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Institut National de la Santé et de la Recherche
Médicale
Unité 556
Rapport INSERM Mars/Septembre 2005
Découplage des signaux IRM et des ultrasons
thérapeutiques
Présenté par
Ababacar NDIAYE
Pour obtenir le grade de
Master2 Recherche en Electronique et Instrumentation
de
l'université Joseph Fourier de Grenoble ²
Responsable INSERM : Responsable CNRS :
Rares SALOMIR Pierre Etienne WOLF
Chargé de recherche Directeur de recherche
INSERM de Lyon Unité 556 CRTBT/CNRS de Grenoble
Equipe « Application des ultrasons à la
thérapie » 25 avenue des Martyrs
151 cours Albert Thomas 38042 Grenoble cedex 09
69424 Lyon cedex 03
REMERCIEMENTS
Je remercie monsieur Jean Yves CHAPELON, directeur de
l'unité 556 de L'INSERM de Lyon pour m'y avoir accueilli.
Je remercie également monsieur Dominique CATHIGNOL,
directeur de l'équipe 2 « ultrasons appliqués à la
thérapie » pour m'avoir facilité mon intégration au
sein de l'équipe.
Je remercie plus particulièrement mon responsable de
stage, monsieur Rares SALOMIR pour son soutien et sa disponibilité qui
m'ont été très précieux.
Je remercie également monsieur Pierre Etienne WOLF,
responsable du Master2 Recherche PpI pour ses conseils.
Je remercie aussi madame Chantal BLANC-GONNET,
secrétaire du Master2 PpI pour sa disponibilité.
Enfin, je remercie tous ceux qui, de loin ou de près,
m'ont aidé à accomplir ce travail.
SOMMAIRE
A. Introduction ..4
B. Etat de l'art 5
C. L'Imagerie par résonance magnétique
(IRM) ..6
C.1. Obtention du signal IRM 6
C.2. Principe de l'IRM ..6
C.3. Les paramètres de contraste en IRM ..6
C.3.1. La densité de protons ..7
C.3.2. Le temps de relaxation longitudinale T1 8
C.3.3. Le temps de relaxation transversale T2 ..9
C.3.4. Le paramètre TR 10
C.3.5. Le paramètre TE 10
C.4. L'IRM de température .10
D. Les ondes ultrasonores 11
D.1. Atténuation 11
D.2. Les ultrasons focalisés de haute intensité
(HIFU) 12
D.3. L'applicateur ultrasonore mono-élément 13
D.4. L'applicateur ultrasonore 64 voies compatible IRM 14
D.4.1. Description de l'applicateur ultrasonore endorectal 14
D.4.2. Génération d'ondes planes ..15
D.5. Plateforme de tirs des ultrasons 16
E. Découplage IRM/ultrasons 18
E.1. Mise en évidence des interférences
IRM/ultrasons 18
E.1.1. Discussion 19
E.2. Méthode de découplage 20
F. Conception et test des modules de découplage
20
F.1. L'antenne 20
F.1.1. Discussion 21
F.2. Le circuit électronique de découplage 21
F.2.1. Le filtre passe haut ..22
F.2.2. Le redresseur 23
F.2.3. Le générateur d'impulsions 23
F.2.4. Le Témoin 25
F.2.5. La sortie multivoie 25
F.2.6. La sortie monovoie ..26
G. Tests sous IRM .27
G.1. Tirs d'ultrasons avec la sonde multivoie dans les deux
modes 27
G.1.1. Discussion 27
G.2. Tirs d'ultrasons avec la sonde monovoie dans les deux modes
28
G.2.1. Discussion 29
H. Conclusion et perspectives 30
I. Bibliographie 31
A. Introduction
Au début des années 1900, Lippmann
établit l'effet piézoélectrique selon lequel: un cristal
de quartz soumis à un champ électrique se comprime ou se dilate.
L'utilisation de ce principe a permis la génération des ultrasons
grâce aux travaux de Chilowski et Langevin. Aujourd'hui, l'imagerie
ultrasonore est devenue un moyen de diagnostic incontournable. La chirurgie
ultrasonore qui est une des techniques utilisant les effets thermiques des
ultrasons pour la thérapie, est aujourd'hui utilisée pour le
traitement de certains cancers. Elle consiste à provoquer une
élévation de température très intense (au
delà de 60°) sur des périodes très courtes (quelques
secondes). Ce principe a été utilisé pour la
première fois en focalisant un champ ultrasonore de haute
intensité. Cette technique, appelée HIFU pour High Intensity
Focused Ultrasound est aujourd'hui appliquée au traitement des cancers
du sein, de la vessie, de l'oesophage et de la prostate. La miniaturisation des
applicateurs ultrasonores a permis le traitement de certains organes
inaccessibles par voie extracorporelle. Différents moyens d'imagerie
sont utilisés pour guider les traitements ultrasonores, il s'agit
notamment de l'échographie, de l'élastographie, de la
vibro-acoustographie et de l'imagerie à résonance
magnétique (IRM). L'IRM est la technique qui s'impose actuellement comme
étant la plus appropriée pour obtenir, de façon
complète et non invasive, un contrôle en temps réel de
l'évolution de la température des tissus et des nécroses
de coagulation induites par les ultrasons de haute intensité.
Cependant, pour le suivi en temps réel par IRM en
présence des ultrasons, nous sommes confrontés à deux
contraintes majeures. La première est la compatibilité de
l'applicateur ultrasonore avec un environnement IRM du point de vue de la
susceptibilité magnétique des matériaux utilisés.
Ensuite l'effet perturbateur que le système électronique de
commande de l'applicateur ultrasonore peut avoir sur le signal IRM via un
couplage électromagnétique avec l'antenne de réception
IRM.
L'objectif global de notre étude est le
développement d'un environnement permettant le guidage du geste
thérapeutique et le suivi par IRM en temps réel du traitement in
vivo par HIFU.
Dans cette étude, on s'intéressera aux
contraintes relatives aux interférences des signaux de puissance du
générateur pour les HIFU avec le signal IRM. En effet, il s'agira
plus particulièrement de développer l'instrumentation permettant
le découplage des HIFU avec le signal IRM. On commencera par
présenter l'imagerie par résonance magnétique, l'obtention
du signal IRM et la mesure de la température par IRM. Ensuite nous
présenterons les ultrasons, on présentera aussi deux applicateurs
ultrasonores utilisés pendant les manipulations et la plateforme
utilisée pour la génération des HIFU. Par la suite, on
s'intéressera à la partie instrumentale qui constitue l'objectif
principal de ce sujet et on finira par les tests.
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