Brevet FR2903315A1 — publié le 20080111

La présente invention concerne le domaine technique des ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) et elle vise plus précisément le traitement thérapeutique par de tels ultrasons focalisés. Il est connu que la thérapie par ultrasons focalisés permet de créer des lésions tissulaires résultant d'une combinaison des effets thermiques et de l'activité de cavitation acoustique. Le volume traité dépend de différents paramètres dont, en particulier, la durée d'exposition et l'espacement temporel et spatial entre les tirs ultrasonores. Lorsque ces paramètres sont correctement définis, le volume traité reste restreint à la zone focale de la surface émettrice, ce qui rend cette technique utilisable comme un outil de chirurgie peu invasive. Pour traiter des volumes plus importants, il est connu de déplacer la zone focale. La première technique consiste à déplacer de façon mécanique l'émetteur ultrasonore entre chaque exposition ultrasonore. Une deuxième technique connue consiste à déplacer de manière électronique la zone focale en excitant les émetteurs avec une loi de retard. Actuellement, il doit être considéré que les traitements par ultrasons focalisés sont à ce jour principalement réalisés avec des temps de pause entre les expositions ultrasonores pour permettre le refroidissement des tissus et des émetteurs ultrasonores. Il s'ensuit une augmentation relativement importante de la durée de traitement. De plus, l'activité de cavitation et l'échauffement thermique ne sont pas maintenus dans la zone de traitement durant les temps de pause, ce qui atténue l'efficacité du traitement. Dans l'état de la technique, il a été proposé de réaliser des tirs ultrasonores continus lors desquels les émetteurs ultrasonores et les tissus intermédiaires sont sollicités en permanence créant un risque de destruction des émetteurs ultrasonores et de brûlure des tissus telles que des lésions d'interface ou des brûlures superficielles, en dehors de la zone cible. La présente invention vise donc à remédier à ces inconvénients en proposant une nouvelle technique permettant de maintenir un échauffement continu des tissus dans la zone de traitement tout en protégeant les tissus situés sur le chemin acoustique en dehors de la zone de traitement. 2903315 2 Un autre objectif de l'invention est de proposer une nouvelle technique permettant de réduire la durée de traitement par rapport aux techniques antérieures tout en conservant l'efficacité de traitement. Pour atteindre un tel objectif, l'objet de l'invention vise à proposer un 5 procédé de génération d'ondes ultrasonores focalisées sur une zone cible à l'aide d'émetteurs ultrasonores répartis en plusieurs groupes et activés par des signaux de commande, caractérisé en ce qu'on assure une insonification continue de la zone cible, en activant indépendamment, alternativement et sensiblement consécutivement les groupes d'émetteurs ultrasonores de manière à réduire le 10 temps de traitement et l'échauffement sur le chemin acoustique entre les émetteurs ultrasonores et la zone cible. Selon une variante de réalisation, le procédé consiste à activer les groupes d'émetteurs ultrasonores en les regroupant pour former des ensembles composés soit de groupes distincts d'émetteurs ultrasonores soit de groupes dont au moins 15 certains sont communs entre les ensembles. Selon une autre variante de réalisation, le procédé selon l'invention consiste à répartir les émetteurs ultrasonores de manière que chacun des groupes d'émetteurs ultrasonores comporte un ou plusieurs émetteurs ultrasonores. Selon une autre variante de réalisation, le procédé consiste pour chaque 20 groupe d'activer les émetteurs ultrasonores avec une loi de retard ou de phase afin d'assurer un déplacement électronique de la zone cible. Selon une variante préférée de réalisation, le procédé consiste pour