Brevet FR2523451A2 — publié le 19830923

FR 2523451 A2 19830923 FR 8204747 A 19820319 DISPOSITIF D'ECHAUFFEMENT LOCALISE DE TISSUS BIOLOGIQUES La présente addition se rapporte aux dispositifs d'échauffement localisé de tissus biologiques. Ces dispositifs sont basés sur la projection d'un rayonnement ultrasonore au moyen d'un applicateur muni d'un transducteur électromécanique qui irradie sélectivement la région à laquelle s'applique le traitement par hyperthermie. La région à traiter est sélectionnée par un processus de focalisation qui met en oeuvre un ensemble d'éléments rayonnants concentriques associés à des moyens déphaseurs. Les tissus biologiques situés en amont et en aval du foyer où se concentre le rayonnement ultrasonore subissent un échauffement de moins en moins important lorsqu'on s'éloigne du foyer.Le problème qui se pose est d'adapter le dosage du rayonnement au foyer en fonction de la forme des volumes à échauffer et en tenant compte des pertes de chaleur provoquées par la vascularisation et la conduction thermique. Les moyens d'irradiation décrits dans la demande principale de brevet déposée le 26 Juin 1981 sous le numéro d'Enregistrement National 81.12 612 comprennent un disque de matériau piézoélectrique subdivisé en éléments rayonnants concentriques demi-onde par des tranchées annulaires pratiquées dans la face arrière à intervalles réguliers, du centre vers la périphérie du disque. En excitant électriquement un nombre plus ou moins important d'éléments rayonnants avec des signaux alternatifs convenablement déphasés, il est possible de projeter vers un foyer ponctuel ou annulaire un rayonnement ultrasonore assurant un échauffement localisé. Pour uniformiser l'échauffement dans une région traitée, la demande principale suggère qu'en modifiant la loi de phase qui fixe l'emplacement du foyer, on peut appliquer successivement l'échauffement à plusieurs sites d'une même région à traiter.La modification d'une loi de phase est relativement complexe à mettre en oeuvre, aussi est-il souvent préférable d'utiliser plusieurs foyers irradiés simultanément lorsqu'on envisage de traiter une région relativement étendue qu plusieurs zones malades d'un organe volumineux. Dans ce cas, on peut faire appel à plusieurs applicateurs excités à la même fréquence pour cerner un volume tumoral ou un ensemble de tumeurs. La présente addition a pour objet un dispositif d'échauffement localisé selon l'une quelconque des revendications du brevet principal, caractérisé en ce que les zones rayonnantes annulaires d'une meme plaque forment N groupes émetteurs excités par des tensions dont les phases assurent la projection simultanée de N rayonnements ultrasonores vers N foyers distincts. L'addition sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue isométrique d'un dispositif d'échauffement selon l'addition; - la figure 2 illustre une première variante de réalisation du mode de projection selon l'addition; - la figure 3 illustre une seconde variante de réalisation du mode de projection selon l'addition. Sur la figure 1, on peut voir un transducteur électromécanique composé d'une plaque piézoélectrique 1 ayant deux faces principales planes revêtues d'électrodes d'excitation. La face avant 3 est recouverte complètement par une électrode de masse. La face arrière visible sur la figure 1 à travers le secteur enlevé comporte une dizaine d'électrodes annulaires concentriques situées entre des tranchées annulaires pratiquées dans la plaque piézoélectrique 1. L'espacement des tranchées est régulier, afin de délimiter un ensemble de transducteurs concentriques fonctionnant tous en demi-onde à la fréquence d'excitation choisie pour l'émission ultrasonore. Les zones émissives élémentaires sont matérialisées sur la figure 1 par des cercles tracés à l'aplomb des tranchées, mais ces lignes de démarcation n'existent que pour les besoins de la compréhension, car la face rayonnante 3 est lisse. L'excitation électrique du transducteur de la figure 1 est assurée à partir d'un générateur 11 qui délivre une tension alternative de fréquence prédéterminée. La liaison entre ce générateur 11 et les électrodes de la face arrière du transducteur 1 est assurée par deux groupes de cinq voies qui sont reliées respectivement aux électrodes de rang pair et aux électrodes de rang impair. Chaque voie comprend un circuit déphaseur réglable 12, un amplificateur 13 à gain réglable et un circuit adaptateur d'impédance 14. La face arrière du transducteur 1 est couplée à un milieu d'impédance acoustique faible qui par réflexion d'onde assure un rayonnement maximal par la face 3 du transducteur.Cette face 3 est couplée aux tissus biologiques à insonifier par une poche d'eau non représentée qui n'a aucune action réfringente marquée sur les pinceaux ultrasonores émis par la face 3. Le groupe d'excitation 12-13-14 représenté dans la partie inférieure gauche de la figure 1 est ajusté en amplitude et en phase de façon que les première, troisième, cinquième, septième et neuvième zones annulaires rayonnantes comptées à