FR3089128A1 - Fenetre acoustique pour l’imagerie et/ou le traitement d’un tissu cerebral - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne une fenêtre acoustique (1) apte à être implantée au niveau d’une ouverture ménagée dans la boîte crânienne (4) d’un patient, ladite fenêtre acoustique (1) étant destinée à coopérer avec une sonde ultrasonore externe (2) pour l’émission d’ondes ultrasonores à travers la fenêtre acoustique (1), remarquable en ce que la fenêtre acoustique comprend une plaque (11) incluant une pluralité d’ouvertures traversantes (12), la distance (P) des ouvertures traversantes (12) étant inférieures au double de la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe (2). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 3

Description

Description
Titre de l’invention : FENETRE ACOUSTIQUE POUR L’IMAGERIE ET/OU LE TRAITEMENT D’UN TISSU CEREBRAL
Domaine technique [0001] La présente invention concerne le domaine technique général des dispositifs ultrasonores pour l’imagerie et/ou le traitement d’un tissu cérébral - humain ou animal par ultrasons afin d’aider un praticien dans l’établissement d’un diagnostic et/ou afin de traiter une pathologie.
[0002] ARRIERE PLAN DE L'INVENTION [0003] 1. Principe général [0004] On connaît différentes techniques permettant de traiter ou d‘imager un tissu cérébral.
[0005] 1.1. Traitement [0006] On connaît différentes techniques permettant de traiter un tissu cérébral, notamment par ultrasons.
[0007] Le document EP 2 539 021 décrit par exemple un appareil de traitement d'affections du cerveau comprenant :
[0008] un dispositif ultrasonore implantable réalisé en matériau non ferromagnétique, [0009] une unité de commande distante du dispositif ultrasonore, et [0010] des moyens de connexion entre le dispositif ultrasonore et l’unité de commande.
[0011] Le principe de fonctionnement de cet appareil est le suivant. Une fois le dispositif ultrasonore implanté dans le crâne du patient, une succession de séances de traitement lui est prodiguée pour traiter la pathologie qui l’affecte. A chaque nouvelle séance de traitement, le dispositif intracorporel est relié à l’unité de commande par l’intermédiaire des moyens de connexion.
[0012] Même si l’appareil décrit dans EP 2 539 021 permet un traitement efficace des affections du cerveau, il serait souhaitable de disposer d’une technique de traitement alternative permettant d’appliquer les ondes ultrasonores depuis l’extérieur du crâne de sorte à simplifier le travail du praticien, l’installation des moyens de connexion entre le dispositif ultrasonore et l’unité de commande pouvant parfois être difficile à mettre en œuvre.
[0013] 1.2. Imagerie [0014] L'imagerie cérébrale (ou neuro-imagerie) peut être utilisée pour permettre au praticien de suivre l’évolution d’une lésion cérébrale ou d’une tumeur cérébrale dans une visée diagnostique et/ou d'intervention chirurgicale.
[0015] Les techniques d’imagerie le plus souvent utilisées consistent en la tomodensi tométrie (communément appelée scanner) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Même si ces techniques sont efficaces, elles présentent des inconvénients. L'imagerie par résonance magnétique présente un coût élevé et nécessite l’injection d’un produit de contraste au patient.
[0016] Il est donc souhaitable de disposer d’une technique alternative pour permettre l’imagerie cérébrale.
[0017] On connaît également des techniques d’imagerie basées sur l’utilisation d’ondes ultrasonores pour imager un tissu cérébral. Toutefois, ces techniques se heurtent à la difficulté de transmission des ondes ultrasonores à travers la boîte crânienne du patient.
[0018] 1.3. Utilisation combinée d’une fenêtre implantée et d’un dispositif ultrasonore externe [0019] Pour pallier les inconvénients des méthodes de traitement/imagerie existantes, l’utilisation combinée :
[0020] d’une fenêtre implantée dans l’épaisseur du crâne d’un patient, et [0021] d’un dispositif ultrasonore externe apte à générer des ondes ultrasonores, peut être envisagée.
[0022] En effet, une telle combinaison (fenêtre implantée / dispositif ultrasonore externe) semble présenter de nombreux avantages :
[0023] le dispositif ultrasonore étant non implantable, il est plus facile à fabriquer, et permet de s’affranchir des problèmes de stérilité ou de compatibilité IRM, [0024] le dispositif ultrasonore peut être plus complexe que ce qui est réalisable en version implantable ; par exemple un émetteur du dispositif ultrasonore peut disposer de canaux multiples, permettant une adaptation par l’électronique de la forme du faisceau à la cible, [0025] une fois la fenêtre implantée chez le patient, on peut adapter le traitement acoustique pour contrer au mieux à l’évolution de la maladie (traitement d’une zone de rechute locale par exemple).
[0026] 2. Contraintes liées à Γutilisation combinée d’une fenêtre implantée et d’un dispositif ultrasonore externe [0027] Toutefois même si l’utilisation combinée d’une fenêtre implantée et d’un dispositif ultrasonore externe constitue une méthode de traitement / d’imagerie prometteuse, l’importance d’émettre des ondes ultrasonores au travers de la fenêtre implantée selon des angles d’incidence importants n’a pas été prise en compte.
[0028] Or, la possibilité d’incliner le dispositif ultrasonore relativement à la fenêtre implantée sans modifier le comportement de la fenêtre implantée (i.e. sans réduire le coefficient de transmission des ondes ultrasonores et sans augmenter réchauffement de la fenêtre implantée) est d’une importance capitale pour permettre de traiter / d’imager un grand volume tissulaire.
[0029] Ainsi, la fenêtre implantée doit respecter certaines conditions :
[0030] les dimensions de la fenêtre doivent être réduites (il n’est pas possible de remplacer toute la boîte crânienne par une fenêtre implantée), [0031] l’absorption, les aberrations et la réflexion des ondes ultrasonores par la fenêtre doivent être minimales, quelle que soit la géométrie des ondes ultrasonores (focalisée, divergente ou collimatée), et notamment pour des incidences élevées : en effet, si la fenêtre est acoustiquement transparente (i.e. faible absorption, faible déformation et faible réflexion des ondes ultrasonores) aux incidences élevées, il est possible de traiter un volume maximal de tissu en orientant le dispositif ultrasonore pour émettre des ondes ultrasonores selon des angles d’incidence différents [0032] la déformation mécanique de la fenêtre due à une pression sur la tête du patient doit être minimale ; notamment, la fenêtre doit résister à une pression mécanique exercée sur celle-ci (typiquement une force de 100N appliquée au centre de la plaque doit engendrer une déformation inférieure à 5mm), [0033] de préférence la fenêtre est compatible avec FIRM (pas d’échauffement pendant l’examen, pas de déformation des images), [0034] la fenêtre doit être biocompatible, [0035] de préférence la fenêtre permet la transmission/réception des ondes ultrasonores d’imagerie, [0036] de préférence 1 ‘épaisseur de la fenêtre doit être réduite.
[0037] On entend, dans le cadre de la présente invention, par « angle d’incidence élevés », des angles d’incidence compris entre 20° et 60° relativement à une incidence normale à la fenêtre implantée.
