Seminars

Author: Adrien Rohfritsch
Time: 11H00
Language: French/English
Place: Conference Room at LabTAU

Abstract: 

La connaissance précise des propriétés acoustiques d’un milieu hétérogène est d’une importance majeure dans de nombreux domaines d’application, tels que l’imagerie, le contrôle non destructif, le développement de métamatériaux ou la thérapie par ultrasons focalisés. La propagation des ultrasons dans un tel milieu est régie à la fois par les propriétés de l’onde incidente, la taille des hétérogénéités du milieu, leurs propriétés acoustiques et leur distribution spatiale. La prise en compte de tous ces facteurs est un défi qui limite la plupart du temps le champ d’application d’une ´étude numérique ou d’un modèle théorique. Nous présentons un code de calcul récent, MuScat, qui permet de pallier ces problèmes. Il rend possible le calcul du champ formé par l’interaction de l’onde incidente avec un milieu peuplé de plusieurs milliers de diffuseurs cylindriques ou sphériques. Ce code fréquentiel prend en compte les effets de diffusion multiple `a tous les ordres ainsi que la taille des particules, leurs propriétés mécaniques et leurs positions. Ce dernier point permet de modéliser exactement n’importe quel type de microstructure (i.e. la distribution spatiale des diffuseurs dans l’espace). La diffusion par une particule est modélisée par la matrice de diffusion décomposée sur la base modale, et les interactions entre particules sont décrites à l’aide de la théorie de la diffusion multiple linéaire.

Une première étude d´démontre la possibilité de tirer profit des corrélations spatiales à courte portée (appelées SRC pour Short Range Correlation) et longue portée (SHU, pour Stealth Hyperuniform) afin de fabriquer des matériaux aux propriétés surprenantes et très prometteuses pour le d´développement de m´métamatériaux de nouvelle génération. Une seconde ´étude se focalise sur la détection de lésions créées par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) à l’intérieur du tissu hépatique. Le passage du faisceau focalisé créé une anisotropie locale dans le réseau cellulaire, qui modifie le signal rétrodiffusé par le milieu. Nous quantifions ce phénomène grâce à des simulations numériques et le corrélons à l´évolution du facteur de structure de la zone traitée. Nous montrons pour finir de premiers résultats expérimentaux ouvrant la voie à un nouveau moyen de suivi temps réel des traitements thermiques par HIFU.

Author: Christina Tsarsitalidou
Time: 11H00
Language: French/English
Place: Conference Room at LabTAU

Abstract: Seismic imaging constitutes a fundamental building block of Earth Science research as the obtained
images or snapshots of our planet’s interior challenge our understanding of plate tectonics, yield
information on fault zone environments and inform many near-surface engineering applications. In
this work, we explore the imaging potential of refocusing surface waves reconstructed from noise
correlation functions so as to estimate the seismic velocity. At zero lag-time, converging surface
wave fields create a large amplitude feature at the origin referred to as focal spot. Its properties are
governed by local medium properties and have long been used in medical imaging approaches such
as passive elastography. We treat dense seismic arrays equivalent to medical ultrasound transducers
that allow the reconstruction of focal spots at near-field distances. We focus on demonstrating the
general applicability of the method using the USArray dataset, but we also investigate the biasing
effects of ambient wave field properties on our estimates, like impinging body wave energy and
non-isotropic energy flux.

Author: Marie Muller
Time: 11:00
Place: Salle de conférence de l'INSERM, 151 Cours A. Thomas

Summary: Parce qu'ils sont non-invasifs, relativement peu coûteux et faciles d’accès, les ultrasons sont une modalité d'imagerie et de caractérisation des tissus particulièrement attractive. Par ces aspects, cette modalité est plus prometteuse que toute autre pour le screening de maladies répandues (comme le cancer et l’ostéoporose, qui affectent des millions d'individus chaque année), ainsi que pour le suivi de la réponse de patients à des traitements thérapeutiques. Il y a cependant de gros inconvénients aux méthodes ultrasonores: elles manquent de spécificité, et ne sont pas adaptées à des organes a la structure complexe tels que l'os et le poumon, car la propagation ultrasonore ne s'y fait pas de manière classique. Il est toutefois possible de tirer profit de la complexité de ces milieux, pour révéler de nouvelles sources de contraste. La propagation des ondes ultrasonores dans des milieux tels que l'os et le poumon est associée à des phénomènes de diffusion qui peuvent être exploités. En modélisant la diffusion et l’atténuation ultrasonore en milieu complexe plutôt que de simplement se fonder sur des principes d’écholocation, il est possible de caractériser la microstructure de manière quantitative. Nous présenterons des exemples dans les réseaux vasculaires angiogeniques, dans l'os et dans le poumon. Nous montrerons comment ces mécanismes de diffusion peuvent être invoqués pour évaluer la malignité de tumeurs, l’ostéoporose ou des pathologies telles que la fibrose ou l'oedème pulmonaire.

