Assistance à la thérapie par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) : compensation des mouvements physiologiques par asservissement sur images ultrasonores

Assistance to High lntensity Focused Ultrasound (HIFU) therapy : real-time physiological motion compensation using motion tracking by ultrasound imaging

• Auteur / Autrice : Laure-Anaïs Chanel
• Direction : Michel de Mathelin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, image, automatique et robotique (SIAR). Génie biomédical
• Date : Soutenance le 03/03/2016
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Aubry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Chafiaa Hamitouche-Djabou, Jonathan Vappou, Florent Nageotte
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Aubry, Alexandre Krupa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ablation par ultrasons focalisés de haute intensité

Abdomen

Robotique en médecine

Imagerie interventionnelle

Ultrasons en médecine

Mots clés libres

HIFU

Suivi du speckle

Asservissement

Compensation

HIFU

Speckle tracking

Servoing

Compensation

Résumé

La thérapie par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) est une méthode non invasive et non ionisante pour l’ablation des tumeurs solides. Cependant, le mouvement des organes intra-abdominaux, dû principalement à la respiration, empêche les ultrasons de cibler correctement la tumeur. Dans ce contexte, un système HIFU robotisé tout-en-un qui compense le mouvement en temps réel pendant le traitement par HIFU a été développé. À cet effet, un système d’asservissement ultrasonore fonctionnant à une fréquence de 20 Hz, basé sur une méthode rapide de suivi du speckle ultrasonore pour l’estimation du mouvement, a été conçu. Il utilise une séquence d’alternance imagerie/exposition HIFU, dont le rapport cyclique est de 80 %, afin d’éviter les interférences d’ondes. Le système HIFU robotisé a été testé sur un fantôme imitant les tissus soumis à des mouvements sinusoïdaux 1D et 2D. Il en résulte une réduction de mouvement de plus de 80 % en 1D pour une fréquence de 0,25 Hz et de 90 % en 2D pour une fréquence de 0,1 Hz. Toutefois, il n' a pas pu être observé un effet significatif de la compensation du mouvement sur les lésions induites par HIFU.

High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) therapy is a non-invasive and non-ionizing method for ablation of solid tumors. However, intra-abdominal organ motion, mainly due to breathing, is a major hurdle for proper targeting of the tumor. In this context, an all-in-one HIFU robotized system with motion compensation in real-time during HIFU treatment was developed. To this aim, an ultrasound visual servoing working at a frequency of 20 Hz, relying on a fast ultrasonic speckle tracking method for motion estimation, was designed. It uses an interleaved imaging/HIFU sonication sequence, with duty cycle of 80 %, in order to avoid wave interferences. The robotized HIFU system was tested on a tissue mimicking phantom undergoing a 1D and a 2D sinusoidal motion. As a result, motion reduction of more than 80 % in 1D for a frequency of 0.25 Hz and more than 90 % in 2D for a frequency of 0.1 Hz was obtained. However, it couldn't be observed a significant effect of motion compensation on the lesions induced by HIFU.