Treatment of esophageal tumors using high intensity intraluminal ultrasound: first clinical results

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Esophageal tumors generally bear a poor prognosis. Radical surgery is generally the only curative method available but is not feasible in the majority of patients; palliative therapy with stent placement is generally performed. It has been demonstrated that High Intensity Ultrasound can induce rapid, complete and well-defined coagulation necrosis. Thus, for the treatment of esophageal tumors, we have designed an ultrasound applicator that uses an intraluminal approach to fill up this therapeutic gap.</p> <p>Methods</p> <p>Thermal ablation is performed with water-cooled ultrasound transducers operating at a frequency of 10 MHz. Single lesions extend from the transducer surface up to 10 mm in depth when applying an intensity of 14 W/cm²for 10s. A lumen inside the therapy applicator provides path for an endoscopic ultrasound imaging probe operating at a frequency of 12 MHz. The mechanical rotation of the applicator around its axis enables treatment of sectorial or cylindrical volumes. This method is thus particularly suitable for esophageal tumors that may develop only on a portion of the esophageal circumference. Previous experiments were conducted from bench to <it>in vivo </it>studies on pig esophagi.</p> <p>Results</p> <p>Here we report clinical results obtained on four patients included in a pilot study. The treatment of esophageal tumors was performed under fluoroscopic guidance and ultrasound imaging. Objective tumor response was obtained in all cases and a complete necrosis of a tumor was obtained in one case. All patients recovered uneventfully and dysphagia improved significantly within 15 days, allowing for resuming a solid diet in three cases.</p> <p>Conclusion</p> <p>This clinical work demonstrated the efficacy of intraluminal high intensity ultrasound therapy for local tumor destruction in the esophagus.</p

CAPTEURS DE PRESSION POUR LE CONTRÔLE DE GÉNÉRATEURS D'ONDES DE CHOC ÉLECTROHYDRAULIQUE

La mesure de l'onde de pression acoustique et la détermination du diagramme de rayonnement sont deux éléments essentiels à la caractérisation des générateurs électrohydrauliques employés en lithotritie extracorporelle. Ces types de générateurs délivrent des pressions brèves à valeurs maximales élevées ( 20 à 100 MPa) dont les écarts types sont voisins de 33 %. Les capteurs existants sont peu résistants à l'application d'un grand nombre de choc. Nous proposons un capteur, construit autour d'un film piézo-électrique de type PVDF de 25 µm d'épaisseur protégé par son inclusion dans une résine époxyde d'impédance acoustique voisine. Les essais en durée de vie montrent une tenue à plus de 20.000 chocs sans détérioration macroscopique ni perte de sensibilité du capteur.The shock wave measurement and the determination of the focal beam areas are the two most significant points which characterize electrohydraulic generator in extracorporeal lithotripsy. These generators give acoustic impulse pressure with maximum pic values of 20 to 100 MPa (the standart deviation is 33 %). The existing probes are easily damaged with shock wave applications. We propose a new piezo-electric probe built with a 25 µm PVDF film embodided in an epoxy resin with the same impedance. No sensibility change and no macroscopic damage occured after 20.000 shocks

Imagerie Doppler temps réel

Les méthodes permettant d'évaluer l'importance d'une sténose sont essentiellement l'échographie bidimensionnelle et la vélocimètrie Doppler. L'analyse du signal Doppler peut se faire soit à partir d'un vélocimètre à émission continue qui permet une mesure globale des vitesses rencontrées dans le champ ultra-sonore, soit à partir d'un vélocimètre à émission codée qui permet de sélectionner le volume de mesure et par voie de conséquence de tracer des profils de vitesse. Aucun ne permet de visualiser un segment de vaisseau. Les limitations de ces deux méthodes sont en partie éliminées par l'emploi simultané d'un imageur et par l'analyse spectrale du signal Doppler. L'imagerie bidimensionnelle donne essentiellement la géométrie des parois artérielles et l'aspect obtenu est souvent le même que l'artère soit vide d'écho ou obstruée par un caillot frais. Pour s'affranchir de ce problème deux voies sont proposées : soit associer un échographe bidimensionnel avec un vélocimètre Doppler, ce sont les systèmes duplex, soit développer des imageurs Doppler temps réel permettant de faire une image d'un segment de vaisseau. Déjà plusieurs propositions et réalisations ont été faites. Les images n'étant pas obtenues en temps réel, ces propositions ont eu un succès modeste. Il faut environ 20 à 60 minutes pour l'exploration bilatérale des carotides. Nous proposons un système à barrette composé de n couples de transducteurs émetteurs et récepteurs. Chaque couple est connecté à un vélocimètre à émission continue dont la fréquence d'émission diffère pour chaque voie. Cette possibilité permet d'émettre simultanément dans n directions et par là-même de recueillir simultanément autant d'information de vitesses qu'il y a de voies. L'interaction parasite entre les différentes voies a été éliminée par un filtre passe-haut du Sème ordre. Nous montrons les résultats obtenus sur un prototype à trois voies d'abord sur un fil défilant puis sur un tuyau où une sténose est simulée. Enfin un résultat in vivo laisse à penser que cette solution est prometteuse

