Thesis by N'DJIN William Apoutou
Toroïdial-shaped High Intensity Focused Ultrasound for generating large ablations. Preclinical studies for the treatment of liver metastases from colorectal cancer.
Defended on 17 december 2008
An ultrasound therapeutic medical device dedicated for the thermal ablation of liver metastases from colorectal cancers (LMCC) during an open procedure was developed and validated at a preclinical stage in a pig model. The aim of this study was to propose a HIFU device complementary to surgical liver resection. A toroïdial-shaped HIFU transducer with integrated ultrasound imaging was developed for creating large single lesions (7cm3, 40s). The characteristics of these lesions were studied numerically, during in vivo preclinical evaluations. Ballistic studies introduced a model of tumor-mimic embedded in the liver. Its acoustical characteristics were found to be adequate for HIFU ablation. The therapeutic strategy (open procedure, HIFU exposures parameters, ultrasound guidance) allowed the treatment of the tumor-mimics with negative margins. Homogeneous ablations were also performed in the vicinity of vessels up to 8 mm in diameter in less accessible regions (cavo-hepatic junction). Then, the toroïdial-shaped HIFU device was used for assisting surgical resection. The method enhances significantly vascular control during resection. Finally, in vivo liver motion effects on HIFU treatments were studied in a combined method included modeling and acquisition of preclinical ultrasound images in animals. An in vivo study has demonstrated that using this HIFU device during an open procedure allows creating ablations that are identical to those created during apnea. On the basis of these results, a clinical study will be started at the cancer center Léon Bérard with the toroïdial-shaped HIFU medical system by using the HIFU exposure strategy determined in this work.
Transducteur torique à Ultrasons Focalisés de Haute Intensité pour générer des ablations volumineuses. Applications précliniques pour le traitement des métastases hépatiques de cancers colorectaux.
Soutenue le 17 December 2008
Une sonde médicale peropératoire de thérapie ultrasonore dédiée à l’ablation thermique des métastases hépatiques de cancers colorectaux (MHCCR) a été développée et validée au stade préclinique sur le modèle porcin. L’objectif de ces travaux était de proposer un nouvel outil complémentaire à la résection chirurgicale. Un transducteur HIFU torique à imagerie intégrée a été mis au point pour générer des lésions volumineuses (7cm3, 40s). Les caractéristiques de ces lésions ont été étudiées en modélisation et lors d’essais précliniques in vivo. Des études de ciblage ont fait intervenir un modèle pseudotumoral implanté dans le foie. Ses caractéristiques acoustiques ont été validées comme compatibles avec l’ablation par HIFU. La stratégie thérapeutique mise en place (paramètre de tirs, approche peropératoire, guidage échographique) a permis de traiter les pseudotumeurs avec des marges négatives. Des ablations homogènes ont également été réalisées au contact de vaisseaux de 8 mm de diamètre dans des régions peu accessibles (confluent cavo-sus-hépatique). Puis, la sonde torique a été utilisée comme outil pour la résection chirurgicale assistée par HIFU (RA-HIFU). La RA-HIFU apporte des améliorations significatives en terme de contrôle vasculaire. Enfin, les effets des mouvements du foie in vivo sur les traitements HIFU ont été étudiés dans une méthode combinée de modélisation et d’images échographiques enregistrées sur animaux. Une étude in vivo a montré que le traitement HIFU réalisé avec la sonde torique était peu influencé par ce type de mouvements. Une étude clinique va être entreprise au Centre Léon Bérard en utilisant la stratégie de tir déterminée par ces travaux.
Defended on 17 december 2008
An ultrasound therapeutic medical device dedicated for the thermal ablation of liver metastases from colorectal cancers (LMCC) during an open procedure was developed and validated at a preclinical stage in a pig model. The aim of this study was to propose a HIFU device complementary to surgical liver resection. A toroïdial-shaped HIFU transducer with integrated ultrasound imaging was developed for creating large single lesions (7cm3, 40s). The characteristics of these lesions were studied numerically, during in vivo preclinical evaluations. Ballistic studies introduced a model of tumor-mimic embedded in the liver. Its acoustical characteristics were found to be adequate for HIFU ablation. The therapeutic strategy (open procedure, HIFU exposures parameters, ultrasound guidance) allowed the treatment of the tumor-mimics with negative margins. Homogeneous ablations were also performed in the vicinity of vessels up to 8 mm in diameter in less accessible regions (cavo-hepatic junction). Then, the toroïdial-shaped HIFU device was used for assisting surgical resection. The method enhances significantly vascular control during resection. Finally, in vivo liver motion effects on HIFU treatments were studied in a combined method included modeling and acquisition of preclinical ultrasound images in animals. An in vivo study has demonstrated that using this HIFU device during an open procedure allows creating ablations that are identical to those created during apnea. On the basis of these results, a clinical study will be started at the cancer center Léon Bérard with the toroïdial-shaped HIFU medical system by using the HIFU exposure strategy determined in this work.
Transducteur torique à Ultrasons Focalisés de Haute Intensité pour générer des ablations volumineuses. Applications précliniques pour le traitement des métastases hépatiques de cancers colorectaux.
Soutenue le 17 December 2008
Une sonde médicale peropératoire de thérapie ultrasonore dédiée à l’ablation thermique des métastases hépatiques de cancers colorectaux (MHCCR) a été développée et validée au stade préclinique sur le modèle porcin. L’objectif de ces travaux était de proposer un nouvel outil complémentaire à la résection chirurgicale. Un transducteur HIFU torique à imagerie intégrée a été mis au point pour générer des lésions volumineuses (7cm3, 40s). Les caractéristiques de ces lésions ont été étudiées en modélisation et lors d’essais précliniques in vivo. Des études de ciblage ont fait intervenir un modèle pseudotumoral implanté dans le foie. Ses caractéristiques acoustiques ont été validées comme compatibles avec l’ablation par HIFU. La stratégie thérapeutique mise en place (paramètre de tirs, approche peropératoire, guidage échographique) a permis de traiter les pseudotumeurs avec des marges négatives. Des ablations homogènes ont également été réalisées au contact de vaisseaux de 8 mm de diamètre dans des régions peu accessibles (confluent cavo-sus-hépatique). Puis, la sonde torique a été utilisée comme outil pour la résection chirurgicale assistée par HIFU (RA-HIFU). La RA-HIFU apporte des améliorations significatives en terme de contrôle vasculaire. Enfin, les effets des mouvements du foie in vivo sur les traitements HIFU ont été étudiés dans une méthode combinée de modélisation et d’images échographiques enregistrées sur animaux. Une étude in vivo a montré que le traitement HIFU réalisé avec la sonde torique était peu influencé par ce type de mouvements. Une étude clinique va être entreprise au Centre Léon Bérard en utilisant la stratégie de tir déterminée par ces travaux.
