Добірка наукової літератури з теми "Transducteur HIFU"

Les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) sont reconnus et couramment utilisés dans le domaine médical pour le traitement des tumeurs solides. Cette technique permet une destruction localisée des tissus biologiques par élévation de la température. Ce manuscrit décrit la conception et l’utilisation d’un système thérapeutique et d’une nouvelle solution de focalisation brevetée, ayant pour objectif principal le traitement non invasif des adénocarcinomes mammaires. Dans un premier temps, un dispositif existant destiné au traitement surfacique des métastases hépatiques et en cours d’évaluation clinique a été utilisé. Une étude ex vivo sur échantillons humains de tissu mammaire a permis de montrer la possibilité de déposer de la pression en profondeur de façon non invasive. Basé sur cette étude, le développement d’une nouvelle modalité de focalisation a été entrepris dans le but d’élargir le volume traité sans impliquer des temps de traitement supérieur à la minute et des déplacements mécaniques du dispositif. Cette modalité a permis d’augmenter de 30 % le volume traité par le dispositif existant sans augmenter le temps de traitement. Compte tenu des limites du dispositif existant et de la nouvelle solution à intégrer, un nouveau dispositif a été conçu et fabriqué dans le but de répondre aux besoins des traitements des adénocarcinomes mammaires. La focalisation naturelle de ce transducteur permet de déposer de la pression en profondeur. Si la nouvelle modalité de focalisation électronique est utilisée, un champ de pression élargi est émis, permettant ainsi d’augmenter le volume de traitement. Les performances de cette sonde de traitement ont été évaluées numériquement puis validées lors d’expérimentations préliminaires in vitro sur des tissus hépatiques et lors d’une étude ex vivo sur des échantillons humains de tissu mammaire. Ces travaux représentent la première étape de l’élaboration d’un traitement HIFU pour traiter les adénocarcinomes mammaires avec un dispositif HIFU non-invasif, guidé par échographie et utilisable manuellement
High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) is a technique commonly used in the medical field for the treatment of solid tumors. This therapeutic strategy allows for the localized destruction of biological tissue by temperature elevation. This manuscript describes the design and utilization of a therapeutic system and a novel, patented focalization technique for non-invasive treatment of mammary adenocarcinomas. In a first instance, an existing device that has been previously used for intraoperative treatment of hepatic metastases, and one that is currently undergoing clinical trials, was used. An ex vivo study on human mammary samples demonstrated the possibility of applying pressures on deep tissue layers in a non-invasive manner. Based on this study, the development of a new focalization modality was developed to provide larger treated volumes while yielding treatment times under a minute and eliminating the need for mechanical steering of the device. This new modality provided treated volumes 30% larger than those produced by the existing device with no changes to treatment time. Given the limitations of the existing device, in addition to the need of integrating the new focalization strategy, a new device was designed and specifically fabricated to meet the demands for treating mammary adenocarcinomas. The natural focalization of this novel transducer allows for depositing pressure deep in tissue. When the new focalization modality is used, a larger pressure field produces increased treated volumes. The performance provided by the novel probe was first characterized through modeling studies. These results were then validated through preliminary in vitro studies on hepatic tissues as well as in ex vivo studies on human mammary tissue samples. This work represents the first stage of development of a HIFU treatment for mammary adenocarcinomas using a novel, non-invasive and image-guided HIFU device that can be used manually

L'association des Ultrasons Focalisés de Haute Intensité (HIFU) avec l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) permet d'effectuer un contrôle non invasif de la température pour permettre l'ablation des tumeurs cancéreuses par hyperthermie. L'asservissement de la température selon l'algorithme d'automatisme Proportionnel Intégral Dérivé (PID) a été prouvé comme étant efficace et précis. La stabilité de cet algorithme est améliorée en comparant les cartes de température mesurées aux modélisations thermiques de façon à déduire les paramètres tissulaires (conduction thermique, absorption d'énergie ultrasonore) en temps réel. Pour traiter un grand volume, l'asservissement de la température est effectué simultanément en plusieurs points. Le contrôle spatial de la température nécessite cependant la prise en compte de la répartition du champ acoustique et un déplacement rapide du point focal. Les transducteurs matriciels correspondent très bien à cette application puisqu'ils permettent de modifier la position du point focal à partir des signaux électriques. La répartition des éléments de ces transducteus nécessite une disposition spécifique asymétrique compacte pour minimiser l'encombrement du transducteur dans l'IRM et limiter les lobes secondaires lors du déplacement du point focal principal. Le contrôle spatial de la température avec ses transducteurs offre un traitement précis. Pour obtenir un contrôle de la température d'aussi bonne qualité lorsque l'organe bouge, les cartographies de température et la position du point focal nécessitent une correction basée sur l'analyse et l'anticipation de la périodicité du mouvement. Pour réaliser l'application clinique de ces procédés, une plateforme de traitement des tumeurs du sein a été développée de façon à sécuriser le traitement en orientant l'axe de propagation de l'onde horizontalement ce qui évite tout risque de dommage des organes vitaux.

