Interstitial laser therapy for localized breast cancers

Introduction : Les carcinomes mammaires de moins de 10 mm représentent 31,6% des cancers détectés par mammographie dans le cadre du dépistage organisé. L’augmentation de l’incidence de ces cancers du sein de faible risque amène à considérer les thérapies focales comme une alternative à la chirurgie. Le traitement par laser interstitiel consiste à une destruction thermique des tissus grâce au rayonnement laser. Cette technologie développée dans notre unité notamment pour le cancer de prostate avec des résultats prometteurs invitent à son utilisation dans le cadre du cancer du sein. Objectifs : Pour le développement de cette technique, la première partie de ce travail a été dédié à l’identification des critères d’éligibilité de cette technique en évaluant les données de la littérature et les contraintes techniques. A partir de ces données, des protocoles expérimentaux ont été construits afin d’évaluer ces différentes conditions. Ceci selon deux approches, par expérimentations ex vivo et in vivo et par l’élaboration et l’évaluation d’un modèle prédictif informatisé. La dernière partie du travail avait pour objectif le développement d’un modèle anthropomorphique de sein afin de valider la précision et les modalités de monitorage du traitement.Matériels et méthodes : Le tissu de dinde a été utilisé comme modèle ex vivo et les glandes mammaires de brebis constituaient les modèles in vivo. Deux lasers de longueurs d'onde différentes (805 nm et 980 nm) ont été utilisés. Deux types de fibres, de deux fabricants différents, ont été utilisés : des fibres à tir direct d'un diamètre de 600 μm et des fibres diffusantes. Les fibres diffusantes avaient une longueur de 5 mm et 10 mm. Une modélisation informatique a été réalisée pour prédire les dommages thermiques et établir une corrélation avec les procédures ex vivo et in vivo en utilisant des coefficients constants et variables. Le modèle mathématique était basé sur la méthode des éléments finis pour résoudre les équations de distribution de la lumière, de la chaleur et des dommages thermiques. Un modèle anthropomorphique de sein a ensuite été créé. Les tumeurs étaient représentées par du tissu de dinde et avaient un diamètre de 10 mm. La surveillance a été effectuée par guidage échographique. Les sondes 2D et 3D classiques ont été utilisées. La procédure comprenait un marquage thermique à l'aide d'un laser à 980 nm. La fibre optique a été introduite à l'aide d'une aiguille de 17 G. Le réglage du laser était de 15 W pendant 5 secondes.Résultats : Sur la base de nos expérimentations ex vivo et in vivo, la configuration optimale pour ce traitement était l'utilisation du laser 980 nm à 4 W avec des fibres à tirs directs pour un temps de traitement minimum de 150 s. Le modèle informatique prédictif a été développé et a montré une bonne prévisibilité de la nécrose en accord avec les données expérimentales. Concernant la réalisation des fantômes mammaires, 17 fantômes ont été créés avec inclusion de 34 tumeurs. Les modèles expérimentaux de fantômes mammaires étaient cliniquement et échographiquement similaires au sein humain, à l'exception de leurs valeurs d'élastographie, plus élevées, en moyenne de 112 kpa, contre 30 kpa pour le sein humain. L'analyse a été réalisée avec la sonde 2D sur neuf fantômes (18 tumeurs) et avec la sonde 3D sur huit fantômes (16 tumeurs). Une comparaison par paires a montré que la sonde 3D a obtenu une meilleure précision de repérage que la sonde 2D (la moyenne estimée du décalage était de 0,06 mm pour la sonde 3D contre 0,5 mm pour la sonde 2D) (p = 0,025) [...]Introduction : Less than 10 mm breast carcinomas represent 31.6% of cancers diagnosed by breast cancer screening program. The increasing incidence of these low-risk breast cancers has led to the consideration of focal therapies as an alternative to surgery. Laser interstitial thermotherapy consists of thermal destruction of tissue using laser radiation. This technology, developed in our unit, in particular for prostate cancer, with promising results, invites its use in breast cancer.Objectives: For the development of this technique, the first part of this work was dedicated to the identification of the eligibility criteria of this technique by evaluating the data from the literature and the technical constraints. From these data, experimental protocols were built to evaluate the different conditions. Two approaches were used. Ex vivo and in vivo experiments, development and evaluation of a computerized predictive model. The last part of the work aimed the development of an anthropomorphic model of the breast in order to validate precision and monitoring of the treatment.Materials and methods : Turkey tissue was used as ex vivo model and sheep mammary glands were the in vivo models. Two lasers of different wavelengths (805 nm and 980 nm) were used. Two types of fibers, from two different manufacturers, were used: direct fibers with a diameter of 600 μm and diffusing fibers. The diffusing fibers were 5 mm and 10 mm long.Computer modeling was performed to predict thermal damage and correlate with ex vivo and in vivo procedures using constant and variable coefficients. The mathematical model was based on the finite element method to solve the equations for the distribution of light, heat and thermal damage.An anthropomorphic breast model was then created. The tumors were represented by turkey tissue and had a diameter of 10 mm. Monitoring was performed by ultrasound guidance. Conventional 2D and 3D probes were used. The procedure included thermal marking using a 980nm laser. The optical fiber was introduced using a 17 G needle. The laser settings was 15 W for 5 seconds.Results : Based on our ex vivo and in vivo experiments, the optimal configuration for this treatment was the use of the 980 nm laser at 4 W with direct fibers for a minimum treatment time of 150 s. The predictive computer model has been developed and has shown good predictability of necrosis in accordance with the experimental data. Concerning the realization of mammary phantoms, 17 phantoms were created with inclusion of 34 tumors. The experimental models of breast phantoms were clinically and ultrasonographically similar to the human breast, except for their higher elastography values, on average 112 kpa, compared to 30 kpa for the human breast. The analysis was carried out with the 2D probe on nine phantoms (18 tumors) and with the 3D probe on eight phantoms (16 tumors). A pairwise comparison showed that 3D probe obtained better tracking accuracy than the 2D probe (the estimated average offset was 0.06 mm for the 3D probe versus 0.5 mm for the 2D probe) (p = 0.025).Conclusion : This work made it possible to partially meet the three main expectations concerning the development of this treatment. The eligible population, the treatment modalities and the treatment accuracy. Our experiments will allow the development of an integrated portable treatment device comprising a laser fiber, a 980 nm laser coupled to ultrasound guidance allowing to start a clinical feasibility trial