On the feasibility of photoacoustic guidance of high intensity focused ultrasound

par Arik Raffael Funke

Thèse de doctorat en Physique. Génie biomédical

Sous la direction de Albert-Claude Boccara.

Soutenue en 2010

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Sur la faisabilité d'un guidage photoacoustique d'ultrasons focalisés de haute intensité


  • Résumé

    Le but de ce travail de thèse est d'étudier la possibilité d’un guidage et d’une focalisation automatique d'ultrasons thérapeutiques dans des milieux complexes à l’aide d’ondes photoacoustiques. Des applications dans le domaine de la chirurgie non-invasive peuvent être envisagées, en particulier pour la thérapie des tumeurs cérébrales. Il est démontré dans ce travail qu'un agent de contraste à sélectivité spectrale optique peut être utilisé pour isoler le signal photoacoustique d'une cible d’un fond photoacoustique non-sélectif. Une expérience de principe dans un fantôme imitant les propriétés optiques des tissus a été mise en œuvre jusqu'à une profondeur de 6 cm avec des sondes ultrasonores disponibles commercialement. En outre, il est démontré qu’en utilisant des sondes ultrasonores construites avec les contraintes de l’expérience à l’esprit, des signaux photoacoustiques faibles peuvent être détectés et des ultrasons thérapeutiques émis avec la même sonde. Cette capacité a été utilisée pour démontrer sur l’expérience de principe la faisabilité d’un guidage d’ultrasons thérapeutiques par un contraste optique à sélectivité spectrale. Au cours des travaux de thèse, les bases théoriques de la photoacoustique ont été étudiées en tant que fondement d'une analyse détaillée des sources de bruit et d’un développement de nouvelles stratégies de réduction de bruit. Des expériences de preuve de principe démontrant la possibilité de guider des ultrasons thérapeutiques par photoacoustique ont été complétées par des travaux avec des agents de contraste vectorisés, en particulier des nano-bâtonnets d'or et du vert d'indocyanine.


  • Résumé

    The aim of this work is to investigate the possibility of automatic guidance and focussing of therapeutic ultrasound in complex media by use of photoacoustic waves. Possible applications are in the field of non-invasive surgery, in particular for brain tumour therapy. It is demonstrated in this work that a spectrally selective optical contrast agent can be used to isolate the photoacoustic signal of a target from a non-selective photoacoustic background. In a proof of principle experiment in an optically tissue-mimicking phantom has been realised up to a depth of 6 cm with commercially available ultrasonic imaging probes. It is furthermore demonstrated that using purpose-built ultrasound probes, weak photoacoustic signals can be detected and therapeutic ultrasound emitted with the same probe. This ability was used in the proof of principle experiment to demonstrate the feasibility of guiding therapeutic ultrasound by use of a spectrally selective optical contrast. Over the course of the work for the thesis the theoretical basis of photoacoustics was explored as foundation for a detailed analysis of noise sources and the development of novel noise reduction strategies. Proof of principle experiments demonstrating the possibility of guiding therapeutic ultrasound with photoacoustics were completed by work on vectorised contrast agents, in particular gold nanorods and Indocyanine green.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XXVI-193 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 183-193. 100 réf. bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
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  • Cote : T Paris 6 2010 419
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