Thesis by GUESSOUM Leila
Dynamic focusing applied to ultrasound surgery. Study of two configurations: annular array and 1.5D phased-array.
Defended on 13 december 2001
The aim of this study is to demonstrate the feasibility of two new spherically curved phased arrays for the treatment of localized prostatic cancer. These devices are proposed as an improvement to Ablatherm® machine. After a short explanation of High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) biological effects and a brief history of their therapeutic applications, the principle of dynamic focusing is exposed and different dynamic focusing configurations are described. A model to predict HIFU–induced lesions in the presence of cavitation bubbles is introduced. The model is based on the hypothesis of a rise in the attenuation of tissues produced by the cavitation bubbles. The application of the model is proposed and validated for HIFU–lesions produced by a single–element focalized probe. A concentric-ring array is presented. This device can steer the beam in depth allowing enough depth to be reached to treat large prostates. The conception and development of the driving system is described. The HIFU–lesion formation model has been adapted to predict the shape of the lesions produced by the concentric-ring probe. The model has been used to find the optimal treatment parameters. In vitro and in vivo experiments have been done to test the prediction of the model and the performance of the device. Finally, the 1.5D array is described. This array steers the beam along two axes, allowing the treatment in depth and eliminating one degree of mechanical movement. The conception, construction and development of the driving system are described. The expected lesions for this device were obtained with the proposed HIFU–lesion model. In vitro experiments were done to test the device.
Application de la focalisation dynamique à la chirurgie ultrasonore. Etude de deux configurations: réseau annulaire et barrette 1.5D
Soutenue le 13 December 2001
Le but de cette étude est de proposer l’utilisation de deux sondes à focalisation dynamique pour la thérapie par ultrasons focalisés de haute intensité. Ces sondes offrent une amélioration au dispositif Ablatherm® utilisé actuellement pour le traitement du cancer de la prostate. Après une brève exposition sur les effets biologiques des ultrasons et un historique de leurs applications thérapeutiques, le principe de focalisation dynamique est exposé et différentes configurations sont décrites. Un modèle pour la prédiction de la formation des lésions par ultrasons focalisés est présenté. Il est basé sur l’hypothèse de l’augmentation de l’atténuation provoquée par les microbulles de cavitation présentes dans les tissus. Son application est proposée et validée pour des lésions produites par un transducteur monoélément focalisé. Un transducteur en réseau annulaire est présenté. Ce dispositif permet de déplacer le point focal en profondeur pour traiter des prostates de gros volume. La conception et le développement du système d’excitation et pilotage du prototype est décrit. Le modèle de formation des lésions a été adapté pour prédire la forme des lésions de ce nouveau dispositif et il a été utilisé pour trouver les paramètres de traitement convenables. Les essais in vitro et in vivo menés pour valider son fonctionnement sont exposés. Finalement, la configuration en barrette 1.5D est décrite. Cette configuration permet de déplacer le point focal dans un plan sagittal pour traiter en profondeur et pour éliminer l’un des mouvements mécaniques utilisés actuellement en clinique. La conception, la construction et le développement du système d’excitation sont décrits. Les lésions attendues pour cette configuration sont obtenues à l’aide du modèle présenté dans l’étude. Des essais in vitro ont été réalisés pour tester la faisabilité des lésions avec ce nouveau dispositif.
Defended on 13 december 2001
The aim of this study is to demonstrate the feasibility of two new spherically curved phased arrays for the treatment of localized prostatic cancer. These devices are proposed as an improvement to Ablatherm® machine. After a short explanation of High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) biological effects and a brief history of their therapeutic applications, the principle of dynamic focusing is exposed and different dynamic focusing configurations are described. A model to predict HIFU–induced lesions in the presence of cavitation bubbles is introduced. The model is based on the hypothesis of a rise in the attenuation of tissues produced by the cavitation bubbles. The application of the model is proposed and validated for HIFU–lesions produced by a single–element focalized probe. A concentric-ring array is presented. This device can steer the beam in depth allowing enough depth to be reached to treat large prostates. The conception and development of the driving system is described. The HIFU–lesion formation model has been adapted to predict the shape of the lesions produced by the concentric-ring probe. The model has been used to find the optimal treatment parameters. In vitro and in vivo experiments have been done to test the prediction of the model and the performance of the device. Finally, the 1.5D array is described. This array steers the beam along two axes, allowing the treatment in depth and eliminating one degree of mechanical movement. The conception, construction and development of the driving system are described. The expected lesions for this device were obtained with the proposed HIFU–lesion model. In vitro experiments were done to test the device.
Application de la focalisation dynamique à la chirurgie ultrasonore. Etude de deux configurations: réseau annulaire et barrette 1.5D
Soutenue le 13 December 2001
Le but de cette étude est de proposer l’utilisation de deux sondes à focalisation dynamique pour la thérapie par ultrasons focalisés de haute intensité. Ces sondes offrent une amélioration au dispositif Ablatherm® utilisé actuellement pour le traitement du cancer de la prostate. Après une brève exposition sur les effets biologiques des ultrasons et un historique de leurs applications thérapeutiques, le principe de focalisation dynamique est exposé et différentes configurations sont décrites. Un modèle pour la prédiction de la formation des lésions par ultrasons focalisés est présenté. Il est basé sur l’hypothèse de l’augmentation de l’atténuation provoquée par les microbulles de cavitation présentes dans les tissus. Son application est proposée et validée pour des lésions produites par un transducteur monoélément focalisé. Un transducteur en réseau annulaire est présenté. Ce dispositif permet de déplacer le point focal en profondeur pour traiter des prostates de gros volume. La conception et le développement du système d’excitation et pilotage du prototype est décrit. Le modèle de formation des lésions a été adapté pour prédire la forme des lésions de ce nouveau dispositif et il a été utilisé pour trouver les paramètres de traitement convenables. Les essais in vitro et in vivo menés pour valider son fonctionnement sont exposés. Finalement, la configuration en barrette 1.5D est décrite. Cette configuration permet de déplacer le point focal dans un plan sagittal pour traiter en profondeur et pour éliminer l’un des mouvements mécaniques utilisés actuellement en clinique. La conception, la construction et le développement du système d’excitation sont décrits. Les lésions attendues pour cette configuration sont obtenues à l’aide du modèle présenté dans l’étude. Des essais in vitro ont été réalisés pour tester la faisabilité des lésions avec ce nouveau dispositif.
