Approche dynamique

Suite aux travaux de Sarvazyan et Rudenko (Rudenko, Sarvazyan 1996) sur le ''vent acoustique'', la mesure des vitesses induites par des faisceaux ultrasonores focalisés a été proposée dans la détection ultrasonore d'hémorragies internes (Hartley 1997, Shi, Martin 2002). Simultanément, dans la continuité des travaux réalisés en élastographie statique liés à la thématique des thromboses veineuses, l'élastographie dynamique a elle aussi été appliquée à l'étude du phénomène de la coagulation sanguine, à travers l'évolution des paramètres viscoélastiques qu'elle induit. La plupart des modalités d'excitation (vibreur externe, force de radiation) et d'inversion (temps de vol, gradient de phase, inversion directe...) présentées au chapitre 1 ont ainsi été utilisées et sont présentées dans la suite de cette section.

Dans la lignée des travaux de Walker en 2000 (Walker, Fernandez 2000), Viola proposa une méthode dénommée sonorhéométrie, basée sur l'étude des déplacements induits par force de radiation continue afin de monitorer in vitro les effets de la rigidification du caillot sanguin en développement (Viola, Kramer 2004, Viola, Walker, 2003). Du fait de l'indétermination de la force exacte appliquée par le champ ultrasonore focalisé sur le milieu sondé, la méthode ne permet pas la quantification exacte du module viscoélastique de cisaillement mais considère plutôt les élasticité et viscosité relatives (indépendantes de la force), ainsi que les constantes

3 jours 6 jours

de temps associées. A travers l'étude de la compliance de thrombus en formation, la sonorhéométrie a récemment permis de mettre en évidence les effets d'agents fibrinolytiques sur la cinétique de la coagulation du sang humain (Viola, Mauldin Jr 2010).

L'élastographie transitoire permet d'estimer in vitro la viscoélasticité du sang en phase de coagulation en combinant les mesures de vitesses et d'atténuation des ondes de cisaillement avec un modèle rhéologique choisi a priori. A l'aide d'un vibreur externe et d'un transducteur monoélément, Gennisson et al. (Gennisson, Lerouge 2006) appliqua la méthode d'inversion directe unidimensionnelle, aux ondes de cisaillements induites dans un bécher contenant du sang de porc en coagulation. L'inversion, basée sur l'hypothèse que le sang coagulé était régi par un modèle de Voigt a permis de mettre en évidence les effets de l'hématocrite, de l'héparine ou encore de la concentration de fibrinogène sur la cinétique de la coagulation sanguine. Les travaux présentés dans (Schmitt, Hadj Henni 2011) peuvent être perçus en plusieurs points comme une généralisation de l'approche unidimensionnelle et monofréquentielle présentée par Gennisson et al. En effet, la propagation d'ondes de cisaillements planes induites par la vibration d'une plaque est mesurée sur toute la largeur de la barrette ultrasonore (2D) et ce, sur une plage fréquentielle de 50 à 160 Hz. La partie réelle du vecteur d'onde, liée à la vitesse des ondes de cisaillement, est calculée à l'aide d'une transformée de Fourier spatiale selon la direction de propagation des ondes de cisaillement, tandis que la partie imaginaire, liée à la viscosité, est estimée à partir de la décroissance de l'amplitude de l'onde au cours de la propagation. Enfin, le module complexe de cisaillement est déduit à l'aide du vecteur d'onde complexe, de la densité du matériau et de la fréquence angulaire. Estimer ainsi le module complexe de cisaillement sur une large plage fréquentielle présente l'avantage de ne formuler aucune hypothèse a priori sur le modèle rhéologique gouvernant le comportement du milieu de propagation. Ainsi, l'application consécutive de plusieurs modèles rhéologiques aux données expérimentales a permis de déterminer que le modèle de Zener était plus à même de décrire la dépendance fréquentielle du module complexe de cisaillement.

