WO2024069059A1 - Method for ultrasound imaging of a microvascular structure - Google Patents

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WO2024069059A1
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contrast agents
ultrasound
imaging
predetermined
microvascular structure
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PCT/FR2022/051843
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Olivier Couture
Vincent HINGOT
Louise DENIS
Abderrahmane AISSANI
Sylvain BODARD
Jean-Michel CORREAS
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Sorbonne Universite
Centre National De La Recherche Scientifique
Institut National De La Sante Et De La Recherche Medicale
Assistance Publique Hopitaux De Paris
Universite Paris Cite
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    • A61B8/06Measuring blood flow

Definitions

  • the subject of the present invention is a method for ultrasonic imaging of a microvascular structure, and in particular of a functional unit of an organ of the human or animal body or a physiological or pathological process affecting microcirculation.
  • the method makes it possible in particular to obtain imaging of the glomeruli of the kidney.
  • the invention also relates to a device enabling the method to be implemented.
  • glomerulus One of the basic functional units of the kidney is the glomerulus.
  • This component of the nephron is a tangle of capillaries located between two resistance vessels (afferent arteriole and efferent arteriole) which provides its filtration capacity.
  • the glomerulus is impacted by several chronic diseases such as hypertension, diabetes, autoimmune diseases and cancer which can lead to its complete destruction and therefore to the loss of its filtration functions. Imaging of glomeruli is necessary for the exploration, diagnosis and understanding of these pathologies.
  • the diameter of glomeruli in humans is approximately 200 microns, which is well below the resolution limit of most medical imaging techniques, and their function is only indirectly assessed in the clinic. , by blood or urine tests which provide access to the overall glomerular filtration rate and not to the observation of individual glomeruli. Renal biopsy is the only current way to observe and analyze these structures.
  • Indirect techniques for example using organ perfusion by contrast agents, can be used to enable characterization of organ perfusion.
  • methods that can image the microcirculation directly such as confocal microscopy, two-photon microscopy, optical coherence tomography are limited by their penetration or high invasiveness. They can only image microstructures at a depth of a few hundred microns, at best, while keeping the animal alive.
  • Ultrasound localization microscopy (ULM) technology has made it possible to overcome the compromise between resolution and penetration by making it possible to visualize the microcirculation in depth. It relies on tracking isolated clinical contrast agents, namely microbubbles, moving through blood vessels and has since been implemented in humans. It is carried out through the following steps:
  • the ULM technique is an acoustic super-resolution technique making it possible to map the microcirculation with unprecedented resolution on the scale of the organ of a living animal, which typically allows a gain of a factor of ten.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks.
  • the subject of the invention is thus a method of ultrasonic imaging of a microvascular structure.
  • the method according to the invention comprises:
  • the concentration of the contrast agents and/or the ultrasound frequency of the imaging being chosen so as to that the contrast agents are sufficiently distant to prevent interference between their echoes
  • the injection step is typically carried out intravenously and it is the circulation which distributes the contrast agents.
  • the step of carrying out the imaging can thus be carried out by selecting and displaying the contrast agents monitored individually and having a predetermined behavior characteristic of the circulation of the contrast agents in the microvascular structure.
  • the contrast agents (the microbubbles) visualized travel through the glomeruli by swirling through the capillary balls which form them.
  • the invention consists of translating this very precise behavior distinct from what is expected in the other vessels of the kidney to allow classification of unique contrast agents circulating in glomeruli.
  • An example of predetermined behavior representative of glomeruli is stationary behavior of contrast agents over a certain period of time.
  • Said predetermined behavior characteristic of the circulation of the contrast agents in the microvascular structure may be a predetermined movement (for example a whirling in the case of glomeruli), a predetermined passage time and/or a predetermined speed of the contrast agents. .
  • Said predetermined behavior characteristic of the circulation of contrast agents in the microvascular structure may also be a variation in the amplitude of the linear or non-linear echo of the contrast agent.
  • Other predetermined behaviors can for example be a swirling movement of the contrast agents, or other types of movement, modifications of their speed, a residence time in a restricted zone, their average free path, or again their dispersity.
  • this classification it is possible to generate a specific image of these microvascular structures, from trajectories compatible with the predetermined behavior.
  • This image can then be used to derive fundamental information about these structures, such as their number, their size, their location and their distribution in space.
  • the microvascular structure can be a functional unit of the zone, said zone being an organ.
  • the contrast agents are advantageously separated by a distance at least equal to the wavelength of the ultrasound.
  • the contrast agents may be microbubbles.
  • the microvascular structure may be a glomerulus of a kidney.
  • the predetermined behavior characteristic of the circulation of contrast agents in a glomerulus may be a predetermined movement, a predetermined passage time and/or a predetermined speed of the contrast agents.
  • Said predetermined behavior characteristic of the circulation of contrast agents in a glomerulus may be a predetermined swirling of the contrast agents.
  • the process may include:
  • the step of performing imaging of the glomeruli can be carried out by selecting contrast agents exhibiting a movement characteristic of a glomerulus and contrast agents having a speed greater than the first predetermined speed.
  • the method may further comprise a step of analyzing the number, position, and/or variability of the contrast agents in the glomeruli.
  • the invention also relates to a device enabling the method to be implemented.
  • the device according to the invention comprises:
  • - a system capable of imaging the microvascular structure, by ultrasound, and by selecting contrast agents monitored individually and having a predetermined behavior characteristic of the circulation of the contrast agents in the microvascular structure.
  • FIG. 1 illustrates a rat subjected to an imaging process according to the invention
  • FIG. 2 illustrates a kidney of the rat of Figure 1
  • FIG. 3 is a Doppler ultrasound of the kidney in Figure 2
  • FIG. 4 is an image of the kidney, obtained by an imaging method according to the invention.
  • FIG. 5 is a detailed view of the image in Figure 4,
  • FIG. 6 is a detailed view of the image of Figure 5,
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the speed of contrast agents in different areas of the rat kidney
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the persistence of contrast agents in different areas of the rat kidney
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the dispersity of contrast agents in different areas of the rat kidney
  • FIG. 10 is an image of the kidney obtained by ultrasound localization microscopy
  • FIG. 11 is an image of the kidney obtained by X-ray micro-tomography
  • FIG. 12 is a detailed view of the image in Figure 10 illustrating the counting of glomeruli
  • FIG. 13 is a detailed view of the image in Figure 11 illustrating the counting of glomeruli
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the probability of glomerulus density
  • FIG. 15 is an image of a human kidney obtained by an imaging method according to the invention.
  • FIG. 16 is a detailed view of the image of Figure 15,
  • FIG. 17 is a detailed view of the image of Figure 16 illustrating a first trajectory of a contrast agent in a glomerulus
  • FIG. 18 is a detailed view of the image of Figure 16 illustrating a second trajectory of a contrast agent in a glomerulus
  • FIG. 19 is a diagram illustrating the speed of contrast agents in different areas of the human kidney
  • FIG. 20 is a diagram illustrating the persistence of contrast agents in different areas of the human kidney
  • FIG. 21 is a diagram illustrating the dispersion of contrast agents in different areas of the human kidney.
  • the ULM is applied to observe the microvessels at low blood flow in a kidney 3 of rat 1, using a probe 2 ( Figures 1 and 2).
  • ULM consists of imaging the microbubbles in the microvasculature with an ultrasound scanner at a frame rate of 500 Hz and a contrast agent perfusion of 13 ⁇ l/min which allows the localization and subwavelength monitoring of the individual gas particles.
  • Eleven rats were examined using a research ultrasound machine and a 15 MHz high-frequency linear probe. The animals were placed in a supine position, and the left kidney was externalized to acquire ultrasound data in a P plane longitudinal to the kidney ( Figure 2).
  • the ultrasound acquisitions consisted of a sequence of amplitude modulation of long sets (LEAM in English or AMLE in French) in order to obtain classic linear data, allowing the observation of fast microbubbles, and non-linear data which reinforce the signal from slow or stopped microbubbles.
  • the ULM post-processing steps were then performed twice in order to obtain a tracking map of fast microbubbles, from the linear acquisition filtered with singular value decomposition (SVD), and a map of slow microbubbles to from non-linear acquisition.