Author: Dr Mario Ries – Image Sciences Institute-University Medical Center Ultrecht
Time: 2 PM
Place: LabTAU – Conference Room

Summary: 
While therapeutic HIFU applications in the linear pressure regime have meanwhile established their place in numerous clinical applications, non-linear acoustic phenomena have despite their considerable potential so far been left largely unexploited.
Here we contrast the in-vivo experience of the UMC-Utrecht with non-linear acoustic applications for local control vs systemic therapy. Shock wave enhanced HIFU thermotherapy can hereby overcome the typical limitations of HIFU ablations in high perfused organs such as the liver, while mechanical tissue fractionation allows transforming immunologically 'cold' Neuroblastoma tumors into responsive 'hot' tumors, which in combination with immune checkpoint inhibitors lead to a systemic response.

Author:  Xueding Wang
Summary: 

Photoacoustic imaging (PAI), also referred to as optoacoustic imaging, is an emerging biomedical imaging technology that is noninvasive, nonionizing, with high sensitivity, satisfactory imaging depth and good temporal and spatial resolution. Like conventional optical imaging, PAI presents the optical contrast which is highly sensitive to molecular conformation and biochemical contents of tissues and can aid in describing tissue metabolic and hemodynamic changes. Unlike conventional optical imaging, the spatial resolution of PAI is not limited by the strong light diffusion but instead determined by the measurement of light-generated ultrasonic signals. As a result, the resolution of PAI is parallel to high-frequency ultrasonography.

At the University of Michigan School of Medicine, our research has been focused on clinical applications of PAI, including arthritis, cancer, liver conditions, Crohn’s disease, and eye diseases.  In this talk, I will introduce some of our recently development of PAI technologies, including 1) development of point-of-care PAI system for human inflammatory arthritis, and 2) development of quantitative PAI for evaluating histological microfeatures and microenvironment of cancer. I will also present our recent development of a photoacoustic based anti-vascular technology named photo-mediated ultrasound therapy (PUT). Using a combination of a low intensity laser concurrently with ultrasound, PUT can noninvasively remove microvessels without damaging surrounding biological tissue, and shows potential to the treatment of a variety of diseases associated with neoangiogenesis, such as age-related macular degeneration and diabetic retinopathy.
Time:15:00
Place:Salle de conférence

Author: Zhishen Sun
Background: Elastography uses shear waves to measure or map the shear modulus for the soft biological tissues [1]. The electromagnetic actuators in magnetic resonance elastography were inexpensive and comparatively simple, and they could work over a wide range of frequency and produce large displacements on the order of 400 μm [2].  However, the electromagnetic actuators currently reported could only work in the MRE but not in ultrasound elastography or optical coherence elastography (OCE) because a strong static magnetic field was needed to create the Lorentz force. On the other hand, induction of shear wave using transcranial magnetic stimulation succeeded in generation of shear wave in soft biological tissues contactlessly [3]. But the shear wave produced by this method was too weak for clinical application - on the order of 0.5 μm. Moreover, this method required additional permanent magnets to create a static magnetic field. This article describes an electromagnetic actuator for the generation of shear waves in the soft media.

Aims: This work aims to confirm the feasibility of generation of shear waves in soft media using an electromagnetic actuator.

Methods: The physics of the force acting on the actuator is explained using classical electromagnetism. The characteristics of the force acting on the actuator are studied by the displacement measurement using an interferometric laser probe (Interferometric probe SH-140, THALES LASER S.A., Orsay, France). The shear wave displacement field generated by the actuator in the PVA phantom is imaged by an ultrasound scanner (Verasonics Vantage 256TM, Washington, USA). The shear wave displacement field was also simulated using the Green function.

Results: The interferometric laser measurement confirms the characteristics of the force acting on the actuator. The actuator generates a shear wave field source of amplitude of 20 μm in the sample of polyvinyl alcohol (PVA) phantom. The shear wave fields created in the PVA phantom by experiments agrees well with that by simulation.

Conclusions: The electromagnetic actuator proves to generate strong shear wave displacement fields.

