FR2508802A1 - Procede d'hyperthermie medicale utilisant une poudre magnetique par voie sanguine, et dispositif de mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Procede d'hyperthermie medicale utilisant une poudre magnetique par voie sanguine, et dispositif de mise en oeuvre de ce procede Download PDF

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Abstract

L'INVENTION, METTANT A PROFIT DES EXPERIENCES RECENTES DE CHIMIOTHERAPIE DANS LESQUELLES ON TRANSPORTE DES SUBSTANCES MEDICAMENTEUSES JUSQU'A L'ORGANE A TRAITER PAR DES GRAINS DE POUDRE MAGNETIQUE DE TRES PETITES DIMENSIONS, UTILISE POUR L'HYPERTHERMIE MEDICALE L'ECHAUFFEMENT, LOCALISE GRACE A L'UTILISATION DE CETTE METHODE, ET IMPUTABLE AUX PERTES PAR HYSTERESIS DE LA POUDRE MAGNETIQUE DANS UN CHAMP MAGNETIQUE ALTERNATIF. LE PROCEDE SELON L'INVENTION EST CARACTERISE EN CE QUE LE CHAMP MAGNETIQUE, DE FREQUENCE COMPRISE ENTRE 10 ET 100 KHZ, EST CREE PAR UN CIRCUIT MAGNETIQUE 20 DANS L'ESPACE QUI SEPARE DEUX PIECES POLAIRES 210, 211 OU L'ON INSERE LA PARTIE DU CORPS A TRAITER, L'EXCITATION 24 ETANT REGULEE PAR CONTROLE DE TEMPERATURE A L'AIDE D'UNE SONDE 231. EN OUTRE UNE AUTOREGULATION DE LA TEMPERATURE EST PRATICABLE EN PREDETERMINANT LE POINT DE CURIE DE LA SUBSTANCE MAGNETIQUE. APPLICATIONS EN THERAPEUTIQUE DES TUMEURS ET DE CERTAINES AFFECTIONS VIRALES.

Description

PROCEDE D'HYPERTHERMIE MEDICALE UTILISANT UNE POUDRE
MAGNETIQUE PAR VOIE SANGUINE, ET DISPOSITIF
DE MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE
L'invention concerne un procédé de traitement médical du corps humain, par hyperthermie, utilisant une poudre magnétique injectée par voie sanguine. Elle concerne également le ou les dispositifs de mise en oeuvre d'un tel procédé.
Actuellement on sait que le traitement de certaines tumeurs, par exemple des tumeurs cancéreuses, peut s'effectuer en portant les organes malades à une température suaérieure -à la température normale du corps humain. Certaines tumeurs ont présenté des régressions et même des guérisons lorsqu'elles étaient chauffées à des températures de l'ordre de 41 degrés à 43çC par exemple.
Le problème consistant à chauffer sélectivement une partie du corps humain ntest pas toujours un problème simple. Il est particulièrement difficile lorsque la zone à chauffer est profonde, ctest-àrdire loin de la surface accessible de la peau ou des muqueuses.
Différents moyens de chauffage ont été imaginés et essayés. L'un de ceux-ci consiste à faire pénétrer d'une manière convenable dans la partie du corps à traiter une onde électromagnétique hyperfréquence (c'est-à-dire à des fréquences de 1 à quelques GHz). Le champ électrique de cette onde induit des pertes diélectriques dans les milieux traversés et y produit donc un échauffement. Ce procédé se heurte cependant à des difficultés importantes. Les ondes électromagnétiques hyperfréquences ayant des longueurs d'onde dans le vide assez grandes, par exemple quelques décimètres, sont peu directives et il est difficile d'en localiser les effets avec précision. Les ondes de plus petite longueur d'onde dans le vide, par exemple quelques centimètres, pénètrent par contre peu facilement dans le corps humain.Une autre difficulté tient au fait que le corps constitue un milieu diélectrique extrêmement hétérogène et complexe. Les différents tissus ont des constantes diélectriques et des pertes diélectriques très variées. Il en résulte une répartition dans l'espace du champ électrique complexe et très peu contrb lable. Les échauffements qui en résultent sont également très peu maitri sables. De toutes façons il est extrêmement difficile de localiser ces effets d'échauffement là où ils seraient thérapeutiquement utiles et de les éviter là où ils sont nuisibles.
