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Tumor development is complex process made possible thanks to the microenvironment surrounding tumor cell. Modifications induced by tumor cells on their environment enable their own development by remodeling tissues sustaining them and by creating a new vascular network (angiogenesis). The use of several antiangiogenic therapies, inhibiting the sprout of a new vascular network, has been authorized in clinic. These therapies induce strong modifications in tumors at the functional level and following tumor size changes are is not sufficient to fully characterize tumor modifications. The main goal of this thesis was to use different ultrasound-based imaging modalities in order to assess their sensitivity to modifications induced in murine tumor model (colorectal and lung carcinomas) during different type of therapy (chemical: cytotoxic, antiangiogenic / physical: cold plasma, sonosensitization). Modifications of the spatial distribution of microvessels and their functionality were characterized using contrast-enhanced ultrasound (CEUS), alteration of tumor microstructure was assessed using spectral analysis of radiofrequency signal, known as quantitative ultrasound (QUS) and finally variations of mechanical properties in tumor tissues were measured in shear wave elastography (SWE). In order to better understand the origin of the modifications observed in vivo, standard parameters such as level of fibrosis and necrosis were characterize ex vivo in tumor tissue using immunochemistry as gold standard.; Les modifications induites par les cellules tumorales sur leur environnement ont pour but de permettre leur développement en remodelant le tissu la soutenant et en créant un nouveau réseau vasculaire (angiogenèse). Plusieurs thérapies anti-angiogéniques inhibant le développement du réseau vasculaire tumoral ont obtenu l’autorisation de mise sur le marché et sont actuellement utilisées en clinique. Ces thérapies induisent de fortes modifications fonctionnelles au sein de la tumeur mais le simple suivi de l’évolution du volume tumoral n’est pas suffisant pour rendre compte de ces modifications. L’objectif principal de la thèse a consisté à utiliser différentes modalités d’imagerie ultrasonore afin d’évaluer leur sensibilité aux modifications générées dans des tumeurs murine (carcinome colorectal et pulmonaire) au cours de plusieurs types de thérapie (chimique : cytotoxique, anti-angiogénique / physique : plasma froid, sono-sensibilisation). Les modifications de la distribution spatiale des micro-vaisseaux et leur fonctionnalité ont été caractérisées à l’aide de l’imagerie de contraste ultrasonore (CEUS), l’altération de la microstructure de la tumeur a été évaluée grâce à l’analyse spectrale des signaux radiofréquences, connu comme « quantitative ultrasound » (QUS) et enfin les variations des propriétés mécaniques des tissus tumoraux ont été mesurées en élastographie à l’aide de la technique « Shear Wave Elastography » (SWE). Afin de comprendre l’origine des modifications observées in vivo, des paramètres standard comme les niveaux de fibrose ou de nécrose ont été caractérisés ex vivo dans le tissu tumoral, grâce à l’immunohistochimie, une technique de référence.

Tumor development is complex process made possible thanks to the microenvironment surrounding tumor cell. Modifications induced by tumor cells on their environment enable their own development by remodeling tissues sustaining them and by creating a new vascular network (angiogenesis). The use of several antiangiogenic therapies, inhibiting the sprout of a new vascular network, has been authorized in clinic. These therapies induce strong modifications in tumors at the functional level and following tumor size changes are is not sufficient to fully characterize tumor modifications. The main goal of this thesis was to use different ultrasound-based imaging modalities in order to assess their sensitivity to modifications induced in murine tumor model (colorectal and lung carcinomas) during different type of therapy (chemical: cytotoxic, antiangiogenic / physical: cold plasma, sonosensitization). Modifications of the spatial distribution of microvessels and their functionality were characterized using contrast-enhanced ultrasound (CEUS), alteration of tumor microstructure was assessed using spectral analysis of radiofrequency signal, known as quantitative ultrasound (QUS) and finally variations of mechanical properties in tumor tissues were measured in shear wave elastography (SWE). In order to better understand the origin of the modifications observed in vivo, standard parameters such as level of fibrosis and necrosis were characterize ex vivo in tumor tissue using immunochemistry as gold standard.; Les modifications induites par les cellules tumorales sur leur environnement ont pour but de permettre leur développement en remodelant le tissu la soutenant et en créant un nouveau réseau vasculaire (angiogenèse). Plusieurs thérapies anti-angiogéniques inhibant le développement du réseau vasculaire tumoral ont obtenu l’autorisation de mise sur le marché et sont actuellement utilisées en clinique. Ces thérapies induisent de fortes modifications fonctionnelles au sein de la tumeur mais le simple suivi de l’évolution du volume tumoral n’est pas suffisant pour rendre compte de ces modifications. L’objectif principal de la thèse a consisté à utiliser différentes modalités d’imagerie ultrasonore afin d’évaluer leur sensibilité aux modifications générées dans des tumeurs murine (carcinome colorectal et pulmonaire) au cours de plusieurs types de thérapie (chimique : cytotoxique, anti-angiogénique / physique : plasma froid, sono-sensibilisation). Les modifications de la distribution spatiale des micro-vaisseaux et leur fonctionnalité ont été caractérisées à l’aide de l’imagerie de contraste ultrasonore (CEUS), l’altération de la microstructure de la tumeur a été évaluée grâce à l’analyse spectrale des signaux radiofréquences, connu comme « quantitative ultrasound » (QUS) et enfin les variations des propriétés mécaniques des tissus tumoraux ont été mesurées en élastographie à l’aide de la technique « Shear Wave Elastography » (SWE). Afin de comprendre l’origine des modifications observées in vivo, des paramètres standard comme les niveaux de fibrose ou de nécrose ont été caractérisés ex vivo dans le tissu tumoral, grâce à l’immunohistochimie, une technique de référence.

National audience; Dynamic contrast-enhanced ultrasound can detect microvascular flow changes during tumor development and antiangiogenic therapy. However, the standard method for microvascular flow estimation in tumors is global and can lead to bias in flow estimations in heterogeneous tumors. A new method to segment tumors according to their vascularization was investigated. In addition, parameter normalization with respect to a highly vascularized region of reference was proposed to overcome inter-exam variability in parameters. Results demonstrate the potential to locally classify tumoral tissue using parameters that describes the arrival of an ultrasound contrast agent in the tumor.