EP1898824A1 - Moyen de calcul d'un parametre de fonctionnement (energie, puissance ou duree d'emission) d'un laser endoveineux - Google Patents

Moyen de calcul d'un parametre de fonctionnement (energie, puissance ou duree d'emission) d'un laser endoveineux

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EP1898824A1
EP1898824A1 EP06764810A EP06764810A EP1898824A1 EP 1898824 A1 EP1898824 A1 EP 1898824A1 EP 06764810 A EP06764810 A EP 06764810A EP 06764810 A EP06764810 A EP 06764810A EP 1898824 A1 EP1898824 A1 EP 1898824A1
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EP
European Patent Office
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laser beam
laser
vein
value
power
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06764810A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jaouad Zemmouri
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Optical System and Research for Industry and Science OSYRIS SA
Original Assignee
Optical System and Research for Industry and Science OSYRIS SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Optical System and Research for Industry and Science OSYRIS SA filed Critical Optical System and Research for Industry and Science OSYRIS SA
Priority to EP06764810A priority Critical patent/EP1898824A1/fr
Publication of EP1898824A1 publication Critical patent/EP1898824A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B18/22—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor
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    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
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    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00696—Controlled or regulated parameters
    • A61B2018/00702—Power or energy

Definitions

  • the present invention relates to the field of endovenous lasers and their use for the local treatment of a vein containing blood, and in particular for collapsing or locally clogging the vein. It finds mainly, but not exclusively, its application in the field of treatment of varicose veins.
  • endovenous lasers that are designed to be introduced into a vein.
  • the laser is introduced into the vein, for example by means of a catheter and an optical fiber, to the part of the zone to be treated, and then once the laser is positioned inside the vein the shots are fired (either continuously or discontinuously) by progressively removing the laser over a distance depending on the length of the venous area to be treated.
  • the wavelengths usually used are generally in the band: 800 nm-1000 nm.
  • an endovenous laser is preferable to non-invasive surface laser treatment because it allows for more effective treatment with lower risks of collateral damage to other tissues, and allows the destruction of deeper localized veins.
  • the endovenous laser is used to locally coagulate the blood inside the vein, and partially or completely occlude the vein in a localized manner. It is therefore essential in these methods that the vein is not emptied of its blood.
  • An object of the invention is to propose a simple solution and effective that facilitates the setting of an endovenous laser used for the treatment of a vein containing blood, with a view to block or partially or completely collapse the vein.
  • the invention firstly relates to a means for calculating an operating parameter of an endovenous laser.
  • the computing means provides a value of the energy (E) of the laser beam, or a value of the power (Pi ase r) of the laser beam for a predetermined emission duration (Wr ), or a value of the emission time (ti aSer ) of the laser beam for a predetermined power (P ⁇ aSer ) of the laser beam, said value being a function of an exponential law which depends on the internal diameter (or radius) of the vein to be treated.
  • ase r (k1 / Pia S er) e k2 Dveme , with Dveine representing the internal diameter of the vein, k1 and k2 being predetermined constants.
  • k1 and k2 depend in particular on the wavelength of the laser.
  • k1 is between 5 and 8; preferably, k2 is between 0.4 and 0.6.
  • the calculation means is implemented in the form of a computer program recorded on a memory medium or in an electronic memory.
  • the calculation means is constituted by an abacus.
  • the invention also relates to an endovenous laser which comprises means for automatically calculating the value of the energy (E) of the laser beam, or the value of the power (Piaser) of the laser beam for a duration of emission predetermined, or the value of the emission time (Wr) of the laser beam for a predetermined power of the laser beam, which calculation means have the aforementioned characteristics.
  • Another object of the invention is a method for controlling an endovenous laser.
  • the value of the energy (E) of the laser beam, or the value of the power (Pi as er) of the laser beam for a predetermined transmission duration, or the value of the transmission duration are set.
  • (Wr) of the laser beam for a predetermined power of the laser beam from a measurement of the cross section of the vein to be treated, and using a calculation means of the invention.
  • the invention also relates to a method of treating a vein by means of a laser beam which is introduced into the vein containing blood to the site to be treated.
  • the cross-section of the vein at the site to be treated is measured and the laser conforms to the aforementioned adjustment method.
  • FIG. 1 is an example of an abacus of the invention providing the laser energy as a function of the internal diameter (D ve ine) of the vein
  • FIG. 2 schematically represents a vein and the laser fiber introduced into the vein
  • FIG. 3 is a cross-section of the vein of FIG. 2
  • FIGS. 4 to 10 are isodiation curves obtained for various internal vein radii
  • FIG. 11 is a block diagram of a laser equipped with specific automatic adjustment means of the invention.
  • FIG. 1 is an abacus providing, in the field of laser treatment of an endovenous vein, an example of a simple relation between the energy E required for the laser beam and the cross section of the vein to be treated, and more particularly in this example the internal diameter Dveine of the vein to be treated.
  • This relationship of FIG. 1 has been obtained by numerical calculation on the basis of the geometrical model below and by means of the numerical calculation method detailed hereinafter.
  • the vein to be treated is a cylinder with a wall (P), containing blood (S) and surrounded by tissue (T).
  • the fiber of the laser is schematically represented and is referenced (f).
