Dissertations / Theses on the topic 'Ablation par ultrasons focalisés de haute intensité'

Après un état de l’art sur l’ablation des lésions osseuses, les expérimentations HIFU sur l’os présentées ont montré un échauffement périosté plus étendu avec un tir profond. Les tirs sur le ciment, dont le coefficient α a été mesuré, reproduisent les mêmes courbes thermiques. Une simulation a été réalisée avec 2 valeurs de α (4.7 et 9.9 dB/cm) : l’échauffement est moins important avec α=4.7. La simulation confirme certains résultats de la thermo-IRM : une élévation thermique maximale au niveau du périoste (zone focale) avec le tir superficiel, un échauffement latéral plus marqué avec le tir profond et une tendance à l’inertie thermique. A partir d’une analyse rétrospective des cas traités par imagerie mini-invasive, l’ablation HIFU semble possible pour 50% des ostéomes ostéoïdes et 35.7% des métastases. 35.9% de cas supplémentaires auraient pu être traités par HIFU si une protection des structures sensibles ou une consolidation étaient réalisées. A 1 MHz, l’interférence des aiguilles avec les US n’était visible qu’avec les aiguilles 13G. Si les aiguilles 18 à 22G interfèrent peu avec les US, un écran acoustique pourrait se former à la suite d’injection de liquide<br>After a “state of art” on bone lesions ablation techniques, bone experimentations presented showed that deep focalisation allows the best lateral periosteal heating. On cement, from which the coefficient α was measured, the same thermic curves were observed. A simulation was done with two values of α (4.7 et 9.9 dB/cm). A higher heating at the periosteal focal point with superficial focalisation and a higher periosteal lateral heating with deep focalisation with a thermic inertia, were confirmed with simulation. Heating was higher with the high α value. A retrospective analysis of the bone lesions treated with minimally invasive treatment showed that 50% of osteoid osteomas and 35.7% of metastases were classified as suitable with MRgHIFU alone. 35.9% additional cases may have been treated with dissection or consolidation. At 1 MHz, US distortion due to the presence of needles in the US cone was observed only with the 13-gauge needle. However, if 18 to 22G needles may induce few distortion, an acoustic barrier may appear if the liquid injected flows in front of the US

Cette thèse avait pour objectif le développement d’une méthode d’ablation thermique non-invasive des veines par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU). Elle a pour but de démontrer la preuve de concepts et permettre à terme le traitement des varices des membres inférieurs avec le dispositif de Theraclion.La possibilité d’occlure des vaisseaux de petits calibres a tout d’abord été investiguée. Deux procédures de traitement candidates ont été évaluées par simulations numériques puis in vivo sur des veines de lapin. L’analyse histologique a démontré l’efficacité des traitements, en particulier lorsque les vaisseaux étaient comprimés lors des tirs.Une nouvelle procédure d’ablation thermique a ensuite été conçue pour coaguler des veines de plus gros calibres, de diamètre plus proche des varices humaines. Des mesures de températures in vivo sur des veines de brebis lors de tirs HIFU ont permis d’estimer le pas de tir permettant d’obtenir une coagulation continue le long de la veine. Des essais en aigu sur des veines saphènes de brebis ont permis de quantifier les dommages thermiques et de valider l’efficacité immédiate de notre méthode de traitement. Enfin, une étude avec suivis distants jusqu’à 90 jours a été conduite chez la brebis afin d’étudier l’efficacité et la sécurité à long terme de notre méthode de traitement. L’analyse histologique des dommages thermiques a validé sur la brebis la performance et la sécurité de notre méthode d’ablation thermique. D’un point de vue histopathologique, les dommages engendrés par nos traitements HIFU se sont également révélés similaires à ceux observés après traitement par radiofréquence, une technique endovasculaire d’ablation thermique des varices.L’ensemble de ces travaux a permis à Theraclion d’obtenir l’autorisation de conduire un essai clinique sur 50 patients. Les résultats très positifs de cette étude ont conduit à l’obtention du marquage CE du dispositif HIFU pour cette indication thérapeutique<br>A novel thermal approach to treat non-invasively incompetent veins with high-intensity focused ultrasound (HIFU) is presented in this thesis.The ability to occlude small veins was first investigated. Two different sonication procedures were evaluated by numerical simulations and tested in vivo on rabbit veins. The histologic examination of the treated veins demonstrated the efficacy of the treatments, especially when the vein was compressed during ultrasonic exposures.A new procedure was then designed in order to coagulate larger veins, closer to human vein diameters. Experimental temperature measurements at the vein wall during HIFU pulses were used as inputs to determine numerically the optimum spacing between the pulses in order to induce a continuous coagulation along the vein. Acute animal trials on sheep veins were conducted to quantify tissue damages following such treatments. Finally, chronic studies up to 90 days were conducted on sheep in order to evaluate the long-term safety and efficacy of our treatment procedure. The histological findings validated the performance and safety of our HIFU thermal method, in a sheep model. From a pathology standpoint, the HIFU lesions are similar to those observed after radiofrequency ablation (an endovenous thermal modality used for the treatment of varicose veins).The results presented in this thesis allowed Theraclion to get the authorization to conduct first-in-human clinical trials for varicose vein treatments. The results were very encouraging and led to the CE-marking of the HIFU system

Ce travail traite le problème de la segmentation d'images échographiques de prostate acquises en condition per-opératoire dans le cadre de la destruction de tumeurs effectuée par une technique d'ultrasons haute intensité (HIFU). L'objectif est de délimiter précisément les tissus cible de façon à concentrer l'échauffement induit par les ultrasons tout en réduisant leur impact sur les structures voisines. L' étude bibliographique de l'état de l'art montre que toutes les méthodes de segmentation se référant aux dernières avancées méthodologiques ont été tentées sans pour autant apporter de réponses complètement satisfaisantes au problème du fait de la variabilité des situations rencontrées et surtout de la qualité toute relative des images dans le cas des HIFU. Les différentes solutions proposées dans cette thèse s'appuient sur les modèles déformables discrets enrichis de recherche de points d'ancrage basés gradient, couplés ou pas à une approche de détection de surface optimale. Ces solutions sont testées sur une trentaine de bases de données et analysées à la fois qualitativement et quantitativement par comparaison à des contours définis par des experts. Par ailleurs, une étude préliminaire est conduite sur la caractérisation de texture par différents types de moments (Zernike, Legendre, etc. ). Les résultats obtenus montrent un comportement globalement correct et satisfaisant les temps de calcul imposés<br>This work deals with the segmentation of echographic prostate images acquired intra-operatively simultaneously to the application of high intensity ultrasound (HIFU) for the destruction of tumor. The objective is to precisely delineate the target in order to concentrate the heating induced by ultrasound and to reduce as much as possible their impact on the neighboring structures. After a brief presentation of the clinical and the technical context, in particular the dosimetry, a state-of-the-art is carried out: it shows that although all the most recent and effective methods have been explored, only partial solutions have been obtained due to a large variability of situations to deal with and the relatively poor quality of the images in HIFU devices. Several solutions are then proposed based on discrete deformable contours, improved by the search of gradient based landmark points, coupled or not with optimal search detection. These solutions are tested on about thirty datasets and qualitatively and quantitatively analysed by comparison with expert-defined contours. A preliminary study is also performed for texture characterization using different types of moments (Zernike, Legendre, etc. ). The results show that an overall good behaviour is obtained fulfilling the time computation constraints