L'invention tend à éviter certains des inconvénients signalés ci-avant, notamment en facilitant la localisation de l'échauffement. En outre elle peut permettre une autorégulation de l'hyperthermie en fonction d'une température limite.
A la base de l'invention, on met à profit les idées suivantes:
a) Une poudre magnétique très fine, injectée dans le sang de l'organe à traiter, doit permettre un échauffement sélectif de cet organe si l'on utilise les effets sur le matériau magnétique d'un champ magnétique alternatif de basse fréquence (10 à 100 kHz par exemple) c'est-à-dire dans un domaine de fréquence où il est possible de séparer la composante électrique et la composante magnétique du champ électromagnétique alternatif. En effet, à titre d'exemple une substance magnétique placée dans l'entrefer d'un électro-aimant alimenté en courant alternatif s'échauffe en raison des pertes hystérétiques dans la substance magnétique sans que le champ électrique joue pratiquement aucun rôle, c'est-à-dire sans pertes diélectriques sensibles.
Pour la même raison, le tissu vivant placé dans les mêmes conditions ne s'échauffe pratiquement pas, les pertes hystérétiques dues au magnétisme n'existant pas et les pertes diélectriques étant négligeables par suite de l'absence de champ électrique alternatif.
b) On sait actuellement, en chiomiothérapie, localiser des médicaments enrobant des grains de matériau magnétique injectés par voie sanguine. Cette poudre se comporte comme une substance inerte après libération des médicaments qui l'enrobent. La localisation dans l'organe à traiter s'opère par des moyens manuels très simples à l'aide d'aimants permanents extérieurs au corps humain. En utilisant une technique analogue on peut donc localiser la poudre par exemple dans une tumeur à traiter et localiser ainsi l'échauffement provenant de la poudre magnétique.
c) On peut contrôler la localisation de la poudre de matériau magnétique, opaque aux rayons X, en utilisant des moyens de radiographie.
d) Enfin, comme on sait maîtriser le point de Curie des matériaux magnétiques, notamment celui des ferrites de nickel, zinc et cobalt en faisant varier la teneur en zinc ou en cobalt, on peut fixer le point de Curie à la température critique à ne pas dépasser sans nuire au tissu vivant, et obtenir ainsi une autorégulation de l'hyperthermie. En effet l'échauffement cesse avec l'absence d'induction magnétique lorsqu'on franchit le point de
Curie du matériau constituant la poudre injectée dans l'organe à traiter.
Le procédé selon l'invention est du type comportant les étapes suivantes:
A titre d'étape préliminaire, on prépare une poudre magnétique à grains de diamètre maximal plus petit que celui des vaisseaux les plus fins du système sanguin dans le corps humain.
Dans une première étape du procédé, on injecte la poudre par voie sanguine dans le corps humain et l'on opère le transfert vers l'organe à traiter en utilisant des moyens de localisation classiques, sous contrôle radiographique.
Le procédé est caractérisé en ce qu'il comporte en outre une deuxième étape où l'on crée un champ magnétique alternatif de basse fréquence à l'aide de moyens comportant un espace recevant la partie du corps à traiter, ladite étape comportant le traitement d'hyperthermie proprement dit avec contrôle de température par des moyens classiques.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparaîtront, au moyen de la description qui suit, et des dessins qui raccompagnent, parmi lesquels:
La figure 1 représente l'appareillage de la première étape du procédé selon l'invention, au cours de sa mise en oeuvre.
La figure 2 représente, dans des conditions analogues, l'appareillage de la deuxième étape du procédé selon l'invention.
La figure 3 est une courbe explicative relative au point de Curie d'un matériau magnétique.
Au cours de rétape préliminaire, on prépare une poudre très fine (grains de l'ordre du micron) d'oxyde de fer magnétique (Fe2 03 ou Fe3 04 "gamma") ou de ferrite ayant par exemple la structure spinelle et possédant des ions non susceptibles d'être toxiques pour l'organisme humain comptetenu de leur forte résistance à l'attaque chimique ou physique par le sang humain. Ces ions peuvent être des ions fer, manganèse, magnésium, nickel, cobalt et/ou zinc. Par exemple, on prépare les ferrites de formules.