  • Conventional “Power Doppler in English” ultrasound that is to say carried out using linear acquisition and SVD, is presented in Figure 3.
  • traces 4 of two independent microbubbles were followed along this path leading to a glomerular shape (enlarged in Figure 6): the microbubbles in the cortex appear to rise, then swirl before leaving again. Such behavior of microbubbles is observable along the intermediate vessels of the cortex.
  • a glomerular mask was also constructed by selecting cortical tracks with a high mean free path value, i.e. stagnant microbubbles. Tracks that have at least one point in the region were included in the region analysis.
  • the micro CT indicates that the capillary tangle detected in the ULM corresponds to the glomeruli Among the 11 rats examined by ULM in vivo, 6 were also observed post-mortem by micro CT (X-ray micro-tomography) after injection of barium contrast product at the end of the ultrasound acquisition.
  • the manual registration of the ULM (figure 10) and the micro CT section (figure 11) was carried out on a 160 pm section, that is to say corresponding to the elevation resolution of the ultrasound probe at level of the focal point.
  • Glomerular counting was performed using local regional high intensity maxima on the micro CT slice ( Figure 13).
  • capillary tangles were counted by selecting cortical tracks with a high mean free path value in the ULM ( Figure 12).
  • the calculation of the size of the glomeruli was also carried out in both modalities.
  • ULM for ULM, in 11 rats, we plotted the glomerular density curve as a function of the distance from the center of the glomeruli and for micro CT, the intensity curve as a function of the distance from the central pixel. The full width at half maximum of these normalized data was used to estimate glomerular diameter in all rats.
  • the glomeruli appear to have a similar diameter in both modalities, i.e. 60 pm in diameter, and smaller than those observed in the literature, i.e. 50 pm in radius.
  • ULM was performed on 5 transplant patients who underwent a routine clinical ultrasound examination at the hospital.
  • the ULM post-processing steps are similar to those performed in rats, except that, since the CEUS sequence is a non-linear sequence, the data was split with a band-pass filter to obtain the fast microbubbles, and with specific ULM parameters to highlight stagnant microbubbles.
  • This composite ULM density map presents the same glomerular shapes as rats in the distribution of the cortex (figure 15).
  • a specific zoom in this area confirms the presence of afferent and efferent arterioles (in green) with a rotating bubble in the middle of the path (in pink) (figure 16).
  • Tracks 5 and 6 are examples of this particular path (highlighted in Figure 16, and zoomed in Figures 17 and 18).
  • the glomeruli remain slower than the medullary (P ⁇ 0.05) and main (P ⁇ 0.001) vessels; they are more persistent, that is to say stagnant, than the medullary (P ⁇ 0.01) and main (P ⁇ 0.001) vessels; and they are also less dispersed than the medullary (P ⁇ 0.001) and main (P ⁇ 0.001) vessels.
  • the invention implements a new form of ULM which exploits the kinetics of individual microbubbles, including those circulating in the capillaries, to map the microarchitecture of the vessels.
  • ULM kinetics of individual microbubbles
  • the rotating microbubbles were tracked specifically in the cortex and further analysis of the traces confirms the presence of these particular shapes in this area, i.e. slower, more stagnant and less dispersed.
  • the method according to the invention therefore makes it possible to observe individual glomeruli in humans for the first time with a clinical imaging device.
  • Current imaging techniques only allow indirect estimation of the glomerular filtration rate, and not their distinct observation.
  • the process reduces the gap between anatomical imaging and functional imaging, since we are able to image the very structures responsible for the function of the organ. Thanks to ULM and the use of information given by the microbubble itself, it is possible to image functional microvascular units. This type of imaging makes it possible to study many organs and diseases such as diabetes or cancer. Additionally, acquisitions in humans were performed with a clinical ultrasound system widely available and used worldwide.

Abstract

The present invention relates to a method for ultrasound imaging of a microvascular structure, which method characterised in that it comprises: - a step of injecting ultrasound contrast agents into blood vessels in a region comprising a microvascular structure, - a step of ultrasound imaging the region comprising the microvascular structure while the contrast agents flow through the blood vessels, the concentration of the contrast agents and/or the ultrasound frequency of the imaging being chosen such that the contrast agents are sufficiently separated to prevent feedback, - a step of detecting/filtering and locating the contrast agents, - a step of individually monitoring the contrast agents, - a step of classifying the behaviours of the individually monitored contrast agents according to at least one predetermined behaviour characteristic of contrast agents flowing through the microvascular structure, and - a step of imaging the microvascular structure according to the thus-performed classification.

Description

Description Description
Titre de l’invention : PROCEDE D’IMAGERIE ULTRASONORE D’UNE STRUCTURE MICROVASCULAIRETitle of the invention: METHOD FOR ULTRASONIC IMAGING OF A MICROVASCULAR STRUCTURE
[0001] La présente invention a pour objet un procédé d’imagerie ultrasonore d’une structure microvasculaire, et en particulier d’une unité fonctionnelle d’un organe du corps humain ou animal ou un processus physiologique ou pathologique affectant la microcirculation. Le procédé permet notamment d’obtenir une imagerie des glomérules du rein. L’invention a également pour objet un dispositif permettant de mettre en œuvre le procédé. [0001] The subject of the present invention is a method for ultrasonic imaging of a microvascular structure, and in particular of a functional unit of an organ of the human or animal body or a physiological or pathological process affecting microcirculation. The method makes it possible in particular to obtain imaging of the glomeruli of the kidney. The invention also relates to a device enabling the method to be implemented.
[0002] Une des unités fonctionnelles de base du rein est le glomérule. Ce composant du néphron est un enchevêtrement de capillaires situé entre deux vaisseaux de résistance (artériole afférente et artériole efférente) qui fournit sa capacité de filtration. Le glomérule est impacté par plusieurs maladies chroniques comme l'hypertension, le diabète, les maladies auto-immunes et le cancer qui peuvent conduire à sa destruction complète et donc à la perte de ses fonctions de filtration. L'imagerie des glomérules est nécessaire pour l'exploration, le diagnostic et la compréhension de ces pathologies. Cependant, le diamètre des glomérules chez l'homme est d'environ 200 microns, ce qui est bien en dessous de la limite de résolution de la plupart des techniques d'imagerie médicale, et leur fonction n'est évaluée qu'indirectement en clinique, par des tests sanguins ou urinaires qui donnent accès au taux de filtration glomérulaire global et non à l'observation des glomérules individuels. La biopsie rénale est le seul moyen actuel d’observer et d’analyser ces structures. One of the basic functional units of the kidney is the glomerulus. This component of the nephron is a tangle of capillaries located between two resistance vessels (afferent arteriole and efferent arteriole) which provides its filtration capacity. The glomerulus is impacted by several chronic diseases such as hypertension, diabetes, autoimmune diseases and cancer which can lead to its complete destruction and therefore to the loss of its filtration functions. Imaging of glomeruli is necessary for the exploration, diagnosis and understanding of these pathologies. However, the diameter of glomeruli in humans is approximately 200 microns, which is well below the resolution limit of most medical imaging techniques, and their function is only indirectly assessed in the clinic. , by blood or urine tests which provide access to the overall glomerular filtration rate and not to the observation of individual glomeruli. Renal biopsy is the only current way to observe and analyze these structures.