Le carcinome hépatocellulaire (CHC) est le sixième cancer en termes d'incidence dans le monde et le quatrième le plus meurtrier en 2018. La transplantation hépatique est le moyen le plus efficace de traiter le CHC, permettant de traiter le cancer et la maladie hépatique sous-jacente. Cependant, en raison de la pénurie de greffons, elle n'est pratiquée que chez 3 à 4 % des patients. Les traitements d'ablation thermique administrés par voie interstitielle constituent une alternative moins invasive pour le patient et présentent l'avantage de préserver une plus grande proportion de tissu non tumoral. Toutefois, ces techniques de traitement interstitiel ne permettent pas de traiter les CHC de plus de 2,5 cm de rayon ou nécessitent l'insertion de plusieurs aiguilles de traitement, ce qui augmente la complexité de la procédure. En outre, le traitement n'est pas conformationnel : le volume d'ablation thermique ne s'adapte pas à la forme de la tumeur. Cela peut parfois empêcher le traitement d'être effectué sans risquer d'endommager des structures anatomiques critiques. Les techniques de thérapie par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) sont prometteuses dans le cas du CHC car elles permettraient de réaliser des ablations conformationnelles sur un rayon étendu jusqu’à 3 cm. L'utilisation de ce type de technologie pourrait traiter des CHC actuellement non traitables tout en préservant les structures à risque, élargissant ainsi le rôle des ablations interstitielles. Des simulations d'un nouveau cathéter ultrasonore ont été réalisées pour concevoir un cahier des charges et vérifier la faisabilité du projet en termes de focalisation et d'ablation. Un cathéter ultrasonore bimodal (assurant l’imagerie B-mode et la thérapie thermique avec les mêmes éléments) de 3 mm de diamètre et de 64 éléments piézoélectriques fonctionnant à 5,5 MHz a été sous-traité en conséquence. Tout d'abord, les capacités d'imagerie échographique ont été évaluées et confirmées. Le prototype a ensuite été caractérisé électroniquement et acoustiquement. Les performances thermiques du cathéter ont été étudiées en trois dimensions sous thermométrie IRM et ont validé les outils de simulation tout en démontrant l'aspect directionnel des échauffements induits. Ces résultats ont conduit à réaliser des essais in vitro sur foie animal. Des ablations radiales centimétriques ont confirmé, pour la première fois, les capacités du cathéter à effectuer des ablations thermiques. La robustesse du prototype sur l'ensemble des essais a été étudiée. Enfin, la remise en place d'une plateforme de navigation échographique a donné lieu à la reconstruction de volumes tumoraux en 3 dimensions. L'association du cathéter avec cette plateforme robotisée a permis de générer des ablations thermiques volumiques en 3 dimensions et de traiter des volumes compatibles avec les tumeurs primaires rencontrées en pratique clinique<br>Hepatocellular carcinoma (HCC) is the sixth most common cancer in terms of incidence worldwide, and the fourth most deadly in 2018. Liver transplantation is the most effective way to treat HCC, enabling both the cancer and the underlying liver disease to be treated. However, due to the shortage of grafts, it is performed in only 3% to 4% of patients. Interstitial thermal ablation treatments offer a less invasive alternative for the patient, and have the advantage of preserving a greater proportion of non-tumoral tissue. However, these interstitial treatment techniques are unable to treat HCCs larger than 2.5 cm in radius, or require the insertion of multiple treatment needles, increasing the complexity of the procedure. In addition, the treatment is not conformal: the thermal ablation volume does not adapt to the shape of the tumor. This can sometimes prevent the treatment from being carried out without risking damage to critical anatomical structures. High-intensity focused ultrasound (HIFU) therapy techniques hold promise for HCC, enabling conformal ablation over an extended radius of up to 3 cm. The use of this type of technology could treat currently untreatable HCC while preserving at-risk structures, thus expanding the role of interstitial ablations. Simulations of a new ultrasound catheter were carried out to design specifications and verify the feasibility of the project in terms of focusing and ablation. A bimodal ultrasound catheter (providing B-mode imaging and thermal therapy with the same elements) with a diameter of 3 mm and 64 piezoelectric elements operating at 5.5 MHz was subcontracted accordingly. First, ultrasound imaging capabilities were assessed and confirmed. The prototype was then characterized electronically and acoustically. The thermal performance of the catheter was studied in three dimensions under MRI thermometry, validating the simulation tools and demonstrating the directional aspect of induced heating. These results led to in vitro tests on animal liver. Centimeter radial ablations confirmed, for the first time, the catheter's ability to perform thermal ablations. The prototype's robustness over the full range of tests was also studied. Finally, the re-installation of an ultrasound navigation platform led to the reconstruction of tumor volumes in 3 dimensions. Combining the catheter with this robotized platform enabled the generation of 3-D volumetric thermal ablations, and the treatment of volumes compatible with primary tumors encountered in clinical practice

La thérapie par faisceaux ultrasonores focalisés de forte intensité (HIFU / High Intensity Focused Ultrasound) est une nouvelle technique d’ablation tissulaire, fondée sur la focalisation de faisceaux ultrasonores de forte intensité pour réaliser une élévation de température capable de créer une nécrose thermique. Le cerveau a été jusqu’à présent peu accessible aux ultrasons car il est protégé par la boîte crânienne. Mais de nouvelles techniques de focalisation par correction des aberrations des faisceaux ultrasonores laissent espérer des applications prochaines en intracrânien, où l’HIFU pourrait constituer une intéressante alternative à la chirurgie et à la radiothérapie stéréotaxique. Le but général de ce travail a été de tester la thérapie HIFU contrôlée par Imagerie de Résonance Magnétique (IRM) pour le traitement des tumeurs cérébrales dans un modèle petit animal in vivo de tumeur cérébrale. Nous espérons ainsi fournir des apports sur la thérapie HIFU et ses effets biologiques sur le cerveau et les tumeurs cérébrales, connaissances nécessaires avant de passer à des études cliniques chez l’homme. Le plan de ce travail est le suivant : 1) développement d’un protocole de thérapie HIFU contrôlé par IRM sur le cerveau sain et sur un modèle de tumeur RG2 greffée en intracérébral chez le rat ; 2) étude des effets biologiques de l’HIFU par l’IRM et l’examen anatomo-pathologique sur le tissu cérébral sain et la tumeur RG2 en intracérébral, montrant une sensibilité variable des tissus à l’hyperthermie ; 3) étude de sécurité (tolérance et effets indésirables), démonstration d’efficacité sur la tumeur RG2 (ralentissement de l’évolution tumorale et augmentation de la survie des animaux traités). En conclusion, l’HIFU a montré sa précision et son efficacité dans le traitement de la tumeur RG2 greffée en intracérébral chez le rat. Cette technique n’est cependant pas exempte de complications, notamment un œdème périlésionnel et des hémorragies intratumorales<br>High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) therapy is an innovative approach for tissue ablation, based on high intensity focused ultrasound beams. At focus, HIFU induces a temperature elevation and the tissue can be thermally destroyed. For transcranial brain therapy, the skull bone is a major limitation but new adaptive techniques for focusing ultrasound through the skull are underway and in the near future HIFU therapy could be an interesting alternative to brain surgery and radiotherapy.The overall aim of this work is to test HIFU therapy guided by Magnetic Resonance Imaging (MRgHIFU) for the treatment of brain tumors in an in vivo brain tumor model in rodent in order to provide inputs for future regulatory approval for clinical trial with a clinical prototype. In this work: 1) a dedicated system for transcranial MRgHIFU in an in vivo rat brain tumor model was developed, and a full protocol was applied in healthy brain tissue of rats and in transplanted tumors; 2) the biological effects of HIFU therapy was evaluated using MRI and histology in healthy brain tissue and in RG2 brain tumor, showing a different tissue sensibility for hyperthermia; 3) tolerance and side effects were investigated and the treatment was shown to improve the animal survival time by 50%. In conclusion, HIFU therapy has proved its accuracy and efficacy in the treatment of the RG2 brain tumor transplanted intracerebral in rats. However this technique is not free of complications, in particular edema and hemorrhages

Un système d'imagerie de la prostate par élastographie ultrasonore a été développé. Il utilise un ballon rempli d'un liquide de couplage ultrasonore pour comprimer la prostate. La faisabilité de visualiser l'anatomie prostatique ainsi que des tumeurs bénignes et malignes de la prostate in vitro est démontrée. L'importance de la rapidité de l'acquisition pour obtenir des images de qualité in vivo est ensuite mise en évidence. Il est alors montré que ce système permet de détecter le cancer et de visualiser les effets de la thérapie par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) in vivo. Enfin il est montré in vitro qu'il est possible de visualiser la formation d'une lésion HIFU élémentaire en utilisant seulement l'élévation de température pour former l'image<br>An ultrasonic imaging device for prostate elastography was developed. A balloon filled with a coupling liquid served as a compressor. In vitro, the system was capable of imaging the anatomy of the prostate as well as benign and malignant tumors. Then the major influence of the acquisition frame on the image quality in vivo was demonstrated. The system was shown to be able to detect prostate cancer and to visualize the effects of high intensity focused ultrasound (HIFU) therapy in vivo. It was finally shown in vitro that the formation of an elementary HIFU lesion could be observed by passive elastography, using only temperature elevation to create the elastogram

La thèse s’articule autour du développement des thermothérapies hépatique et cardiaque guidées par Imagerie de Résonance Magnétique (IRM). La première partie est axée sur le développement d’une méthode permettant d’augmenter la taille des lésions induites par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU). Le seuil de d’intensité acoustique fut déterminé par IRM de la force de radiation acoustique et l’effet caractérisé par IRM de température ex vivo et in vivo dans le foie de porc. La deuxième partie présente le développement d’une méthode permettant une focalisation HIFU hépatique intercostale avec utilisation de la déflection électronique du faisceau pour le suivi du mouvement respiratoire ou /et une ablation multipoint. La méthode proposée repose sur une mise à jour des éléments du transducteur HIFU à désactiver en fonction du point de focalisation sélectionné, à partir d’une projection géométrique de l’ombre des côtes sur la surface du transducteur, mesurée sur des images IRM anatomiques. Nous avons montré qu’il est possible de réduire significativement le chauffage des côtes tout en conservant une élévation de température dans le foie suffisante pour induire une lésion thermique. La troisième partie expose la mise en place de l’IRM de température pour le monitoring des ablations par radiofréquences (RF) dans le cœur. Plusieurs aspects sont abordés, notamment la précision de la thermométrie, la possibilité de réaliser des ablations thermiques par cathéter RF sous IRM de température in vivo dans le cœur de brebis, ainsi que l’utilisation du cathéter comme sonde d’imagerie dans l’objectif d’accroitre la précision de la thermométrie cardiaque<br>My manuscript studies the development of mini and non invasive thermotherapies guided by magnetic resonance imaging (MRI) in the treatment of hepatic and cardiac diseases. The first part was the development of a method to increase the lesion size, induced by HIFU, and based on bubble enhanced heating (BEH). The acoustic power threshold of the BEH was determined by MR acoustic radiation force imaging (MR-ARFI) and the thermal effect was characterized by MR thermometry on ex vivo and in vivo in pig livers. The second part developed a strategy to perform HIFU through the rib cage using beam steering to track the respiratory movement or to performed multipoint ablation while avoiding heating of ribs. Transducer elements localized in the geometric projection of the shadow of ribs, relatively to the targeted focal point, were switched off.The third part was the development of the MR thermometry on the heart for the monitoring of radiofrequency ablation (RFA). Several aspects were investigated, in particular the thermometry precision, the feasibility to perform catheter radiofrequency ablation under MR thermometry in vivo in a sheep heart, the possibility to use the catheter as an MR antenna to increase spatial resolution of MR thermometry images