  • the optical fiber of the laser is schematically represented and is referenced (f). It is considered that the laser beam F at the output of this optical fiber f is centered on the longitudinal central axis of the vein. It is further considered that the wavelength of the laser beam F is between 800 nm and 1000 nm and is, for example, 980nm.
  • Pi- ase r is the wattage of the laser beam; ⁇ ⁇ ff is the effective absorption coefficient (in mm "1 ), r is the distance (in mm) from the emission point of the laser beam (that is, in practice, the exit point of the fiber of the laser); D characterizes the diffusion (in mm).
  • ⁇ a is the absorption coefficient (in mm "1 )
  • ⁇ ' s is the reduced diffusion coefficient defined by the following equation:
  • ⁇ ' s ⁇ s (lg), where: ⁇ s is the diffusion coefficient (in mm ' 1 ); g is the anisotropic diffusion factor (without unit).
  • ⁇ a and ⁇ ' s vary according to the wavelength of the laser beam. D is defined by the following relation:
  • r is defined by the following relation:
  • x (in mm) is the radial distance measured along the X axis ( Figure 3) with respect to the emission point of the laser beam
  • z (in mm) is the longitudinal distance measured along the Z axis (FIG. 3) with respect to the emission point of the laser beam.
  • the absorbed power (in W / mm 3 ) at each point is calculated using the following relation:
  • laser energy (P ⁇ aSe r) and / or laser emission time] is a variable; the values of the other parameters are fixed in accordance with Table I below and are defined for a wavelength of 980 nm:
  • C (J. g "1, K “ 1 ) is the specific heat capacity
  • p (g, mm “3 ) is the density of the medium.
  • the blood Since the blood is made up like most other tissues, on the one hand water, above 100 0 C the blood has a phase transition. Since the vein is a closed but deformable medium, it is difficult for the temperature of the blood to exceed
  • FIGS. 4 to 10 are determined by numerical calculation, for different internal vein radii.
  • Figures 4 to 10 show the isodiation curves for veins respectively having an inner radius of: 0.5mm;
  • the parameter ⁇ can also be expressed by the following relation:
  • C 0 represents the initial concentration of the cells of the tissue
  • C (t) represents the concentration of undamaged cells at a time t.
  • the standard criterion used to determine the maximum area of damage is to consider that when two-thirds (or about 66%) of the volume is damaged, the effect is irreversible.
  • the parameter ⁇ is equal to 1 (see below / right H2 of FIGS. 4 to 10).
  • a second criterion is also introduced considering that when 10% of the volume is damaged, this is not sufficient to produce an irreversible effect, but this causes a heating that can be felt by the patient (see below / right H1 of the figures 4 to
  • the vertical line H1 corresponds to 10% of damaged tissue
  • the vertical line H2 corresponds to 66% of damaged tissue.
  • the points A1 to A7 in FIG. 1 are obtained from the isodiation curves of FIGS. 4 to 10 in the following manner.
  • the isodiation curve is used, which cuts the limit of the 66% damage (horizontal line H2) to the left of the vertical line V2 (external face of the venous wall) and which is located closest to the external face V2. of the venous wall P.
  • E is the energy of the laser beam expressed in Joules
  • D V ein e is the internal diameter in mm of the vein
  • k1 is equal to 6
  • k2 is equal to 0.5.
  • the invention is not limited to a calculation of energy of the laser beam as a function of the internal diameter of the vein, but in a more general manner covers any means of calculating the energy (power or duration of emission) of an endovenous laser beam depending on the cross section of the vein (in particular diameter or radius, or cross sectional area)
  • any known type of endovenous laser operating in particular (but not exclusively) in 800nm-1000nm wavelengths, whatever the structure of the laser and whatever the associated means (catheter or other) used to penetrate the laser, may be used.
  • the laser used may be pulsed or continuous type.
  • the endovenous laser comprises a laser source which allows a manual adjustment by the practitioner of the emission duration (ti aS er) of the beam and / or the emission power of the laser beam (P ⁇ aSe r), and an output fiber for the laser.
  • the use of the laser is done in two stages: - adjustment of the laser according to the vein to be treated use of the laser set to treat the vein by the endovenous way.
  • Laser adjustment is done in two stages: - adjustment of the laser according to the vein to be treated use of the laser set to treat the vein by the endovenous way.
  • the user of the laser responsible for the adjustment operations is provided with a support (paper to another) comprising at least one abacus of the type of FIG. 1 (specific in this case for a range of time of 5 seconds between each shot and a withdrawal distance of 3mm).
  • the adjustment method is implemented according to the steps following successive
  • treatment of the vein is performed as follows:
  • the optical fiber of the laser is introduced by means of a catheter into the vein up to the farthest initial emission point in the venous region to be treated, the patient having previously undergone local or general anesthesia; the output of the optical fiber of the laser is not in contact with the internal wall of the vein; in addition, it is preferably ensured that the initial emission point is at least 1 cm, and more preferably at least 2 cm from the saphenofemoral junction.
  • a first shot is fired.
  • step (d) is performed before the first step (a) of adjustment, so that the measurement of the internal diameter of the vein is advantageously performed when the fiber of the laser and its catheter are already in operation. place in the vein.
  • the abacus of FIG. 1 can be replaced by an abacus which directly supplies the value of the adjustable parameter (s) of the laser source, that is to say the value of the power of the laser beam (piase) for a duration of predetermined emission (f / aS er), or the value of the emission time of the laser beam (ti aser ) for a predetermined power (pi ase r) of the laser beam, which avoids having to calculate these parameters from energy (E).