[0003] De la même manière, de nombreuses structures fonctionnelles sont ainsi répertoriées à travers le corps humain, dans lesquelles l’architecture de la microvasculature est reliée très profondément à la fonction de l’organe. Par exemple, les îlots de Langherans et la sécrétion d’insuline dans le pancréas, les cellules de Kupffer et la filtration dans le foie. Pour toutes ces structures, l’imagerie médicale est limitée à l’observation de processus macroscopiques avec une mauvaise résolution, ce qui ne permet pas d’obtenir une compréhension des processus mis en jeu, ni de bons outils diagnostics. [0004] Jusqu’à récemment, les technologies d’imagerie de l’anatomie et de la physiologie microvasculaire sont limitées en raison de deux aspects contradictoires : la résolution et la pénétration. En effet, les techniques d’imagerie médicales telles que l’IRM, le scanner-X (CT) ou l’échographie n’arrivent pas à visualiser la microcirculation directement, leur résolution étant en général limitée à l’échelle du millimètre ou du submillimétrique (quelques centaines de microns ou plus). Des techniques indirectes, utilisant par exemple la perfusion de l’organe par des agents de contraste, peuvent être utilisées pour permettre la caractérisation de la perfusion de l'organe. À l’opposé du spectre, les méthodes pouvant imager la microcirculation directement telles que la microscopie confocale, bi-photon, la tomographie par cohérence optique sont limitées par leur pénétration ou une forte invasivité. Elles ne peuvent imager les microstructures qu’à une profondeur de quelques centaines de microns, au mieux, en gardant l’animal vivant. [0003] In the same way, numerous functional structures are thus listed throughout the human body, in which the architecture of the microvasculature is very deeply linked to the function of the organ. For example, islets of Langherans and insulin secretion in the pancreas, Kupffer cells and filtration in the liver. For all these structures, medical imaging is limited to the observation of macroscopic processes with poor resolution, which does not provide an understanding of the processes involved, nor good diagnostic tools. [0004] Until recently, imaging technologies for microvascular anatomy and physiology were limited due to two contradictory aspects: resolution and penetration. Indeed, medical imaging techniques such as MRI, X-ray scanner (CT) or ultrasound cannot visualize the microcirculation directly, their resolution being generally limited to the scale of millimeters or millimeters. submillimeter (a few hundred microns or more). Indirect techniques, for example using organ perfusion by contrast agents, can be used to enable characterization of organ perfusion. At the opposite end of the spectrum, methods that can image the microcirculation directly such as confocal microscopy, two-photon microscopy, optical coherence tomography are limited by their penetration or high invasiveness. They can only image microstructures at a depth of a few hundred microns, at best, while keeping the animal alive.
[0005] La technologie de microscopie par localisation ultrasonore (ULM pour « Ultrasound Localization Microscopy » en langue anglaise) a permis de lever le compromis entre la résolution et la pénétration en permettant de visualiser la microcirculation en profondeur. Elle repose sur le suivi d'agents de contraste cliniques isolés, à savoir des microbulles, se déplaçant dans les vaisseaux sanguins et a depuis été mise en œuvre chez l'homme. Elle est réalisée grâce aux étapes suivantes : [0005] Ultrasound localization microscopy (ULM) technology has made it possible to overcome the compromise between resolution and penetration by making it possible to visualize the microcirculation in depth. It relies on tracking isolated clinical contrast agents, namely microbubbles, moving through blood vessels and has since been implemented in humans. It is carried out through the following steps:
- injection d’agents de contraste, souvent des microbulles, à une concentration optimisée, - injection of contrast agents, often microbubbles, at an optimized concentration,
- imagerie par échographie de la zone d’intérêt comprenant les vaisseaux sanguins dans lesquels circulent les agents de contraste, - ultrasound imaging of the area of interest including the blood vessels in which the contrast agents circulate,
- isolation sur les images échographies des agents de contraste grâce à des filtres qui peuvent souligner des microbulles allant à haute vitesse grâce aux filtres spatio-temporels ou temporels, - isolation of contrast agents on ultrasound images thanks to filters which can highlight microbubbles going at high speed thanks to spatio-temporal or temporal filters,
- localisation sub-longueur d’onde des agents de contraste. Le principe de superrésolution est ici basé sur le fait que les microbulles sont distantes les unes des autres, empêchant l’interférence entre leurs échos. C’est cette interférence qui limite la résolution à environ une demi-longueur d’onde. Lorsque des objets isolés sont localisés, leur position peut être déterminée avec une précision beaucoup plus fine que la longueur d’onde en fonction du rapport signal-sur-bruit,- sub-wavelength localization of contrast agents. The principle of superresolution here is based on the fact that the microbubbles are distant from each other, preventing interference between their echoes. It is this interference that limits the resolution to about half a wavelength. When single objects are located, their position can be determined with precision much finer than the wavelength depending on the signal-to-noise ratio,
- suivi des microbulles pour déterminer leur parcours, et - monitoring of microbubbles to determine their path, and
- accumulation des parcours pour une visualisation super-résolue. - accumulation of paths for super-resolved visualization.
[0006] La technique ULM est une technique de super-résolution acoustique permettant de cartographier la microcirculation avec une résolution sans précédent à l'échelle de l'organe d'un animal vivant, ce qui permet typiquement un gain d’un facteur dix. The ULM technique is an acoustic super-resolution technique making it possible to map the microcirculation with unprecedented resolution on the scale of the organ of a living animal, which typically allows a gain of a factor of ten.
[0007] Bien qu'elle permette une cartographie microvasculaire riche, elle reste à ce jour inadaptée pour l’imagerie des unités fonctionnelles des organes. Cette limitation provient d’un manque de contraste pour ces structures. Contrairement aux gros vaisseaux, peu d’agents de contraste passent à travers des microstructures individuelles, et ils y circulent très lentement ; sur les images ULM de l’état de l’art elles n’apparaissent donc pas. [0007] Although it allows rich microvascular mapping, it remains unsuitable to date for imaging the functional units of organs. This limitation comes from a lack of contrast for these structures. Unlike large vessels, few contrast agents pass through individual microstructures, and they circulate there very slowly; on state-of-the-art ULM images they therefore do not appear.
[0008] La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. The present invention aims to remedy these drawbacks.
[0009] L’invention a ainsi pour objet un procédé d’imagerie ultrasonore d’une structure microvasculaire. [0009] The subject of the invention is thus a method of ultrasonic imaging of a microvascular structure.
[0010] Le procédé selon l’invention comprend : [0010] The method according to the invention comprises:
- une étape d’injection d’agents de contraste ultrasonores dans des vaisseaux sanguins dans une zone incluant une structure microvasculaire, - a step of injecting ultrasound contrast agents into blood vessels in an area including a microvascular structure,
- une étape d’imagerie par échographie de ladite zone incluant la structure microvasculaire, pendant la circulation des agents de contraste dans les vaisseaux sanguins, la concentration des agents de contraste et/ou la fréquence ultrasonore de l’imagerie étant choisie de manière à ce que les agents de contraste soient suffisamment distants pour empêcher une interférence entre leurs échos, - a step of ultrasound imaging of said area including the microvascular structure, during the circulation of the contrast agents in the blood vessels, the concentration of the contrast agents and/or the ultrasound frequency of the imaging being chosen so as to that the contrast agents are sufficiently distant to prevent interference between their echoes,
- une étape de détection/filtrage et de localisation des agents de contraste,- a step of detection/filtering and localization of the contrast agents,
- une étape de suivi individuel des agents de contraste, - an individual monitoring step for the contrast agents,
- une étape de classification des comportements des agents de contraste suivis individuellement, en fonction d’au moins un comportement prédéterminé caractéristique de la circulation des agents de contraste dans la structure microvasculaire, et - une étape de réalisation de l’imagerie de la structure microvasculaire, en fonction de la classification ainsi réalisée. - a step of classifying the behaviors of the contrast agents followed individually, according to at least one predetermined behavior characteristic of the circulation of the contrast agents in the microvascular structure, and - a step of carrying out imaging of the microvascular structure, depending on the classification thus carried out.
[0011] L’étape d’injection est typiquement réalisée en intraveineuse et c’est la circulation qui distribue les agents de contraste. The injection step is typically carried out intravenously and it is the circulation which distributes the contrast agents.
[0012] L’étape de réalisation de l’imagerie peut ainsi être réalisée en sélectionnant et affichant les agents de contraste suivis individuellement et ayant un comportement prédéterminé caractéristique de la circulation des agents de contraste dans la structure microvasculaire. [0012] The step of carrying out the imaging can thus be carried out by selecting and displaying the contrast agents monitored individually and having a predetermined behavior characteristic of the circulation of the contrast agents in the microvascular structure.
