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Contacts

• Bin­tou DEMBELE : bintou.dembele1903@gmail.com
• Maël-Marie L'INTANF : maelintanf@gmail.com
• Eli­sa POUILLY : pouillyelisa@gmail.com
• Kaan TURGUT : kaan80turgut@hotmail.com

A rap­pe­ler pour tout usage : B.DEMBELE, M-M.L'INTANF, E.POUILLY, K.TURGUT « Soi­gner par le son : méca­nismes, enjeux et pers­pec­tives des ultra­sons thé­ra­peu­tiques », Uni­ver­si­té de Tech­no­lo­gie de Com­piègne (France), Mas­ter Ingé­nie­rie de la San­té, Mémoire de Pro­jet, jan­vier 2026, https://travaux.master.utc.fr/, réf n° IDS296, https://travaux.master.utc.fr/formations-master/ingenierie-de-la-sante/ids296/, https://doi.org/10.34746/ids296

Résumé

Depuis plu­sieurs décen­nies, l’utilisation des ultra­sons en méde­cine occupe une place impor­tante notam­ment pour le diag­nos­tic avec des moda­li­tés comme l’échographie. En thé­ra­peu­tique, leur uti­li­sa­tion est beau­coup moins connue et limi­tée. Bien que les appli­ca­tions usuelles soient rares, l’intérêt cli­nique pour les ultra­sons thé­ra­peu­tiques ne cesse de croître pour leur nature non-ioni­sante et rela­ti­ve­ment atrau­ma­tique com­pa­ré à d’autres types d’onde.
Cela ouvre la voie à des indi­ca­tions qui n’existaient pas jusqu’alors ou qui uti­li­saient des méthodes plus inva­sives et agres­sives. Les tech­no­lo­gies HIFU et LIPUS, explo­rées dans ce mémoire, ouvrent l’accès à des alter­na­tives pro­met­teuses à des pro­blèmes com­plexes comme l’ouverture réver­sible de bar­rières bio­lo­giques pour la déli­vrance ciblée de médi­ca­ments, la des­truc­tion ther­mique des tis­sus tumo­raux ou encore la sti­mu­la­tion de la régé­né­ra­tion tis­su­laire.
Dans cette étude, nous pré­sen­tons les carac­té­ris­tiques phy­siques des ultra­sons, leurs dif­fé­rentes moda­li­tés de géné­ra­tion, d'interaction avec le corps humain et d’utilisation. Nous vous pré­sen­te­rons éga­le­ment, à tra­vers le HIFU et le LIPUS, les appli­ca­tions inno­vantes pour les­quelles elles peuvent être uti­li­sées. Nous fini­rons par sou­li­gner leurs apports pour la méde­cine ain­si que les limites ren­con­trées pour leur uti­li­sa­tion ain­si que les pers­pec­tives à venir. 

Abstract

For seve­ral decades, the use of ultra­sound in medi­cine has played an impor­tant role, par­ti­cu­lar­ly for diag­no­sis through moda­li­ties such as ultra­sound ima­ging. In the­ra­peu­tics, howe­ver, its use is far less well known and remains limi­ted. Although rou­tine appli­ca­tions are rare, cli­ni­cal inter­est in the­ra­peu­tic ultra­sound conti­nues to grow due to its non-ioni­zing and rela­ti­ve­ly atrau­ma­tic nature com­pa­red with other types of waves.This paves the way for indi­ca­tions that did not pre­vious­ly exist, or that relied on more inva­sive and aggres­sive methods. The HIFU and LIPUS tech­no­lo­gies explo­red in this the­sis pro­vide access to pro­mi­sing alter­na­tives for com­plex chal­lenges such as the rever­sible ope­ning of bio­lo­gi­cal bar­riers for tar­ge­ted drug deli­ve­ry, the ther­mal abla­tion of tumor tis­sue, and the sti­mu­la­tion of tis­sue rege­ne­ra­tion.
In this stu­dy, we present the phy­si­cal cha­rac­te­ris­tics of ultra­sound, its various modes of gene­ra­tion, its inter­ac­tions with the human body, and its uses. We will also present, through HIFU and LIPUS, inno­va­tive appli­ca­tions for which these tech­no­lo­gies can be employed. Final­ly, we will high­light their contri­bu­tions to medi­cine, the limi­ta­tions encoun­te­red in their use and future perspectives.

Özet

Son bir­kaç on yıldır, ultra­son­ların tıp­ta kul­lanımı özel­likle ultra­so­no­gra­fi gibi görüntü­leme yön­tem­le­ri aracılığıy­la tanı alanın­da önem­li bir yer tut­mak­tadır. ultra­son­ların terapö­tik ama­çlı kul­lanımı daha az bilin­mekte ve halen görece sınırlı kal­mak­tadır. Bunun­la bir­likte, terapö­tik ultra­son­la­ra olan kli­nik ilgi, diğer dal­ga tür­le­rine kıyas­la iyo­nize edi­ci olma­ma­ları ve nis­pe­ten atrau­ma­tik özel­lik­le­ri nede­niyle gide­rek art­mak­tadır.
Bu gelişme, daha önce var olmayan ya da daha inva­ziv ve agre­sif yön­tem­lere daya­nan yeni terapö­tik endi­ka­syon­ların ortaya çık­ması­na ola­nak sağ­la­mak­tadır. Bu tezde ince­le­nen HIFU ve LIPUS tek­no­lo­ji­le­ri, hedefe yöne­lik ilaç taşın­ması için biyo­lo­jik bariyer­le­rin geri dönüşümlü ola­rak açıl­ması, tümör doku­larının ter­mal abla­syo­nu ve doku reje­ne­ra­syo­nu­nun uyarıl­ması gibi kar­maşık tıb­bi sorun­la­ra yöne­lik umut veri­ci alter­na­ti­fler sun­mak­tadır.
Bu çalış­ma­da, ultra­son­ların fizik­sel özel­lik­le­ri, farklı üre­tim yön­tem­le­ri, insan vücu­du ile etki­leşim­le­ri ve kul­lanım alan­ları sunul­mak­tadır. Ayrı­ca HIFU ve LIPUS üze­rin­den, bu tek­no­lo­ji­le­rin kul­lanı­la­bil­diği yeni­lik­çi terapö­tik uygu­la­ma­lar ele alın­mak­tadır. Son ola­rak, bu yön­tem­le­rin tıb­ba sağ­ladığı katkı­lar, kul­lanım sırasın­da karşı­laşı­lan sınır­la­ma­lar ve gele­ceğe yöne­lik pers­pek­ti­fler vurgulanmaktadır.

Téléchargements

Liste des acronymes

• BHE : Bar­rière Hémato-Encéphalique
• DM : Dis­po­si­tif Médical
• HIFU : High Inten­si­ty Foca­li­zed Ultrasounds
• IA : Intel­li­gence Artificielle
• IEC : Inter­na­tio­nal Elec­tro­tech­ni­cal Com­mis­sion (Com­mis­sion élec­tro­tech­nique internationale)
• ISO : Inter­na­tio­nal Orga­ni­za­tion for Stan­dar­di­za­tion (Orga­ni­sa­tion inter­na­tio­nale de normalisation)
• LIPUS : Low Inten­si­ty Pul­sed Ultrasounds
• US : Ultrasons
• USD : Ultra­sons Diagnostiques
• UST : Ultra­sons thérapeutiques
• TI : Indice Thermique

Les ultrasons thérapeutiques

Introduction

Contexte his­to­rique des ultra­sons en médecine

Contexte régle­men­taire des ultra­sons thé­ra­peu­tiques en France

L’utilisation des UST est, comme toute pra­tique médi­cale, déli­mi­tée par un cadre régle­men­taire impo­sé par dif­fé­rents orga­nismes natio­naux, com­mu­nau­taires et inter­na­tio­naux. Le res­pect de ces exi­gences et recom­man­da­tions per­met d’assurer une uti­li­sa­tion fiable et durable des UST. 
Le règle­ment euro­péen 2017/745 ou règle­ment du dis­po­si­tif médi­cal (MDR) [4] clas­si­fie les dis­po­si­tifs d’UST dans la caté­go­rie des dis­po­si­tifs tem­po­raires étant uti­li­sés pen­dant des périodes conti­nues de moins d’une heure. Les UST font éga­le­ment par­tie de la caté­go­rie des dis­po­si­tifs actifs thé­ra­peu­tiques, des dis­po­si­tifs ali­men­tés par une source d’énergie et ayant pour action de “sou­te­nir, modi­fier, rem­pla­cer ou res­tau­rer des fonc­tions ou des struc­tures bio­lo­giques en vue de trai­ter ou de sou­la­ger une mala­die, une bles­sure ou une infir­mi­té” (Annexe VIII du MDR). 
Ces dis­po­si­tifs sont donc géné­ra­le­ment de classe IIa et IIb selon le niveau d’énergie des ondes déli­vrées et du site trai­té. Il existe de rares appli­ca­tions pour les­quelles les UST sont caté­go­ri­sés en classe III. Les US uti­li­sés dans un but phy­sio­thé­ra­peu­tique sont plu­tôt inof­fen­sifs, ils sont donc clas­sés dans la classe IIa. Cer­taines autres tech­no­lo­gies inno­vantes comme les US foca­li­sés à haute inten­si­té font encou­rir des risques aux patients de par leur nature, leur den­si­té ain­si que les sites trai­tés par ces tech­no­lo­gies. Ces dis­po­si­tifs sont donc clas­sés IIb. 

Les dis­po­si­tifs d’UST doivent répondre à plu­sieurs normes géné­ra­listes, dont la norme ISO 13485 rela­tive au sys­tème de mana­ge­ment de la qua­li­té des dis­po­si­tifs médi­caux, la norme IEC 60601-1 por­tant sur la sécu­ri­té et la per­for­mance des équi­pe­ments élec­tro­mé­di­caux, ain­si que la norme ISO 14971 concer­nant la ges­tion des risques associés.
Des normes plus spé­ci­fiques encadrent éga­le­ment les UST. La norme IEC 60601-1-2 s’applique lorsque les dis­po­si­tifs sont uti­li­sés en pré­sence de champs élec­tro­ma­gné­tiques, afin de garan­tir la sécu­ri­té et la per­for­mance mal­gré d’éventuelles inter­fé­rences. La norme IEC 60601-2-62 défi­nit quant à elle les exi­gences propres aux équi­pe­ments HIFU. Enfin, la série IEC 62127 (par­ties 1 à 3) décrit les méthodes de mesure et de cali­bra­tion des champs ultra­so­nores ain­si que les carac­té­ris­tiques atten­dues des hydro­phones uti­li­sés pour ces mesures. 

Enjeux de l'utilisations des ultra­sons thérapeutiques

L’emploi des UST sou­lève de nom­breux enjeux. Nous détaille­rons les enjeux socio-éco­no­miques et technologiques. 

Enjeux socio-éco­no­miques

Enjeux tech­no­lo­giques

Les UST posent aus­si des défis tech­niques : assu­rer une pré­ci­sion mil­li­mé­trique pour concen­trer l’énergie sur la zone cible, garan­tir un haut niveau de sécu­ri­té pour évi­ter les dom­mages col­la­té­raux, et tirer par­ti des avan­cées de l’imagerie pour opti­mi­ser le gui­dage thé­ra­peu­tique. Enfin, la mon­tée en puis­sance d’équipements plus com­pacts et por­tables faci­lite leur déploie­ment et sou­tient leur dif­fu­sion en clinique.

Problématique

À mesure que les tech­no­lo­gies s’affinent et que les indi­ca­tions s’élargissent, une ques­tion demeure cen­trale et oriente aujourd’hui la recherche comme la pra­tique cli­nique :
Quels sont les fon­de­ments phy­siques, les méca­nismes d’action, les limites et les béné­fices des ultra­sons thé­ra­peu­tiques, et dans quels contextes cli­niques sont-ils appliqués ?