un transducteur ultrasonore sphérique tronqué ou non, à répartir les émetteurs ultrasonores en anneaux concentriques, divisés par des secteurs angulaires 25 correspondant aux groupes d'émetteurs ultrasonores. Avantageusement, le procédé consiste à activer les groupes d'émetteurs ultrasonores selon une séquence qui varie ou qui se répète cycliquement. Un autre objet de l'invention, est de proposer un appareil de thérapie comprenant un système d'émission d'ondes ultrasonores focalisées sur une zone 30 cible, comportant notamment des émetteurs ultrasonores répartis en plusieurs groupes et reliés à un circuit de commande délivrant des signaux pour activer lesdits émetteurs ultrasonores caractérisé en ce que le circuit de commande active indépendamment, alternativement et sensiblement consécutivement les groupes 2903315 3 d'émetteurs ultrasonores de manière à assurer dans la zone cible, une insonification continue provenant de groupes différents d'émetteurs ultrasonores. Selon une caractéristique préférée de réalisation, les émetteurs ultrasonores font partie d'au moins un transducteur sphérique tronqué ou non, les émetteurs 5 ultrasonores étant répartis en anneaux concentriques, divisés en secteurs angulaires correspondant chacun à un groupe d'émetteurs ultrasonores. Avantageusement, le circuit de commande délivre pour chaque groupe comportant une série d'émetteurs ultrasonores, des signaux pour activer les émetteurs ultrasonores, avec une loi de retard ou de phase afin d'assurer un 10 déplacement électronique de la zone focale. Selon une autre variante de réalisation, le circuit de commande délivre pour chaque groupe ou secteur angulaire, des signaux pour activer les anneaux émetteurs ultrasonores avec une loi de retard ou de phase. Il est à noter que le circuit de commande délivre des signaux pour activer les 15 groupes d'émetteurs ultrasonores selon une séquence qui varie ou qui se répète cycliquement. Selon une autre variante de réalisation, le circuit de commande délivre des signaux pour activer des ensembles de groupes d'émetteurs ultrasonores composés soit de groupes distincts d'émetteurs ultrasonores soit de groupes dont 20 au moins certains sont communs entre les ensembles. Selon une autre variante de réalisation, les émetteurs ultrasonores font partie de plusieurs transducteurs ultrasonores comportant chacun un ou plusieurs groupes d'émetteurs ultrasonores, les transducteurs ultrasonores étant adaptés pour émettre des ondes ultrasonores focalisées sur une même zone cible. 25 Il est entendu que chaque groupe d'émetteurs ultrasonores comporte un ou plusieurs émetteurs ultrasonores. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. 30 Les figures 1A et 1B sont des schémas d'un appareil de thérapie conforme à l'invention, illustré dans deux états caractéristiques de fonctionnement. 2903315 4 Les figures 2A et 2B sont des chronogrammes illustrant le principe d'activation en fonction du temps, des émetteurs ultrasonores, d'un appareil de thérapie. La figure 2C représente au cours du temps le traitement obtenu dans la zone 5 cible, par un appareil conforme à l'invention. Les figures 3A et 3B illustrent le principe de traitement avec deux groupes d'émetteurs ultrasonores utilisant la focalisation électronique. La figure 4 illustre un exemple de réalisation d'un système d'émission d'ondes ultrasonores focalisées mettant en oeuvre le principe de l'invention. 