Projet ANR-07-JCJC-0036 – PAG-HIFU : PhotoAcoustic-Guided High-Intensity Ultrasound using time-reversal of photoacoustic waves
Programme : Jeunes chercheuses & jeunes chercheurs (JCJC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE PARIS MICHEL-ANGE (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE PARIS MICHEL-ANGE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique
Montant : 140000.0 euros
Date de début : 2007
Durée : 36 mois
Résumé : Dans le domaine de l'application biomédicale des ultrasons, les techniques conventionnelles d'imagerie ou de thérapie nécessitent pour focaliser les ultrasons que le tissu considéré soit homogène en terme de vitesse du son. Cette condition peut ne pas être vérifiée pour certaines parties du corps. Par exemple, une application extrêmement prometteuse dans le domaine de la thérapie par ultrasons concerne la possibilité de traiter de façon non invasive les tumeurs du cerveau. Mais focaliser les ultrasons dans le cerveau suppose de traverser la boite crânienne, qui constitue un milieu très fortement aberrant dont les propriétés acoustiques sont très différentes de celles des tissus mous, et dont la forme exacte et l'épaisseur sont a priori inconnus. Le renversement temporel des ondes acoustiques fournit un moyen to focaliser automatiquement les ultrasons dans des milieux complexes, en se basant sur l'enregistrement et le ré-émission des ondes ultrasonores engendrées par une source localisée. Les différents types d'expérience de retournement temporel qui ont été effectuées jusqu'à présent, dans différents domaine telle que l'océanographie, l'acoustique biomédicale, la sismologie, reposent sur l'existence de contrastes mécaniques localisés ou sur l'existence d'une source ultrasonore (une explosion sous-marine, l'épicentre d'un tremblement de terre, une bulle de cavitation dans les tissus). Dans ce projet, nous proposons d'utiliser un nouveau type de source pour réaliser une expérience de renversement temporel : contrairement à tous les types de sources utilisés jusqu'à présent, nous proposons d'utiliser une source photoacoustique,dont l'émission ultrasonore est reliée aux propriétés optiques (absorption) de la source. L'effet photoacoustique consiste en l'émission de son à partir de l'illumination d'une région optiquement absorbante. Physiquement, les ondes photoacoustiques sont des ondes de pression engendrées par la dilatation thermoélastique résultant de l'absorption d'une impulsion de lumière. Pour des longueurs d'ondes optiques comprises dans ce que l'on appelle la fenêtre thérapeutique (700 nm à 900 nm), l'absorption de la lumière dans les tissus biologiques est relativement faible (longueur d'absorption de l'ordre de plusieurs centimètres), et les photons multi-diffusés peuvent atteindre des profondeur de quelquescentimètres dans les tissus. Des ondes photoacoustiques peuvent donc être engendrées en profondeur dans les tissus, et peuvent être utilisées par exemple pour réaliser une imagerie ultrasonore passive. Dans ce projet, nous voulons développer un prototype pour focaliser des ultrasons de forte puissance (HIFU) par guidage photoacoustique vers des absorbeurs optiques localisés dans des tissus biologiques, en nous basant sur le renversement temporel des ondes photoacoustiques émises par ces absorbeurs. Nous objectif final est de créer des lésions HIFU par guidage photoacoustique in vitro dans des tissus biologiques et in vivo chez le petit animal (rats ou souris). -  -  Pour atteindre cet objectif, nous voulons: 1) développer une méthode pour détecter de façon sélective les ondes photoacoustiques engendrées par des absorbeurs optiques que l'on cherche à atteindre, afin de retourner temporellement seulement les ondes photoacoustiques engendrées par ces absorbeurs. 2) concevoir des agents de contrastes optiques à bases de quantum dots (puits quantiques), qui pourront être excités sélectivement et se comporter en sources photoacoustiques. 3) concevoir une matrice 2D de transducteurs ultrasonores pour à la fois détecter les ondes photoacoustiques et ré-émettre des ultrasons de forte puissance. 4) focaliser des ultrasons de forte puissance à partir de signaux photoacoustiques renversés dans le temps. 5) Etudier et quantifier les paramètres qui déterminent la faisabilité de la technique dans les tissus. 6) Tester et valider le système complet in vitro sur des tissus biologiques et in vivo chez le petit animal. Le potentiel de