Les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) permettent la destruction de tissus biologiques par élévation de la température. Cette technique reconnue est utilisée actuellement dans le monde médical afin de traiter certaines masses tumorales. Le projet décrit dans ce document détaille la mise au point et l'utilisation de deux systèmes thérapeutiques indépendants, ayant pour objectif principal le traitement peropératoire puis extracorporel des tumeurs hépatiques. Dans un premier temps, un système chirurgical existant, destiné au traitement des métastases hépatiques et en cours d'évaluation clinique, a été utilisé. La mise en place d'une modalité de traitement par focalisation électronique a permis d'augmenter le volume de coagulation initial et ainsi faciliter la procédure opératoire. Basée sur les conclusions de cette première étude, une seconde version de sonde peropératoire a été modélisée puis développée. La géométrie du transducteur utilisé a permis une modification de la forme des lésions produites. Les performances de cette sonde de traitement ont été évaluées numériquement puis validées lors d'expérience in vitro et in vivo. L'efficacité, la simplicité et la reproductibilité des traitements réalisés sur le foie ont conduit à une possible application du dispositif aux cancers du pancréas. Après étude numérique et évaluation de la faisabilité in vitro, une validation sur modèle animal a été entreprise. L'ensemble des résultats obtenus au cours de ces différents traitements peropératoires a permis d'envisager la faisabilité d'un dispositif de traitement par voie extracorporelle. Une étude théorique a donné lieu à la réalisation d'un prototype expérimental. Après calibrations et étalonnages, des résultats in vitro préliminaires ont été obtenus
High intensity focused ultrasound (HIFU) allows the destruction of biological tissue by temperature increase. This technique is commonly used in the medical world for treating certain types of tumor masses. The project described in this document details the development and use of two independent therapy systems, with the main objective to treat intraoperatively and extracorporeally liver tumors. As a first step, an existing surgical system, intended to treat liver metastases and under clinical evaluation, was used. The establishment of a treatment modality based on electronic focusing has contributed to increase the coagulation volume and thus simplify the operative procedure. Based upon the findings of this first study, a second version of intraoperative probe was modeled and developed. The geometry of this new transducer allowed to change the shape of produced ablations. The performance of this probe were evaluated numerically and then validated with in vitro and in vivo studies. The effectiveness, simplicity and reproducibility of the treatments performed in the liver led to a possible application of the device to pancreatic cancer. After numerical study and in vitro feasibility assessment, animal model validation was also undertaken. All the results obtained during the peroperative treatments was used to study the feasibility of an extracorporeal treatment. A theoretical study has led to the development of an experimental prototype. After calibration, preliminary in vitro results were obtained

Les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) permettent la destruction de tissus biologiques par élévation de la température. Cette technique reconnue est utilisée actuellement dans le monde médical afin de traiter certaines masses tumorales. Le projet décrit dans ce document détaille la mise au point et l'utilisation de deux systèmes thérapeutiques indépendants, ayant pour objectif principal le traitement peropératoire puis extracorporel des tumeurs hépatiques. Dans un premier temps, un système chirurgical existant, destiné au traitement des métastases hépatiques et en cours d'évaluation clinique, a été utilisé. La mise en place d'une modalité de traitement par focalisation électronique a permis d'augmenter le volume de coagulation initial et ainsi faciliter la procédure opératoire. Basée sur les conclusions de cette première étude, une seconde version de sonde peropératoire a été modélisée puis développée. La géométrie du transducteur utilisé a permis une modification de la forme des lésions produites. Les performances de cette sonde de traitement ont été évaluées numériquement puis validées lors d'expérience in vitro et in vivo. L'efficacité, la simplicité et la reproductibilité des traitements réalisés sur le foie ont conduit à une possible application du dispositif aux cancers du pancréas. Après étude numérique et évaluation de la faisabilité in vitro, une validation sur modèle animal a été entreprise. L'ensemble des résultats obtenus au cours de ces différents traitements peropératoires a permis d'envisager la faisabilité d'un dispositif de traitement par voie extracorporelle. Une étude théorique a donné lieu à la réalisation d'un prototype expérimental. Après calibrations et étalonnages, des résultats in vitro préliminaires ont été obtenus
