Brevet FR2659017A1 — publié le 19910906

i L'invention concerne l'appareillage de radiothérapie, et plus particulièrement, des applicateurs pour obtenir une hyperthermie locale du corps humain Elle peut être utilisée pour le traitement des tumeurs malignes et en physiothérapie. Il existe des applicateurs électromagnétiqes médicaux pour chauffer des tissus humains Ils comportent un résonateur épitaxial, un plan électro-conducteur de blindage, et un support qui sépare le résonateur et le plan de blindage Le support contient des inclusions magnétiques situées dans la zone des flux maximaux dans le résonateur L'applicateur est également muni d'une couche d'un matériau diélectrique sur le résonateur, côté corps humain (US, A, 4589422; GB, A, 2135891). Le résonateur devient le siège d'oscillations électromagnétiques qui produisent un champ électrique qui pénètre dans la partie à chauffer du corps humain, à travers la couche de matériau diélectrique. Plusieurs résonateurs rigides peuvent être placés sur une base souple pour envelopper partiellement la partie du corps à irradier. Cet applicateur connu ne produit pas un champ électromagnétique homogène sur une grande surface ce qui ne permet pas d'obtenir une focalisation efficace de son rayonnement, laquelle donnerait la possibilité de chauffer des tumeurs disposées en profondeur dans le corps humain. Il existe également des applicateurs pour provoquer une hyperthermie locale du corps humain qui comportent un résonateur à microbande sur un support diélectrique recouvert au verso par un écran et une ligne d'alimentation électriquement reliée au résonateur et à l'écran Le résonateur est en contact avec une couche diélectrique qui, durant l'hyperthermie, est orientée vers le corps humain par sa surface opposée et à travers laquelle le rayonnement électrique pénètre dans le corps (US, A, 4600018; GB, A, 21222092). Le champ électromagnétique produit n'est pas homogène et ne focalise pas le rayonnement dans le corps humain. L'invention vise à créer un applicateur pour provoquer une hyperthermie locale du corps humain qui permettrait de focaliser le rayonnement pour chauffer les tumeurs en profondeur dans le corps humain grâce à la modification de la structure de l'émetteur. Le problème posé est résolu du fait que, dans un applicateur provoquant une hyperthermie locale du corps humain, qui comporte un émetteur à microondes dans lequel une électrode émettrice et une électrode-écran sont disposées de deux côtés d'un support diélectrique, ainsi qu'une couche diélectrique placée sur l'émetteur à micro-ondes et orientée, lors de l'hyperthermie, vers le corps humain, et une ligne d'alimentation reliée électriquement à l'émetteur à micro-ondes, conformément à l'invention, les électrodes émettrice et écran sont réalisées de façon à assurer un rayonnement homogène dans un sens perpendiculaire au champ électrique créé et l'émetteur à micro-ondes est réalisé de façon à embrasser la zone à irradier du corps humain durant l'obtention de l'hyperthermie et à créer un champ électrique dont les lignes de force sont parallèles sur la surface irradiée du corps humain. L'émetteur à micro-ondes peut être rigide et avoir une forme courbe représentant au moins une partie d'un cylindre, alors que le champ créé est dirigé le long de la génératrice de ce cylindre; l'émetteur à microondes et la couche diélectrique peuvent aussi être souples. Il est utile que l'électrode émettrice et l'électrode-écran soient rectangulaires en développement, que la surface de l'électrode-écran dépasse celle de l'électrode émettrice et que les deux électrodes soient disposées sur un support diélectrique de façon à rendre parallèles leurs côtés respectifs. Il est aussi avantageux que l'électrode émettrice soit électriquement reliée à l'électrode-écran par au moins une barrette de connexion. Il est également désirable que la barrette de connexion soit disposée le long d'un bord de l'électrode émettrice perpendiculaire au sens du champ électrique et soit électriquement reliée à ce bord de l'électrode émettrice. L'invention ressortira de la description qui suit des exemples concrets de son utilisation, schématisés sur les dessins annexés dont: la figure 1 représente un applicateur selon l'invention, en vue de face; la figure 2 représente un émetteur à micro- ondes selon l'invention; la figure 3 représente un applicateur souple selon l'invention; la figure 4 représente le développement d'un émetteur à micro-ondes selon l'invention; et la figure 5 représente la densité de la puissance absorbée en fonction de la profondeur de la zone irradiée. L'applicateur pour provoquer une hyperthermie locale du corps humain montré à la figure 1, selon l'invention, comporte un émetteur à microondes 1, une couche diélectrique 2, orientée du côté corps humain 3 lors de l'hyperthermie, et une ligne d'alimentation 4 électriquement reliée à l'émetteur 1 Entre le corps humain 3 et la couche 2 est disposé un circuit de refroidissement à l'eau 5. L'émetteur 1 produit un rayonnement électromagnétique, indiqué par des flèches 