Thesis by THOMAS Gilles
Design, Optimization and Evaluation of an Extracorporeal Piezoelectric Lithotripter
Defended on 25 february 2019
Kidney Stones can be found in the kidney, ureter, or in the bladder, and affect about 1 in 11 people at least once in a lifetime in the US. Extracorporeal shock wave lithotripsy is a widely used technique where high intensity acoustic pulses are focused toward kidney stones in order to break them. The work presented in this thesis focus on optimizing piezoelectric lithotripter, both in design and efficiency, in order to have more efficient treatment while also being less costly. First, a study of the current state of lithotripsy was made, followed by experiments on commercial and experimental lithotripters in order to define properly the different parameters to be worked on. From this, it was decided to optimize the current piezoelectric elements in the lithotripter to obtain a more efficient treatment. Then, a lithotripter using optimized lens focused piezoelectric transducers set in confocal setups was designed and manufactured. Its acoustic characterization, effect on cavitation and model stone fragmentation efficiency were evaluated. The resulting lithotripter showed performances equivalent to existing commercial lithotripter, while allowing more flexible treatment than traditional lithotripter.
Conception, optimisation et évaluation d’un lithotriteur piézoélectrique extracorporel
Soutenue le 25 February 2019
Les lithiases urinaires peuvent affecter le rein, l’uretère ou la vessie, et affectent en moyenne, au moins une fois durant leur vie, 1 personne sur 11 aux États-Unis. La lithotritie extracorporelle est une technique largement répandue dans le monde qui consiste à focaliser des ondes de choc acoustiques de haute intensité sur les lithiases afin de les briser. Le travail présenté dans cette thèse porte sur l’optimisation de la lithotritie piézoélectrique, à la fois dans sa conception mais aussi dans son efficacité, tout en réduisant son coût de fabrication. Premièrement, une étude de l’état de l’art de la lithotritie a été réalisée, suivie par des expériences sur des lithotriteurs commerciaux et expérimentaux afin de déterminer les différents axes de recherche de la thèse. Ensuite, une optimisation des éléments piézoélectriques d’un lithotriteur a été réalisée afin d’obtenir un traitement plus performant. Finalement, des lithotriteurs composés de transducteurs piézoélectriques focalisés grâce à des lentilles optimisées ont été conçus et fabriqués. Leurs champs acoustiques, leurs effets sur la cavitation et leur efficacité à fragmenter des lithiases artificielles ont été évalués. Les lithotriteurs résultant ont montré des performances équivalentes à des lithotriteurs commerciaux existant, tout en permettant un traitement plus flexible que ces derniers.
Defended on 25 february 2019
Kidney Stones can be found in the kidney, ureter, or in the bladder, and affect about 1 in 11 people at least once in a lifetime in the US. Extracorporeal shock wave lithotripsy is a widely used technique where high intensity acoustic pulses are focused toward kidney stones in order to break them. The work presented in this thesis focus on optimizing piezoelectric lithotripter, both in design and efficiency, in order to have more efficient treatment while also being less costly. First, a study of the current state of lithotripsy was made, followed by experiments on commercial and experimental lithotripters in order to define properly the different parameters to be worked on. From this, it was decided to optimize the current piezoelectric elements in the lithotripter to obtain a more efficient treatment. Then, a lithotripter using optimized lens focused piezoelectric transducers set in confocal setups was designed and manufactured. Its acoustic characterization, effect on cavitation and model stone fragmentation efficiency were evaluated. The resulting lithotripter showed performances equivalent to existing commercial lithotripter, while allowing more flexible treatment than traditional lithotripter.
Conception, optimisation et évaluation d’un lithotriteur piézoélectrique extracorporel
Soutenue le 25 February 2019
Les lithiases urinaires peuvent affecter le rein, l’uretère ou la vessie, et affectent en moyenne, au moins une fois durant leur vie, 1 personne sur 11 aux États-Unis. La lithotritie extracorporelle est une technique largement répandue dans le monde qui consiste à focaliser des ondes de choc acoustiques de haute intensité sur les lithiases afin de les briser. Le travail présenté dans cette thèse porte sur l’optimisation de la lithotritie piézoélectrique, à la fois dans sa conception mais aussi dans son efficacité, tout en réduisant son coût de fabrication. Premièrement, une étude de l’état de l’art de la lithotritie a été réalisée, suivie par des expériences sur des lithotriteurs commerciaux et expérimentaux afin de déterminer les différents axes de recherche de la thèse. Ensuite, une optimisation des éléments piézoélectriques d’un lithotriteur a été réalisée afin d’obtenir un traitement plus performant. Finalement, des lithotriteurs composés de transducteurs piézoélectriques focalisés grâce à des lentilles optimisées ont été conçus et fabriqués. Leurs champs acoustiques, leurs effets sur la cavitation et leur efficacité à fragmenter des lithiases artificielles ont été évalués. Les lithotriteurs résultant ont montré des performances équivalentes à des lithotriteurs commerciaux existant, tout en permettant un traitement plus flexible que ces derniers.