[0038] Il a déjà été proposé différentes fenêtres implantées permettant de répondre à certaines de ces contraintes.
[0039] Le document “An ultrasound window to perform scanned, focused ultrasound hyperthermia treatments of brain tumors., ” de J. Tobias, K. Hynynen, R. Roemer, N. Guthkelch, S. Lleischer, et J. Shively, Med. Phys., vol. 14, no. 2, pp. 228-234, 1987, est une étude de différents matériaux susceptibles de constituer une fenêtre implantée dans le but de traiter des tumeurs cérébrales par hyperthermie induite par ultrasons focalisés (HILU). Ce document enseigne à l’homme du métier qu’une fenêtre constituée en polyéthylène présente une meilleure transmission des ondes ultrasonores que des fenêtres constituées respectivement en polystyrène, en acrylique ou en polyméthyle-méthylcrylate (matériaux communément utilisés en craniotomie), et que la fenêtre implantée doit être d’épaisseur importante pour que sa résistance mécanique soit suffisante.
[0040] Cependant dans ce document, l’impact de l’angle d’incidence sur la transmission des ondes ultrasonores, et les risques liés à réchauffement de la fenêtre implantée lors de l’émission des ondes ultrasonores n’ont pas été considérés.
[0041] Le document “Novel Cranial Implants of Yttria-Stabilized Zirconia as Acoustic Windows for Ultrasonic Brain Therapy” de Μ. I. Gutierrez, E. H. Penilla, L. Leija, A. Vera, J. E. Garay, et G. Aguilar, Adv. Healthc. Mater., vol. 1700214, pp. 1-11, 2017 enseigne à l’homme du métier qu’une fenêtre implantée constituée en céramique (Yttria-Stabilized Zirconia) permet une bonne transmission acoustique (81%) à une épaisseur proche de λ/2, avec λ la longueur d’onde des ondes ultrasonores dans la fenêtre implantée.
[0042] Toutefois dans ce document, les ondes ultrasonores sont émises uniquement selon une incidence normale à la fenêtre implantée. Ainsi ce document ne considère pas non plus l’impact de l’angle d’incidence sur la transmission des ondes ultrasonores, et réchauffement de la fenêtre implantée.
[0043] Ces études posent une première base de recherche. Néanmoins, de nombreux éléments restent à évaluer pour permettre l’utilisation combinée :
[0044] d’une fenêtre implantée, et [0045] d’un dispositif ultrasonore externe, afin de traiter/imager un tissu cérébral.
[0046] En effet, au vu des différentes contraintes indiquées ci-dessus, il n’a pas encore été proposé de fenêtre implantée permettant de maximiser le volume de tissu imagé ou traité.
[0047] Un but de la présente invention est de proposer une fenêtre implantée permettant l’imagerie ou le traitement d’un volume cérébral maximal.
[0048] Plus précisément, un but de la présente invention est de proposer une fenêtre de craniotomie permettant une bonne transmission acoustique à grand angle d’incidence afin de maximiser le volume de tissu imagé ou traité.
[0049] BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION [0050] A cet effet, l’invention propose une fenêtre acoustique apte à être implantée au niveau d’une ouverture ménagée dans la boîte crânienne d’un patient, ladite fenêtre acoustique étant destinée à coopérer avec une sonde ultrasonore externe pour l’émission d’ondes ultrasonores à travers la fenêtre acoustique, remarquable en ce que la fenêtre acoustique comprend une plaque incluant une pluralité d’ouvertures traversantes, la distance entre deux ouvertures traversantes adjacentes étant inférieure à cinq fois la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe.
[0051] On entend, dans le cadre de la présente invention, par « longueur d’onde », la longueur d’onde dans l’eau des ondes ultrasonores émises par la sonde.
[0052] Le fait que la plaque comporte des ouvertures traversantes telles que définies précédemment permet à la fenêtre acoustique selon l’invention d’être acoustiquement transparente aux ondes ultrasonores, notamment pour des ondes ultrasonores émises selon des angles d’incidence importants.
[0053] Plus précisément, la fenêtre acoustique selon l’invention :
[0054] absorbe peu les ondes ultrasonores, ce qui limite réchauffement de la fenêtre et des tissus intermédiaire (peau) lors de l’émission des ondes ultrasonores, [0055] réfléchit peu les ondes ultrasonores, ce qui maximise le coefficient de transmission de la fenêtre acoustique, réduit la pression acoustique incidente, minimise les ondes stationnaires entre la fenêtre et l’émetteur et [0056] déforme peu le faisceau d’ondes ultrasonores émises.
[0057] Cette transparence acoustique aux ondes ultrasonores est indépendante du matériau utilisé, de sorte qu’il est possible d’envisager l’utilisation de matériaux de forte impédance acoustique pour réaliser la fenêtre acoustique.
[0058] De tels matériaux à forte impédance acoustique (i.e. supérieure à 5 x 106 Pa s/m) présentent généralement en effet une meilleure résistance mécanique que les matériaux à faible impédance acoustique. Il est ainsi possible de réduire l’épaisseur de la fenêtre acoustique lorsqu’elle est réalisée dans un matériau à forte impédance acoustique.
[0059] Par ailleurs, les matériaux à forte impédance acoustique - tel que les métaux -peuvent être stérilisés en employant toutes les méthodes de stérilisation connues notamment par autoclave. Il est donc plus facile de stériliser une fenêtre acoustique lorsqu’elle est réalisée dans un matériau à forte impédance acoustique.
[0060] Enfin, les matériaux à forte impédance acoustique présentent généralement un coefficient de dissipation thermique supérieur aux matériaux à faible impédance acoustique (qui sont généralement isolant thermiquement). L’évacuation de la chaleur à travers la fenêtre acoustique est donc facilitée lorsqu’elle est réalisée dans un matériau à forte impédance acoustique.