  • the adjustable parameter (s) of the laser source that is to say the value of the power of the laser beam (piase) for a duration of predetermined emission (f / aS er), or the value of the emission time of the laser beam (ti aser ) for a predetermined power (pi ase r) of the laser beam, which avoids having to calculate these parameters from energy (E).
  • the equation connecting the energy (E) to the internal diameter of the vein can be implemented in the form of a computer program, which is provided to the user for example by being saved on a preferably removable memory medium of the CDROM or diskette type. It is sufficient for the user to load this program in memory of a common commercial microcomputer.
  • This program is used in step (b) above to adjust the laser.
  • This program is for example designed in a first step to ask the user via the computer screen, enter the value of the input parameter (Dveine), and to allow the user, by means of the keyboard of the computer, to enter said value.
  • the program calculates by means of the aforementioned mathematical formula the value of the corresponding energy E, or if appropriate the value of the power (Pi ase r) of the laser beam for a predetermined transmission duration ( f / ase r), or the value of the laser emission time (t ⁇ ase r) for a predetermined power of the laser beam (Piaser) -
  • an endovenous laser that incorporates a computer program according to the invention for the automatic calculation of the value of the energy of the laser beam (E) or the value of the power (Piaser ) of the laser beam for a predetermined transmission duration (t ⁇ ase r), or the value of the emission time (t ⁇ aser ) of the laser beam for a predetermined power (P ⁇ ase r) of the laser beam.
  • This program is stored, for example, in an electronic memory (of the RAM, EPROM, etc. type) of the endovenous laser, which memory is readable by a processor (for example a microprocessor or microcontroller) of the endovenous laser.
  • the adjustment of the operating parameter of the laser is made manually from the automatically supplied value, for example on a screen of the endovenous laser, from the value of the diameter (Dveine) entered the means of calculation of the endovenous laser.
  • the endovenous laser comprises means 1 for automatically adjusting the operating parameter of the laser (for example transmission duration or power), which adjustment means automatically control the laser source 2 in accordance with it.
  • an input command value (t or P) which is delivered by automatic calculation means 3.

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Abstract

Le moyen de calcul d'un paramètre de fonctionnement d'un laser endoveineux fournit une valeur de l'énergie (E) du faisceau laser, ou une valeur de la puissance (P<SUB>laser</SUB>) du faisceau laser pour une durée d'émission prédéterminée (t<SUB>laser</SUB>), ou une valeur de la durée d'émission (t<SUB>laser</SUB>) du faisceau laser pour une puissance (P<SUB>laser</SUB>) prédéterminée du faisceau laser, ladite valeur étant fonction d'une loi exponentielle qui dépend du diamètre (ou rayon) interne de la veine à traiter.

Description

MOYEN DE CALCUL D'UN PARAMETRE DE FONCTIONNEMENT (ENERGIE, PUISSANCE OU DUREE D'EMISSION) D'UN LASER
ENDOVEINEUX Domaine technique La présente invention concerne le domaine des lasers endoveineux et de leur utilisation pour le traitement local d'une veine contenant du sang, et en particulier pour collapser ou boucher localement la veine. Elle trouve principalement, mais non exclusivement, son application dans le domaine du traitement des varices. Art antérieur
Pour traiter des veines, et notamment des veines variqueuses, en bouchant ou en collapsant localement la veine, il est à ce jour connu d'utiliser des lasers endoveineux qui sont conçus pour être introduits à l'intérieur d'une veine. En pratique, on introduit le laser dans la veine, par exemple au moyen d'un cathéter et d'une fibre optique, jusqu'à la partie de la zone à traiter, puis une fois le laser positionné à l'intérieur de la veine, on effectue les tirs (soit en continu soit de manière discontinue) en retirant progressivement le laser sur une distance fonction de la longueur de la zone veineuse à traiter. Les longueurs d'onde usuellement utilisées sont généralement comprises dans la bande : 800nm-1000nm.
L'utilisation d'un laser endoveineux est préférable à un traitement par laser non invasif en surface, car elle permet un traitement plus efficace avec des risques plus faibles de dommages collatéraux pour les autres tissus, et permet de détruire des veines localisées plus profondément. Dans les brevets américains US 4 564 011 et US 5 531 739, le laser endoveineux est utilisé pour coaguler localement le sang à l'intérieur de la veine, et boucher partiellement ou totalement la veine de manière localisée. Il est de ce fait primordial dans ces méthodes que la veine ne soit pas vidée de son sang. Dans le brevet américain US 6 398 777, il est enseigné d'utiliser un laser endoveineux pour détruire localement les cellules endothéliales et la paroi interne de la veine, en sorte d'obtenir ultérieurement une fibrose locale de la veine, ce qui permet de réduire le diamètre interne de la veine, et le cas échant de collapser totalement la veine.