6, dirigé vers l'intérieur du corps humain 3 et focalisé en une tache focale 7. L'émetteur 1 est réalisé de façon à embrasser la zone à irradier du corps 3. L'émetteur 1, comme on peut le voir à la figure 2, comporte une électrode émettrice 8, un support diélectrique 9 et une électrode-écran 10 Les électrodes 8 et 10 sont disposées des deux côtés du support 9. L'électrode émettrice 8 crée un champ électrique E dont les lignes de force 11 sont parallèles et orientées le long de la surface de la zone irradiée du corps 3, comme on peut le voir à la figure 1. L'émetteur 1 est rigide, a une forme courbe et représente au moins une partie d'un cylindre En fonction de la destination de l'applicateur, l'émetteur 1 peut être réalisé avec tout autre angle de contact, suffisant pour obtenir le niveau nécessaire de chauffage de la tumeur se trouvant à l'intérieur du corps 3 Les lignes de force 11 (figure 2) du champ électromagnétique produit sont orientées le long de la génératrice du cylindre. La couche diélectrique 2 de la figure 1 et le circuit de refroidissement à l'eau 5, dans l'exemple représenté, sont également courbés et répètent approximativement la forme de l'émetteur 1. L'applicateur peut être souple, c'est-à-dire que l'émetteur 1 et la couche diélectrique 2 peuvent être souples sur la figure 3, est représentée une version de réalisation d'un tel applicateur. Le support 9 de l'émetteur 1 est réalisé en un matériau diélectrique élastique, par exemple, en plastique fluoré ou à base de celui-ci, soit en un matériau polymère ou composite analogue L'épaisseur du support 9 ne dépasse pas 1 ou 2 mm pour assurer son élasticité. Les électrodes 8 et l sont réalisées en un métal de plasticité élevée, par exemple, en cuivre ou en aluminium, et ont une épaisseur assurant la souplesse de toute la structure de l'émetteur. La couche diélectrique 2 fait partie du corps d'applicateur 12 et forme le système 5 (figure 1) de refroidissement à l'eau qui comprend une membrane 13 (figure 3) adhérant au corps humain, une cavité 14 formée par la membrane 13 et la couche 2 et des saillies de limitation 15 assurant la libre circulation de l'eau à travers la cavité 14 lorsqu'on plie l'applicateur. La cavité 14 est munie de tubulures 16 et 17 d'amenée et de sortie de l'eau. La couche 2 et, par conséquent, le corps d'applicateur 12, ainsi que la membrane 13, sont réalisés en un matériau élastique, par exemple, en caoutchouc ou en polyuréthane. La ligne d'alimentation 4 comporte un conducteur interne 18 életriquement relié à l'électrode émettrice 8 et un conducteur externe 19 relié électriquement à l'électrode-écran 10. Pour former un émetteur à micro-ondes quart d'onde de moindre encombrement, les électrodes 8 et 10 sont électriquement reliées par au moins une barrette de connexion 20 (figure 4) Si l'émetteur 1 est rigide, une seule barrette de connexion 20 suffit sur toute la largeur de l'électrode émettrice 8 Si l'émetteur 1 est souple, on utilise plusieurs barrettes de connexion 20. Les barrettes de connexion 20 de la figure 4 sont disposées le long du bord de l'électrode 8 perpendiculaire au sens des lignes de force 11 du champ électrique produit par cette électrode 8. Les électrodes 8 et 10 représentées à l'état développé sur la figure 4 ont une forme rectangulaire, tout comme le support 9, et la surface de l'électrode- -écran 10 dépasse celle de l'électrode émettrice 8 Les électrodes 8 et 10 ont leurs bords respectifs parallèles. Sur la figure 5, sont repésentés les rapports de la densité P de la puissance absorbée à la densité Po de la puissance sur la surface du corps, suivant la profondeur H de la zone irradiée du corps humain La ligne 21 représente cette dépendance pour les applicateurs connus et la ligne 22, pour les applicateurs selon l'invention. L'applicateur pour provoquer une hyperthermie locale du corps humain fonctionne de la façon suivante. L'applicateur est posé sur la zone à irradier du corps 3 de façon que la membrane élastique 13 épouse intimement sa surface, que le support 9 et les électrodes 8 et 10 de l'émetteur à micro-ondes 1 fixé à l'intérieur du corps élastique diélectrique 12 embrassent partiellement la zone du corps 3, alors que le bord de l'électrode émettrice 8, reliée par les barrettes de connexion 20 de la figure 4 à l'électrode-écran 10, est approximativement parallèle au plan de la courbure préférée de l'applicateur (sur la figure 3, ce plan coïncide avec le plan de la section). A la ligne d'alimentation 4 est appliquée une puissance ultra-haute fréquence depuis toute source de micro-ondes, non représentée sur les dessins), l'émetteur devient le siège d'un champ électrique à micro-ondes traversant le support diélectrique 2, la couche d'eau remplissant la cavité 14, la membrane 13, pour atteindre la surface du corps humain 3 Dans ces conditions, les lignes de force 11 du champ électrique, sur la surface de la zone irradiée du corps humain 3, sont approximativement parallèles et perpendiculaires au plan de courbure de l'applicateur. Ce champ électrique à micro-ondes homogène et