Les méthodes de temps de vol (Bernal, Gennisson), de vibrométrie (Ting-Yu, Chih- Chung 2010) et de gradient de phase (Huang, Chen 2013) ont elles aussi été appliquées à la mesure des propriétés mécaniques du sang au cours de la coagulation, démontrant le réel intérêt de la communauté dans ce domaine. Dans ces études, les protocoles expérimentaux

utilisent tous la force de radiation comme source d'ondes de cisaillement et diffèrent principalement dans la méthode d'inversion. (Bernal, Gennisson) ont appliqué de manière directe la modalité SSI (Supersonic Shear Imaging) afin de suivre la rigidification du thrombus au fil de la coagulation. En l'état actuel, la viscosité n'a pas été étudiée, cependant, on peut supposer de telles investigations dans l'avenir suites au travaux de (Deffieux, Montaldo 2009), proposant une approche spectroscopique à la technologie SSI. Dans le cas de la vibrométrie (Ting-Yu, Chih-Chung 2010), l'inversion est basée sur l'utilisation du modèle théorique présenté dans (Aglyamov, Karpiouk 2007) décrivant le déplacement d'une sphère rigide de très petite taille dans un milieu viscoélastique en réponse à l'application d'une force de radiation. Selon ce modèle, l'amplitude des déplacements observés dépend simultanément de la force appliquée et des propriétés viscoélastiques du milieu de propagation. Par conséquent, tout biais dans l'estimation de l'amplitude de la force de radiation au niveau de la sphère, qu'il soit lié à la position de la sphère dans le champ acoustique où à la modélisation même de celui-ci, se répercutera sur l'estimation de la viscoélasticité. On retrouve ici la problématique rencontrée par Viola et al. dans le cadre de la sonorhéométrie, justifiant l'utilisation de valeurs relatives des paramètres mécaniques. De plus, in vivo, la substitution de la sphère métallique par une structure naturellement présente dans le sang peut être problématique car expérimentalement, l'écho très intense de la sphère permet sa localisation et sa densité (connue) est utilisée dans la formule d'inversion.

Dans (Huang, Chen 2013), l'étude de la dispersion des vitesses de propagation des ondes de cisaillement dans un bloc de sang coagulé permet, en assumant un modèle de Voigt, de déterminer l'élasticité et la viscosité du milieu. Ces travaux constituent une application supplémentaire de la méthode ''Shearwave Dispersion Ultrasound Vibrometry'' (Chen, Fatemi 2004, Shigao, Urban 2009) à la thématique de la rhéologie sanguine. La méthode, telle que présentée, présente cependant le désavantage de nécessiter l'utilisation simultanée de deux transducteurs: un pour la génération d'ondes de cisaillement (fréquence centrale de 1 MHz), le second dédié à l'imagerie (40 MHz). Néanmoins, il est intéressant de noter le très bon accord sur la viscosité estimée avec les études de (Ting-Yu, Chih-Chung 2010) et (Schmitt, Hadj Henni 2011) dans le cas du sang de porc à 40% d'hématocrite (0.29 Pa.s , 0.28 Pa.s et 0.33 Pa.s, respectivement).

Enfin, la méthode de mise en résonance de structures confinées (SWIRE) (Hadj Henni, Schmitt 2010), appliquée in vitro et ex-vivo sur des thrombus jeunes de sang de porc a démontré la faisabilité de l'approche ainsi que sa flexibilité face au type d'excitation (ondes planes, circulaires)(Schmitt, Montagnon 2013). De plus, le protocole expérimental considère des géométries anatomiques réelles, comme par exemple des portions de veine cave de porc et adresse les cas des thrombus partiels ou totalement occlusifs, deux configurations observées cliniquement. Cependant, dans sa formulation actuelle, la méthode ne permet pas d'estimer la viscosité du thrombus et propose une formulation de type problème inverse faisant appel à la méthode des éléments finis, rendant l'inversion lourde en termes calcul et de temps de calculs.