10 La figure 5 illustre une autre variante de réalisation d'un appareil de thérapie mettant en oeuvre deux transducteurs distincts. Tel que cela ressort plus précisément des figures 1A et 1B, l'objet de l'invention concerne un appareil de thérapie 1 adapté pour réaliser la thérapie de tissus d'un être vivant par l'intermédiaire d'ultrasons focalisés de haute intensité 15 (HIFU). L'appareil de thérapie 1 comporte un système 2 d'émission d'ondes ultrasonores focalisées sur une zone cible de traitement 3. Ce système 2 comporte notamment des émetteurs ultrasonores répartis en plusieurs groupes Gi (avec i = 1 à N). Ce système d'émission 2 et les émetteurs ultrasonores tels que par exemple des éléments piézoélectriques ne seront pas décrits plus précisément 20 car ils sont bien connus de l'homme du métier. Chaque groupe Gi comporte un ou plusieurs émetteurs ultrasonores. Le système d'émission d'ondes ultrasonores focalisées 2 est relié à un circuit de commande 5 délivrant des signaux pour activer les émetteurs ultrasonores. Le circuit de commande 5 n'est pas décrit plus précisément car sa réalisation fait 25 partie des connaissances techniques de l'homme du métier. Ce circuit de commande 5 comporte ainsi, classiquement, un générateur de signal piloté qui est relié aux émetteurs ultrasonores par l'intermédiaire d'un étage amplificateur. Conformément à l'invention, le circuit de commande 5 active alternativement, indépendamment et sensiblement consécutivement les groupes 30 d'émetteurs ultrasonores Gi de manière à assurer dans la zone cible 3, une insonification continue provenant de groupes différents d'émetteurs ultrasonores. Il doit être compris que l'objet de l'invention vise à répartir les émetteurs ultrasonores en plusieurs groupes Gi. Dans l'exemple illustré aux figures 1A 2903315 5 et 1B, les émetteurs ultrasonores sont répartis en deux groupes G1 et G2 possédant des surfaces d'émission identiques. Tel que cela ressort plus précisément des figures 2A et 2B, les émetteurs ultrasonores du groupe G1 sont activés pour réaliser un tir T1 sur la zone cible 3. 5 Au terme de la durée du tir T1 par exemple égale à 5 s, les émetteurs ultrasonores du groupe G1 ne sont plus activés de manière à laisser refroidir les émetteurs ultrasonores et les tissus intermédiaires situés entre les émetteurs ultrasonores dudit groupe et la zone cible 3. Dès la fin du tir T1 du groupe G1, les émetteurs ultrasonores du groupe G2 sont activés de manière à réaliser un tir T2 pendant 10 une durée par exemple égale à la durée du premier tir. Le tir T2 est interrompu pour laisser refroidir les émetteurs ultrasonores et les tissus intermédiaires situés entre les émetteurs ultrasonores du groupe G2 et la zone cible 3. Le circuit de commande 5 poursuit l'activation alternée et consécutive des groupes d'émetteurs ultrasonores G1, G2. Les groupes d'émetteurs ultrasonores G1, G2 sont ainsi 15 activés l'un après l'autre pour réaliser des tirs respectivement T3, T5 ... et T4, T6 ... Contrairement aux méthodes de focalisation dynamique, il est à considérer que les émetteurs ultrasonores d'un groupe sont activés indépendamment et sensiblement consécutivement des émetteurs ultrasonores de l'autre groupe. Tel que cela ressort de la description qui précède, les groupes d'émetteurs 20 ultrasonores Gi sont activés alternativement, c'est-à-dire successivement ou les uns à la suite des autres. Comme cela sera décrit plus en détail dans la suite de la description, les groupes d'émetteurs ultrasonores Gi sont activés selon un ordre ou une séquence déterminé variable ou non. Avantageusement et idéalement, le tir ultrasonore Ti + d'un groupe G; + 1 est 25 réalisé immédiatement à la suite du tir ultrasonore Ti du groupe Gi sans retard ou avance. En pratique, il doit être considéré que le circuit de commande 5 active sensiblement consécutivement les groupes d'émetteurs ultrasonores Gi de manière à assurer dans la zone cible, une insonification continue. En effet, il s'avère en pratique que l'instrumentation mise en oeuvre peut induire une 30 discontinuité ou un recouvrement entre les tirs. Il est considéré qu'un tir Ti + 1 d'un groupe G; + 1 est sensiblement consécutif à un tir Ti d'un groupe Gi si le temps de retard pris entre la fin du tir Ti et le début du tir Ti + n'est pas suffisant pour perdre le bénéfice des activités de cavitation