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<br>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

Le but de cette thèse était de développer un appareil de chirurgie ultrasonore extracorporel traitant par hyperthermie les tumeurs cancéreuses et en particulier celles du cerveau pour lesquelles la chirurgie classique est souvent délicate. Son fonctionnement repose sur l'utilisation d'une onde ultrasonore focalisée afin de créer au foyer acoustique une élévation de température suffisante pour détruire les cellules. Cette onde ultrasonore focalisée est engendrée par un réseau constitue d'un grand nombre de transducteurs piézo-électriques repartis sur une surface entourant la boite crânienne. Toutefois la réalisation d'un tel faisceau ultrasonore focalisé est rendue difficile par les hétérogénéités des tissus biologiques traversés. Dans cette application, les difficultés sont accentuées par la grande différence entre les vitesses ultrasonores de l'os et celles des tissus mous, mais aussi par la perte importante d'énergie lors de la traversée de l'os. Ceci entraîne une dégradation importante, voire une déviation du faisceau. Cette contrainte implique une focalisation qui s'adapte au milieu et requiert donc l'utilisation d'un réseau de transducteurs piézo-électriques fonctionnant à l'aide d'une focalisation électronique. La technique de focalisation envisagée est basée sur le principe du retournement temporel qui met à profit l'invariance par renversement du temps de l'équation d'onde en milieux non dissipatifs. Modifiée afin de prendre en compte les phénomènes d'absorption dans la paroi osseuse, cette technique permet d'atteindre à travers le crâne une résolution pratiquement équivalente à la résolution maximale obtenue en milieu homogène. Les signaux émis atteignant des amplitudes importantes, les non-linéarités mises en jeu lors de la propagation de l'onde ont de plus été étudiées. Les concepts de focalisation développées pour cette application thérapeutique pourraient dans un avenir proche être appliqués à l'imagerie temps réel du cerveau.

Les Ultrasons Focalisés de Haute intensité (U. F. H. I. ) ont fait leur entrée dans l'arsenal thérapeutique chirurgical humain en phase clinique dans les années 1990. Ce procédé extracorporel de destruction physique des tissus par thermo- ou pyro-thérapie associe une technique de repérage de la cible tissulaire (échographie actuellement) et l'émission de trains d'ondes ultrasonores focalisés en un point de l'espace, pour produire une nécrose tissulaire irréversible, sans lésion des tissus traversés par le faisceau ultrasonore. En collaboration avec l'équipe de recherche et de développement d'une société déjà connue pour sa maîtrise des ultrasons focalisés (lithotripteurs, Edap-Technomed) nous avons participé à la mise au point du Pyrotech° et à l'évaluation de cette technique de chirurgie ultrasonore. La machine est constituée d'une coupelle hémisphérique sur laquelle sont disposées de multiples céramiques piézoélectriques (plusieurs têtes de tirs pour l'expérimentation), stimulées en phase à 1 MHz pour produire une tache focale de 2 x 10 mm à 32 cm. Le repérage est assuré par une sonde d'échographie centrale rétractable de 3,5 MHz et la transmission par un liquide de couplage anticavitation. Après un rappel de physique des sons, particulièrement centré sur les propriétés des ultrasons, nous nous intéresserons à plusieurs aspects fondamentaux de cette machine en vue de son utilisation humaine. Le principe physique a été vérifié in vitro sur fantômes de polyuréthane (270°c, 7 sec. De tir) et la précision du tir in vitro sur billes de PTX intravésicales (cochon). L'étape suivante fut de prouver la capacité de destruction cellulaire sur une lignée cellulaire tumorale vésicale d'origine humaine (647V) et de confirmer les capacités de destruction par atteinte de la vitalité cellulaire, des courbes de croissances et des capacités de clonage. In vivo ensuite travaillant sur le cochon (n>100) nous avons montrer la possibilité d'obtenir des lésions en profondeur sur la vessie, le foie et le rein, reproductible en site et en taille. Les analyses histologique des effets tissulaires et de leur cicatrisation ont été réalisés à JO, J7 et J90. Les phénomènes d'interfaces et d'échauffement cutané ont été analysés en terme de seuil d'apparition. Les températures atteintes au foyer étaient de 108°C en ¼ de seconde dans le rein. Aucune toxicité générale n'a été retrouvée chez 84 cochons de l'expérimentation (tension artérielle, rythme cardiaque, biologie sanguine) de même qu'aucun décès n'a été relevé. Les études de faisabilité pouvaient alors être initiées par l'homme. Les résultats expérimentaux ont été trouvés aussi bien histologiquement (rein sain ou tumoral, prostate, vessie) que sur le plan général ou pour les mesures de températures et de diffusion sur la prostate. L'adaptation de l'homme à la machine était contrôlée (lit, confort) et la technique de traitement des volumes testées (gestion informatique du déplacement spatiale). Il a été démontré que le principe des U. F. H. I. était efficace en terme d'atteinte tissulaire. Il restait à surmonter les problèmes rencontrés par la profondeur des tirs (qualité du repérage, effets de distorsion au foyer, choix de la puissance nécessaire et suffisante (atténuation), surveillance des interfaces, stratégie de tir des volumes). Nous discutons l'état actuel de la littérature sur l'ensemble de ces aspects, les autres équipes ayant toutes les mêmes résultats et se heurtant à des difficultés similaires. L'avenir en urologie des U. F. H. I. Dépendra des prochaines modifications en cours du Pyrotech° ou des autres machines et de l'affinement des indications pour chaque machine.

L'émission d'ultrasons focalisés à forte puissance peut être utilisée pour réaliser l'ablation non-invasive de zones pathogènes, de type cancéreuses par exemple. On distingue deux régimes d'ablations : ablation thermique appelée HIFU (" High Intensity Focused Ultrasound ") et ablation mécanique appelée histotripsie utilisant des ondes de chocs focalisées. Au cours de ma thèse, nous avons développé des méthodes de suivi ultrasonore en temps réel à partir d'une technique d'élastographie quantitative (Supersonic Shear wave Imaging). Nous montrerons que des mesures précises des changements d'élasticité au cours des traitements fournissent un suivi et un guidage avec une robustesse aux mouvements du patient. En effet, l'élastographie nous a permis d'une part de cartographier la température et d'autre part de suivre la formation de lésion en temps réel qu'elle soit de type thermique (HIFU) ou mécanique (histotripsie). Nous aborderons aussi une technique d'inversion totale du front d'onde appliquée à SSI qui améliore la sensibilité à la perte d'information due au bruit et à l'hypoéchogénicité existante dans certaines lésions. Enfin, nous présenterons un nouveau concept de cavité à retournement temporel " réglable " pour l'émission d'impulsions de très fortes pressions à partir d'un nombre limité de transducteurs. Notre prototype a permis de générer des ondes de chocs focalisées au sein d'une étendue considérable et de multiplier par 17 la pression d'une sonde d'imagerie conventionnelle. Ainsi, à partir d'électroniques basse-puissance à faible coût, ce dispositif thérapeutique pourrait avoir de nombreuses applications thérapeutiques limitées actuellement par des contraintes géométriques.

L'objectif de cette thèse était d'explorer de nouvelles applications cardiaques pour l'histotripsie et de développer les outils permettant leur mise en place non-invasive. La thérapie ultrasonore cardiaque est en effet encore assez peu développée aujourd’hui, à cause de la difficulté à traiter un organe en mouvement permanent, et très bien protégé derrière la cage thoracique.Nous avons d'abord montré in vivo, sur un modèle ovin, que l’on pouvait sectionner les cordages mitraux de manière non-invasive ainsi que traiter la sténose aortique calcifiée. Engendrer de la cavitation sur les feuillets valvulaires permet effectivement d’agir à distance sur les calcifications, et de globalement assouplir la valve.Simultanément, nous avons développé un dispositif pour la thérapie cardiaque non invasive, fondé sur le concept de cavité à retournement temporel. Ce dispositif permet l'émission d'impulsions ultrasonores de haute intensité dans un très grand volume d’intérêt. L’on peut ainsi déplacer le point de thérapie en 3 dimensions de manière entièrement électronique, et sans déplacer mécaniquement l’appareil. Après optimisation, ce dispositif a permis de créer des lésions mécaniques bien contrôlées dans une région d'intérêt de 2 000 cm3.Pour faire face au défi que représente la cage thoracique, nous avons développé une méthode de focalisation adaptative et l'avons mise en œuvre dans un prototype 2D du dispositif. Avec cette méthode, nous pouvons non seulement construire un front d'onde ultrasonore adaptatif qui se propage de manière préférentielle à travers les espaces intercostaux, mais grâce aux propriétés des cavités à retournement temporel, nous pouvons également augmenter la pression focale obtenue sur la cible de thérapie.Enfin, pour approfondir ce travail sur la focalisation adaptative, et nous avons considéré le cas de l'imagerie transcrânienne. Pour cette application, nous avons choisi d’utiliser la focalisation par retournement temporel dans le bruit de speckle, pour corriger les aberrations induites par le crâne. En simulations numériques, nous avons pu calculer les modulations de phase et d'amplitude induites par les os et améliorer le contraste et la résolution d'une image B-mode<br>The objective of this thesis was to explore new applications for cardiac histotripsy, and to develop the tools making it possible non-invasively. Cardiac ultrasound therapy indeed still remains limited due to the tremendous challenge of treating a constantly and rapidly moving organ, well protected behind the ribcage.We first showed in vivo, on a large animal model, that histotripsy could be used non-invasively to cut mitral chordae, and to treat calcified aortic stenosis in a beating heart. Cavitation on the valve leaflets can indeed locally and remotely act on the calcifications, and globally soften the valve. Simultaneously, we developed a therapeutic device allowing completely non-invasive cardiac shock-wave therapy based on the time reversal cavity concept. In particular, this device allows the emission of high intensity ultrasound pulses, and provides 3D electronical steering of the therapy focal spot in a large volume. After a thorough optimisation process, this device was capable of creating well controlled mechanical lesions over a 2 000 cm3 region of interest. To tackle the challenge of ultrasound propagation through the rib cage, we developed an adaptive focusing method (DORT method through a time reversal cavity), and implemented it in a 2D prototype of the device. With this method, we not only could build an adaptive ultrasonic wavefront propagating preferentially through the intercostal spaces, but due to time reversal cavities properties, we could also increase the peak pressure obtained on target.Finally, we pushed our work on adaptive focusing further, and considered the case of transcranial imaging. For this application, we chose to use the time reversal of speckle noise technique, to correct the aberrations induced by the skull. In numerical simulations, we were able to derive the phase and amplitude modulations induced by the bones, and could improve the contrast and resolution of a B-mode image

