Brevet FR2546409A1 — publié le 19841130

APPAREIL D'HYPERTHERMIE L'invention concerne un appareil d'hyperthermie, c'est-à-dire un ensemble générateur de puissance haute fréquence, permettant de soigner une région malade d'un patient par élévation locale de température L'invention est remarquable en ce qu'elle permet de pratiquer une hyperthermie en profondeur. On sait que certaines affections peuvent être traitées en provoquant une élévation de température de quelques degrés dans la région malade Par exemple, les affections gonococciques peuvent être soignées de cette façon puisque les gonoccoques sont tota- lement détruits à une température comprise entre 410 et 420 On fonde aussi de sérieux espoirs sur cette méthode pour résorber certaines tumeurs, notamment en raison du fait qu'elles sont moins bien irriguées que les tissus sains avoisinants donc moins bien refroidis et que, par conséquent, leur température s'élève plus que dans les tissus sains lorsqu'elles sont soumises à l'action des micro- ondes. Jusqu'à présent, les appareils d'hyperthermie qui ont été expérimentés font appel à deux électrodes destinées à être placées de part et d'autre de la région à chauffer (par exemple une électrode dorsale et une électrode ventrale) lesquelles électrodes sont reliées à un générateur haute fréquence de puissance moyenne (quelques dizaines à quelques centaines de watts) fonctionnant à une fré- quence de l'ordre du M Hz ou de la dizaine de M Hz Pour respecter les normes en vigueur, le choix se porte souvent sur une fréquence de 13, 56 M Hz. Cependant, un tel système présente des inconvénients impor- tants car la répartition d'énergie haute fréquence dissipée dans le volume délimité par les deux électrodes est irrégulière La courbe de répartition entre les deux électrodes a sensiblement la forme d'une cuvette Autrement dit, on observe une élévation de tempé- rature plus importante au voisinage immédiat des deux électrodes, le rapport de l'élèvation de température entre les zones voisines des électrodes et le milieu de l'espace inter-électrode étant de Pordre de 2 à 3 Ceci présente deux inconvénients: d'une part une efficacité réduite du traitement lorsque la région malade est située en profondeur et d'autre part des risques de brûlure dans les zones proches de la peau On a cherché à résoudre cet inconvénient en intercalant entre les électrodes et le patient un certain volume d'eau emprisonnée dans une enveloppe souple munie d'entrée et sortie pour permettre une circulation donc un refroidissement superficiel Dans ces conditions, la courbe de répartition de tempé- rature s'affaisse au voisinage des électrodes mais le traitement en profondeur n'en est que très peu amélioré On ne peut en effet guère augmenter la puissance haute fréquence car le refroidissement n'est efficace que sur les premiers millimètres de tissus, pour des raisons de conductibilité thermique. L'invention permet de résoudre ces inconvénients en faisant appel à un nombre d'électrodes supérieur à deux, avec possibilité de réglage de phase entre les électrodes Tout se passe comme si un tel système haute fréquence polyphasé engendrait à intérieur même du patient constituant la charge, une électrode fictive (une sorte de masse) au voisinage de laquelle l'augmentation de température est plus importante. Plus précisément, l'invention concerne donc un appareil d'hy- perthermie comprenant des moyens générateurs haute fréquence et des électrodes susceptibles d'être couplées à un patient constituant la charge, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs com- portent au moins trois générateurs à phases et amplitudes réglables et que la sortie de chacun de ces générateurs est reliée à une électrode précitée. Avec un système à quatre ou cinq électrodes (ou d'avantage), le nombre de réglages de phases et d'amplitudes permet de localiser la zone chaude avec précision, de la conformer et de régler sa température à volonté Cependant, le nombre même de réglages disponibles nécessite une bonne pratique de la part de l'utilisateur. C'est pourquoi, pour certaines applications, notamment le trai- tement des régions abdominales et pelviennes, il peut être avan- tageux de ramener le nombre d'électrodes au minimum nécessaire pour la mise en oeuvre de l'invention (c'est-à-dire trois) et accoupler entre eux certains réglages pour rendre l'appareil de maniement plus facile L'agencement à trois électrodes se prête en effet assez bien à un couplage à la région abdominale, en plaçant une paire d'élec- trodes à l'arrière (électrodes fessières) et la troisième électrode à l'avant (électrode pubienne). D'autre part, il est prévu d'interposer des "bolus" (non repré- sentés) c'est-à-dire notamment des récipients à paroi souple remplis d'eau, entre chaque électrode et le corps du patient; ceci en vue d'un meilleur refroidissement superficiel mais aussi pour une meil- leure adaptation électrique entre le générateur et la charge. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un appareil d'hyperthermie à trois électrodes, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en réfé- rence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un graphe illustrant la répartition spatiale de l'élèvation de température entre deux électrodes d'hyperthermie, selon la technique antérieure; la figure 2 illustre un schéma bloc d'un appareil d'hyperthermie à trois électrodes, conforme à l'invention; la figure 3 est un schéma bloc d'un circuit déphaseur utilisable dans l'appareil de la figure 2; la figure 4 est un diagramme vectoriel illustrant la composition des signaux déphasés et la création de l'électrode fictive. La figure 1 montre la répartition spatiale de puissance dissipée entre deux électrodes A, B d'un système d'hyperthermie classique. En abscisse, x est la direction passant sensiblement par le centre des électrodes et perpendiculaire à celles-ci et en ordonnée, T est l'élèvation de température On constate que cette élévation de température est nettement plus forte au voisinage des électrodes. Les inconvénients de cette situation ont été développés ci-dessus. L'idée de base de l'invention consiste à agencer un système poly- phasé, au moins triphasé, raccordé à au moins trois électrodes pour pouvoir générer une électrode fictive située dans le volume délimité par les électrodes réelles Dans ces conditions, lorsque les élec- trodes réelles échangent de l'énergie haute fréquence entre elles, tout se passe comme si on disposait d'autant de paires d'électrodes dont l'une (l'électrode fictive commune à toutes les paires) serait au centre du patient Ainsi, plusieurs zones du patient sont chauffées suivant plusieurs directions privilégiées (face aux électrodes) entre l'électrode fictive, qui représente une masse, et chacune des élec- trodes, et on conçoit que la répartition de l'élévation de tempé- rature ait pour chaque direction privilégiée, l'allure de la figure 1. Par conséquent, l'élévation de température au voisinage de l'élec- trode fictive est relativement importante puisqu'elle est le résultat des contributions de tous les systèmes d'hyperthermie constitués par les paires d'électrodes incluant chaque fois ladite électrode fictive. La figure 2 illustre les moyens essentiels d'un système con- forme à l'invention, comprenant des moyens générateurs triphasés 1 l, haute fréquence, à phases et amplitudes réglables, trois élec- trodes correspondantes 12 a, 12 b, 12 c destinées à être couplées au patient et trois câbles formant ligne de transmission quart d'onde 13 a, 13 b, 13 c connectés respectivement entre trois sorties 14 a, 14 b, 14 c des moyens générateurs et lesdites électrodes De petites inductances réglables 15 sont insérées en série entre les électrodes et les lignes de transmission pour compenser les différences de longueur des connections à ces dernières. Les moyens générateurs Il comprennent un oscillateur haute fréquence 18, un circuit déphaseur-atténuateur 19, qui sera décrit plus loin, comportant trois sorties 20 a, 20 b, 20 c de signaux haute fréquence déphasés entre eux, de phases et amplitudes réglables et trois chaînes d'amplifications 21 a, 21 b, 21 c, respectivement con- nectées entre les sorties 20 et les sorties 14 Selon l'exemple, chaque chaine d'amplification est constituée d'un montage en cas- cade d'un premier amplificateur haute fréquence 22 de puissance relativement faible ( 50 watts maximum) et d'un second ampli- ficateur haute fréquence 23 de puissance plus élevée (un k W maximum); on pourrait prévoir, selon les besoins, un seul ampli- ficateur o au contraire plus de deux Lorsque les électrodes sont couplées à un patient 25 constituant la charge, tout se passe comme si un réseau en étoile de trois impédances Za, Zb, Zc se refermait dans les tissus en générant une électrode fictive 26 à l'intérieur du patient La position de cette électrode fictive dépend des rapports de phases et d'amplitudes des signaux appliqués aux électrodes Les tissus au voisinage de l'électrode fictive sont l'objet d'un échauf- fement plus prononcé que dans le reste du volume inter-électrodes, pour les raisons indiquées ci-dessus. La figure 3 représente un mode de réalisation possible du circuit 19 Ce dernier est plus spécialement conçu pour engendrer les signaux destinés d'une part à une paire d'électrodes (par exemple les électrodes 12 a, 12 b) faisant office d'électrodes fessières et d'autre part à la troisième électrode 12 c faisant office d'électrode pubienne, les déphasages entre la paire d'électrodes et la troisième électrode obéissant à une règle particulière qui apparaîtra plus loin, laquelle est particulièrement avantageuse pour le traitement de la région abdominale Le circuit déphaseur-atténuateur 19 comporte un pré-amplificateur 30 recevant sur son entrée le signal haute fré- quence de l'oscillateur 18 et un premier inverseur de phase 31 dont l'entrée est reliée à la sortie du pré-amplificateur et qui comporte deux sorties 32, 33 délivrant des signaux en opposition de phase La conception d'un tel inverseur est classique et à la portée de l'homme du métier Les sorties 32, 33 sont reliées aux bornes de deux circuits RésistanceCapacité branchés en anti-parallèle Les résistances R des deux circuits ont la même valeur, de même que les capacités C. Les deux résistances R sont variables et couplées, mais on pourrait aussi faire varier les capacités C Les points de connexion 34 a, 34 b entre résistance et capacité des deux circuits R-C sont respec- tivement reliés aux chaines d'amplification 21 a, 21 b par l'inter- médiaire d'atténuateurs ajustables 