Brevet FR2199453A1 — publié le 19740412

L'invention intéresse en médicine humaine, la photothérapie et le photodiagnostic, utilisations thérapeutiques et diagnostiques de la lumière. Dans ces domaines, la tendance actuelle est d'utiliser des niveaux lumineux toujours plus éléves. Cela est partiqulièrement vrai en transillumination par exemple, une des branches essentielles du photodiagnostic, où résolution et contraste obtenus avec des organes volumineux tels le sein, sont d'autant meilleurs que le diamètre de la zône illuminée est petit. Or pour une bonne perception des faibles contrastes, il est indispensable que la luminance de l'image diaphanoscopique corresponde pour l'operateur à des conditions de vision photopique. Pour réduire le diamètre de la zône cutanée illuminée à quelques milimètres, cela conduit à appliquer des niveaux lumineux de l'ordre de 10 à 100 millions de lux, même avec un spectre réduit à la bande du visible la moins absorbée par les tissus. Toute l'energie lumineuse non transmise ni diffusée est dégradée en chaleur. L'échanuffement des tissus est d'autant plus grand que la profondeur est faible et suit une loi exponentielle complexe dont l'expression mathématique est d'ailleurs encore imparfaitement définie. Avec les tecniques actuelles des niveaux supérieurs à L ou 2 millions de Lax ne sont pas tolérés sur la peau plus de quelques secondes, voire fractions de secondes.Cette limitation restreint l'efficacité de la photothérapie et oblige à augumenter le diamètre éclairé an photodiagnostic, d'où perte de résolution. La concentration esentiellement superficielle de cet effet thermique permet d'envisager un refroidissement forcé de la zône cutanée éclairée, d'autant qu'une absorbtion importante est due à l'irrigation capillaire sur laquelle le froid exerce une action vasoconstrictive favorable à le transmission lumineuse. Mais le gain en dissipation admissible est faible, à moins d'utiliser un fluide de refroidissement à très basse température, ce qui n'est pas dépourvu de risque et en tous cas désagréable pour le patient. L'invention proposée évite ces inconvénients et vise à permettre l'application locale sur la peau, durant des periodes prolongées, de niveaux lumineux plusieurs fois supérieurs à ceux normalement tolérés. Elle fait de la sorte réaliser un progrès considèrable tant à la photothérapie qu'au photodiagnostic. Elle tire parti d'un certain nombre de réactions opto-physiologiques des tissus cutanés: a) en présence d'un refroidissement cutané, le niveau lumineux indéfiniment toléré sur la peau est beaucoup plus élevé si ce refroidissement s'exerce sur une zône de diamètre plusieurs fois supérieur à celui de la plage illuminée, l'effet étant d'autant plus marque que cette plage est petite. b) une compression peau une surface rigide transparente de la zô- ne illuminée provoque une occultation partielle de la vascularisation superficielle conduisant à un gain de transparence complémentaire à celui de la vasoconstriction due au refroidissement. L'effet est à peine atténué si cette compression n'est localisé Zu'à la limite extérieure de la zone refroidie, dans la mesure où le diamètre de cette zône refroidie reste de l'ordre de 20 à 30 mm. c) un massage de la plage illuminée et de sa périphérie favorise l'entraînement par la circulation sanguine de la chaleur libérée dans les zones dermiques profondes et hypodermiques adjacentes. L'invention réside en une série d'aménagements originaux d'un éclaireur de photothérapie ou photodiagnostic classique et de système non critique. Elle s'applique aussi bien dans le domaine du visible que dans les domaines adjacents du proche infra-rouge ou ultra-violet. Ces dispositions sont les suivantes. Les dimensions de la fenêtre de sortie de la lumière de cet éclaireur soeft choisies plusieurs fois supérieures à celles de la plage éclairée (Planche unique, figures 1 et 2, repères 1). Le bord de cette fenêtre est taillé en saillie de plusieurs miil:iètres par rapport au cos de l'éclaireur, et constitué par une matière dure permettant