  Pour répondre à cette pro­blé­ma­tique, ce mémoire s’organise en trois grandes par­ties. La pre­mière pré­sente les prin­cipes phy­siques des ultra­sons, en dis­tin­guant leurs appli­ca­tions diag­nos­tiques et thé­ra­peu­tiques. La seconde décrit les prin­ci­pales moda­li­tés d’UST, notam­ment le HIFU et le LIPUS, ain­si que leurs méca­nismes d’action et leurs domaines d’application cli­nique. Enfin, la troi­sième par­tie ana­lyse les apports, les limites et les pers­pec­tives d’évolution de ces tech­no­lo­gies, en met­tant en lumière les inno­va­tions sus­cep­tibles de favo­ri­ser leur inté­gra­tion future dans les pra­tiques de soin. 

Cadre d’utilisation des ondes sonores

Les ondes sonores sont uti­li­sées dans de nom­breux contextes médi­caux, mais leurs fina­li­tés et leurs moda­li­tés varient consi­dé­ra­ble­ment selon les dis­ci­plines. Elles inter­viennent aus­si bien dans l’imagerie diag­nos­tique, la réédu­ca­tion fonc­tion­nelle, cer­taines tech­niques inter­ven­tion­nelles, que dans des pra­tiques non-thé­ra­peu­tiques comme la méde­cine esthé­tique. Ces usages reposent sur des inten­si­tés, des méca­nismes d’action et des cadres régle­men­taires très dif­fé­rents.
Dans le cadre de ce mémoire, l’étude se concen­tre­ra exclu­si­ve­ment sur les ultra­sons employés comme moda­li­té thé­ra­peu­tique à visée médi­cale. Ce choix implique d’écarter plu­sieurs domaines connexes. Les appli­ca­tions uti­li­sées en kiné­si­thé­ra­pie par exemple, relèvent prin­ci­pa­le­ment de la phy­sio­thé­ra­pie et visent l’amélioration fonc­tion­nelle plu­tôt que le trai­te­ment d’une patho­lo­gie. De même, les pra­tiques de méde­cine esthé­tique n’ont pas pour objec­tif la prise en charge d’un trouble médi­cal ; elles pour­suivent une fina­li­té cos­mé­tique (remo­de­lage, raf­fer­mis­se­ment, rajeu­nis­se­ment) et obéissent à un enca­dre­ment régle­men­taire dis­tinct de celui des dis­po­si­tifs médi­caux des­ti­nés au soin.
Inté­grer ces usages pour­rait créer une confu­sion entre des pra­tiques hété­ro­gènes qui ne reposent ni sur les mêmes méca­nismes phy­siques, ni sur les mêmes contraintes cli­niques ou régle­men­taires. Le péri­mètre est cen­tré sur les ultra­sons thé­ra­peu­tiques stric­to sen­su, cohé­rent avec l’objet du mémoire et avec l’analyse des dis­po­si­tifs étu­diés dans les cha­pitres suivants.

I. Physique des ultrasons

I.1. Les principes physiques et paramètres des ultrasons appliqués au diagnostic

Les US sont des ondes vibra­toires qui se pro­pagent dans un sup­port maté­riel, c’est une onde méca­nique qui se pro­page dans l’espace et la matière au cours du temps. Les US ont une fré­quence com­prise entre 20 kHz et 200 MHz [6].
Pour l’échographie, il existe plu­sieurs modes d’imagerie. Le mode B ou appe­lé le mode 2D est un mode qui per­met d’afficher notre image en échelle de gris. Plus le signal est fort et plus le point sera brillant. Il y a quatre para­mètres impor­tants pour le mode B : 

• La réso­lu­tion de contraste : per­met de mieux voir des struc­tures proches dans le niveau de gris.
• La réso­lu­tion spa­tiale : c’est la capa­ci­té de dis­tin­guer 2 points l’un à côté de l’autre ou l’un sur l’autre.
• La réso­lu­tion laté­rale : elle dépend du temps, de la péné­tra­tion et de la den­si­té de ligne (nombre de lignes d’acquisition).
• La réso­lu­tion axiale : elle dépend de la fréquence.

À cela s’ajoutent d’autres modes comme le mode TM, le mode dop­pler cou­leur ou encore le mode dop­pler pul­sé uti­li­sé en imagerie. 

Les ultra­sons sont défi­nis par plu­sieurs para­mètres impor­tants [7] : 

• La fré­quence : la fré­quence cor­res­pond au nombre d’oscillations par seconde en Hertz. Plus la fré­quence va aug­men­ter (7–15 MHz), meilleure sera la réso­lu­tion de l’image, mais la péné­tra­tion dans les tis­sus va dimi­nuer, car les hautes fré­quences seront plus absor­bées que les basses fré­quences. On uti­li­se­ra les basses fré­quences (1–5 MHz) pour les exa­mens d’imageries en profondeur. 
• La lon­gueur d’onde : elle agit sur notre onde ultra­so­nore et est en rela­tion directe avec la fré­quence. La lon­gueur d’onde va dépendre de la fré­quence et de la célé­ri­té. Plus la fré­quence va être grande et plus la lon­gueur d’onde est courte ce qui entraî­ne­ra une meilleure réso­lu­tion spatiale. 
• La vitesse de pro­pa­ga­tion : elle dépend des pro­prié­tés phy­siques du milieu comme la den­si­té et la compressibilité. 
• L'impédance acous­tique : l’impédance cor­res­pond à la résis­tance du milieu à la pro­pa­ga­tion de l’onde US. La dif­fé­rence d’impédance entre deux tis­sus déter­mine la réflexion de l’onde US. 
• L’intensité : c’est la puis­sance acous­tique trans­mise par uni­té de sur­face. Elle indique l’énergie trans­por­tée par l’onde US. 
• La puis­sance : la puis­sance cor­res­pond à la quan­ti­té d’énergie émise par la sonde par uni­té de temps. Elle per­met de déter­mi­ner la force du signal émis et donc la lumi­no­si­té de notre image. Cepen­dant, il faut faire atten­tion au risque d’échauffement qui aug­mente avec une aug­men­ta­tion de la puis­sance. L’indice ther­mique per­met de véri­fier que le risque d’échauffement n’arrive pas. 

Main­te­nant, les prin­ci­paux para­mètres des US défi­nis, détaillons leurs carac­té­ris­tiques : Dans le cas de l’échographie, des fré­quences entre 1 et 50 MHz sont uti­li­sées. Pour les exa­mens des organes se trou­vant en pro­fon­deur, des US dit basse fré­quence sont employés (entre 1 et 5 MHz). L’utilisation de ces basses fré­quences per­met d’aller voir en pro­fon­deur cepen­dant on aura moins de détails sur notre image. Pour les exa­mens de tis­sus en super­fi­cie, ce seront des US haute fré­quence uti­li­sés (entre 7 et 15 MHz). Ici c’est l’inverse, la réso­lu­tion sera bonne mais la pénétration. 

Pour la lon­gueur d’onde, plus la fré­quence va aug­men­ter et plus la lon­gueur d’onde dimi­nue, de ce fait pour des fré­quences com­prises entre 1 et 10 MHz, la lon­gueur d’onde varie entre 1.54 mm pour une lon­gueur d’onde de 1 MHz et 0.15 mm pour 10 MHz. La vitesse de pro­pa­ga­tion dépend du milieu. Dans le cas des ultra­sons, les prin­ci­pales valeurs de vitesse sont celles de l’air (340 m/s), les tis­sus mous (1540 m/s) et les os (3500 m/s).
Pour l’impédance acous­tique, elle dépend éga­le­ment du milieu tra­ver­sé. L’impédance est mesu­rée en Rayl (kg.m^-2 .s^-1). En repre­nant le milieu cité pré­cé­dem­ment, dans l’air l’impédance est de 400 Rayl, dans les tis­sus mous l’impédance est d’environ 1,6 × 10⁶ Rayl et pour les os, elle est de 7,75 × 10⁶. 
L’intensité se mesure en W/m². Les valeurs de l’intensité dépendent du mode d'échographie uti­li­sé. En mode B, l’intensité est com­prise entre 0.001 et 0.1 W/cm² tan­dis qu’en dop­pler pul­sé, l’intensité est com­prise entre 0,5 et 1 W/cm². Pour finir la puis­sance qui se mesure en watt dépend du mode et de la pro­fon­deur de l’image. Elle est com­prise entre 1 et 100 mW. 

Il existe éga­le­ment deux indi­ca­teurs de sécu­ri­té. L’indice méca­nique et l’indice ther­mique. L’indice méca­nique est un indi­ca­teur du risque des effets méca­niques des US sur les tis­sus. Cet indice aug­mente si la pres­sion du fais­ceau aug­mente et il dimi­nue quand la fré­quence aug­mente. L’indice ther­mique est un indi­ca­teur du risque d’échauffement tis­su­laire cau­sé par l’absorption de l’onde US. Les fac­teurs qui influencent l’indice ther­mique sont la puis­sance du fais­ceau et la durée d’exposition.

Avec les ultra­sons de diag­nos­tic, l’indice méca­nique doit être infé­rieur à 1.9 et l’indice ther­mique doit être infé­rieur à 1 pour la majo­ri­té des exa­mens mais pour cer­tains tis­sus sen­sibles (yeux, tes­ti­cules, moelle épi­nière), l’indice ther­mique (TI) doit être infé­rieur à 0,5. Si jamais l’indice ther­mique est supé­rieur à 2 alors on a un vrai risque de sur­chauffe. Entre 1 et 2, une élé­va­tion de 2°C sur le tis­su ciblé peut être détectée. 
Pour géné­rer ces ultra­sons de diag­nos­tic, l’échographe envoie une impul­sion élec­trique brève de l’ordre de la micro­se­conde en direc­tion du cris­tal pié­zo­élec­trique conte­nu dans la sonde. Celle-ci est consti­tuée de plu­sieurs cen­taines de cris­taux conte­nus dans un boî­tier per­met­tant de foca­li­ser, diri­ger notre onde sonore géné­rée. Le cris­tal pié­zo-élec­trique pos­sède une spé­ci­fi­ci­té qui lui per­met de se défor­mer méca­ni­que­ment lorsqu’il est sou­mis à une ten­sion élec­trique. De plus, lorsque ce cris­tal est défor­mé méca­ni­que­ment, il pro­duit une ten­sion élec­trique [3]. 

Ex : pour une sonde de 3 MHz, alors l’impulsion élec­trique contien­dra des cycles d’oscillation a 3 MHz. 

Le cris­tal va, sous l’effet de la ten­sion élec­trique, se contrac­ter et se dila­ter rapi­de­ment. Le cris­tal va donc vibrer, ce qui va géné­rer une onde méca­nique. L’onde ultra­so­nore sera trans­mise direc­te­ment dans le milieu en contact avec la sonde. Pour l’échographie, du gel consti­tué d’eau déga­zée afin de sup­pri­mer l'impédance de l’air est uti­li­sé et per­met aux US de pou­voir péné­trer dans le corps humain.

I.2. Ultrasons thérapeutiques : les paramètres d'utilisations et effets biologiques

Les UST sont des ondes méca­niques lon­gi­tu­di­nales avec une fré­quence com­prise entre 0.5 et 3 MHz. Elles sont uti­li­sées pour trans­mettre de l’énergie aux tis­sus bio­lo­giques afin de pro­duire dif­fé­rents effets thé­ra­peu­tiques, détaillés par la suite [7].  Pour géné­rer un UST, le même prin­cipe que pour les USD est uti­li­sé : l’effet pié­zo-élec­trique. Tout com­mence par la géné­ra­tion d’un signal élec­trique sinu­soï­dal d’une cer­taine fré­quence. Ce signal est envoyé selon deux modes : 

• En mode conti­nu, le signal est émis en per­ma­nence. Ce mode est uti­li­sé lorsque le pra­ti­cien cherche à obte­nir les effets ther­miques [8].
• En mode pul­sé, le signal est inter­rom­pu avec un inter­valle de temps régu­lier. Il est uti­li­sé lorsque le pra­ti­cien veut obte­nir les effets méca­niques avec une faible aug­men­ta­tion de tem­pé­ra­ture [8].