Cette étude se place dans le cadre du guidage des thérapies par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU). L'utilisation de l'échographie pour le guidage permet une visualisation temps réel mais un faible contraste. Afin de compenser ce manque de vision du traitement, deux études ont été mises en place. La première sur l'utilité de l'élastographie par compression manuelle en temps réel (23 à 60 images par seconde) a été réalisée et validée par deux protocoles in vivo. L'un a été effectué afin de visualiser des tumeurs VX2 dans le foie chez le lapin de manière extracorporelle et per-opératoire en utilisant une sonde de diagnostique linéaire (12MHz). L'autre a été réalisé sur des porcs avec la même sonde et avec une sonde d'imagerie sectorielle (7,5 MHz) placée au centre du transducteur HIFU. Une comparaison a été menée avec des images IRM des mêmes lésions réalisées après prélèvement de l'organe traité. Dans les deux cas, les élastogrammes assurent une meilleure visualisation des dimensions de la lésion (R=0,70) et un contraste plus important (23dB) en comparaison de l'échographie (R=0,65, contraste=3dB). La dernière partie de ces travaux a permis de démontrer que le signal ultrasonore rétrodiffusé par les tissus du foie change avec la température. Lors d'expériences in vitro et in vivo sur du foie de porc, ce changement de signal se corrèle (R=0,85) avec une hausse de température mesurée par un thermocouple positionné dans la zone focale du transducteur. Cette relation est linéaire positive in vitro et négative in vivo. Cette relation permet de calculer des images de température sur une plage de température allant de 20 à 100°C avec une précision de 5°C.

Cette étude se place dans le cadre du guidage des thérapies par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU). L’utilisation de l’échographie pour le guidage permet une visualisation temps réel mais un faible contraste. Afin de compenser ce manque de vision du traitement, deux études ont été mises en place. La première sur l’utilité de l’élastographie par compression manuelle en temps réel (23 à 60 images par seconde) a été réalisée et validée par deux protocoles in vivo. L’un a été effectué afin de visualiser des tumeurs VX2 dans le foie chez le lapin de manière extracorporelle et per-opératoire en utilisant une sonde de diagnostique linéaire (12MHz). L’autre a été réalisé sur des porcs avec la même sonde et avec une sonde d'imagerie sectorielle (7,5 MHz) placée au centre du transducteur HIFU. Une comparaison a été menée avec des images IRM des mêmes lésions réalisées après prélèvement de l’organe traité. Dans les deux cas, les élastogrammes assurent une meilleure visualisation des dimensions de la lésion (R=0,70) et un contraste plus important (23dB) en comparaison de l’échographie (R=0,65, contraste=3dB). La dernière partie de ces travaux a permis de démontrer que le signal ultrasonore rétrodiffusé par les tissus du foie change avec la température. Lors d’expériences in vitro et in vivo sur du foie de porc, ce changement de signal se corrèle (R=0,85) avec une hausse de température mesurée par un thermocouple positionné dans la zone focale du transducteur. Cette relation est linéaire positive in vitro et négative in vivo. Cette relation permet de calculer des images de température sur une plage de température allant de 20 à 100°C avec une précision de 5°C<br>This study takes place under the guidance of high intensity focused ultrasound therapies (HIFU). The use of ultrasound for guidance allows real time monitoring, but low contrast. To compensate this lack of vision, two studies were set up. The first set up was used to evaluated usefulness of hand-held elastography in real time (23 to 60 frames per second) performed and validated by two in vivo protocols. One was performed to visualize VX2 tumors in the rabbit liver so extracorporeal and intraoperative using a diagnostic linear probe (12MHz). The other was carried out on pigs with the same probe but also with a sectorial imaging probe (7.5 MHz) placed in the center of the HIFU transducer. A comparison was conducted with MRI images of the same lesions performed after removal of the treated organ. In both cases, elastograms provide better visualization of the lesion size (R = 0.70) and higher contrast (23dB) compared to ultrasound (R = 0.65, contrast = 3dB). The last part of this work demonstrated that the ultrasound backscattered signal of the liver tissue changed with the temperature. In experiments on in vitro and in vivo pig livers, this changed of signal is linear and correlated (R = 0.85) with a rise in temperature measured by a thermocouple positioned in the focal zone of the transducer. The relation between backscattered signal and temperature is positive in vitro and negative in vivo. This relationship is linear and used to calculate temperature images with a range of 20 to 100 ° C and an accuracy of 5 ° C

Actuellement, les options de prise en charge des tumeurs pancréatiques localement avancées sont extrêmement limitées. Une résection chirurgicale ne peut être envisagée en raison de l’atteinte vasculaire, non reconstructible, par la tumeur. Les traitements par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) ont démontré leur potentiel dans le traitement palliatif des cancers du pancréas. Le projet de thèse consiste, au moyen d’une sonde de thérapie peropératoire munie d’un transducteur torique et d’une sonde d’imagerie échographique intégrée, à définir des paramètres de traitement HIFU induisant une nécrose du parenchyme pancréatique ciblé tout en conservant la perméabilité vasculaire d’une artère incluse dans la zone détruite. Pour l’évaluation du flux artériel, un contrôle par imagerie Doppler en temps réel a été développé au cours de la procédure HIFU. Les paramètres de traitement étaient choisis pour permettre l’acquisition du signal Doppler entre les phases d’émissions HIFU avec un rapport cyclique de 40% de temps de thérapie et 60% de temps d’imagerie, pendant une durée totale de 900 secondes. Un modèle perfusé permettait d’évaluer l’impact des modifications des paramètres de traitement in vitro sur la lésion produite. Les lésions obtenues avec l’application du rapport cyclique était en moyenne 20% plus petites que sans application du rapport cyclique mais cette diminution jugée acceptable par rapport au bénéfice de sécurité du traitement avec l’imagerie Doppler. Une première étude préclinique a mis en évidence la survenue d’un spasme artériel temporaire et réversible suite à des traitements HIFU répétés au niveau de l’artère ciblée. Des ablations thermiques d’environ 20 mm de diamètre ont été générées autour de l’artère visée sans provoquer d’occlusion ou de thrombose vasculaire définitive à court et moyen terme. Néanmoins, dans l’optique d’utiliser ce traitement HIFU chez l’homme et donc dans un objectif de sécurisation du traitement, un outil prédictif du spasme artériel a été développé. De nouvelles études ont permis d’identifier les altérations du signal artériel au cours d’un traitement HIFU, traduites par l’apparition d’une composante tourbillonnaire en amont de la zone traitée avant la survenue du spasme artériel. Un outil basé sur la dissemblance des signaux a été développé et breveté sur la base de ces modifications du signal. L’accélération de ces modifications permettait de prévenir l’apparition du spasme artériel en temps réel et donc une rétroaction sur le traitement HIFU. Les études précliniques ont permis de définir un seuil sur cette accélération au-delà duquel l’apparition de la sténose semblait systématique si le traitement était mené à terme. En fonction des paramètres appliqués, des nécroses tissulaires de 17 mm de diamètre étaient induites dans les tissus pancréatiques et autour du vaisseau cible sans induction de spasme artériel et en conservant la perméabilité vasculaire. L’imagerie Doppler combinée à l’outil en temps réel ont confirmé le maintien de flux artériel au cours des traitements HIFU. Ces traitements précliniques sûrs et efficaces, permettent d’envisager la réalisation d’une étude clinique de Phase I-II évaluant la destruction par HIFU des tumeurs localement avancées de 10 à 15 mm de diamètre chez l’Homme<br>Currently, management options for locally advanced pancreatic tumors are extremely limited. Surgical resection cannot be considered due to the non-reconstructible vascular involvement of the tumor. High intensity focused ultrasound (HIFU) treatments have demonstrated their potential in the palliative treatment of pancreatic cancers. The thesis project focuses on the definition of HIFU treatment parameters that induce necrosis of the targeted pancreatic parenchyma while preserving the vascular permeability of an artery included in the destroyed area, using an intraoperative therapy probe with a toroidal transducer and an integrated ultrasound imaging probe. For the assessment of arterial flow, real-time Doppler imaging monitoring was developed during the HIFU procedure. Treatment parameters were chosen to allow acquisition of the Doppler signal between HIFU emission phases with a duty cycle of 40% therapy time and 60% imaging time, for a total duration of 900 seconds. A perfused model was used to evaluate the impact of in vitro treatment parameters on the lesion induced. The lesions obtained with the application of the duty cycle were on average 20% smaller than the lesions without duty cycle, but this reduction was considered acceptable regarding to the safety benefit of treatment with Doppler imaging. A first preclinical study demonstrated the occurrence of reversible arterial spasm following repeated HIFU treatments on the targeted artery. Thermal ablations of approximately 20 mm in diameter were generated around the targeted artery without causing definitive vascular occlusion or thrombosis in the short and medium term. Nevertheless, with a perspective of using this HIFU treatment in humans and thus with the objective of ensuring the safety of the treatment, a predictive tool for arterial spasm has been developed. New studies have identified alterations in the arterial signal during HIFU treatment, reflected by the appearance of a turbulent component upstream of the treated area before the arterial spasm occurs. A tool based on signal dissimilarity was developed and patented based on these signal changes. The acceleration of these modifications allowed to anticipate the arterial spasm in real time and thus a feedback on the HIFU treatment. Preclinical studies allowed to define a threshold on this acceleration beyond which the appearance of stenosis seemed systematic if the treatment was carried out. Depending on the parameters applied, tissue necrosis up to 17 mm in diameter was induced in the pancreatic tissue and around the target vessel without induction of arterial spasm and while maintaining vascular patency. Doppler imaging associated with the real-time tool confirmed the persistence of arterial flow during HIFU treatments. These safe and effective preclinical treatments allow us to consider a Phase I-II clinical trial evaluating HIFU destruction of locally advanced tumors of 10 to 15 mm in diameter in humans