Selon l'enseignement de ce brevet US 6 398 777, pour obtenir l'effet recherché de fibrose de la veine, il est essentiel, préalablement au traitement laser, de vider le sang de la veine à traiter et d'amener le laser en contact avec la paroi intérieure de la veine à traiter. D'une part, cette méthode oblige à une opération supplémentaire de vidange de la veine, et l'opération de positionnement du laser au contact de la paroi interne de la veine est plus délicate. D'autre part et surtout, on constate en pratique que ce mode opératoire avec vidange de la veine ne peut être adopté, car les risques de destruction irréversible des tissus sains cutanés adjacents à la zone de la veine qui est traitée sont trop importants. Ainsi, à l'inverse de ce qui est préconisé dans ce brevet US 6 398 777, il s'avère en pratique primordial lors du traitement d'une veine par laser endoveineux, que la veine traitée contienne encore du sang.
Quelle que soit la méthode utilisée, lors d'un traitement par laser endoveineux, une difficulté importante pour le praticien réside dans le choix de l'énergie du laser qu'il convient de mettre en œuvre. Une énergie trop faible se traduit par un traitement inefficace. Une énergie trop élevée peut aboutir de manière très préjudiciable à une destruction irréversible des tissus sains adjacents à la veine.
Aujourd'hui le réglage de l'énergie du faisceau laser (réglage de la puissance et/ou de la durée d'émission du laser) est effectué de manière empirique par le praticien en fonction de sa propre expérience. Il y a donc à ce jour un besoin non satisfait de pouvoir déterminer facilement et sans risque d'erreur l'énergie d'un laser endoveineux pour le traitement local d'une veine contenant du sang, en vue de la boucher ou de la collapser partiellement ou totalement. Objectif de l'invention
Un objectif de l'invention est de proposer une solution simple et efficace qui facilite le réglage d'un laser endoveineux utilisé pour le traitement d'une veine contenant du sang, en vue de boucher ou collapser partiellement ou totalement la veine.
Résumé de l'invention Les inventeurs ont mis en évidence que de manière surprenante il existait une relation simple entre l'énergie laser requise pour le traitement endoveineux d'une veine contenant du sang et la section transversale (notamment diamètre ou rayon) de ladite veine avant traitement.
Sur la base de ce constat, l'invention a pour premier objet un moyen de calcul d'un paramètre de fonctionnement d'un laser endoveineux.
De manière caractéristique selon l'invention, le moyen de calcul fournit fournit une valeur de l'énergie (E) du faisceau laser, ou une valeur de la puissance (Piaser) du faisceau laser pour une durée d'émission prédéterminée (Wr), ou une valeur de la durée d'émission (tiaSer) du faisceau laser pour une puissance (PιaSer) prédéterminée du faisceau laser, ladite valeur étant fonction d'une loi exponentielle qui dépend du diamètre (ou rayon) interne de la veine à traiter.
De préférence, le moyen de calcul est conçu pour déterminer l'énergie du faisceau laser au moyen de l'équation suivante : E= k1ek2 Dveine, ou pour déterminer la puissance (Piaser) du faisceau laser au moyen de l'équation suivante : Pιaser = (k1/tιaser)ek2 Dveιne, ou pour déterminer la durée d'émission (t|aser) du faisceau laser au moyen de l'équation suivante : t|aser = (k1/PiaSer)ek2 Dveme , avec Dveine représentant le diamètre interne de la veine, k1 et k2 étant des constantes prédéterminées.
Les valeurs de k1 et k2 dépendent notamment de la longueur d'onde du laser . De préférence, k1 est compris entre 5 et 8 ; de préférence k2 est compris entre 0,4 et 0,6. Dans une variante de réalisation, le moyen de calcul est implémenté sous la forme d'un programme informatique enregistré sur un support mémoire ou dans une mémoire électronique.
Dans une autre variante de réalisation, le moyen de calcul est constitué par un abaque.
L'invention a également pour objet un laser endoveineux qui comporte des moyens de calcul automatique de la valeur de l'énergie (E) du faisceau laser, ou de la valeur de la puissance (Piaser) du faisceau laser pour une durée d'émission prédéterminée, ou de la valeur de la durée d'émission (Wr) du faisceau laser pour une puissance prédéterminée du faisceau laser, lesquels moyens de calcul présentent les caractéristiques susvisées.
L'invention a pour autre objet un procédé de réglage d'un laser endoveineux.
Selon ce procédé, on règle la valeur de l'énergie (E) du faisceau laser, ou la valeur de la puissance (Piaser) du faisceau laser pour une durée d'émission prédéterminée, ou la valeur de la durée d'émission (Wr) du faisceau laser pour une puissance prédéterminée du faisceau laser, à partir d'une mesure de la section transversale de la veine à traiter, et en utilisant un moyen de calcul de l'invention.
L'invention a également pour objet un procédé de traitement d'une veine au moyen d'un faisceau laser qui est introduit à l'intérieur de la veine contenant du sang jusqu'au site à traiter.
Selon ce procédé, on mesure la section transversale de la veine au niveau du site à traiter et on règle le laser conforment au procédé de réglage susvisé. Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et non exhaustif de l'invention, et en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un exemple d'abaque de l'invention fournissant l'énergie laser en fonction du diamètre interne (Dveine ) de la veine, - la figure 2 représente de manière schématique une veine et la fibre laser introduite dans la veine,
- la figure 3 est une coupe transversale de la veine de la figure 2, les figures 4 à 10 sont des courbes d'isodommage obtenues pour différents rayons internes de veine,
- La figure 11 est un synoptique d'un laser équipé de moyens de réglage automatique spécifiques de l'invention.