Le cris­tal pié­zo­élec­trique oscille méca­ni­que­ment et va créer une onde ultra­so­nore lon­gi­tu­di­nale qui sera par la suite trans­mise de la tête de la sonde vers le patient. Si la sonde ne bouge pas alors l’onde va plei­ne­ment péné­trer les tis­sus et le maxi­mum d'énergie est concen­tré sur la zone cible. Si la sonde est dépla­cée, l'énergie sera alors dif­fu­sée de manière homogène. 

Les UST sont des US avec une fré­quence beau­coup plus basse que celle des USD. L’objectif est de trans­mettre de l’énergie direc­te­ment au tis­su afin de pro­duire un effet bio­lo­gique. Les UST de fré­quence com­prise entre 0.5 et 1 per­mettent d’aller plus en pro­fon­deur et de trai­ter des struc­tures pro­fondes. Pour le trai­te­ment des tis­sus en super­fi­cie, des fré­quences plus éle­vées com­prises entre 2 et 3 MHz, sont utilisées. 
En ce qui concerne la lon­gueur d’onde des UST, il s’agit du même prin­cipe que pour les USD, plus la fré­quence aug­mente et plus la lon­gueur d’onde dimi­nue. À des fré­quences de 0.5 MHz, la lon­gueur d’onde sera d’environ 3.08 mm, pour 1 MHz envi­ron 1.54 mm. 

La vitesse de pro­pa­ga­tion reste la même pour les USD car elle dépend du milieu tra­ver­sé par l’onde. De même pour l’impédance acoustique. 
L'intensité est le para­mètre le plus impor­tant pour les UST. En effet, il déter­mine la quan­ti­té d’énergie qui sera déli­vrée aux tis­sus. En géné­ral, l’intensité est com­prise entre 0.1 et 3 W/cm². Si un effet ther­mique est recher­ché, alors il faut une inten­si­té de mini­mum 0.8 W/cm² pour que l’échauffement recher­ché soit signi­fi­ca­tif (aug­men­ta­tion d’1 à 5 degrés selon la durée d’utilisation des UST) [9]. Pour obser­ver l’effet méca­nique, il faut des inten­si­tés infé­rieures à 0.5 W/cm² donc faible, mais pen­dant une durée beau­coup plus longue (de plu­sieurs minutes). Enfin si c’est un effet des­truc­tif qui est recher­ché,  comme avec l’HIFU, les  inten­si­tés peuvent atteindre plu­sieurs cen­taines voir mil­liers de W/cm² mais pen­dant une durée très courte de quelques secondes à 1 minute maximum.
La puis­sance des UST va éga­le­ment dépendre de la sur­face à trai­ter et de la pro­fon­deur. En moyenne la puis­sance émise par la tête de la sonde est com­prise entre 1 et 15 W mais, elle peut mon­ter à plu­sieurs dizaines voire cen­taines de Watt pour concen­trer l’énergie sur une zone bien précise. 

Les UST ont plu­sieurs effets sur les tis­sus, et cer­tains sont recher­chés à atteindre pour obte­nir l’effet thérapeutique : 

Les effets ther­miques : pour obte­nir l’échauffement local, l’onde ultra­so­nore va tra­ver­ser le tis­su bio­lo­gique cible et une par­tie de l'énergie de l’onde sera absor­bée et conver­tie en cha­leur. Pour que cette conver­sion se fasse, on aura trois méca­nismes principaux : 

• L’absorption vis­co­ther­mique : les tis­sus n’étant pas tota­le­ment élas­tiques, une par­tie de l’énergie vibra­toire de l’onde est dis­si­pée et est conver­tie en cha­leur. Plus la fré­quence aug­mente et plus l’absorption aug­mente, de ce fait il y aura un chauf­fage qui sera plus impor­tant en haute fréquence.
• Le frot­te­ment au niveau cel­lu­laire : ici, les struc­tures tis­su­laires oscil­lent avec l’effet de l’onde. Toutes ces micro-oscil­la­tions vont pro­duire des frot­te­ments internes qui seront conver­tis en chaleur.
• Le der­nier méca­nisme est la relaxa­tion molé­cu­laire : les molé­cules telles que les pro­téines ou l’eau absorbent mieux cer­taines fré­quences d’ultrasons. Elles vont conver­tir l'énergie de l’onde absor­bée en chaleur.

Plu­sieurs para­mètres vont agir sur cette pro­duc­tion de cha­leur. Le para­mètre qui agit le plus sur la quan­ti­té de cha­leur pro­duite est l’intensité acous­tique. Plus l’intensité acous­tique aug­mente et plus l’échauffement sera fort et la tem­pé­ra­ture aug­mente bru­ta­le­ment. Pour les tis­sus en super­fi­cie, plus la fré­quence est éle­vée,  plus l’absorption sera plus rapide et les tis­sus chauf­fe­ront inten­si­ve­ment [10]. 
Le mode d’émission agit aus­si sur l’effet ther­mique. Si l’onde ultra­so­nore est pro­duite en conti­nu, alors la mon­tée ther­mique sera impor­tante. Cela est uti­li­sé notam­ment pour le HIFU. Si l’onde est émise en pul­sé, l’effet ther­mique sera réduit. Le mode pul­sé est notam­ment uti­li­sé dans le LIPUS. 

L’effet ther­mique va avoir plu­sieurs consé­quences sur les tis­sus et vais­seaux cible. Notam­ment l’augmentation de la cir­cu­la­tion san­guine, de l’apport en oxy­gène afin de favo­ri­ser la répa­ra­tion et la gué­ri­son des tis­sus. Il peut éga­le­ment avoir un effet de mort cel­lu­laire cau­sé par le chauf­fage que l’on peut mesu­rer par la dose ther­mique comme le montre la figure 1. Pour déter­mi­ner cette dose ther­mique, il faut asso­cier les infor­ma­tions sur le degré et la durée d’augmentation de la tem­pé­ra­ture au niveau du tis­su cible. Si jamais le seuil d’intensité ou de durée est dépas­sé, il peut avoir l’apparition d'effets néfastes comme une coa­gu­la­tion ou bien une nécrose des tissus. 

Figure 1 : Relation entre la dose thermique et l’effet biologique dans les tissus. 
(©David Attali, Physique pour la médecine Paris) [11]

➤ Les effets non-ther­miques ou méca­niques : ces effets sont prin­ci­pa­le­ment retrou­vés lors de l’emploi des US pul­sés ou des US à des inten­si­tés modé­rées afin d’éviter une surchauffe. 

Il y a 3 effets méca­niques influen­cés par les US : 

• La force de rayon­ne­ment [12]: cette force consiste en un trans­fert de la quan­ti­té de mou­ve­ment de l’onde aux tis­sus dû aux dif­fé­rentes inter­ac­tions de l’onde comme l’absorption, la réflexion ou la dif­fu­sion avec le tis­su cible. Ici, il y a une pres­sion qui est exer­cée en conti­nu sur le tis­su. Lorsque l’onde est absor­bée par le tis­su, elle perd de l'énergie tan­dis que le tis­su lui gagne de la quan­ti­té de mou­ve­ment pro­duite par l’onde ce qui entraîne une pous­sée. Quand l’onde est réflé­chie, le chan­ge­ment de direc­tion de l’onde va pro­duire une pous­sée qui sera encore plus forte. Il y a éga­le­ment ce phé­no­mène lorsque l’onde est dif­fu­sée. De plus, si l’émission est en conti­nu de l’US alors la force sera conti­nue. Si c’est émis en pul­sé, la force sera impulsionnelle. 
  La force de rayon­ne­ment agit sur le dépla­ce­ment des mem­branes ou du cytos­que­lette de la cel­lule et active les canaux ioniques méca­no­sen­sibles et les voies de signa­li­sa­tion méca­niques. Ces effets sont très impor­tants pour la régé­né­ra­tion osseuse et sont uti­li­sés pour le LIPUS. 
  
• Le flux de fluide, ou éga­le­ment appe­lé strea­ming acous­tique [12]: cor­res­pond au mou­ve­ment du fluide géné­ré par les US qui va venir créer un cou­rant. L’ultrason va venir créer une pous­sée conti­nue et le fluide va se mettre à cou­ler. L’écoulement est stable, uni­di­rec­tion­nel et super­po­sé au mou­ve­ment vibra­toire des par­ti­cules. Ce flux appa­raît à cause d’un dés­équi­libre des forces dans le fluide. L’onde US crée un champ de pres­sion oscil­lant qui une fois absor­bé va trans­mettre de la quan­ti­té de mou­ve­ment au fluide. Cette quan­ti­té de mou­ve­ment s’additionne et pro­duit une force nette qui donne un cou­rant du fluide stable. Le strea­ming acous­tique va pro­vo­quer plu­sieurs effets. Il y a notam­ment un dépla­ce­ment du fluide autour des cel­lules pour avoir une aug­men­ta­tion du trans­port d’oxygène, une amé­lio­ra­tion de l’élimination des déchets méta­bo­liques. Il y a éga­le­ment le cisaille­ment de la mem­brane cel­lu­laire, car le flux va pro­vo­quer une trac­tion sur les mem­branes qui activent les récep­teurs méca­no­sen­sibles et aug­mente la per­méa­bi­li­té mem­bra­naire. Cela per­met d'activer la régé­né­ra­tion cel­lu­laire et de faci­li­ter la péné­tra­tion des ions cal­cium. Enfin, pour le LIPUS, il y a un effet de sti­mu­la­tion des fibro­blastes et ostéo­blaste. En effet, le flux de fluide va contri­buer à aug­men­ter la pro­duc­tion de pros­ta­glan­dine E2, la mul­ti­pli­ca­tion cel­lu­laire et l’expression des fac­teurs de crois­sance qui sont essen­tiels pour la conso­li­da­tion des os par le LIPUS. 
  Le strea­ming acous­tique dépend de plu­sieurs para­mètres de l’échographe notamment : 
• L’inten­si­té : plus l’intensité est éle­vée et plus le flux est rapide. Avec le LIPUS, même en faible inten­si­té, le strea­ming reste efficace. 
• La fré­quence : plus la fré­quence aug­mente et plus le strea­ming aug­men­te­ra éga­le­ment, car en aug­men­tant la fré­quence,  l’absorption vis­co­ther­mique aug­mente et par consé­quent la force motrice. 
• La durée et le mode d’émission : si l’émission est conti­nue alors le flux sera constant et fort tan­dis que si l’émission est pul­sée (comme c’est le cas pour le LIPUS) alors le flux sera inter­mit­tent mais efficace. 

Ces 2 effets vont être influen­cés par l’intensité moyenne tem­po­relle (I SPTA) et la fré­quence. De plus, l’atténuation du milieu va influen­cer la force de rayon­ne­ment et la vis­co­si­té du liquide va quant à elle agir sur le flux du fluide [12].

• La cavi­ta­tion : la cavi­ta­tion cor­res­pond aux oscil­la­tions de micro­bulles de gaz pré­sentes dans le sang sous l’effet d’un champ ultra­so­nore. Elle per­met de modu­ler tem­po­rai­re­ment et de façon réver­sible la per­méa­bi­li­té vas­cu­laire, notam­ment au niveau du cer­veau, en dila­tant les jonc­tions entre cel­lules endo­thé­liales afin de lais­ser pas­ser un trai­te­ment sans endom­ma­ger les vais­seaux. On dis­tingue deux formes de cavi­ta­tion [12]: 
  
  La cavi­ta­tion iner­tielle appa­raît lorsque les bulles se dilatent de manière exces­sive pen­dant la phase de basse pres­sion, dépas­sant par­fois plus de deux fois leur taille ini­tiale. Lors de la phase de haute pres­sion, la bulle se contracte bru­ta­le­ment et peut s’effondrer. Cet effon­dre­ment peut géné­rer des effets méca­niques sus­cep­tibles d’endommager ou de détruire les struc­tures voi­sines.
  
  La cavi­ta­tion stable, au contraire, cor­res­pond à des oscil­la­tions régu­lières des bulles sous l’effet des ultra­sons. Ce régime contrô­lé limite le risque de lésions irré­ver­sibles et per­met une uti­li­sa­tion thé­ra­peu­tique, notam­ment pour aug­men­ter de façon tran­si­toire la per­méa­bi­li­té vasculaire. 

