Brevet FR2658424A1 — publié le 19910823

L'invention a trait à l'équipement pour la radiothérapie, et, plus précisément, elle se rapporte aux radiateurs d'énergie électromagnétique. L'invention peut être utilisée dans des applicateurs pour la création d'une hyperthermie locale du corps humain, ces applicateurs étant utilisés dans la thérapie des tumeurs malignes, ainsi qu'en physiothérapie. On connaît un radiateur d'énergie électromagnétique, contactant le tissu à irradier, qui comporte une antenne à microbande à circuit imprimé avec une électrode émettrice rectangulaire disposée sur un support diélectrique Sur la surface opposée dudit support se trouve une électrode servant d'écran (Elektronnaya tekhnika, série Electronika SVC, ed 11 ( 359), 1983, Moscou Y S Kudryavtsev, D N Kolmakov "Les radiateurs microbandes à contact pour hyperthermie à micro-ondes" "Kontaktnye mikropoloskovye izluchateli dlya SVCH-ginerternaii", pages 47 à 49). Dans les radiateurs du type susmentionné, la longueur de l'électrode émettrice et donc de tout le radiateur dans le plan de polarisation ne peut être inférieure au quart de la longueur de l'onde électromagéntique dans le support diélectrique Il en résulte une restriction des possibilités de réchauffement régulier des parties du corps humain présentant une surface de forme complexe Par exemple, pour le réchauffement de la région cervicale en utilisant un radiateur d'une longueur de 70 à 80 mm et des matériaux conformes pour le support, il s'avère impossible de recourir à des fréquences inférieures à 915 M Hz, alors que ces dernières pénètrent trop profondément dans le corps humain La fréquence de travail du radiateur pour le réchauffement des organes internes est limitée à 433 M Hz, bien que, pour un réchauffement plus homogène, il serait préférable de réduire la fréquence à 40 M Hz, d'o l'importante restriction de la possibilité d'utiliser ces radiateurs. On connait encore un autre radiateur d'énergie électromagnétique, comportant une électrode émettrice annulaire disposée sur un support diélectrique sur l'autre surface duquel se trouve une électrode servant d'écran (IEEE Transactions, Volume MTT-30, NO 7, 1982 I J Bahl et al "Microstrip load radiators for medicel applications", pages 1090 à 1093). Dans un tel radiateur, la longueur de la ligne médiane de l'électrode émettrice annulaire est approximativement égale à,i,o test la perméabilité diélectrique du support Les dimensions de l'électrode émettrice ne peuvent être inférieures à c'est-à-dire qu'elles ne se réduisent pas plus que de t /2 fois par rapport à l'électrode émettrice rectangulaire Toutefois, en pratique, la réduction des dimensions ne dépasse guère 1,2 à 1,5 fois Ici, les dimensions de l'électrode émettrice dans le plan de polarisation et dans le plan qui lui est perpendiculaire sont identiques, et les dimensions de la zone de réchauffement que cette électrode crée dans ces mêmes plans sont strictement liées entre elles Pour cette raison, avec ces radiateurs, on ne peut modifier la forme de la zone de réchauffement. Les radiateurs susmentionnés ont un champ d'application restreint compte tenu de ce que, dans la pratique clinique, il s'avère nécessaire de soumettre à l'hyperthermie des tumeurs de formes très diverses: des rondes aux nettement allongées, ce que exige la création d'une zone de réchauffement appropriée. Par ailleurs, dans un radiateur englobant à demi une partie du corps du patient, la dimension de la zone de réchauffement dans le plan perpendiculaire au plan de polarisation doit dépasser de près de 3 à 4 fois sa dimension dans le plan de polarisation, et un tel rapport ne pourra être assuré par une électrode émettrice annulaire. Aux endroits de concentration des courants dans l'électrode émettrice, se forment des maxima d'intensité d'émission calcrifique, d'o une importante irrégularité de réchauffement. Le problème posé dans la présente invention consiste à mettre au point un radiateur d'énergie électromagnétique qui aurait des dimensions inférieures au quart de la longueur de l'onde de radiation dans le support diélectrique dans le sens du champ électrique engendré grâce à une modification de la structure de l'électrode émettrice. Ce problème est résolu du fait que, dans un radiateur d'énergie électromagnétique d'un applicateur pour la création d'une hyperthermie locale du corps humain, comportant un suppcrt diélectrique et des électrodes émettrice et servant d'écran, qui se trouvent sur ledit support diélectrique sur ses surfaces opposées, selon l'invention, l'électrode émettrice comporte deux lames séparées, électriquement connectées l'une à l'autre par au moins un conducteur qui traverse le support diélectrique et l'électrode-écran, en formant derrière l'électrode-écran un tronçon d'une ligne de transmission blindée. Il est avantageux que chaque lame soit de forme rectangulaire et que les deux lames soient disposées parallèlement sur le support diélectrique. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples qui suivent de sa réalisation, décrits en référence aux dessins schématiques annexés dont: la figure 1 représente un radiateur d'énergie électromagnétique, selon l'invention, en coupe longitudinale; la figure 2 représente l'électrode émettrice du radiateur selon l'invention; la figure 3 représente le conducteur blindé du radiateur, selon l'invention; la figure 4 représente la disposition d'un radiateur selon l'invention sur une partie du corps humain en coupe longitudinale; et la figure 5 représente les courbes de la répartition du réchauffement créé par le radiateur, selon l'invention. Le radiateur d'énergie életromagnétique selon l'invention, destiné aux applicateurs créant une hypertheririe locale du corps du patient, comporte un support diélectrique 1 (figure 1), une électrode émettrice composée de deux lames 2 et 3 qui se trouvent sur l'une des faces du support 1, une électrode servant d'écran 4 se trouvant sur l'autre face du support 1 Les lames 2 et 3 sont connectées par un conducteur électrique 5, dont une partie 6 traverse le support 1 et l'électrode 4, alors qu'une partie 7 de ce conducteur est située sur l'électrcde-écran 4, du côté opposé à l'électrode émettrice. La partie 7 du conducteur 5 est isolée de l'électrode 4 au moyen d'une couche d'isolement 8 et possède un écran 9, également isolé de la partie 7 par une couche d'isolement 10 Il en résulte que la partie 7 du conducteur 5 forme, sur l'un des bords du support 1, un tron on d'une ligne de transmission blindée La lon- gueur L du tronçon est déterminée par l'expression suivante v' cr ndk 272 do 2 S ( 1) o c est la vitesse de la lumière N est le nombre de tronçons de la ligne de transmission, t> est l'impédance d'cne des tronçons de la ligne de transmission, d est l'épaisseur du support 1, K = 0,4 à 0,6 est un coefficiert empirique de correction, & est la constante diélectrique du vide, est la perméabilité diélectrique efficace relative du support 1, 82 est la perméabilité diélectrique relative du diélectrique de la ligne de transmission, O est la fréquence de travail, S est la surface de chaque lame 2 ou 3. Chaque lame 2 ou 3 de l'électrode émettrice a la forme nécessaire pour la création d'un champ électrique homogène lors de l'hyperthermie d'une partie d'un corps humain qui présente une configuration complexe Il est préférable que les lames 2 et 3 aient une forme rectangulaire, comme le montre la figure 2 Les lames 2 et 3 se trouvent sur le support 1 de façon que leurs cotés soient parallèles deux à deux. Pour l'élaboration d'un champ électrique homogène et pour la réduction de la longueur h du radiateur jusqu'à une grandeur inférieure au quart de la. longueur d'onde de radiation dans le support 1, il peut s'avérer indispensable de connecter les lames 2 et 3 par plusieurs conducteurs 5 La figure 3 montre quatre conducteurs dont des parties 7 se trouvent audessus de l'électrode-écran 4. Le radiateur selon l'invention a un corps 11 (figure 4) dans lequel est réalisé un évidement 12 qui est rempli d'eau pour refroidir la surface du corps humain 13. Le radiateur se place sur le corps du patient 13 de façon que l'électrode émettrice soit orientée vers la surface du corps 13 du patient. Un conducteur extérieur 14 d'une ligne d'alimentation 15 est connecté à l'électrode-écran 4, et un conducteur intérieur 16 est connecté à la lame 3 de l'électrode émettrice. Le radiateur d'énergie électromagnétique selon l'invention fonctionne de la façon suivante. Par la ligne d'alimentation 15, l'énergie de micro-ondes entre dans le circuit de résonance qui est formé par les électrodes et le support 1 A la suite de l'excitation du circuit de résonance par l'onde électromagnétique à la fréquence de résonance, entre les lames 2 et 3 de l'électrode émettrice est engendré un champ électrique dont les lignes de force 17 se bouclent d'une lame 2 à l'autre lame 3 par la couche d'eau, les parois du corps 11 du radiateur et le corps 13 du patient. Cela assure un réchauffement local du corps 13 du patient. La figure 5 montre la répartition de l'intensité du dégagement calorifique P, établie lors d'une expérience sur un imitateur de tissus biologiques, le long d'un axe parallèle au plan de polarisation La courbe 18 correspond au dégagement calorifique dans le plan de polarisation, et la courbe 19 correspond au dégagement calorifique dans le plan perpendiculaire au pler de polarisation Les courbes 18 et 19 confirment qu'en cas de petites dimensions (inférieures au quart de la longueur d'onde du rayonnement dans le support 1) dans le plan de polarisation, le radiateur selon l'invention permet d'obtenir une répartition suffisamment régulière du dégagement calorifique, aussi bien dans le plan de polarisation que dans celui qui lui est perpendiculaire. La longueur de la zone de réchauffement dans un plan perpendiculaire au plan de polarisation est suffisante pour pouvoir utiliser un radiateur d'une forme englobant à demi le corps du patient, ce qui est commode pour le réchauffement des tumeurs profondes de la région cervicale Les autres radiateurs connus ne permettent pratiquement pas d'atteindre ce but. Le radiateur selon l'invention a été utilisé dans des applicateurs pour une hyperthermie locale de tumeurs de la tête et du cou, ainsi que des tumeurs viscérales 20 séances d'hyperthermie ont été réalisées en association avec une gamma-therapie ou une chimiothérapie chez huit patients La température au-dessous de la tumeur atteignait un niveau de 42 à 430 C. Le radiateur d'énergie électromagnétique selon l'invention donne la possibilité de réchauffer des parties du corps humain de forme complexe grâce à la réduction de ses dimensions dans le plan de polarisation, ce qui élargit notablement sa sphère d'application. R E V E N D I C A T I O N S 1 Radiateur d'énergie électromagnétique dans des applicateurs pour la création d'ure hyperthermie locale du corps humain, du type comportant un support diélectrique avec une électrode émettrice et une électrode servant d'écran disposées sur les faces opposées du support diélectrique, caractérisé en ce que l'électrode émettrice comprend deux lames ( 2 et 3) électriquement connectées par au moins un conducteur ( 5) qui traverse le support diélectrique ( 1) et l'électrode-écran ( 4) et qui forme, derrière l'électrode-écran ( 4), un tronçon de ligne de transmission blindée. 2 Radiateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des lames ( 2 et 3) est de forme rectangulaire et en ce que les deux lames sont parallèles sur le suppcrt diélectrique ( 1).