La grande fréquence des nodules thyroïdiens et la relative agressivité des traitements conventionnels ont motivé l'étude d'une méthode non invasive utilisant des Ultrasons Focalisés (HIFU). Matériel et méthodes : Les HIFU ont été testés initialement sur un modèle de brebis afin de réaliser une lésion thyroïdienne. Ces études animales ont été suivies de trois études cliniques sur des patients porteurs de nodules thyroïdiens. L'appareil utilisé associe un système d'imagerie échographique et un système de tir. Résultats : Le réglage des paramètres de tir et la mise au point de plusieurs prototypes chez l'animal a permis d'obtenir l'autorisation du comité d'éthique pour les expérimentations humaines. Ces essais ont démontré la capacité des HIFU à détruire des nodules thyroïdiens. Le dernier appareil mis au point a obtenu le marquage CE. Conclusion : Cette technique permet de réaliser une nécrose localisée dans un lobe thyroïdien et de détruire des nodules. Ces résultats doivent être confirmés par des études plus larges, mais ont été assez encourageants pour justifier la création d'une entreprise dédiée à la mise au point d'un appareil spécifique en collaboration avec l'INSERM<br>-

La grande fréquence des nodules thyroïdiens et la relative agressivité des traitements conventionnels ont motivé l'étude d'une méthode non invasive utilisant des Ultrasons Focalisés (HIFU). Matériel et méthodes : Les HIFU ont été testés initialement sur un modèle de brebis afin de réaliser une lésion thyroïdienne. Ces études animales ont été suivies de trois études cliniques sur des patients porteurs de nodules thyroïdiens. L'appareil utilisé associe un système d'imagerie échographique et un système de tir. Résultats : Le réglage des paramètres de tir et la mise au point de plusieurs prototypes chez l'animal a permis d'obtenir l'autorisation du comité d'éthique pour les expérimentations humaines. Ces essais ont démontré la capacité des HIFU à détruire des nodules thyroïdiens. Le dernier appareil mis au point a obtenu le marquage CE. Conclusion : Cette technique permet de réaliser une nécrose localisée dans un lobe thyroïdien et de détruire des nodules. Ces résultats doivent être confirmés par des études plus larges, mais ont été assez encourageants pour justifier la création d'une entreprise dédiée à la mise au point d'un appareil spécifique en collaboration avec l'INSERM<br>-

Les Ultrasons Focalisés de Haute Intensité (HIFU) sont une technique non invasive permettant de générer une augmentation de température à distance de l’émetteur ultrasonore. Cette technique est déjà largement utilisée en clinique dans le traitement de nombreuses pathologies, parmi lesquelles on peut compter les tremblements essentiels, les cancers de la prostate, du foie, du pancréas, le fibrome utérin, le glaucome etc. Une modalité d’imagerie est nécessaire pour guider et surveiller efficacement les traitements non invasifs par HIFU. Aujourd'hui, l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et l'imagerie par ultrasons sont les deux techniques utilisées en combinaison avec les HIFU pour guider le traitement. L'IRM est supérieure à l'échographie pour visualiser la température des tissus et la nécrose, mais cette technique est extrêmement coûteuse et manque de portabilité, de disponibilité, et présente des problématiques de compatibilité avec les patients et les dispositifs. L'imagerie par ultrasons présente quant à elle des avantages en termes de coût et de portabilité, de disponibilité et présente par ailleurs une bonne résolution spatiale et temporelle. L'imagerie conventionnelle échographique montre la distribution spatiale en amplitude des échos réfléchis par les inhomogénéités d'impédance acoustique dans le milieu et est déjà largement utilisée pour guider et monitorer les traitements HIFU. Cependant, l'imagerie échographique fournit des informations limitées sur la formation d'une nécrose de la coagulation due aux HIFU. Dans la plupart des cas, les hyperéchos sont visibles en raison des microbulles générées par cavitation acoustique ou par ébullition. Or ces zones hyperéchogènes ne permettent pas de contourer de manière précise la zone traitée, et elles n’apparaissent pas durant la phase de coagulation des tissus. Plusieurs méthodes ont été proposées pour caractériser le changement thermique en fonction d'autres paramètres, tels que la rétrodiffusion par ultrasons. L'une des méthodes les plus anciennes est l'estimation de la température à partir du décalage d'écho dû au changement de vitesse du son induit thermiquement, mais limité à une température pouvant atteindre 50 à 55 ° C. Des techniques d'estimation de l'élasticité des tissus ont également été étudiées, basées sur le fait que les tissus deviennent plus rigides lorsqu'ils sont coagulés. Dans cette thèse, nous avons étudié les changements de l'énergie rétrodiffusée par les tissus traités par ultrasons due à la coagulation thermique sans génération de microbulles de 37°C à 80°C. Les mesures, particulièrement centrées sur l’énergie du signal rétrodiffusé, ont été réalisées de manière qualitative pour le monitoring des traitements et de manière quantitatives grâce à des méthodes dîtes d’ultrasons quantitatifs capables de révéler des informations sur la microstructure des tissus, en vue d’expliquer les phénomènes induisant les changements dans les signaux rétrodiffusés au fil d’un chauffage HIFU. Un chapitre s’attarde sur le monitoring des interventions ultrasonores par élastographie passive. Enfin, les techniques de caractérisations mises en œuvres dans le cadre de ces travaux ont permis de réaliser des mesures d’atténuation dans des pièces de tissu hépatique issus d’hépatectomies standard, et contenant des tumeurs primaires et secondaires. L’impact des différences atténuations entre les deux types de tissus tumoraux a été évalué par simulations numériques de traitements HIFU. Les résultats ont permis d’aboutir à des conclusions quant à la nécessité de réaliser des traitements différents pour les cancers primaires et secondaires dans le foie<br>High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) is a noninvasive technique allowing generating a temperature increase away from the emitter. This technique is already used in clinic for the treatment of many pathologies such as essential tremors, cancers of the prostate, liver, pancreas, uterine fibroid, glaucoma etc. An imaging modality is required to effectively guide and monitor non-invasive HIFU treatments. Today, magnetic resonance imaging (MRI) and B-mode imaging are the main techniques used in combination with HIFU to guide treatment. MRI is superior to ultrasound for visualizing tissue temperature and necrosis, but this technique is extremely expensive and lacks portability, availability, and present compatibility issues with patients and devices. Ultrasonic imaging has advantages in terms of cost and portability, availability and present good spatial and temporal resolution. Conventional ultrasound imaging shows the spatial amplitude distribution of echoes reflected by acoustic impedance inhomogeneities in the medium and is already widely used to guide and monitor HIFU treatments in commercial devices. However, ultrasound imaging provides limited information on the formation of HIFU coagulation necrosis, and doesn’t allow thermometry. In most cases, hyperechos are visible due to microbubbles generated by acoustic cavitation or boiling. However, these hyperechoic zones do not allow precise contouring of the treated area, and they do not appear during the coagulation. Several methods have been proposed to characterize the thermal changes as a function of other parameters, such as ultrasonic backscatter. Tissue elasticity has also been studied, based on the fact that the tissues become stiffer when they are coagulated. In this thesis, we investigated the changes in backscattered energy by tissue treated by ultrasound due to thermal coagulation without the generation of microbubbles between 37°C and 80°C. The measurements, particularly focused on the energy of the backscattered signal, have been performed for the monitoring of treatments between 1 and 2.9 MHz. Quantitative ultrasounds methods have been performed to reveal information on the microstructure of tissues, in order to explain the phenomena inducing the changes in the backscattered signals during a HIFU heating. A chapter focuses on the monitoring of ultrasonic interventions by passive elastography. Finally, the characterization devices and techniques used in these works were used to characterize liver tissue derived from standard hepatectomies and containing primary and secondary tumors in terms of attenuation. The impact of the different attenuations between the two types of tumor tissue was evaluated by numerical simulations of HIFU treatments. The results led to conclusions about the need for different treatments for primary and secondary cancers in the liver

