Ultrasons focalisés de haute intensité

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Les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU pour High Intensity Focused Ultrasound}) constituent une technique médicale permettant de faire l'ablation thermique (destruction par la chaleur) d'un tissu biologique pathologique (tumeur) ou non chez les êtres vivants.

Principes[modifier | modifier le code]

L’utilisation des ultrasons focalisés de haute intensité dans le domaine médical repose sur les principes suivants :

  • les ultrasons sont des ondes sonores inaudibles qui se propagent parfaitement en milieu liquide, mais également dans les tissus biologiques naturellement riches en eau, s’ils ne sont pas calcifiés (os) ou remplis d’air (système respiratoire) ;
  • les ultrasons communément utilisés dans une discipline particulière de l’imagerie médicale appelée échographie, traversent les tissus sans que ceux-ci subissent aucun effet biologique, étant donné que les puissances utilisées sont très faibles ;
  • lorsque les ultrasons sont utilisés à forte puissance (10 000 fois plus élevée dans le cas des HIFU que dans le cas de l’imagerie à ultrasons), ils ont un effet biologique sur les tissus traversés. Cet effet peut avoir certaines conséquences sur les tissus en fonction de différents paramètres d’exposition aux ultrasons, qui peuvent aller du simple échauffement à la destruction pure et simple du tissu concerné ;
  • lorsque le faisceau d’ultrasons est convergent (comme le ferait une loupe avec les rayons du soleil), et que les ondes ultrasonores de haute intensité sont focalisées en un point, l’effet immédiat obtenu au sein des tissus biologiques est leur échauffement brutal et extrêmement intense (jusqu’à 85 °C[1],[2],[3]).

L'objectif de le technique sur un organe, est l’obtention d’une destruction tissulaire de très petites dimensions, focalisée précisément. Le volume concerné a une forme géométrique connue assimilée à un cigare (ou à un grain de riz) lorsque la surface du transducteur émetteur du faisceau d'ultrasons a une géométrie de segment de sphère. Le volume focal peut également avoir une géométrie différente, non ponctuelle comme dans le cas de transducteurs en segment de cylindre. La dimension du volume focal est réduite et dépend de sa géométrie et de la fréquence du faisceau d'ultrasons produit, pouvant aller de 20 mm de longueur sur 2 mm de diamètre pour des applications d'ablation tumorale avec une fréquence de 4 MHz, à 2 mm de longueur sur 0,1 mm de large pour une application comme le traitement du glaucome avec une fréquence de 21 MHz. Pour traiter l’ensemble du tissu d’un organe, il est donc nécessaire de répéter les tirs un certain nombre de fois (de plusieurs centaines dans le cas du traitement d'une tumeur à moins d'une dizaine dans le cas du traitement du glaucome) en déplaçant la cible entre chaque tir, de manière à obtenir un volume résultant équivalant à la somme de chaque volume de lésion élémentaire. Ainsi, la juxtaposition dans l’espace de plusieurs centaines de lésions élémentaires, permet de traiter en totalité une glande comme la prostate ou de manière partielle l'organe qui produit l'humeur aqueuse, le corps ciliaire, dans le traitement du glaucome[4].

L’utilisation de l’informatique et parfois de la robotique, ainsi que lorsque cela est nécessaire d’un système d’imagerie intégré, permet de disposer d’un appareil de traitement précis. Dans le cas du traitement du cancer de la prostate ou des nodules thyroïdiens, certaines fonctionnalités sont complètement automatisées et une fois la planification réalisée par le chirurgien sur l'écran et à l'aide des images échographiques, le traitement est réalisé par un système robotisé qui suit les instructions de manière précise. Dans le cas du traitement du glaucome, l'appareil exécute automatiquement la séquence de tir programmée en effectuant une traitement circulaire sur la périphérie oculaire[5].

Utilisation[modifier | modifier le code]

Traitement des tumeurs[modifier | modifier le code]

Ce principe est déjà utilisé largement dans ces cas et notamment pour obtenir l’ablation thermique de tumeurs bénignes (fibromes utérins, adénofibrome) ou malignes (cancer de la prostate, du foie, de la thyroïde.

