Ultrasonothérapie

L’ultrasonothérapie est une forme de traitement délivré par des ondes ultrasonores (comme l'échographie utilisée en diagnostic). Elle consiste à émettre un signal ultrasonore suffisamment fort pour provoquer un échauffement pouvant entraîner une destruction cellulaire (nécrose) contrôlée ou d'autres effets thérapeutiques. Cette technique est notamment utilisée en physiothérapie, en rhumatologie, en urologie et en ophtalmologie, et son développement pourrait bientôt concerner la psychiatrie.

Appareil de thermothérapie par ultrasonothérapie.

Principe physique

Lorsqu’une lame de quartz est traversée par un courant de haute fréquence soumis à des alternances de charges positives et négatives, le quartz se contracte et se détend. Le cycle de contraction-détente crée des vibrations mécaniques et émet un faisceau ultrasonore synchrone. Les matériaux les plus utilisés sont les matériaux piézoélectriques. Ces matériaux ont l'avantage par rapport aux autres systèmes de présenter de bonnes performances et d'être disponibles dans des géométries très diverses. Ces matériaux se présentent le plus souvent sous la forme d'un disque ou d'un anneau sur les faces duquel sont déposées deux électrodes métallisées. Lorsqu'une tension électrique est appliquée sur ces deux électrodes, le matériau se dilate ou se comprime selon l'orientation de la tension par rapport à la polarisation de la céramique. Les ultrasons (transducteurs) utilisés en kinésithérapie ont une fréquence de 1 à 3 mégahertz (MHz). A une fréquence de 1 MHz, la demi-distance de pénétration dans les tissus est d'environ 5 cm tandis qu’à une fréquence de 3 MHz, elle est de 1,5 centimètre. La demi-distance de pénétration des ondes par rapport à la surface de contact est représentée par le point où le rayonnement a perdu la moitié de son intensité.

Effet thermique et mécanique

On distingue deux types d’effet thérapeutique par ultrasons : mécanique et thermique, différenciés par la vitesse d’émission d’ondes qui pénètrent dans les tissus. Le passage de la tête de l’US dans la zone à traiter, réveille la douleur et facilite sa localisation précise. L’effet mécanique est obtenu par une émission pulsée, qui va générer des bulles gazeuses (cavitation) dans la zone traitée. La section de ces micro-bulles varie en fonction des vibrations et provoque dans les tissus des successions de compressions alternées d’expansions selon une périodicité correspondant à la fréquence d’émission (variations de pression). Cette action mécanique induit un effet fibrolytique. L’effet thermique est obtenu en adoptant une émission d’onde en régime continu. Ainsi, les vibrations provoquées au niveau moléculaire impliquent des frottements entre les éléments et une production de chaleur par friction.

Effets thérapeutiques

En kinésithérapie

Générateur d'ultrasons thérapeutiques utilisé en cabinet de kiné (SonicVital XTcolor)

Les ultrasons sont utilisés en physiothérapie :

• action défibrosante : c'est une action mécanique de l’application d’ultrasons qui va permettre un effet destructeur initié par la libération de bulles gazeuses dans les tissus (phénomène de cavitation). Cet effet sur la structure collagène permet son assouplissement et favorise l’organisation spatiale, dans un axe longitudinal, de la reconstruction de la structure tendineuse.
• action antalgique : la conductibilité nerveuse peut subir un ralentissement voire une interruption momentanée. Ceci s’expliquerait par une dépolarisation des fibres nerveuses afférentes due à l’effet thermique. La thermothérapie par ultrasons permet d’atteindre les structures les plus profondes.
• action anti-inflammatoire : l'augmentation de chaleur dans la zone traitée, s’accompagne d’une augmentation du métabolisme au niveau cellulaire (vascularisation/vasodilatation : oxygénation et métabolites circulantes, augmentation de la perméabilité membranaire).

Généralement, les générateurs d'ultrasons utilisés en kinésithérapie travaillent avec des fréquences de 1 MHz pour les traitements en profondeur, et 3 MHz pour les traitements de surface. Pour être efficace, l'appareil doit être puissant, c'est-à-dire proposer une intensité d'au moins 3 W/cm² en mode pulsé, et d'au moins 2 W/cm² en mode continu. Plus le faisceau des ultrasons est uniforme et homogène sur toute la tête de l'applicateur, meilleure sera l'efficacité du traitement. L'uniformité du faisceau est donnée par le coefficient BNR (Beam Non-Unformity Ratio). Plus ce coefficient est bas, et mieux c'est. Généralement, les appareils professionnels ont des coefficients inférieurs à 5.

En urologie

En urologie, cette technique est utilisée avec la lithotripsie, c'est-à-dire pour le traitement des calculs.

