Page 7 - MICADO Magazine n°1

Thomas CLAVET EMC3 Consulting www.emc3­consulting.com
La conception de sondes pour focaliser des ultrasons
Dans le secteur de la santé, la technologie HIFU (High­Intensity Focused Ultrasound) permet de transmettre de la chaleur dans une zone où les ultrasons sont focalisés, et de traiter certaines pathologies par l'ablation thermique de tissus biologiques affectés, de manière non­invasive. Cette technologie est par exemple utilisée pour traiter des tumeurs cancéreuses de la prostate, de l'hypertension ou même certains glaucomes. La société de services EMC3 Consulting, experte en simulation numérique multiphysique, développe un savoir­faire et une expertise dans la simulation HIFU et accompagne les fabricants de dispositifs médicaux utilisant cette technologie pour optimiser leurs choix de design, matériaux et paramètres opératoires.
Il existe plusieurs façons de focaliser des ultrasons. Les sondes sont généralement fabriquées avec des transducteurs piézoélectriques. Mais concevoir le transducteur qui produira efficacement des ultrasons atteignant la zone ciblée, pourrait être une tâche difficile : cela dépendra de la fréquence et de la puissance du signal, de l'atténuation et de l'absorption du milieu traversé par les ultrasons, et bien sûr, de la position et des dimensions du transducteur lui­même.
Les paramètres de contrôle des transducteurs du dispositif médical vont notamment influencer : le champ proche, où la pression acoustique passe par une série de maximums et de minimums ; la distance focale qui est la distance entre la sonde et le point focal ciblé dans la zone à traiter. La zone focale qui est définie par la zone où l'amplitude est au moins égale à la moitié de l'amplitude maximale du signal propagé (ou aussi connue comme la zone ­6dB autour du point focal). .
De plus, le dispositif médical est composé de composants qui vont entourer les transducteurs : la couche d'amortissement, positionnée derrière les transducteurs du
côté opposé à la propagation des ultrasons, va permettre d'amortir les vibrations ; la couche d'adaptation d'impédance, positionnée devant les transducteurs, permet d'assurer une bonne pénétration des ultrasons dans les tissus biologiques, en réalisant une transition entre les ordres de grandeur d'impédance des transducteurs et des tissus, qui sont généralement très différents.
EMC3 Consulting utilise le logiciel COMSOL Multiphysics® pour simuler l'influence de tous ces paramètres sur les performances du dispositif médical. L'intérêt d'utiliser un logiciel de simulation multiphysique est aussi de pouvoir coupler la simulation du transfert thermique et de la coagulation des tissus biologiques à celle de la propagation ultrasonore.
Déphasage du signal électrique de la sonde
Pour un arrangement de transducteurs en ligne, une méthode rapide consiste à considérer la distance di entre le centre de chaque transducteur i et le point focal, et à appliquer le déphasage de la manière suivante, en supposant une analyse linéaire