Author: Thomas Payen
Summary: Harmonic Motion Imaging for pancreatic cancer detection and treatment monitoring- Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is one of the deadliest cancers mostly because of late detection due to lack of or unspecific symptoms. One of the main characteristics of PDA is its unusually dense stroma which lower chemotherapy perfusion and efficiency. Developing an imaging technique fit for screening purposes and capable of probing this deep-seeded organ is crucial to improve pancreatic cancer prognosis. During my postdoc at Columbia university, I worked on developing an elastography technique called Harmonic Motion Imaging (HMI) based on an amplitude modulated HIFU signal. The technique was performed in vivo in genetically-engineered mouse models for early tumor detection, pancreatic tissue characterization, and treatment monitoring. HMI was shown to be capable of differentiating healthy pancreas, PDA, and even premalignant pancreatic intraepithelial neoplasias (PanINs), showing that pancreatic tissues get stiffer as the disease progresses. The mechanical response of tumor tissue to HIFU ablation, chemotherapy and stroma depleting enzyme were all successfully monitored with HMI. Finally, HMI was transferred to postsurgical human specimen to demonstrate its feasibility. The technique was capable of detecting both the tumor within perilesional tissue, and regions with normal tissue. In addition, response to neoadjuvant therapy (chemotherapy and radiations) were detected in tumor and normal pancreatic tissue. HMI could potentially prove to be highly beneficial in pancreatic cancer to improve its poor clinical prognosis with early detection, specific characterization, and treatment monitoring
Time:11:00
Place: Salle de réunion LabTAU 151 Cours A.Thomas Lyon

Author: Karla P. Mercado-Shekhar, Ph.D.
Summary: Clot stiffness is inversely correlated with rt-PA thrombolytic efficacy in vitro  -Predicting thrombolytic susceptibility to recombinant tissue plasminogen activator (rt-PA) a priori could help guide clinical decision-making during acute ischemic stroke treatment and avoid adverse off-target lytic effects. Prior research has shown that the composition and structure of clots impact their mechanical properties and rt-PA thrombolytic efficacy. The goal of the current research was to determine the relationship between clot elasticity and rt-PA thrombolytic efficacy in vitro. Human and porcine mildy and highly retracted clots were fabricated in glass pipettes. The rt-PA thrombolytic efficacy was evaluated in vitro using the percent clot mass loss. A second set of clots were embedded in agar phantoms. Subsequently, the Young’s modulus of each clot was estimated using single-track-location shear wave elasticity imaging. The imaging sequence was implemented using a Verasonics Vantage 256 system equipped with an L7-4 linear array. The results revealed an inverse relationship between the Young’s moduli and clot mass loss, indicating that stiffer clots are more difficult to lyse with rt-PA. This work suggests that clot stiffness may serve as a predictive metric for rt-PA thrombolytic efficacy. Additionally, this presentation will briefly discuss ongoing projects at the Image-guided Ultrasound Therapeutics Laboratories in the University of Cincinnati. These projects include ultrasound-assisted thrombolysis, ultrasound-triggered bioactive gas delivery, and passive cavitation image guidance and monitoring of ultrasound therapeutics.
Time:11:00
Place: Salle de conférence

Une conférence de Mickael TANTER, de l'Institut Langevin (ESPCI Paris),  qui sera donnée dans le cadre des conférences du CRNL.
Elle sera accomapgnée par une présentation de Ludovic LECOINTRE, de ICONEUS, une spin-off spécialiste en neuro-imagerie fonctionnelle, notamment par ultrason.

Lundi 2 juillet 2018 11h30
Lieu: Amphitheâtre M Hemingway, Bâtiment IDEE, Pôle Hospitalier Lyon Est Bron

En savoir plus :  Mickael_TANTER_Conference_CRNL.pdf

                          ICONEUS.pdf

Source : Les conférences du CRNL

Author: Simon Bernard
Summary: 

Les méthodes d’imagerie basées sur une modélisation numérique complète de la propagation d’ondes dans un milieu hétérogène sont de plus en plus utilisées en sismologie. Ces approches cherchent à identifier la distribution spatiale des paramètres (vitesse de propagation par ex.) du sous-sol en minimisant l’écart entre l’ensemble des sismogrammes enregistrés et les signaux simulés correspondants (inversion de formes d’ondes complètes), ou parfois plus simplement l’écart sur des temps de vol de l’onde entre différentes positions (tomographie de temps de vol).

Dans les deux cas, la précision et la résolution des images sont améliorées par rapport aux méthodes basées sur des approximations (tracé de rayons par ex.) ou sur une simple projection spatiale des signaux (beamforming), au prix d’un coût numérique plus important. Ce coût peut néanmoins être contenu par l’emploi de la méthode dite du champ adjoint, proche du concept de retournement temporel, et n’est plus aujourd’hui une limite aux applications dans le domaine ultrasonore.

Je présenterais deux applications en imagerie médicale : la tomographie ultrasonore des os et l’élastographie par ondes de cisaillement. Dans le premier cas, l’objectif est d’obtenir une carte de la vitesse de propagation des ultrasons dans la section transverse des os long à l’aide d’une antenne circulaire entourant le membre (bras ou jambe), pour obtenir des informations morphologiques et mécaniques sur l’os. Dans la seconde application, il s’agit de corriger les artefacts de diffraction associés à la méthode de reconstruction classique pour obtenir une meilleure évaluation de la rigidité et de la géométrie de lésions dans les tissus mous.