la compresion des tissus (métal par exemple) et formant localisateur (Fig. 1 et 2, repères 2) Une membrane, transparente dans le domaine spectral utilisé, ferme le localisateur (Fig. 1 et 2, repères 3). Cette membrane a pour rola de séparer les tissus cutanés du fluide de refroidissement et de participer à leur coflpression tout en leur transmettant le cas échéant un massage vibratoire. En conséquence elle est réalisée en un matériau mince et boa conducteur de la chaleur.De plus, tout en restant élastique elle doit présenter une certaine fermeté pour pouvoir contribuer à la compression des tissus. Celle ci est obtenue indifféremment par sa rigidité propre ou par-lue tension adéquate. De nombreuses matières depuis les verres jusqu' aux polyesters, polycarbonates et autres résines macromoléculaires peuvent convenir à la constitution e cette meni-brane. Un revêtement dichroïde selectif formant filtre interférentiel peut être applique sur la membrane pour sélectionner la bande spectraie pénétrant dans les tissus, La face de cette membrane interne à 11 éclaireur est soumise à -ln refroidissement énergique par circulation d'un fluide liquide ou gazeux de température plus basse que celle de la peau et li évacue à travers la membrane la chaleur libérée dans les tissus cutanés superficiels (fig.I et 2, repère 4) LTassociation de ces 4 premiérs moyens, fenêtre de dimension excédant cellas de la plage illuminée et formant localisateur compresseur des tissus, membrane écnangeuse thermique et refroidissement force des tissus superficiels à travers cette membrane, permet avec un refroidissement par de l'eau à 25 G seulement de supporter sur la peau des intensités lumineuses de l'ordre de 10 millions de lux, soit déjà quelque 5 à 10 fois supérieures à la limite toléraùle sans ces dispositifs. Avec des températures du fluide de refroidissement plus ba.ses-un gain plus élevé en core peut être réalisé. Le fluide ayant refroidi les tissus à travers la membrane est avantageusement récupéré pour le rerroidissement des autres orga nss de l'éclaireur. tes fig. 1 et 2, repères 5 donnent deux exemples d'une telle récuperation. De plus dans le cas d'un liquide, l'addition d'un colorant adéquat lui permet de jouer accessoirement le rôle de filtre sélecteur de la bande spectrale admise dans les tissus. Dans le cas particulier d'un fluide gazeux, l'épiderme lui inerme peut remplir 11 office de membrane échangeuse (membrane virtuelle), surtout s'il s'agit d'un gaz peu onéreux et pouvant sans inconvénients s'échapper à l'atmosphère (air comprimé par exemple)0 Dans ce cas également, le refroidissement de ce fluide pourra être obtenu par détente immediatement au voisinage de la membrane ou de l'épiderme de ce gaz amené sous haute pression. Les tissus cutanes presentent une résistance thermique relativement élevée, de sorte que l'efficacité du refroidissement superficiel déeroit plus vite avec la profondeur que l'échauffe- ment dû à la degradation en chaleur de l'énergie lumineuse absorbée. Même en abaissant la température du fluide de refroldisse- ment au voisinage de 00 G, limite qu 'il est dangeureux de dépas ser de beaucoup, si l'intensité lumineuse continue à croître, il vient un moment où dans les zones dermiques profondes et hypoder milles adjacentes, l'élévation de température dépasse le seuil tolérable. Or dans ces zones où le froid n1 exerce plus d'action vaso constrictlve et où la compression elle-même en raison de l'élas- lucite des tissus n'a plus guère d'eifet, un massue vigoureux et rapide favorise la circulation sanguine qui évacue une fraction importante des calories libérées par l'absorption de la lumière. Il permet donc d'élever encore les niveaux lumineux et d'appro- éther les 100 millions de lux. En photothérapie cela assure des traitements plus efricaces, en photodiagnostic cela autorise des diamètres illuminés plus petits, d'où meilleure résolution sans que la luminance image soit abaissée. Exercé sur la périphérie du localisateur, ce massage n'a qu' une efficacite reduite, Celle-ci ntest optimale que