[0061] Des aspects préférés mais non limitatifs de la présente invention sont les suivants :
[0062] le matériau constituant la plaque peut être un matériau d’impédance acoustique élevée supérieure à 5 x 106 Pa s/m, tel qu’un métal comme par exemple du titane ; ceci permet d’améliorer la résistance mécanique de la fenêtre acoustique, [0063] la surface couverte par les ouvertures traversantes peut être supérieure ou égale à 50%, préférentiellement supérieure ou égale à 75%, et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 90% de la surface totale de la plaque ; ceci permet d’améliorer le coefficient de transmission de la fenêtre acoustique, [0064] la distance entre deux ouvertures traversantes adjacentes peut être inférieure au double de la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe, préférentiellement inférieure à 1 ,7 fois la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe, et encore plus préférentiellement inférieur à la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe ; ceci permet d’améliorer le coefficient de transmission et les caractéristiques thermiques de la fenêtre acoustique, [0065] les dimensions de chaque ouverture traversante peuvent être inférieures au double de la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe, préférentiellement inférieures à 1 ,7 fois la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe, et encore plus préférentiellement inférieures à la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe ; ceci permet également d’améliorer le coefficient de transmission et les caractéristiques thermiques de la fenêtre acoustique, [0066] les ouvertures traversantes peuvent être de forme identique ; ceci permet d’améliorer l’homogénéité du champ d’ondes ultrasonores transmis vers le tissu cérébral, et de limiter la déformation du champ d’ondes ultrasonores transmis, [0067] les ouvertures traversantes peuvent être régulièrement réparties sur la plaque ; ceci permet d’améliorer l’homogénéité du champ d’ondes ultrasonores transmis vers le tissu cérébral, et de limiter la déformation du champ d’ondes ultrasonores transmis, [0068] les ouvertures traversantes peuvent être disposées selon un arrangement carré ;
[0069] les ouvertures traversantes peuvent être disposées selon un arrangement hexagonal ;
l’arrangement hexagonal permet d’augmenter le rapport entre la surface couverte par les ouvertures traversantes et la surface totale de la plaque, [0070] la fenêtre acoustique peut comprendre en outre au moins une couche de matériau polymère, tel que de la silicone, contenant la plaque ; ceci permet de limiter l’inconfort provoqué par l’implantation de la fenêtre acoustique dans le crâne du patient, et également de garantir la biocompatibilité de la fenêtre acoustique, de rendre la fenêtre acoustique imperméable, et de modifier les propriété mécaniques de la fenêtre acoustique, [0071] la fenêtre acoustique peut comprendre en outre au moins un repère de positionnement ; ceci permet de faciliter la détection de la fenêtre acoustique une fois celleci implantée et recouverte de la peau du crâne du patient, [0072] la fenêtre acoustique peut comprendre en outre un cadre renfort s’étendant en périphérie de la plaque ; ceci permet d’augmenter la résistance mécanique de la fenêtre acoustique.
[0073] L’invention concerne également un ensemble d’implantation chirurgical comprenant un emballage, notamment individuel, une fenêtre acoustique aseptisée telle que décrite ci-dessus contenue dans l’emballage, et une notice d’utilisation de la fenêtre en tant que fenêtre acoustique.
[0074] L’invention concerne également un système pour l’imagerie et/ou le traitement d’un tissu cérébral, le système incluant une sonde de génération d’ondes ultrasonores et une fenêtre acoustique telle que décrite ci-dessus.
[0075] L’invention concerne également l’utilisation d’une plaque incluant une pluralité d’ouvertures traversantes en tant que fenêtre acoustique d’un système pour l’imagerie et/ou le traitement d’un tissu cérébral, ledit système incluant :
[0076] la fenêtre acoustique apte à être implantée au niveau d’une ouverture ménagée dans la boîte crânienne d’un patient, et [0077] une sonde de génération d’ondes ultrasonores apte à coopérer avec la fenêtre acoustique pour l’émission d’ondes ultrasonores à travers la fenêtre acoustique, [0078] la plaque étant telle que la distance P entre deux ouvertures traversantes adjacentes est inférieure au double de la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe.
[0079] L’invention concerne également un procédé pour l’imagerie et/ou le traitement d’un tissu cérébral à partir d’un système incluant une sonde de génération d’ondes ultrasonores et une fenêtre acoustique telle que décrite ci-dessus, le procédé comprenant les étapes consistant à :
[0080] positionner la sonde sur la fenêtre acoustique, [0081] incliner la sonde relativement à la fenêtre acoustique pour émettre des ondes ultrasonores au travers de la fenêtre acoustique selon un angle d’incidence compris entre 0 et 60° par rapport à un angle d’incidence normal à la fenêtre acoustique, ledit angle d’incidence étant notamment supérieur à 20° (préférentiellement 30°) par rapport à l’angle d’incidence normal.
Brève description des dessins [0082] D'autres avantages et caractéristiques de l’invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d’exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels :
[0083] [fig-1] est une représentation schématique d’un système incluant une fenêtre acoustique et une sonde d’émission d’ondes acoustiques, [0084] [fig.2] est un schéma de principe illustrant la transmission et la réflexion d’une onde ultrasonore défléchie à travers une fenêtre acoustique, [0085] [fig.3] est une représentation schématique en vue de dessus d’une première variante de réalisation d’une fenêtre acoustique, [0086] [fig.4] est une représentation schématique en vue de dessus d’une deuxième variante de réalisation d’une fenêtre acoustique, [0087] [fig.5] est une représentation schématique en vue de dessus d’une troisième variante de réalisation d’une fenêtre acoustique, [0088] [fig.6] est un premier graphique représentant le taux de transmission des ondes ultrasonores en fonction de l’angle d’incidence de la sonde, [0089] [fig.7] est un deuxième graphique représentant le taux de transmission des ondes ultrasonores en fonction de l’angle d’incidence de la sonde, [0090] [fig-8] est un exemple de procédé de traitement d’une pathologie en utilisant un système d’imagerie et/ou de traitement d’un tissu cérébral, [0091] [fig.9] est une illustration schématique d’un montage pour la mesure du coefficient de transmission d’une fenêtre acoustique.
Description des modes de réalisation [0092] On va maintenant décrire différents exemples de systèmes pour l’imagerie et/ou le traitement d’un tissu cérébral en référence aux figures. Dans ces différentes figures, les éléments équivalents sont désignés par la même référence numérique.
[0093] 1. Principe general [0094] En référence à la figure 1, on a illustré schématiquement un système pour l’imagerie et/ou le traitement d’un tissu cérébral.
[0095] Le système pour l’imagerie et/ou le traitement d’un tissu cérébral comprend :
[0096] Une fenêtre acoustique 1, et [0097] Une sonde 2 apte à générer des ondes ultrasonores.
[0098] Ce système permet à un praticien de vérifier l’évolution d’un tissu cérébral par imagerie et/ou de traiter le tissu cérébral en utilisant des ultrasons.
[0099] La fenêtre 1 est destinée à être implantée dans le patient, notamment au niveau d’une ouverture ménagée dans sa boîte crânienne 4. Ceci fournit une protection au cerveau et empêche sa déformation du fait des changements de pression. La fenêtre est avantageusement stérilisable par toute technique connue de l’homme du métier (par autoclave et/ou en utilisant un gaz tel que de l’oxyde d’éthylène, et/ou par irradiation par rayons X ou gamma), une fois la fenêtre conditionnée dans son emballage. On obtient ainsi une fenêtre acoustique emballée aseptisée pendant sa fabrication et qui peut donc être utilisée directement par le chirurgien.
[0100] La sonde 2 est adaptée pour être manipulée par le praticien, ou par un système de déplacement automatique portant la sonde. Elle comprend un boîtier 23 dans lequel sont logés des transducteurs 21 pour la génération d’ondes ultrasonores. Les transducteurs peuvent être arrangés en réseau linéaire ou matriciel de transducteurs à commande de phase (également connus sous le nom de transducteurs « phased array ». De tels transducteurs à commande de phase peuvent être commandés indépendamment pour générer des signaux acoustiques ayant des phases différentes afin de faire varier la direction de propagation des ondes ultrasonores. Le boîtier est relié à un dispositif de commande par l’intermédiaire d’un câble électriquement conducteur 22. La sonde peut également comprendre un élément de couplage - par exemple un gel ou une poche contenant un liquide tel que de l’eau - destinée à être positionnée entre les transducteurs et le patient pour transmettre les ondes ultrasonores entre le transducteur et le patient.
