Contrôle de cavitation pour la destruction ultrasonore ciblée des tissus biogiques mous. – CAVITHERAPUS

Contrôle de cavitation pour la destruction ultrasonore ciblée des tissus biogiques mous. - - - 1- Contexte scientifique et objectifs du projet - - Depuis une trentaine d'années, les ultrasons de forte intensité sont utilisés pour suppléer la chirurgie classique dans un nombre croissant d'indications thérapeutiques. Les travaux récents sur l'amélioration et le développement de la thérapie ultrasonore font état de l'importance des phénomènes de cavitation dans la destruction tissulaire. Le contrôle de la cavitation est donc envisagé en thérapie pour repousser les limitations pratiques de la destruction ultrasonore, en concevant des techniques mieux ciblées. - - Le présent projet consiste donc à concevoir et mettre en ?uvre des procédures de contrôle de certains aspects du phénomène de cavitation ultrasonore, pour en optimiser le bénéfice thérapeutique dans le cadre de la destruction des tissus mous. Plus précisément, notre but sera d'exercer un contrôle sur la position et l'extension spatiale des nuages de bulles et de réguler, dans une certaine mesure, la part des effets mécaniques et thermiques causés par les ultrasons de forte puissance sur les tissus. Pour ce faire, nous optimiserons les caractéristiques de l'excitation ultrasonore, en nous appuyant sur la modélisation de l'interaction entre l'onde et le nuage de cavitation. Nous évaluerons l'efficacité de ce contrôle dans l'optique de deux applications cliniques, qui seront la destruction des tumeurs par voie interstitielle et la lyse de caillots sanguins. - - - 2- Description du projet, méthodologie - - Afin d'appréhender au mieux l'interaction entre l'onde acoustique et le phénomène de cavitation en thérapie ultrasonore, une collaboration est proposée entre des équipes aux compétences complémentaires concernant les applications thérapeutiques, l'acoustique et la mécanique des fluides. Des investigations expérimentales seront menées (axes 1 et 2) en parallèle de simulations numériques (axe 3), pour déboucher sur une mise en ?uvre d'un système de contrôle de cavitation ultrasonore (axe 4). - - Axe 1 - Les possibilités de contrôle spatial des nuages de bulles seront évaluées, dans la perspective d'optimiser les effets thermiques des ultrasons. On étudiera comment entretenir la présence de bulles à distance d'un transducteur plan, afin notamment d'augmenter localement l'absorption thermique. Pour parvenir à contrôler les nuages de bulles, on se propose d'exploiter des effets non-linéaires de la propagation acoustique et d'utiliser judicieusement des agents de contraste. - - Axe 2 - Un autre enjeu majeur du contrôle des nuages de bulles est l'optimisation du signal ultrasonore de thérapie pour augmenter les effets mécaniques de cavitation en limitant les effets thermiques, en agissant notamment sur la valeur du seuil de cavitation. Là encore, les possibilités d'exploitation de la non-linéarité des phénomènes seront évaluées. La régulation de l'activité de cavitation et l'exploitation de la dynamique collective des bulles devraient également permettre de minimiser les effets thermiques collatéraux lors de destructions tissulaires ciblées par cavitation inertielle. - - Axe 3 Des simulations numériques seront nécessaires pour modéliser le dépôt thermique et la propagation dans les nuages de bulles appréhendés en tant que milieux équivalents et optimiser les effets de la cavitation en fonction du signal d'excitation. La dynamique de l'interaction entre l'onde ultrasonore et le nuage de cavitation sera prise en compte par un modèle mécanique diphasique qui cherchera à rendre compte des effets collectifs des bulles. - - Axe 4 - La validation expérimentale de nos modèles passera par le développement et la mise en ?uvre d'un système de régulation de cavitation. L'efficacité et la stabilité de la régulation seront testées par mesures optiques. L'augmentation de profondeur des lésions sera évaluée pour la destruction des tumeurs hépatiques juxtavasculaires, princip