Tableau 1 : Comparatif entre les US diagnostiques et les US thérapeutiques

	US Thé­ra­peu­tiques	US Diag­nos­tiques
Fré­quence	0.5-3 MHz (basse fré­quence pour trans­mettre l'énergie au tis­su) Entre 0.5-1, trai­te­ment des struc­tures en pro­fon­deur et entre 2-3, trai­te­ment des struc­tures en superficie	1-5 MHz (basse fré­quence) pour obser­ver les struc­tures en pro­fon­deur et 7-15 MHz (haute fré­quence) pour les struc­tures superficielles
Inten­si­té	Entre 0.1 et 3 W/cm². Pour obte­nir l’effet ther­mique, besoin d’une inten­si­té supé­rieure ou égal a 0.8 W/cm² Pour obte­nir un effet méca­nique, inten­si­té infé­rieure à 0.5 W/cm²Pour un effet des­truc­tif, inten­si­té de plu­sieurs cen­taines voir mil­liers de W/cm²	Com­pris entre 0.001 et 0.1 W/cm²
Puis­sance	Entre 1 et 15 WPour le HIFU, plu­sieurs dizaines ou cen­taines de Watt	Entre 1 et 100mW
Durée d’utilisation	5 à 15 minutes par zone que l’on traite. Peut mon­ter jusqu'à 30 minutes pour les trai­te­ments ciblés	Quelques secondes à 30 min. maxi­mum selon l’examen. (Plus long en obs­té­trique et car­dio­lo­gie) mais expo­si­tion locale brève car mou­ve­ments de la sonde
Effets pro­duits	Effets ther­miques et mécaniques	Pro­duc­tion d’images par réflexion des US sur les dif­fé­rentes struc­tures internes
Uti­li­sa­tions	Voir cha­pitre II.1.3 et II.2.3	Pour ima­ge­rie non inva­sive et non ioni­sante en temps réel en obs­té­trique, car­dio­lo­gie, vas­cu­laire, etc
Risques / indice Sécu­ri­té	Risque de brû­lure tis­su­laire, de cavi­ta­tion non contrô­lée. Il faut veiller à ce que l’indice ther­mique reste modé­ré et l’indice méca­nique est mesu­ré en per­ma­nence pour évi­ter des risques de cavi­ta­tion non contrôlée	Index ther­mique et méca­nique en des­sous des seuils cri­tiques donc pas de risque potentiel
Mode d’émission	Mode conti­nu : la vibra­tion est per­ma­nente, uti­li­sé pour obte­nir prin­ci­pa­le­ment l’effet ther­mi­que­Mode pul­sé : vibra­tion en inter­mit­tence, les effets méca­niques sont prédominants	Mode émis­sion pul­sée pour recons­truire une image en temps réel sans risques ther­miques ou mécaniques.

II. Applications des ultrasons thérapeutiques

On dis­tingue 2 tech­niques d’utilisation des UST : l’HIFU et le LIPUS qui seront pré­sen­tés dans cette partie. 

II.1. High Intensity Focalized Ultrasounds

Étu­dions à pré­sent la pre­mière tech­nique d’UST, l’HIFU ;

II.1.1. Mode d’action : Principe de fonctionnement de la génération de l’onde ultrasonore de haute intensité et focalisée

La tech­no­lo­gie HIFU repose sur la pro­duc­tion, la conver­sion et la foca­li­sa­tion de l’énergie ultra­so­nore de très haute inten­si­té afin de détruire sélec­ti­ve­ment des tis­sus bio­lo­giques par élé­va­tion ther­mique et cavi­ta­tion [13].

Nous avons déjà vu ci-des­sus com­ment géné­rer une onde US. Nous vou­lons main­te­nant savoir com­ment nous obte­nons la haute inten­si­té et com­ment nous foca­li­sons le fais­ceau afin d’atteindre l’objectif final de des­truc­tion sélec­tive de tis­sus pathologiques. 

La conver­sion élec­tro-méca­nique inter­vient comme expli­qué plus haut : le signal élec­trique ali­mente un trans­duc­teur pié­zo-élec­trique. Pour maxi­mi­ser le ren­de­ment, le trans­duc­teur est taillé à la fré­quence de réso­nance sou­hai­tée, ce qui per­met d’obtenir une ampli­tude de vibra­tion maxi­male pour une puis­sance élec­trique don­née. Cer­tains dis­po­si­tifs uti­lisent des trans­duc­teurs mul­ti­couches, mon­tés de manière à obte­nir de grandes excur­sions méca­niques avec une ten­sion plus faible. Un sys­tème de refroi­dis­se­ment main­tient la sta­bi­li­té ther­mique et évite la dérive de la fré­quence de réso­nance [14].

Comme décrit plus haut, on cherche à évi­ter la réflexion des ondes US. C’est pour­quoi une couche d’adaptation d’impédance pour opti­mi­ser le trans­fert de l’énergie acous­tique et mini­mi­ser les pertes. Il y a 2 familles d’HIFU :

• HIFU immer­sif repré­sen­té par la figure 2 (type Hai­fu JC) : le trans­duc­teur est entiè­re­ment plon­gé dans un bain d’eau déga­gée situé sous une mem­brane fine acous­ti­que­ment trans­pa­rente. Le patient repose direc­te­ment sur cette mem­brane, qui isole l’eau mais laisse pas­ser les US. Le trans­duc­teur, mon­té sur un dis­po­si­tif moto­ri­sé, se déplace dans l’eau pour venir se posi­tion­ner au plus près de la mem­brane et foca­li­ser pré­ci­sé­ment le fais­ceau sur la zone cible ;
• HIFU à contact direct : à l’inverse, la tête US est appli­quée sur la peau. Un gel d’échographie sert de couche d’adaptation.

Une couche d’adaptation d’impédance, appe­lée mat­ching layer, est sou­vent inter­po­sée entre le maté­riau pié­zo et le milieu de cou­plage, afin d’optimiser le trans­fert de l’énergie acous­tique et de mini­mi­ser les pertes par réflexion de l’onde ultra­so­nore : il s’agit d’une membrane. 

La foca­li­sa­tion de l’énergie acous­tique pous­sée à l’extrême est la spé­ci­fi­ci­té de l’HIFU [15].
On dis­tingue 2 approches : 

• Trans­duc­teur concave mono-fais­ceau : la sur­face émet­trice est façon­née en calotte sphé­rique, per­met­tant la conver­gence géo­mé­trique des ondes vers un foyer fixe. 
• Réseau mul­ti-élé­ments (pha­sed array) : consti­tué de nom­breux petits élé­ments pié­zo-élec­triques indé­pen­dants, il per­met de pilo­ter élec­tro­ni­que­ment la foca­li­sa­tion et de dépla­cer le foyer en 3 dimen­sions grâce à un contrôle de phase pré­cis. Au point focal, les ondes se super­posent en phase, créant une pres­sion acous­tique extrê­me­ment éle­vée, suf­fi­sante pour pro­vo­quer une élé­va­tion focale de tem­pé­ra­ture, entre 60 et 90°C, et la des­truc­tion des cel­lules cibles.

Figure 2 : Exemple d’une machine HIFU immersive avec système échographique embarqué avec le détail de chacun des éléments la composant : appareil JC200 de Chongqing Haifu Company [16] 

II.1.2. Caractéristiques technologiques de l’HIFU

L’architecture géné­rale du sys­tème se com­pose géné­ra­le­ment de trois uni­tés prin­ci­pales : l’unité de géné­ra­tion et de contrôle d’énergie, com­pre­nant les ali­men­ta­tions haute ten­sion, le géné­ra­teur RF, l’amplificateur de puis­sance et les cir­cuits de com­mande des trans­duc­teurs. L’unité d’émission acous­tique, inté­grant le ou les trans­duc­teurs HIFU (fixes ou mul­ti-élé­ments) et le sys­tème de cou­plage patient (eau déga­zée, mem­brane ou bal­lon souple afin d’assurer une trans­mis­sion maxi­mi­sée des ondes US entre le trans­duc­teur et les tis­sus). L’unité d’imagerie et de pilo­tage, qui assure la pla­ni­fi­ca­tion, le gui­dage, la visua­li­sa­tion et la boucle de rétro­ac­tion pen­dant le traitement. 

Le sys­tème d’imagerie embar­quée asso­cié à l’HIFU repose soit sur une écho­gra­phie en temps réel (via une sonde d’USD inté­grée), soit sur une IRM, dans laquelle l’appareil est pla­cé dans le tun­nel afin d’assurer un gui­dage par car­to­gra­phie ther­mique (figure 3). Ce sys­tème d’imagerie per­met de loca­li­ser pré­ci­sé­ment la cible (pros­tate, fibrome, tumeur hépa­tique), d’assurer le sui­vi ther­mique en temps réel et de contrô­ler le dépla­ce­ment du foyer acoustique. 

Figure 3 : Exemple de configuration HIFU pour le traitement de fibromes utérins [17]

L’interface et la com­mande logi­cielle du sys­tème HIFU reposent sur un poste opé­ra­teur équi­pé d’un logi­ciel de pla­ni­fi­ca­tion incluant la seg­men­ta­tion ana­to­mique et la défi­ni­tion du volume cible, à l’image des trai­te­ments de radio­thé­ra­pie (figure 4 et figure 5). Ce logi­ciel contrôle auto­ma­ti­que­ment la puis­sance, la durée, la posi­tion du foyer et la fré­quence de tir. Une boucle de sécu­ri­té inter­rompt le trai­te­ment en cas de sur­chauffe, de dévia­tion du fais­ceau ou d’anomalie de réflexion. Le trans­duc­teur peut être robo­ti­sé pour un posi­tion­ne­ment pré­cis, tan­dis que l’interface affiche en conti­nu les don­nées d’imagerie et de température. 

Figure 4 : Exemple de délinéation des volumes d’un fibrome utérin dans le cadre d’un traitement par HIFU [18]

Figure 5 : Interface de planification de traitement par HIFU d’une tumeur prostatique [19] 

En ce qui concerne la sécu­ri­té, des cap­teurs ther­miques assurent la pro­tec­tion du trans­duc­teur et de la peau, avec refroi­dis­se­ment actif. Le sys­tème mesure la puis­sance réflé­chie pour détec­ter tout défaut de cou­plage ou pré­sence d’air.
L'indice méca­nique est lar­ge­ment supé­rieur à la valeur de réfé­rence pré­cé­dem­ment citée sur­tout dans ce cadre, afin d’avoir l’effet de cavi­ta­tion pour détruire les tis­sus cibles. L’indice ther­mique est éga­le­ment supé­rieur à celui des USD. Ici, il sera com­pris entre 1 et 5 pour avoir une aug­men­ta­tion volon­taire de 1 à 5 degrés. En HIFU, il y a une aug­men­ta­tion du TI supé­rieure à 10 pour pro­vo­quer une chauffe rapide et faire coa­gu­ler ou nécro­ser le tis­su. Par­fois, la pro­cé­dure se déroule direc­te­ment sous IRM. Cela per­met d’utiliser des séquences sen­sibles à la tem­pé­ra­ture pour suivre en temps réel l’échauffement des tis­sus, tout en contrô­lant pré­ci­sé­ment la posi­tion du patient. Ce gui­dage conti­nu aide à main­te­nir le ciblage opti­mal du volume à trai­ter et à sécu­ri­ser l’ensemble du geste (figure 6).

Figure 6 : Interface de contrôle de la température par IRM d’un traitement par HIFU de tumeur prostatique [19]

II.1.3. Applications cliniques de l’HIFU

Après avoir décrit plus haut les dif­fé­rents effets phy­siques induits par les ultra­sons sur les tis­sus bio­lo­giques, nous pou­vons à pré­sent exa­mi­ner la manière dont ces phé­no­mènes se mani­festent spé­ci­fi­que­ment en HIFU et com­ment ceux-ci sont exploi­tés en pra­tique cli­nique. En HIFU, les effets ther­miques et méca­niques sont recherchés.