[0013] A titre d’exemple, on sait que les agents de contraste (les microbulles) visualisés parcourent les glomérules en tournoyant à travers les pelotes de capillaire qui les forment. L’invention consiste à traduire ce comportement très précis et distinct de ce qui est attendu dans les autres vaisseaux du rein pour permettre une classification des agents de contraste uniques circulant dans des glomérules. On peut ajouter des filtres pour catégoriser les agents de contraste entre ceux se comportant de cette façon et les autres. Un exemple de comportement prédéterminé représentatif des glomérules est un comportement stationnaire des agents de contraste pendant une certaine période de temps. [0013] By way of example, we know that the contrast agents (the microbubbles) visualized travel through the glomeruli by swirling through the capillary balls which form them. The invention consists of translating this very precise behavior distinct from what is expected in the other vessels of the kidney to allow classification of unique contrast agents circulating in glomeruli. We can add filters to categorize the contrast agents between those behaving this way and the others. An example of predetermined behavior representative of glomeruli is stationary behavior of contrast agents over a certain period of time.
[0014] Ledit comportement prédéterminé caractéristique de la circulation des agents de contraste dans la structure microvasculaire peut être un déplacement prédéterminé (par exemple un tournoiement dans le cas des glomérules), un temps de passage prédéterminé et/ou une vitesse prédéterminée des agents de contraste. [0014] Said predetermined behavior characteristic of the circulation of the contrast agents in the microvascular structure may be a predetermined movement (for example a whirling in the case of glomeruli), a predetermined passage time and/or a predetermined speed of the contrast agents. .
[0015] Ledit comportement prédéterminé caractéristique de la circulation des agents de contraste dans la structure microvasculaire peut également être une variation de l’amplitude de l’écho linéaire ou non-linéaire de l’agent de contraste. [0015] Said predetermined behavior characteristic of the circulation of contrast agents in the microvascular structure may also be a variation in the amplitude of the linear or non-linear echo of the contrast agent.
[0016] D’autres comportements prédéterminés peuvent par exemple être un mouvement de tournoiement des agents de contraste, ou d’autres types de mouvement, des modifications de leur vitesse, un temps de résidence dans une zone restreinte, leur libre parcours moyen, ou encore leur dispersité. [0017] En utilisant cette classification, il est possible de générer une image spécifique de ces structures microvasculaires, à partir des trajectoires compatibles avec le comportement prédéterminé. [0016] Other predetermined behaviors can for example be a swirling movement of the contrast agents, or other types of movement, modifications of their speed, a residence time in a restricted zone, their average free path, or again their dispersity. [0017] By using this classification, it is possible to generate a specific image of these microvascular structures, from trajectories compatible with the predetermined behavior.
[0018] On peut ensuite utiliser cette image pour en tirer des informations fondamentales sur ces structures, telles que leur nombre, leur taille, leur localisation et leur répartition dans l’espace. [0018] This image can then be used to derive fundamental information about these structures, such as their number, their size, their location and their distribution in space.
[0019] La structure microvasculaire peut être une unité fonctionnelle de la zone, ladite zone étant un organe. The microvascular structure can be a functional unit of the zone, said zone being an organ.
[0020] Les agents de contraste sont avantageusement distants d’une distance au moins égale à la longueur d’onde de l’échographie. [0020] The contrast agents are advantageously separated by a distance at least equal to the wavelength of the ultrasound.
[0021] Les agents de contraste peuvent être des microbulles. The contrast agents may be microbubbles.
[0022] La structure microvasculaire peut être un glomérule d’un rein. The microvascular structure may be a glomerulus of a kidney.
[0023] Dans ce cas, le comportement prédéterminé caractéristique de la circulation des agents de contraste dans un glomérule peut être un déplacement prédéterminé, un temps de passage prédéterminé et/ou une vitesse prédéterminée des agents de contraste. [0023] In this case, the predetermined behavior characteristic of the circulation of contrast agents in a glomerulus may be a predetermined movement, a predetermined passage time and/or a predetermined speed of the contrast agents.
[0024] Ledit comportement prédéterminé caractéristique de la circulation des agents de contraste dans un glomérule peut être un tournoiement prédéterminé des agents de contraste. Said predetermined behavior characteristic of the circulation of contrast agents in a glomerulus may be a predetermined swirling of the contrast agents.
[0025] Le procédé peut comprendre : [0025] The process may include:
- une étape d’imagerie par échographie du rein, à l’aide d’un appareil émettant et recevant des ultrasons et reconstruisant une image sur la base des temps de vol des ultrasons, - an ultrasound imaging step of the kidney, using a device emitting and receiving ultrasounds and reconstructing an image on the basis of the ultrasound flight times,
- une étape d’injection d’agents de contraste ultrasonores dans des vaisseaux sanguins du rein, - a step of injecting ultrasound contrast agents into blood vessels of the kidney,
- une étape de détection et de localisation des agents de contraste, - a step of detection and localization of the contrast agents,
- une étape de suivi individuel des agents de contraste, - an individual monitoring step for the contrast agents,
- une étape de détection d’agents de contraste ayant une vitesse supérieure à une première vitesse prédéterminée et de détection d’agents de contraste ayant une vitesse inférieure à une deuxième vitesse prédéterminée, - a step of detecting contrast agents having a speed greater than a first predetermined speed and of detecting contrast agents having a speed lower than a second predetermined speed,
- une étape de détection, parmi les agents de contraste ayant une vitesse inférieure à une deuxième vitesse prédéterminée, d’agents de contraste présentant un mouvement caractéristique de la circulation des agents de contraste dans un glomérule, et notamment un mouvement de tournoiement,- a detection step, among the contrast agents having a speed lower than a second predetermined speed, of contrast agents exhibiting a movement characteristic of the circulation of contrast agents in a glomerulus, and in particular a swirling movement,
- une étape de réalisation de l’imagerie des glomérules, en sélectionnant des agents de contraste présentant un mouvement caractéristique d’un glomérule. - a step of carrying out imaging of the glomeruli, by selecting contrast agents presenting a movement characteristic of a glomerulus.
[0026] L’étape de réalisation de l’imagerie des glomérules peut être réalisée en sélectionnant des agents de contraste présentant un mouvement caractéristique d’un glomérule et des agents de contraste ayant une vitesse supérieure à la première vitesse prédéterminée. The step of performing imaging of the glomeruli can be carried out by selecting contrast agents exhibiting a movement characteristic of a glomerulus and contrast agents having a speed greater than the first predetermined speed.
[0027] Le procédé peut comprendre en outre une étape d’analyse du nombre, de la position, et/ou de la variabilité des agents de contraste dans les glomérules. The method may further comprise a step of analyzing the number, position, and/or variability of the contrast agents in the glomeruli.
[0028] L’invention a également pour objet un dispositif permettant de mettre en œuvre le procédé. [0028] The invention also relates to a device enabling the method to be implemented.
[0029] Le dispositif selon l’invention comprend : The device according to the invention comprises:
- un système d’imagerie par échographie d’une zone incluant la structure microvasculaire, - an ultrasound imaging system of an area including the microvascular structure,
- un système d’injection d’agents de contraste ultrasonores dans des vaisseaux sanguins de ladite zone incluant la structure microvasculaire, - a system for injecting ultrasound contrast agents into blood vessels in said zone including the microvascular structure,
- avantageusement un système de filtrage des agents de contraste qui n’exclut pas de façon irréversible les agents de contraste suivant leur vitesse, - advantageously a contrast agent filtering system which does not irreversibly exclude the contrast agents depending on their speed,
- un système de détection et de localisation des agents de contraste, - a system for detecting and locating contrast agents,
- un système de suivi individuel des agents de contraste, - an individual monitoring system for contrast agents,
- un système apte à réaliser l’imagerie de la structure microvasculaire, par échographie, et en sélectionnant des agents de contraste suivis individuellement et ayant un comportement prédéterminé caractéristique de la circulation des agents de contraste dans la structure microvasculaire. - a system capable of imaging the microvascular structure, by ultrasound, and by selecting contrast agents monitored individually and having a predetermined behavior characteristic of the circulation of the contrast agents in the microvascular structure.
