D. Les ondes ultrasonores
Les ondes ultrasonores sont des ondes mécaniques
générées par un objet vibrant dont la fréquence est
au-delà de 20 kHz, seuil de la perception de l'oreille humaine. Les
ondes ultrasonores sont émises par des transducteurs puis transmises au
milieu dans lequel elles se propagent.
Un transducteur acoustique est un matériau qui est
capable de produire une vibration mécanique. Cette vibration est
transmise au milieu qui est en contact avec le transducteur. Une fois que les
particules en contact avec le transducteur entrent en mouvement, elles
transmettent à leurs voisines ce mouvement. La transmission du mouvement
entre particules crée une onde de pression caractérisée
par la vitesse des particules.
D.1. Atténuation
Une onde ultrasonore qui se propage dans les tissus biologiques
est en partie absorbée.
Les mouvements de particules produits par le passage de l'onde
ultrasonore induit des forces de friction qui s'opposent à ces
mouvements. L'énergie perdue par l'onde acoustique à cause de ces
frottements est restituée localement sous forme de chaleur.
L'élévation de température résultante est fonction
de la conductivité thermique du milieu et du taux de perfusion.
[6]
En plus de l'absorption, plusieurs facteurs contribuent
à l'atténuation d'une onde ultrasonore dans un milieu biologique
: la divergence du faisceau ultrasonore, la diffusion due aux petits
réflecteurs et la propagation de l'onde suivant d'autres modes. Cette
énergie est tout de même absorbée par le tissu et contribue
donc à l'élévation de température du milieu. Pour
ces raisons, les coefficients d'atténuation et d'absorption sont
classiquement assimilés dans les milieux biologiques. L'apport de
chaleur local par unité de volume, exprimé en W.m-3,
est donné par la relation suivante : Q = 2uI.
Avec u est le coefficient d'atténuation des tissus en
m-1 et I l'intensité de l'onde ultrasonore en
Wm-2. Dans la littérature, le coefficient
d'atténuation est plus généralement exprimé en
dB.cm-1.
D.2. Les Ultrasons Focalisés de Haute
Intensité ( HIFU )
Le principal inconvénient lié à
l'utilisation des ultrasons pour l'hyperthermie est de maintenir une
température thérapeutique assez uniforme pendant un temps
important. Il en résulte des zones de surchauffe où les tissus
sont détruits sans distinction et des points froids où les tissus
ne sont pas traités. Pour s'affranchir de ce problème,
l'idée d'utiliser des temps d'exposition plus courts est apparue. Dans
ce cas, l'énergie doit être augmentée pour produire des
effets dans les tissus. De cette idée naît la chirurgie
ultrasonore comme une option pour la destruction des tissus par l'application
d'un faisceau ultrasonore focalisé très intense (HIFU en anglais)
pendant des très courtes durées. L'énergie
appliquée est alors suffisante pour provoquer la nécrose des
cellules qui se trouvent dans la zone de focalisation. Le terme de haute
intensité fait référence à la puissance surfacique
qui peut atteindre des milliers de watts par centimètre carré au
centre de la zone traitée. L'utilisation de transducteurs à haute
fréquence et fortement focalisés permet d'obtenir des
nécroses bien délimitées par la tache focale du
transducteur, de l'ordre de quelques millimètres de diamètre par
un ou deux centimètres de long, assurant une localisation très
précise du traitement ce qui donne aux HIFU le nom de chirurgie
ultrasonore. C'est pour ces raisons que les applications des HIFU sont
principalement orientées vers le traitement des tumeurs
localisées qu'elles soient bénignes ou malignes. Le traitement de
tout un volume tumoral est effectué en déplaçant le
faisceau ultrasonore séquentiellement de point en point sur tout le
volume soit par un moyen mécanique soit par un moyen
électronique. La focalisation fait généralement appel
à des transducteurs concaves. Les lésions créées
par HIFU sont principalement produites par deux phénomènes : les
effets purement thermiques liés à l'absorption des tissus et les
effets de cavitation. Ces deux effets combinés sont à l'origine
de la forme légèrement conique des lésions individuelles
crées par les HIFU. [4]
Le temps et la précision du traitement sont donc
fortement dépendants des possibilités de mouvement du
système sur lequel est monté l' applicateur ultrasonore.
L'utilisation d'un applicateur dont la partie émettrice se
décompose en plusieurs éléments permet de contrôler
dynamiquement via l'électronique de commande la forme et
l'intensité du champ de pression créé. Il est ainsi
possible de changer la localisation du dépôt de chaleur sans que
l'applicateur n'effectue de mouvement.
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