Lorsqu’une onde US de haute inten­si­té est foca­li­sée en un point unique, l’énergie acous­tique dépo­sée dans les tis­sus est en majo­ri­té conver­tie en cha­leur par absorp­tion. Au foyer, la den­si­té de puis­sance est telle que la tem­pé­ra­ture peut atteindre 60 à 90°C en quelques secondes, seuil à par­tir duquel la coa­gu­la­tion pro­téique, la déna­tu­ra­tion des struc­tures cel­lules et une nécrose de coa­gu­la­tion appa­raissent de manière loca­li­sée. L’effet se pro­duit dans quelques mm³, tan­dis que les tis­sus tra­ver­sés avant le point focal ne subissent qu’un échauf­fe­ment modé­ré grâce à la foca­li­sa­tion du fais­ceau et la dif­fé­rence impor­tante d’intensité entre le foyer et les zones péri­phé­riques [20].
Les effets ther­miques consti­tuent le méca­nisme prin­ci­pal recher­ché dans la majo­ri­té des indi­ca­tions cli­niques suivantes : 
En onco­lo­gie, le HIFU per­met de détruire sélec­ti­ve­ment des tumeurs tout en limi­tant les lésions des tis­sus adja­cents. Dans le can­cer de la pros­tate loca­li­sé, il peut être appli­qué en trai­te­ment focal ou total. La tech­nique est éva­luée pour des tumeurs hépa­tiques, pan­créa­tiques, rénales ou mam­maires, notam­ment chez des patients non opé­rables. En soins pal­lia­tifs, il est uti­li­sé pour les méta­stases osseuses dans un objec­tif antal­gique, via une déner­va­tion ther­mique [21].
En gyné­co­lo­gie, le HIFU per­met le trai­te­ment non inva­sif des léio­myomes et fibromes uté­rins, avec un excellent pro­fil de tolé­rance [22].
En neu­ro­chi­rur­gie fonc­tion­nelle, sous gui­dage IRM, il per­met des tha­la­mo­to­mies non inva­sives dans les trem­ble­ments essen­tiels ou cer­taines formes de mala­die de Par­kin­son, avec un ciblage mil­li­mé­trique. Des tra­vaux explorent éga­le­ment l’ablation de foyers épi­lep­to­gènes [23].
Fina­le­ment, les effets ther­miques reposent sur 3 phénomènes : 

• le dépôt d’énergie rapide, pro­por­tion­nel à l’absorption acous­tique du tissu,
• la mon­tée en tem­pé­ra­ture très loca­li­sée, et limi­tée par la dif­fu­sion ther­mique latérale, 
• et les effets irré­ver­sibles (coa­gu­la­tion, nécrose), lorsque le seuil ther­mique est atteint.

Figure 7 : Evolution des bulles de cavitation selon la pression acoustique : cavitation stable vs cavitation inertielle et leurs effets cellulaires [25]

Elle va être uti­li­sée en litho­tri­tie extracor­po­relle par exemple pour détruire des cal­culs rénaux. Cet effet peu contrô­lable va être déli­bé­ré­ment évi­té lorsqu’on recherche à faire de l’HIFU ther­mique afin de pré­ser­ver la pré­ci­sion de la lésion. Cepen­dant, ce phé­no­mène est volon­tai­re­ment recher­ché dans cer­taines tech­niques d’HIFU méca­nique, dont l’exemple le plus abou­ti est l’histotripsie [26]. Cette approche uti­lise de très courtes impul­sions de haute pres­sion pour géné­rer un nuage dense de bulles qui s’effondrent de manière syn­chro­ni­sée, pro­dui­sant des micro-jets et des ondes de choc capables de frag­men­ter sélec­ti­ve­ment des tis­sus mous. L’histotripsie est étu­diée pour la des­truc­tion méca­nique de tis­sus hépa­tiques ou rénaux, mais éga­le­ment pour des appli­ca­tions en car­dio­lo­gie struc­tu­relle. Dans ce contexte, la cavi­ta­tion iner­tielle consti­tue le méca­nisme cen­tral du trai­te­ment, contrai­re­ment au HIFU ther­mique tra­di­tion­nel qui repose sur l’élévation de température. 
Au-delà de ses usages en onco­lo­gie ou neu­ro­lo­gie cités ci-des­sus, l’HIFU trouve éga­le­ment des appli­ca­tions émer­gentes en car­dio­lo­gie pour le trai­te­ment des rétré­cis­se­ments vas­cu­laire aor­tique pour res­tau­rer la mobi­li­té de cette valve au moyen d’une inter­ven­tion non inva­sif sans recou­rir à la chi­rur­gie de rem­pla­ce­ment val­vu­laire ou le TAVI. Par exemple, le dis­po­si­tif Val­vo­soft® (figure 9), encore en phase d’évaluation cli­nique et non auto­ri­sé à être mis sur le mar­ché actuel­le­ment, uti­lise l’HIFU pour assou­plir méca­ni­que­ment les cus­pides aor­tiques cal­ci­fiées. La tech­nique repose sur la frag­men­ta­tion contrô­lée sous écho­gra­phie des micro-cal­ci­fi­ca­tions et une réduc­tion de la rigi­di­té des feuillées, sans créa­tion de lésion ther­mique via des pres­sions acous­tiques éle­vées sans implo­sions de bulle, ce sont des effets méca­niques directs de pres­sion dans un régime non thermique. 
En réa­li­té, les 2 phé­no­mènes peuvent coexister : 

• à basse fré­quence et haute inten­si­té, la cavi­ta­tion domine ; 
• à fré­quence plus éle­vée, l’absorption ther­mique est prépondérante.

L’équilibre dépend du mode d’impulsion, du rap­port cycle, du tis­su cible. 
Ces exemples illus­trent la diver­si­té des domaines concer­nés par HIFU : plus de 70 indi­ca­tions sont aujourd’hui réper­to­riées, cou­vrant qua­si­ment toutes les spé­cia­li­tés médi­cales (figure 8.

Figure 8 : IRM de fibrome utérin avant (gauche) et après (droite) traitement par HIFU. On observe un centre nécrotique à droite, symbole d’une thermodestruction par les ultrasons [27]

 Figure 9 : Machine Valvosoft ® – Cardiawave [28]

II.2. Low Intensity Pulsed Ultrasound

Par­lons main­te­nant de la deuxième tech­nique d’UST.

II.2.1. Mode d’action : Principe de fonctionnement de la génération des ultrasons pulsés à basse intensité

Les ultra­sons pul­sés à basse inten­si­té sont uti­li­sés pour des appli­ca­tions plus douces comme la sti­mu­la­tion des cel­lules, com­mu­né­ment dans le cadre de la régé­né­ra­tion de tissus. 

II.2.2. Caractéristiques technologiques du LIPUS

La com­po­si­tion d’un dis­po­si­tif LIPUS pré­sente plu­sieurs simi­li­tudes struc­tu­relles avec les autres appa­reils ultra­so­nores, mais se dis­tingue sur­tout par des choix tech­niques orien­tés vers la géné­ra­tion d’ondes de très faible inten­si­té. Comme pour tout sys­tème ultra­so­nore, l’élément cen­tral est le trans­duc­teur pié­zo­élec­trique. Le trans­duc­teur élec­trique uti­li­sé est sou­vent un disque PZT de 2 à 4 cm de dia­mètre. Tou­te­fois, contrai­re­ment aux trans­duc­teurs uti­li­sés en HIFU, qui sont plus mas­sifs, for­te­ment foca­li­sés et conçus pour sup­por­ter des puis­sances éle­vées, celui du LIPUS est plus léger et opti­mi­sé pour vibrer de manière stable à faible ampli­tude. En interne, il inclut des dis­po­si­tifs d’amortissement qui per­mettent de main­te­nir une émis­sion régu­lière sans échauf­fe­ment exces­sif, ce qui est indis­pen­sable pour garan­tir l’absence d’effet ther­mique. L’applicateur est par ailleurs plus simple que celui des sys­tèmes HIFU : il n’intègre pas de len­tille acous­tique ou de géo­mé­trie com­plexe des­ti­née à concen­trer l’énergie en pro­fon­deur. Il est, au contraire, conçu pour dif­fu­ser un fais­ceau large et homo­gène, adap­té à une sti­mu­la­tion méca­nique douce des tis­sus [30].
Le module élec­tro­nique de géné­ra­tion du signal consti­tue une autre dif­fé­rence impor­tante. Un dis­po­si­tif LIPUS contient un géné­ra­teur haute fré­quence qui délivre un signal très faible et très stable, confi­gu­ré en mode pul­sé avec un cycle d’impulsions pré­cis. Il n’y a pas de ges­tion des puis­sances éle­vées, de sys­tèmes de refroi­dis­se­ment, ain­si que des contrôles de sécu­ri­té avan­cés pour évi­ter les lésions ther­miques comme pour le HIFU. Dans le LIPUS, le refroi­dis­se­ment est mini­mal, voire inutile, car l’intensité de l’onde est très faible. L’alimentation du dis­po­si­tif est éga­le­ment simple puisque les appa­reils LIPUS fonc­tionnent faci­le­ment sur bat­te­rie rechar­geable, ce qui per­met la mise à dis­po­si­tion de dis­po­si­tifs por­tables et légers. 

Les dis­po­si­tifs LIPUS com­prennent aus­si un micro­con­trô­leur des­ti­né à gérer l’émission pul­sée, le temps de trai­te­ment et les auto­tests de sécu­ri­té. Enfin, l’interface uti­li­sa­teur de ces appa­reils reste volon­tai­re­ment mini­ma­liste et adap­tée à une uti­li­sa­tion quo­ti­dienne même par des patients non spé­cia­listes. Ain­si, même si le HIFU et le LIPUS reposent sur le même prin­cipe phy­sique avec l’utilisation d’un trans­duc­teur pié­zo­élec­trique, la com­po­si­tion d’un dis­po­si­tif LIPUS est plus légère, moins foca­li­sée, moins éner­gi­vore et orien­tée vers une sti­mu­la­tion méca­nique non thermique. 

II.2.3. Applications cliniques du LIPUS

Comme expli­qué pré­cé­dem­ment, les ondes pul­sées à basse inten­si­té per­mettent de sti­mu­ler la régé­né­ra­tion des tis­sus. Au fil du temps, la tech­nique a fait ses preuves en appli­ca­tion cli­nique pour dif­fé­rents types de tis­sus et avec des effets variés. De nou­velles appli­ca­tions plus modernes ont été décou­vertes après avoir fait le constat que le trai­te­ment par LIPUS per­met­tait un cer­tain nombre d’avantages. En effet, il est pos­sible d’utiliser ces trai­te­ments de manière répé­ti­tive au quo­ti­dien, ils ne sont pas inva­sifs et par sa nature, l’apparition d’effets secon­daires néfastes est très peu probable. 

Le LIPUS, pré­sen­té en figure 10, est uti­li­sé depuis de nom­breuses années par les pro­fes­sion­nels de san­té pour la conso­li­da­tion du tis­su osseux notam­ment après une frac­ture. L’utilisation dès le début de la récu­pé­ra­tion per­met d’accélérer la for­ma­tion du cal osseux jusqu’à 30%. Les retards de conso­li­da­tion et pseu­dar­throses peuvent éga­le­ment être trai­tés par LIPUS comme mon­tré en figure 11. L’effet de ces ondes acous­tiques sur les cel­lules ostéo­blas­tiques est la libé­ra­tion de fac­teurs de crois­sance [29]. Cer­tains dis­po­si­tifs uti­li­sés direc­te­ment par les patients à leur domi­cile ont éga­le­ment été déve­lop­pés pour per­mettre un trai­te­ment plus fré­quent et donc plus rapide et effi­cace. Les ultra­sons pul­sés sont éga­le­ment uti­li­sés sur des tis­sus annexes des os. Ils sont notam­ment connus pour leur usage dans la régé­né­ra­tion de cer­tains tis­sus mous comme les ten­dons après une chi­rur­gie post rup­ture , les liga­ments et les car­ti­lages dans cer­tains cas d'arthrose.

