HDR : BIMODALITE DES ULTRASONS BIOMEDICAUX POUR LES THERAPIES FOCALES/CONFORMATIONNELLES GUIDEES PAR L’IMAGERIE MULTIMODALE

Author: Apoutou N'Djin
Time: 14H00
Language: French
Place: Conference Room at LabTAU (registration required for non-LabTAU members to participate in visio with the button above)

Résumé (Abstract)

Les ultrasons (US) thérapeutiques sont en constante évolution. Pour améliorer les soins aux patients, des thérapies personnalisées - focales ou conformationnelles - doivent permettre de mieux cibler les sites pathologiques. Ces stratégies restent complexes à implémenter, car elles nécessitent un contrôle avancé : de l’émission US ; des interactions biophysiques « US/tissus ». Pour guider ces procédures, la bimodalité US (imagerie/thérapie) et l’imagerie multimodale(ex : US, IRM, modélisation, fusion) sont prometteuses. Nos recherches transversales ont été réparties selon 3 thèmes : 1)nouvelles stratégies de ciblage ; 2) technologie MEMs émergente ; 3) ouverture aux neurosciences.
Thème 1 – En chirurgie ouverte, nous avons proposé une focalisation ultrasonore - torique - pour la thérapie focale des métastases hépatiques par ultrasons focalisés de haute intensité guidés sous imagerie US. Les ablations tissulaires obtenues en préclinique étaient volumineuses, peu affectées par la vascularisation et les mouvements physiologiques (épilogue : Phases I-IIa cliniques). En radiologie interventionnelle, l'étude d’expositions ultrasonores collimatées - mono- puis bi-fréquentielles - permettait la génération d’ablations conformationnelles sous IRM (préclinique ; Phase 0 clinique), pour la thérapie transurétrale du cancer localisé de la prostate (épilogue : études multicentriques). Nous travaillons aujourd’hui sur des méthodes de visualisation temps-réel et de guidage multimodale (navigation, fusion), qui pourraient offrir de nouvelles perspectives de ciblage, mais également nécessiter une transition technologique.
Thème 2 – Pour envisager de nouvelles approches thérapeutiques avec une technologie MEMs émergente de - Transducteur Ultrasonore Capacitif Micro-usiné (CMUT) -, nous étudions la mécanotransduction (à l’échelle cellulaire) et les performances acoustiques de différents designs de réseaux d’éléments CMUTs. Outre les avantages connus (miniaturisation, multifréquence), la capacité de cette technologie à émettre des ultrasons de puissance a été démontrée. Des investigations sont en cours, avec le développement de nouvelles générations de prototypes hautement intégrés. Les thérapies ultrasonores de basse énergie pourraient aussi bénéficier de ces innovations, mais nécessitent parfois d’abord une ouverture à d’autres disciplines.
Thème 3 – Pour comprendre les mécanismes de neurostimulation par ultrasons de basse énergie, nous avons dû intégrer des techniques électrophysiologiques avancées issues des neurosciences. Dès lors, une approche comparative multi-modèle multi-échelle suggérait un rôle prépondérant de la force de radiation, dans le déclenchement des réponses neuronales. La maitrise de ces phénomènes pourrait déboucher sur de nouvelles formes de thérapies - fonctionnelles -.

Les technologies ultrasonores émergentes et les méthodes issues des computer-/neuro- sciences continueront à inspirer nos recherches, pour maitriser certains mécanismes biophysiques et proposer des approches médicales personnalisées innovantes.

Therapeutic ultrasound (US) is constantly evolving. To improve patient care, personalized therapies - focal or conformal - must allow better targeting of pathological sites. These strategies remain complex to implement, as they require advanced control: of the US emission; of “US/tissue” biophysical interactions. To guide these procedures, US bimodality(imaging / therapy) and multimodal imaging (e.g. US, MRI, modeling, fusion) are promising. Our transversal research was divided into 3 themes: 1) new targeting strategies; 2) emerging MEMs technology; 3) openness to neurosciences.
Theme 1 - In open surgery, we have proposed a - toroidal - ultrasound focusing for the focal therapy of liver metastases by high intensity focused ultrasound guided under US imaging. Tissue ablations obtained preclinically were voluminous, little affected by vascularization and physiological movements (epilogue: clinical Phases I-IIa). In interventional radiology, the study of - single then dual-frequency - collimated ultrasound exposures allowed the generation of conformal ablations under MR guidance (preclinical; clinical Phase 0), for the transurethral therapy of localized prostate cancer (epilogue: multicenter studies). We are currently working on real-time visualization and multimodal guidance methods (navigation, fusion), which could offer new targeting perspectives, but also require a technological transition.
Theme 2 - To consider new therapeutic approaches with an emerging MEMs technology of - Micro-machined Capacitive Ultrasonic Transducer (CMUT) -, we are studying the mechanotransduction (at the cellular level) and the acoustic performances of different designs of CMUT element arrays. In addition to the known advantages (miniaturization, multi-frequency), the capacity of this technology to emit high-power ultrasound has been demonstrated. Investigations are underway, with the development of new generations of highly integrated prototypes. Low-energy ultrasound therapies could also benefit from these innovations, but sometimes require opening up to other disciplines first.
Theme 3 - To understand the mechanisms of low-energy ultrasound neurostimulation, we had to integrate advanced electrophysiological techniques from neurosciences. Therefore, a multi-model multi-scale comparative approach suggested a preponderant role of the radiation force in triggering neuronal responses. The mastery of these phenomena could lead to new forms of - functional - therapies.

Emerging ultrasound technologies and methods from computer-/neuro- sciences will continue to inspire our research, to master certain biophysical mechanisms and to propose innovative personalized medical approaches.

Résumé en image (Graphical abstract)