si c1 est la sone illuminée et son entourage immédiat, c'est à dire en pratique l'intérieur du localisateur qui sont soumis s au massage Manuellement, cet effet peut être obtenu par des mouvements axiaux du localisateur. Mais la faible carence réalisable n'assu- re qu'une efficacite modeste. L'impression mécanique ou électromécanique de mouvements vibratoires axiaux à l'ensemble du localisateur apporte une amélioration importante de l'efficacité, mais présente l'inconvénient de transmettre des vibrations de grande amplitude à la main de l'opérateur ce qui à la longue risque d'être traumatisant.Cet inconvénient disparaît si les vibra trions sont imprimées à la seule membrane et c'est pourquoi elle doit présenter une certaine élasticité. Plutat que de recourir à un ébranlement mécanique de la membrane, l'invention tire parti de l'observation suivante: le débit du fluide de refroidissement exerce une pression, c'est à dire une force, sur la membrane. En faisant varier ce débit, cette force varie également. Opposée à l'élasticité de la membrane, elle se traduit donc par-des déroimations variables de la membrane ne. Par conséquent en modulant périodiquement le débit du fluide de refroidissement, la membrane est le siege de vibrations pério- diques synchrones qui assurent le massage cutané recherché.En faisant varier la fréquence il est possible selon les tissus traités ou explorés d'obtenir un régime d'ondes stationnaires ou progressives, voire de résonance, selon le but recherche. La modulation du débit de fluide refroidisseur peut ëtre obtenue par exemple par variation de la section de ses conduits d'arrivée ou d'évacuation. La membrane en se bombant tantôt vers l'intérieur, tantôt vers l'exterieur du localisateur, sous l'influence de la modulation, constitue avec le fluide de refroidissement un dioptre tantôt positif, tantôt négatif L'effet est d'autant plus prononcé que l'indice de réfraction du fluide est plus élevé. Il est sans in convénient en photothérapie.En Photodlagnostic ses répercutions sur contraste et résolution sont imperceptibles, ces paramètres variant peu pour des variations modérées de l'angle de vergence du faisceau lumineux0 Pour éviter par contre que contraste et résolution ne soient dégradés par des variations d-l diamètre de la plage illuminée liées aux déplacements de la membrane dans un faisceau lumineux cônique, il est prévu que pour le pliotodiagnos tic, l'optique de l'éclaireur forme l'image de la sour-ce-lumineu- se dans le plan de la membrane au repos (fig. 1, faisceau divergent) ou à l'infini (fig. 2, faisceau parallèle)0 De cette manière la membrane ne se déplace que dans une zône cylindrique ou quasi cyindri que du faisceau lumineux0 Les systèmes optiques schématisés en figs I et 2 sont extérieurs à l'invention et donnés simplement à titre d'exemple, Toutes autres combinaisons optiques conduisant aux meme résultats sont utilisables; en particulier les dispositifs à émission stimulée dits "lasers" pourront présenter un vif intérêt le jour où ils seront réalisables à des puissance élevées sous un faible encombrement. Aux niveaux moyens de l'ordre de lO millions de lux1 il peut être renoncé au vibro-massage décrit plus haut. La caractéristique de souplesse de la fenêtre membrane échangeuse thermique est alors superflue et il peut y être renoncés La membrane dans ce cas particulier pourrait sans inconvénient être constituée d'une matière rigide, pourvu qu'elle possède les autres qualités requises à savoir transpare,lce dans le domaine spectral utile et boule conductivité thermique0 Les très hauts niveaux lumineux autorisés par ltinvention ouvrent de nouveaux horizons aussi bien en plitothérapie qu'en photodiagnostic. En photothérapie en particulier, des travaux en core en cours semblent démontrer une action favorable sur certaines mycoses ainsi que sur quelques types de tumeurs des tdgunentsr alors que les niveaux de l'ordre du millions da lux généralement bien tolérés sans refroidissement cutané, auraient une influence plutôt défavorable sur les mêmes affections. En