Figure 10 : Appareil LIPUS pour la consolidation osseuse [31]

Figure 11 : Schéma de l’effet du LIPUS sur la consolidation d’une fracture [29]
COX-2 = cyclo-oxygénase-2 ; PGE2 = prostaglandine E2

Le LIPUS per­met éga­le­ment de sti­mu­ler l’angiogenèse, c’est-à-dire la créa­tion de nou­veaux vais­seaux san­guins. Cette appli­ca­tion per­met de faci­li­ter le trai­te­ment d’affections comme les plaies chro­niques pour les patients souf­frant de patho­lo­gies qui impactent la capa­ci­té de cica­tri­sa­tion comme chez les dia­bé­tiques ou les cas d’ulcères [32].
Les ondes pul­sées com­mencent à être étu­diées pour ses effets sur d’autres tis­sus comme le muscle ou la gen­cive. Les obser­va­tions mettent en évi­dence une amé­lio­ra­tion de la cica­tri­sa­tion, une sti­mu­la­tion des cel­lules impli­quées dans la répa­ra­tion tis­su­laire et une réduc­tion de l’inflammation locale, ce qui ouvre des pers­pec­tives inté­res­santes en odon­to­lo­gie ou en chi­rur­gie buc­cale. Le LIPUS est éga­le­ment de plus en plus uti­li­sé en com­bi­nai­son avec d’autres tech­niques cli­niques pour les soins den­taires comme le montre la figure 12. Elle per­met d'accélérer et d’optimiser la cica­tri­sa­tion après les chi­rur­gies. Les sti­mu­la­tions agissent sur les gen­cives, le tis­su osseux, pul­paire, les tis­sus mous et liga­ments den­taires [33].

Figure 12 : Schéma de l’effet du LIPUS sur le remodelage osseux orthodontique [33]

Dans le domaine ner­veux, plu­sieurs tra­vaux indiquent que le LIPUS pour­rait favo­ri­ser la récu­pé­ra­tion après une lésion péri­phé­rique en amé­lio­rant la régé­né­ra­tion axo­nale et en modu­lant les réac­tions inflam­ma­toires autour du nerf atteint, ce qui en ferait un outil poten­tiel dans la prise en charge des neu­ro­pa­thies trau­ma­tiques. Paral­lè­le­ment, l’utilisation du LIPUS, une forme foca­li­sée à très faible inten­si­té appli­quée au cer­veau, sus­cite un inté­rêt crois­sant en rai­son de sa capa­ci­té à agir en pro­fon­deur de manière non inva­sive, contrai­re­ment aux tech­niques de neu­ro­mo­du­la­tion plus lourdes. Les pre­mières études explorent ses effets sur l’activité neu­ro­nale dans des indi­ca­tions telles que la dépres­sion résis­tante, cer­taines mala­dies neu­ro­lo­giques ou l’épilepsie, avec des résul­tats encore pré­li­mi­naires mais pro­met­teurs [34].

Figure 13 : Schéma de la barrière hémato-encéphalique et du passage des molécules au travers de celle-ci [21]

Figure 14 : Schéma de l’ouverture de la BHE par LIPUS associé à des microbulles [37]

Nous avons étu­dié les tech­no­lo­gies LIPUS et HIFU, voi­ci main­te­nant un tableau com­pa­ra­tif et réca­pi­tu­la­tif des pro­prié­tés de ces ondes. 

Tableau 2 : Comparatif des propriétés des ondes HIFU et LIPUS

	HIFU	LIPUS
Fré­quence	1-10 MHz selon la pro­fon­deur des tis­sus à traiter	1-1,5 MHz en pratique
Inten­si­té	1000-10 000 W/cm²	30 mW/cm²
Puis­sance	Plu­sieurs cen­taines de watts	Quelques mil­li­watts à quelques watts
Mode	Conti­nu	Pul­sé
Effets	Majo­ri­tai­re­ment ther­mi­ques­Coa­gu­la­tion et nécrose des tis­sus­Ca­vi­ta­tion inertielle	Méca­ni­que­sAc­ti­va­tion de voies de signa­li­sa­tion cel­lu­lai­re­Ca­vi­ta­tion stable
Appli­ca­tions	Abla­tion ther­mique de tumeurs­Des­truc­tion ciblée	Sti­mu­la­tion de la régé­né­ra­tion tis­su­laire Admi­nis­tra­tion de thérapeutiquesNeuromodulation
Risques	Risques de sur­chauffe et de lyse tis­sus sains avoisinants	Pas de chauffe donc pas de véri­tables risques

Figure 15 : Comparaison entre l’HIFU et le LIPUS [38]

“Les ultra­sons pul­sés ciblés tirent par­ti des pro­prié­tés méca­niques uniques des cel­lules can­cé­reuses, afin de les détruire tout en épar­gnant les cel­lules saines. Ce sché­ma com­pare l’impact d’une thé­ra­pie par ultra­sons de haute inten­si­té (à gauche) avec le nou­veau type de thé­ra­pie pro­po­sé, soit à ultra­sons de faible inten­si­té (à droite). Dans ce der­nier cas, les cel­lules saines sont épar­gnées. Cré­dits : David Mittelstein”

III. Apports, limites et perspectives de l’utilisation des ultrasons thérapeutiques

Les UST, qu’ils soient à haute ou faible inten­si­té, repré­sentent aujourd’hui un véri­table pro­grès dans la prise en charge des patients. Ces deux tech­no­lo­gies apportent des alter­na­tives moins inva­sives, mieux ciblées et poten­tiel­le­ment plus confor­tables que les approches conven­tion­nelles. Les résul­tats cli­niques témoignent de leur inté­rêt crois­sant, mais néces­sitent d’aller encore plus loin. 

III.1. Apports des ultrasons thérapeutiques vis-à-vis approches conventionnelles

Les UST offrent une solu­tion inno­vante à de nom­breuses contraintes des thé­ra­pies tra­di­tion­nelles, notam­ment pour les affec­tions où l'accès au tis­su visé est ardu, tel que le cer­veau. Leur contri­bu­tion prin­ci­pale est leur capa­ci­té à four­nir de l'énergie ou un effet méca­nique de façon ciblée, sur des volumes pré­ci­sé­ment déli­mi­tés, à l'instar de la radio­thé­ra­pie. À l'aide de la visua­li­sa­tion par ultra­sons et de la foca­li­sa­tion ultra­so­nore, on peut trai­ter des volumes mil­li­mé­triques ou cibler plu­sieurs points dans un même organe, tout en pré­ser­vant au mieux les struc­tures saines avoi­si­nantes. L'intégration des UST à une approche de méde­cine diri­gée par l'image repré­sente un autre atout cru­cial. Les tech­niques récentes fusionnent l'imagerie par réso­nance magné­tique et le scan­ner afin de créer une réplique numé­rique du cer­veau, ce qui per­met d'intégrer la varia­bi­li­té ana­to­mique du crâne (telle que l'épaisseur et la den­si­té osseuse) et de rec­ti­fier les dis­tor­sions acous­tiques. Ce jumeau numé­rique offre une assis­tance pour la neu­ro­na­vi­ga­tion : l'opérateur est ain­si capable de pla­cer la sonde à ultra­sons avec une exac­ti­tude mil­li­mé­trique et d'établir les volumes cibles à trai­ter, simi­laire à la pla­ni­fi­ca­tion en radio­thé­ra­pie, mais sans faire appel aux radia­tions ioni­santes. Une autre contri­bu­tion essen­tielle des UST est leur nature peu ou non inva­sive. Les inter­ven­tions se font sans ouver­ture, géné­ra­le­ment sur une simple chaise médi­cale ou un siège incli­nable, en uti­li­sant un dis­po­si­tif de rete­nue pour res­treindre les mou­ve­ments. Cette méthode dimi­nue le dan­ger infec­tieux, mini­mise les com­pli­ca­tions immé­diates et ouvre la pos­si­bi­li­té de séances suc­ces­sives, ce qui est par­ti­cu­liè­re­ment per­ti­nent dans le domaine du can­cer ou des mala­dies chro­niques. Dans cer­tains contextes, les UST s'intègrent dans le pro­ces­sus de la radio­thé­ra­pie ou de la neu­ro-onco­lo­gie, en se ser­vant d'organisations pré­exis­tantes (comme les ser­vices de radio­lo­gie ou de radio­thé­ra­pie), ce qui sim­pli­fie leur incor­po­ra­tion clinique. 

Dans le contexte pré­cis du cer­veau et de la BHE, les UST pro­posent une contri­bu­tion qui n'est pas dis­po­nible via d'autres tech­niques : l'opportunité d'ouvrir tem­po­rai­re­ment et loca­le­ment cette bar­rière pour faci­li­ter le trans­fert de molé­cules thé­ra­peu­tiques qui ne pénètrent géné­ra­le­ment pas dans le tis­su céré­bral (anti­corps thé­ra­peu­tiques, vec­teurs de thé­ra­pie génique, oli­go­nu­cléo­tides anti­sens, etc.). En asso­ciant des impul­sions ultra­so­nores de faible puis­sance (LIPUS) et l'administration de micro­bulles de contraste, on peut créer une contrainte méca­nique maî­tri­sée sur la paroi des capil­laires céré­braux, ouvrir tem­po­rai­re­ment les jonc­tions cel­lu­laires, puis les lais­ser se refer­mer d'elles-mêmes. Cette méthode répond à une néces­si­té médi­cale fon­da­men­tale non com­blée : le trai­te­ment effi­cace des tumeurs céré­brales ou des affec­tions neu­ro­dé­gé­né­ra­tives en ciblant le cer­veau sans chi­rur­gie lourde. 

III.2. Limites actuelles de l’utilisation des ultrasons thérapeutiques

En dépit de leurs nom­breux atouts, les UST souffrent tou­jours de plu­sieurs contraintes tech­niques, cli­niques et régle­men­taires qui entravent leur déploie­ment à grande échelle. 

III.2.1. Contraintes physiques et anatomiques

La dif­fu­sion des US est for­te­ment liée aux carac­té­ris­tiques méca­niques des tis­sus qu'ils tra­versent. Les réflexions et pertes d'énergie signi­fi­ca­tives cau­sées par les inter­faces osseuses et aériennes (crâne, pou­mons, intes­tins) restreignent l'efficacité dans cer­taines régions ana­to­miques. Pour le cer­veau, la diver­si­té indi­vi­duelle du crâne (épais­seur, den­si­té, struc­ture osseuse) peut engen­drer des dis­tor­sions acous­tiques sus­cep­tibles de dérou­ter le rayon foca­li­sé. Afin de remé­dier à ces effets, les sys­tèmes les plus récents mettent en œuvre une cali­bra­tion basée sur un jumeau numé­rique (fusion IRM-Scan­ner) qui rec­ti­fie par­tiel­le­ment la dif­fu­sion à tra­vers l'os. Tou­te­fois, cette com­pen­sa­tion n'est pas sans imper­fec­tions et exige une modé­li­sa­tion com­plexe, ce qui entraîne une consom­ma­tion de temps de cal­cul et une dépen­dance vis-à-vis du logiciel. 

III.2.2. Maîtrise de la dose ultrasonore

La dosi­mé­trie dans ce cadre n'est pas encore entiè­re­ment nor­ma­li­sée. À l'opposé de la radio­thé­ra­pie, qui four­nit une dose mesu­rable et répé­table, la quan­ti­té d'énergie véri­ta­ble­ment trans­mise aux tis­sus est influen­cée par une mul­ti­tude de fac­teurs (inten­si­té, fré­quence, absorp­tion, per­fu­sion). Dans des appli­ca­tions telles que l'ouverture de la BHE, une inten­si­té exces­sive peut cau­ser une cavi­ta­tion iner­tielle et induire des micro-dégâts au niveau des capil­laires. En revanche, une inten­si­té trop basse rend le trai­te­ment inef­fi­cace. Les dis­po­si­tifs les plus récents intègrent une écoute acous­tique en temps réel pour ajus­ter auto­ma­ti­que­ment la puis­sance et res­ter dans le régime de cavi­ta­tion stable, limi­tant ain­si les risques vas­cu­laires. Cette sur­veillance amé­liore la sécu­ri­té, mais com­plexi­fie la concep­tion maté­rielle et logicielle. 

