Ultrasons focalisés de haute intensité guidés par IRM (MRIgHIFU): application au traitement des cancers – MRgHIFU

Le cancer est une des causes principales de décès. Son traitement repose sur trois piliers (la chirurgie, la radio et la chimiothérapie) ainsi que diverses approches très prometteuses comme l’immunothérapie. Durant la dernière décennie, les thérapies locales reposant sur l’ablation thermique ou la cryo-ablation ont gagné en intérêt car elles sont mini-invasives et non-ionisantes. Parmi ces méthodes d’ablation thermique, les ultrasons focalisés haute intensité (HIFU) ont une place de choix car ils sont totalement non-invasifs, très flexibles (en termes de taille et de position de tumeur), et combinés avec l’imagerie RMN (Résonance Magnétique Nucléaire), sont très précis et fiables car l’IRM fournit des images anatomiques détaillées et permet une cartographie thermique volumétrique en temps réel durant le traitement. L’HIFU repose sur des ultrasons de haute intensité générés à partir d’une source extracorporelle (le transducteur) et focalisés sur les tissus pathologiques afin d’augmenter leur température au-dessus du seuil létal. Cependant, plusieurs défis technologiques sont à résoudre pour intégrer effectivement l’HIFU dans l’environnement contraint de l’IRM. Les principales contraintes sont l’espace très réduit dû au diamètre limité du tunnel, la grande sensibilité aux radiofréquences et la présence d’un fort champ magnétique. L’espace limité du tunnel et la sensibilité aux variations de susceptibilité magnétique ont conduit au développement d’HIFU avec une multitude de transducteurs, asservis par la phase, afin de réaliser l’ablation complète d’une tumeur en pilotant le faisceau ultrasonore par décalage du point focal, donc sans mouvement de l’HIFU. Cependant, avec la technologie actuelle, des signaux indépendants sont générés pour chaque élément de transduction par des générateurs très massifs à bande étroite. Les signaux de puissance sont envoyés au transducteur par des câbles coaxiaux individuels et une boîte d’adaptation d’impédance volumineuse. Avec l’augmentation du nombre d’éléments de transduction, le paquet de câbles devient très encombrant et source de pertes due à l’utilisation de micro-câbles coaxiaux. D’autre part, les risques d’interférences RF entre les nombreux signaux de puissance RF pilotant l’HIFU et l’acquisition de l’image IRM augmentent fortement. Idéalement, le système HIFU multiéléments idéal doit avoir : i) un grand nombre d’éléments de transduction pour adresser une large dynamique de contrôle du point focal, ii) un jeu de câbles léger pour un positionnement facilité du transducteur, iii) une large bande pour ajuster la fréquence de l’ultrason à la cible, iv) un système fiable de détermination de la position et de l’orientation du transducteur, et v) être compatible IRM.
L’objectif du projet MRIgHIFU est de développer un système de contrôle, un transducteur multiéléments et un dispositif de localisation du transducteur afin d’adresser les verrous des technologies actuelles et de s’approcher du système HIFU idéal. Le prototype devra présenter les performances d’un système massivement multicanaux (>1000 éléments) s’intégrant parfaitement dans l’environnement IRM grâce : i) à l’intégration en technologie CMOS haute tension d’un circuit d’électronique de puissance avec son système d’adaptation d’impédance, le circuit étant directement placé dans le boîtier du transducteur HIFU, et ii) en équipant l’HIFU avec un système de pré-positionnement afin de faciliter son positionnement durant l’intervention. Ceci conduira à un système HIFU compact, beaucoup plus facile et sûr d’utilisation. A moyen terme, il sera possible d’avoir un très grand nombre de canaux et d’augmenter significativement la dynamique de déflexion du faisceau ultrasonore. Ceci offrira de nouvelles opportunités telles que le suivi d’organes mobiles. La validation du prototype développé sera réalisée sur la plateforme IRIS d’ICube (http://plateforme.icube.unistra.fr/iris) par des essais précliniques sur fantômes puis sur animaux.