Thesis by LAFON Cyril
Development of an interstitial ultrasound applicator: Treatment of the digestive tumours by endoscopic route.
Defended on 8 november 1999
A slightly invasive applicator, delivering heat locally, would allow to overcome the problems in the treatment of many digestive cancers. The aim of this work was the development of an interstitial ultrasound applicator designed to coagulate tissues by means of a rise in temperature between 20 and 50°C above initial conditions. This work involved several steps. The coagulated volume was calculated from the "bio heat transfer" equation, the theoretical pressure field and the definition of the thermal dose. Two different shapes of ultrasound applicators were compared in terms of therapeutic depths and in terms of speed to induce a cylindrical coagulation necrosis. An applicator with a plane rotating transducer was then built up and tested in vitro and in vivo. Tumours implanted on rats abdomen were also treated. Results showed sharp and repetitive coagulation necroses of up to 20 mm in diameter. The 64% survival rate of the treated rats demonstrated good possibilities of our device for tumour destruction. An optimised transducer shape was also presented. A slightly focused transducer increased the treatment depth. In parallel to the simple mechanical rotation of the plane transducer, a cylindrical array was proposed for the electronic rotation of a plane wave. A study with a plane array demonstrated the feasibility of such an idea. At least, an applicator compatible with digestive endoscopy techniques was realised. In vivo experiments and clinical trials were performed for the treatment of bilary duct tumours by endoscopic route. The preliminary results of the clinical trials proved that this treatment offers a good option for the tumour reduction in this complicated case.
Développement d'un applicateur ultrasonore interstitiel: Application au traitement par voie endoscopique des tumeurs digestives.
Soutenue le 8 November 1999
Un applicateur local de chaleur, peu invasif, permettrait de répondre aux difficultés rencontrées dans le traitement de nombreux cancers digestifs. L'objet de ce travail est donc la mise au point d'un applicateur interstitiel ultrasonore coagulant les tissus en générant des élévations de température de 20 à 50°C. Le travail de thèse comprend plusieurs étapes. La partie modélisation permet de calculer le volume nécrosé à partir de la résolution de la "bioheat transfer equation", de la modélisation du champ de pression et de la définition du dommage thermique. Deux géométries d'applicateur ultrasonore sont comparées théoriquement en termes de profondeur de traitement et en termes de rapidité pour coaguler un volume tissulaire cylindrique. Un transducteur plan rotatif est alors préféré à un transducteur tubulaire. Un applicateur avec un transducteur plan rotatif est alors réalisé et testé au travers d'essais in vitro, in vivo et sur des tumeurs implantés in vivo. Les résultats des essais révèlent des nécroses de coagulation nettes, jusqu'à 20 mm en diamètre. Le taux de survie des rats, sur lesquels des tumeurs très agressives ont été implantées, est de 64%. L'optimisation de la géométrie du transducteur est également traitée. Un transducteur légèrement focalisé permet d'augmenter la profondeur de traitement. Parallèlement à la simple rotation mécanique d'un transducteur plan, une barrette cylindrique est proposée pour la rotation électronique d'une onde plane. Une étude avec une barrette plane démontre la faisabilité de cette idée. Dans une dernière étape, un applicateur adapté à l'endoscopie digestive est fabriqué. Des expériences in vivo et des essais cliniques sont entrepris pour le traitement des tumeurs des voies biliaires. Les premiers résultats des essais cliniques prouvent que ce traitement offre une option de choix pour la réduction tumorale.
Defended on 8 november 1999
A slightly invasive applicator, delivering heat locally, would allow to overcome the problems in the treatment of many digestive cancers. The aim of this work was the development of an interstitial ultrasound applicator designed to coagulate tissues by means of a rise in temperature between 20 and 50°C above initial conditions. This work involved several steps. The coagulated volume was calculated from the "bio heat transfer" equation, the theoretical pressure field and the definition of the thermal dose. Two different shapes of ultrasound applicators were compared in terms of therapeutic depths and in terms of speed to induce a cylindrical coagulation necrosis. An applicator with a plane rotating transducer was then built up and tested in vitro and in vivo. Tumours implanted on rats abdomen were also treated. Results showed sharp and repetitive coagulation necroses of up to 20 mm in diameter. The 64% survival rate of the treated rats demonstrated good possibilities of our device for tumour destruction. An optimised transducer shape was also presented. A slightly focused transducer increased the treatment depth. In parallel to the simple mechanical rotation of the plane transducer, a cylindrical array was proposed for the electronic rotation of a plane wave. A study with a plane array demonstrated the feasibility of such an idea. At least, an applicator compatible with digestive endoscopy techniques was realised. In vivo experiments and clinical trials were performed for the treatment of bilary duct tumours by endoscopic route. The preliminary results of the clinical trials proved that this treatment offers a good option for the tumour reduction in this complicated case.
Développement d'un applicateur ultrasonore interstitiel: Application au traitement par voie endoscopique des tumeurs digestives.
Soutenue le 8 November 1999
Un applicateur local de chaleur, peu invasif, permettrait de répondre aux difficultés rencontrées dans le traitement de nombreux cancers digestifs. L'objet de ce travail est donc la mise au point d'un applicateur interstitiel ultrasonore coagulant les tissus en générant des élévations de température de 20 à 50°C. Le travail de thèse comprend plusieurs étapes. La partie modélisation permet de calculer le volume nécrosé à partir de la résolution de la "bioheat transfer equation", de la modélisation du champ de pression et de la définition du dommage thermique. Deux géométries d'applicateur ultrasonore sont comparées théoriquement en termes de profondeur de traitement et en termes de rapidité pour coaguler un volume tissulaire cylindrique. Un transducteur plan rotatif est alors préféré à un transducteur tubulaire. Un applicateur avec un transducteur plan rotatif est alors réalisé et testé au travers d'essais in vitro, in vivo et sur des tumeurs implantés in vivo. Les résultats des essais révèlent des nécroses de coagulation nettes, jusqu'à 20 mm en diamètre. Le taux de survie des rats, sur lesquels des tumeurs très agressives ont été implantées, est de 64%. L'optimisation de la géométrie du transducteur est également traitée. Un transducteur légèrement focalisé permet d'augmenter la profondeur de traitement. Parallèlement à la simple rotation mécanique d'un transducteur plan, une barrette cylindrique est proposée pour la rotation électronique d'une onde plane. Une étude avec une barrette plane démontre la faisabilité de cette idée. Dans une dernière étape, un applicateur adapté à l'endoscopie digestive est fabriqué. Des expériences in vivo et des essais cliniques sont entrepris pour le traitement des tumeurs des voies biliaires. Les premiers résultats des essais cliniques prouvent que ce traitement offre une option de choix pour la réduction tumorale.