High intensity focused ultrasound (HIFU) allows the destruction of biological tissue by temperature increase. This technique is commonly used in the medical world for treating certain types of tumor masses. The project described in this document details the development and use of two independent therapy systems, with the main objective to treat intraoperatively and extracorporeally liver tumors. As a first step, an existing surgical system, intended to treat liver metastases and under clinical evaluation, was used. The establishment of a treatment modality based on electronic focusing has contributed to increase the coagulation volume and thus simplify the operative procedure. Based upon the findings of this first study, a second version of intraoperative probe was modeled and developed. The geometry of this new transducer allowed to change the shape of produced ablations. The performance of this probe were evaluated numerically and then validated with in vitro and in vivo studies. The effectiveness, simplicity and reproducibility of the treatments performed in the liver led to a possible application of the device to pancreatic cancer. After numerical study and in vitro feasibility assessment, animal model validation was also undertaken. All the results obtained during the peroperative treatments was used to study the feasibility of an extracorporeal treatment. A theoretical study has led to the development of an experimental prototype. After calibration, preliminary in vitro results were obtained

Les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) sont une modalité de traitement non invasive des tumeurs solides qui permet une destruction tissulaire localisée et en profondeur des tissus. Les travaux de ce manuscrit décrivent le développement de stratégies de traitement et la conception d’un transducteur de géométrie torique dédié au traitement non invasif des tumeurs hépatiques. Dans un premier temps, un dispositif HIFU torique existant et conçu pour le traitement peropératoire des tumeurs hépatiques a été utilisé afin d’élargir les perspectives de traitement peropératoire pour les tumeurs localisées au confluent cavo-sus-hépatique. Cette approche de traitement a été évaluée sur une étude préclinique et a montré la faisabilité de la procédure et la tolérance à moyen du traitement. Ce même dispositif a ensuite été utilisé pour déterminer la faisabilité d’un traitement HIFU complètement non invasif avec un transducteur de géométrie torique. La faisabilité et l’innocuité de ce traitement non invasif a été démontré sur une étude préclinique chez le modèle porcin. Ces travaux ont mis en lumière la nécessité d’une personnalisation des traitements HIFU non invasif afin d’épargner les tissus intermédiaires sains. Sur la base de ces expériences, un nouveau système de ciblage a été développer afin d’assurer un ciblage précis des traitements HIFU non invasifs réalisés proches de structures à risques. Les performances de nouveau système ont été démontré sur deux protocoles in vivo pour le traitement du STT (Syndrome Transfuseur Transfusé) et des tumeurs du trigone vésical. Un nouveau dispositif de traitement HIFU a ensuite été conçu et développé pour le traitement non invasif des tumeurs hépatiques. La découpe spécifique de ce transducteur torique tronqué permet un élargissement du volume traité sans déplacement mécanique du transducteur. Les performances thérapeutiques de ce dispositif ont été évaluées sur des essais in vitro et in vivo chez le modèle porcin. Ces travaux représentent la première brique d’un traitement non invasif des tumeurs hépatiques avec un transducteur HIFU torique
High-intensity focused ultrasound (HIFU) is a non-invasive treatment modality for solid tumors that provides a localized destruction of deep tissues. The work in this manuscript describes the development of treatment strategies and the design of a toroidal HIFU transducer dedicated to the non-invasive treatment of liver tumors. First, an existing toroidal HIFU device designed for an intraoperative treatment of liver tumors was used to expand the prospects for intraoperative treatment of tumors localized at the hepato-caval confluence. This treatment approach was evaluated in a preclinical study and showed the feasibility of the procedure and the tolerance of the treatment. This same device was then used to evaluate the feasibility of a completely non-invasive HIFU treatment with a toroidal transducer. The feasibility and safety of this non-invasive treatment was demonstrated in a preclinical study in the porcine model. This work highlighted the need for personalized non-invasive HIFU treatments to spare healthy intermediate tissues. Based on these experiences, a new targeting system was developed to ensure an accurate targeting of non-invasive HIFU treatments performed near risky structures. The performance of the new system has been demonstrated on two in vivo protocols for the treatment of the TTTS (Twin to Twin Transfusion Syndrome) and bladder trigone tumors. A new HIFU treatment device was then designed and developed for the non-invasive treatment of liver tumors. The specific cut of this truncated toroidal transducer allows an enlargement of the treated volume without mechanical displacement of the transducer. The therapeutic performance of this device has been evaluated on in vitro and in vivo experiments in the porcine model. This work represents the first step of a non-invasive treatment of hepatic tumors with a toroidal HIFU transducer