Description détaillée
La figure 1 est un abaque fournissant, dans le domaine du traitement par laser d'une veine par voie endoveineuse, un exemple de relation simple entre l'énergie E requise pour le faisceau laser et la section transversale de la veine à traiter, et plus particulièrement dans cet exemple le diamètre interne Dveine de la veine à traiter. Cette relation de la figure 1 a été obtenue par calcul numérique sur la base du modèle géométrique ci-après et au moyen de la méthode de calcul numérique détaillée ci-après. Modèle géométrique
Pour les calculs, on utilise le modèle géométrique des figures 2 et 3 . Dans ce modèle, la veine à traiter est un cylindre comportant une paroi (P), contenant du sang (S) et entourée de tissu (T). Sur la figure 2, la fibre du laser est représentée de manière schématique et est référencée (f).
Etant donné que le système présente une symétrie de révolution centrée sur l'axe longitudinal de la veine, les calculs sont effectués dans une section à deux dimensions ayant les paramètres de la figure 3. [Epaisseur de la paroi de la veine : EVΘine ; Rayon interne de la veine : J-
Sur la figure 2, la fibre optique du laser est représentée de manière schématique et est référencée (f). On considère que le faisceau laser F en sortie de cette fibre optique f est centré sur l'axe central longitudinal de la veine. On considère en outre que Ia longueur d'onde du faisceau laser F est comprise 800nm et 1000nm, et vaut par exemple 980nm.
Pour calculer la répartition du faisceau laser dans l'espace, on considère que la propagation du faisceau laser est principalement diffusée par le milieu (régime diffusant dominant), conformément à l'enseignement de la publication suivante :
M. N. lizuka, LA. Vitkin, M. C. Kolios, M. D. Sherar, « The effects of dynamic optical properties during interstitial laser photocoagulation', Phys. Med. Biol. 45 (2000) 1335-1357.
La répartition de la puissance émise en un point donné est donnée par l'équation suivante :
(1) )
Aπ.D.r Où :
Pi-aser est la puissance en Watts du faisceau laser ; μΘff est le coefficient d'absorption effectif (en mm"1) ; r est la distance (en mm) par rapport au point d'émission du faisceau laser (c'est-à-dire en pratique point de sortie de la fibre du laser) ; D caractérise la diffusion (en mm).
μΘff est défini par l'équation suivante :
où : μa est le coefficient d'absorption (en mm"1) ; μ's est le coefficient de diffusion réduit défini lui-même par l'équation suivante :
(3) μ's = μs.(l-g) , où : μs est le coefficient de diffusion (en mm'1) ; g est le facteur de diffusion anisotrope (sans unité). Les valeurs de μa et μ's varient en fonction de la longueur d'onde du faisceau laser. D est défini par la relation suivante :
r est défini par la relation suivante :
où : x (en mm) est la distance radial mesurée selon l'axe X (figure 3) par rapport au point d'émission du faisceau laser ; z (en mm) est la distance longitudinale mesurée selon l'axe Z (figure 3) par rapport au point d'émission du faisceau laser. La puissance absorbée (en W /mm3) en chaque point est calculée en utilisant la relation suivante :
U) Pabs = Ma-Φir)
Lors des calculs, on considère que le premier tir laser se fait toujours au point de coordonnées (0,0) de la figure 3. Lorsque le mode « multi puise » est simulé, on introduit une variable z' qui représente la position relative dans la veine et qui est défini par la relation suivante :
(8) z'=z - zmc où : zinc (en mm) représente la position absolue. Pour calculer la position absolue Zinc de chaque tir selon l'axe longitudinal Z, on utilise un compteur qui est multiplié par la distance entre chaque tir (distance de retrait de la fibre (f) du laser).
Dans le cas d'un tir dit continu avec retrait simultané et progressif de la fibre (f) du laser, on remplace dans la formule (8) précitée la variable Zinc par la formule : (9 ) Zinc = t.v, Où :
- v représente la vitesse de retrait de la fibre ; - 1 représente le temps . Paramètres optiques
Seule l'énergie du laser [puissance du laser (PιaSer) et/ou durée d'émission du laser] est une variable ; les valeurs des autres paramètres sont fixées conformément au tableau I ci-dessous et sont définis pour une longueur d'onde de 980nm :
Tableau I :
Paramètres thermiques Pour le calcul de l'élévation de température et de la diffusion thermique, on utilise l'équation de la chaleur ci-après :
dT(r,t)
(10) V.(k.VT(r,t)) + Pabs = Cp dt ou: T(r,t) représente la température en un point donné et à un instant donné ; k (en W.mm"1.K'1) représente la conductivité thermique ; Cp (J .mm"3.K~1) représente la capacité thermique volumique définie par la relation suivante :
(11) Cp = C.p Où :
C (J. g"1. K"1) est la capacité thermique massique, p (g. mm"3) est la densité du milieu.
Ces paramètres sont fixés avec les valeurs du tableau II ci-après, la température ambiante étant en outre fixée à 37°C : Tableau II
Transition de phase du sang
Etant donné que le sang est constitué comme la plupart des autres tissus, d'une part importante d'eau, au-dessus de 1000C le sang possède une transition de phase. Etant donné que la veine est un milieu fermé mais déformable, il est difficile que la température du sang dépasse
1000C. Par conséquent, une limitation a été introduite dans le modèle consistant à augmenter fortement la capacité thermique lorsque la température du milieu dépasse 1000C.
