EP4347010A1 - Dispositif à multi-émetteurs d'énergie laser et ensemble de traitement thermique associé - Google Patents

Dispositif à multi-émetteurs d'énergie laser et ensemble de traitement thermique associé

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EP4347010A1
EP4347010A1 EP22717864.7A EP22717864A EP4347010A1 EP 4347010 A1 EP4347010 A1 EP 4347010A1 EP 22717864 A EP22717864 A EP 22717864A EP 4347010 A1 EP4347010 A1 EP 4347010A1
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EP
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laser
sheath
target region
optical fibers
distal end
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Application number
EP22717864.7A
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Inventor
Bruno Quesson
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Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Universite de Bordeaux
Fondation Bordeaux Universite
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Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Universite de Bordeaux
Fondation Bordeaux Universite
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Filing date
Publication date
Application filed by Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM, Universite de Bordeaux, Fondation Bordeaux Universite filed Critical Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
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    • A61N2005/0659—Radiation therapy using light characterised by the wavelength of light used infrared

Definitions

  • the present invention relates to the field of treatment of a biological tissue using a localized variation of the temperature under guidance by intraoperative imaging.
  • the invention relates to a device with multiple laser energy emitters capable of emitting a plurality of laser beams to induce in biological tissue a 3D temperature variation corresponding to a predefined target region of any shape. and potentially asymmetric.
  • the invention also relates to a heat treatment assembly comprising such a device with multiple laser energy emitters coupled to an MRI imaging device.
  • a first category of heat treatment can be distinguished, which consists in depositing a dose of energy in a target region of a biological tissue via energy-generating means positioned at a distance (focused ultrasound or radiofrequency by induction ) and a second category of thermal treatment which consists in depositing a dose of energy in the target zone by percutaneous or vascular route (radiofrequencies, laser, microwaves, cryotherapy).
  • the heat treatment system of the present invention belongs to the second category.
  • a so-called “preoperative planning phase” aims to evaluate the 3D extension of the target region using to appropriate imaging techniques, for example by computed tomography (which may be designated by "CT”) or by Magnetic Resonance Imaging (which may be designated by "MRI”), capable of determining the size, number, location and the shape of the target region(s).
  • CT computed tomography
  • MRI Magnetic Resonance Imaging
  • the planning phase also aims to prepare the treatment which consists in defining the treatment instructions, namely the dose of thermal energy to be delivered in a volume according to the functional characteristics of the biological tissue to be treated, the size of the target region and the severity of the pathological tissue.
  • a target region which includes the pathological tissue visible in imaging and possibly a minimum safety margin to be respected, defined by the practitioner around the pathological tissue. This target region must undergo an appropriate temperature variation in order to treat the pathological tissue.
  • the target region is generally surrounded by a region whose tissue is healthy and should ideally not undergo a deleterious thermal variation during the thermal treatment.
  • this region which surrounds the target region one or more critical regions to be preserved (organs and/or vital structures) can be distinguished.
  • the tissues should ideally not undergo a temperature variation during the heat treatment. However, any variation in temperature is not considered critical for the patient.
  • the lack of adaptability between the shape of the effective temperature distribution and the shape of the target region can lead to insufficient energy deposition in certain areas of the target region and/or possible energy deposition unwanted in a critical region to preserve.
  • One of the consequences of this lack of adaptability of the shape of the lesion is the increase in the number of incomplete treatments and the associated risks of local recurrence. Similarly, the risks of altering healthy biological tissues are accentuated, increasing the risk of potentially serious side effects.
  • optical fibers it is known to use an optical fiber or a set of optical fibers to deposit a dose of laser energy in contact with the target region. Indeed, the use of optical fibers makes it possible to bring its distal end into direct contact with the target region and to deposit therein the thermal energy required by absorption of light energy emitted using a laser source.
  • a known exemplary embodiment is a device which comprises a main sheath integrating an optical fiber or a set of optical fibers.
  • the distal end of the sheath includes an opening through which the end of the fiber optic or fiber optic assembly emits radiation light energy to locally treat the target area.
  • One of the aims of the present invention is therefore to provide a transmission device having a plurality of optical fibers whose direction of transmission can be different for each fiber and dynamically adjustable during the treatment, in order to be able to create a treatment in accordance with the therapeutic objective.
  • Another object of the present invention is to be able to provide a device which is capable of controlling and modulating the light power and the wavelength of each laser fiber emitted independently. Adjusting the wavelength makes it possible to modulate the depth of induced heating, since biological tissues absorb light differently depending on their wavelengths.
  • Another object of the present invention is to be able to provide a device which is capable of controlling and modulating the light power and the moment of emission of each optical fiber in order to generate and adjust in real time during processing a 3D distribution with a geometric shape adapted to the geometric shape of the target region.
  • Another object of the present invention is to provide a device making it possible to measure the temperature in real time at the distal end of the device, thus providing a means of measuring temperature complementary to the thermometric imaging system.
  • a laser device with multiple laser energy emitters is proposed for thermally treating a target region of a biological tissue, comprising:
  • At least one sheath having a longitudinal axis (AA') and comprising a proximal end and a distal end intended to face the target region;
  • each of the optical fibers being adapted to guide a heat treatment laser beam towards the target region and to deposit laser energy in the region target;
  • the distal ends of at least two optical fibers being configured to each emit a laser beam in a different direction of emission with respect to the longitudinal axis of the sheath;
  • a system of laser sources configured to generate at least two laser beams, said at least two laser beams having different or identical wavelengths with an adjustable light power;
  • a laser beam control unit configured to control the laser source system so as to select the wavelength, the light output, the duration of the laser energy deposition and the moment of emission of each of the guided laser beams and emitted by the optical fibers in the direction of the target region so as to generate and dynamically adjust a 3D thermal distribution having a geometric shape adapted to the geometric shape of the target region.
  • the distal end of at least two optical fibers is positioned at a different distance relative to a surface of the distal end of the sheath.
  • the distal end of the optical fibers is configured to emit a laser beam in an emission direction oriented at an angle ⁇ between 0 and 180° relative to the longitudinal axis of the sheath.
  • the laser source system comprises a plurality of monochromatic laser sources.
  • the laser source system is adapted to generate at least two laser beams of different laser wavelengths by optical fiber.
  • the device further comprises a plurality of transmission optical fibers capable of transmitting the laser beams generated by the laser source system to the optical fibers of the sheath.
  • the device further comprises a temperature sensor.
  • the temperature sensor is a detection optical fiber capable of detecting a temperature variation in the target region.
  • said plurality of heat treatment optical fibers is distributed according to radial symmetry around the detection optical fiber.
  • the device further comprises connection means capable of connecting the optical fibers of the sheath with the transmission optical fibers of the laser source system.
  • the sheath comprises at least one lumen suitable for the injection of a pressurized therapeutic substance intended to be ejected in the direction of the target region.
  • the sheath comprises a closed cooling circuit suitable for transporting a cooling liquid intended to cool part of the distal end of the sheath.
  • the closed cooling circuit is formed by at least two lights provided in the sheath.
  • the cooling circuit is formed by a cooling sheath surrounding the sheath comprising the optical fibers and a light provided in the sheath.
  • an assembly for heat treatment of a target region of a biological tissue comprising:
  • a laser device with multiple laser energy emitters as defined above to treat the target region; - a magnetic resonance imaging system configured to generate anatomical images and thermometric images of the target region.
  • Figure 1 shows a laser device with multiple laser energy emitters according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 Figure 2 shows a laser device with multiple laser energy emitters according to another embodiment
  • FIG. 3 schematically shows a perspective view of a sheath comprising a set of optical fibers
  • Figure 4 schematically shows a side view and in section of a set of three processing optical fibers in a sheath according to an exemplary embodiment
  • FIG. 5 schematically shows a perspective view of an embodiment in which the device comprises three sheaths, each of the sheaths comprises a set of five optical fibers;
  • FIG. 6A shows a cross-sectional and front view of an exemplary embodiment of a sheath provided with five lumens intended to receive processing optical fibers and a sixth central lumen intended to receive a temperature sensor or to injection of coolant or therapeutic substance;
  • FIG. 6B shows a cross-sectional and front view of an embodiment of a sheath of Figure 6A provided with two additional slots to form a closed cooling circuit;
  • FIG. 6C shows a cross-sectional and front view of an exemplary embodiment of an optical sheath of FIG. 6A surrounded by a cooling sheath to form a closed cooling circuit with the central lumen;
  • Figure 7 shows a heat treatment assembly according to one embodiment of the invention comprising a multi-emitter laser device coupled to an MRI imaging device;
  • FIG. 8A schematically shows a sheath comprising six processing optical fibers capable of emitting six light energies.
  • FIG. 8B shows six temperature images obtained by MRI thermometry with the sheath of Figure 8A, each temperature image being obtained simultaneously with the activation of a single optical fiber and each optical fiber being activated sequentially one after the other ;
  • FIG. 8C Figure 8C shows a temperature image obtained with the sheath of Figure 8A, during the simultaneous activation of the six optical fibers with the same power;
  • FIG. 9 Figure 9 schematically shows an example of use with two sheaths whose distal ends are positioned on either side of a target region;
  • Figure 10 schematically shows an embodiment of a laser source system that can generate two laser beams of different wavelengths per processing optical fiber.
  • FIG. 11 Figure 11 schematically shows a front view of a laser source system comprising six optical fibers.
  • Figure 12 shows photographs of the individual laser beams emitted by each of the six optical fibers in Figure 11.
  • FIG. 13 shows temperature images obtained by MRI thermometry during a sequential activation of each of the optical fibers and the curves of the graph show the evolution of the temperature in six pixels, each pixel being selected in an angular sector covered through a different fiber optic.
  • FIG. 14 shows temperature images obtained by MRI thermometry for three different activation configurations generating three geometric shapes of thermal distribution: triangle (a), ellipse (b), and semicircle (c), each image displayed being chosen at the moment of the end of the laser emission, corresponding to the maximum elevation of the temperature by the selected diodes, the numbered points indicated on each image are the pixels selected to display the time evolution curves of the temperature on the graphs on the right. Definitions
  • target region means a region comprising the pathological tissue to be treated visible in imaging and a region which surrounds the pathological tissue.
  • the extent of the neighborhood around the pathological tissue is defined by the practitioner.
  • the target region must undergo a temperature variation in order to treat the pathological tissue.
  • the region is denoted by Rc in Figure 7.
  • a 3D anatomical image is a reconstructed image representing the anatomy of the target region and its environment. This 3D anatomical image can be obtained by different imaging techniques.
  • a 3D temperature image is a 3D image representative of a spatial distribution of the temperature of the target region and of the region which surrounds it.
  • the 3D temperature image is obtained by an MRI magnetic resonance imaging device, using a temperature-sensitive imaging sequence and a real-time image processing device that calculates and displays temperature variations in the target region and the region surrounding it.
  • proximal denotes a part or part of the device which is located close to the operator or the practitioner when the latter uses the device
  • distal denotes a part or a part of the device which is away from the operator during this use.
