FR2699807A1 - Installation de cryochirurgie de tissus biologiques. - Google Patents

Abstract

Cette installation, comportant une cryosonde (1) reliée à une source de fluide cryogénique (2) à travers des moyens (3) de commande de l'alimentation en fluide de la cryosonde, pilotés par un utilisateur, est caractérisée en ce que la cryosonde (1) comporte un transducteur ultrasonore (4) dont l'entrée de signaux à émettre est reliée à une source de signaux impulsionnels (5) et dont la sortie de signaux reçus en écho est reliée à des moyens (6, 7) d'analyse et d'indication en temps réel à l'utilisateur de l'évolution du front de congélation des tissus.

Description

La présente invention concerne une installation de cryochirurgie de tissus biologiques.

On connaît déjà dans l'état de la technique un certain nombre d'installations de cryochirurgie de tissus biologiques qui comportent une cryosonde reliée à une source de fluide cryogénique à travers des moyens de commande de l'alimentation en fluide de la cryosonde, ces moyens de commande étant pilotés par un utilisateur.

La cryochirurgie est une méthode de destruction des cellules tumorales à l'intérieur d'un volume bien défini.

Un refroidissement rapide est obtenu en utilisant de l'azote liquide ou par détente de Joule-Thomson par exemple de protoxyde d'azote (N20) à l'extrémité d'une cryosonde placée au contact des tissus à détruire.

Les cryolésions tissulaires sont le résultat du changement de phase qui se produit à basse température et des phénomènes physicochimiques qui l'accompagne'nt.

La très basse température par exemple de - 30 C dans les tissus biologiques, provoque une congélation de ces tissus qui s'étend tout d'abord rapidement puis plus lentement.

Cette congélation provoque l'apparition d'une boule de glace dont la croissance s'arrête dès que l'équilibre thermique est atteint.

On conçoit alors que le contrôle de l'étendue de la congélation des tissus en cours de cryochirurgie est nécessaire afin d'ajuster la zone congelée à l'extension de la tumeur et afin d'épargner les tissus sains environnants.

Jusqu a présent, la cryochirurgie est restée une technique imparfaitement contrôlée en raison du manque de moyens simples et fiables permettant de contrôler l'évolu- tion du front de congélation dans les tissus.

En effet, une appréciation de la zone congelée est possible en surface à partir du changement de coloration des tissus superficiels congelés, mais cette appréciation est limitée à la surface des tissus et un contrôle visuel en profondeur de la pénétration du front de congélation est impossible.

Plusieurs méthodes ont été proposées pour contrôler la propagation du front de congélation dans les tissus.

C'est ainsi par exemple que certaines de ces méthodes mettent en oeuvre des thermocouples placés dans les tissus et balisant la tumeur à traiter, ces thermocouples indiquant à chaque instant l'avancée du gradient thermique précédant le front de congélation.

Il est alors possible de choisir par exemple d'arrêter la congélation lorsque le front de congélation est détecté par un thermocouple situé dans une position stratégique déterminée par un utilisateur.

Cependant, cette méthode de contrôle présente un certain nombre d'inconvénients, en particulier du fait qu'elle est invasive et que le positionnement des thermocouples est extrêmement difficile lorsqu'il y a lieu de traiter des tumeurs des voies internes par exemple d'un corps humain.

Une autre méthode connue de contrôle de l'évolution du front de congélation repose sur la mesure de l'impédance électrique des tissus biologiques.

On sait en effet que la résistivité des tissus augmente brusquement au moment où la congélation est atteinte.

Il est alors possible de baliser la tumeur avec des électrodes qui détectent l'impédance électrique des tissus au cours de la congélation.

Bien que cette méthode soit actuellement utilisée, elle présente les mêmes inconvénients d'implantation de capteurs que la méthode utilisant les thermocouples.

Il a également été décrit dans l'état de la technique, par exemple par TANAHASHI et al dans "M. Cryoprostatectomy under ultrasonic control", dans: " Ultrasound in medecine. Clinical aspects , Volume 3A, New York:
Plenum press", 1977, pages 413 à 417 et LAUGIER et al, dans "Quantitative echography : a potential control technique for cryosurgery"; IEEE Ultrasonic Symposium, 1991, des méthodes de contrôle ultrasonores de la cryodestruction de tissus biologiques.

