Caractéristiques physiques de la vaporisation par ultrasons de gouttelettes de liquide volatil

1. Résumé du projet

Les microgouttelettes de liquide en changement de phase constituent une classe émergente d’agents de contraste utilisés en imagerie ultrasonore biomédicale. Produites à partir de fluides dotés d’une faible vitesse de propagation, comme les perfluorocarbones (PFC), ces gouttelettes ne diffusent pas efficacement le son et, par conséquent, demeurent invisibles sur les images échographiques. Toutefois, lorsqu’elles sont synthétisées à partir de PFC quasi volatils dont le point d’ébullition se rapproche des températures physiologiques, ces gouttelettes peuvent être vaporisées en bulles de gaz au moyen d’une source externe d’ultrasons. Contrairement aux produits de contraste commerciaux constitués de microbulles préformées et réservés à l’imagerie ultrasonore du système vasculaire, les gouttelettes de PFC – vu leur taille relativement faible et leur temps de circulation prolongé – ont la capacité de s’accumuler de manière passive dans l’interstitium des tumeurs solides, notamment en raison d’un effet de perméabilité et de rétention amélioré qui leur est propre. En effet, quand ces gouttelettes se transforment en microbulles de gaz, elles deviennent détectables au moyen de séquences d’impulsions non linéaires d’ultrasons. Elles peuvent alors offrir un contraste hors du compartiment vasculaire. Ainsi, elles permettent de détecter des tumeurs au premier stade de la maladie et rendent possibles d’autres interventions thérapeutiques, comme l’ablation thermique et l’administration de médicaments.

En dépit de récentes avancées dans le domaine, les caractéristiques physiques sous-jacentes propres à la vaporisation des gouttelettes par ultrasons restent mal comprises. Étant donné que le processus précis donnant lieu à la conversion des gouttelettes demeure inconnu et qu’il est susceptible d’impliquer des facteurs tant intrinsèques (p. ex. : PFC; matériau d’encapsulation) qu’extrinsèques (p. ex. : son, température ambiante), il n’existe pas encore de cadre théorique qui permettrait une conception et une application optimales de ces nouveaux agents de contraste. Le présent projet de recherche a pour principal objectif de développer et de valider expérimentalement des modèles physiques afin de déterminer les seuils de vaporisation par ultrasons de gouttelettes de liquide en changement de phase à des fins d’imagerie ultrasonore biomédicale. À la suite de ces travaux, nous entendons poser les assises d’une conception optimale de formules de gouttelettes liquides comme agent de contraste en imagerie ultrasonore, puis de les tester sur des modèles in vivo de maladies.