Calcul des courbes d'isodommage On détermine par calcul numérique les courbes dites d'isodommage des figures 4 à 10, pour différents rayons internes de veine. Les figures 4 à 10 représentent les courbes d'isodommage pour des veines présentant respectivement un rayon interne valant : 0,5mm ;
0,75mm ; 1mm ; 1 ,25mm ; 1,5mm ; 2mm ; 2,5mm. Chaque courbe d'isodommage des figures 4 à 10 est calculée pour un couple déterminé
(puissance du faisceau laser en Watts - durée d'émission du faisceau laser en secondes).
Pour calculer ces courbes d'isodommage des figures 4 à 10, on utilise la relation d'Arrhenius ci-après, selon laquelle l'effet de la température sur un tissu dépend uniquement de deux paramètres : la valeur de la température et le temps pendant lequel cette température est maintenue. - Ea
(12) log(Ω) = log(^) + log[ I exp(— -Z-Λdt]
Le paramètre Ω peut également être exprimé par la relation suivante :
(13) Ω = -ln-^ C o
où : C0 représente la concentration initiale des cellules du tissu,
C(t) représente la concentration des cellules non endommagées à un instant t.
Le critère habituellement utilisé pour déterminer la zone maximale de dégât est de considérer que lorsque les deux tiers (soit environ 66%) du volume sont endommagés, l'effet est irréversible. Dans ce cas le paramètre Ω est égal à 1 (voir infra/ droite H2 des les figures 4 à 10).
On introduit également un second critère en considérant que lorsque 10% du volume sont endommagés, cela n'est pas suffisant pour produire un effet irréversible, mais cela provoque un échauffement qui peut être ressenti par le patient ( voir infra / droite H1 des les figures 4 à
10).
Les paramètres Ea (énergie d'activation) et A (susceptibilité thermique) sont fixés avec les valeurs du tableau III ci-après. Tableau IH
Pour les calculs, on a considéré également que l'on effectuait un tire laser dans la veine toutes les 5 secondes (intervalle de temps entre deux tirs successifs), et qu'entre chaque tire on déplaçait le faisceau laser de 3mm (distance de retrait longitudinale en Z de la fibre (f) du laser entre chaque tir). Sur les figures 4 à 10, on a représenté par deux traits verticaux V1 et V2 respectivement la position des deux faces interne et externe de la paroi P de la veine. A gauche du trait vertical V1 , on se situe dans le sang (S). A droite du trait vertical V2, on se situe dans le tissu (T). Sur les figures 4 à 10, on a représenté par deux trait horizontaux
H1 et H2, les deux seuils précités de dégâts : le trait vertical H1 correspond à 10% de tissus endommagés ; le trait vertical H2 correspond à 66% de tissus endommagés.
On considère que dans la zone située entre les deux traits horizontaux, les tissus sont chauffés et donc en partie dénaturés mais pas de manière irréversible. Au-delà de la limite de 66% (trait horizontal H2), on considère de manière connue en soi que la destruction des tissus est irréversible.
Les points A1 à A7 de la figure 1 sont obtenus à partir des courbes isodommage des figures 4 à 10 de la manière suivante. On retient pour chaque figure la courbe d'isodommage qui coupe la limite des 66% de dommage (trait horizontal H2) à gauche du trait vertical V2 (face externe de la paroi veineuse) et qui se situe au plus près de la face externe V2 de la paroi veineuse P. Par interpolation, l'équation de la courbe reliant les points A1 à A7 de la figure 1 est : (14) E = kxekï-Dveme où :
E est l'énergie du faisceau laser exprimée en Joules ; DVeine est le diamètre interne en mm de la veine ; k1 est égal 6 et k2 est égal à 0,5. Ces valeurs de k1 et k2 correspondent à une longueur d'onde de 980nm.
Bien entendu, cette équation mathématique particulière obtenue par interpolation linéaire, et notamment les valeurs précises ci-dessus pour les coefficients k1 et k2, ne sont pas limitatives de l'invention. En suivant la même démarche de simulation, mais en retenant pour établir la figure 1 , d'autres courbes d'isodommage intersectant la limite des 66% de dommage (trait horizontal H2) dans la région de la paroi veineuse (P) (entre les deux traits verticaux V1 et V2), on peut le cas échéant obtenir une équation qui est différente, mais qui permet néanmoins d'exprimer simplement la relation entre l'énergie requise pour le faisceau laser ( dans l'exemple particulier décrit pour obtenir sensiblement 66% de destruction des tissus de la paroi veineuse P) en fonction du diamètre interne de la veine. Egalement, on peut utiliser la même méthode, mais en optant pour une limite de dégât autre que 66%, la limite de 66% n'étant qu'une valeur préférentielle permettant d'obtenir des effets irréversibles sur la paroi veineuse P.