Dans le cadre de l'adénofibrome du sein, les ultrasons focalisés de haute intensité offrent une alternative au suivi et à la chirurgie en permettant aux patientes de bénéficier d'une solution non-invasive et sans cicatrice pour la prise en charge de leur tumeur bénigne[6].

En cas de cancer, l’ablation thermique obtenue avec les ultrasons focalisés résulte d’une nécrose de coagulation immédiate et irréversible au niveau cellulaire, ce qui exclut tout risque théorique de dissémination de cellules cancéreuses par la circulation générale.

Prostate[modifier | modifier le code]

L’indication la plus avancée est sans nul doute le traitement du cancer localisé de la prostate, pour laquelle des données cliniques sur le suivi à long terme sont disponibles[7],[8]. La cible est contenu dans une glande de petites dimensions mais elle peut être multiple. La procédure dure en règle environ deux heures.

La position anatomique de la prostate, en regard immédiat de la paroi rectale, la place dans une situation où elle est facilement accessible au traitement par ultrasons, quand ceux-ci sont délivrés par une sonde placée en position endo-rectale. Elle est, de plus, peu sujette aux mouvements viscéraux, qui pourraient résulter de l’activité cardiaque ou respiratoire, ce qui renforce la précision du geste.

Autres[modifier | modifier le code]

La prise en charge de l'hyperparathyroïdie s'oriente vers une approche de moins en moins invasive[9]. Les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) peuvent être utilisés pour la destruction des tumeurs secrétantes[10].

Le traitement des lésions intracérébrales par ultrasons focalisés est difficile en raison de la barrière osseuse (crâne), qui déforme les faisceaux ultrasonores. Les premiers tests, qui remontent aux années 1950 ont ainsi été réalisés à travers une ouverture pratiquée dans le crâne[11]. L'utilisation de réseaux de transducteurs avec correction numérique de la distorsion osseuse basée sur des données tomodensitométriques du crâne a permis de pouvoir focaliser les ultrasons à travers un crâne intact[12] et d'expérimenter la technique sur des tumeurs cérébrales[13].

Traitement de pathologies non tumorales[modifier | modifier le code]

Glaucome[modifier | modifier le code]

Le glaucome est une maladie oculaire dans laquelle on observe une dégénérescence progressive des fibres rétiniennes, affectant la fonction visuelle et pouvant aboutir à la cécité. Le facteur de risque le plus important est une pression intra oculaire (PIO) anormalement élevée (PIO > 20 mmHg). Les HIFU permettent de détruire partiellement l'organe qui produit l'humeur aqueuse : le corps ciliaire. Cette méthode aboutit à la réduction de la production de liquide intra oculaire et à l'abaissement de la PIO. Parmi les solutions permettant d'obtenir une nécrose des corps ciliaires, la plupart ont recours au laser diode. En 2010 une équipe lyonnaise a expérimenté pour la première fois chez l'homme l'utilisation d'un dispositif HIFU miniaturisé pour réaliser une cyclo coagulation circulaire par ultrasons. Cette méthode a démontré une efficacité au moins comparable à celle du laser diode et une tolérance significativement améliorée[14],[15]. L'ablation thermique réalisée au moyen des HIFU sur les corps ciliaires, semble être précise et très sélective, ce qui se traduit par une très bonne tolérance, peu d'inflammation et aucun impact sur les tissus environnants, caractéristiques qui sont une constante des HIFU dans toutes les indications dans lesquels ils sont utilisés.

Maladies neurologiques[modifier | modifier le code]

