Ultrasons focalisés guidés par IRM : contrôle temps réel de l'hyperthermie locale

MR Guided focused ultrasound: real time control of local hyperthermia

• Auteur / Autrice : Frédéric Vimeux
• Direction : Chrit Moonen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation et mesures
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Bordeaux 1

Résumé

Au travers du développement technologique de l'imagerie de température par IRM et des systèmes d'hyperthermie locale, se dessinent des méthodes mini-invasives (hyperthermie par radiofréquence ou laser) ou non-invasives (hyperthermie par ultrasons focalisés) alternatives au traitement des cancers par chirurgie ou chimiothérapie. Soit par effet direct (chaleur) ou indirect (dépôt de médicaments, thérapie génique sous contrôle d'un promoteur thermosensible), l'hyperthermie locale permet la destruction de cellules tumorales. Toutefois pour garantir la qualité du traitement et le confort du patient, le contrôle temps réel du chauffage est indispensable. Basé sur le développement de l'asservissement entre l'IRM et un système d'ultrasons focalisés, plusieurs méthodes de contrôle ont été développées en utilisant un modèle physique de la conduction de chaleur. Ces méthodes se veulent efficaces, précises et universelles. Dans le cas particulier des ultrasons, il est possible de déplacer le chauffage en changeant la focalisation, soit de manière mécanique, soit de manière électronique. Mais ce déplacement doit décrire une trajectoire judicieuse pour permettre un dépôt uniforme de chaleur. La chaleur déposée peut être quantifiée en utilisant le calcul de la dose thermique. Ensuite la dose thermique est utilisée pour prédire les lésions occasionnées.

Mini-invasive and non-invasive thermotherapy (radiofrequency, laser, focused ultrasound) offer an alternative to cancer therapy by surgery or chemotherapy. The technological development of temperature mapping by MRI has greatly improved feasibility of these therapies. Local hyperthermia allows tumor ablation through either direct (heat) or indirect (local drug deposition, temperature controlled gene therapy) effects. To optimise treatment quality and patient comfort, real-time control of the heat application is necessary. This thesis describes several efficient, fast and universal methods that have been developed, using feedback control of focused ultrasound based on MRI temperature maps and a physical model of heat conduction. In case of focused ultrasound, the focal point location can be altered during the procedure. This allows calculation and application of a trajectory, optimised to achieve uniform heat deposit in the target. Heat deposit can be quantified using a thermal dose estimate, which can be used to predict thermal lesions.