[0101] Une telle sonde 2 est connue de l’homme du métier et ne sera pas décrite plus en détails dans la suite. Elle permet la génération d’ondes acoustiques à des fréquences comprises entre 200kHz-10MHz, de préférence comprises entre 500kHz-2MHz.
[0102] 2. Contexte [0103] Comme indiqué précédemment, la fenêtre 1 implantée doit respecter certaines conditions en ce qui concerne notamment ses dimensions (qui sont limités), et ses taux d’absorption/réflexion des ultrasons qui doivent être minimaux.
[0104] Ces contraintes rendent difficile une maximisation du volume de tissu cérébral pouvant être imagé/traité.
[0105] En effet, pour maximiser le volume de tissu cérébral imagé/traité :
[0106] Une première solution peut consister à augmenter les dimensions de la fenêtre 1, et à positionner la sonde 2 au droit de la fenêtre 1 selon un angle d’incidence normal N pour émettre des ultrasons ; Toutefois la longueur et la largeur d’une fenêtre 1 ne peuvent être supérieures à des longueur et largeur maximales limites sans remettre en cause l’intégrité du patient, [0107] Une deuxième solution peut consister (comme illustré à la figure 2) à faire basculer la sonde 2 autour de l’incidence normale N pour émettre des ondes ultrasonores selon des angles d’incidence a différents ; Toutefois dans ce cas, l’augmentation de l’angle d’incidence a induit généralement une augmentation de la réflexion des ultrasons par la fenêtre 1 et de son taux d’absorption (l’épaisseur de fenêtre acoustique traversée par les ultrasons étant inférieure selon l’incidence normale par rapport à tout autre angle d’incidence). Cette variation de la transmission des ultrasons est gênante dans les applications cliniques car le champ acoustique présent dans le cerveau n’est pas maîtrisé. Si la tendance générale est que la transmission réduit drastiquement lorsqu’on s’approche de l’angle critique, elle peut être plus élevée en incidence non normale.
[0108] Un avantage des fenêtres suivant l’invention est que la variation est très faible et bien mieux maîtrisée que pour des plaques suivant l’art antérieur, ce qui permet une bien meilleure maîtrise de la pression appliquée au cerveau du patient quel que soit l’angle d’incidence ou la forme du faisceau. C’est primordial pour notre application (ouverture de la BHE où la pression dans le cerveau doit être la plus précise possible).
[0109] C’est pourquoi les inventeurs ont développé un nouveau système pour l’imagerie et/ ou le traitement d’un tissu cérébral incluant une fenêtre 1 originale et une sonde 2.
[0110] 3. Fenêtre acoustique [0111] 3.1. Définition [0112] On entend, dans le cadre de la présente invention, par «fenêtre acoustique », une fenêtre implantée dont le coefficient de transmission en amplitude des ondes ultrasonores est supérieur à 80% pour des angles d’incidence compris entre 0 et 30° par rapport à l’incidence normale.
[0113] Le coefficient de transmission en amplitude peut être mesuré en utilisant la méthode décrite ci-après.
[0114] Un émetteur ultrasonore (élément plan en matériau piezo composite de diamètre 10mm fonctionnant à 1MHZ) est utilisé pour générer une onde dans de l’eau. L’émetteur est excité par une salve d’onde (par exemple 10 périodes de sinus soit I Oils). Un récepteur (un hydrophone Onda HNC0200-1168 et son préamplificateur Onda AH-2020-20-025-1127_l-20t) ultrasonore est immergé dans l’eau en face de l’émetteur, dans son axe, dans la zone dite de champ lointain, soit à 5cm de l’émetteur. La position précise du récepteur dans le plan normal à l’axe acoustique est ajustée afin de maximiser l’amplitude du signal reçu (le positionnement peut être effectué à l’aide d’un banc motorisé ou manuellement). Une fois correctement positionné, le récepteur est maintenu immobile durant l’ensemble des mesures. On mesure l’amplitude du signal reçu à la fréquence d’intérêt à l’aide d’un oscilloscope (soit la valeur efficace hors transitoires), qui sert comme amplitude de référence sans fenêtre. La fenêtre acoustique est positionnée entre l’émetteur et le récepteur. La distance entre l’émetteur et la fenêtre acoustique est de l’ordre de la distance entre une fenêtre implantée et un émetteur extracorporel (par exemple 1 ou 2 cm). L’angle entre la fenêtre et l’axe acoustique est choisi (angle d’incidence de l’onde). Une nouvelle mesure de l’amplitude au récepteur est effectuée. Le coefficient de transmission est le rapport entre les amplitudes lues sur l’oscilloscope avec et sans fenêtre. Cette méthode pour la mesure du coefficient de transmission acoustique à travers une plaque est connue de l’homme du métier et de nombreuses variantes existent.
Le montage utilisé, qui est classique pour ce type de mesure, est illustré à la figure 9. La plaque 61 incluant les ouvertures traversantes est placée dans une cuve 62 remplie d’eau 63 entre 1’hydrophone 64 et le transducteur 65. Le transducteur 65 est un disque plan de diamètre 10mm en piezo céramique (PZ 26, Ferroperm Piezoceramics) résonnant à 1MHz. Il est alimenté par un générateur (non représenté) CarThera (GEN-00 IGT). Le signal collecté par l’hydrophone 64 (HYD04) est préamplifié puis amplifié (matériel Onda) puis échantillonné via un oscilloscope (Picoscope 3205D) à une fréquence de 250 kHz. De l’eau dégazée est utilisée pour supprimer l’influence des bulles de gaz.
[0115] Une onde de 1 MHZ (fréquence d’intérêt utilisée en clinique pour l’ouverture de la barrière hémato-encéphalique) d’une durée de 1 ps avec un Tr de 20 ms est générée. Le signal en provenance de l’hydrophone est moyenné sur 50 répétitions pour augmenter le rapport signal sur bruit (« SNR », sigle de l’expression anglo-saxonne « Signal to Noise Ratio »). Une mesure de l’amplitude du signal reçu est effectuée sans plaque, et sert de référence pour calculer la transmission à travers la plaque. Une mesure de l’amplitude du signal reçu est effectuée en positionnant la plaque sur un support 66 entre l’hydrophone 64 et le transducteur 65. La transmission est calculée via la formule suivante :
[Math.l]
I Ti( ) 11 I I
IW- \H(u)ref\
Où :
[0116] IH(w)piaquel correspond à la valeur absolue de la moyenne (moyennée sur cinquante répétitions) du signal mesuré par l’hydrophone lorsque la plaque est disposé sur le support, et [0117] IH(w) refl correspond à la valeur absolue de la moyenne (moyennée sur cinquante répétitions) du signal mesuré par l’hydrophone lorsque le support 66 est dépourvu de plaque.
[0118] L’incidence du faisceau est d’abord normale (déflexion nulle) puis on la fait varier par pas de 10° jusqu’à 50° pour mesurer le coefficient de transmission de la plaque pour différents angles d’incidences des ondes ultrasonores.
[0119] 3.2. Structure de la fenêtre acoustique [0120] En référence aux figures 3 à 5, on a illustré différents exemples de fenêtre acoustique
I utilisée pour fermer une ouverture ménagée dans la boîte crânienne 4 d’un patient à des fins d'imagerie et/ou de traitement par ultrasons.
