Détruire des neurones dysfonctionnels, moduler leur activité ou encore ouvrir transitoirement la barrière hémato-encéphalique pour qu'un médicament atteigne sa cible dans le cerveau : les applications thérapeutiques des ultrasons pour le cerveau sont nombreuses… et non invasives lorsque les ondes ultrasonores sont envoyées à travers le crâne.
Mais le crâne aberre et atténue fortement les ultrasons et ces altérations varient selon l'individu et la position de la sonde. Il est donc nécessaire de disposer d'outils de contrôle pour déterminer précisément le champ de pression acoustique à appliquer. Pour ce faire, des simulations acoustiques transcrâniennes personnalisées sont utilisées. Elles sont pour la plupart basées sur des méthodes numériques qui nécessitent un temps de calcul long et une utilisation importante de mémoire.
A travers la thèse de Célestine Angla dirigée par Jean-Luc Gennisson (BioMaps) et avec la collaboration de chercheurs du CEA-List, de NeuroSpin et du service de neurochirurgie du CHU Grenoble-Alpes, une nouvelle méthode semi-analytique de calcul du champ qui allie réalisme et rapidité de calcul a été développée.
Dans cette approche, les trajectoires des ultrasons sont obtenues par minimisation du temps de vol puis le champ de pression est ensuite calculé à l'aide d'une méthode dite « du crayon ». L'algorithme de simulation, appelé SplineBeam, a été validé numériquement, par comparaison avec les solveurs existants, et expérimentalement par comparaison avec les champs de pression mesurés à travers un crâne humain
ex vivo.
Les résultats de l'étude ont été publiés dans
Physics Medicine & Biology. Ils montrent que les champs de pression simulés par SplineBeam étaient proches de ceux mesurés expérimentalement, avec une différence de position du foyer négligeable et une différence de pression maximale inférieure à 6,02 %. De plus, pour ces configurations, le temps de calcul de SplineBeam était inférieur à celui d'un autre logiciel de simulation, k-Wave, de deux ordres de grandeur, grâce à sa capacité à calculer le champ uniquement au point focal.
SplineBeam fait figure d'outil prometteur pour la prédiction en temps réel du champ de pression transcrânienne lors d'interventions de thérapie cérébrale par ultrasons.
Contact Institut des sciences du vivant Frédéric-Joliot :