  • the invention will more particularly be described in the case of a heat treatment of a target region and of a temperature variation detection during the heat treatment.
  • This is however not limiting, insofar as the system can be used in conjunction with the injection of a treatment solution or other types of fluids, introduced into a lumen of the sheath provided for this purpose.
  • FIG. 1 schematically represents a device with multiple laser energy emitters 1 according to one embodiment of the invention.
  • the device 1 comprises a plurality of optical fibers 123, 124, 125, 126, 127, 128 intended to transport a plurality of laser beams towards a target region of a biological tissue, a system of laser sources 19 and a unit control main 10.
  • the laser source system 19 is configured to generate a plurality of laser beams intended to be injected into the optical fibers and guided by the optical fibers towards the target region.
  • a part of the plurality of laser beams is intended to irradiate the target region so as to induce a temperature variation and/or to activate molecules present in a solution previously deposited in the target region.
  • the main control unit 10 is configured to control the laser source system 19 so as to select the wavelength, the light power, the duration of the laser energy deposition and the moment of emission of each of the laser beams. treatment for each of the optical fibers.
  • the device also comprises one or more temperature sensors whose function is to measure the temperature of the target region in contact with the sheath.
  • the temperature sensor is formed by one of the optical fibers and at least one laser beam among the plurality of laser beams emitted by the optical fibers is intended to detect a variation in the temperature of the target region during heat treatment.
  • the laser beam control unit 10 is also configured to receive a detection laser beam coming from this optical fiber dedicated to temperature measurement.
  • the temperature sensor can for example be a thermocouple inserted into one of the openings of the sheath.
  • the thermocouple is connected to the laser beam control unit 10.
  • the optical fibers 123, 124, 125, 126, 127, 128 are held in a sheath 150 which has the function of holding the optical fibers together.
  • the sheath 150 is in the form of a flexible or rigid body, depending on the targeted therapeutic application, of substantially cylindrical shape having a longitudinal axis AA′.
  • the sheath comprises a proximal end 151 and a distal end 152 intended to face the target region.
  • the sheath 150 is made of a material compatible with a surgical intervention and adapted to let the light beams emitted by the optical fibers pass.
  • the sheath is provided with lumens and each of the lumens encloses an optical fiber which extends between the distal end 152 and the proximal end 151 of the sheath 150.
  • the sheath is in the form of an end piece capable of being connected in a detachable manner to the system of laser sources 19.
  • the sheath has, for example, an external diameter of 1.8 mm and a diameter 1.2 mm internal.
  • the sheath can be covered with a protective surface which can darken due to the absorption of the light ray, it will be possible to change the protective surface without changing the set of optical fibers.
  • the processing and detection optical fibers have a diameter of between 50 ⁇ m and 1000 ⁇ m, preferably between 100 and 400 microns.
  • the five optical fibers 123, 124, 125, 126, 127 are, for example, processing optical fibers each capable of transmitting a light beam having a wavelength suitable for processing the target region
  • the sixth optical fiber 128 is a detection fiber and has the function of measuring a temperature variation of the target region.
  • the optical fibers intended to transmit a light beam dedicated to the heat treatment are designated by the term "treatment fiber” or "transmitter” and the optical fiber dedicated to the detection of a temperature variation by the term “sensing fiber”.
  • the five light beams emitted by the five emitters or treatment fibers can each cover, for example, an angular sector at an angle of 72°, so as to emit according to a complete revolution of 360°.
  • the sheath 150 can comprise ten optical transmitters which each make it possible to cover an angular sector of 36°.
  • the number of transmitters is not limiting.
  • the example arrangement shown in Figures 1, 2, 3 and 4 is not limiting and may vary according to need.
  • the distal end of each of the treatment fibers can be positioned at different distances L relative to the distal end of the sheath, making it possible to modulate the relative position of each of the optical fibers in the direction of the length of the sheath.
  • each of the emitters is configured so as to emit a light beam oriented in a different direction.
  • the distal end of each of the optical fibers is for example polished so as to emit a laser beam whose direction of emission is oriented at an angle a defined with respect to the main axis AA' of the optical fiber. This angle can be between 0° and 180°. It is thus possible to obtain a set of optical fibers capable of emitting a set of light beams which each illuminate a predefined angular sector.
  • the combination of the different light beams emitted by the distal end of each of the emitters with a different direction of emission and at different distal positions along the sheath makes it possible to generate lesions of dimensions and geometries adapted to the shape of the target region.
  • Figure 4 shows an example of sheath 150 comprising three treatment fibers or transmitters 123, 124, 125.
  • the distal end of each of the treatment transmitters 123, 124, 125 is respectively positioned at a different distance L1, L2 , L3 relative to the distal end 152 of the sheath.
  • Each of the emitters emits a light beam in a different direction, thus covering a different angular sector.
  • Each of the three directions is defined here by a different angle a1, a2, cr3 comprised between the axis of symmetry of the beam and the main axis AA' of the optical fiber.
  • the angle a can be between 0° and 180°.
  • the device may also comprise a plurality of optical ducts.
  • the device may comprise for example three optical sheaths 210, 220, 230.
  • Each of the optical sheaths 210, 220, 230 here comprises for example respectively five processing optical fibers 211, 212, 213, 214, 215, 221, 222, 223, 224, 225, 231, 232, 233, 234, 235 and a central detection optical fiber 216, 226, 236.
  • the light beams transported by the fibers of the same set can by example have different wavelengths, different powers, different emission durations and different emission times.
  • they may have different emission directions and different distal emission positions along the sheath.
  • the sheath comprises five slots 153, 154, 155, 156, 157 arranged in radial symmetry around a central slot 158.
  • the peripheral slots 153, 154, 155, 156, 157 are each intended, for example, to receive a processing optical fiber.
  • the central lumen 158 of the sheath is intended to pass the temperature sensor, for example an optical detection fiber 128 or a thermocouple whose function is to measure the temperature. This temperature measurement makes it possible to check any deviation between the temperature measured at the end of the optical fiber and the temperature measured by an MRI Magnetic Resonance imaging device.
  • a known technique consists in using an optical fiber provided with a Bragg grating inscribed in the heart of the fiber.
  • the Bragg grating consists of a periodic and longitudinal modulation of the refractive index of the single mode fiber core.
  • the Bragg grating reflects light at the Bragg wavelength.
  • the fiber undergoes a relative elongation as well as a variation in refractive index, which results in a variation in the reflected wavelength.
  • the sheath comprises an additional lumen which makes it possible to convey, for example, a therapeutic solution intended to be deposited in the target region.
  • the injected solution is a solution comprising for example molecules that can be activated by temperature, for example anticancer agents encapsulated in a heat-sensitive nanovehicle.
  • the emitters or the treatment fibers each emit a light beam in the direction of the target region in order to thermally activate the molecules of the solution.
  • the sheath 150 may comprise two slots 159, 160 intended for the circulation of a cooling liquid by forming a closed circuit and another slot 158 intended to deliver a therapeutic substance.
  • Port 160 is for the coolant inlet and port 159 for the coolant return.
  • the central port 158 can be used as a cooling fluid inlet and the two other ports 159, 160 as a cooling fluid return. All three lights form a closed circuit.
  • the optical sheath 150 which comprises the set of optical fibers is surrounded by a cooling sheath 161.
  • the cooling fluid arrives via the central lumen 158 and is returned via the cooling duct 161 .
  • This configuration of the cooling circuit makes it possible to have more homogeneous cooling over the entire distal part of the sheath.
  • the lumen comprises an inlet orifice located on a proximal end surface of the sheath and an outlet or injection orifice on the surface of the distal end. of the sheath.
  • the inlet port is connected to a piston intended to inject the therapeutic substance into the lumen provided for this purpose.
  • the injection rate of the solution flowing through the lumen is controlled so that the therapeutic substance can be directed and ejected towards the target region.
  • Other embodiments are possible in order to eject the substance in the target region.
  • the laser source system 19 is adapted to generate a plurality of laser beams for the thermal treatment of the target region and possibly the detection of a temperature variation in the case where the temperature sensor is an optical fiber.
  • the number of laser beams generated by the laser source system 19 is not limiting. According to an exemplary embodiment and with reference to FIG. 10, the laser source system 19 can generate, for example, two laser beams of different wavelength per processing optical fiber 123, 124, 125, 126, 127. Thus, for the device of FIG. 1 which comprises five treatment optical fibers and one detection optical fiber 128, the laser source system is configured to generate ten treatment laser beams and one detection laser beam.
  • the laser beams generated for each optical fiber can have identical or different wavelengths and light powers.
  • the laser source system 19 generates two laser beams for each processing optical fiber, it is therefore possible to select one of the two wavelengths A1 or K2 and one of the two light powers of the processing light beam transported and emitted by the processing optical fiber.
  • the laser beams are generated by means of a plurality of monochromatic laser sources.
  • Each of the monochromatic laser sources generates a light beam at a given wavelength.
  • the use of a plurality of treatment wavelengths makes it possible to adjust the depth of penetration of the beam into the tissue of the target region.
  • the source system comprises six laser diodes 23, 24, 25, 26, 27, 28 to generate five treatment laser beams and a detection laser beam, each of the beams possibly having her own wavelength and its own luminous power.
  • the source system can also comprise for example three diodes which emit at 976 nm and three diodes which emit at 793 nm.
  • Each of the diodes is associated with its own power supply unit 13, 14, 15, 16, 17, 18 and can be controlled individually by an electronic control unit 12.
  • the system may comprise a plurality of monochromatic laser sources, for example laser diodes, associated with each optical fiber.
  • monochromatic laser sources for example laser diodes
  • the central control unit 10 is connected to the electronic control unit 12 in order to transmit control signals to the control unit 12 to drive the diodes individually and independently of each other.
  • the central control unit 10 comprises a laser beam control unit 31 and a display unit 32.
  • the beam control unit 31 is configured to send the control signals to the electronic control unit 12 to adjust the heat treatment parameters for each of the laser beams which are the wavelength, the duration of the emission of the laser beam, the moment of emission of the laser beam and the light power of the laser beam.
  • the laser beam control unit 31 also receives data from a temperature measurement acquisition unit measured by a temperature sensor, for example by the distal end of a detection fiber or by a thermocouple.
  • the temperature measurement acquisition unit is housed in the source system 19.
  • the display unit 32 makes it possible to display these temperature data coming from the temperature sensor.
  • the beam control unit 31 is configured to select the light power of the laser beam transmitted to each of the transmitters. In the case where there are for example two laser beams generated by optical fiber, it is possible to select for example one of the two light powers for each optical fiber.
  • the laser beam control unit 31 is configured to select the wavelength of the light beam conducted and emitted by each of the emitters in order to be able to modulate the depth of penetration of the laser beam into the tissue of the target region. In the case where there are for example two laser beams generated by optical fiber, it is possible to select for example one of the two wavelengths for each optical fiber.
  • the beam control unit 31 is configured to select the duration of emission of each treatment fiber and the moment of emission of each treatment fiber so as to generate a thermal distribution with a specific geometric shape, adapted in particular to the geometric shape of the target region to induce a temperature variation. According to an exemplary embodiment, it is possible to activate the processing optical fibers sequentially or simultaneously for part of the processing optical fibers. Possible usage examples are shown in Figures 8A-8C, Figures 11-14.