Les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) permettent la destruction de tissus biologiques par élévation de la température. Cette technique reconnue est utilisée actuellement dans le monde médical afin de traiter certaines masses tumorales. Le projet décrit dans ce document détaille la mise au point et l'utilisation de deux systèmes thérapeutiques indépendants, ayant pour objectif principal le traitement peropératoire puis extracorporel des tumeurs hépatiques. Dans un premier temps, un système chirurgical existant, destiné au traitement des métastases hépatiques et en cours d'évaluation clinique, a été utilisé. La mise en place d'une modalité de traitement par focalisation électronique a permis d'augmenter le volume de coagulation initial et ainsi faciliter la procédure opératoire. Basée sur les conclusions de cette première étude, une seconde version de sonde peropératoire a été modélisée puis développée. La géométrie du transducteur utilisé a permis une modification de la forme des lésions produites. Les performances de cette sonde de traitement ont été évaluées numériquement puis validées lors d'expérience in vitro et in vivo. L'efficacité, la simplicité et la reproductibilité des traitements réalisés sur le foie ont conduit à une possible application du dispositif aux cancers du pancréas. Après étude numérique et évaluation de la faisabilité in vitro, une validation sur modèle animal a été entreprise. L'ensemble des résultats obtenus au cours de ces différents traitements peropératoires a permis d'envisager la faisabilité d'un dispositif de traitement par voie extracorporelle. Une étude théorique a donné lieu à la réalisation d'un prototype expérimental. Après calibrations et étalonnages, des résultats in vitro préliminaires ont été obtenus<br>High intensity focused ultrasound (HIFU) allows the destruction of biological tissue by temperature increase. This technique is commonly used in the medical world for treating certain types of tumor masses. The project described in this document details the development and use of two independent therapy systems, with the main objective to treat intraoperatively and extracorporeally liver tumors. As a first step, an existing surgical system, intended to treat liver metastases and under clinical evaluation, was used. The establishment of a treatment modality based on electronic focusing has contributed to increase the coagulation volume and thus simplify the operative procedure. Based upon the findings of this first study, a second version of intraoperative probe was modeled and developed. The geometry of this new transducer allowed to change the shape of produced ablations. The performance of this probe were evaluated numerically and then validated with in vitro and in vivo studies. The effectiveness, simplicity and reproducibility of the treatments performed in the liver led to a possible application of the device to pancreatic cancer. After numerical study and in vitro feasibility assessment, animal model validation was also undertaken. All the results obtained during the peroperative treatments was used to study the feasibility of an extracorporeal treatment. A theoretical study has led to the development of an experimental prototype. After calibration, preliminary in vitro results were obtained

Les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) permettent la destruction de tissus biologiques par élévation de la température. Cette technique reconnue est utilisée actuellement dans le monde médical afin de traiter certaines masses tumorales. Le projet décrit dans ce document détaille la mise au point et l'utilisation de deux systèmes thérapeutiques indépendants, ayant pour objectif principal le traitement peropératoire puis extracorporel des tumeurs hépatiques. Dans un premier temps, un système chirurgical existant, destiné au traitement des métastases hépatiques et en cours d'évaluation clinique, a été utilisé. La mise en place d'une modalité de traitement par focalisation électronique a permis d'augmenter le volume de coagulation initial et ainsi faciliter la procédure opératoire. Basée sur les conclusions de cette première étude, une seconde version de sonde peropératoire a été modélisée puis développée. La géométrie du transducteur utilisé a permis une modification de la forme des lésions produites. Les performances de cette sonde de traitement ont été évaluées numériquement puis validées lors d'expérience in vitro et in vivo. L'efficacité, la simplicité et la reproductibilité des traitements réalisés sur le foie ont conduit à une possible application du dispositif aux cancers du pancréas. Après étude numérique et évaluation de la faisabilité in vitro, une validation sur modèle animal a été entreprise. L'ensemble des résultats obtenus au cours de ces différents traitements peropératoires a permis d'envisager la faisabilité d'un dispositif de traitement par voie extracorporelle. Une étude théorique a donné lieu à la réalisation d'un prototype expérimental. Après calibrations et étalonnages, des résultats in vitro préliminaires ont été obtenus<br>High intensity focused ultrasound (HIFU) allows the destruction of biological tissue by temperature increase. This technique is commonly used in the medical world for treating certain types of tumor masses. The project described in this document details the development and use of two independent therapy systems, with the main objective to treat intraoperatively and extracorporeally liver tumors. As a first step, an existing surgical system, intended to treat liver metastases and under clinical evaluation, was used. The establishment of a treatment modality based on electronic focusing has contributed to increase the coagulation volume and thus simplify the operative procedure. Based upon the findings of this first study, a second version of intraoperative probe was modeled and developed. The geometry of this new transducer allowed to change the shape of produced ablations. The performance of this probe were evaluated numerically and then validated with in vitro and in vivo studies. The effectiveness, simplicity and reproducibility of the treatments performed in the liver led to a possible application of the device to pancreatic cancer. After numerical study and in vitro feasibility assessment, animal model validation was also undertaken. All the results obtained during the peroperative treatments was used to study the feasibility of an extracorporeal treatment. A theoretical study has led to the development of an experimental prototype. After calibration, preliminary in vitro results were obtained

La fibrillation atriale (FA) est l'arythmie cardiaque la plus fréquente. Elle touche près de 750 000 personnes en France. La technique de traitement la plus courante est l'ablation intracardiaque par radiofréquence (RF). Son principe consiste à isoler électriquement les veines pulmonaires du reste de l'oreillette. Cependant cette technique est invasive et a une efficacité limitée. Les Ultrasons Focalisés de Haute Intensité (HIFU) permettent de léser à distance de façon précise les tissus biologiques. Un traitement de la FA par HIFU transoesophagiens aurait l'avantage d'être mini-invasif et plus efficace qu'un traitement par RF intracardiaque de par la possibilité de générer des lésions transmurales sans nécessiter de contact entre la sonde et la zone à traiter. Un applicateur HIFU transoesophagien à guidage échographique intégré a donc été développé pour le traitement de la FA. Le transducteur peut focaliser le faisceau ultrasonore de 17 mm à 55 mm de profondeur avec une intensité acoustique maximale à sa surface de 12 W*cm-2. Une procédure de traitement HIFU préservant les tissus adjacents a été simulée numériquement sur un modèle anatomique réaliste. Des lésions HIFU transoesophagiennes ont été obtenues ex vivo dans du myocarde dans des conditions anatomiques et physiologiques proches de l'in vivo. Des essais préliminaires d'élastographie par ondes de cisaillement ont permis d'évaluer la faisabilité d'un contrôle de la formation des lésions à l'aide du transducteur d'imagerie intégré. Une première série d'expérimentations in vivo sur le modèle porcin a finalement permis de valider la procédure de traitement et d'induire des dommages biologiques dans le tissu cardiaque

La fibrillation atriale (FA) est l’arythmie cardiaque la plus fréquente. Elle touche près de 750 000 personnes en France. La technique de traitement la plus courante est l’ablation intracardiaque par radiofréquence (RF). Son principe consiste à isoler électriquement les veines pulmonaires du reste de l’oreillette. Cependant cette technique est invasive et a une efficacité limitée. Les Ultrasons Focalisés de Haute Intensité (HIFU) permettent de léser à distance de façon précise les tissus biologiques. Un traitement de la FA par HIFU transoesophagiens aurait l’avantage d’être mini-invasif et plus efficace qu’un traitement par RF intracardiaque de par la possibilité de générer des lésions transmurales sans nécessiter de contact entre la sonde et la zone à traiter. Un applicateur HIFU transoesophagien à guidage échographique intégré a donc été développé pour le traitement de la FA. Le transducteur peut focaliser le faisceau ultrasonore de 17 mm à 55 mm de profondeur avec une intensité acoustique maximale à sa surface de 12 W•cm-2. Une procédure de traitement HIFU préservant les tissus adjacents a été simulée numériquement sur un modèle anatomique réaliste. Des lésions HIFU transoesophagiennes ont été obtenues ex vivo dans du myocarde dans des conditions anatomiques et physiologiques proches de l’in vivo. Des essais préliminaires d’élastographie par ondes de cisaillement ont permis d’évaluer la faisabilité d’un contrôle de la formation des lésions à l’aide du transducteur d’imagerie intégré. Une première série d’expérimentations in vivo sur le modèle porcin a finalement permis de valider la procédure de traitement et d’induire des dommages biologiques dans le tissu cardiaque<br>Atrial fibrillation (AF) is the most frequent cardiac arrhythmia. This pathology affects more than 750,000 persons in France. Radiofrequency (RF) endocardial ablation is performed to treat this disease and involves the generation of transmural thermal lesions, to isolate electrically the pulmonary veins (PV) from the left atrium. The technique is, however, invasive and has a limited efficiency, especially for ensuring transmurality which requires a perfect contact between the RF probe and cardiac tissues. High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) allows the creation of precise thermal lesions, deep within biological tissues. A transesophageal HIFU approach could provide a minimally-invasive alternative for AF treatment, since deep transmural lesions could be generated at distance from the HIFU probe. In this work, an ultrasound-guided transesophageal applicator has been developed for AF treatment. The HIFU transducer, embedding a transesophageal echocardiography (TEE) probe, can focus the acoustic beam from 17 to 55 mm axially and generate a surface acoustic intensity up to 12 W•cm-2. A complex treatment plan, the HIFU Mini-Maze (HIFUMM), was successfully simulated on a realistic anatomical human model. Transesophageal HIFU lesions were induced experimentally in static myocardium, under ex vivo configurations reflecting an increasing complexity in anatomical and physiological conditions. Investigations conducted on shear wave elastography confirmed the feasibility of using TEE to control the formation of HIFU lesions. Finally, in vivo experiments in a porcine model allowed validating the treatment procedure by inducing biological damages in beating heart