CHAMPS DE PRESSION DES TRANSDUCTEURS PLANS DANS LE DOMAINE DE L'ACOUSTIQUE NON-LINÉAIRE : THÉORIE ET EXPÉRIENCE

The aim of this paper is the study of the validity of the parabolic KZK equation in the case of finite amplitude ultrasound pressure field generated by piezoelectric axisymmetric plane source at different excitation levels. The numerical implementation used to solve the parabolic KZK equation is based on a finite difference method which accounts for diffraction, absorption and nonlinear effects. Comparisons between measurements and computed results are made along and across the acoustic axis for the first three harmonics of the wave forms. Good agreement is shown for low pressure levels, but the disagreement becomes more and more important according to the excitation level and consequently to the increase of the pressure at the source. Finally, the evolution of the amplitude of the first three harmonics is exhibited along the acoustic axis. It is shown that their minima and maxima move toward the source when we increase the excitation level.Le but de cet article est l'étude de la validité de l'approximation parabolique de l'équation KZK dans le cas du champ de pression à amplitude finie généré par un transducteur piézo-électrique plan à symétrie axial, à différents niveaux d'excitation. La mise en application numérique pour résoudre ce problème est basée sur une méthode de différences finies tenant compte des phénomènes de diffraction, d'absorption et de non-linéarité. Des comparaisons entre l'expérience et les résultats calculés sont effectuées le long de l'axe acoustique et perpendiculairement à celui-ci, pour les trois premiers harmoniques du profil temporel de l'onde déformée. Un bon accord est observé pour les faibles niveaux de pression, mais le désaccord devient de plus en plus important lorsqu'on augmente la tension d'excitation et donc la pression générée à la source. Enfin, nous traçons des réseaux de courbes expérimentales montrant l'évolution de l'amplitude de ces harmoniques en fonction du niveau d'excitation, le long de l'axe acoustique. Nous observons que leurs minima et maxima se décalent vers la source lorsque le niveau d'excitation augmente

Simulation of echographic A-lines for evaluations of signal processing algorithms and of ultrasonic transmitter receiver systems

This simulation of echographic A-lines is achieved from two modelizations: first, the transmitter receiver system, ultrasonic focalized probe, is modeled by an electro-acoustical hexapole; second, the medium is composed with discret scatters, randomly distributed, included in a three dimensional, isotropic, lossy and homogeneous matrix with a possible addition of an hyperechoic or anechoic area or of specular reflectors. The signais both backscattered by the medium and recorded by the system at 50 MHz (the echographic A-lines) are displayed for a lossless medium without and with an anechoic sphere, representing a cyst, for example . These basic results can then be used for evaluating signal processing algorithms and transmitter receiver ultrasonic systems.La simulation de lignes échographiques RF présentée est réalisée à partir d'une double modélisation: la première concerne le système d'émission réception, sonde ultrasonore focalisée, représenté par un hexapôle électro-acoustique; la seconde assimile le milieu à une répartition de diffuseurs discrets, distribués selon une loi de densité de probabilité uniforme, inclus dans une matrice tridimensionnelle, isotrope, atténuante et homogène dans ses caractéristiques de densité et de compressibilité, avec possibilité d'adjoindre une zone hyperéchogène, anéchogène ou des réflecteurs spéculaire

Interaction ultrasound-magnetic field: experimental setup and detection of the interaction current

International audienc

Electric current generated by ultrasonically induced Lorentz force in biological media

International audienc

INFLUENCE DE LA CONDUCTIVITÉ DE L'EAU SUR LA GÉNÉRATION DES ONDES DE CHOC

Le générateur électrohydraulique utilisé en lithotritie est constitué d'un bol ellipsoïdal rempli d'eau au foyer duquel sont disposées deux électrodes reliées à un condensateur par l'intermédiaire d'un interrupteur. A la fermeture, un arc s'établit, libérant une énergie suffisante pour créer une onde de choc. L'établissement du régime d'arc est un phénomène peu reproductible induisant des variations importantes de la valeur de la pression générée. Nous montrons que l'utilisation d'un liquide fortement conducteur à la place de l'eau permet de réduire l'écart type sur les valeurs de pression mesurées de 30 à 2 %. La mesure des paramètres électriques suggère que la décharge du condensateur ne se fait plus par l'intermédiaire d'un arc mais par l'intermédiaire de la résistance formée par le liquide situé entre les électrodes dont la valeur est proche de la résistance critique.In an electrohydraulic generator two underwater metal electrodes are connected in series with a capacitor charged to a high voltage. When the circuit is switch on a plasma occures reaching temperatures of thousands of degrees Celcius resulting in a compressive pressure pulse. The formation of the plasma is a particular non reproductible phenomena inducing great variations of the pressure pulse values. We show that using conducting liquid instead of water the standard deviation of pressure measurements is reduced from 30 to 2 %. Electrical measurements suggest that the plasma is no longer present and that the capacitor is discharged through the resistance given by the conductive liquid between the two electrodes