[0030] D’autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures annexées : Other advantages and particularities of the present invention will result from the description which follows, given by way of non-limiting example and made with reference to the appended figures:
[0031] [Fig. 1] illustre un rat soumis à un procédé d’imagerie selon l’invention, [0031] [Fig. 1] illustrates a rat subjected to an imaging process according to the invention,
[0032] [Fig. 2] illustre un rein du rat de la figure 1 , [0033] [Fig. 3] est une échographie Doppler du rein de la figure 2, [0032] [Fig. 2] illustrates a kidney of the rat of Figure 1, [0033] [Fig. 3] is a Doppler ultrasound of the kidney in Figure 2,
[0034] [Fig. 4] est une image du rein, obtenue par un procédé d’imagerie selon l’invention, [0034] [Fig. 4] is an image of the kidney, obtained by an imaging method according to the invention,
[0035] [Fig. 5] est une vue de détail de l’image de la figure 4, [0035] [Fig. 5] is a detailed view of the image in Figure 4,
[0036] [Fig. 6] est une vue de détail de l’image de la figure 5, [0036] [Fig. 6] is a detailed view of the image of Figure 5,
[0037] [Fig. 7] est un diagramme illustrant la vitesse des agents de contraste dans différentes zones du rein du rat, [0037] [Fig. 7] is a diagram illustrating the speed of contrast agents in different areas of the rat kidney,
[0038] [Fig. 8] est un diagramme illustrant la rémanence des agents de contraste dans différentes zones du rein du rat, [0038] [Fig. 8] is a diagram illustrating the persistence of contrast agents in different areas of the rat kidney,
[0039] [Fig. 9] est un diagramme illustrant la dispersité des agents de contraste dans différentes zones du rein du rat, [0039] [Fig. 9] is a diagram illustrating the dispersity of contrast agents in different areas of the rat kidney,
[0040] [Fig. 10] est une image du rein obtenue par microscopie par localisation ultrasonore, [0040] [Fig. 10] is an image of the kidney obtained by ultrasound localization microscopy,
[0041] [Fig. 11] est une image du rein obtenue par micro-tomographie aux rayons X,[0041] [Fig. 11] is an image of the kidney obtained by X-ray micro-tomography,
[0042] [Fig. 12] est une vue de détail de l’image de la figure 10 illustrant le comptage des glomérules, [0042] [Fig. 12] is a detailed view of the image in Figure 10 illustrating the counting of glomeruli,
[0043] [Fig. 13] est une vue de détail de l’image de la figure 11 illustrant le comptage des glomérules, [0043] [Fig. 13] is a detailed view of the image in Figure 11 illustrating the counting of glomeruli,
[0044] [Fig. 14] est un diagramme illustrant la probabilité de densité des glomérules,[0044] [Fig. 14] is a diagram illustrating the probability of glomerulus density,
[0045] [Fig. 15] est une image d’un rein humain obtenue par un procédé d’imagerie selon l’invention, [0045] [Fig. 15] is an image of a human kidney obtained by an imaging method according to the invention,
[0046] [Fig. 16] est une vue de détail de l’image de la figure 15, [0046] [Fig. 16] is a detailed view of the image of Figure 15,
[0047] [Fig. 17] est une vue de détail de l’image de la figure 16 illustrant une première trajectoire d’un agent de contraste dans un glomérule, [0047] [Fig. 17] is a detailed view of the image of Figure 16 illustrating a first trajectory of a contrast agent in a glomerulus,
[0048] [Fig. 18] est une vue de détail de l’image de la figure 16 illustrant une deuxième trajectoire d’un agent de contraste dans un glomérule, [0048] [Fig. 18] is a detailed view of the image of Figure 16 illustrating a second trajectory of a contrast agent in a glomerulus,
[0049] [Fig. 19] est un diagramme illustrant la vitesse des agents de contraste dans différentes zones du rein humain, [0050] [Fig. 20] est un diagramme illustrant la rémanence des agents de contraste dans différentes zones du rein humain, et [0049] [Fig. 19] is a diagram illustrating the speed of contrast agents in different areas of the human kidney, [0050] [Fig. 20] is a diagram illustrating the persistence of contrast agents in different areas of the human kidney, and
[0051] [Fig. 21] est un diagramme illustrant la dispersion des agents de contraste dans différentes zones du rein humain. [0051] [Fig. 21] is a diagram illustrating the dispersion of contrast agents in different areas of the human kidney.
[0052] DESCRIPTION DETAILLEE [0052] DETAILED DESCRIPTION
[0053] Imagerie ultrasonore de qlomérules de rein du rat [0053] Ultrasound imaging of rat kidney lomeruli
[0054] Dans un premier temps, on applique l'ULM pour observer les micro-vaisseaux à faible débit sanguin dans un rein 3 de rat 1 , à l’aide d’une sonde 2 (figures 1 et 2). En général, l'ULM consiste à imager les microbulles dans la microvasculature avec un échographe à une fréquence d'images de 500Hz et une perfusion d'agent de contraste de 13 pl/min qui permettent la localisation et le suivi sublongueur d'onde des particules gazeuses individuelles. Onze rats ont été examinés à l'aide d'un échographe de recherche et d'une sonde linéaire haute fréquence à 15 MHz. Les animaux ont été placés en position couchée, et le rein gauche a été externalisé pour acquérir des données échographiques dans un plan P longitudinal au rein (figure 2). Les acquisitions ultrasonores ont consisté en une séquence de modulation d'amplitude d'ensembles longs (LEAM en langue anglaise ou AMLE en français) afin d'obtenir des données linéaires classiques, permettant l’observation des microbulles rapides, et des données non linéaires qui renforcent le signal des microbulles lentes ou arrêtées. Les étapes de post-traitement ULM ont ensuite été effectuées deux fois afin d'obtenir une carte de suivi des microbulles rapides, à partir de l'acquisition linéaire filtrée avec une décomposition en valeurs singulières (SVD), et une carte des microbulles lentes à partir de l'acquisition non linéaire. L’échographie « Power Doppler en langue anglaise » conventionnelle, c'est-à-dire réalisée grâce à l'acquisition linéaire et à la SVD, est présentée sur la figure 3. [0054] Firstly, the ULM is applied to observe the microvessels at low blood flow in a kidney 3 of rat 1, using a probe 2 (Figures 1 and 2). In general, ULM consists of imaging the microbubbles in the microvasculature with an ultrasound scanner at a frame rate of 500 Hz and a contrast agent perfusion of 13 μl/min which allows the localization and subwavelength monitoring of the individual gas particles. Eleven rats were examined using a research ultrasound machine and a 15 MHz high-frequency linear probe. The animals were placed in a supine position, and the left kidney was externalized to acquire ultrasound data in a P plane longitudinal to the kidney (Figure 2). The ultrasound acquisitions consisted of a sequence of amplitude modulation of long sets (LEAM in English or AMLE in French) in order to obtain classic linear data, allowing the observation of fast microbubbles, and non-linear data which reinforce the signal from slow or stopped microbubbles. The ULM post-processing steps were then performed twice in order to obtain a tracking map of fast microbubbles, from the linear acquisition filtered with singular value decomposition (SVD), and a map of slow microbubbles to from non-linear acquisition. Conventional “Power Doppler in English” ultrasound, that is to say carried out using linear acquisition and SVD, is presented in Figure 3.
[0055] Grâce à ce double suivi, il est possible d’obtenir une carte composite de densité des ULM avec les pistes lentes en gris clair et les pistes rapides en gris sombre (figure 4). Deux exemples de zones A (à l’intérieur des cercles) de pistes lentes et de zones B (à l’intérieur des rectangles) de pistes rapides ont été illustrés sur les figures 4 et 15. Sur cette carte, on a pu observer un comportement particulier des microbulles dans le cortex : des traces de microbulles qui entrent ou sortent d'une zone où elles tournent à des vitesses correspondant au flux capillaire. Un zoom sur la carte de densité des ULM dans le cortex (figure 5) confirme la présence de ces diffuseurs d'ultrasons tournant lentement en rond. A titre d'exemple, les traces 4 de deux microbulles indépendantes ont été suivies le long de ce chemin menant à une forme glomérulaire (agrandie dans la figure 6) : les microbulles dans le cortex semblent monter, puis tourbillonner avant de repartir. Un tel comportement des microbulles est observable le long des vaisseaux intermédiaires du cortex. [0055] Thanks to this double tracking, it is possible to obtain a composite density map of the ULMs with the slow runways in light gray and the fast runways in dark gray (Figure 4). Two examples of zones A (inside the circles) of slow tracks and zones B (inside the rectangles) of fast tracks have been illustrated in Figures 4 and 15. On this map, we could observe a particular behavior of microbubbles in the cortex: traces of microbubbles that enter or exit an area where they rotate at speeds corresponding to capillary flow. A zoom on the density map of ULMs in the cortex (figure 5) confirms the presence of these ultrasound diffusers slowly rotating in circles. As an example, traces 4 of two independent microbubbles were followed along this path leading to a glomerular shape (enlarged in Figure 6): the microbubbles in the cortex appear to rise, then swirl before leaving again. Such behavior of microbubbles is observable along the intermediate vessels of the cortex.