Les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) sont reconnus et couramment utilisés dans le domaine médical pour le traitement des tumeurs solides. Cette technique permet une destruction localisée des tissus biologiques par élévation de la température. Ce manuscrit décrit la conception et l’utilisation d’un système thérapeutique et d’une nouvelle solution de focalisation brevetée, ayant pour objectif principal le traitement non invasif des adénocarcinomes mammaires. Dans un premier temps, un dispositif existant destiné au traitement surfacique des métastases hépatiques et en cours d’évaluation clinique a été utilisé. Une étude ex vivo sur échantillons humains de tissu mammaire a permis de montrer la possibilité de déposer de la pression en profondeur de façon non invasive. Basé sur cette étude, le développement d’une nouvelle modalité de focalisation a été entrepris dans le but d’élargir le volume traité sans impliquer des temps de traitement supérieur à la minute et des déplacements mécaniques du dispositif. Cette modalité a permis d’augmenter de 30 % le volume traité par le dispositif existant sans augmenter le temps de traitement. Compte tenu des limites du dispositif existant et de la nouvelle solution à intégrer, un nouveau dispositif a été conçu et fabriqué dans le but de répondre aux besoins des traitements des adénocarcinomes mammaires. La focalisation naturelle de ce transducteur permet de déposer de la pression en profondeur. Si la nouvelle modalité de focalisation électronique est utilisée, un champ de pression élargi est émis, permettant ainsi d’augmenter le volume de traitement. Les performances de cette sonde de traitement ont été évaluées numériquement puis validées lors d’expérimentations préliminaires in vitro sur des tissus hépatiques et lors d’une étude ex vivo sur des échantillons humains de tissu mammaire. Ces travaux représentent la première étape de l’élaboration d’un traitement HIFU pour traiter les adénocarcinomes mammaires avec un dispositif HIFU non-invasif, guidé par échographie et utilisable manuellement<br>High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) is a technique commonly used in the medical field for the treatment of solid tumors. This therapeutic strategy allows for the localized destruction of biological tissue by temperature elevation. This manuscript describes the design and utilization of a therapeutic system and a novel, patented focalization technique for non-invasive treatment of mammary adenocarcinomas. In a first instance, an existing device that has been previously used for intraoperative treatment of hepatic metastases, and one that is currently undergoing clinical trials, was used. An ex vivo study on human mammary samples demonstrated the possibility of applying pressures on deep tissue layers in a non-invasive manner. Based on this study, the development of a new focalization modality was developed to provide larger treated volumes while yielding treatment times under a minute and eliminating the need for mechanical steering of the device. This new modality provided treated volumes 30% larger than those produced by the existing device with no changes to treatment time. Given the limitations of the existing device, in addition to the need of integrating the new focalization strategy, a new device was designed and specifically fabricated to meet the demands for treating mammary adenocarcinomas. The natural focalization of this novel transducer allows for depositing pressure deep in tissue. When the new focalization modality is used, a larger pressure field produces increased treated volumes. The performance provided by the novel probe was first characterized through modeling studies. These results were then validated through preliminary in vitro studies on hepatic tissues as well as in ex vivo studies on human mammary tissue samples. This work represents the first stage of development of a HIFU treatment for mammary adenocarcinomas using a novel, non-invasive and image-guided HIFU device that can be used manually

OBJECTIFS : Dans cette thèse nous avons décrit une nouvelle technique de prise en charge de l'endométriose profonde postérieure recto-sigmoïdienne par ultrasons focalisés de haute intensité échoguidés par voie transrectale (TR-USgHIFU), avant de rechercher les facteurs limitants de cette technique ainsi que les moyens d’améliorer sa faisabilité et son efficacité. METHODES : Nous avons tout d’abord conduit une étude clinique de phase I pour tester la faisabilité du traitement par TR-USgHIFU à l’aide de la sonde FocalOne®. Nous avons ensuite réalisé une étude sur pièces anatomiques visant à rechercher les facteurs limitants l’utilisation de la sonde FocaleOne® et à tester un autre prototype de sonde HIFU comme alternative à cette dernière. Nous avons également réalisé une étude clinique observationnelle pour mesurer l’atténuation acoustique des lésions d’endométriose recto-sigmoïdienne et de l’intestin normal. Nous avons enfin mis au point un modèle murin d’endométriose sous-cutané pour évaluer les effets anatomo-pathologiques des HIFU sur l’endométriose. RESULTATS : Nous avons inclus 23 patientes dans l’étude clinique de phase I entre juin 2015 et octobre 2019 dont 20 ont pu être traitées (faisabilité de 87%). Aucun effet indésirable grave n’a été rapporté. Nous n’avons pas observé pas de modification significative du volume des lésions à 6 mois, mais nous rapportons une amélioration significative des symptômes douloureux digestifs et gynécologiques ainsi qu’une amélioration de la qualité de vie des patientes. Les analyses sur pièces anatomiques et sur IRM démontrent le rôle du sacrum et de la charnière recto-sigmoïdienne dans les limitations mécaniques de la sonde FocalOne®. L’utilisation d’une sonde moins encombrante avec une focale plus courte semble être bénéfique pour augmenter la faisabilité du traitement. Notre étude sur 13 patientes traitées chirurgicalement d’un nodule du rectum ou du sigmoïde, a montré que l’atténuation à 3 MHz de l’endométriose digestive est de 50,2 Np/m. Cette valeur est significativement plus élevée que celle de l’intestin sain (32,8 ; p&lt;0,001). Nous avons enfin montré que le modèle murin hétérologue sous-cutané « BALB/c-nude#Ishikawa » est fiable et performant pour l’étude des effets des HIFU sur l’endométriose profonde digestive, en raison notamment d’une atténuation acoustique remarquablement proche de celle de l’endométriose recto-sigmoïdienne. Grâce à ce modèle nous avons démontré que le traitement HIFU provoquait une nécrose de type « ischémique » au niveau de la cible. CONCLUSION : Le traitement par TR-USgHIFU dans l’endométriose recto-sigmoïdienne est faisable et sûr. Son efficacité morphologique reste à démontrer mais son efficacité clinique significative est prometteuse. Il pourrait s’agir d’une alternative minimalement invasive de choix pour remplacer le traitement chirurgical dans cette indication, en particulier pour les lésions les plus basses situées<br>OBJECTIVES: In this thesis we describe a new technique for the management of rectosigmoid endometriosis by transrectal ultrasound-guided high intensity focused ultrasound ultrasound (TR-USgHIFU). We also review several limiting factors of this technique before assessing several modifications to improve the feasibility and the efficacy of the procedure. METHODS: We first conducted a phase I clinical trial to test the feasibility of TR-USgHIFU treatment using the FocalOne® device. We then carried out a study on anatomical specimens to assess the limiting factors of the FocaleOne® probe and to test another HIFU probe, which has smaller transducer and which is mounted on a flexible endoscope. We also performed an observational clinical study to measure the acoustic attenuation of rectosigmoid endometriosis lesions and that of normal bowel. Finally, we have developed a murine model of subcutaneous endometriosis to assess the pathophysiological effects of HIFU on endometriosis. RESULTS: We included 23 patients in the phase I clinical trial between June 2015 and October 2019. Treatment was carried out in 20 of these patients (87% feasibility). No serious adverse events have been reported. We did not find a significant morphological effect at 6 months, but we report a significant improvement on digestive and gynecological symptoms as well as on patients’ quality of life. Studies on anatomical specimens and on MRI pictures demonstrated the role of the sacrum and the recto-sigmoid hinge in the mechanical limitations of the FocalOne® probe. The use of a smaller probe with a shorter focal could be interesting in order to increase the feasibility of the treatment. Our study on 13 patients treated surgically for rectum or sigmoid endometriosis nodule, showed that attenuation of digestive endometriosis at 3 MHz is 50.2 Np / m. This value was significantly higher than attenuation of the normal bowel (32.8; p &lt;0.001). We finally showed that the heterologous subcutaneous murine model "BALB / c-nude # Ishikawa" was reliable and efficient to study the effects of HIFU on digestive endometriosis, as the acoustic attenuation of its nodules are remarkably close to that of endometriosis lesions. Thanks to this model, we reported that HIFU lesions are associated with a higher rate of ischemic and coagulation necrosis. CONCLUSIONS: Treatment with TR-USgHIFU in rectosigmoid endometriosis is feasible and safe. Its morphological efficacy remains to be demonstrated, but its significant clinical efficacy is promising. It could become be a minimally invasive alternative to replace surgical treatment in this indication, especially for rectal lesions