et d'échauffement thermique des tirs 2903315 6 précédents. De même, deux tirs Ti et Ti + sont considérés sensiblement consécutifs si le temps de recouvrement entre ses tirs est suffisamment faible pour ne pas obtenir une brûlure des tissus. Tel que cela ressort clairement de la figure 2C, la zone cible 3 est insonifiée 5 de manière continue, soit par le groupe G1 soit par le groupe G2 dans l'exemple illustré. Le traitement ultrasonore est ainsi réalisé de façon continue sans solliciter les mêmes émetteurs ultrasonores. Le temps entre deux tirs ultrasonores est nul ou suffisamment faible pour que les activités de cavitation et d'échauffement thermique soient maintenues au niveau de la zone cible 3. Chaque tir ultrasonore 10 profite alors immédiatement de l'élévation de température et du taux de bulles créé par le tir précédent sans avoir à le reformer entre deux tirs. Cette technique permet de renforcer le volume de chaque lésion associée à chaque groupe d'émetteurs ultrasonores et/ou de diminuer considérablement le temps de traitement. 15 La répartition des émetteurs ultrasonores en différents groupes Gi permet d'appliquer continûment sur un même volume focal, la dose thermique nécessaire à la destruction de ce volume à partir de plusieurs groupes distincts excités séquentiellement. Il est ainsi possible de traiter des régions dont le volume est important, de 20 façon continue, sans solliciter les mêmes éléments à chaque tir ultrasonore. Si un groupe contient plusieurs émetteurs ultrasonores, il est alors possible de combiner ce principe de traitement à une focalisation électronique comme illustré aux figures 3A et 3B. Les émetteurs ultrasonores de chaque groupe G1, G2 sont alors activés avec une loi de retard ou de phase afin d'assurer un déplacement 25 électronique de la zone cible 3. Il doit être compris que cette loi de retard ou de phase est appliquée uniquement pour les émetteurs ultrasonores appartenant à un même groupe. En d'autres termes, il n'y a pas de focalisation électronique entre les différents groupes. Bien entendu, il peut s'envisager d'assurer un déplacement mécanique des émetteurs ultrasonores. 30 Bien que la zone cible soit chauffée de façon continue, les tissus situés entre les émetteurs ultrasonores et la zone cible 3 ne reçoivent des ultrasons que de façon séquentielle, ce qui permet d'obtenir leur refroidissement. En effet, les tissus situés sur le chemin acoustique sont exposés aux ultrasons émis par chaque 2903315 7 groupe uniquement lorsque ce dernier est activé. Par ailleurs, l'échauffement des émetteurs ultrasonores de chaque groupe est contrôlé du fait de leur activation séquentielle. Le refroidissement des émetteurs ultrasonores d'un groupe se produit lors de l'activation d'un groupe suivant. 5 Selon une caractéristique préférée de réalisation illustrée plus particulièrement à la figure 4, les émetteurs ultrasonores font partie d'un transducteur sphérique tronqué 2 comportant en son centre, un logement pour une sonde d'imagerie. Selon cette variante de réalisation, les émetteurs ultrasonores sont répartis en anneaux concentriques aj, divisés en secteurs 10 angulaires correspondant chacun à un groupe Gi d'émetteurs ultrasonores. Dans l'exemple illustré, les émetteurs ultrasonores sont répartis en six anneaux concentriques (ai à a6), divisés en quatre groupes G1 à G4. Bien entendu, les émetteurs ultrasonores peuvent faire partie d'un transducteur sphérique non tronqué. 