(1) Nil x Znx Fe204 avec 0 < x < 0,8 ozone des produits ferromagnétiques)
(2) Ni1-x-u Cou Znx Fe2 04 Odx60,8
(3) Mnl~x Znx Fe2O4 0 < x < O,7
Les poudres sont constituées par un ou plusieurs produits de ce genre.
La poudre magnétique peut être obtenue par divers processus de fabrication que l'on peut classer en deux types principaux.
a) Premier type de procédé de fabrication.
La préparation comprend d'abord le choix de matières premières sous forme de sels, par exemple de sulfates de zinc, fer et nickel d'une grande pureté par rapport aux ions métalliques. La pureté du sulfate de fer est supérieure à 99,5 %, celle du sulfate de nickel supérieure à 99 % et celle du sulfate de zinc supérieure à 99,5 %. Ces sulfates sont dissous dans de l'eau dans des proportions qui permettent d'obtenir la formule chimique générale.
Le sel mixte est déshydraté à 2200C environ puis décomposé vers SOo0C.
La poudre ainsi obtenue est frittée à une température inférieure de S0-C environ par rapport à la température normale de frittage (de l'ordre de 1 200 C) de manière à obtenir des cristallites très petits.
Elle est ensuite broyée, selon les techniques classiques du broyage des matériaux céramique contenant du fer, par exemple avec des billes d'acier se déplaçant dans des jarres en acier.
La grosseur maximale des grains de la poudre ainsi obtenue est contrôlée de façon très précise pour ne pas dépasser par exemple 1 micron.
Des recuits peuvent être effectués après frittage comme il est usuel en technique céramique.
b) 2ème type du procédé de fabrication.
Les matières premières choisies sont des oxydes de fer, nickel et zinc d'une haute pureté ( p99 %). Les pesées sont faites pour avoir des ions métalliques dans la proportion de la formule chimique générale, mais avec un taux de fer différent pour tenir compte du fer métallique introduit lors des opérations ultérieures de broyage et de telle sorte que dans la formule résultante les proportions d'ions métalliques soient conformes à la formule chimique générale.
Les quantités de fer introduites lors des opérations de mélange et broyage se mesurent grâce à des analyses chimiques connues.
On tient évidemment compte dans les pesées des pertes au feu constatées sur les matières premières lors des traitements thermiques ultérieurs. Celles-ci, par exemple des oxydes de zinc, de nickel et de fer, sont mélangées puis broyées dans des jarres en acier, contenant des billes en acier, en présence d'eau distillée pendant 24 heures. Le mélange est ensuite séché et la poudre obtenue subit le chamottage (traitement thermique à une température comprise entre 9000 et 1 l000C pendant 1 à quelques heures).
Le produit ainsi traité est broyé en phase aqueuse dans une jarre en fer en présence de billes en acier pendant 48 heures. Après broyage l'eau est retirée par évaporation et la poudre traitée comme dans le premier type de procédé.
Les moyens utilisés lors de la première étape du procédé, après injection de la poudre magnétique dans le sang du malade à traiter, sont représentés schématiquement à la figure 1
- en 1, les moyens manuels comportant, par exemple, un ou plusieurs aimants permanents;
- en 2, une source de rayons X dirigée vers la partie du corps à traiter;
- en 3, un récepteur de rayons X du type utilisable avec visualisation par tube cathodique.
Le système de visualisation 4 est couplé au récepteur 3 et comporte par exemple un écran de télévision 41.
La manipulation des moyens 1 est poursuivie par le médecin jusqu'à ce que, sur l'écran 41, on constate que la poudre magnétique est bien localisée.
Les moyens utilisés lors de la deuxième étape du procédé sont représentés comme suit:
- en perspective schématique, l'appareil 20 de création du champ magnétique alternatif comportant un circuit magnétique 21 dont l'entrefer est aménagé de façon à ce que l'on puisse insérer la partie du corps à traiter;
- sous forme schématique un appareil de mesure 23 avec sonde 231 introduite dans le tissu vivant, ledit appareil électronique élaborant électroniquement une grandeur de mesure à comparer avec la valeur de consigne de fonctionnement de l'appareil 20
- sous forme de bloc fonctionnel l'appareil d'excitation 24 de l'appareil 20, couplé avec l'appareil 23. La fréquence d'excitation est comprise entre 10 et 100 kHz (par exemple 30 kHz). L'appareil 24 fourni du courant alternatif à l'enroulement 22 de l'appareil 20.