  • each of the three processing optical fibers conducts and emits a light beam having its own light power P1, P2, P3, its own wavelength l1, l2, A3 , and its own emission duration t1, t2, t3. It is also possible to envisage three different emission times and three different emission durations for the three processing optical fibers.
  • the optical fibers are adapted to each transport a laser beam from the proximal end of the sheath to the distal end of the sheath.
  • the proximal end of the optical fibers of the sheath is connected to the laser source system 19 by connections provided for this purpose in the proximal zone of the sheath and which will be detailed below.
  • Figure 1 schematically shows an example of connection connectors intended to connect the optical fibers and the laser source system 19.
  • the connection connectors are shown detached from one of the other.
  • the sheath 150 comprises at its proximal end a single connector 130 intended to engage in a connection connector 30 of the laser source system 19.
  • the light beams generated by the laser source system 19 are guided by a plurality of optical transmission fibers 43, 44, 45, 46, 47, 48 towards the optical connector 30.
  • the optical transmission fibers are fibers equivalent to the optical fibers in the sheath, and can be of the same structure. The use of these transmission optical fibers makes it possible to install the laser source system 19 and the main control unit 10 in a room far from the room containing the MRI imaging device. Once the sheath is positioned in the patient's body by the practitioner, the latter can use the central control unit 10 to adjust the various parameters of the laser beam during the treatment phase.
  • transmission fibers makes it possible to route the light beams from the control part to a distance close to the patient, thus making it possible to jointly use the device with multiple laser energy emitters of the present invention.
  • invention with an MRI device without creating interference between the MRI device and the electronic components of the laser source system 19.
  • the length of the transmission optical fibers is between 10 meters and 15 meters.
  • the transmission optical fibers are protected by a plastic sheath in order to protect them against any possible external disturbance.
  • the connector 130 of the sheath 150 comprises connection lugs on a flat connection surface.
  • the source system connector 30 includes connection ports on a connection surface.
  • the connection lugs are capable of being introduced into the orifices to bring the two connection connectors into engagement.
  • the connecting tabs are introduced into the holes, the two connecting surfaces are in contact so that the ends of the optical fibers of the sheath come into contact respectively with the ends of the transmission optical fibers to connect the optical fibers between them.
  • the optical connectors are mutually engageable to optically couple the plurality of optical fibers from the sheath to the plurality of transmission optical fibers of the laser source system 19.
  • the sheath 150 is thus detachably connected to the laser source system 19 via the optical connectors 30, 130 which allow easy manual connection and disconnection.
  • the connectors are made in such a way as to be compatible with MRI.
  • Figure 2 illustrates another example of optical connection between the optical sheath 150 and the source system 19.
  • the processing and detection optical fibers are each provided at their proximal end with an individual optical connector 133, 134, 135, 136, 137, 138, and the transmission optical fibers are also provided at their distal end with an individual optical connector 33, 34, 35, 36, 37, 38.
  • the connectors allow easy manual connection and disconnection between cladding and source system 19.
  • the device with multiple laser energy emitters of the present invention can be integrated into a heat treatment assembly.
  • such a heat treatment assembly comprises:
  • an MRI 50 imaging device configured to provide 3D anatomical images of the target region as well as temperature images of the target region throughout the duration of the treatment.
  • the assembly also includes an image construction unit 51 configured to provide 3D anatomical images and 3D temperature images from the data acquired by the MRI device.
  • an image construction unit 51 configured to provide 3D anatomical images and 3D temperature images from the data acquired by the MRI device.
  • the central control unit 10 of the multi-transmitter device and the image construction unit 51 can be integrated into a single and same entity.
  • the display unit 32 of the central control unit 10 is connected to the image construction unit 51 and also makes it possible to display the temperature images in real time during the treatment and the measurements of temperature transmitted by the temperature sensor of the multi-transmitter device 1 .
  • unit display 32 comprises a data entry interface, thus allowing the practitioner to enter data to adjust the wavelength, the light power, the duration of emission and the moment of emission of each of the light beams generated by the system of laser sources and intended to be transported and emitted by the optical fibres.
  • the target region is a region in which the biological tissue must undergo a temperature variation. This region must be of an appropriate size to ensure the destruction of all of the pathological tissue while preserving the tissues in the vicinity of the target region.
  • the evaluation of the spatial extension of the target region is carried out by the practitioner in a phase called “preoperative planning phase” from data relating to anatomical images of the target region. This phase also makes it possible to determine the complex geometric shape and the location of the target region.
  • FIG. 7 there is schematically represented an organ comprising a target region, called Rc, surrounded by healthy regions.
  • the practitioner defines an intervention strategy which consists in defining:
  • FIGS. 8A, 8B and 8C two examples of possible use of the same optical cladding are described.
  • Figure 8A schematically illustrates an optical sheath 150 with a radial distribution of six optical fibers positioned at the distal end of the sheath. Each of the optical fibers is able to emit a laser beam numerically referenced F1, F2, F3, F4, F5 and F6.
  • Figure 8B shows six temperature images obtained by the MRI imaging device.
  • Each temperature image is obtained simultaneously with the activation of a single optical fiber, each optical fiber being activated sequentially one after the other.
  • the temperature images clearly show six heated zones in distinct angular sectors.
  • the temperature distributions around the optical cladding are more or less extensive, due to a different power delivered on each optical fiber.
  • Figure 8C shows a temperature image obtained during simultaneous activation of all six optical fibers with the same power.
  • the temperature image shows a substantially circular temperature rise around the optical cladding 150.
  • each of the sheaths 240, 250 comprises here for example respectively three optical fibers 241, 242, 243, 251, 252, 253. Thanks to the technical solution of the present invention, it is thus possible to activate only the two optical fibers 241, 242, 251, 252 whose laser beams are emitted in the direction of the target region, and to leave inactive the third optical fiber whose emitted laser beam covers an angular sector situated in a healthy region to be preserved from the biological tissue. In addition, it is also possible to select a different wavelength, light power and laser energy deposition time for each of the four emitted laser beams so that a 3D thermal distribution that matches the geometric shape can be generated. 3D of the target region.
  • the laser device comprises six optical fibers, encapsulated in a single sheath.
  • the diameter of each optical fiber is 200 ⁇ m and the final cladding diameter is 2 mm.
  • the distal end of each fiber has been machined to ensure radial propagation of each individual laser beam in a different direction, to provide 60° angular coverage for each fiber, with all six fibers distributed in 360° radial symmetry .
  • each laser fiber is connected to a laser diode having a wavelength of 976 nm and a power of 9 W maximum.
  • Each laser diode is individually controlled by a laser beam control unit configured to control the laser diodes so as to dynamically adjust the wavelength, light output, duration of laser energy deposition, and timing of emission of each of the laser beams guided and emitted by the optical fibers in the direction of the target region during the shot. This adjustment is possible at the start of transmission by the control unit and can be adjusted during transmission.
  • Figure 12 shows six photographs of the individual emission beams of each optical fiber of the device of Figure 11. Each individual laser beam is visualized by connecting a laser diode in the visible range, for example at a wavelength of 532 nm.
  • the operation of the laser device of FIG. 11 is then validated by MRI thermometry.
  • the distal end of the fibers surrounding by the sheath, called the probe here, is introduced into a gel containing gelatin.
  • the assembly is positioned in the center of a magnetic resonance imaging device (MRI) operating at 1.5T. Marking imaging is performed in order to visualize the probe and the gel, and to position the thermometry sections perpendicular to the axis of the probe, encompassing the area illuminated by all the fibers.
  • MRI temperature imaging is performed with a fast gradient echo sequence (“Echo planar imaging” technique) and comprises 10 slices (resolution in the plane of 1.4 mm, slice thickness of 3 mm) which are recorded continuously (dynamic imaging) over a total duration of several minutes with a frequency of 2 second refresh.
  • the parameters of the thermometry acquisition technique are: echo time of 18 ms, field of view of 180x180 mm2, tilt angle of 60°, GRAPPA acceleration by a factor of 2, bandwidth by 1446 Hz pixel.
  • the images are processed in real time by a calculation unit to obtain temperature maps from phase images. These temperature maps are displayed in real-time color code in a graphical interface. Characteristic points can be identified on the image to select one or more of the pixels in which the temporal evolution of the temperature will also be displayed.
  • each diode is supplied sequentially at a power of 4.2 W for 30 seconds, with a pause of 10 seconds between the emission of each diode.
  • FIG. 13 shows six temperature images obtained by MRI during a sequential activation of each emitter channel, at the instant corresponding to the stopping of the emission of each of the six optical fibers (maximum rise in temperature ). For each image is indicated the angular sector covered by the fiber, for the activated diode.
  • the graph on the right shows the evolution of the temperature in six pixels referenced 1 from 1 to 6, each pixel being selected in an angular sector covered by a different fiber.
  • the results show a rise in temperature in different angular sectors for each fibre, in agreement with FIG. 12 (qualitative characterization of the laser emission).
  • the temperature rise is less pronounced for fiber number 5 (angular sector 2p/3 in figure 13), in agreement with the photo of the illumination produced by this fiber in figure 12.
  • the graph on the right shows the evolution into six different pixels positioned in each of the six angular sectors covered by each of the fibers.
  • a sequential rise in temperature is observed as a function of the activated laser diode.
  • FIG. 14 shows three results obtained by differently activating the laser diodes supplying each of the optical fibers, in order to generate a thermal distribution in the shape of a triangle, ellipse or semi-circle.
  • Figure 14 shows three temperature images (a), (b) and (c) obtained by MRI thermometry for three different activation configurations.
  • the temperature variation in the heated region is represented by a gray level variation displayed to the left of images.
  • Configuration (a) corresponds to simultaneous activation of three fibers 2, 4 and 6, with a power of 2W and for a duration of 60 seconds.
  • the temperature image has a triangle shape.
  • Configuration (b) corresponds to simultaneous activation of two fibers 3 and 6, with a power of 1.5 W and for a duration of 25 seconds.
  • the temperature image has an ellipse shape.
  • Configuration (c) corresponds to simultaneous activation of four fibers 1, 2, 3 and 6, with a power of 1.5 W and for a period of 30 seconds.
  • the temperature image has a semi-circle shape.
  • the use of a plurality of laser energy emitters, each covering a different angular sector and at different positions along the sheath, makes it possible to generate a 3D temperature distribution adjustable with respect to the geometric shape any of the target region. Due to this flexibility on the geometry of the thermal lesion created, the invention is particularly suitable for a treatment of cardiac fibrillations, for treating tumors of various organs, such as the abdomen and pathological brain regions.
  • control is more precise in terms of depth of penetration of the light beam into the tissue of the target region by modulating the wavelength of the beams emitted by each of the emitters.
  • the device with multiple laser energy emitters is coupled with an MRI imaging device in a heat treatment assembly, it is possible to modulate the light power, the duration of emission as well as the moment of emission of each of the emitters in order to adjust the deposition of laser energy in time and in space from the temperature images obtained by the MRI imaging device.

