissus © Emilie Josse

L’imagerie ultrasonore comme alternative à la biopsie

L’utilisation d’ultrasons dans le domaine biomédical pourrait également se révéler pertinente pour le suivi de l’efficacité du traitement par chimiothérapie de certains cancers. À l’heure actuelle, le seul examen permettant de mener cette évaluation sur les tumeurs reste la biopsie. Au-delà de son aspect invasif, ce prélèvement d’un échantillon tumoral ne peut être réalisé qu’une fois le protocole thérapeutique achevé, ce qui implique souvent un délai de plusieurs semaines. Bien qu’une autre forme de thérapie soit immédiatement proposée au patient en cas d’échec du traitement par chimiothérapie, ses chances de rémission s’en trouvent inévitablement réduite. Dans la perspective d’obtenir une évaluation précoce et non-invasive de l’efficacité de la chimiothérapie, Pauline Muleki-Seya étudie la possibilité d’employer l’imagerie ultrasonore. Ces travaux réalisés en collaboration avec Aurélie Dutour, biologiste au Centre anticancéreux Léon Bérard et rattachée au Centre de recherche en cancérologie de Lyon (CRCL)⁸, portent sur l’ostéosarcome, une tumeur maligne osseuse qui touche principalement les adolescents et les jeunes adultes. « Nos recherches en la matière visent à évaluer la possibilité d’identifier les biomarqueurs de la structure tissulaire des tumeurs à partir de la propagation des ondes ultrasonores », complète la physicienne. Testée sur des ostéosarcomes issus de rongeurs exprimant cette pathologie, cette approche a permis d’observer des modifications de la structure microtissulaire de ces tumeurs en dépit de leur faible niveau de réponse à la chimiothérapie. Les variations du coefficient de rétrodiffusion du tissu tumoral révélées par spectroscopie ultrasonore attestent par ailleurs de l’intérêt de cette technique d’analyse non-invasive pour le suivi d’autres tumeurs solides traitées par chimiothérapie. Face à ces premiers résultats encourageants, l’équipe envisage désormais de recourir à la spectroscopie ultrasonore pour évaluer l’efficacité d’autres formes de traitements de l’ostéosarcome comme la thérapie anti-angiogénique qui cible les vaisseaux sanguins des tumeurs cancéreuses.

En s’efforçant d’améliorer les performances d’une technique d’imagerie relativement répandue et simple d’utilisation, ces travaux devraient contribuer à relever l’un des grands défis de l’ingénierie de la santé qui est celui du renforcement de la prise en charge des maladies.

Article rédigé par Grégory Fléchet, journaliste scientifique – Janvier 2026

—————————————————————

¹ L’échographie repose sur l’utilisation des propriétés des ultrasons émis par la sonde de l’échographe. Ceux-ci se réfléchissent sur l’organe cible et produisent un écho, dont le retour permet d’obtenir des images de la zone examinée.

² Unité CNRS/Inserm/Insa Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1

³ Phénomène par lequel des particules, des rayonnements ou des ondes sont déviés à un angle supérieur à 90° par rapport à leur direction initiale suite à leur interaction avec la matière.

⁴ Constitués de gel d’agarose, les fantômes sont de petits cubes ou cylindres de texture gélatineuse utilisés en physiologie pour simuler les tissus mous.

⁵  Rétrécissement anormal du calibre d’une artère ou d’une veine compromettant la circulation sanguine. 

⁶  Dérivation vasculaire qui se forme spontanément en cas d’occlusion d’une artère.

⁷ Technique médico-chirurgicale visant à élargir une artère, rétrécie ou obstruée par un dépôt de plaque.

⁸ Unité CNRS/Inserm/Centre Léon Bérard/Université Claude Bernard Lyon 1

Ces recherches ont été financées en tout ou partie, par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) au titre du projet ANR-CARPUS-AAPG2020. Cette communication est réalisée et financée dans le cadre de l’appel à projet Sciences Avec et Pour la Société – Culture Scientifique Technique et Industrielle pour les projets JCJC et PRC des appels à projets génériques 2020 (SAPS-CSTI-JCJ et PRC AAPG 20).