[0056] La segmentation des différentes régions du rein, à savoir la médullaire, les grosses artères (interlobaires et arquées) et le cortex, a été effectuée manuellement afin de comparer le comportement des microbulles dans les différentes zones. Un masque glomérulaire a également été construit en sélectionnant les pistes corticales présentant une valeur élevée du libre parcours moyen, c'est-à-dire des microbulles stagnantes. Les pistes qui ont au moins un point dans la région ont été incluses dans l'analyse de la région. The segmentation of the different regions of the kidney, namely the medulla, the large arteries (interlobar and arcuate) and the cortex, was carried out manually in order to compare the behavior of the microbubbles in the different zones. A glomerular mask was also constructed by selecting cortical tracks with a high mean free path value, i.e. stagnant microbubbles. Tracks that have at least one point in the region were included in the region analysis.
[0057] Des métriques spécifiques pour mettre en évidence les enchevêtrements capillaires, incluant les vitesses normalisées, le temps de rémanence (c'est-à-dire la durée de la trace dans un rayon de 50 microns à partir du centre de la trace), et la dispersité (c'est-à-dire le nombre de fois qu'une trace va dans la même direction, avec une tolérance de plus ou moins 20°, divisé par le nombre de points constituant la trace) ont été réalisées sur chaque trace des 11 rats. Ces mesures mettent en évidence des microbulles plus lentes (figure 7), plus stagnantes (figure 8) et moins dispersées (figure 9) dans les structures glomérulaires par rapport aux traces dans la région médullaire et dans les artères principales. Les tests t de Student (à une marge de 5%) montrent que ces différences sont toujours significatives des vaisseaux principaux aux glomérules (P<0,001 pour la vitesse normalisée, P<0,001 pour la rémanence, P<0,001 pour la dispersion), et des vaisseaux principaux à la médullaire (P<0,001 pour la vitesse normalisée, P<0,001 pour la rémanence, P<0,002 pour la dispersité). [0057] Specific metrics to highlight capillary entanglements, including normalized speeds, persistence time (i.e. the duration of the trace within a radius of 50 microns from the center of the trace) , and the dispersity (i.e. the number of times a trace goes in the same direction, with a tolerance of plus or minus 20°, divided by the number of points constituting the trace) were carried out on every trace of the 11 rats. These measurements highlight slower (figure 7), more stagnant (figure 8) and less dispersed (figure 9) microbubbles in the glomerular structures compared to the traces in the medullary region and in the main arteries. Student's t tests (at a margin of 5%) show that these differences are still significant from the main vessels to the glomeruli (P<0.001 for normalized speed, P<0.001 for afterglow, P<0.001 for dispersion), and from the main vessels to the medulla (P<0.001 for normalized velocity, P<0.001 for afterglow, P<0.002 for dispersity).
[0058] Le micro CT indique que l'enchevêtrement capillaire détecté dans l'ULM correspond aux glomérules [0059] Parmi les 11 rats examinés par ULM in vivo, 6 ont également été observés post mortem par micro CT (micro-tomographie aux rayons X) après injection de produit de contraste baryté à la fin de l'acquisition ultrasonore. Le recalage manuel de l'ULM (figure 10) et de la coupe micro CT (figure 11 ) a été effectué sur une coupe de 160 pm, c'est-à-dire correspondant à la résolution d'élévation de la sonde ultrasonore au niveau du point focal. Le comptage glomérulaire a été réalisé en utilisant les maximas régionaux locaux de forte intensité sur la tranche micro CT (figure 13). Sur l'ULM, les enchevêtrements capillaires ont été comptés en sélectionnant les pistes corticales présentant une valeur de libre parcours moyen élevée dans l'ULM (figure 12). [0058] The micro CT indicates that the capillary tangle detected in the ULM corresponds to the glomeruli Among the 11 rats examined by ULM in vivo, 6 were also observed post-mortem by micro CT (X-ray micro-tomography) after injection of barium contrast product at the end of the ultrasound acquisition. The manual registration of the ULM (figure 10) and the micro CT section (figure 11) was carried out on a 160 pm section, that is to say corresponding to the elevation resolution of the ultrasound probe at level of the focal point. Glomerular counting was performed using local regional high intensity maxima on the micro CT slice (Figure 13). On the ULM, capillary tangles were counted by selecting cortical tracks with a high mean free path value in the ULM (Figure 12).
[0060] Une segmentation manuelle de la capsule rénale a été effectuée afin de comparer la densité des glomérules en fonction de leur distance par rapport à celle-ci, dans les deux modalités d'imagerie. Ainsi, on peut voir que la distribution spatiale est similaire entre les glomérules détectés par une approche connue avec le micro CT et les enchevêtrements capillaires observés par ULM chez le rat numéro 7 (Figure 14). Un test statistique de Kolmogorov-Smirnov à deux échantillons a été réalisé chez les 6 rats avec les deux modalités afin de savoir si les distributions des deux ensembles proviennent de la même distribution continue. L'hypothèse nulle, c'est-à-dire h, est acceptée chez tous les rats, ce qui signifie que les glomérules sont distribués de manière égale dans les deux modalités au niveau de signification de 5 %. [0060] Manual segmentation of the renal capsule was carried out in order to compare the density of the glomeruli as a function of their distance relative to it, in the two imaging modalities. Thus, we can see that the spatial distribution is similar between the glomeruli detected by a known approach with micro CT and the capillary tangles observed by ULM in rat number 7 (Figure 14). A two-sample Kolmogorov-Smirnov statistical test was performed in the 6 rats with the two modalities in order to know if the distributions of the two sets come from the same continuous distribution. The null hypothesis, i.e., h, is accepted in all rats, meaning that the glomeruli are equally distributed in both modalities at the 5% significance level.
[0061] Le calcul de la taille des glomérules a également été effectué dans les deux modalités. Pour l'ULM, chez 11 rats, on a tracé la courbe de densité glomérulaire en fonction de la distance au centre des glomérules et pour le micro CT, la courbe d'intensité en fonction de la distance au pixel central. La largeur totale à mi-hauteur de ces données normalisées a été utilisée pour estimer le diamètre glomérulaire chez tous les rats. Les glomérules semblent avoir un diamètre similaire dans les deux modalités, c'est-à-dire 60 pm de diamètre, et plus petit que ceux observés dans la littérature, c'est-à-dire 50 pm de rayon. The calculation of the size of the glomeruli was also carried out in both modalities. For ULM, in 11 rats, we plotted the glomerular density curve as a function of the distance from the center of the glomeruli and for micro CT, the intensity curve as a function of the distance from the central pixel. The full width at half maximum of these normalized data was used to estimate glomerular diameter in all rats. The glomeruli appear to have a similar diameter in both modalities, i.e. 60 pm in diameter, and smaller than those observed in the literature, i.e. 50 pm in radius.