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Abstract

Dispositif laser à multi-émetteurs d'énergie laser (1 ) pour traiter une région cible d'un tissu biologique, comprenant : - au moins une gaine (150) présentant un axe longitudinal (AA') et comprenant une extrémité proximale (151 ) et une extrémité distale (152) destinée à être mise en regard de la région cible; - au moins deux fibres optiques (123, 124, 125, 126, 127) s'étendant dans la gaine entre l'extrémité proximale et l'extrémité distale, chacune des fibres optiques étant adaptée pour guider un faisceau laser de traitement thermique vers la région cible et de déposer une énergie laser dans la région cible; - les extrémités distales d'au moins deux fibres optiques étant configurées pour émettre chacune un faisceau laser selon une direction d'émission différente par rapport à l'axe longitudinal de la gaine; - un système de sources laser (19) configuré pour générer au moins deux faisceaux laser, lesdits au moins deux faisceaux laser ayant des longueurs d'onde différentes ou identiques avec une puissance lumineuse ajustable; - une unité de contrôle de faisceaux laser (31 ) configurée pour contrôler le système de sources laser de manière à sélectionner la longueur d'onde, la puissance lumineuse, la durée du dépôt d'énergie laser et le moment d'émission de chacun des faisceaux laser guidés et émis par les fibres optiques en direction de la région cible de manière à générer et ajuster dynamiquement une distribution thermique 3D ayant une forme géométrique adaptée à la forme géométrique de la région cible.

Description

Dispositif à multi -émetteurs d’énergie laser et ensemble de traitement thermique associé
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne le domaine de traitement d’un tissu biologique à l’aide d’une variation localisée de la température sous guidage par imagerie peropératoire.
[0002] Plus précisément, l’invention concerne un dispositif à multi-émetteurs d’énergie laser capable d’émettre une pluralité de faisceaux lasers pour induire dans un tissu biologique une variation de température en 3D correspondant à une région cible prédéfinie de forme quelconque et potentiellement asymétrique.
[0003] L’invention concerne également un ensemble de traitement thermique comprenant un tel dispositif à multi-émetteurs d’énergie laser couplé à un dispositif d’imagerie IRM.
Technique antérieure
[0004] Il est connu de traiter localement des tissus biologiques pathologiques par administration ciblée d’une augmentation de la température (hyperthermie) ou d’une diminution de la température (hypothermie) au moyen d’une source d’énergie. L’énergie peut être apportée par exemple par un laser, des micro-ondes, des ondes radiofréquences, des ultrasons focalisés ou par cryothérapie.
[0005] Parmi ces techniques, on distingue une première catégorie de traitement thermique qui consiste à déposer une dose d’énergie dans une région cible d’un tissu biologique via des moyens générateurs d’énergie positionnés à distance (ultrasons focalisés ou radiofréquences par induction) et une seconde catégorie de traitement thermique qui consiste à déposer une dose d’énergie dans la zone cible par voie percutanée ou vasculaire (radiofréquences, laser, micro-ondes, cryothérapie). Le système de traitement thermique de la présente invention appartient à la seconde catégorie.
[0006] Préalablement au traitement thermique, une phase dite « phase de planification préopératoire » vise à évaluer l’extension en 3D de la région cible grâce à des techniques d’imagerie adaptées, par exemple par tomodensitométrie (qui peut être désigné par « TDM ») ou par Imagerie par Résonance Magnétique (qui peut être désigné par « IRM »), aptes à déterminer la taille, le nombre, la localisation et la forme de la ou de(s) région(s) cible(s).
[0007] Pendant cette phase de planification préopératoire, on définit généralement des indicateurs sommaires des dimensions de la région cible, de leur nombre et de leur localisation relative par rapport à des repères anatomiques identifiables.
[0008] La phase de planification vise également à préparer le traitement qui consiste à définir les consignes de traitement, à savoir la dose d’énergie thermique à délivrer dans un volume en fonction des caractéristiques fonctionnelles du tissu biologique à traiter, de la taille de la région cible et de la gravité du tissu pathologique.
[0009] Pour qu’un traitement soit efficace, on définit une région cible qui comprend le tissu pathologique visible en imagerie et éventuellement une marge de sécurité minimale à respecter, définie par le praticien autour du tissu pathologique. Cette région cible doit subir une variation de température adaptée afin de traiter le tissu pathologique.
[0010] La région cible est généralement entourée par une région dont le tissu est sain et ne doit idéalement pas subir une variation thermique délétère pendant le traitement thermique. Dans cette région qui entoure la région cible, on peut distinguer une ou plusieurs régions critiques à préserver (organes et/ou structures vitales).
[0011] Dans la région où le tissu est sain et n’inclut pas de régions critiques, les tissus ne doivent idéalement pas subir une variation de température pendant le traitement thermique. Toutefois une éventuelle variation de température n’est pas considérée comme critique pour le patient.
[0012] Bien que la technique de traitement thermique soit beaucoup moins invasive que la chirurgie, elle comprend certains inconvénients.
[0013] L’une des principales limitations de l’efficacité de cette technique est due à la forme quelconque de la région cible à traiter. En effet, dans les dispositifs de traitement hyperthermique connus, l’énergie déposée a généralement pour objectif de chauffer un volume sphérique ou ellipsoïdal autour du point d’application. Cependant, les dispositifs proposés ne permettent pas d’ajuster la forme de la lésion générée par l’applicateur à la forme de la région cible à traiter. D’autre part, la répartition de la chaleur dans les tissus dépend de leurs caractéristiques thermiques intrinsèques (absorption, diffusivité thermique, perfusion) et conduit souvent à une modification de la distribution spatiale de la température par rapport à la distribution thermique planifiée par le praticien. Par conséquent, l’énergie déposée ne permet pas de garantir un traitement complet de toutes les régions cibles.
[0014] Le manque d’adaptabilité entre la forme de la distribution effective de la température et la forme de la région cible peut entraîner une insuffisance de dépôt d’énergie dans certaines zones de la région cible et/ou un éventuel dépôt d’énergie non désiré dans une région critique à préserver. Une des conséquences de ce manque d’adaptabilité de la forme de la lésion est l’augmentation du nombre de traitements incomplets et des risques associés de récidive locale. De même, les risques d’altérer des tissus biologiques sains sont accentués, augmentant les risques d’effets secondaires potentiellement graves.
[0015] Il est connu d’utiliser une fibre optique ou un ensemble de fibres optiques pour déposer une dose d’énergie laser au contact de la région cible. En effet, l’utilisation de fibres optiques permet d’amener son extrémité distale au contact direct de la région cible et d’y déposer l’énergie thermique requise par absorption d’énergie lumineuse émise à l’aide d’une source laser.
[0016] Un exemple de réalisation connu est un dispositif qui comporte une gaine principale intégrant une fibre optique ou un ensemble de fibres optiques. L’extrémité distale de la gaine comprend une ouverture à travers laquelle l’extrémité de la fibre optique ou de l’ensemble de fibres optiques émet une énergie lumineuse d’irradiation destiné à traiter localement la zone cible. Cette solution permet d’amener la fibre optique au plus près de la zone cible. Néanmoins, elle ne permet pas de répondre à toutes les contraintes techniques indiquées ci-dessus.
[0017] Un des buts de la présente invention est donc de fournir un dispositif d’émission possédant une pluralité de fibres optiques dont la direction d’émission peut être différente pour chaque fibre et ajustable dynamiquement pendant le traitement, afin de pouvoir créer un traitement conforme à l’objectif thérapeutique.
[0018] Un autre but de la présente invention est de pouvoir proposer un dispositif qui est capable de contrôler et moduler la puissance lumineuse et la longueur d’onde de chaque fibre laser émis de manière indépendante. L’ajustement de la longueur d’onde permet de moduler la profondeur de échauffement induit, puisque les tissus biologiques absorbent différemment la lumière en fonction de leurs longueurs d’ondes.
[0019] Un autre but de la présente invention est de pouvoir proposer un dispositif qui est capable de contrôler et moduler la puissance lumineuse et le moment d’émission de chaque fibre optique afin de générer et ajuster en temps réel pendant le traitement une distribution 3D avec une forme géométrique adaptée à la forme géométrique de la région cible.
[0020] Un autre but de la présente invention est de fournir un dispositif permettant de mesurer en temps réel la température à l’extrémité distale du dispositif, fournissant ainsi un moyen de mesure de température complémentaire au système d’imagerie thermométrique.
[0021] D’autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante qui n’est cependant donnée qu’à titre indicatif et qui n’a pas pour but de la limiter.
Exposé de l’invention
[0022] Il est proposé un dispositif laser à multi-émetteurs d’énergie laser pour traiter thermiquement une région cible d’un tissu biologique, comprenant :
- au moins une gaine présentant un axe longitudinal (AA’) et comprenant une extrémité proximale et une extrémité distale destinée à être mise en regard de la région cible ;
- au moins deux fibres optiques s’étendant dans la gaine entre l’extrémité proximale et l’extrémité distale, chacune des fibres optiques étant adaptée pour guider un faisceau laser de traitement thermique vers la région cible et de déposer une énergie laser dans la région cible; - les extrémités distales d’au moins deux fibres optiques étant configurées pour émettre chacune un faisceau laser selon une direction d’émission différente par rapport à l’axe longitudinal de la gaine ;
- un système de sources laser configuré pour générer au moins deux faisceaux laser, lesdits au moins deux faisceaux laser ayant des longueurs d’onde différentes ou identiques avec une puissance lumineuse ajustable ;
- une unité de contrôle de faisceaux laser configurée pour contrôler le système de sources laser de manière à sélectionner la longueur d’onde, la puissance lumineuse, la durée du dépôt d’énergie laser et le moment d’émission de chacun des faisceaux laser guidés et émis par les fibres optiques en direction de la région cible de manière à générer et ajuster dynamiquement une distribution thermique 3D ayant une forme géométrique adaptée à la forme géométrique de la région cible.
[0023] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre. Elles peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
[0024] L’extrémité distale d’au moins deux fibres optiques est positionnée à une distance différente par rapport à une surface de l’extrémité distale de la gaine.
[0025] L’extrémité distale des fibres optiques est configurée pour émettre un faisceau laser selon une direction d’émission orientée d’un angle a compris entre 0 et 180° par rapport à l’axe longitudinal de la gaine.
[0026] Le système de sources laser comprend une pluralité de sources lasers monochromatiques.
[0027] Le système de sources laser est adapté pour générer au moins deux faisceaux laser de longueurs d’onde différente laser par fibre optique.
[0028] Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif comprend en outre une pluralité de fibres optiques de transmission aptes à transmettre les faisceaux laser générés par le système de source laser vers les fibres optiques de la gaine.
[0029] De préférence, le dispositif comprend en outre un capteur de température. [0030] Selon un exemple de réalisation, le capteur de température est une fibre optique de détection apte à détecter une variation de température dans la région cible.
[0031] Selon un exemple de réalisation, ladite pluralité de fibres optiques de traitement thermique est répartie selon une symétrie radiale autour de la fibre optique de détection.