La fibrillation atriale affecte 2-3% des européens et nord-américains, les tachycardies ventriculaires sont liées à un risque important de mort subite. Les approches minimalement invasives comme l’Ablation par Cathéter Radiofréquence (RFCA) ont révolutionné le traitement de ces maladies, mais le taux de réussite de la RFCA est limité par le manque de techniques d’imagerie pour contrôler cette ablation thermique.Le but de cette thèse est de proposer de nouvelles approches ultrasonores pour des traitements cardiaques minimalement invasifs guidés par échographie.Pour cela nous avons d’abord validé la précision et la viabilité clinique de l’Élastographie par Ondes de Cisaillement (SWE) en tant que modalité d’imagerie quantitative et temps réel pour l’ablation thermique in vivo. Ensuite nous avons implémenté la SWE sur un transducteur intracardiaque et validé la faisabilité d’évaluer l’ablation thermique in vitro et in vivo sur cœur battant de gros animal. Puis nous avons développé un transducteur intracardiaque dual-mode pour effectuer l’ablation et l’imagerie ultrasonores avec les mêmes éléments, sur le même dispositif. Les lésions thermiques induites par Ultrasons Focalisés de Haute Intensité (HIFU) et contrôlées par la SWE ont été réalisées avec succès in vivo dans les oreillettes et les ventricules chez le gros animal. Finalement la SWE a été implémentée sur un dispositif d’imagerie et thérapie ultrasonores transœsophagien et la faisabilité de cette approche a été démontrée in vitro et in vivo. Ces approches originales pourraient conduire à de nouveaux dispositifs cliniques pour des traitements plus sûrs et contrôlés d’un large éventail d’arythmies et maladies cardiaques<br>Atrial fibrillation (AF) affects 2-3% of the European and North-American population, whereas ventricular tachyarrhythmia (VT) is related to an important risk of sudden death. AF and VT originate from dysfunctional electrical activity in cardiac tissues. Minimally-invasive approaches such as Radio-Frequency Catheter Ablation (RFCA) have revolutionized the treatment of these diseases; however the success rate of RFCA is currently limited by the lack of monitoring techniques to precisely control the extent of thermally ablated tissue.The aim of this thesis is to propose novel ultrasound-based approaches for minimally invasive cardiac ablation under guidance of ultrasound imaging. For this, first, we validated the accuracy and clinical viability of Shear-Wave Elastography (SWE) as a real-time quantitative imaging modality for thermal ablation monitoring in vivo. Second we implemented SWE on an intracardiac transducer and validated the feasibility of evaluating thermal ablation in vitro and in vivo on beating hearts of a large animal model. Third, a dual-mode intracardiac transducer was developed to perform both ultrasound therapy and imaging with the same elements, on the same device. SWE-controlled High-Intensity-Focused-Ultrasound thermal lesions were successfully performed in vivo in the atria and the ventricles of a large animal model. At last, SWE was implemented on a transesophageal ultrasound imaging and therapy device and the feasibility of transesophageal approach was demonstrated in vitro and in vivo. These novel approaches may lead to new clinical devices for a safer and controlled treatment of a wide variety of cardiac arrhythmias and diseases

La capacité de la force de Lorentz à relier un déplacement mécanique à un courant électrique présente un intérêt certain pour l'acoustique médicale, et trois applications ont été étudiées dans cette thèse. Dans la première partie de ce travail, un hydrophone a été développé pour effectuer des champs de vitesse acoustique. Cet hydrophone était constitué d'un fil de cuivre vibrant dans un champ magnétique. Un modèle a été élaboré pour déterminer une relation entre la pression acoustique et le courant électrique mesure, qui est induit par force de Lorentz lorsque le fil vibre dans un champ acoustique. Un prototype a ensuite été conçu et sa résolution spatiale, sa réponse fréquentielle, sa sensibilité, sa résistance et sa réponse directionnelle ont été examinées. Une méthode d'imagerie appelée Tomographie d'Impedance Electrique par Force de Lorentz a aussi été étudiée. Dans cette méthode, un tissu biologique est déplacé par ultrasons dans un champ magnétique, ce qui induit un courant électrique par force de Lorentz. L'impédance électrique du tissu peut ensuite être déduite de la mesure du courant. Cette technique a été appliquée pour réaliser des images d'un fantôme de gélatine, d'un muscle de bœuf, et d'une lésion thermique dans un échantillon de poulet. Cela a montré que la méthode est potentiellement utile pour fournir un contraste supplémentaire à des images ultrasonores classiques. Enfin, cette thèse a démontré que des ondes de cisaillement peuvent être générées dans des tissus mous par force de Lorentz. Cela a été réalisé en appliquant un courant électrique par deux électrodes dans un solide mou place dans un champ magnétique. Des ondes de cisaillement ont été observées dans des échantillons de gélatine et de foie. La vitesse des ondes de cisaillement a été utilisée pour calculer l'élasticité et leur source pour cartographier la conductivité électrique des échantillons<br>The ability of the Lorentz force to link a mechanical displacement to an electrical current presents a strong interest for medical acoustics, and three applications were studied in this thesis. In the first part of this work, a hydrophone was developed for mapping the particle velocity of an acoustic field. This hydrophone was constructed using a thin copper wire and an external magnetic field. A model was elaborated to determine the relationship between the acoustic pressure and the measured electrical current, which is induced by Lorentz force when the wire vibrates in the acoustic field of an ultrasound transducer. The built prototype was characterized and its spatial resolution, frequency response, sensitivity, robustness and directivity response were investigated. An imaging method called Lorentz Force Electrical Impedance Tomography was also studied. In this method, a biological tissue is vibrated by ultrasound in a magnetic field, which induces an electrical current by Lorentz force. The electrical impedance of the tissue can be deduced from the measurement of the current. This technique was applied for imaging a gelatin phantom, a beef muscle sample, and a thermal lesion in a chicken breast sample. This showed the method may be useful for providing additional contrast to conventional ultrasound imaging. Finally, this thesis demonstrated that shear waves can be generated in soft tissues using Lorentz force. This work was performed by applying an electrical current with two electrodes in a soft solid placed in a magnetic field. Shear waves were observed in gelatin phantom and liver sample. The speed of the shear waves were used to compute elasticity and their source to map the electrical conductivity of the samples

La capacité de la force de Lorentz à relier un déplacement mécanique à un courant électrique présente un intérêt certain pour l'acoustique médicale, et trois applications ont été étudiées dans cette thèse. Dans la première partie de ce travail, un hydrophone a été développé pour effectuer des champs de vitesse acoustique. Cet hydrophone était constitué d'un fil de cuivre vibrant dans un champ magnétique. Un modèle a été élaboré pour déterminer une relation entre la pression acoustique et le courant électrique mesure, qui est induit par force de Lorentz lorsque le fil vibre dans un champ acoustique. Un prototype a ensuite été conçu et sa résolution spatiale, sa réponse fréquentielle, sa sensibilité, sa résistance et sa réponse directionnelle ont été examinées. Une méthode d'imagerie appelée Tomographie d'Impedance Electrique par Force de Lorentz a aussi été étudiée. Dans cette méthode, un tissu biologique est déplacé par ultrasons dans un champ magnétique, ce qui induit un courant électrique par force de Lorentz. L'impédance électrique du tissu peut ensuite être déduite de la mesure du courant. Cette technique a été appliquée pour réaliser des images d'un fantôme de gélatine, d'un muscle de bœuf, et d'une lésion thermique dans un échantillon de poulet. Cela a montré que la méthode est potentiellement utile pour fournir un contraste supplémentaire à des images ultrasonores classiques. Enfin, cette thèse a démontré que des ondes de cisaillement peuvent être générées dans des tissus mous par force de Lorentz. Cela a été réalisé en appliquant un courant électrique par deux électrodes dans un solide mou place dans un champ magnétique. Des ondes de cisaillement ont été observées dans des échantillons de gélatine et de foie. La vitesse des ondes de cisaillement a été utilisée pour calculer l'élasticité et leur source pour cartographier la conductivité électrique des échantillons<br>The ability of the Lorentz force to link a mechanical displacement to an electrical current presents a strong interest for medical acoustics, and three applications were studied in this thesis. In the first part of this work, a hydrophone was developed for mapping the particle velocity of an acoustic field. This hydrophone was constructed using a thin copper wire and an external magnetic field. A model was elaborated to determine the relationship between the acoustic pressure and the measured electrical current, which is induced by Lorentz force when the wire vibrates in the acoustic field of an ultrasound transducer. The built prototype was characterized and its spatial resolution, frequency response, sensitivity, robustness and directivity response were investigated. An imaging method called Lorentz Force Electrical Impedance Tomography was also studied. In this method, a biological tissue is vibrated by ultrasound in a magnetic field, which induces an electrical current by Lorentz force. The electrical impedance of the tissue can be deduced from the measurement of the current. This technique was applied for imaging a gelatin phantom, a beef muscle sample, and a thermal lesion in a chicken breast sample. This showed the method may be useful for providing additional contrast to conventional ultrasound imaging. Finally, this thesis demonstrated that shear waves can be generated in soft tissues using Lorentz force. This work was performed by applying an electrical current with two electrodes in a soft solid placed in a magnetic field. Shear waves were observed in gelatin phantom and liver sample. The speed of the shear waves were used to compute elasticity and their source to map the electrical conductivity of the samples