Des simulations ont également été effectuées en faisant varier la valeur du coefficient d'absorption μa du sang, ce qui revient indirectement à modifier la longueur d'onde du faisceau laser. Les résultats obtenus pour les coefficients k1 et k2 de l'équation (14) sont donnés dans le tableau IV ci-après. Tableau IV
On peut noter, sur le graphe de la figure 1 que pour une veine présentant un diamètre interne trop important (typiquement au delà de 5mm pour le diamètre interne de la veine), l'énergie laser requise pour détruire la paroi veineuse devient trop importante ; ceci s'explique par la présence dans la veine d'une quantité de sang trop importante, qui absorbe de manière importante l'énergie laser diffusée dans le sang avant que celle-ci n'atteigne la paroi veineuse. En pratique, pour des veines présentant un diamètre interne trop important (typiquement supérieur à 5mm), l'énergie laser requise pour détruire la paroi veineuse est trop élevée, et le traitement de ce type de veine n'est donc pas envisageable avec une énergie laser acceptable.
L'invention n'est pas limitée à un calcul d'énergie du faisceau laser en fonction du diamètre interne de veine, mais d'une manière plus générale couvre tout moyen de calcul de l'énergie (de la puissance ou de la durée d'émission) d'un faisceau laser endoveineux en fonction de la section transversale de la veine (notamment diamètre ou rayon, ou surface de la section transversale)
Méthode de traitement des varices ou similaire avec réglage du faisceau laser en fonction de la section transversale de la veine
On peut utiliser tout type connu de laser endoveineux fonctionnant notamment (mais pas exclusivement) dans les longueurs d'onde 800nm- 1000nm, quelle que soit la structure du laser et quel que soit le moyen associé (cathéter ou autre) utilisé pour faire pénétrer le faisceau laser à l'intérieur de la veine. Le laser utilisé peut être de type puisé ou de type continu.
Généralement le laser endoveineux comporte une source laser qui permet un réglage manuel par le praticien de la durée d'émission (tιaSer) du faisceau et/ou de la puissance d'émission du faisceau laser (PιaSer), et une sortie fibrée pour le laser.
L'utilisation du laser se fait en deux temps : - réglage du laser en fonction de la veine à traiter utilisation du laser réglé pour traiter la veine par voie endoveineuse. Réglage du laser
Pour le réglage préalable du laser, on fournit à l'utilisateur du laser chargé des opérations de réglage un support (papier au autre) comportant au moins un abaque du type de celui de la figure 1 (spécifique en l'espèce pour un intervalle de temps de 5 secondes entre chaque tir et d'une distance de retrait de 3mm).
La méthode de réglage est mise en oeuvre selon les étapes successives suivantes :
(a) On localise la région veineuse à traiter (varice) et on mesure par exemple par échographie le diamètre interne de la veine dans cette région ; (b) Au moyen de l'abaque (figure 1), on détermine l'énergie E requise pour le faisceau laser.
(c) On règle, la durée d'émission (tιaser) et/ou la puissance {P/aser) du laser pour obtenir l'énergie (E) requise, étant rappelé que :
E(J) - Plαser(F).tlαseM II convient de noter que ces étapes de réglage (a) à (c) ne sont pas nécessairement mises en oeuvre par le phlébologue, mais peuvent être réalisées par un technicien n'ayant pas nécessairement de compétences chirurgicales.
Traitement Une fois le laser réglé, le traitement de la veine est réalisé de la manière suivante :
(d) On introduit la fibre optique du laser au moyen d'un cathéter dans la veine jusqu'au point d'émission initial le plus éloigné dans la région veineuse à traiter, le patient ayant préalablement subi une anesthésie locale ou générale; la sortie de la fibre optique du laser n'est pas en contact avec la paroi interne de la veine ; en outre, on s'assure de préférence que le point initial d'émission est situé à au moins à 1cm, et plus préférentiellement à au moins 2cm de la jonction saphénofémorale. (e) On déclenche un premier tir.
(f) On procède au retrait de la fibre optique du laser d'un pas fixé par l'abaque (3mm dans le cas de la figure 1), puis après un laps de temps déterminé ( 5 secondes dans le cas de l'abaque de la figure 1 ) on procède à un nouveau tir. Cette étape est réitérée autant de fois que nécessaire pour couvrir sur toute sa longueur la région veineuse devant être traitée. On obtient ainsi une destruction locale et irréversible de la paroi veineuse qui se traduit par une obturation de préférence (mais pas nécessairement) complète de la veine dans la région traitée.
Dans une variante de réalisation, l'étape (d) est réalisée avant la première étape (a) de réglage, de telle sorte que la mesure du diamètre interne de la veine est avantageusement effectuée lorsque la fibre du laser et son cathéter sont déjà en place dans la veine.
Eventuellement, lorsque la pression sanguine dans la région à traiter déforme de manière trop importante la veine (diamètre interne de veine trop important), on peut préalablement au traitement incliner par rapport à l'horizontal le patient en position dite de Tredelenbourg en sorte de faire diminuer cette pression et par là-même de diminuer légèrement le diamètre interne initial de la veine préalablement au traitement.
L'abaque de la figure 1 peut être remplacé par un abaque qui fournit directement la valeur du ou des paramètres réglables de la source laser, c'est-à-dire la valeur de la puissance du faisceau laser {Piaseî) pour une durée d'émission prédéterminée (f/aSer), ou la valeur de la durée d'émission du faisceau laser (tιaser) pour une puissance prédéterminée (Piaser) du faisceau laser, ce qui évite de devoir calculer ces paramètres à partir de l'énergie (E).