[0032] De manière avantageuse, le dispositif comprend en outre des moyens de connexion aptes à mettre en connexion les fibres optiques de la gaine avec les fibres optiques de transmission du système de sources laser. [0033] Selon un exemple de réalisation particulièrement avantageux, la gaine comprend au moins une lumière adaptée pour l’injection d’une substance thérapeutique sous pression destinée à être éjectée en direction de la région cible.
[0034] Selon un autre exemple de réalisation, la gaine comprend un circuit de refroidissement fermé adapté pour le transport d’un liquide de refroidissement destiné à refroidir une partie de l’extrémité distale de la gaine.
[0035] Selon une variante, le circuit de refroidissement fermé est formé par au moins deux lumières prévues dans la gaine.
[0036] De préférence, le circuit de refroidissement est formé par une gaine de refroidissement entourant la gaine comprenant les fibres optiques et une lumière prévue dans la gaine.
[0037] Selon un autre aspect, il est proposé un ensemble de traitement thermique d’une région cible d’un tissu biologique comprenant :
- un dispositif laser à multi-émetteurs d’énergie laser tel que défini ci-dessus pour traiter la région cible ; - un système d’imagerie par résonance magnétique configuré pour générer des images anatomiques et des images thermométriques de la région cible.
Brève description des dessins [0038] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
Fig. 1 [0039] [Fig. 1] La figure 1 montre un dispositif laser à multi-émetteurs d’énergie laser selon un mode de réalisation de l’invention ;
Fig. 2
[0040] [Fig. 2] La figure 2 montre un dispositif laser à multi-émetteurs d’énergie laser selon un autre mode de réalisation ; Fig. 3
[0041] [Fig. 3] La figure 3 montre de manière schématique une vue en perspective d’une gaine comprenant un ensemble de fibres optiques ;
Fig. 4
[0042] [Fig. 4] La figure 4 montre de manière schématique une vue de côté et en coupe d’un ensemble de trois fibres optiques de traitement dans une gaine selon un exemple de réalisation ;
Fig. 5
[0043] [Fig. 5] La figure 5 montre de manière schématique une vue en perspective d’un exemple de réalisation dans lequel le dispositif comprend trois gaines, chacune des gaines comprend un ensemble de cinq fibres optiques ;
Fig. 6A
[0044] [Fig. 6A] La figure 6A montre une vue de section transversale et de face d’un exemple de réalisation d’une gaine munie de cinq lumières destinées à recevoir des fibres optiques de traitement et une sixième lumière centrale destinée à recevoir un capteur de température ou à l’injection d’un liquide de refroidissement ou d’une substance thérapeutique ;
Fig.6B [0045] [Fig. 6B] La figure 6B montre une vue de section transversale et de face d’un exemple de réalisation d’une gaine de la figure 6A munie de deux lumières supplémentaires pour former un circuit fermé de refroidissement ;
Fig.6C [0046] [Fig. 6C] La figure 6C montre une vue de section transversale et de face d’un exemple de réalisation d’une gaine optique de la figure 6A entourée d’une gaine de refroidissement pour former un circuit fermé de refroidissement avec la lumière centrale ;
Fig. 7 [0047] [Fig. 7] La figure 7 montre un ensemble de traitement thermique selon un mode de réalisation de l’invention comprenant un dispositif laser à multi-émetteurs couplé à un dispositif d’imagerie IRM ;
Fig. 8A
[0048] [Fig. 8A] La figure 8A montre de manière schématique une gaine comprenant six fibres optiques de traitement aptes à émettre six énergies lumineuses.
Fig. 8B
[0049] [Fig. 8B] La figure 8B montre six images de température obtenues par thermométrie IRM avec la gaine de la figure 8A, chaque image de température étant obtenue simultanément à l’activation d’une seule fibre optique et chaque fibre optique étant activée séquentiellement l’une après l’autre ;
Fig. 8C
[0050] [Fig. 8C] La figure 8C montre une image de température obtenue avec la gaine de la figure 8A, pendant l’activation simultanée des six fibres optiques avec la même puissance ; [0051] [Fig. 9] La figure 9 montre de manière schématique un exemple d’utilisation avec deux gaines dont les extrémités distales sont positionnées de part et d’autre d’une région cible ;
Fig. 10
[0052] [Fig. 10] La figure 10 montre de manière schématique un exemple de réalisation d’un système de sources laser qui peut génère deux faisceaux laser de longueur d’onde différente par fibre optique de traitement.
Fig. 11
[0053] [Fig. 11] La figure 11 représente de manière schématique une vue de face d’un système de sources laser comprenant six fibres optiques.
Fig. 12
[0054] [Fig. 12] La figure 12 montre des photographies des faisceaux laser individuels émis par chacune des six fibres optiques de la figure 11 .
Fig. 13
[0055] [Fig. 13] La figure 13 montre des images de températures obtenues par thermométrie IRM lors d’une activation séquentielle de chacune des fibres optiques et les courbes du graphique montrent l’évolution de la température en six pixels, chaque pixel étant sélectionné dans un secteur angulaire couvert par une fibre optique différente.
Fig. 14
[0056] [Fig. 14] La figure 14 montre des images de température obtenues par thermométrie IRM pour trois configurations d’activation différentes générant trois formes géométriques de distribution thermique : triangle (a), ellipse (b), et demi- cercle (c), chaque image affichée étant choisie à l’instant de la fin de l’émission laser, correspondant à l’élévation maximale de la température par les diodes sélectionnées, les points numérotés indiqués sur chaque image sont les pixels sélectionnés pour afficher les courbes d’évolution temporelle de la température sur les graphiques de droite. Définitions
[0057] Dans le cadre de la présente invention, on entend par « région cible » une région comprenant le tissu pathologique à traiter visible en imagerie et une région qui entoure le tissu pathologique. L’étendue du voisinage autour du tissu pathologique est définie par le praticien. La région cible doit subir une variation de température afin de traiter le tissu pathologique. La région est désignée par Rc sur la figure 7.
[0058] Dans le cadre de la présente invention, une image anatomique 3D est une image reconstruite représentant l’anatomie de la région cible et son environnement. Cette image anatomique 3D peut être obtenue par différentes techniques d’imagerie.
[0059] Dans le cadre de la présente invention, une image de température 3D est une image 3D représentative d’une distribution spatiale de la température de la région cible et de la région qui l’entoure. L’image de température 3D est obtenue par un dispositif d’imagerie par résonance magnétique IRM, à l’aide d’une séquence d’imagerie sensible à la température et d’un dispositif de traitement d’images temps réel qui calcule et affiche les variations de température dans la région cible et la région l’entourant.
[0060] Dans le cadre de la présente divulgation, « proximal » désigne une pièce ou une partie du dispositif qui se situe à proximité de l’opérateur ou le praticien lorsque celui-ci utilise le dispositif, tandis que « distal » désigne une pièce ou une partie du dispositif qui est éloignée de l’opérateur au cours de cette utilisation.
Description des modes de réalisation
[0061] Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l’essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
[0062] Dans ce qui suit, l’invention va plus particulièrement être décrite dans le cas d’un traitement thermique d’une région cible et d’une détection de variation de température pendant le traitement thermique. Ceci n’est cependant pas limitatif, dans la mesure où le système peut être utilisé conjointement avec l’injection d’une solution de traitement ou d’autres types de fluides, introduits dans une lumière de la gaine prévue à cet effet.
[0063] La figure 1 représente de manière schématique un dispositif à multi- émetteurs d’énergie laser 1 selon un mode de réalisation de l’invention.
[0064] Le dispositif 1 comprend une pluralité de fibres optiques 123, 124, 125, 126, 127, 128 destinées à transporter une pluralité de faisceaux laser vers une région cible d’un tissu biologique, un système de sources laser 19 et une unité principale de contrôle 10. Le système de sources laser 19 est configurée pour générer une pluralité de faisceaux lasers destinées à être injectés dans les fibres optiques et guidés par les fibres optiques vers la région cible. Une partie de la pluralité de faisceaux laser est destinée à venir irradier la région cible de manière à induire une variation de température et/ou à activer des molécules présentes dans une solution préalablement déposée dans la région cible. L’unité principale de contrôle 10 est configurée pour contrôler le système de sources laser 19 de manière à sélectionner la longueur d’onde, la puissance lumineuse, la durée du dépôt d’énergie laser et le moment d’émission de chacun des faisceaux laser de traitement pour chacune des fibres optiques.
[0065] Le dispositif comporte également un ou plusieurs capteurs de température ayant pour fonction de mesurer la température de la région cible au contact de la gaine.
[0066] Selon un exemple de réalisation, le capteur de température est formé par une des fibres optiques et au moins un faisceau laser parmi la pluralité des faisceaux lasers émis par les fibres optiques est destiné à détecter une variation de la température de la région cible pendant le traitement thermique. L’unité de contrôle des faisceaux laser 10 est également configurée pour recevoir un faisceau laser de détection provenant de cette fibre optique dédiée à la mesure de la température.
[0067] Selon une variante, le capteur de température peut être par exemple un thermocouple inséré dans une des lumières de la gaine. Le thermocouple est relié à l’unité de contrôle des faisceaux laser 10. [0068] En référence à la figure 3, les fibres optiques 123, 124, 125, 126, 127, 128 sont maintenues dans une gaine 150 qui a pour fonction de maintenir les fibres optiques ensemble. La gaine 150 se présente sous la forme d’un corps souple ou rigide, suivant l’application thérapeutique visée, de forme sensiblement cylindrique présentant un axe longitudinal AA’. La gaine comprend une extrémité proximale 151 et une extrémité distale 152 destinée à être mise en regard de la région cible. La gaine 150 est réalisée dans un matériau compatible avec une intervention chirurgicale et adapté pour laisser passer les faisceaux lumineux émis par les fibres optiques. La gaine est munie de lumières et chacune des lumières renferme une fibre optique qui s’étend entre l’extrémité distale 152 et l’extrémité proximale 151 de la gaine 150.
[0069] Selon une forme particulièrement avantageuse, la gaine se présente sous la forme d’un embout apte à être connecté de manière détachable au système de sources laser 19. La gaine présente par exemple un diamètre externe de 1 ,8 mm et un diamètre interne de 1 ,2 mm. La gaine peut être recouverte d’une surface de protection qui peut se noircir en raison de l’absorption du rayon lumineux, il sera possible de changer la surface de protection sans changer l’ensemble de fibres optiques.
[0070] Selon un exemple de réalisation, les fibres optiques de traitement et de détection présentent un diamètre compris entre 50 pm et 1000 pm, de préférence compris entre 100 et 400 microns.