[0121] La fenêtre 1 comprend une plaque 11. La plaque 1 est généralement rectangulaire, mais peut présenter une forme quelconque, telle qu’une forme circulaire. Les dimensions de la plaque 1 (longueur et largeur) peuvent être comprises entre 1 et 15 centimètres.
[0122] La plaque 1 peut être sensiblement plane. En variante, la plaque 1 peut être incurvée ou déformée pour suivre la courbure de la boîte crânienne 4 du patient.
[0123] 3.2.1. Ouvertures traversantes [0124] L’une des originalités de la fenêtre acoustique 1 selon l’invention est que la plaque
II comprend une pluralité d’ouvertures traversantes 12. Ces ouvertures traversantes peuvent être obtenues par perçage d’une plaque pleine, par moulage, ou par tissage de fils - notamment métallique - afin de former un grillage constitué de fils maillés.
[0125] Chaque dimension D (longueur, largeur) de chaque ouverture traversante 12 est de préférence inférieure au double de la longueur d’onde (dans l’eau) des ondes ultrasonores émises par la sonde 2, et préférentiellement inférieure à 1 ,7 fois la longueur d’onde (dans l’eau) des ondes ultrasonores émises par la sonde 2. Par exemple, pour des ondes ultrasonores émises à une fréquence de 1 MHz, chaque dimension D de chaque ouverture traversante 12 est inférieure à 3 millimètres, préférentiellement inférieure à 2 millimètres.
[0126] Par ailleurs, la distance P entre deux ouvertures traversantes 12 adjacentes est inférieure à cinq fois, préférentiellement inférieure au double de la longueur d’onde (dans l’eau) des ondes ultrasonores émises par la sonde 2, et encore plus préférentiellement inférieure à 1 ,7 fois la longueur d’onde (dans l’eau) des ondes ultrasonores émises par la sonde 2. A titre indicatif, pour des ondes ultrasonores émises à une fréquence de 1 MHz, la distance P entre deux ouvertures traversantes 12 adjacentes est inférieure à 3 millimètres, préférentiellement inférieur à 2 millimètres.
[0127] On entend, dans le cadre de la présente invention, par « ouvertures traversantes adjacentes », deux ouvertures traversantes 12 voisines entre lesquelles il n’y a pas d’autre ouverture traversante. En d’autres termes, deux ouvertures traversantes 12 sont dites « adjacentes » lorsque l’espace entre lesdites ouvertures traversantes adjacentes est dépourvu d’ouverture traversante.
[0128] On entend, dans le cadre de la présente invention par « distance entre les ouvertures traversantes », la longueur séparant le début (respectivement le centre ou la fin) de deux ouvertures adjacentes successives selon une direction donnée. Lorsque les ouvertures traversantes sont disposées en réseau périodique, cette distance correspond à un pas (ou période).
[0129] Une fenêtre 1 suivant l’invention composée d’une plaque incluant un réseau d’ouvertures traversantes 12 de dimensions et d’une distance inférieure au double de la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde 2 présente de nombreux avantages, et notamment :
[0130] une bonne transmission des ondes acoustiques, en particulier pour les angles élevés d’incidence, [0131] de bonnes caractéristiques thermiques (dissipation thermique très efficace du fait de la conductivité thermique élevée des métaux, et de la structure comportant une grande surface pour les échanges thermiques).
[0132] Avantageusement, la distance P entre deux ouvertures traversantes 12 adjacentes est égale ou inférieure à λ, où λ est la longueur d’onde dans l’eau des ondes ultrasonores émises par la sonde 2. Encore avantageusement P< λ/2. Ceci permet de rendre la transmission des ondes ultrasonores très régulière indépendamment de l’angle d’incidence a de la sonde 2.
[0133] 3.2.2. Agencement des ouvertures [0134] Dans les modes de réalisation illustrés aux figures 3 à 5, les ouvertures traversantes 12 sont disposées en réseau.
[0135] De préférence, les ouvertures traversantes 12 sont régulièrement réparties sur la plaque 11, et présentent une forme identique. Ceci permet d’assurer l’homogénéité du champ d’ondes ultrasonores transmis vers le tissu cérébral. Ceci permet en outre de limiter la déformation du champ d’ondes ultrasonores transmis vers le tissu cérébral.
[0136] Toutefois, dans certaines variantes de réalisation, la plaque 11 peut comprendre des ouvertures traversantes 12 de formes distinctes et/ou irrégulièrement réparties, en fonction notamment de l’application visée.
[0137] Dans les modes de réalisation illustrés aux figures 4 et 5, les ouvertures traversantes 12 sont disposées selon un arrangement carré 13 (i.e. « maille ronde 90 », « maille carrée 90 »). En d’autres termes, le centre de chaque ouverture traversante 12 est :
[0138] aligné avec les centres des ouvertures adjacentes selon une première direction X, et [0139] aligné avec les centres des ouvertures adjacentes selon une deuxième direction Y perpendiculaire à la direction X.
[0140] Dans le mode de réalisation illustré 3, les ouvertures traversantes 12 sont disposées selon un arrangement hexagonal 14 (i.e. « maille 60 »). En d’autres termes, le centre de chaque ouverture est :
[0141] aligné avec les centres des ouvertures adjacentes selon la première direction X, et [0142] décalé (d’une distance « d » non nulle selon la direction X) des centres des ouvertures adjacentes selon la deuxième direction Y perpendiculaire à la direction X.
[0143] L’arrangement hexagonal 14 (figure 3) présente un meilleur coefficient de transmission des ondes ultrasonores que l’arrangement carré 13 (figures 4, 5) pour un même pourcentage d’ouverture. En effet, l’arrangement hexagonal permet d’augmenter le rapport entre la surface couverte par les ouvertures traversantes et la surface totale de la plaque.
[0144] 3.2.3. Forme des ouvertures traversantes [0145] Les ouvertures traversantes 12 peuvent être de différentes formes. Dans les modes de réalisation illustrés aux figures 3 et 4, les ouvertures traversantes 12 sont rondes. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 5, les ouvertures traversantes 12 sont carrées. Bien entendu, les ouvertures traversantes 12 peuvent avoir d’autres formes (triangulaire, elliptique, pentagonale, hexagonal, en nid d’abeille, en losange, etc.).
[0146] Les inventeurs ont en effet observé que la forme des ouvertures traversantes 12 n’avait pas d’influence sur le coefficient de transmission des ondes ultrasonores, tant que les conditions sur la distance entre les ouvertures traversantes est respectée (cf. point 3.1.1.).
[0147] Un avantage de l’utilisation d’ouvertures traversantes 12 de forme ronde est que la plaque 11 présente une meilleure résistance mécanique aux contraintes de cisaillement susceptibles d’être appliquées à la fenêtre 1 lors de son implantation.
[0148] 3.2.4. Rapport matériau/ouvertures [0149] Avantageusement, le rapport entre la surface recouverte par les ouvertures traversantes 12 divisée par la surface totale de la plaque 11 est supérieur ou égale à 50%, préférentiellement supérieur à 75%, et encore plus préférentiellement supérieur ou égale à 90%.