Time:11:00
Place:Salle de Conférence, LabTAU 151 Cours ALbert Thomas, LYON

Author: Emilie Franceschini
Summary: Cette présentation porte sur les techniques de spectroscopie ultrasonore permettant d’estimer les structures cellulaires au sein des tissus. Ces techniques permettent de différencier des tissus sains et pathologiques ou de faire le suivi de thérapie. 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 classiques 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. Déterminer les modèles de diffusion adaptés à un amas dense de cellules et identifier les structures cellulaires responsables de la diffusion sont les deux thématiques principales que je développerai. Nous comparons différents modèles de diffusion et discutons de leurs limites à travers des expériences hautes fréquences (10-45 MHz) sur des biofantômes de cellules vivantes ou apoptotiques.
Time:11:00
Place:Salle de réunion, LabTAU u1032 151 Cours A.Thomas, LYON

Author: Lawrence A. Crum Professor of Bioengineering and Electrical Engineering, Center for Industrial and Medical Ultrasound, University of Washington, Seattle, USA

Dr. Lawrence A. Crum is currently Principal Physicist and Chair of the Department of Acoustics and Electromagnetics in the Applied Physics Laboratory, and Research Professor of Bioengineering and Electrical Engineering at the University of Washington. He has held previous positions at Harvard University, the U. S. Naval Academy and the University of Mississippi, where he was F. A. P. Barnard Distinguished Professor of Physics and Director of the National Center for Physical Acoustics. He has published over 180 articles in professional journals, presented over 200 papers at professional meetings, and holds an honorary doctorate from the Universite Libre de Bruxelles. He is Past President of the Acoustical Society of America and current President of the Board of the International Commission for Acoustics. In June of 2000, he was awarded the Helmholtz-Rayleigh Interdisciplinary Silver Medal of the Acoustical Society of America.
Summary: Acoustic cavitation is a phenomenon that involves the interaction of an acoustic field with a gas bubble in a liquid. Since a bubble has a compressibility many orders of magnitude more than a liquid, the gas bubble can act as a means of concentrating the energy of the acoustic field to a restricted region of time and space. Concentrations of energy on the order of eleven orders of magnitude have been reported. This lecture will introduce cavitation as a physical phenomenon and describe some applications of cavitation to current topics in medical ultrasound.
Time:11:00
Place:Conference room, LabTAU, INSERM 151 Cours Albert Thomas

Auteur : Antoine Nordez
Résumé : Les propriétés biomécaniques d’un muscle ou d’un tendon peuvent aisément être évaluées sur modèle animal in vitro ou ex vivo. Ces évaluations sont fondamentales pour analyser la fonction musculaire et comprendre les effets d’entraînements, de désentraînement ou de pathologies. In vivo chez l’homme, des ergomètres peuvent être utilisés, mais ils renseignent sur les propriétés globales d’un système musculo-articulaire, sans différencier les comportements complexes des très nombreux muscles et structures constituant ce système. L’imagerie (principalement l’IRM ou l’échographie) permettent de mesurer des déplacements tissulaires au sein du système mais ne permet pas d’évaluer directement les propriétés mécaniques des muscles, ni les niveaux de tension ou de contrainte qu’ils subissent. En biomécanique musculaire ou tendineuse, nous sommes donc particulièrement intéressés par l’utilisation des méthodes d’élastographie. Lors de cette présentation, une synthèse des travaux réalisés dans notre laboratoire sera réalisée (voir les principales références ci-dessous). Je présenterai en particulier les atouts et limites de la technique commercialisée d’élastographie que nous avons utilisé (Supersonic Shear Imaging). Bien que nous ayons principalement mené des études fondamentales, de nombreuses applications cliniques de l’élastographie peuvent être envisagées sur la base de ces études.

Author: Emily White MD Director of operations, Charlottesville, USA
Summary: Emily White, MD joined the Foundation in 2016 as Director of Operations. Prior to joining the Foundation, Dr. White was a private consultant working in operations and business development support in the healthcare and medical start-up space. Her clients have included everything from a 4,000+ employee, publically traded, health care company to a brand new start-up with two employees. Her background includes training in general surgery, leadership positions in several highly technical start-up companies with federal clients, non-profit executive management and over 25 years of grant writing experience. She completed her undergraduate degree in Biology & Anthropology at Smith College, holds certification for Community Conflict Resolution from Loyola Law School, and is a University of Virginia School of Medicine graduate.