[0071] Sur les figures 1 , 2 et 3, les cinq fibres optiques 123, 124, 125, 126, 127 sont par exemple des fibres optiques de traitement adaptées à transmettre chacune un faisceau lumineux présentant une longueur d’onde adaptée pour traiter la région cible, et la sixième fibre optique 128 est une fibre de détection et a pour fonction de mesurer une variation de température de la région cible. Pour la suite de la description, on désigne les fibres optiques destinées à transmettre un faisceau lumineux dédié au traitement thermique par le terme « fibre de traitement » ou « émetteur » et la fibre optique dédiée à la détection d’une variation de température par le terme « fibre de détection ». [0072] Les cinq faisceaux lumineux émis par les cinq émetteurs ou fibres de traitement peuvent couvrir chacun par exemple un secteur angulaire d’un angle de 72°, de manière à émettre selon un une révolution complète de 360°. Selon une autre variante, la gaine 150 peut comprendre dix émetteurs optiques qui permettent de couvrir chacun un secteur angulaire de 36°. Le nombre d’émetteurs n’est pas limitatif. L’exemple d’agencement montré sur les figures 1 , 2, 3 et 4 n’est pas limitatif et peut varier en fonction des besoins.
[0073] Selon un exemple de réalisation, l’extrémité distale de chacune des fibres de traitement peut être positionnée à différentes distances L par rapport à l’extrémité distale de la gaine, permettant de moduler la position relative de chacune des fibres optiques dans le sens de la longueur de la gaine.
[0074] Selon un exemple de réalisation, l’extrémité distale de chacun des émetteurs est configurée de manière à émettre un faisceau lumineux orienté dans une direction différente. L’extrémité distale de chacune des fibres optiques est par exemple polie de manière à émettre un faisceau laser dont la direction d’émission est orientée selon un angle a défini par rapport à l’axe principal AA’ de la fibre optique. Cet angle peut être compris entre 0° et 180°. Il est ainsi possible d’obtenir un ensemble de fibres optiques capable d’émettre un ensemble de faisceaux lumineux qui éclairent chacun un secteur angulaire prédéfini.
[0075] La combinaison des différents faisceaux lumineux émis par l’extrémité distale de chacun des émetteurs avec une direction d’émission différente et à des positions distales différentes le long de la gaine permet de générer des lésions de dimensions et de géométries adaptées à la forme de la région cible.
[0076] La figure 4 montre un exemple de gaine 150 comprenant trois fibres de traitement ou émetteurs 123, 124, 125. L’extrémité distale de chacun des émetteurs 123, 124, 125 de traitement est positionnée respectivement à une distance différente L1 , L2, L3 par rapport à l’extrémité distale 152 de la gaine. Chacun des émetteurs émet un faisceau lumineux selon une direction différente, couvrant ainsi un secteur angulaire différent. Chacune des trois directions est définie ici par un angle différent a1 , a2, cr3 compris entre l’axe de symétrie du faisceau et l’axe principal AA’ de la fibre optique. L’angle a peut être compris entre 0° et 180°. [0077] Selon un autre exemple de réalisation, le dispositif peut également comprendre une pluralité de gaines optiques.
[0078] En référence à la figure 5, le dispositif peut comprendre par exemple trois gaines optiques 210, 220, 230. Chacune des gaines optiques 210, 220, 230 comprend ici par exemple respectivement cinq fibres optiques de traitement 211 , 212, 213, 214, 215, 221 , 222, 223, 224, 225, 231 , 232, 233, 234, 235 et une fibre optique de détection centrale 216, 226, 236. Les faisceaux lumineux transportés par les fibres d’un même ensemble peuvent par exemple avoir des longueurs d’onde différentes, des puissances différentes, des durées d’émission différentes et des moments d’émission différents. Selon la forme de l’extrémité distale des fibres optiques et leur position distale par rapport à l’extrémité distale de la gaine, ils peuvent avoir des directions d’émission différentes et des positions distales d’émission différentes le long de la gaine.
[0079] Selon un mode de réalisation de l’invention et en référence à la figure 6A, la gaine comprend cinq lumières 153, 154, 155, 156, 157 agencées selon une symétrie radiale autour d’une lumière centrale 158. Les lumières périphériques 153, 154, 155, 156, 157 sont destinées par exemple chacune à recevoir une fibre optique de traitement. La lumière centrale 158 de la gaine est destinée à faire passer le capteur de température, par exemple une fibre optique de détection 128 ou un thermocouple ayant pour fonction de mesurer la température. Cette mesure de la température permet de contrôler une éventuelle déviation entre la température mesurée à l’extrémité de la fibre optique et la température mesurée par un dispositif d’imagerie par Résonance Magnétique IRM. Une technique connue consiste à utiliser une fibre optique munie d’un réseau de Bragg inscrite dans le cœur de la fibre. Le réseau de Bragg consiste en une modulation périodique et longitudinale de l’indice de réfraction du cœur de la fibre monomode. Le réseau de Bragg réfléchit la lumière à la longueur d’onde de Bragg. Lorsque la fibre optique est soumise à une variation de température, la fibre subit un allongement relatif ainsi qu’une variation d’indice de réfraction, ce qui traduit par une variation de la longueur d’onde réfléchie. Ainsi, il est possible de mesurer la température en mesurant la variation de la longueur d’onde de la lumière réfléchie. [0080] Selon un autre exemple de réalisation de l’invention, la gaine comprend une lumière supplémentaire qui permet d’acheminer, par exemple, une solution thérapeutique destinée à être déposée dans la région cible. La solution injectée est une solution comprenant par exemple des molécules activables par la température, par exemple des agents anticancéreux encapsulés dans un nanovéhicule thermosensible. Selon cet exemple de réalisation, lorsque la solution est déposée, les émetteurs ou les fibres de traitement émettent chacun un faisceau lumineux en direction de la région cible pour venir activer thermiquement les molécules de la solution.
[0081] Selon encore un autre exemple de réalisation et en référence à la figure 6B, la gaine 150 peut comprendre deux lumières 159, 160 destinées à la circulation d’un liquide de refroidissement en formant un circuit fermé et une autre lumière 158 destinée à acheminer une substance thérapeutique. La lumière 160 est destinée à l’arrivé de fluide de refroidissement et la lumière 159 au retour de fluide de refroidissement.
[0082] Selon une variante, la lumière centrale 158 peut être utilisée comme arrivée de fluide de refroidissement et les deux autres lumières 159, 160 comme retour de fluide de refroidissement. L’ensemble des trois lumières forme un circuit fermé.
[0083] Selon encore un autre exemple de réalisation et en référence à la figure 6C, la gaine optique 150 qui comprend l’ensemble de fibres optiques est entourée par une gaine de refroidissement 161. Le fluide de refroidissement arrive via la lumière centrale 158 et est renvoyée via la gaine de refroidissement 161 . Cette configuration du circuit de refroidissement permet d’avoir un refroidissement plus homogène sur l’intégralité de la partie distale de la gaine.
[0084] Dans le cadre d’une injection de substance thérapeutique, la lumière comprend un orifice d’entrée située sur une surface d’extrémité proximale de la gaine et un orifice de sortie ou d’injection sur la surface de l’extrémité distale de la gaine. L’orifice d’entrée est connecté à un piston destiné à injecter la substance thérapeutique dans la lumière prévue à cet effet. Le débit d’injection de la solution circulant dans la lumière est contrôlé de sorte que la substance thérapeutique puisse être dirigée et éjectée vers la région cible. D’autres modes de réalisation sont envisageables afin d’éjecter la substance dans la région cible.
[0085] En référence aux figures 1 et 2, le système de sources laser 19 et l’unité principale de contrôle 10 sont décrits ci-dessous.
[0086] Le système de sources laser 19 est adapté pour générer une pluralité de faisceaux laser pour le traitement thermique de la région cible et éventuellement la détection d’une variation de température dans le cas où le capteur de température est une fibre optique.
[0087] Le nombre de faisceaux laser générés par le système de sources laser 19 n’est pas limitatif. Selon un exemple de réalisation et en référence à la figure 10, le système de sources laser 19 peut générer par exemple deux faisceaux laser de longueur d’onde différente par fibre optique de traitement 123, 124, 125, 126, 127. Ainsi, pour le dispositif de la figure 1 qui comprend cinq fibres optiques de traitement et une fibre optique de détection 128, le système de sources laser est configuré pour générer dix faisceaux laser de traitement et un faisceau laser de détection.
[0088] De préférence, les faisceaux laser générés pour chaque fibre optique peuvent avoir des longueurs d’onde et des puissances lumineuses identiques ou différentes. Dans l’exemple de réalisation où le système de sources laser 19 génère deux faisceaux laser pour chaque fibre optique de traitement, il est donc possible de sélectionner l’une des deux longueurs d’onde A1 ou K2 et l’une des deux puissances lumineuses du faisceau lumineux de traitement transportés et émis par la fibre optique de traitement.
[0089] Selon un exemple de réalisation, les faisceaux laser sont générés au moyen d’une pluralité de sources lasers monochromatiques. Chacune des sources laser monochromatique génère un faisceau lumineux à une longueur d’onde donnée. L’utilisation d’une pluralité de longueurs d’onde de traitement permet d’ajuster la profondeur de pénétration du faisceau dans le tissu de la région cible.
[0090] Sur les exemples des figures 1 et 2, le système de source comprend six diodes lasers 23, 24, 25, 26, 27, 28 pour générer cinq faisceaux laser de traitement et un faisceau laser de détection, chacun des faisceaux pouvant avoir sa propre longueur d’onde et sa propre puissance lumineuse. Le système de source peut également comprendre par exemple trois diodes qui émettent à 976 nm et trois diodes qui émettent à 793 nm. Chacune des diodes est associée à sa propre unité d’alimentation 13, 14, 15, 16, 17, 18 et peut être pilotée individuellement par une unité de commande électronique 12.
[0091] Selon un autre exemple de réalisation non illustré, le système peut comprendre une pluralité de sources laser monochromatiques, par exemple des diodes laser, associées à chaque fibre optique. De cette façon, il est possible de sélectionner une longueur d’onde donnée parmi une pluralité de longueur d’onde pour le faisceau laser destiné à être transporté et émis par la fibre optique.
[0092] L’unité centrale de contrôle 10 est connecté à l’unité de commande électronique 12 afin de transmettre des signaux de commande à l’unité de commande 12 pour piloter les diodes de façon individuelle et indépendante les unes des autres. L’unité centrale de contrôle 10 comprend une unité de contrôle des faisceaux laser 31 et une unité d’affichage 32. L’unité de contrôle des faisceaux 31 est configurée pour envoyer les signaux de commande à l’unité de commande électronique 12 pour régler les paramètres de traitement thermique pour chacun des faisceaux laser qui sont la longueur d’onde, la durée de l’émission du faisceau laser, le moment d’émission du faisceau laser et la puissance lumineuse du faisceau laser.
[0093] L’unité de contrôle des faisceaux laser 31 reçoit également des données provenant d’une unité d’acquisition de mesures de température mesurée par un capteur de température, par exemple par l’extrémité distale d’une fibre de détection ou par un thermocouple. L’unité d’acquisition de mesure de température est logée dans le système de source 19. L’unité d’affichage 32 permet d’afficher ces données de température provenant du capteur de température.