mis en phase suivant la largeur de l'émetteur 1, embrassant la zone à irradier du corps humain, y excite des ondes électromagnétiques se propageant dans la profondeur du corps 3 et convergeant en une tache focale 7, montrée à la figure 1, à l'intérieur du corps 3 Dans la zone de la tache focale 7, les intensités du champ des ondes électromagnétiques venues de différentes directions s'additionnent Dans ces conditions, l'intensité relative (par rapport à sa valeur sur la surface du corps 3) de dégagement de chaleur dans la tache focale 7, proportionnelle au carré de l'intensité du champ résultant augmente, de k = (S/È)2 fois par rapport à l'intensité relative de dégagement de chaleur obtenue en utilisant un émetteur plat, o: k est l'efficacité de la focalisation S est la longueur du bord de l'électrode émettrice 8 relié à l'électrode-écran 10 par des barrettes de connexion 20; est la longueur d'onde électromagnétique dans le tissu musculaire. La couche d'eau dans la cavité 14 de la figure 3, circulant dans le système de refroidissement à eau, assure le refroidissement de la surface de la zone irradiée du corps humain 3 L'eau arrive à et sort de la cavité 14 par les tubulures 16 et 17, en baignant la surface intérieure de la membrane 13 et en évacuant la chaleur transmise par la membrane 13, de la couche superficielle du corps humain 3 o se dégage une partie importante de l'énergie thermique émise (figure 5) Par conséquent, la température de la couche superficielle des tissus du corps humain diminue, ce qui permet de chauffer plus intensément les tissus dans la zone de la tache focale 7 (figure 1) Les saillies 15 dans la cavité 14 assurent la circulation de l'eau dans un émetteur courbe 1. Le dégagement de chaleur n'est pas limité par la zone de la tache focale 7, mais atteint des valeurs assez hautes dans l'espace entre le foyer et la surface du corps humain contactant l'applicateur (courbe 22 sur la figure 5) C'est pourquoi il est aussi admissible que la tumeur ne coïncide pas partiellement ou totalement avec la zone de la tache focale et soit plus près de l'applicateur L'hyperthermie locale durant l'irradiation des tumeurs est en général utilisée avec d'autres types de radiothérapie. Ci-dessous sont donnés des exemples d'utilisation de l'applicateur considéré en cas de traitement de tumeurs malignes. L'applicateur considéré a été utilisé pour 60 séances d'hyperthermie en combinaison avec un rayonnement gamma, sur 12 patients souffrant d'un sarcome des tissus mous La température sur la surface de la tumeur était maintenue au niveau de 42 ou 430 C durant 70 à 80 mn Après ce traitement, les patients ont subi une intervention chirurgicale. On a également fait 8 séances d'hyperthermie en combinaison avec un rayonnement gamma sur 6 patients souffrant de tumeurs des tissus osseux La durée des séances était de 40 à 60 mn à une température de 41 à 440 C. R E V E N D I C A T I O N S I.Applicateur pour provoquer une hyperthermie locale du corps humain, du type comportant un émetteur à micro-ondes, o une électrode émettrice et une électrode-écran sont disposées des deux côtés d'un support diélectrique, et une couche diélectrique intermédiaire placée sur l'émetteur à micro-ondes et orientée du côté du corps humain durant l'hyperthermie, ainsi qu'une ligne d'alimentation électriquement reliée à l'émetteur à micro-ondes, caractérisé en ce que l'électrode émettrice ( 8) et l'électrode-écran ( 10) sont réalisées de façon à assurer un rayonnement homogène dans le sens perpendiculaire au champ produit par l'émetteur et en ce que l'émetteur à micro-ondes ( 1) est réalisé de façon à pouvoir embrasser la zone à irradier du corps humain ( 3) durant l'hyperthermie et à créer un champ électrique dont les lignes de force ( 11), sur la surface de la zone irradiée du corps humain ( 3), sont parallèles. 2 Apllicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur à micro-ondes ( 1) est rigide et courbe, représentant au moins une partie d'un cylindre, et le champ qu'il crée est dirigé le long de la génératrice dudit cylindre. 3 Applicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur à micro-ondes ( 1) et la couche diélectrique ( 2) sont souples. 4 Applicateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électrode émettrice ( 8) et l'électrode-écran ( 10) de l'émetteur à micro-ondes ( 1) sont rectangulaires en développement, la surface de l'électrode-écran ( 10) est plus grande que celle de l'électrode émettrice ( 8) et les deux électrodes ( 8, 10) sont disposées sur le support diélectrique ( 9) de façon que leurs bords respectifs soient parallèles. Applicateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électrode émettrice ( 8) est électriquement reliée à l'électrode-écran ( 10) par au moins une barrette de connexion ( 20). 6 Applicateur selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la barrette de connexion ( 20) est disposée le long du bord de l'électrode émettrice ( 8) perpendiculairement au sens du champ électrique et est électriquement reliée à ce bord de l'électrode émettrice ( 8).