III.2.3. Fenêtre thérapeutique et efficacité biologique

L'ouverture de la BHE par LIPUS reste une mesure tem­po­raire : elle dure quelques minutes pour les molé­cules de grande taille, et peut aller jusqu'à plu­sieurs heures pour les plus petites. Cette res­tric­tion néces­site un ali­gne­ment pré­cis entre la soni­fi­ca­tion et la concen­tra­tion plas­ma­tique maxi­male du médi­ca­ment admi­nis­tré par injec­tion intra­vei­neuse. Une erreur de syn­chro­ni­sa­tion dimi­nue consi­dé­ra­ble­ment l'efficacité du pas­sage médi­ca­men­teux. En outre, cer­tains effets secon­daires bio­lo­giques ont été notés, y com­pris une neu­roin­flam­ma­tion sté­rile pas­sa­gère asso­ciée à une acti­va­tion tem­po­raire des cel­lules micro­gliales. Bien que cette réac­tion soit géné­ra­le­ment bénigne, il est impor­tant de la sur­veiller pour pré­ve­nir les risques accu­mu­lés lors de trai­te­ments répétés. 

III.2.4. Aspects techniques et ergonomiques

Les sys­tèmes HIFU et LIPUS de nou­velle géné­ra­tion s'appuient sur une élec­tro­nique de puis­sance sophis­ti­quée, un contrôle à mul­tiples émet­teurs et des détec­teurs acous­tiques inté­grés. La cali­bra­tion et l'entretien de ces équi­pe­ments demandent une com­pé­tence tech­nique appro­fon­die. Il faut res­ter constam­ment vigi­lant face aux contraintes asso­ciées au refroi­dis­se­ment, à la sta­bi­li­té de la fré­quence de réso­nance et à la qua­li­té du cou­plage acous­tique. Paral­lè­le­ment, le posi­tion­ne­ment du patient et la pré­ci­sion extrême du fais­ceau exigent une immo­bi­li­sa­tion stricte (chaise ou minerve), ce qui peut s'avérer incon­for­table ou res­tric­tif pour cer­taines popu­la­tions, en par­ti­cu­lier les enfants. 

III.2.5. Limites réglementaires et d’adoption clinique

Comme vu dans l’introduction, les UST néces­sitent une adhé­sion à plus de vingt normes (ISO 13485, IEC 60601, ISO 14971, exi­gences de cyber­sé­cu­ri­té et RGPD). Cette obli­ga­tion régle­men­taire retarde fré­quem­ment les études cli­niques et l'introduction sur le mar­ché. En outre, le prix d'achat éle­vé, la for­ma­tion requise pour le per­son­nel et la rare­té des IRM entravent leur pro­pa­ga­tion. Même si des solu­tions alter­na­tives à l'IRM, comme la neu­ro­na­vi­ga­tion et le jumeau numé­rique, atté­nuent ces res­tric­tions, leur adop­tion demeure prin­ci­pa­le­ment dans les centres spécialisés. 

III.2.6. Limites cliniques et médico-économiques

Les élé­ments cli­niques res­tent variés en fonc­tion des indi­ca­tions. Tan­dis que les résul­tats concer­nant les fibromes uté­rins, la pros­tate ou les dou­leurs osseuses sont pro­met­teurs, les infor­ma­tions sur les appli­ca­tions neu­ro­lo­giques demeurent res­treintes. Les preuves thé­ra­peu­tiques, les cri­tères de rem­bour­se­ment et la jus­ti­fi­ca­tion du rap­port coût-effi­ca­ci­té ne sont pas encore suf­fi­sants pour une mise en œuvre à grande échelle. Par ailleurs, les tests en cours devront vali­der la répé­ta­bi­li­té, la sécu­ri­té cumu­la­tive et la péren­ni­té des effets. 

III.3. Innovations actuelles : Vers une intégration complète des ultrasons thérapeutiques dans la chaîne de soin

Les évo­lu­tions récentes des UST portent prin­ci­pa­le­ment sur l’optimisation du ciblage, l’amélioration de l’accessibilité cli­nique, le ren­for­ce­ment des preuves thé­ra­peu­tiques et l’intégration pro­gres­sive de l’IA dans la chaîne de soin. 

III.3.1 Vers une planification proche de la radiothérapie

Une pre­mière pers­pec­tive impor­tante consiste à rap­pro­cher la pla­ni­fi­ca­tion des UST de celle uti­li­sée en radio­thé­ra­pie. L’objectif est de : 

• Défi­nir des volumes cibles (tumeur, zone de relais, régions à risque) à par­tir d’images mul­ti­mo­dales (IRM, scan­ner, éven­tuel­le­ment TEP)
• Déter­mi­ner pré­ci­sé­ment les contours des tumeurs et des struc­tures à préserver.
• Pla­ni­fier la tra­jec­toire et les para­mètres des tirs d’US (posi­tion des foyers, nombre de tirs, inten­si­té, durée) de façon sys­té­ma­tique et reproductible.

Cette approche per­met de stan­dar­di­ser le ciblage, de réduire la varia­bi­li­té inter-opé­ra­teur et de faci­li­ter la com­pa­rai­son des pro­to­coles entre centres. À terme, les UST pour­raient dis­po­ser d’un véri­table “plan de trai­te­ment” com­pa­rable à celui d’une séance de radio­thé­ra­pie, mais sans expo­si­tion aux rayon­ne­ments ionisants. 

III.3.2. Accessibilité et acceptabilité

Une autre pers­pec­tive concerne l’accessibilité des UST. Les dis­po­si­tifs tendent à évo­luer vers des sys­tèmes plus com­pacts, inté­grables en ser­vice de radio­lo­gie ou de radio­thé­ra­pie, avec des inter­faces sim­pli­fiées et des pro­to­coles stan­dar­di­sés. L’objectif est de réduire la dépen­dance aux équi­pe­ments lourds (IRM dédiées, salles spé­cia­li­sées) et de per­mettre une uti­li­sa­tion plus large en rou­tine. L’acceptabilité par les patients est aus­si un enjeu : posi­tion­ne­ment plus confor­table, durée de séance rai­son­nable, réduc­tion du bruit et des contraintes d’immobilisation. Une meilleure infor­ma­tion sur le carac­tère non inva­sif, l’absence de rayon­ne­ment ioni­sant et la pos­si­bi­li­té de répé­ter les séances peut éga­le­ment amé­lio­rer l’adhésion aux trai­te­ments par UST, en par­ti­cu­lier dans les patho­lo­gies chroniques. 

III.3.3. Renforcement des preuves thérapeutiques

Pour que les UST puissent occu­per une posi­tion stable dans les stra­té­gies thé­ra­peu­tiques, il est indis­pen­sable d'intensifier les preuves cli­niques. Les orien­ta­tions envi­sa­gées com­prennent : la réa­li­sa­tion d'études mul­ti­cen­triques com­pa­rant l'UST com­bi­né à un trai­te­ment stan­dard, avec le trai­te­ment stan­dard seul, l'établissement d'indicateurs solides (tels que la sur­vie glo­bale, la sur­vie sans pro­gres­sion, le contrôle local et la qua­li­té de vie), la créa­tion de registres de patients pour suivre la sécu­ri­té et l'efficacité sur une longue période. Ces infor­ma­tions sont essen­tielles pour per­sua­der les déci­deurs, les ins­ti­tu­tions de san­té et les finan­ceurs, afin d'obtenir un rem­bour­se­ment orga­ni­sé et une inclu­sion dans les recom­man­da­tions de bonnes pra­tiques. La dif­fu­sion grand public d’appareils à ultra­sons ven­dus pour une ving­taine d’euros sur des pla­te­formes com­mer­ciales inter­roge sur la cré­di­bi­li­té des tech­no­lo­gies médi­cales basées sur les ultra­sons. Cette acces­si­bi­li­té crée une confu­sion entre dis­po­si­tifs régle­men­tés, vali­dés cli­ni­que­ment, et gad­gets grand public sans enca­dre­ment ni preuves scien­ti­fiques tan­gibles à visée qua­si exclu­si­ve­ment esthé­tique. Bien que nous l’ayons exclu de notre étude, la kiné­si­thé­ra­pie reste un bon exemple dans ce contexte. Les UST sont uti­li­sés depuis plu­sieurs décen­nies, mais leurs béné­fices res­tent limi­tés. Les méta-ana­lyses récentes montrent une effi­ca­ci­té faible ou incer­taine dans la majo­ri­té des indi­ca­tions (ten­di­no­pa­thies, dou­leurs lom­baires, cica­trices), et de nom­breuses études plus anciennes souf­fraient d’un manque de rigueur métho­do­lo­gique, entraî­nant des conclu­sions trop opti­mistes. Cette situa­tion ali­mente une per­cep­tion ambi­va­lente : d’un côté, la tech­no­lo­gie semble bana­li­sée ; de l’autre, son inté­rêt cli­nique appa­raît nuan­cé et très dépen­dant du niveau de preuve ce qui appuie nos choix. 

III.3.4. Intégration de l’intelligence artificielle dans la chaîne de soin

L’intelligence arti­fi­cielle (IA) repré­sente un axe majeur d’innovation pour les UST. Plu­sieurs appli­ca­tions sont envisagées : 

• Seg­men­ta­tion auto­ma­tique des tumeurs et des organes à risque à par­tir des images IRM ou scan­ner, afin d’accélérer et d'homogénéiser la déli­néa­tion des volumes cibles.
En ce qui concerne la pla­ni­fi­ca­tion des trai­te­ments (sug­gé­rer auto­ma­ti­que­ment les para­mètres de l'US, per­fec­tion­ner le pla­ce­ment des foyers, simu­ler la pro­pa­ga­tion dans les tissus). Contrôle en temps réel pen­dant la séance : ana­lyse des signaux acous­tiques, détec­tion pré­coce d’un régime de cavi­ta­tion dan­ge­reux, ajus­te­ment auto­ma­tique de la puis­sance ou de la posi­tion du faisceau.
• Modé­li­sa­tion pré­dic­tive de la réac­tion tis­su­laire (pro­ba­bi­li­té d’ouverture de la BHE, pro­ba­bi­li­té de contrôle tumo­ral, dan­ger d’incident).

À moyen terme, ces outils pour­raient conduire à des pro­to­coles d'UST semi-auto­ma­ti­sés, où l’opérateur valide les choix pro­po­sés par le sys­tème, mais ne règle plus manuel­le­ment tous les para­mètres. Ain­si, les inno­va­tions autour des UST visent à trans­for­mer une tech­no­lo­gie encore majo­ri­tai­re­ment expé­ri­men­tale en une moda­li­té struc­tu­rée, pla­ni­fiée et inté­grée aux par­cours de soins, avec un niveau de stan­dar­di­sa­tion et de preuve plus proche de celui de la radiothérapie. 

Conclusion

L’étude que nous avons menée sur les UST met en lumière l’ampleur des pro­grès accom­plis depuis les pre­mières décou­vertes de la pié­zo­élec­tri­ci­té jusqu’aux tech­no­lo­gies modernes de trai­te­ments. Cette évo­lu­tion tra­duit la conver­gence de la phy­sique, de la bio­lo­gie cel­lu­laire, de l’ingénierie et de la méde­cine, ouvrant ain­si la voie à une approche de soin inno­vante, non inva­sive et ciblée, répon­dant alors aux nou­velles méthodes de prise en soin des patients. 

Les UST reposent sur un prin­cipe phy­sique simple, mais mobi­lisent des tech­no­lo­gies sophis­ti­quées. Les deux grandes moda­li­tés que nous avons étu­diées, l’HIFU et le LIPUS, illus­trent la diver­si­té des appli­ca­tions pos­sibles à ce jour. Ces tech­niques per­mettent aujourd’hui d’envisager des trai­te­ments ciblés pour diverses patho­lo­gies : de la neu­ro­lo­gie, à l’oncologie en pas­sant par la cardiologie. 

Cepen­dant, ces avan­cées s’accompagnent de limites et défis. La maî­trise de la “dose ultra­so­nore”, la stan­dar­di­sa­tion des pro­to­coles, la pré­ci­sion de la zone à trai­ter ou encore la déter­mi­na­tion de l’utilisateur final demeurent des enjeux pour garan­tir la sécu­ri­té et la repro­duc­ti­bi­li­té des traitements. 