La technique de haute intensité ultrasons focalisés (HIFU) est maintenant largement utilisée pour le traitement du cancer, grâce à son avantage non-invasif. Dans un système de HIFU, une matrice de transducteurs à ultrasons est pilotée en phase pour produire un faisceau focalisé d'ultrasons (1M ~ 10 MHz) dans une petite zone de l'emplacement de la cible sur le cancer dans le corps. La plupart des systèmes HIFU sont guidées par imagerie par résonance magnétique (IRM) dans de nos jours. Dans cette étude de doctorat, un amplificateur de puissance de classe D en demi-pont et un système d'accord automatique d'impédance sont proposés. Tous deux circuits proposés sont compatibles avec le système IRM. L'amplificateur de puissance proposé a été réalisé par un circuit imprimé (PCB) avec des composants discrets. Selon les résultats du test, il a rendement de conversion en puissance de 82% pour une puissance de sortie conçue de 1,25W à une fréquence de travail de 3MHz. Le système d'accord automatique d'impédance proposé a été conçu en deux versions: une version en PCB et une version en circuit intégré (IC). Contrairement aux systèmes d'accord automatique proposés dans la littérature, il n'y a pas besoin de l'unité de microcontrôleur (MCU) ou de l'ordinateur dans la conception proposée. D'ailleurs, sans l'aide de composants magnétiques volumineux, ce système d'auto-réglage est entièrement compatible avec l'équipement IRM. La version en PCB a été conçue pour vérifier le principe du système proposé, et il est également utilisé pour guider à la conception du circuit intégré. La réalisation en PCB occupe une surface de 110cm². Les résultats des tests ont confirmé la performance attendue. Le système d'auto-tuning proposé peut parfaitement annuler l'impédance imaginaire du transducteur, et il peut également compenser l'impédance de la dérive causée par les variations inévitables (variation de température, dispersion technique, etc.). La conception du système d'auto-réglage en circuit intégré a été réalisé avec une technologie CMOS (C35B4C3) fournies par Austrian Micro Systems (AMS). La surface occupée par le circuit intégré est seulement de 0,42mm². Le circuit intégré conçu est capable de fonctionner à une large gamme de fréquence tout en conservant une consommation d'énergie très faible (137 mW). D'après les résultats de la simulation, le rendement de puissance de ce circuit peut être amélioré jusqu'à 20% comparant à celui utilisant le réseau d'accord statique
High intensity focused ultrasound (HIFU) technology is now broadly used for cancer treatment, thanks to its non-invasive property. In a HIFU system, a phased array of ultrasonic transducers is utilized to generate a focused beam of ultrasound (1M~10MHz) into a small area of the cancer target within the body. Most HIFU systems are guided by magnetic resonance imaging (MRI) in nowadays. In this PhD study, a half-bridge class D power amplifier and an automatic impedance tuning system are proposed. Both the class D power amplifier and the auto-tuning system are compatible with MRI system. The proposed power amplifier is implemented by a printed circuit board (PCB) circuit with discrete components. According to the test results, it has a power efficiency of 82% designed for an output power of 3W at 1.25 MHz working frequency. The proposed automatic impedance tuning system has been designed in two versions: a PCB version and an integrated circuit (IC) version. Unlike the typical auto-impedance tuning networks, there is no need of microprogrammed control unit (MCU) or computer in the proposed design. Besides, without using bulky magnetic components, this auto-tuning system is completely compatible with MRI equipment. The PCB version was designed to verify the principle of the proposed automatic impedance tuning system, and it is also used to help the design of the integrated circuit. The PCB realization occupies a surface of 110cm². The test results confirmed the expected performance. The proposed auto-tuning system can perfectly cancel the imaginary impedance of the transducer, and it can also compensate the impedance drifting caused by unavoidable variations (temperature variation, technical dispersion, etc.). The IC design of the auto-tuning system is realized in a CMOS process (C35B4C3) provided by Austrian Micro Systems (AMS). The die area of the integrated circuit is only 0.42mm². This circuit design can provide a wide working frequency range while keeping a very low power consumption (137 mW). According to the simulation results, the power efficiency can be improved can up to 20% by using this auto-tuning circuit compared with that using the static tuning network