[0062] Imagerie ultrasonore de glomérules de rein chez l’homme [0062] Ultrasound imaging of kidney glomeruli in humans
[0063] L'ULM a été réalisée chez 5 patients transplantés qui ont subi un examen échographique clinique de routine à l'hôpital. On a utilisé des séquences échographiques conventionnelles améliorées par contraste (CEUS, pour « contrast enhanced ultrasound » en langue anglaise), intégrées dans un échographe clinique et une sonde échographique convexe (2MHz) pour acquérir les données cliniques et réaliser l'ULM. Les étapes du post-traitement ULM sont similaires à celles réalisées chez le rat, à l'exception du fait que, la séquence CEUS étant une séquence non linéaire, les données ont été divisées avec un filtre passe-bande pour obtenir les microbulles rapides, et avec des paramètres ULM spécifiques pour mettre en évidence les microbulles stagnantes. [0063] ULM was performed on 5 transplant patients who underwent a routine clinical ultrasound examination at the hospital. We used sequences conventional contrast-enhanced ultrasound (CEUS), integrated into a clinical ultrasound machine and a convex ultrasound probe (2MHz) to acquire clinical data and perform ULM. The ULM post-processing steps are similar to those performed in rats, except that, since the CEUS sequence is a non-linear sequence, the data was split with a band-pass filter to obtain the fast microbubbles, and with specific ULM parameters to highlight stagnant microbubbles.
[0064] Cette carte composite de densité ULM, avec les microbulles rapides en gris sombre (zones B) et les microbulles lentes en gris clair (zones A), présente les mêmes formes glomérulaires que les rats dans la distribution du cortex (figure 15). Un zoom spécifique dans cette zone confirme la présence d'artérioles afférentes et efférentes (en vert) avec une bulle tournante au milieu du trajet (en rose) (figure 16). Les pistes 5 et 6 sont des exemples de ce trajet particulier (mis en évidence dans la figure 16, et zoomé dans les figures 17 et 18). This composite ULM density map, with the fast microbubbles in dark gray (zones B) and the slow microbubbles in light gray (zones A), presents the same glomerular shapes as rats in the distribution of the cortex (figure 15). . A specific zoom in this area confirms the presence of afferent and efferent arterioles (in green) with a rotating bubble in the middle of the path (in pink) (figure 16). Tracks 5 and 6 are examples of this particular path (highlighted in Figure 16, and zoomed in Figures 17 and 18).
[0065] De la même manière que le traitement effectué chez le rat, on a compté les glomérules puis on a étudié leur diamètre et leur distribution spatiale avec les mêmes outils techniques. Il a été observé que les diamètres glomérulaires estimés par ULM sont légèrement supérieurs à ceux trouvés dans la littérature, soit 200pm de diamètre, mais restent dans le même ordre de grandeur. [0065] In the same way as the treatment carried out in rats, the glomeruli were counted and then their diameter and their spatial distribution were studied with the same technical tools. It was observed that the glomerular diameters estimated by ULM are slightly greater than those found in the literature, i.e. 200 pm in diameter, but remain in the same order of magnitude.
[0066] Des segmentations manuelles des zones du rein ont été réalisées, à savoir la médullaire, le cortex et les vaisseaux principaux (artères interlobaires et arquées), et le masque glomérulaire a été calculé comme précédemment. Ainsi, on a pu comparer le comportement des pistes dans chaque région. Des tests t de Student ont été réalisés avec une marge de 5% chez 8 patients. De la même manière que chez le rat, et de manière encore plus prononcée que chez l'homme, les glomérules restent plus lents que les vaisseaux médullaires (P < 0,05) et principaux (P<0,001 ) ; ils sont plus rémanents, c'est-à-dire stagnants, que les vaisseaux médullaires (P < 0,01 ) et principaux (P < 0,001 ) ; et ils sont également moins dispersés que les vaisseaux médullaires (P < 0,001 ) et principaux (P < 0,001 ). [0066] Manual segmentations of the areas of the kidney were carried out, namely the medulla, the cortex and the main vessels (interlobar and arcuate arteries), and the glomerular mask was calculated as previously. Thus, we were able to compare the behavior of the tracks in each region. Student's t tests were performed with a margin of 5% in 8 patients. In the same way as in rats, and even more pronounced than in humans, the glomeruli remain slower than the medullary (P < 0.05) and main (P < 0.001) vessels; they are more persistent, that is to say stagnant, than the medullary (P < 0.01) and main (P < 0.001) vessels; and they are also less dispersed than the medullary (P < 0.001) and main (P < 0.001) vessels.
[0067] Conclusion [0068] L’invention met en œuvre une nouvelle forme d'ULM qui exploite la cinétique des microbulles individuelles, y compris celles qui circulent dans les capillaires, pour cartographier la microarchitecture des vaisseaux. En classant leur comportement en fonction de caractéristiques anatomiques connues, on recherche dans ce cas le teint précis de la microcirculation des glomérules, y compris les artérioles afférentes et efférentes. Les microbulles en rotation ont été suivies spécifiquement dans le cortex et une analyse plus poussée des traces confirme la présence de ces formes particulières dans cette zone, c'est-à-dire plus lentes, plus stagnantes et moins dispersées. Il a également pu être confirmé que ce qui a été observé par ULM étaient des glomérules grâce à une comparaison avec le micro CT : la distribution spatiale des glomérules par ULM et par micro CT appartiennent statistiquement à la même distribution continue. De plus, la taille des glomérules mesurée par micro CT et ULM est similaire avec les deux techniques chez tous les rats, et proche des résultats précédemment trouvés dans la littérature chez le rat et chez l'homme. Enfin, les glomérules sont répartis de manière similaire entre l'ULM et la micro-CT autour des vaisseaux sanguins intermédiaires. [0067] Conclusion [0068] The invention implements a new form of ULM which exploits the kinetics of individual microbubbles, including those circulating in the capillaries, to map the microarchitecture of the vessels. By classifying their behavior according to known anatomical characteristics, we seek in this case the precise complexion of the microcirculation of the glomeruli, including the afferent and efferent arterioles. The rotating microbubbles were tracked specifically in the cortex and further analysis of the traces confirms the presence of these particular shapes in this area, i.e. slower, more stagnant and less dispersed. It could also be confirmed that what was observed by ULM were glomeruli through a comparison with micro CT: the spatial distribution of glomeruli by ULM and by micro CT statistically belong to the same continuous distribution. Furthermore, the size of glomeruli measured by micro CT and ULM is similar with both techniques in all rats, and close to results previously found in the literature in rats and humans. Finally, glomeruli are similarly distributed between ULM and micro-CT around the intervening blood vessels.
[0069] Le procédé selon l’invention permet donc d'observer pour la première fois des glomérules individuels chez l'homme avec un dispositif d'imagerie clinique. Les techniques d'imagerie actuelles ne permettent qu'une estimation indirecte du taux de filtration glomérulaire, et non leur observation distincte. En plus de pouvoir observer une nouvelle catégorie de microbulles lentes dont le comportement et la localisation sont comparables à l'organisation glomérulaire, le procédé réduit le fossé entre l'imagerie anatomique et l'imagerie fonctionnelle, puisqu’on est capable d'imager les structures mêmes responsables de la fonction de l'organe. Grâce aux ULM et à l'utilisation des informations données par la microbulle elle- même, il est possible d'imager des unités microvasculaires fonctionnelles. Ce type d’imagerie permet d’étudier de nombreux organes et maladies comme le diabète ou le cancer. De plus, les acquisitions chez l'homme ont été réalisées avec un échographe clinique largement disponible et utilisé dans le monde entier. The method according to the invention therefore makes it possible to observe individual glomeruli in humans for the first time with a clinical imaging device. Current imaging techniques only allow indirect estimation of the glomerular filtration rate, and not their distinct observation. In addition to being able to observe a new category of slow microbubbles whose behavior and localization are comparable to glomerular organization, the process reduces the gap between anatomical imaging and functional imaging, since we are able to image the very structures responsible for the function of the organ. Thanks to ULM and the use of information given by the microbubble itself, it is possible to image functional microvascular units. This type of imaging makes it possible to study many organs and diseases such as diabetes or cancer. Additionally, acquisitions in humans were performed with a clinical ultrasound system widely available and used worldwide.