Dans une autre variante de réalisation de l'invention, l'équation reliant l'énergie (E) au diamètre interne de la veine peut être implémentée sous la forme d'un programme informatique, qui est fourni à l'utilisateur par exemple en étant enregistré sur un support mémoire de préférence amovible du type CDROM ou disquette. Il suffit à l'utilisateur de charger ce programme en mémoire d'un micro-ordinateur usuel du commerce. Ce programme est utilisé à l'étape (b) précitée pour régler le laser. Ce programme est par exemple conçu dans une première étape pour demander à l'utilisateur via l'écran de l'ordinateur, de saisir la valeur du paramètre d'entrée (Dveine), et pour permettre à l'utilisateur, au moyen du clavier de l'ordinateur, de saisir ladite valeur. A partir de cette valeur entrée par l'utilsateur, le programme calcule au moyen de la formule mathématique précitée la valeur de l'énergie E correspondante, ou le cas échéant la valeur de la puissance (Piaser) du faisceau laser pour une durée d'émission prédéterminée (f/aser) , ou la valeur de la durée d'émission du laser (tιaser) pour une puissance prédéterminée du faisceau laser (Piaser)-
Egalement dans une autre variante de réalisation, on peut concevoir un laser endoveineux qui incorpore un programme informatique conforme à l'invention pour le calcul automatique de la valeur de l'énergie du faisceau laser (E) ou de la valeur de la puissance (Piaser) du faisceau laser pour une durée d'émission (tιaser) prédéterminée, ou de la valeur de la durée d'émission (tιaser) du faisceau laser pour une puissance (Pιaser) prédéterminée du faisceau laser. Ce programme est par exemple stocké dans une mémoire électronique (du type RAM, EPROM,..) du laser endoveineux laquelle mémoire est accessible en lecture par un processeur (par exemple microprocesseur ou microcontrôleur) du laser endoveineux.
Dans une réalisation simple, le réglage du paramètre de fonctionnement du laser (énergie, puissance ou durée d'émission) est effectué manuellement à partir de la valeur fournie automatiquement, par exemple sur un écran du laser endoveineux, à partir de la valeur du diamètre (Dveine) entrée dans les moyens de calcul du laser endoveineux.
Dans une réalisation plus sophistiquée (figure 11), le laser endoveineux comporte des moyens 1 de réglage automatique du paramètre de fonctionnement du laser (par exemple durée d'émission ou puissance), lesquels moyens de réglage pilotent automatiquement la source laser 2 en en fonction d'une valeur de consigne d'entrée (t ou P) qui est délivrée par des moyens de calcul automatique 3.

Claims

REVENDICATIONS
1. Moyen de calcul d'un paramètre de fonctionnement d'un laser endoveineux, caractérisé en ce qu'il fournit une valeur de l'énergie (E) du faisceau laser, ou une valeur de la puissance (Piaser) du faisceau laser pour une durée d'émission prédéterminée (tιaSer), ou une valeur de la durée d'émission (t|aser) du faisceau laser pour une puissance (Piaser) prédéterminée du faisceau laser, ladite valeur étant fonction d'une loi exponentielle qui dépend du diamètre (ou rayon) interne de la veine à traiter.
2. Moyen de calcul selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est conçu pour déterminer l'énergie du faisceau laser au moyen de l'équation suivante : E= kie k2 Dveιne j ou pour déterminer la puissance (Piaser) du faisceau laser au moyen de l'équation suivante : P|aSer = (k1/tiaser)ek2 Dveιπe, ou pour déterminer la durée d'émission (Wr) du faisceau laser au moyen de l'équation suivante : t|aser =
(k1/Piaser)ek2 Dveιne , avec Dveine représentant le diamètre interne de la veine, k1 et k2 étant des constantes prédéterminées.
3. Moyen de calcul selon la revendication 2 caractérisé en ce que k1 est compris entre 5 et 8. 4. Moyen de calcul selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que k2 est compris entre 0,
4 et 0,6.
5. Moyen de calcul selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est implémenté sous la forme d'un programme informatique enregistré sur un support mémoire ou dans une mémoire électronique.
6. Moyen de calcul selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est constitué par un abaque.
7. Laser endoveineux caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de calcul automatique (3) de la valeur de l'énergie (E) du faisceau laser, ou de la valeur de la puissance (Piaser) du faisceau laser pour une durée d'émission prédéterminée, ou de la valeur de la durée d'émission (Wr) du faisceau laser pour une puissance prédéterminée du faisceau laser, lesquels moyens de calcul sont conformes à l'une des revendications 1 à 5.
8. Procédé de réglage d'un laser endoveineux caractérisé en ce qu'on règle la valeur de l'énergie (E) du faisceau laser, ou la valeur de la puissance (PιaSer) du faisceau laser pour une durée d'émission prédéterminée, ou la valeur de la durée d'émission (tιaser) du faisceau laser pour une puissance prédéterminée du faisceau laser, à partir d'une mesure de la section transversale de la veine à traiter, et en utilisant un moyen de calcul visé à l'une quelconque des revendications 1 à 6.
9. Procédé de traitement d'une veine au moyen d'un faisceau laser qui est introduit à l'intérieur de la veine contenant du sang jusqu'au site à traiter, caractérisé en ce qu'on mesure la section transversale de la veine au niveau du site à traiter et on règle le laser conforment au procédé de réglage de la revendication 8.
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