[0094] L’unité de contrôle des faisceaux 31 est configurée pour sélectionner la puissance lumineuse du faisceau laser transmise à chacun des émetteurs. Dans le cas où il y a par exemple deux faisceaux laser générés par fibre optique, il est possible de sélectionner par exemple une des deux puissances lumineuses pour chaque fibre optique. [0095] L’unité de contrôle des faisceaux laser 31 est configurée pour sélectionner la longueur d’onde du faisceau lumineux conduit et émis par chacun des émetteurs afin de pouvoir moduler la profondeur de pénétration du faisceau laser dans le tissu de la région cible. Dans le cas où il y a par exemple deux faisceaux laser générés par fibre optique, il est possible de sélectionner par exemple une des deux longueurs d’onde pour chaque fibre optique.
[0096] L’unité de contrôle des faisceaux 31 est configurée pour sélectionner la durée d’émission de chaque fibre de traitement et le moment d’émission de chaque fibre de traitement de manière à générer une distribution thermique avec une forme géométrique spécifique, adaptée notamment à la forme géométrique de la région cible pour induire une variation de température. Selon un exemple de réalisation, il est possible d’activer les fibres optiques de traitement de manière séquentielle ou de manière simultanée pour une partie des fibres optiques de traitement. Des exemples d’utilisation possibles sont illustrés sur les figures 8A-8C, les figures 11- 14.
[0097] Ainsi dans le cas de la gaine de la figure 4, chacune des trois fibres optiques de traitement conduit et émet un faisceau lumineux ayant sa propre puissance lumineuse P1 , P2, P3, sa propre longueur d’onde l1 , l2, A3, et sa propre durée d’émission t1 , t2, t3. Il est également possible d’envisager trois moments d’émission différents et trois durées d’émission différentes pour les trois fibres optiques de traitement.
[0098] Les fibres optiques sont adaptées pour transporter chacune un faisceau laser depuis l’extrémité proximale de la gaine jusqu’à l’extrémité distale de la gaine. Pour cela, l’extrémité proximale des fibres optiques de la gaine est raccordée au système de sources laser 19 par des connexions prévues à cet effet dans la zone proximale de la gaine et qui sera détaillée ci-dessous.
[0099] La figure 1 représente de manière schématique un exemple de connecteurs de connexion destinés à mettre en connexion les fibres optiques et le système de sources laser 19. Sur la figure 1 , les connecteurs de connexion sont représentés détachés l’un de l’autre. La gaine 150 comprend à son extrémité proximale un unique connecteur 130 destiné à venir en prise dans un connecteur de connexion 30 du système de sources laser 19.
[0100] De manière avantageuse, les faisceaux lumineux générés par le système de sources laser 19 sont guidés par une pluralité de fibres optiques de transmission 43, 44, 45, 46, 47, 48 vers le connecteur optique 30. Les fibres optiques de transmission sont des fibres équivalentes aux fibres optiques dans la gaine, et peuvent être de la même structure. L’utilisation de ces fibres optiques de transmission permet d’installer le système de sources laser 19 et l’unité principale de contrôle 10 dans une pièce éloignée de la pièce contenant le dispositif d’imagerie IRM. Une fois la gaine est positionnée dans le corps du patient par le praticien, ce dernier peut utiliser l’unité centrale de contrôle 10 pour ajuster les différents paramètres du faisceau laser pendant la phase de traitement.
[0101] L’utilisation des fibres de transmission permet d’acheminer les faisceaux lumineux de la pièce de pilotage jusqu’à une distance proche du patient, permettant ainsi d’utiliser conjointement le dispositif à multi-émetteurs d’énergie laser de la présente invention avec un dispositif IRM sans créer d’interférences entre le dispositif IRM et les composants électroniques du système de sources laser 19. Selon un exemple de réalisation, la longueur des fibres optiques de transmission est comprise entre 10 mètres à 15 mètres. Les fibres optiques de transmission sont protégées par une gaine plastique afin de les protéger contre toute éventuelle perturbation extérieure.
[0102] Selon un exemple de réalisation non illustré, le connecteur 130 de la gaine 150 comprend des pattes de connexion sur une surface de connexion plane. Le connecteur 30 du système de source comprend des orifices de connexion sur une surface de connexion. Les pattes de connexion sont aptes à être introduites dans les orifices pour mettre en prise les deux connecteurs de connexion. En outre, lorsque les pattes de connexion sont introduites dans les orifices, les deux surfaces de connexion sont en contact de sorte que les extrémités des fibres optiques de la gaine viennent en contact respectivement avec les extrémités des fibres optiques de transmission pour connecter les fibres optiques entre eux. Les connecteurs optiques sont aptes à être mis en prise mutuellement pour coupler optiquement la pluralité de fibres optiques de la gaine à la pluralité des fibres optiques de transmission du système de sources laser 19.
[0103] La gaine 150 est ainsi connectée de manière détachable au système de sources laser 19 par l’intermédiaire des connecteurs optiques 30, 130 qui permettent une connexion et une déconnexion manuelle aisée. De préférence, les connecteurs sont réalisés de manière à être compatible avec l’IRM.
[0104] La figure 2 illustre un autre exemple de connexion optique entre la gaine optique 150 et le système de source 19. Les fibres optiques de traitement et de détection sont munies chacune à leur extrémité proximale d’un connecteur optique individuel 133, 134, 135, 136, 137, 138, et les fibres optiques de transmission sont également munies à leur extrémité distale d’un connecteur optique individuel 33, 34, 35, 36, 37, 38. Les connecteurs permettent une connexion et une déconnexion manuelle aisée entre la gaine optique et le système de source 19.
[0105] Le dispositif à multi-émetteurs d’énergie laser de la présente invention peut être intégré dans un ensemble de traitement thermique.
[0106] Selon un mode de réalisation de l’invention et en référence à la figure 7, un tel ensemble de traitement thermique comprend :
- un dispositif à multi-émetteurs tel qu’illustré sur les figures 1 et 2,
- un dispositif d’imagerie IRM 50 configuré pour fournir des images anatomiques 3D de la région cible ainsi que des images de température de la région cible pendant toute la durée du traitement.
[0107] L’ensemble comprend également une unité de construction d’images 51 configurée pour fournir des images anatomiques 3D et de images de température 3D à partir des données acquises par le dispositif IRM. Selon un exemple de réalisation, l’unité centrale de contrôle 10 du dispositif à multi-émetteurs et l’unité de construction d’images 51 peuvent être intégrées dans une seule et même entité.
[0108] L’unité d’affichage 32 de l’unité centrale de contrôle 10 est connectée à l’unité de construction d’images 51 et permet également d’afficher les images de température en temps réel pendant le traitement et les mesures de température transmises par le capteur de température du dispositif à multi-émetteurs 1 . L’unité d’affichage 32 comprend une interface de saisi de données, permettant ainsi au praticien de saisir les données pour ajuster la longueur d’onde, la puissance lumineuse, la durée d’émission et le moment d’émission de chacun des faisceaux lumineux générés par le système de sources laser et destinés à être transportés et émis par les fibres optiques.
[0109] La région cible est une région dans laquelle le tissu biologique doit subir une variation de température. Cette région doit avoir une taille appropriée pour assurer la destruction de la totalité du tissu pathologique tout en préservant les tissus au voisinage de la région cible. L’évaluation de l’extension spatiale de la région cible est réalisée par le praticien dans une phase dite « phase de planification préopératoire » à partir des données relatives à des images anatomiques de la région cible. Cette phase permet également de déterminer la forme complexe géométrique et la localisation de la région cible.
[0110] A titre d’exemple, sur la figure 7, on a représenté schématiquement un organe comprenant une région cible, nommée Rc entourée des régions saines.
[0111] Pendant la phase de planification préopératoire, à partir de l’image anatomique de la région cible, le praticien définit une stratégie d’intervention qui consiste à définir :
- une position de l’extrémité distale de la gaine optique par rapport à la région cible ;
- le secteur angulaire couvert par chacun des émetteurs ;
- la position distale de chacun des émetteurs ;
- une longueur d’onde pour chacun des faisceaux laser de traitement;
- une puissance lumineuse pour chacun des faisceaux laser de traitement ;
- une durée du dépôt d’énergie laser dans la région cible pour chacun des émetteurs, cette durée pouvant être différente pour chaque émetteur ;
- des moments d’émission potentiellement différents pour chacun des émetteurs.
[0112] Pendant la phase de traitement thermique, le praticien peut ajuster de façon individuelle la puissance lumineuse, la longueur d’onde, la durée d’émission et le moment d’émission des faisceaux émis par les émetteurs ou fibres optiques en fonction des images de température transmises par le dispositif d’imagerie IRM 50. [0113] En référence aux figures 8A, 8B et 8C, deux exemples d’utilisation possibles d’une même gaine optique sont décrits. La figure 8A illustre schématiquement une gaine optique 150 avec une répartition radiale de six fibres optiques positionnées à l’extrémité distale de la gaine. Chacune des fibres optiques est apte à émettre un faisceau laser référencé numériquement F1 , F2, F3, F4, F5 et F6. La figure 8B montre six images de température obtenues par le dispositif d’imagerie IRM. Chaque image de température est obtenue simultanément à l’activation d’une seule fibre optique, chaque fibre optique étant activée séquentiellement l’une après l’autre. Les images de température montrent clairement six zones chauffées dans des secteurs angulaires distincts. D’autre part, les distributions de température autour de la gaine optique sont plus ou moins étendues, du fait d’une puissance différente délivrée sur chaque fibre optique. La figure 8C montre une image de température obtenue pendant l’activation simultanée des six fibres optiques avec la même puissance. L’image de température montre une montée en température sensiblement circulaire autour de la gaine optique 150.
[0114] En référence à la figure 9, un exemple d’utilisation possible de deux gaines 240, 250 dont les extrémités distales sont positionnées de part et d’autre d’une région cible Rc. Chacune des gaines 240, 250 comprend ici par exemple respectivement trois fibres optiques 241 , 242, 243, 251 , 252, 253. Grâce à la solution technique de la présente invention, il est ainsi possible d’activer uniquement les deux fibres optiques 241 , 242, 251 , 252 dont les faisceaux laser sont émis en direction de la région cible, et de laisser inactive la troisième fibre optique dont le faisceau laser émis couvre un secteur angulaire situé dans une région saine à préserver du tissu biologique. En outre, il est également possible de sélectionner une longueur d’onde, une puissance lumineuse et une durée de dépôt d’énergie laser différentes pour chacun des quatre faisceaux laser émis de manière à pouvoir générer une distribution thermique 3D qui correspond à la forme géométrique 3D de la région cible.