[0150] En effet, le coefficient de transmission des ondes ultrasonores augmente lorsque le rapport matériau sur vide diminue, c’est-à-dire lorsque la surface de la plaque 11 occupée par le matériau divisée par la surface de la plaque occupée par les ouvertures traversantes diminue.
[0151] Ainsi, plus la surface couverte par les ouvertures traversante 12 augmente en regard de la surface couverte le matériau constituant la plaque 11, plus la transmission des ondes ultrasonores est améliorée.
[0152] 3.2.5. Epaisseur de la plaque [0153] De préférence, l’épaisseur de la plaque est inférieure à 1mm (notamment si le matériau constituant la plaque est un métal).
[0154] En effet, le coefficient de transmission des ondes ultrasonores augmente lorsque l’épaisseur de la plaque diminue.
[0155] Par ailleurs l’épaisseur de la plaque est préférentiellement suffisante pour assurer une rigidité mécanique. Ceci permet de disposer d’une plaque 11 satisfaisant au critère de déformation minimal que doit respecter une fenêtre acoustique 1 lorsqu’une pression mécanique est exercée sur celle-ci (typiquement une force de 100N appliquée au centre de la plaque doit engendrer une déformation inférieure à 5mm).
[0156] Ainsi à titre indicatif, l’épaisseur de la plaque 11 est de préférence comprise entre 80pm et 500pm.
[0157] 3.3. Matériau constituant la fenêtre acoustique [0158] La plaque 11 n’est pas nécessairement constituée dans un matériau acoustiquement transparent pour permettre le passage des ondes ultrasonores générées par la sonde 2 à travers la fenêtre acoustique afin de traiter/imager le tissu cérébral.
[0159] Dans un mode de réalisation, le matériau constituant la plaque est un métal. L’utilisation d’une plaque en métal permet de répondre aux contraintes de déformation mécanique que doit satisfaire la fenêtre acoustique (i.e. déformation mécanique inférieure à 2,5mm en réponse à une force d’appui de 50 Newtons appliquée au centre de la plaque).
[0160] De préférence, le métal constituant la plaque est du titane (ou un autre métal ou un autre matériau, éventuellement recouvert de parylène ou équivalent s’il n’est pas biocompatible en soi). L’utilisation de titane présente de nombreux avantages :
[0161] Le titane est un matériau bien accepté par la structure osseuse (bonne biocompatibilité), ce qui limite les risques de rejet de la fenêtre acoustique postérieurement à son implantation, [0162] Le titane est un matériau très solide.
[0163] Le lecteur appréciera que l’homme du métier considère les métaux comme étant des matériaux défavorables à la transmission des ultrasons, notamment à cause de leur impédance acoustique élevée.
[0164] En effet, il est connu qu’une plaque métallique peut être relativement transparente aux ultrasons appliqués selon une incidence normale à la plaque, si son épaisseur est égale à la moitié de la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises. Toutefois selon l’homme du métier, une telle plaque devient inadaptée pour constituer une fenêtre acoustique si les ondes ultrasonores sont émises selon d’autres angles d’incidences que l’incidence normale (les ondes ultrasonores traversant alors une épaisseur de plaque supérieure à la moitié de leur longueur d’onde, ce qui atténue fortement leur transmission).
[0165] Ainsi, l’utilisation d’un métal pour constituer la plaque 11 d’une fenêtre acoustique 1 va à l’encontre des préjugés de l’homme du métier. Or l’utilisation de métal présente des avantages par rapport à d’autres matériaux intrinsèquement transparents aux ultrasons, notamment en ce qui concerne sa résistance mécanique.
[0166] Bien entendu, le matériau constituant la plaque 11 peut être un autre matériau qu’un métal. Notamment, la plaque 11 peut être constituée dans un matériau polymère (tel que du polyéthylène, du polystyrène, de l'acrylique, du polyétheréthercétone (PEEK) ou du poly (méthacrylate de méthyle) (PMMA)) ou un élastomère thermoplastique (tel que du PEBAX).
[0167] 3.4. Autres aspects optionnels [0168] 3.4.1. Cadre de renfort [0169] Comme illustré aux figures 3 à 5, la fenêtre 1 peut également comprendre un cadre renfort s’étendant au niveau des bords de la plaque 11. Ceci permet d’augmenter la résistance mécanique de la fenêtre 1.
[0170] Le cadre renfort peut consister en des tiges (ou plaques) en matériau rigide - tel que du titane ou de l'acier inoxydable ou tout autre métal biocompatible connu de l’homme du métier - présentant une épaisseur supérieure à l’épaisseur de la plaque 11.
[0171] Différentes solutions peuvent être retenues pour l’implantation de la fenêtre 1 décrite précédemment dans le crâne du patient. Notamment, la fenêtre 1 peut être implantée :
[0172] de sorte à s’étendre dans le prolongement de la boîte crânienne du patient, ou [0173] de sorte à s’étendre au-dessus de la boîte crânienne du patient.
[0174] La fenêtre 1 peut être fixée à la boîte crânienne 4 :
[0175] par collage, par exemple en utilisant un adhésif - tel que du cyanoacrylate, [0176] par vissage, grâce à des éléments de fixation - tels que des vis d’ancrage osseux destinés à coopérer avec des orifices traversants 15 ménagés dans la fenêtre 1, [0177] ou par tout autre moyen connu de l’homme du métier permettant la fixation de la fenêtre 1.
[0178] 3.4.2. Enrobage [0179] La fenêtre 1 peut également comprendre une (ou des) couche(s) de matériau transparent acoustiquement autour de la plaque 11, tel que du parylène ou de la silicone. Plus précisément, la plaque 11 peut être noyée dans la (ou les) couche(s) de matériau.
[0180] L’enrobage de la fenêtre dans un tel matériau permet de limiter l’inconfort provoqué par l’implantation de la fenêtre acoustique dans le crâne du patient. En effet, le caractère abrasif de la plaque incluant les ouvertures traversantes peut provoquer des irritations de la dure-mère ou de la peau recouvrant la fenêtre acoustique.
[0181] L’enrobage peut avoir d’autres fonctions :
[0182] Rendre l’implant biocompatible, [0183] Rendre imperméable la plaque incluant les ouvertures traversantes, [0184] Modifier les propriétés mécaniques de la grille, [0185] Eviter blessures dues aux arêtes de la plaque, etc.
[0186] Sans la contrainte de déformation minimale que doit satisfaire la fenêtre 1, un matériau idéal pour constituer la plaque serait la silicone. Néanmoins, la silicone en tant que telle est trop molle pour satisfaire à cette contrainte de déformation minimale. Lorsque la plaque selon l’invention est incorporée dans une couche de silicone, celle-ci permet de rigidifier la couche de silicone, tout en maximisant le coefficient de transmission des ultrasons de la fenêtre acoustique.
[0187] 3.4.3. Repère(s) de positionnement [0188] La fenêtre 1 peut également comprendre un (ou plusieurs) repère(s) de positionnement permettant au praticien d’identifier la position de la plaque 11 une fois celle-ci implantée et recouverte de la peau du crâne du patient.
[0189] L’utilisation de repères de positionnement permet de réduire le temps nécessaire à la mise en œuvre d’une séance d’imagerie et/ou de traitement du tissu cérébral, notamment en facilitant le repérage de la fenêtre acoustique et donc le positionnement de la sonde en regard de la fenêtre 1 afin d’imager et/ou de traiter le tissu cérébral sous-jacent.