La destruction ou la section de certaines petites structures cérébrales par chirurgie stéréotaxique permet d'améliorer certaines maladies neurologiques. Les HIFU, guidées par imagerie par résonance magnétique[16] semblent être une alternative moins lourdes et ont été testées dans plusieurs maladies : douleurs neuropathiques (section du thalamus centro-latéral[17]), tremblements essentiels (thalamus[18]). La technique non invasive concurrente reste la radiochirurgie où la lésion est obtenue par un rayonnement radio-actif.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Esnault O, Franc B, Monteil JP, Chapelon JY. « High-Intensity Focused Ultrasound for Localized Thyroid Tissue Ablation: Preliminary Experimental Animal Study » Thyroid 2004;14(12).
  2. (en) Esnault 0, Franc B, Chapelon JY, Lacoste F. « Localized Ablation of Thyroid Tissue by High-Intensity Focused Ultrasound: an Alternative to Surgery? » Proceedings ISTU 2005
  3. (en) Esnault O, Franc B, Chapelon JY. « Localized ablation of thyroid tissue by High-Intensity Focused Ultrasound (HIFU): Improvement of noninvasive tissue necrosis methods » Thyroid 2009;19(10):1085-91.
  4. (en) Aptel F, Charrel T, Palazzi X, Chapelon JY, Denis P, Lafon C. « Histologic effects of a new device for high-intensity focused ultrasound cyclocoagulation » Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010;51(10):5092-8. PMID 20484580
  5. (en) Charrel T, Aptel F, Birer A, Chavrier F, Romano F, Chapelon JY, Denis P, Lafon C. « Development of a miniaturized HIFU device for glaucoma treatment with conformal coagulation of the ciliary bodies » Ultrasound Med Biol. 2011;37(5):742-54. PMID 21439719
  6. (fr) [vidéo] Reportage Magazine de la Santé - Ultrasons focalisés et tumeurs bénignes du sein sur YouTube
  7. (en) S. Crouzet, F. J. Murat, G. Pasticier, P. Cassier, J. Y. Chapelon, et A. Gelet « High intensity focused ultrasound (HIFU) for prostate cancer: current clinical status, outcomes and future perspectives » Int J Hyperthermia 2010;26(8):796-803. PMID 20883113
  8. (en) T. Uchida, H. Ohkusa, H. Yamashita, S. Shoji, Y. Nagata, T. Hyodo et al. « Five years experience of transrectal high-intensity focused ultrasound using the Sonablate device in the treatment of localized prostate cancer » Int J Urol. 2006;13(3):228-33. PMID 16643614
  9. David Malinvaud, Gaël Potard, Cyrille Fortun et al. « Traitement de l’hyperparathyroïdie primitive : vers une chirurgie moins invasive » Revue du Rhumatisme 2004;71:196-202. DOI:10.1016/j.rhum.2003.04.001
  10. (en) Kovatcheva et al. « High-Intensity Focused Ultrasound to Treat Primary Hyperparathyroidism: A Feasibility Study in Four Patients » AJR Am J Roentgenol. 2010;195:830-5. PMID 20858805
  11. (en) Fry WJ, Mosberg WH Jr, Barnard JW, Fry FJ « Production of focal destructive lesions in the central nervous system with ultrasound » J Neurosurg. 1954;11(5):471-8. PMID 13201985
  12. (en) J. F. Aubry, M. Tanter, M. Pernot, J. L. Thomas, et M. Fink « Experimental demonstration of noninvasive transskull adaptive focusing based on prior computed tomography scans » J Acoust Soc Am. 2003;113(1):84-93. PMID 12558249
  13. (en) McDannold N, Clement GT, Black P, Jolesz F, Hynynen K, « Transcranial magnetic resonance imaging-guided focused ultrasound surgery of brain tumors: initial findings in 3 patients » Neurosurgery 2010;66(2):323-32. PMID 20087132
  14. (en) Aptel F, Charrel T, Lafon C, Romano F, Chapelon JY, Blumen-Ohana E, Nordmann JP, Denis P. « Miniaturized high-intensity focused ultrasound device in patients with glaucoma: a clinical pilot study » Invest Ophthalmol Vis Sci. 2011;52(12):8747-53. PMID 21948551
  15. Aptel F, Denis P. « Glaucomes : un nouveau traitement chirurgical par cyclo coagulation aux ultrasons » e-Mem Acad Chir. 2012;11(4):77-83.
  16. (en) Cline HE, Schenck JF, Watkins RD, Hynynen K, Jolesz FA, « Magnetic resonance-guided thermal surgery » Magn Reson Med. 1993;30:98-106.
  17. (en) Jeanmonod D, Werner B, Morel A. et al. « Transcranial magnetic resonance imaging-guided focused ultrasound: noninvasive central lateral thalamotomy for chronic neuropathic pain » Neurosurg Focus 2012;32:E1-E1
  18. (en) Elias MJ, Huss D, Voss T. et al. « A pilot study of focused ultrasound thalamotomy for essential tremor » N Engl J Med. 2013;369:640-8.