[0115] En référence aux figures 11-14, un exemple d’utilisation d’un dispositif laser à multi-émetteurs d’énergie laser 1 comprenant six fibres optiques pour traiter thermiquement une région cible d’un tissu biologique est décrit ci-dessous. [0116] En référence à la figure 11 , le dispositif laser comporte six fibres optiques, encapsulées dans une gaine unique. Le diamètre de chaque fibre optique est de 200 pm et le diamètre final de la gaine est de 2 mm. L’extrémité distale de chaque fibre a été usinée pour assurer une propagation radiale de chaque faisceau laser individuel dans une direction différente, afin de pouvoir une couverture angulaire de 60° pour chaque fibre, les six fibres étant distribuées selon une symétrie radiale sur 360°. Dans le cadre de l’exemple présenté, chaque fibre laser est connectée à une diode laser ayant une longueur d’onde de 976 nm et une puissance de 9W maximum. Chaque diode laser est commandée individuellement par une unité de contrôle de faisceaux laser configurée pour contrôler les diodes laser de manière à ajuster dynamiquement la longueur d’onde, la puissance lumineuse, la durée du dépôt d’énergie laser et le moment d’émission de chacun des faisceaux laser guidés et émis par les fibres optiques en direction de la région cible pendant le tir. Ce réglage est possible au début de l’émission par l’unité de contrôle et ajustable en cours d’émission.
[0117] La figure 12 montre six photographies des faisceaux d’émissions individuels de chaque fibre optique du dispositif de la figure 11. Chaque faisceau laser individuel est visualisé en connectant une diode laser dans le domaine visible, par exemple à une longueur d’onde de 532 nm.
[0118] Les six photographies montrent de manière qualitative que chaque fibre optique éclaire bien un secteur angulaire différent, avec des faisceaux lumineux dont les caractéristiques apparaissent légèrement différentes en fonction des voies émettrices.
[0119] Le fonctionnement du dispositif laser de la figure 11 est ensuite validée par thermométrie IRM. L’extrémité distale des fibres entourant par la gaine, nommée sonde ici est introduite dans un gel contenant de la gélatine. L’ensemble est positionné au centre d’un appareil d’imagerie par résonance magnétique (IRM) opérant à 1 ,5T. Une imagerie de repérage est effectuée afin de visualiser la sonde et le gel, et de positionner les coupes de thermométrie perpendiculairement à l’axe de la sonde en englobant la zone éclairée par l’ensemble des fibres. L’imagerie de température IRM est réalisée avec une séquence en écho de gradient rapide (technique « Echo planar imaging ») et comporte 10 coupes (résolution dans le plan de 1 ,4 mm, épaisseur de coupe de 3 mm) qui sont enregistrées en continu (imagerie dynamique) sur une durée totale de plusieurs minutes avec une fréquence de rafraîchissement de 2 secondes. Dans les exemples suivants, les paramètres de la technique d’acquisition de thermométrie sont : temps d’écho de 18 ms, champ de vue de 180x180 mm2, angle de bascule de 60°, accélération GRAPPA d’un facteur 2, bande passante par pixel de 1446 Hz. Les images sont traitées en temps réel par une unité de calcul pour obtenir les cartes de température à partir de images de phases. Ces cartes de température sont affichées en code couleur en temps réel dans une interface graphique. Des points caractéristiques peuvent être identifiés sur l’image pour sélectionner un ou plusieurs des pixels dans lesquels l’évolution temporelle de la température sera également affichée.
[0120] Dans un premier exemple d’utilisation, chaque diode est alimentée séquentiellement à une puissance de 4,2W pendant 30 secondes, avec une pause de 10 secondes entre l’émission de chaque diode.
[0121] La figure 13 montre six images de températures obtenues par IRM lors d’une activation séquentielle de chaque voie émettrice, à l’instant correspondant à l’arrêt de l’émission de chacune des six fibres optiques (élévation maximale de la température). Pour chaque image est indiquée le secteur angulaire couvert par la fibre, pour la diode activée. Le graphique de droite montre l’évolution de la température en six pixels référencées 1de 1 à 6, chaque pixel étant sélectionné dans un secteur angulaire couvert par une fibre différente.
[0122] Les résultats montrent une montée de température dans des secteurs angulaires différents pour chaque fibre, en accord avec la figure 12 (caractérisation qualitative de l’émission laser). La montée de température est moins prononcée pour la fibre numéro 5 (secteur angulaire 2p/3 sur la figure 13), en accord avec la photo de l’illumination produite par cette fibre de la figure 12. Le graphique à droite montre l’évolution en six pixels différents positionnés dans chacun des six secteurs angulaires couverts par chacune des fibres. On observe une montée séquentielle de la température en fonction de la diode laser activée. [0123] La figure 14 montre trois résultats obtenus en activant différemment les diodes laser alimentant chacune des fibres optiques, afin de générer une distribution thermique en forme de triangle, d’ellipse ou de demi-cercle.
[0124] La figure 14 montre trois images de température (a), (b) et (c) obtenues par thermométrie IRM pour trois configurations d’activation différentes. La variation de température dans la région chauffée est représentée par une variation de niveau gris affichés à gauche de images. La configuration (a) correspond à une activation simultanée de trois fibres 2, 4 et 6, avec une puissance de 2W et pendant une durée de 60 secondes. L’image de température présente une forme de triangle. La configuration (b) correspond à une activation simultanée de deux fibres 3 et 6, avec une puissance de 1 ,5W et pendant une durée de 25 secondes. L’image de température présente une forme d’ellipse. La configuration (c) correspond à une activation simultanée de quatre fibres 1 , 2, 3 et 6, avec une puissance de 1 ,5W et pendant une durée de 30 secondes. L’image de température présente une forme de demi-cercle.
Application industrielle
[0125] L’utilisation d’une pluralité d’émetteurs d’énergie laser, couvrant chacun un secteur angulaire différent et à des positions différentes le long de la gaine, permet de générer une distribution de température 3D ajustable par rapport à la forme géométrique quelconque de la région cible. En raison de cette flexibilité sur la géométrie de la lésion thermique créée, l’invention est particulièrement adaptée pour un traitement de fibrillations cardiaques, pour traiter les tumeurs de divers organes, tels que l’abdomen et les régions cérébrales pathologiques.
[0126] Par ailleurs, le contrôle est plus précis en termes de profondeur de la pénétration du faisceau lumineux dans le tissu de la région cible en modulant la longueur d’onde des faisceaux émis par chacun des émetteurs.
[0127] Enfin, lorsque le dispositif à multi-émetteurs d’énergie laser est couplé avec un dispositif d’imagerie IRM dans un ensemble de traitement thermique, il est possible de moduler la puissance lumineuse, la durée d’émission ainsi que le moment d’émission de chacun des émetteurs afin d’ajuster le dépôt d’énergie laser dans le temps et dans l’espace à partir des images de températures obtenues par le dispositif d’imagerie IRM.
[0128] L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-avant à titre d’exemple non limitatif. Elle englobe toutes les variantes de réalisation qui pourront être envisagées par l’homme du métier. Il faut comprendre notamment que des modifications logiques peuvent être effectuées. En outre, les modes de réalisations présentés dans la description détaillée de l’invention ne doivent pas être interprétés comme limitant l'ordre des étapes et sous-étapes

Claims

Revendications
[Revendication 1] Dispositif laser à multi-émetteurs d’énergie laser (1 ) pour traiter thermiquement une région cible d’un tissu biologique, comprenant :
- au moins une gaine (150) présentant un axe longitudinal (AA’) et comprenant une extrémité proximale (151 ) et une extrémité distale (152) destinée à être mise en regard de la région cible ;
- au moins deux fibres optiques (123, 124, 125, 126, 127) s’étendant dans la gaine entre l’extrémité proximale et l’extrémité distale, chacune des fibres optiques étant adaptée pour guider un faisceau laser de traitement thermique vers la région cible et de déposer une énergie laser dans la région cible;
- les extrémités distales d’au moins deux fibres optiques étant configurées pour émettre chacune un faisceau laser selon une direction d’émission différente par rapport à l’axe longitudinal de la gaine ;
- un système de sources laser (19) configuré pour générer au moins deux faisceaux laser, lesdits au moins deux faisceaux laser ayant des longueurs d’onde différentes ou identiques avec une puissance lumineuse ajustable ;
- une unité de contrôle de faisceaux laser (31 ) configurée pour contrôler le système de sources laser de manière à sélectionner la longueur d’onde, la puissance lumineuse, la durée du dépôt d’énergie laser et le moment d’émission de chacun des faisceaux laser guidés et émis par les fibres optiques en direction de la région cible de manière à générer et ajuster dynamiquement une distribution thermique 3D ayant une forme géométrique adaptée à la forme géométrique de la région cible.
[Revendication 2] Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel l’extrémité distale d’au moins deux fibres optiques est positionnée à une distance différente par rapport à une surface de l’extrémité distale de la gaine (150).
[Revendication 3] Dispositif selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel l’extrémité distale des fibres optiques est configurée pour émettre un faisceau laser selon une direction d’émission orientée d’un angle a compris entre 0 et 180° par rapport à l’axe longitudinal de la gaine (150).
[Revendication 4] Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit système de sources laser (19) comprend une pluralité de sources lasers monochromatiques (23, 24, 25, 26, 27, 28).
[Revendication 5] Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le système de sources laser est adapté pour générer au moins deux faisceaux laser de longueurs d’onde différente laser par fibre optique.
[Revendication 6] Dispositif selon l’une des revendications 1 à 5, comprenant en outre une pluralité de fibres optiques de transmission (43, 44, 45, 46, 47, 48) aptes à transmettre les faisceaux laser générés par le système de source laser (19) vers les fibres optiques (123, 124, 125, 126, 127, 128) de la gaine (150).
[Revendication 7] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un capteur de température.
[Revendication 8] Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le capteur de température est une fibre optique de détection (128) apte à détecter une variation de température dans la région cible.
[Revendication 9] Dispositif selon la revendication 8, dans lequel ladite pluralité de fibres optiques de traitement thermique (123, 124, 125, 126, 127) est répartie selon une symétrie radiale autour de la fibre optique de détection (128).
[Revendication 10] Dispositif selon l’une des revendications précédentes et la revendication 6, comprenant en outre des moyens de connexion (30, 130) aptes à mettre en connexion les fibres optiques (123, 124, 125, 126, 127, 128) de la gaine (150) avec les fibres optiques de transmission (43, 44, 45, 46, 47, 48) du système de source s laser (19).
[Revendication 11] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la gaine (150) comprend au moins une lumière (158) adaptée pour l’injection d’une substance thérapeutique sous pression destinée à être éjectée en direction de la région cible.
[Revendication 12] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la gaine (150) comprend un circuit de refroidissement fermé adapté pour le transport d’un liquide de refroidissement destiné à refroidir une partie de l’extrémité distale (152) de la gaine (150).
[Revendication 13] Dispositif selon la revendication 12, dans lequel le circuit de refroidissement fermé est formé par au moins deux lumières (158, 159, 160) prévues dans la gaine.
[Revendication 14] Dispositif selon la revendication 12, dans lequel le circuit de refroidissement fermé est formé par une gaine de refroidissement (161 ) entourant la gaine (150) comprenant les fibres optiques et une lumière (158) prévue dans la gaine (150). [Revendication 15] Ensemble de traitement thermique (500) d’une région cible d’un tissu biologique comprenant :
- un dispositif laser à multi-émetteurs d’énergie laser (1) selon l’une des revendications 1 à 14 pour traiter la région cible ;
- un système d’imagerie par résonance magnétique (50) configuré pour générer des images anatomiques et des images thermométriques de la région cible.
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