[0190] Chaque repère de positionnement peut consister en :
[0191] Un élément mécanique repérable tactilement par l’opérateur à travers la peau du patient - tel qu’un pion s’étendant en saillie vers l’extérieur de la plaque 11, ou [0192] Un marqueur de position visible par ultrasons - tel qu’une structure métallique ou une structure plastique échogène, ou [0193] Un marqueur de position visible par IRM, ou [0194] Un marqueur de position visible optiquement, par exemple dans la gamme infrarouge.
[0195] Chaque marqueur peut être différent et inclure un code permettant de repérer et de caractériser la fenêtre 1. Par exemple dans une variante de réalisation, chaque marqueur comprend un substrat présentant une première impédance acoustique et un élément ayant une deuxième impédance acoustique. Pour chaque marqueur, l’élément de deuxième impédance acoustique est enfoui à une profondeur différente dans le substrat de sorte que la répartition des éléments dans le substrat constitue un code permettant l'identification dudit marqueur.
[0196] 4. Principe de fonctionnement [0197] On va maintenant décrire le principe de fonctionnement du système pour l’imagerie et/ou le traitement d’un tissu cérébral en référence à la figure 9.
[0198] Dans une première étape, le praticien implante (étape 100) la fenêtre 1 dans le crâne du patient. Il réalise une (ou plusieurs) ouverture(s) dans la boîte crânienne du patient, et fixe une fenêtre 1 dans l’ouverture (ou dans chaque ouverture respective) par collage ou ancrage. Lors de l’implantation de la fenêtre, le praticien peut combler l’espace libre entre la fenêtre 1 et la dure-mère avec un matériau approprié (gel ou solution saline). Le praticien recouvre ensuite la fenêtre avec la peau du patient. Avantageusement l’incision de la peau du patient est pratiquée de façon à éviter que la cicatrice résultant de la fermeture de la peau après implantation de la fenêtre recouvre la fenêtre (la qualité de transmission ondes ultrasonores étant réduite à travers les cicatrices).
[0199] Une fois la fenêtre implantée, une succession de séances d’imagerie et/ou de traitement d’un tissu cérébral peut être prodiguée au patient.
[0200] A chaque nouvelle séance de traitement, le praticien met en œuvre une étape de détection (étape 200) de la position de la fenêtre 1. Il fait basculer la sonde dans un mode de repérage (transducteurs de la sonde ou émetteurs/récepteurs spécifiques activés en mode échographique A), applique un gel de transmission pour échographie sur les cheveux du patient, et déplace la sonde sur le crâne du patient pour détecter la position de la fenêtre 1.
[0201] Lorsque la fenêtre 1 est détectée, l’unité de traitement envoie une information au praticien lui demandant de maintenir la sonde immobile. Eventuellement, la sonde peut être retirée pour réappliquer du gel de transmission sur les cheveux du patient audessus de la fenêtre avant de repositionner (étape 300) la sonde au droit de la fenêtre 1.
[0202] Une fois la sonde positionnée, le praticien oriente la sonde pour émettre les ondes ultrasonores dans une (ou plusieurs) direction(s) d’intérêt selon des angles d’incidence différents compris entre 0 et 60° par rapport à l’incidence normale (90-30 par rapport à l’incidence rasante).
[0203] Lorsque la sonde est correctement orientée, le praticien active les transducteurs pour permettre d’imager ou de traiter le tissu cérébral (étape 400).
[0204] 5. Théorie relative à l’invention [0205] Les performances de transmission d’une fenêtre acoustique 1 selon l’invention incluant une plaque comportant une pluralité d’ouvertures traversantes 12 ont été comparées aux performances de transmission d’une fenêtre acoustique incluant une plaque pleine.
[0206] La fenêtre acoustique selon l’invention avait les caractéristiques suivantes :
[0207] Eorme des ouvertures traversante : ronde, [0208] Diamètre des ouvertures traversantes : D=1 mm, [0209] Distance entre les ouvertures traversantes : P=1.7 mm, [0210] Epaisseur de la plaque : e=0.3 mm, [0211] Arrangement des ouvertures traversantes : hexagonal 14 (Motif 60°), [0212] Matériau constituant la plaque : Titane.
[0213] La fenêtre acoustique incluant une plaque pleine avait les caractéristiques suivantes : [0214] Plaque pleine, [0215] Epaisseur de la plaque : e=1.6mm, [0216] Matériau constituant la plaque : polyétheréthercétone (PEEK).
[0217] Les caractéristiques choisies pour la fenêtre acoustique incluant une plaque pleine sont celles permettant d’obtenir les meilleures performances (en termes de transmission des ondes ultrasonores) pour une plaque pleine tout en assurant des performances mécaniques adéquates.
[0218] La sonde 2 utilisée émettait des ondes ultrasonores à une fréquence de 1MHz. Les coefficients de transmission des deux fenêtres acoustiques ont été étudiés pour différentes inclinaisons de la sonde 2 autour de l’incidence normale (angle d’inclinaison compris entre 0 et 50° autour de l’incidence normale).
[0219] Les résultats obtenus sont illustrés à la figure 6 qui est un graphique représentant le taux de transmission des ondes ultrasonores en fonction de l’angle d’incidence de la sonde 2.
[0220] Comme le lecteur appréciera sur la figure 6, la fenêtre acoustique incluant une plaque pleine présente de bons coefficients de transmission (>85%) pour des angles d’incidence compris entre 0° et 20°. Lorsque l’angle d’incidence de la sonde dépasse les 20°, le coefficient de transmission décroît fortement pour devenir nul lorsque l’angle d’incidence est sensiblement égal à 30°.
[0221] La fenêtre acoustique selon l’invention présente quant à elle des coefficients de transmission supérieurs à 90% pour tous les angles d’incidence compris entre 0° et 50°. On constate par ailleurs sur la figure 6 que la valeur du coefficient de transmission obtenu avec une fenêtre selon l’invention reste sensiblement constante quel que soit l’angle d’incidence des ondes ultrasonores.
[0222] Cette étude permet de mettre en évidence l’intérêt de la fenêtre selon l’invention (comportant une plaque incluant des ouvertures traversantes), de par la stabilité des valeurs de coefficients de transmission et ses très bons résultats pour des angles d’incidences élevés jusqu’à 60° par rapport à l’incidence normale.
[0223] De tels résultats n’étaient aucunement prévisibles pour l’homme du métier pour les raisons suivantes. En effet pour calculer l’impédance acoustique d’une plaque 11 incluant des ouvertures traversantes 12, l’homme du métier va considérer l’ensemble « plaque + ouvertures » comme un matériau homogène moyen.
[0224] Cette approximation est couramment utilisée, par exemple dans le cas de matériaux piézocomposite (bâtons de céramique dans une matrice de résine légère). Une telle approximation est notamment décrite dans le document Smith, W. A., et B. A. Auld. « Modeling 1-3 Composite Piezoelectrics: Thickness-Mode Oscillations » https://doi.org/10.1109/58.67833 (Such composites can be treated as a homogeneous medium with new effective material parameters so long as the rod size and spacing are sufficiently fine compared with all relevant acoustic wavelengths).