Claims

Revendications Claims
[Revendication 1] Procédé d’imagerie ultrasonore d’une structure microvasculaire, caractérisé en ce qu’il comprend : [Claim 1] Ultrasound imaging method of a microvascular structure, characterized in that it comprises:
- une étape d’injection d’agents de contraste ultrasonores dans des vaisseaux sanguins dans une zone incluant une structure microvasculaire, - a step of injecting ultrasound contrast agents into blood vessels in an area including a microvascular structure,
- une étape d’imagerie par échographie de ladite zone incluant la structure microvasculaire, pendant la circulation des agents de contraste dans les vaisseaux sanguins, la concentration des agents de contraste et/ou la fréquence ultrasonore de l’imagerie étant choisie de manière à ce que les agents de contraste soient suffisamment distants pour empêcher une interférence entre leurs échos, - a step of ultrasound imaging of said area including the microvascular structure, during the circulation of the contrast agents in the blood vessels, the concentration of the contrast agents and/or the ultrasound frequency of the imaging being chosen so as to that the contrast agents are sufficiently distant to prevent interference between their echoes,
- une étape de détection/filtrage et de localisation des agents de contraste, - a step of detection/filtering and localization of the contrast agents,
- une étape de suivi individuel des agents de contraste, - an individual monitoring step for the contrast agents,
- une étape de classification des comportements des agents de contraste suivis individuellement, en fonction d’au moins un comportement prédéterminé caractéristique de la circulation des agents de contraste dans la structure microvasculaire, et - a step of classifying the behaviors of the contrast agents followed individually, according to at least one predetermined behavior characteristic of the circulation of the contrast agents in the microvascular structure, and
- une étape de réalisation de l’imagerie de la structure microvasculaire, en fonction de la classification ainsi réalisée. - a step of carrying out imaging of the microvascular structure, depending on the classification thus carried out.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’étape de réalisation de l’imagerie est réalisée en sélectionnant et en affichant les agents de contraste suivis individuellement et ayant un comportement prédéterminé caractéristique de la circulation des agents de contraste dans la structure microvasculaire. [Claim 2] Method according to claim 1, characterized in that the step of carrying out the imaging is carried out by selecting and displaying the contrast agents followed individually and having a predetermined behavior characteristic of the circulation of the contrast agents in the microvascular structure.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit comportement prédéterminé caractéristique de la circulation des agents de contraste dans la structure microvasculaire est un déplacement prédéterminé, un temps de passage prédéterminé et/ou une vitesse prédéterminée des agents de contraste. [Claim 3] Method according to claim 1 or 2, characterized in that said predetermined behavior characteristic of the circulation of contrast agents in the microvascular structure is a predetermined movement, a predetermined passage time and/or a predetermined speed of the contrast agents. contrast.
[Revendication 4] Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit comportement prédéterminé caractéristique de la circulation des agents de contraste dans la structure microvasculaire est une variation de l’amplitude de l’écho linéaire ou non-linéaire de l’agent de contraste. [Claim 4] Method according to claim 1 or 2, characterized in that said predetermined behavior characteristic of the circulation of contrast agents in the microvascular structure is a variation of the amplitude of the linear or non-linear echo of the contrast agent.
[Revendication 5] Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la structure microvasculaire est une unité fonctionnelle de la zone, ladite zone étant un organe. [Claim 5] Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the microvascular structure is a functional unit of the zone, said zone being an organ.
[Revendication 6] Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les agents de contraste sont distants d’une distance au moins égale à la longueur d’onde de l’échographie. [Claim 6] Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the contrast agents are separated by a distance at least equal to the wavelength of the ultrasound.
[Revendication 7] Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les agents de contraste sont des microbulles. [Claim 7] Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the contrast agents are microbubbles.
[Revendication 8] Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la structure microvasculaire est un glomérule d’un rein [Claim 8] Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the microvascular structure is a glomerulus of a kidney
[Revendication 9] Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit comportement prédéterminé caractéristique de la circulation des agents de contraste dans un glomérule est un déplacement prédéterminé, un temps de passage prédéterminé et/ou une vitesse prédéterminée des agents de contraste. [Claim 9] Method according to claim 8, characterized in that said predetermined behavior characteristic of the circulation of contrast agents in a glomerulus is a predetermined displacement, a predetermined passage time and/or a predetermined speed of the contrast agents.
[Revendication 10] Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit comportement prédéterminé caractéristique de la circulation des agents de contraste dans un glomérule est un tournoiement prédéterminé des agents de contraste. [Claim 10] Method according to claim 9, characterized in that said predetermined behavior characteristic of the circulation of contrast agents in a glomerulus is a predetermined swirling of the contrast agents.
[Revendication 11] Procédé selon l’une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu’il comprend : [Claim 11] Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that it comprises:
- une étape d’imagerie par échographie du rein, à l’aide d’un appareil émettant et recevant des ultrasons et reconstruisant une image sur la base des temps de vol des ultrasons, - an ultrasound imaging step of the kidney, using a device emitting and receiving ultrasounds and reconstructing an image on the basis of the ultrasound flight times,
- une étape d’injection d’agents de contraste ultrasonores dans des vaisseaux sanguins du rein, - a step of injecting ultrasound contrast agents into blood vessels of the kidney,
- une étape de détection/filtrage et de localisation des agents de contraste, - a step of detection/filtering and localization of the contrast agents,
- une étape de suivi individuel des agents de contraste, - an individual monitoring step for the contrast agents,
- une étape de détection d’agents de contraste ayant une vitesse supérieure à une première vitesse prédéterminée et de détection d’agents de contraste ayant une vitesse inférieure à une deuxième vitesse prédéterminée, - a step of detecting contrast agents having a speed greater than a first predetermined speed and of detecting contrast agents having a speed lower than a second predetermined speed,
- une étape de détection, parmi les agents de contraste ayant une vitesse inférieure à une deuxième vitesse prédéterminée, d’agents de contraste présentant un mouvement caractéristique d’un glomérule, et notamment un mouvement de tournoiement, - une étape de réalisation de l’imagerie des glomérules, en sélectionnant des agents de contraste présentant un mouvement caractéristique d’un glomérule. - a step of detecting, among the contrast agents having a speed lower than a second predetermined speed, contrast agents exhibiting a movement characteristic of a glomerulus, and in particular a whirling movement, - a step of carrying out imaging of the glomeruli, by selecting contrast agents presenting a movement characteristic of a glomerulus.
[Revendication 12] Procédé selon la revendication 11 , caractérisé en ce que l’étape de réalisation de l’imagerie des glomérules est réalisée en sélectionnant des agents de contraste présentant un mouvement caractéristique d’un glomérule et des agents de contraste ayant une vitesse supérieure à la première vitesse prédéterminée.[Claim 12] Method according to claim 11, characterized in that the step of carrying out imaging of the glomeruli is carried out by selecting contrast agents having a movement characteristic of a glomerulus and contrast agents having a higher speed at the first predetermined speed.
[Revendication 13] Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape d’analyse du nombre, de la position, et/ou de la variabilité des agents de contraste dans les glomérules. [Claim 13] Method according to claim 11 or 12, characterized in that it further comprises a step of analyzing the number, position, and/or variability of the contrast agents in the glomeruli.
[Revendication 14] Dispositif permettant de mettre en œuvre le procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’il comprend : [Claim 14] Device making it possible to implement the method according to claim 1, characterized in that it comprises:
- un système d’imagerie par échographie d’une zone incluant la structure microvasculaire, - an ultrasound imaging system of an area including the microvascular structure,
- un système d’injection d’agents de contraste ultrasonores dans des vaisseaux sanguins de ladite zone incluant la structure microvasculaire, - a system for injecting ultrasound contrast agents into blood vessels in said zone including the microvascular structure,
- un système de filtrage des agents de contraste qui n’exclut pas de façon irréversible les agents de contraste suivant leur vitesse, - a contrast agent filtering system which does not irreversibly exclude contrast agents depending on their speed,
- un système de détection et de localisation des agents de contraste, - a system for detecting and locating contrast agents,
- un système de suivi individuel des agents de contraste, - an individual monitoring system for contrast agents,
- un système apte à réaliser l’imagerie de la structure microvasculaire, par échographie, et en sélectionnant des agents de contraste suivis individuellement et ayant un comportement prédéterminé caractéristique de la circulation des agents de contraste dans ladite structure microvasculaire. - a system capable of imaging the microvascular structure, by ultrasound, and by selecting contrast agents monitored individually and having a predetermined behavior characteristic of the circulation of the contrast agents in said microvascular structure.
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