Ouverture

L’évolution des ultra­sons thé­ra­peu­tiques invite désor­mais à s’intéresser aux étapes qui per­met­tront leur pas­sage d’innovations pro­met­teuses à outils plei­ne­ment inté­grés dans la pra­tique cli­nique. Les tra­vaux en cours, qu’ils concernent la stan­dar­di­sa­tion des pro­to­coles, le gui­dage par l’image ou la modé­li­sa­tion de la pro­pa­ga­tion ultra­so­nore, montrent que cette tech­no­lo­gie reste en construc­tion. Les recherches futures devront pré­ci­ser les indi­ca­tions où les UST apportent une valeur ajou­tée mesu­rable, conso­li­der les don­nées cli­niques et défi­nir les condi­tions d’une uti­li­sa­tion sécu­ri­sée, repro­duc­tible et acces­sible. Dans cette pers­pec­tive, l’intégration pro­gres­sive de l’intelligence arti­fi­cielle, l’amélioration des sys­tèmes de navi­ga­tion et l’étude de nou­velles appli­ca­tions thé­ra­peu­tiques consti­tuent des pistes majeures. 

Références bibliographiques

[1] R. Van Tiggelen, « See the (ultra)sounds : ... a medical adventure that is only 80 years old ! », Rev Med Brux, vol. 43, n^o 6, p. 651‑655, 2022, doi : https://doi.org/10.30637/2022.22-077

[2] Siemens, « Histoire de l’échographie ». Consulté le : 26 septembre 2025. [En ligne]. Disponible sur : https://www.siemens-healthineers.com/fr/ultrasound/news/history

[3] NYSORA, « Physique des ultrasons », NYSORA. Consulté le : 26 septembre 2025. [En ligne]. Disponible sur : https://www.nysora.com/fr/sujets/%C3%A9quipement/physique-des-ultrasons/

[4] Parlement européen et Conseil de l’Union européenne, Règlement (UE) 2017/745 du Parlement européen et du Conseil du 5 avril 2017 relatif aux dispositifs médicaux. 2017. [En ligne]. Disponible sur : http://data.europa.eu/eli/reg/2017/745/oj/fra

[5] M. Faizullabhoy et G. Wani, « Taille du marché des ultrasons focalisés de haute intensité, rapport statistique 2034 ». juin 2025. Consulté le : 17 novembre 2025. [En ligne]. Disponible sur : https://www.gminsights.com/fr/industry-analysis/high-intensity-focused-ultrasound-market

[6] INSERM, « Ultrasons biomédicaux · Inserm, La science pour la santé ». 22 mars 2019. Consulté le : 5 septembre 2025. [En ligne]. Disponible sur : https://www.inserm.fr/dossier/ultrasons-biomedicaux/

[7] E. E. A. N. Lioce, M. Novello, C. Guiot, E. E. A. N. Lioce, M. Novello, et C. Guiot, « Therapeutic Ultrasounds : Physical Basis and Clinical Assessment », in Clinical Physical Therapy, IntechOpen, 2017. doi : https://doi.org/10.5772/67566

[8] S. Cheatham, « Therapeutic Modalities : Ultrasound ». 22 octobre 2020. Consulté le : 16 novembre 2025. [En ligne]. Disponible sur : https://www.occupationaltherapy.com/articles/therapeutic-modalities-ultrasound-5366

[9] T. J. Mason, « Therapeutic ultrasound an overview », Ultrasonics Sonochemistry, vol. 18, n^o 4, p. 847‑852, juill. 2011, doi : https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2011.01.004

[10] schatelain, « Les ultrasons, comment ça marche ? » 25 juin 2020. Consulté le : 16 novembre 2025. [En ligne]. Disponible sur : https://sphysical.ch/les-ultrasons/

[11] D. Attali, A. Dizeux, et J.-F. Aubry, « Des innovations aux transferts cliniques et commerciaux : 100 ans après leur découverte, les ultrasons médicaux vivent leur seconde révolution », Responsabilité & environnement, vol. 103, n^o 3, p. 33‑39, juill. 2021, doi : https://doi.org/10.3917/re1.103.0033

[12] K. B. Bader et al., « Overview of Therapeutic Ultrasound Applications and Safety Considerations : 2024 Update », J Ultrasound Med, vol. 44, n^o 3, p. 381‑433, mars 2025, doi : https://doi.org/10.1002/jum.16611

[13] Gail Ter Haar et C. Coussios, « High intensity focused ultrasound : Physical principles and devices », International Journal of Hyperthermia, vol. 23, n^o 2, p. 89‑104, janv. 2007, doi : https://doi.org/10.1080/02656730601186138

[14] Z. Izadifar, Z. Izadifar, D. Chapman, et P. Babyn, « An Introduction to High Intensity Focused Ultrasound : Systematic Review on Principles, Devices, and Clinical Applications », J Clin Med, vol. 9, n^o 2, p. 460, févr. 2020, doi : https://doi.org/10.3390/jcm9020460

[15] University of Waterloo, « High intensity focused ultrasound | AI for Manufacturing | University of Waterloo ». Consulté le : 14 novembre 2025. [En ligne]. Disponible sur : https://uwaterloo.ca/ai-for-manufacturing/research/high-intensity-focused-ultrasound

[16] B. Turner et D. Cranston, « A Review of High-Intensity Focused Ultrasound », IJTM, vol. 4, n^o 1, p. 197‑207, mars 2024, doi : https://doi.org/10.3390/ijtm4010011

[17] HAS, « Évaluation des ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) pour le traitement des fibromes utérins symptomatiques », juill. 2024. [En ligne]. Disponible sur : https://www.has-sante.fr/upload/docs/application/pdf/2024-07/rapport_hifu_fibromes.pdf

[18] R. Salomir et al., « Reference-Free PRFS MR-Thermometry Using Near-Harmonic 2-D Reconstruction of the Background Phase », IEEE Trans. Med. Imaging, vol. 31, n^o 2, p. 287‑301, févr. 2012, doi : http://doi.org/10.1109/TMI.2011.2168421

[19] Philips, « Philips Sonalleve MR-HIFU | MR-System | Philips Healthcare », Philips. Consulté le : 14 novembre 2025. [En ligne]. Disponible sur : https://www.philips.ch/fr/healthcare/product/HC781360/sonalleve-mr-hifu

[20] V. S. Bachu, J. Kedda, I. Suk, J. J. Green, et B. Tyler, « High-Intensity Focused Ultrasound : A Review of Mechanisms and Clinical Applications », Ann Biomed Eng, vol. 49, n^o 9, p. 1975‑1991, sept. 2021, doi : https://doi.org/10.1007/s10439-021-02833-9

[21] A. Dupré et D. Melodelima, « HIFU : les ultrasons thérapeutiques », Swiss Med Forum, déc. 2018, doi : https://doi.org/10.4414/fms.2018.03412

[22] I. M. Verpalen et al., « The Focused Ultrasound Myoma Outcome Study (FUMOS); a retrospective cohort study on long-term outcomes of MR-HIFU therapy », Eur Radiol, vol. 30, n^o 5, p. 2473‑2482, mai 2020, doi : https://doi.org/10.1007/s00330-019-06641-7

[23] E. Dervishi, J.-F. Aubry, J.-Y. Delattre, et A.-L. Boch, « La thérapie par ultrasons focalisés : état actuel et applications potentielles en neurochirurgie », Neurochirurgie, vol. 59, n^o 6, p. 201‑209, déc. 2013, doi : 10.1016/j.neuchi.2013.06.005

[24] Z. Xu, T. L. Hall, E. Vlaisavljevich, et F. T. Lee, « Histotripsy : the first noninvasive, non-ionizing, non-thermal ablation technique based on ultrasound », Int J Hyperthermia, vol. 38, n^o 1, p. 561‑575, 2021, doi : https://doi.org/10.1080/02656736.2021.1905189

[25] J. Tu et A. Yu, « Ultrasound-Mediated Drug Delivery : Sonoporation Mechanisms, Biophysics, and Critical Factors », BME Frontiers, vol. 2022, p. 1‑17, janv. 2022, doi : https://doi.org/10.34133/2022/9807347

[26] S. Li, Y. Wei, B. Zhang, et X. Li, « Research progress and clinical evaluation of histotripsy : a narrative review », Annals of Translational Medicine, vol. 11, n^o 6, p. 263‑263, mars 2023, doi : https://doi.org/10.21037/atm-22-2578

[27] E. A. Stewart, B. Gostout, J. Rabinovici, H. S. Kim, L. Regan, et C. M. C. Tempany, « Sustained relief of leiomyoma symptoms by using focused ultrasound surgery », Obstet Gynecol, vol. 110, n^o 2 Pt 1, p. 279‑287, août 2007, doi : https://doi.org/10.1097/01.AOG.0000275283.39475.f6

[28] Cardiawave, « Our device : Valvosoft ® – Cardiawave ». 28 avril 2025. Consulté le : 14 novembre 2025. [En ligne]. Disponible sur : https://cardiawave.com/our-device-valvosoft/

[29] A. Harrison, S. Lin, N. Pounder, et Y. Mikuni-Takagaki, « Mode & mechanism of low intensity pulsed ultrasound (LIPUS) in fracture repair », Ultrasonics, vol. 70, p. 45‑52, août 2016, doi : https:/doi.org/10.1016/j.ultras.2016.03.016

[30] M. Xu et al., « Review on experimental study and clinical application of low-intensity pulsed ultrasound in inflammation », Quant Imaging Med Surg, vol. 11, n^o 1, p. 443‑462, janv. 2021, doi : https://doi.org/10.21037/qims-20-680

[31] Aurelien, « Faster Fracture Healing | Melmak LIPUS Device | Inline Medical Inc. » Consulté le : 14 novembre 2025. [En ligne]. Disponible sur : https://fracturehealing.ca/our-product/

[32] T. M. Best, K. E. Wilk, C. T. Moorman, et D. O. Draper, « Low Intensity Ultrasound for Promoting Soft Tissue Healing : A Systematic Review of the Literature and Medical Technology », Intern Med Rev (Wash D C), vol. 2, n^o11, p. 271, déc. 2016, doi : https://doi.org/10.18103/imr.v2i11.271

[33] Y. Wei et Y. Guo, « Clinical Applications of Low-Intensity Pulsed Ultrasound and Its Underlying Mechanisms in Dentistry », Applied Sciences, vol. 12, n^o 23, p. 11898, nov. 2022, doi : https://doi.org/10.3390/app122311898

[34] D. B. Miller et J. P. O’Callaghan, « New horizons for focused ultrasound (FUS) – therapeutic applications in neurodegenerative diseases », Metabolism, vol. 69, p. S3‑S7, avr. 2017, doi : https://doi.org/10.1016/j.metabol.2017.01.012

[35] A. M. Sonabend et al., « Repeated blood–brain barrier opening with an implantable ultrasound device for delivery of albumin-bound paclitaxel in patients with recurrent glioblastoma : a phase 1 trial », The Lancet Oncology, vol. 24, n^o5, p. 509‑522, mai 2023, doi : https://doi.org/10.1016/S1470-2045(23)00112-2

[36] K. G. S. Nair, V. Ramaiyan, et S. K. Sukumaran, « Enhancement of drug permeability across blood brain barrier using nanoparticles in meningitis », Inflammopharmacol, vol. 26, n^o 3, p. 675‑684, mars 2018, doi : http://doi.org/10.1007/s10787-018-0468-y

[37] ShanghaiTech University et C. Bingbing, « New method proposed for the assessment of focused ultrasound-induced blood-brain barrier opening outcomes ». 16 décembre 2024. Consulté le : 14 novembre 2025. [En ligne]. Disponible sur : https://www.shanghaitech.edu.cn/eng/2024/1216/c1260a1104665/page.htm

[38] J. Ferguson, « Une nouvelle forme de thérapie par ultrasons permet de neutraliser sélectivement les cellules cancéreuses, épargnant les cellules saines ». 13 janvier 2020. Consulté le : 14 novembre 2025. [En ligne]. Disponible sur : https://trustmyscience.com/nouvelle-forme-therapie-ultrasons-permet-neutraliser-selectivement-cellules-cancereuses/