En ophtalmologie

En coagulant les corps ciliaires de l’œil atteint, les ultrasons focalisés de haute intensité sont à l'étude clinique dans les cas de glaucome réfractaire aux premiers traitements.

En pathologie tumorale

L'utilisation des ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) est proposée dans la réduction tumorale des :

• adénofibromes du sein ;
• adénomes hyperparathyroïdiens ;
• cancers localisés de prostate.

En neurologie et psychiatrie

En neurologie, cette technique semble par exemple efficace contre les tremblements essentiels réfractaires aux autres traitements et dans certaines formes de la maladie de Parkinson.

On sait depuis longtemps détruire des groupes de cellules au moyen d'ultrasons, et on sait, au moins depuis 2008, avec une intensité moindre, exciter à distance des neurones au moyen d'ultrasons, et stimuler des aires cérébrales.

Les ultrasons sont donc une technologie intéressant psychiatrie, bien qu'encore émergente dans ce secteur, peu coûteuse, avec des applications potentielles pour le diagnostic et le traitement de divers troubles mentaux et neurodéveloppementaux. Cette approche non invasive et portable pourrait surmonter les limitations des méthodes d'imagerie conventionnelles, comme l'IRM ou la tomographie par émission de positons, qui sont chères et peu accessibles (notamment pour les pays pauvres).

Pour le diagnostic psychiatrique

La psychiatrie est confrontée au défi de développer des marqueurs objectifs pour le diagnostic et le pronostic des maladies. L'échographie cérébrale fonctionnelle, fondée sur les ultrasons, offre une nouvelle approche car elle fournit des informations visuelles intéressantes sur les propriétés mécaniques du tissu, et sur des dysfonctionnements pouvant être associés à des troubles psychiatriques et neurodéveloppementaux. Elle permet déjà d'observer des signes de maladies qui n'étaient pas visibles avec les techniques classiques, et l'aide au diagnostic par Intelligence artificielle pourrait encore améliorer l'intérêt de cette imagerie.

À titre d'exemple, des études montrent que la dépression est associée à une amplitude excessive des battements cérébraux, lesquels tendent à se normaliser avec le rétablissement du patient. Cette mesure pourrait servir d'indicateur pour le suivi de l'efficacité des traitements, notamment dans le cas du protoxyde d'azote médical (utilisé pour ses effets antidépresseurs).

Pour traiter des problèmes psychiatriques ayant des causes neuronales

Les ultrasons, outre leurs usages classique sen médecine, sont aussi explorés comme une modalité de traitement pour plusieurs troubles psychiatriques, notamment pour des formes résistantes aux thérapies conventionnelles. Ils sont encore très émergents en psychiatrie, mais ont un potentiel : ils pourraient même selon Jean-Michel Escoffre (Chargé de Recherche à l'Inserm) et Thomas Desmidt (Praticien hospitalier en psychiatrie, et professeur à l'Université de Tours) révolutionner à la fois le diagnostic et le traitement de divers troubles mentaux et neurodéveloppementaux ; et Leur caractère non invasif (aucune effraction corporelle), leur portabilité (les appareils peuvent être utilisés au chevet du patient ou à domicile.) et leur coût bien plus bas que ceux de que l'IRM ou de la TEP en font une alternative prometteuse aux méthodes d'imagerie conventionnelles comme l'IRM et la tomographie par émission de positons (souvent coûteuses et peu accessibles).

Neuromodulation ultrasonore

Cette technique utilise des ultrasons de faible intensité pour moduler l'activité électrique de régions cérébrales ciblées sans les détruire. Contrairement à d'autres techniques de neurostimulation, elle permet d'atteindre des zones superficielles et profondes du cerveau de manière non invasive. Elle est en cours d'évaluation pour le traitement de la dépression, de la schizophrénie et des troubles liés au spectre de l'autisme. En 2020, des résultats intéressants ont été obtenus contre l'épilepsie sur le modèle animal (singe) et, in vitro, sur des échantillons de biopsie de patients épileptiques

Ultrasons focalisés de haute intensité

Cette méthode concentre les ondes ultrasonores dans une zone précise du cerveau pour sélectivement détruire des cellules (par procédé thermique et/ou mécanique), réduisant ainsi l'activité anormale d'une région cible. Cette modalité est en cours d'évaluation clinique pour le traitement de la dépression et des troubles obsessionnels compulsifs (TOC) résistants aux médicaments. Une étude a montré son efficacité et son innocuité contre les TOC en ciblant la « capsule interne » dans le cerveau, améliorant les symptômes obsessionnels, dépressifs et anxieux sans effets indésirables graves.