15 L'activation des émetteurs ultrasonores peut être réalisée de différentes manières. Ainsi, le circuit de commande 5 peut délivrer des signaux pour activer les groupes d'émetteurs ultrasonores selon une séquence qui se répète cycliquement. Par exemple, les groupes G1, G2, G3, G4 sont activés les uns à la suite des autres, et cette séquence d'activation G1, G2, G3, G4 est répétée au 20 cours du temps. Bien entendu, il peut être prévu que la séquence d'activation varie au cours du temps. Par exemple, pendant la première séquence, les groupes G1 à G4 sont séquentiellement activés dans l'ordre G1 à G4 alors que lors de la séquence suivante, les groupes sont activés séquentiellement dans l'ordre suivant : G1, G3, 25 G2, G4. Selon une autre variante possible, le circuit de commande 5 délivre des signaux pour activer des ensembles de groupes d'émetteurs ultrasonores composés de groupes distincts d'émetteurs ultrasonores. Ainsi, il peut être envisagé une activation séquentielle groupée pour les groupes par exemple G1-G2, 30 G3-G4. En d'autres termes, les émetteurs ultrasonores des groupes G1 et G2 sont activés simultanément puis ceux des groupes G3-G4. Cette activation séquentielle groupée peut se reproduire cycliquement (G1-G2, G3-G4, G1-G2, G3-G4 ...) ou être modifiée sous la forme suivante par exemple (G1-G2, G3-G4, G1-G4, G2-G3 ...). 2903315 8 Selon une autre variante de réalisation, le circuit de commande 5 délivre des signaux pour activer des ensembles de groupes d'émetteurs ultrasonores composés de groupes dont au moins certains sont communs entre les ensembles. Une telle variante est avantageusement mise en oeuvre par un transducteur 5 comportant un grand nombre de groupes Gi. Il peut ainsi être envisagé une activation groupée des groupes G1-G2-G3-G4, puis des groupes G4-G5-G6-G7, puis des groupes G7-G8-G9-Gia, etc. Selon cet exemple, il apparaît un recouvrement des groupes égal à 25 %. La surface de recouvrement doit être suffisamment faible pour ne pas obtenir lors des tirs consécutifs, une brûlure des 10 tissus situés entre les émetteurs ultrasonores des zones de recouvrement et la zone de focalisation. Selon l'exemple de réalisation illustré à la figure 4, il est à noter que le circuit de commande 5 peut délivrer pour chaque groupe ou secteur angulaire Gi, des signaux pour activer les anneaux émetteurs ultrasonores ai avec une loi de retard 15 ou de phase. Par exemple, pour chaque groupe G1 à G4, il peut être prévu d'activer les émetteurs ultrasonores des anneaux a1 à a6 avec une loi de retard ou de phase afin d'assurer un déplacement électronique de la zone de traitement. Dans les exemples décrits ci-dessus, les émetteurs ultrasonores font partie d'un seul transducteur. Bien entendu, il peut être envisagé que les émetteurs 20 ultrasonores se trouvent répartis sur plusieurs transducteurs ultrasonores visant la même zone cible 3. La figure 5 illustre un exemple de réalisation dans lequel l'appareil de thérapie 1 comporte deux transducteurs ultrasonores distincts. Le premier transducteur est constitué de quatre groupes d'émetteurs ultrasonores G1 à G4 tandis que le deuxième transducteur est formé de quatre groupes 25 d'émetteurs ultrasonores G5 à G8. Ces deux transducteurs sont confocaux en étant fixé à un support tel qu'un arceau. Ces deux transducteurs sont pilotés par le circuit de commande 5 qui permet de piloter successivement les groupes d'émetteurs ultrasonores G1 à G8 selon les séquences et combinaisons décrites précédemment. 30 L'objet de l'invention trouve des applications particulièrement avantageuses dans tous les traitements par ultrasons focalisés, en particulier le traitement des cancers de la prostate et le traitement des tumeurs du foie. REVENDICATIONS 1. - Procédé de génération d'ondes ultrasonores focalisées sur une zone de focalisation (3) à l'aide d'émetteurs ultrasonores répartis en plusieurs groupes (Gi) et activés par des signaux de commande, caractérisé en ce qu'on assure une 5 insonification continue de la zone de focalisation (3), en activant indépendamment, alternativement et sensiblement consécutivement les groupes (Gi) d'émetteurs ultrasonores. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à activer les groupes d' émetteurs ultrasonores (Gi) en les regroupant pour former des 10 ensembles composés soit de groupes distincts d'émetteurs ultrasonores soit de groupes dont au moins certains sont communs entre les ensembles. 3. - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à répartir les émetteurs ultrasonores de manière que chacun des groupes d'émetteurs ultrasonores (Gi) comporte un ou plusieurs émetteurs ultrasonores. 15 4. - Procédé. selon l'une. des revendications 1 à .3, caractérisé en ce qu'il consiste pour chaque groupe (GD), d'activer les émetteurs ultrasonores avec une loi de retard ou de phase afin d'assurer un déplacement électronique de la zone cible. 5. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il 20 consiste, pour un transducteur ultrasonore sphérique tronqué ou non, à répartir les émetteurs ultrasonores en anneaux concentriques, divisés par des secteurs angulaires correspondant aux groupes d'émetteurs ultrasonores (Gi). 6. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à activer les groupes d'émetteurs ultrasonores selon une séquence qui 25 varie ou qui se répète cycliquement. 7. - Appareil de thérapie comprenant un système (2) d'émission d'ondes ultrasonores focalisées sur une zone de focalisation (3), comportant notamment des émetteurs ultrasonores répartis en plusieurs groupes (Gi) et reliés à un circuit de commande (5) délivrant des signaux pour activer lesdits émetteurs 30 ultrasonores caractérisé en ce que le circuit de commande (5) comporte un générateur de signal piloté pour activer indépendamment, alternativement et sensiblement consécutivement les groupes d'émetteurs ultrasonores (Gi) pour 2903315 - 10 obtenir une insonification continue provenant de groupes différents d'émetteurs ultrasonores. 8. - Appareil de thérapie selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit de commande (5) comporte un générateur de signai piloté pour délivrer pour chaque groupe comportant une série d'émetteurs ultrasonores, des signaux pour activer les émetteurs ultrasonores, avec une loi de retard ou de phase afin d'assurer un déplacement électronique de la zone de focalisation. 9. - Appareil de thérapie selon la revendication 7, caractérisé en ce que les émetteurs ultrasonores font partie d'au moins un transducteur sphérique tronqué ou non, les émetteurs ultrasonores étant répartis en anneaux concentriques (ai), divisés en secteurs angulaires correspondant chacun à un groupe d'émetteurs ultrasonores (Gi). 10. - Appareil de. thérapie selon la revendication 9, caractérisé en ce que le circuit de commande (5) comporte un générateur de signal piloté pour délivrer pour chaque groupe ou secteur angulaire (GO, des signaux pour activer, les anneaux émetteurs ultrasonores avec une loi de retard ou de phase. 11. - Appareil de thérapie selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le circuit de commande (5) comporte un générateur de signal piloté pour délivrer des signaux pour activer les groupes d'émetteurs ultrasonores (Gi) selon une séquence qui varie ou qui se répète cycliquement. 12. - Appareil de thérapie selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le circuit de commande (5) comporte un générateur de signal piloté pour délivrer des signaux pour activer des ensembles de groupes d'émetteurs ultrasonores (Gi) composés soit de groupes distincts d'émetteurs ultrasonores soit de groupes dont au moins certains sont communs entre les ensembles. 13. - Appareil de thérapie selon la revendication 7, caractérisé en ce que les émetteurs ultrasonores font partie de plusieurs transducteurs ultrasonores comportant chacun un ou plusieurs groupes d'émetteurs ultrasonores (Gi), les transducteurs ultrasonores étant adaptés pour émettre des ondes ultrasonores focalisées sur une même zone de focalisation. 14. - Appareil de thérapie selon les revendications 7, 11, 12 ou 13, caractérisé en ce que chaque groupe d'émetteurs ultrasonores (Gi) comporte un ou plusieurs émetteurs ultrasonores.