photodiagnostic, et plus particulièrement en diaphanosco- pie par transillumination, les très hauts niveaux lumineux autorisés par l'invention font faire un progrès considérable à ces diciplines en permettant de réduire de 10 à 100 fois la surface de la plage illuminée tout en conservant la même luminatice de l'image diaphanoscopique. Il en résulte un important gain en résolution, c'est à dire que des structures opaques de plus petite dimension peuvent être décelées à un niveau donné d'un organe d'une épaisseur donnée-,-ki prix d'une réduction un peu moindre de la surface illuminée, c'est la luminance de l'image diaphanoscopique qui réalise un gain en luminance, facilitant l'introduction de la diaphanoscopie dans les méthodes diagnostiques de rou- tine. REVENDICATIONS I) la présente invention se rapporte à un perfectionnement des éclaireurs de photothérapie et de photodiagnostic classiques par l'adjonction d'un dispositif de refroidissement cutané permettant de supporter sur la peau des niveaux lumineux très élevés Elle revendique la pr-otection de ses caractéristiques techniques prin- cipales, à savoir a) dimensions de la fenêtre de l'éclaireur débordant largement celles de la plage illuminée b) rebord en saillie de plusieurs millimètres, réalisé en matière dure, limitant la périphérie de la fenêtre de l'éclaireur et formant localisateur- c) membrane mince transparent.e.dans le domaine spectral utile, boille conductrice de la chaleur, ferme avec éventuellement une certaine solplesse ou élasticité, obturant le localisateur et permettant avec lui la compression des tissus d) refroidissement de la face de la membrane intérieure à L'éclair rieur par circulation d'un fluide de température inférieure à 370G 2) 1'invention revendique d'autre par la protection de ses caractéristiques secondaires optionnelles qui dans divers cas particuliers valorisent ses caractéristiques principales, soit: e) possibilité de récupérer le fluide ayant servi au.refroidisse- ment de la membrane et à travers elle les tissus cutanés, pour assurer celui des autres organes de l'éclaireur f) possibilité d'adjoindre un colorant au fluide refroidisseur dans le cas d'un liquide, pour lui faire jouer le rôle d'un filtre optique sélecteur de bande g) possibilité de dQposer une couche dichroïde formant filtre in terférentiel sélecteur de bande sur la membrane h) possibilité de faire jouer à l'épiderme lui-même-le rôle de membrane échangeuse dans le cas d'un fluide de refroidissement gazeux pouvant sans inconvénient s'échappas à l'atmosphère i) possibilité avec une refroidissement par fluide gazeux d'en obtenir le refroidissement par détente à pro imité immédiate de la membrane 3 l'invention revendique en outre la possibilité qu'elle offre de reculer plus loin encore les limites de la tolérance cutanée aux forts niveaux lumineux en associant un vibro-massage au simple refroidissement cutané, et ce par les moyens suivants: j) attribution d'une certaine élasticité à la membrane k) transmission d tun vibromassage aux tissus par doformations périodiques. de la membrane. 1) obtention de ces déformation par modulation du débit de fluide refroidisseur m) réglage optique dil faisceau. lumineux de manière à pallier les inconvénients que. pourraient avoir les déformations et déplacements de la membrane, ce réglage consistant soit en une focalisa- tion au l'image de la source lumineuse dyns. le plan de la membrane au repos, soit en.la réalisation d'un faisceau lumineux parallèle de diamètre adéquat a 4) l'invention. revendique également protection des applications nouvelles qu'autorisent les hauts niveaux lumineux qu'elle rend applicables, soit en.phototh.érapie le traitement de diverses dermatoses ou tumeurs cutanées, en photodiagnostic, la diaphanoscopie par transillumination à haute résolution d'organes épais tel le sein, par application de niveaux lumineux très élevés entre 2 et 100 millions de lux, avee des diamètre éclaires réduit de l'ordre de quelques centrimètres, jusqu'au voisinage du millimètre pour les niveaux les plus élevés.