Date de l'annonce : lundi 6 décembre 2021

Intitulé du poste : Offre Post-doc 18 mois : Conception, optimisation et validation d’un dispositif médical ultrasonore minimaliste porté pour la mesure du diamètre artériel

Type de structure : Unités d’accueil
Le DISC, département d'Imagerie et de Simulation pour le Contrôle du LIST, dispose, au travers du développement de la plateforme d’expertise en contrôle non destructif CIVA, d'une expérience reconnue dans la simulation de la propagation des ondes ultrasonores dans des structures complexes, s'appuyant notamment sur des validations expérimentales et des études de benchmarking. Il possède également de fortes compétences dans le développement d’outils d'imagerie avancés, notamment adaptatifs, utilisant des sondes multi-éléments et le design de sondes innovantes.
Le laboratoire d’Imagerie biomédicale multimodale Paris Saclay (BioMaps) a pour objectif la conception de méthodes, d’instruments et d’agents d’imagerie biomédicale de différentes modalités d’imagerie et leur transfert vers les applications cliniques en neurologie et cancérologie. BioMaps est un acteur majeur de la recherche en imagerie médicale aux interfaces Physique-Chimie-Médecine de Paris-Saclay. Cette unité regroupe les expertises et les équipements indispensables au
développement d’approches innovantes en imagerie et à leur application pour l’étude des processus physiopathologiques, pour le diagnostic et l’évaluation thérapeutique. BioMaps est localisé au Service Hospitalier Frédéric Joliot, au cœur de l’hôpital d’Orsay. Sa situation permet un lien direct entre les équipes de recherche, les patients et les médecins.

Contexte et mission : Contexte et objectifs
La mesure de paramètres physiologiques est essentielle pour le diagnostic d’une pathologie chronique ou le suivi de son évolution en réponse à un traitement. L’évaluation de ces paramètres dans la vie quotidienne est un défi technologique pour la médecine personnalisée. Depuis quelques années, les systèmes portés se multiplient, que ce soit à des visées médicales ou pour le bien être. Ils sont performants en terme d’ergonomie et d’autonomie, mais la robustesse décevante de la mesure reste problématique d’un point de vue médical.
Depuis plusieurs années, l’équipe du LETI/DTBS/LS2P développe des systèmes de mesures de paramètres physiologiques portés sur la personne, fondés sur différentes modalités (optique, électrique, accéléromètre,…). L’approche portée par le projet DIAMAND est d’associer à ces différentes modalités une mesure par ultrasons de paramètres physiologiques, et notamment du diamètre de l’artère. L’objectif est de proposer et de tester une architecture et une stratégie d’acquisition minimalistes pour obtenir des mesures de diamètre d’artère par ultrasons avec une grande précision (qqs µm). Cet aspect « minimaliste » permettra de limiter l’encombrement global du dispositif, sa consommation énergétique, et la quantité de données générées, pour pouvoir par la suite intégrer cette mesure dans un dispositif multimodal de mesure de paramètres physiologiques.
Programme
La première phase du projet consistera à optimiser, par simulation, les paramètres de la sonde et le protocole d’acquisition associé, en considérant une configuration simple (géométries canoniques, absence de bruit, interfaces parfaites, …). Cette optimisation sera menée avec les outils de simulation de CIVA, incluant la génération et la réception des ondes par un capteur quelconque, sa propagation au sein de milieux hétérogènes et/ou anisotropes, sa diffraction par la structure ou des défauts. Le modèle de propagation du type « rayon » prend en compte i/ les phénomènes de réfraction et de réflexion, avec et sans conversion de mode aux différentes interfaces, II/les sondes multiéléments et les différents modes d’acquisition et d’imagerie associés, III/ toute la complexité fréquentielle du signal d’émission car le calcul est réalisé en réponse impulsionnelle. Un algorithme de traitement devra également être développé pour extraire, à partir des mesures simulées, le diamètre de l’artère. Les contraintes imposées concerneront notamment l’encombrement global du dispositif, sa consommation, et la quantité de données générées et à traiter. Les performances attendues seront exprimées en termes d’erreur de mesure acceptée et de fréquence de répétions des mesures. Les paramètres attendus pour ce premier dimensionnement seront le nombre d’éléments, leur disposition, les fréquences centrales et d’échantillonnage des signaux utilisés ainsi que le mode d’acquisition (émission/réception confondues ou séparées, avec ou sans focalisation, avec l’ensemble des éléments ou non…). A l’issue, un cahier des charges sera rédigé en vue de la fabrication d’un premier prototype avec une technologie piézoélectrique.

La seconde phase sera dédiée à une étude de sensibilité des performances de ce design. Nous définirons ainsi un certain nombre de paramètres incertains, par exemple la vitesse de propagation dans le sang, une éventuelle déformation de l’artère, une erreur de positionnement de la sonde, la présence d’un bruit lié à la complexité des tissus traversés ou le bruit généré par les composants, ainsi qu’une plage de variation associée, pour générer une base de données simulées. Grâce à une technologie de métamodèle et d’outils d’analyse statistique disponibles dans CIVA, différentes études de sensibilité seront alors réalisées afin d’estimer l’influence des différents paramètres et leurs conséquences sur les performances de mesures, notamment l’erreur commise.

La troisième phase sera dédiée à la validation expérimentale du prototype de sonde piézo-électrique fabriqué à partir du cahier des charges. Les premières acquisitions seront réalisées in vitro sur des fantômes dont les paramètres géométriques et ultrasonores, notamment les vitesses de propagation, seront parfaitement maîtrisés. L’objectif sera notamment d’établir les puissances électriques nécessaires afin d’obtenir un le rapport signal sur bruit satisfaisant et d’estimer la précision nominale de mesure du diamètre de l’artère. Enfin, une étude de sensibilité sera menée dans des conditions comparables à celle réalisée lors de l’étude en simulation, afin d’en confirmer les conclusions en termes d’évolution de performances de la mesure du diamètre de l’artère. Une seconde campagne sera menée in vivo. Des mesures de diamètre d’une artère humaine réalisées avec ce prototype seront comparées à celles réalisées avec des échographes ultrarapides disponibles à BIOMAPS.

Enfin, une campagne de validation in vivo sera menée avec un capteur PMUT ou CMUT, existant ou spécifiquement réalisé dans le cadre du projet, dont les dimensions auront pu être adaptées en fonction des résultats des études précédentes. L’objectif sera de s’assurer que ce système minimaliste permet d’obtenir des performances attendues en conditions réalistes.

Profil
Ce post-doc sera réalisé en région parisienne, sur le plateau de Saclay. Il comporte deux étapes principales, la première menée au sein de l’équipe LIST/DISC, fera appel à des simulations à l’aide d’une plateforme existante et facilement accessible. La seconde, menée dans le laboratoire
BIOMAPS, au Service Hospitalier Frédéric Joliot d’Orsay, sera dédiée à des validations expérimentales in vitro et in vivo en utilisant les moyens expérimentaux disponibles. La candidate ou le candidat, titulaire d’un doctorat, devra avoir de solides compétences en mesure ou imagerie ultrasonore, de préférence dans le domaine de la santé. Des connaissances en modélisation et simulation serait un plus.

Durée
18 mois : 6 mois au LIST et 12 mois à BIOMAPS

Lieu : BIOMAPS/SHFJ

Rémunération :

Diplômes requis :

Compétences requises :

Contact : sylvain.chatillon@cea.fr, jean-luc.gennisson@universite-paris-saclay.fr