[0225] En considérant l’ensemble « plaque + ouvertures » comme un matériau homogène moyen, l’homme du métier va, pour une plaque dont 50% de la surface est recouverte d’ouvertures traversantes, supposer que l’impédance acoustique de l’ensemble « plaque + ouvertures » est égale à la moyenne entre l’impédance acoustique de l'eau (1.5 MRayleigh) et l’impédance acoustique du métal (27 MRayl pour le titane) : Equivalent = (Eau + Eitane)/2 = (1.5 + 27)/2 = dOUC 14 MRayl.
[0226] Selon cette approche naïve, l’homme du métier va considérer qu’une fenêtre acoustique comprenant une plaque de 300pm d'épaisseur incluant des ouvertures traversantes a un coefficient de transmission de 50% à 1 MHz.
[0227] Or, comme le montre la figure 6, une telle fenêtre acoustique présente des coefficients de transmission supérieure à 90% pour des angles d’incidence compris entre 0 et 60° par rapport à l’incidence normale.
[0228] Ainsi, rien n’incitait l’homme du métier à proposer l’utilisation d’une fenêtre acoustique incluant des ouvertures traversantes dans un système pour l’imagerie et/ou le traitement d’un tissu cérébral comprenant ladite fenêtre et une sonde de génération d’ondes ultrasonores destinée à être positionnée au droit de la fenêtre acoustique.
[0229] Les résultats illustrés à la figure 6 ont été obtenus par simulation. Des mesures expérimentales des coefficients de transmission de trois fenêtres acoustiques selon l’invention pour différents angles d’incidence ont été réalisées (sonde 2 émettant des ondes ultrasonores à une fréquence de 1MHz). Ces mesures expérimentales ont été comparées à des mesures expérimentales des coefficients de transmission d’une fenêtre acoustique comportant une plaque pleine de PEEK.
[0230] La figure 7 - qui est un graphique représentant le taux de transmission des ondes ultrasonores en fonction de l’angle d’incidence de la sonde 2 - illustre le résultat de cette étude expérimentale.
[0231] Les plaques des fenêtres acoustiques selon l’invention consistaient en des grillages métalliques constitués de fils maillés, et présentant les caractéristiques suivantes :
[0232] première fenêtre acoustique : fil diamètre 250pm, période de la maille : 2.1 mm (0=0.17λ, distance=1.4À), [0233] deuxième fenêtre acoustique : fil diamètre 220μιη, période de la maille : 1.25 mm (0=0.15λ, distance=0.8À), [0234] troisième fenêtre acoustique : fil diamètre 150pm, période de la maille : 0.59 mm (0=0.10λ, distance=0.4À).
[0235] Comme il ressort de la figure 7, les courbes de transmission 53, 54, 55 des fenêtres acoustiques selon l’invention sont supérieures à 95% pour des angles d’incidence compris entre 0 et 60° par rapport à l’incidence normale N. La courbe de transmission 51 de la fenêtre acoustique comportant une plaque pleine de PEEK tend vers 0 pour des angles d’incidence supérieurs à 20°.
[0236] 6. Conclusions [0237] La fenêtre acoustique selon l’invention permet de maximiser la transmission des ondes ultrasonores générées par une sonde ultrasonore (coefficient de transmission supérieur à 90%) pour des angles d’incidences importants (i.e. angle d’incidence compris entre 0 et 60° par rapport à l’incidence normale N), sans déformer le champ d’ondes ultrasonores.
[0238] Ainsi, la fenêtre acoustique selon l’invention permet l’imagerie ou le traitement d’un volume cérébral maximal en comparaison des fenêtres acoustiques incluant une plaque pleine.
[0239] Le lecteur aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l’invention décrite précédemment sans sortir matériellement des nouveaux enseignements et des avantages présentés ici.
[0240] Par exemple, les ouvertures traversantes de la plaque peuvent présenter des formes différentes.
[0241] Par conséquent, toutes les modifications de ce type sont destinées à être incorporées à l’intérieur de la portée des revendications jointes.

Claims (1)

  1. Revendications [Revendication 1] Fenêtre acoustique (1) apte à être implantée au niveau d’une ouverture ménagée dans la boîte crânienne (4) d’un patient, ladite fenêtre acoustique (1) étant destinée à coopérer avec une sonde ultrasonore externe (2) pour l’émission d’ondes ultrasonores à travers la fenêtre acoustique (1), caractérisé en ce que la fenêtre acoustique comprend une plaque (11) incluant une pluralité d’ouvertures traversantes (12), la distance (P) entre deux ouvertures traversantes (12) adjacentes étant inférieure à cinq fois la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe (2). [Revendication 2] Fenêtre acoustique (1) selon la revendication 1, dans laquelle le matériau constituant la plaque est un matériau d’impédance acoustique élevée supérieure à 5 x 106 Pa s/m, tel qu’un métal comme par exemple du titane. [Revendication 3] Fenêtre acoustique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelle la surface couverte par les ouvertures traversantes (12) est supérieure ou égale à 50%, préférentiellement supérieure ou égale à 75%, et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 90% de la surface totale de la plaque (11). [Revendication 4] Fenêtre acoustique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la distance (P) entre deux ouvertures traversantes (12) adjacentes est inférieure au double de la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe (2), préférentiellement inférieure à 1 ,7 fois la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe (2), et encore plus préférentiellement inférieur à la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe (2). [Revendication 5] Fenêtre acoustique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle les dimensions (D) de chaque ouverture traversante (12) sont inférieures au double de la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe (2), préférentiellement inférieures à 1 ,7 fois la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe (2), et encore plus préférentiellement inférieures à la longueur d’onde des ondes ultrasonores émises par la sonde ultrasonore externe (2). [Revendication 6] Fenêtre acoustique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle les ouvertures traversantes (12) sont de forme identique.
    [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] [Revendication 13] [Revendication 14]
    Fenêtre acoustique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les ouvertures traversantes (12) sont régulièrement réparties sur la plaque (11).
    Fenêtre acoustique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle les ouvertures traversantes (12) sont disposées selon un arrangement carré (13).
    Fenêtre acoustique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle les ouvertures traversantes (12) sont disposées selon un arrangement hexagonal (14).
    Fenêtre acoustique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, laquelle comprend en outre au moins une couche de matériau polymère, tel que de la silicone, contenant la plaque (11).
    Fenêtre acoustique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, laquelle comprend en outre au moins un repère de positionnement.
    Fenêtre acoustique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, laquelle comprend en outre un cadre renfort s’étendant en périphérie de la plaque (11).
    Ensemble d’implantation chirurgical comprenant un emballage, notamment individuel, caractérisé en ce que l’ensemble d’implantation comprend une fenêtre aseptisée selon l’une quelconque des revendications 1 à 12 contenue dans l’emballage, et une notice d’utilisation de la fenêtre en tant que fenêtre acoustique.
    Système pour l’imagerie et/ou le traitement d’un tissu cérébral, le système incluant une sonde de génération d’ondes ultrasonores, caractérisé en ce que le système comprend en outre une fenêtre acoustique selon l’une quelconque des revendications 1 à 12.
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