35 a, 35 b respectifs Les signaux déphasés issus des circuits R-C sont donc ceux qui seront appliqués après amplification à la paire d'électrodes 12 a, 12 b D'autre part, un branchement en série de deux impédances RI de même valeur est connecté entre les points de connexion 34 a, 34 b Le point commun 38 de ces deux impédances est relié à l'entrée d'un second inverseur de phase 39 La sortie de celui-ci est reliée à la chaine d'ampli- fication 21 c par l'intermédiaire d'un atténuateur ajustable 35 c Un atténuateur réglable 41 pour le réglage général de puissance, est par exemple inséré entre le pré-amplificateur 30 et l'inverseur de phase 31. Comme l'explicite la figure 4, avec un tel montage, les phases des signaux appliquées à la paire d'électrodes fessières sont toujours symétriques (TI = -t 2) par rapport à une origine des phases, laquelle est celle du signal disponible en 38 Par conséquent, les signaux appliqués à la troisième électrode sont toujours en op- position de phases avec ladite origine des phases Autrement dit, le vecteur tension Vc de la troisième électrode est toujours en opposition du vecteur Vo résultant de la sommation géométrique des deux vecteurs tension Va, Vb de la paire d'électrodes fessières, le vecteur Vo ayant un déphasage nul par rapport à lorigine des phases. En supposant que les atténuateurs 35 soient tous réglés de la même façon, la position de l'électrode fictive 26 dans le corp du patient peut être déplacée vers l'électrode pubienne 12 c lorsque la valeur absolue de la phase 1 'pl=l-f 2 idécroit, puisque le vecteur tension Vc de l'électrode 12 c dépend de la composition des vecteurs tension Va, Vb D'autre part, en agissant sur les atténuateurs 35, on peut déplacer l'électrode fictive 26 de part et d'autre de la direction perpendiculaire à l'électrode pubienne 12 c, si besoin est, pour atteindre la zone à traiter, en déséquilibrant le système Ceci permet de placer la zone de chauffage correspondante à n'importe quel endroit voulu dans l'espace inter-électrodes. REVENDICATIONS 1 Appareil d'hyperthermie comprenant des moyens géné- rateurs haute fréquence ( 11) et des électrodes susceptibles d'être couplées à un patient ( 25) constituant la charge, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs comportent au moins trois géné- rateurs ( 19, 21 a, 21 b, 21 c) à phases et amplitudes réglables et que la sortie ( 14 a, 14 b, 14 c) de chacun des ces générateurs est reliée à une électrode ( 12 a, 12 b, 12 c) correspondante. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se compose essentiellement d'un oscillateur haute fréquence ( 18), d'un circuit déphaseur ( 19) connecté à la sortie dudit oscillateur et comportant au moins autant de sorties de signal ( 20 a, 20 b, 20 c) que le nombre d'électrodes prévues et des amplificateurs haute fré- quence ( 22, 23) connectés respectivement aux sorties dudit dé- phaseur. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les liaisons entre les sorties d'amplificateurs et les électrodes res- pectives se font par l'intermédiaire de câbles ( 13 a, 13 b, 13 c) formant lignes quart-d'onde. 4 Appareil selon l'une des revendications précédentes, com- portant trois électrodes, respectivement une paire d'électrodes ( 12 a, 12 b) ou électrodes fessières et une troisième électrode ( 12 c) ou électrode pubienne, caractérisé en ce que ledit circuit déphaseur ( 19) comporte des moyens ( 31, R-C) pour maintenir les phases des signaux appliqués à ladite paire d'électrodes sensiblement symé- triques par rapport à une origine des phases et des moyens (RI, 39) pour maintenir la phase du signal appliqué à la troisième électrode, sensiblement en opposition de ladite origine des phases. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit circuit déphaseur comporte: un premier inverseur de phase ( 31) connecté pour recevoir à son entrée des signaux provenant dudit oscillateur ( 18) et délivrant sur deux sorties ( 32, 33) des signaux en opposition de phase, deux circuits Résistance-Capacité (R, C) en anti-parallèle dont deux éléments homologues, par exemple les résistances (R), sont variables et couplées, lesdits circuits étant connectés entre les deux sorties dudit premier inverseur de phase,et en ce que le point de connexion entre Résistances et Capacité de chaque circuit Résistance-Capacité est relié à un ou une chaine d'amplificateurs alimentant l'une des électrodes ( 12 a, 12 b) de ladite paire. 6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un atténuateur ajustable ( 35 a, 35 b) est inséré entre chaque point de connexion ( 34 a, 34 b) précité et l'amplificateur ou la chaine d'ampli- ficateurs correspondant. 7 Appareil selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'un branchement en série de deux impédances (RI) est connecté entre les deux points de connexion ( 34 a, 34 b) précités et que le point commun ( 38) de ces deux impédances est relié à l'entrée d'un second inverseur de phases ( 39) dont la sortie est reliée à un ou une chaîne d'amplificateurs alimentant ladite troisième électrode ( 12 c). 8 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un atténuateur ajustable ( 35 c) est inséré entre la sortie dudit second inverseur de phases ( 39) et l'amplificateur ou la chaine d'ampli- ficateurs correspondant.