partir du centre projettent au foyer F1 un premier rayonnement ultrasonore. Le groupe d'excitation 12-13-14 représenté dans la partie supérieure droite de la figure 1 est ajusté en amplitude et en phase de façon que les seconde, quatrième, sixième, huitième et dixième zones annulaires rayonnantes projettent en un second foyer F2 un second rayonnement ultrasonore. Ces foyers occupent des positions distinctes sur l'axe Z de façon à échauffer uniformément un volume tumoral 22 allongé dans la direction de cet axe. On peut sans s'écarter du domaine de l'addition, prévoir plus de deux groupements de zones rayonnantes pour obtenir plus de deux foyers le long de l'axe Z. Certains foyers peuvent être situés en dehors de l'axe Z, afin de mieux égaliser l'échauffement du volume tumoral 22. On remarque sur la figure 1 que l'ouverture angulaire du faisceau convergent au foyer F1 est supérieure à celle du faisceau qui converge au foyer F2. Par contre les puissances qui atteignent ces deux foyers sont sensiblement les mêmes puisque ces puissances proviennent de surfaces similaires à peu de chose près. En tenant compte des pertes, de la diffraction et de la profondeur de champ, on voit que l'échauffement est plus localisé et plus intense au foyer F1 qu'au foyer F2. La figure 2 illustre une variante de réalisation du dispositif selon l'addition en se limitant à l'essentiel, c'est-àdire aux zones annulaires rayonnantes de la face 2 du transducteur et aux pinceaux ultrasonores dont l'addition cohérente a lieu aux foyers F1 et F2. Les excitations fournies par les deux groupes de la figure 1 sont appliquées respectivement aux cinq électrodes contigues les plus proches du centre et aux cinq électrodes contigues les plus éloignées du centre. Ainsi, la puissance émise vers le foyer F1 le plus proche est moindre que celle émise vers le foyer F2. Par contre, les ouvertures angulaires des deux faisceaux projetés peuvent être ajustées pour produire des échauffements d'égales intensités en tablant sur la diffraction, les pertes et la profondeur de champ.Comme les deux émissions ne sont pas imbriquées mais séparées en deux zones bien distinctes, le découplage est amélioré. En changeant la loi de phase qui s'applique à l'excitation des cinq zones annulaires périphériques de la figure 2, on peut faire en sorte que le foyer ponctuel F2 soit un foyer 23 en forme de couronne qui peut entourer le foyer Fl. Cette variante est illustrée sur la figure 3. On comprend que cette disposition d'un foyer ponctuel cerné par un foyer annulaire permet d'irradier un volume tumoral aplati dans la direction de l'axe Z. D'une façon générale, le dispositif décrit dans la présente addition offre une grande souplesse grâce aux combinaisons que l'on peut réaliser avec des projections simultanées à foyers ponctuels ou annulaires. Jusqu'ici on a considéré que les deux groupes d'excitation 12, 13 et 14 sont alimentés par le même générateur Il. Cette solution fait intervenir une seule fréquence d'émission ultrasonore de sorte que les faisceaux peuvent créer par interaction une inhomogénéité due aux franges d'interférences fixes. Pour pallier cet inconvénient, I'addition prévoit d'alimenter les groupes d'excitation 12, 13, 14 de la figure 1 avec des signaux alternatifs ayant des fréquences légèrement différenciées, ces signaux étant produits par deux oscillateurs décalés en fréquence contenus dans le générateur 11. Le décalage en fréquence peut être faible tout en assurant une mobilité suffisante des franges pour homogénéifier l'insonification. Le fonctionnement en demi-onde des éléments rayonnants peut être assuré dans de bonnes conditions à partir d'une plaque piézoélectrique d'épaisseur constante, car l'accord précis peut être ajusté finement en jouant sur la largeur des tranchées annulaires pratiquées au dos de la plaque pour délimiter les éléments rayonnants. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'échauffement localisé selon l'une quelconque des revendications du brevet principal, caractérisé en ce que les zones rayonnantes d'une même plaque (1) forment N groupes émetteurs excités par des tensions dont les phases assurent la projection simultanée de N rayonnements ultrasonores vers N foyers distincts (F1, F2, 23). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les phases desdites tensions sont choisies pour que l'un au moins des N rayonnements ultrasonores aboutisse à un foyer ponctuel (F1, F2). 3. Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que les phases desdites tensions sont choisies pour que l'un au moins des N rayonnements ultrasonores aboutisse à un foyer annulaire (23). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fréquences desdits rayonnements ultrasonores sont différenciées. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les rayonnements ultrasonores sorit issus de zones annulaires rayonnantes imbriquées. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'un au moins des rayonnements ultrasonores est issu d'une plage émissive comportant plusieurs zones annulaires contigues.