On sait en effet par exemple par ces études, que les changements de phase qui accompagnent la congélation des tissus peuvent être mis en évidence par une technique échographique.

Les ultrasons se réfléchissent à l'interface qui sépare un tissu non congelé et un tissu congelé.

C'est ainsi par exemple que TANAHASHI et al ont proposé de contrôler la cryochirurgie de la prostate avec un transducteur ultrasonore, par voie endorectale. Une sonde ultrasonore fonctionnant à la fréquence de 3,5 MHz est utilisée par ces auteurs pour suivre au cours du temps, l'évolution du front de congélation dans les tissus.

On conçoit que ces méthodes présentent l'avantage de permettre le suivi de l'évolution du processus en profondeur, en temps réel et de façon non traumatique.

Cependant, les différentes installations décrites dans ces documents présentent un certain nombre d'inconvénients, notamment au niveau de leur structure relativement complexe et de leur mise en oeuvre relativement longue et difficile.

Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes en proposant une installation dont la manipula tion et la mise en oeuvre soient extrêmement simples et rapides.

A cet effet, l'invention a pour objet une installation de cryochirurgie de tissus biologiques, comportant une cryosonde reliée à une source de fluide cryogénique à travers des moyens de commande de l'alimentation en fluide de la cryosonde, pilotés par un utilisateur, caractérisée en ce que la cryosonde comporte un transducteur ultrasonore dont l'entrée de signaux à émettre est reliée à une source de signaux impulsionnels et dont la sortie de signaux reçus en écho est reliée à des moyens d'analyse et d'indication en temps réel à l'utilisateur de l'évolution du front de congélation des tissus.

Avantageusement, le transducteur ultrasonore est disposé dans un logement prévu au centre la tête de la cryosonde.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé qui représente un schéma synoptique illustrant le fonctionnement d'une installation selon l'invention.

Ainsi qu'on peut le voir sur cette figure, une installation de cryochirurgie de tissus biologiques, selon l'invention, comporte de manière connue en soi, une cryosonde désignée par la référence générale 1 sur cette figure.

Cette cryosonde est reliée à une source de fluide cryogénique désignée par la référence 2, telle qu'une source d'azote liquide N2 ou de protoxyde d'azote NO, à travers des moyens de commande 3 de l'alimentation en fluide cryogénique de cette cryosonde, ces moyens 3 de commande étant pilotés par un utilisateur.

Dans l'installation selon l'invention, la cryosonde 1 comporte un transducteur ultrasonore 4 dont l'entrée de signaux à émettre est reliée à une source de signaux impulsionnels, désignée par la référence générale 5 sur cette figure et dont la sortie de signaux reçus en écho est reliée à des moyens 6 d'analyse de ces signaux et à des moyens 7 d'indication en temps réel à l'utilisateur de l'évolution du front de congélation des tissus.

Ces moyens d'analyse et d'indication comprennent par exemple des moyens de type connu de calcul de la profondeur du front de congélation dans les tissus et d'affichage de cette profondeur.

Avantageusement, le transducteur ultrasonore 4 est disposé dans un logement la prévu au centre de la tête de la cryosonde 1 et peut être focalisé ou non.

La fréquence centrale du transducteur ultrasonore peut être comprise dans une gamme s'étendant entre environ 15 MHz et environ 25 MHz.

Par ailleurs, la distance focale du transducteur peut être inférieure ou égale à environ 1 cm.

On conçoit alors que cette installation repose sur le principe du contrôle ultrasonore de la cryochirurgie et exploite le procédé d'échographie ultrasonore. Ce procédé repose sur l'exploration des tissus en voie de congélation à l'aide d'impulsions ultrasonores.

Ces impulsions ultrasonores se propagent dans les tissus et une partie de l'énergie de celles-ci est réfléchie à l'interface séparant les tissus congelés des tissus non congelés.

Si l'on connait la vitesse de propagation des ultrasons dans les tissus ( de l'ordre de 2700 à 2900 m/s), il est possible de calculer la profondeur à laquelle se situe le front de congélation qui a réfléchi l'écho observé.

La répétition des tirs ultrasonores à cadence élevée par exemple pouvant aller de plusieurs dizaines à plusieurs milliers par seconde, permet de suivre en temps réel l'évolution du front de congélation dans les tissus.