La sonde 231, de mesure de température de l'organe à traiter est par exemple une sonde en forme d'aiguille comportant une couche de matériau thermoélectrique selon le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 4 108 163 délivré le 22 Août 1978 à W. Fleckenstein et V. Thiemann.
On peut utiliser aussi une sonde analogue comportant une thermistan ce en couche mince décrite par L. Larsen, R. Moore et J. Acévédo dans la revue américaine IEE Transactions on Microwave Theory and Technique Vol.
MTT-22 NO 4 p ; 438-444 Avril 1974.
Le circuit magnétique 21 est constitué d'un assemblage de tôles en matériau de type classique pour une telle utilisation.
Ces tôles constituent des plans parallèles au champ magnétique créé par l'enroulement de fil conducteur 22 formant un solénoide disposé autour d'une partie du circuit sensiblement à l'opposé de l'entrefer. Elles sont découpées de manière à former un coutour interrompu par l'entrefer luimême constitué entre deux joues 210 et 211. Ces joues forment deux plans parallèles entre lesquels on a un volume d'air où règne un champ magnétique alternatif perpendiculaire à ces plans.
A titre d'exemple, les plans des joues 210 et 211 sont horizontaux et placés à hauteur convenable pour faciliter l'insertion du support 25 sur lequel est disposé le malade et l'insertion de la partie du corps à traiter.
Les appareils 23 et 24 constituent un système de régulation de type classique. L'appareil 24 est réglable et permet d'afficher une consigne de température à ne pas dépasser, afin d'éviter les risques de nécrose pour le tissu vivant au niveau de la sonde 231.
Dans une variante très importante de l'invention, on utilise, pour constituer la poudre magnétique, un ferrite dont le point de Curie est prédéterminé afin de permettre une auto-régulation de l'échauffement. En effet lorsqu'on atteint le point de Curie, le cycle d'hystérésis, qui est la source principale de l'échauffement constaté en champ magnétique alter natif de basse fréquence, disparaît pratiquement, par suite de l'absence de magnétisme à cette température qui peut être fixée par exemple entre 420C et 450C pour éviter la nécrose des tissus, ou à une valeur un peu différente pour répondre à un besoin thérapeutique particulier.
La prédétermination du point de Curie d'un ferrite comme celui des formules (1), (2) ou (3) est très aisée, notamment au voisinage des températures précitées. En effet, on sait que la température du point de Curie suit une loi de variation extrêmement précise et régulière en fonction de la composition.
Par exemple pour la formule (3):
Mnl~x Znx Fie204 on a tracé sur la figure 3, la courbe de la température du point de Curie en fonction du paramètre x dans le domaine situé au dessus de 3000 K.
On voit que par exemple pour la valeur:
x = 0,67
le point de Curie M a la valeur:
T = 3130K soit environ BOOC.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1. Poudre magnétique présentant des grains de l'ordre du micron, possédant des ions non susceptibles d'être toxiques pour l'organisme humain, en milieu sanguin, constitué par un ou plusieurs matériaux choisis parmi les suivants Fe2O3 ou Fe3 O4 ;
Ni1-xZnx Fe2 O4 , avec 0 < x < 0,8 Ni Co Zn Fe O , avec G < x < 0,8
l-x-u u x 2 4
Mnl-x Zflx Fe2 4 avec O < x < C,7 caractérisée en ce qu'elle est appliquée à un traitement d'hyperthermie médicale.
2. Poudre magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente un point de Curie situé aux environs de la température de nécrose des tissus biologiques.
3. Poudre magnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'elle est constituée par un composé de formule
Mn 1-x Znx Fe2 04 ot x est voisin de 0,67.
4. Dispositif de mise en oeuvre d'un traitement d'hyperthermie médicale utilisant une poudre selon la revendication 1, carac tersé en ce qu'il comporte au moins
- des moyens de création d'un champ magnétique alternatif de basse fréquence constitué par un circuit magnétique dont l'entrefer est aménagé de telle sorte que l'on puisse y insérer la partie du corps humain à traiter et un enroulement d'excitation alimenté par une source de courant à basse fréquence
- des moyens de contrôle de la température de la partie du corps humain à traiter comportant une sor.de de mesure et un sys tère de régulation agissant sur ledit courant de basse fréquence.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite sonde est du type comportant une aiguille destinée à être introduite dans la partie du corps humain à traiter.
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