Sonoporation pour l'administration de médicaments

En 2016, un modèle théorique (NICE, pour Neuronal Intramembrane Cavitation Excitation) a été proposé pour une explication unifiée des effets de la neuromodulation ultrasonore sur l'activité neuronale : la cavitation intramembranaire. Les ultrasons interagissent avec les membranes cellulaires ; en induisant la formation de minuscules bulles de cavitation au sein de la membrane lipidique, ce qui affecte les propriétés biomécaniques et biophysiques des cellules. Cet effet de cavitation intramembranaire expliquerait la neuromodulation ultrasonore et il peut aussi bien exciter que supprimer l'activité neuronale, en fonction des paramètres de /stimulation. Une découvertes est que des impulsions ultrasonores peuvent inhiber les circuits neuronaux de manière sélective : selon le mécanisme des canaux calciques de type T, les ultrasons courts et pulsés stimulent l'accumulation de charge dans ces canaux au sein de certains interneurones (neurones qui inhibent d'autres neurones). Cette action favorise l'inhibition du réseau cortical, expliquant ainsi pourquoi les ultrasons peuvent avoir un effet de suppression. Cette théorie, encore à confirmer ou préciser semble bien expliquer un large éventail d'observations empiriques antérieures sur la dépendance de la neuromodulation ultrasonore aux paramètres de stimulation. L'hypothèse qu'une conception avancée des formes d'onde ultrasonores pourrait permettre d'obtenir un contrôle de réseau sélectif au niveau cellulaire gagne du terrain.

Dans les années 2010-2010, la « sonoporation » associe des ondes ultrasonores à des microbulles de gaz pour augmenter la perméabilité des vaisseaux sanguins, et ainsi faciliter la pénétration de médicaments dans les tissus cérébraux, dans une tumeur par exemple. Concernant la psychiatrie, cette technique n'est qu'au stade d'études précliniques sur le modèle animal, mais elle pourrait peut-être un jour traiter l'addiction et la dépression, ou certains problèmes neurodéveloppementaux.

Avantages des traitements par ultrason

• Précision: Les ultrasons peuvent être focalisés sur des régions cérébrales spécifiques.
• Non-invasivité : Les techniques de neuromodulation et la sonoporation ne nécessitent pas de chirurgie.
• Efficacité : Les études initiales montrent une amélioration des symptômes pour les troubles résistants aux traitements conventionnels.
• Sécurité : Les ultrasons sont utilisés depuis longtemps en médecine, dont sur des bébés. Des études cliniques plaident pour l'innocuité de l'approche contre certains troubles (pas d'effets indésirables graves observés).

Limites et perspectives

Malgré leur potentiel, ces technologies sont encore en développement. Leur intégration dans la pratique clinique courante nécessite des études cliniques et des validations additionnelles afin de déterminer leur efficacité à long terme, la sécurité des procédures ainsi que leur accessibilité pour un plus grand nombre de patients.

Effets esthétiques

L'utilisation des ultrasons se fait sur différents types de fréquences :

• basse fréquences à cavitation (30 à 45 kHz) ; application manuelle mobile ou fixe
• haute fréquence 1 MHz (plus rarement utilisé) ; application manuelle mobile uniquement

Dans tous les cas les effets recherchés sont :

• amélioration de la trophicité : meilleure oxygénation et consommation énergétique au niveau des cellules des tissus traités.
• action désclérosante : les effets mécaniques profonds conduisent à la destruction partielle des fibres sclérosées, libérant ainsi de nouveau les circulations veineuse, lymphatique et l'activité cellulaire en général
• amélioration de la perméabilité membranaire des cellules adipocytaires
• sous l'effet combiné de l'élévation de température et des ondes mécaniques, les triglycérides sont émulsionnés et peuvent migrer au travers de la paroi cellulaire
• augmentation localisée de la circulation sanguine (hyperémie) et lymphatique en réaction à l'élévation de température interne locale.

Dans certains cas, il est recherché la destruction par implosion, des cellules adipocytes (cavitation), cellules qui sont ensuite évacuées par voies sanguines et lymphatiques.

Le résultat obtenu : remise en circulation des réserves incluses dans les adipocytes au niveau des tissus cellulitiques ou au niveau des tissus adipeux profonds.

Voir aussi

Articles connexes

• Ultrasons focalisés de haute intensité
• Lithotripsie extracorporelle

Bibliographie

• (en) David Rubin, Nicole Anderton, Charl Smalberger et Jethro Polliack, « On the Behaviour of Living Cells under the Influence of Ultrasound », Fluids, vol. 3, n^o 4,‎ 26 octobre 2018, p. 82 (ISSN 2311-5521, DOI 10.3390/fluids3040082, lire en ligne, consulté le 4 janvier 2021)