Étude et implémentation sur une plateforme FPGA de l’équation bio chaleur pour le monitoring d’une thérapie thermique en oncologie

Mellal, Idir (2018). Étude et implémentation sur une plateforme FPGA de l’équation bio chaleur pour le monitoring d’une thérapie thermique en oncologie. Thèse. Gatineau, Université du Québec en Outaouais, Département d'informatique et d'ingénierie, 110 p.

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Résumé

La thérapie thermique offre de grandes opportunités en tant que modalité pour soigner plusieurs maladies. Elle est beaucoup plus utilisée en oncologie pour la destruction et l’ablation des tumeurs. Malgré tout le développement technologique, cette option thérapeutique souffre de plusieurs lacunes et limitations. En effet, en surchauffant le tissu tumoral pour tuer ces cellules, le thérapeute provoque, par effet de conduction, une surchauffe des cellules saines environnantes à la cible qui engendre leur destruction. Ce qui n’est pas souhaitable en particulier dans ou près de quelques organes sensibles tels que le cerveau et les artères, car il peut produire des conséquences fatales irréversibles.
Ce travail propose deux nouvelles approches originales pour l’amélioration du traitement thermique en oncologie. La première approche est relative à la source de chaleur qui injecte l’énergie nécessaire pour provoquer la destruction des tumeurs. La deuxième est relative au mode de monitoring et de définition de la dose à injecter dans la prochaine étape en utilisant une bio-puce implantable.
La première approche consiste à intervenir au niveau de la direction de la diffusion de la température pour contrôler le volume de la lésion provoquée par le champ de chaleur produit par la probe. On a proposé l’utilisation d’une probe RF directionnelle qui produit un champ de chaleur directionnel. La probe est constituée d’une seule électrode incurvée. Les résultats de la simulation ont montré l’efficacité d’une telle approche. Le flux de chaleur est essentiellement concentré dans le sens de la courbure et autour de la source de chaleur. Avec un bon positionnement de la probe, on pourra réaliser une ablation RF totale d’une tumeur avec une marge minimale du tissu sain détruit.
La deuxième approche est l’apport le plus significatif de ce travail. Elle consiste en l’utilisation des micros bio-puces implantables pour le monitoring en temps-réel d’un traitement thermique d’une tumeur. Alors nous avons proposé un système qui utilise des puces bio implantables placées tout autour de la tumeur pour réaliser les tâches suivantes :
Mesurer la température locale de la tumeur en utilisant des capteurs de température placés localement sur le contour de la tumeur;
Déterminer les paramètres locaux de la tumeur (conductivité thermique, densité etc.) en utilisant des bio-probes;
Calcul prédictif de la tendance de la diffusion thermique dans le temps pour définir la quantité de la prochaine dose thermique à injecter, en résolvant l’équation de Pennes;
Communiquer avec l’utilisateur qui contrôle le déroulement du traitement en utilisant un module RFID.
Pour réaliser ce système, nous avons commencé par la réalisation d’un prototype sur une plateforme FPGA de prototypage et d’émulation BEECube (Berkeley Emulation Engine). La Méthode des Différences Finies (MDF) est choisie pour la résolution numérique de l’équation de Pennes. L’utilisateur reçoit les paramètres locaux de la tumeur, il peut les exploiter dans la simulation et le planning du traitement thermique thérapeutique, au lieu d’utiliser les paramètres disponibles dans la littérature.
Notre approche est d’utiliser les paramètres locaux mesurés de la tumeur. Une mesure physique de la température avec des capteurs au lieu d’estimation arithmétique avec le traitement d’images est proposée. Un module intelligent bio-implantable sera dédié pour la résolution de l’équation de Pennes et la prédiction de la diffusion thermique. Le système que nous proposons peut améliorer la qualité des thérapies thermiques et réduire les dommages collatéraux.

Type de document:	Thèse (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse:	Lakhssassi, Ahmed
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Kengne, Emmanuel
Mots-clés libres:	Thérapie thermique; Cancer; Tumeur; Bio-puce; FPGA; BEEcube
Départements et école, unités de recherche et services:	Informatique et ingénierie
Date de dépôt:	30 juill. 2018 17:15
Dernière modification:	30 juill. 2018 17:18
URI:	https://di.uqo.ca/id/eprint/1011

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