L'installation de cryochirurgie selon l'invention permet l'intégration d'un transducteur ultrasonore miniature, c'est à dire d'un émetteur-récepteur d'ultrasons dans une cryosonde alimentée par exemple en protoxyde d'azote ou en azote liquide.

Dans l'exemple décrit en regard de cette figure, un transducteur ultrasonore d'un diamètre égal par exemple à 2 ou 3 mm, est glissé dans le logement prévu à cet effet au centre de la tête de la cryosonde.

On conçoit que cette structure permet, à partir d'une même surface de contact réduite entre la cryosonde et les tissus, de pratiquer à la fois la cryochirurgie et le contrôle simultané et en temps réel du développement du front de congélation.

Bien entendu, le transducteur ultrasonore peut être constitué par un transducteur ultrasonore à balayage de type classique (mécanique ou électronique), ce transducteur ultrasonore étant alors couplé à une unité classique de traitement du signal échographique, destinée à former une image échographique d'un plan de coupe des tissus.

Grâce à cette installation particulière, manipulable facilement d'une seule main, l'utilisateur c'est à dire par exemple un praticien, connaît par simple lecture et à tout moment au cours de la cryothérapie, la situation en profondeur du front de congélation, ce qui lui laisse la possibilité d'ajuster la profondeur de congélation et donc la durée de congélation en fonction de l'extension en profondeur de la tumeur à traiter.

Par ailleurs, l'imagerie ultrasonore des tissus devient de plus en plus précise et il est possible d'atteindre avec des transducteurs fonctionnant à haute fréquence, par exemple de l'ordre de 20 MHz, des résolutions de l'ordre de 100 pm ou même inférieures à cette valeur, sur des profondeurs de pénétration de 1 cm.

Il est ainsi possible de déterminer la topographie et l'extension en profondeur ou latérale par exemple des tumeurs cutanées.

L'imagerie ultrasonore devient alors un examen qui peut s'inscrire dans un bilan pré-opératoire ou dans un programme d'évaluation thérapeutique.

Ainsi, en plus de la possibilité de contrôler en temps réel la profondeur de la congélation, l'installation selon l'invention peut présenter l'avantage dans certains cas, de déterminer les limites en profondeur de la tumeur et par conséquent, d'ajuster au mieux, sous contrôle ultrasonore, la durée de l'application du froid aux limites en profondeur de la tumeur.

De plus, dans le cas où le transducteur ultrasonore est un transducteur à balayage, l'installation offre plusieurs avantages à savoir
- la possibilité diagnostique d'observer l'image échographique de la zone à traiter et d'en déterminer les limites d'extension axiale et latérale;
- la possibilité de contrôler le processus de cryothérapie en superposant en temps réel l'image de la tumeur et l'image de la boule de glace formée; et
- la possibilité de pratiquer une analyse quantitative de l'information échographique, à savoir par exemple la mesure de l'atténuation ultrasonore en fonction de la fréquence et la mesure des paramètres de texture, ce qui dans certains cas, peut permettre de faire une analyse discriminante des tissus et de caractériser les tissus avant cryothérapie et après cryothérapie.

On conçoit alors que l'installation selon l'invention permet un développement de la cryothérapie en dermatologie ou pour les voies internes, c'est à dire des appareils digestif, respiratoire ou urinaire par exemple et plus particulièrement dans un domaine tel que la cancérologie.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Installation de cryochirurgie de tissus biologiques, comportant une cryosonde (1) reliée à une source de fluide cryogénique (2) à travers des moyens (3) de commande de l'alimentation en fluide de la cryosonde, pilotés par un utilisateur, caractérisée en ce que la cryosonde (1) comporte un transducteur ultrasonore (4) dont l'entrée de signaux à émettre est reliée à une source de signaux impulsionnels (5) et dont la sortie de signaux reçus en écho est reliée à des moyens (6,7) d'analyse et d'indication en temps réel à l'utilisateur de l'évolution du front de congélation des tissus.

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le transducteur ultrasonore (4) est disposé dans un logement (la) prévu au centre de la tête de la cryosonde (1).

3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la fréquence centrale du transducteur (4) est comprise dans une gamme s'étendant entre environ 15 MHz et environ 25 MHz.

4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la distance focale du transducteur est inférieure ou égale à 1 cm.

5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le transducteur ultrasonore est un transducteur ultrasonore à balayage.