FR2871064A1 - ULTRASONIC WAVE TRANSDUCER FOR PERMEABILIZING SURFACE LAYERS OF EPIDERMA - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte au domaine des transducteurs d'ondes à usage médical ou cosmétique.La présente invention se rapporte plus particulièrement à un transducteur d'ondes ultrasonores permettant une perméabilisation rapide de la peau pour permettre l'administration transdermique de molécules actives de poids variable. Cette utilisation des ultrasons pour l'administration transdermique de molécules actives est connue sous le nom de sonophorèse.Elle concerne un dispositif pour la perméabilisation des membranes biologiques comportant au moins un transducteur, caractérisé en ce que ledit transducteur est apte à générer une onde ultrasonore spécifique correspondant à la modulation en fréquence d'une première onde ultrasonore basse fréquence et d'une deuxième onde ultrasonore haute fréquence.The present invention relates to the field of wave transducers for medical or cosmetic use. The present invention relates more particularly to an ultrasonic wave transducer allowing rapid permeabilization of the skin to allow the transdermal administration of active molecules of weight. variable. This use of ultrasound for the transdermal administration of active molecules is known under the name of sonophoresis. It relates to a device for the permeabilization of biological membranes comprising at least one transducer, characterized in that said transducer is capable of generating a specific ultrasonic wave corresponding to the frequency modulation of a first low frequency ultrasonic wave and a second high frequency ultrasonic wave.
Description
TRANSDUCTEUR D'ONDES ULTRASONORES POUR LA PERMEABILISATIONULTRASONIC WAVE TRANSDUCER FOR PERMEABILIZATION
DES COUCHES SUPERFICIELLES DE L'EPIDERME La présente invention se rapporte au domaine des transducteurs d'ondes à usage médical ou cosmétique. The present invention relates to the field of wave transducers for medical or cosmetic use.
La présente invention se rapporte plus particulièrement à un transducteur d'ondes ultrasonores permettant une perméabilisation rapide de la peau pour permettre l'administration transdermique de molécules actives de poids variables. Cette utilisation des ultrasons pour l'administration transdermique de molécules actives est connue sous le nom de sonophorèse. The present invention relates more particularly to an ultrasonic wave transducer permitting rapid permeabilization of the skin to allow transdermal administration of active molecules of variable weight. This use of ultrasound for the transdermal delivery of active molecules is known as sonophoresis.
Le problème majeur, lié à la sonophorèse, est le contrôle du degré de perméabilisation cutanée. En effet, les différences physiologiques intrinsèques des zones cutanées soumises aux ultrasons, le type et la taille des molécules à administrer et en particulier l'efficacité des ondes ultrasonores ont pour conséquence une mauvaise reproductibilité de la perméabilisation cutanée et par conséquent de la dose administrée. Depuis les résultats positifs obtenus avec les ultrasons basse-fréquence, il est établi que l'efficacité des ondes ultrasonores, et donc de la sonophorèse, est directement liée à la cavitation. Ce phénomène physique décrit la formation, l'oscillation et l'implosion de bulles de gaz sous l'effet d'une onde mécanique et en particulier acoustique. La cavitation intervient plus facilement à basse-fréquence et pour de fortes puissances acoustiques. Cependant, la cavitation est très difficile à contrôler car elle est tributaire de plusieurs paramètres liés aux ultrasons et au milieu dans lequel ils se propagent. The major problem, related to sonophoresis, is the control of the degree of cutaneous permeabilization. In fact, the intrinsic physiological differences in the cutaneous zones subjected to ultrasound, the type and size of the molecules to be administered and in particular the efficiency of the ultrasound waves result in poor reproducibility of the cutaneous permeabilization and consequently of the administered dose. Since the positive results obtained with low-frequency ultrasound, it is established that the effectiveness of ultrasonic waves, and therefore of sonophoresis, is directly related to cavitation. This physical phenomenon describes the formation, oscillation and implosion of gas bubbles under the effect of a mechanical wave and in particular acoustics. Cavitation occurs more easily at low frequency and for high acoustic power. However, cavitation is very difficult to control because it is dependent on several parameters related to ultrasound and the environment in which they propagate.
Ainsi, plusieurs méthodes ont été proposées pour contrôler la cavitation afin d'obtenir une meilleure perméabilisation et donc améliorer la sonophorèse. Le brevet US6620123 (Mitragotri et al.) par exemple présente un transducteur spécifique permettant d'obtenir une cavitation homogène à la surface de la peau par l'application d'une onde ultra-sonore monofréquentielle. De même, dans le brevet US 6491657, Rowe et Al. proposent différents types de guide d'ondes ultrasonores ayant pour objectif de concentrer l'activité cavitationnelle localement sur la peau. Thus, several methods have been proposed to control cavitation to obtain better permeabilization and thus improve sonophoresis. Patent US6620123 (Mitragotri et al.), For example, has a specific transducer that makes it possible to obtain homogeneous cavitation on the surface of the skin by applying a monofrequency ultrasonic wave. Similarly, in US Patent 6491657, Rowe et al. Propose different types of ultrasonic waveguides with the objective of concentrating the cavitational activity locally on the skin.
L'utilisation d'ondes ultrasonores spécifiques est également connue de l'art antérieur. Des dispositifs ultrasonores basés sur des systèmes multi-fréquences ont déjà été proposés pour des applications médicales à des fins chirurgicales comme dans le brevet US 5827204 ou pour le traitement de lésions squeletto-musculaires et le diagnostic de fractures osseuses comme dans la demande européenne EP 0925090. Ces transducteurs émettent, en même temps, une onde ultrasonore basse-fréquence et une onde ultrasonore haute-fréquence. Dans ces brevets, les dispositifs présentés sont réalisés de façon à obtenir un fort isolement acoustique entre les deux types d'ondes générées. L'onde acoustique résultante consiste simplement en une sommation de l'onde ultrasonore basse-fréquence et de l'onde ultrasonore haute-fréquence comme sur la figure 1. Les dispositifs présentés dans ces brevets permettent de combiner les effets thérapeutiques des ultrasons de longueurs d'ondes courtes et de longueurs d'onde longues pour les traitements sous-cutanés. The use of specific ultrasonic waves is also known from the prior art. Ultrasonic devices based on multi-frequency systems have already been proposed for medical applications for surgical purposes as in US Pat. No. 5,827,204 or for the treatment of skeletal muscle lesions and the diagnosis of bone fractures as in the European application EP 0925090. These transducers emit, at the same time, a low-frequency ultrasonic wave and a high-frequency ultrasonic wave. In these patents, the devices presented are made to obtain a strong acoustic isolation between the two types of waves generated. The resulting acoustic wave simply consists of a summation of the low-frequency ultrasound wave and the high-frequency ultrasound wave as in FIG. 1. The devices presented in these patents make it possible to combine the therapeutic effects of ultrasonic waves of different lengths. short wavelengths and long wavelengths for subcutaneous treatments.
L'inconvénient d'une telle sommation d'onde basse- fréquence et haute-fréquence est en particulier un manque d'efficacité dans la cavitation de surface à la surface de 5 la peau. The disadvantage of such a low-frequency and high-frequency wave summation is in particular a lack of efficiency in surface cavitation on the surface of the skin.
La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant une nouvelle onde ultrasonore pour la sonophorèse résultant de la modulation de fréquence d'une onde ultrasonore haute- fréquence et d'une onde ultrasonore basse-fréquence. The present invention intends to overcome the drawbacks of the prior art by proposing a new ultrasonic wave for sonophoresis resulting from the frequency modulation of a high frequency ultrasonic wave and a low frequency ultrasonic wave.
En particulier, elle permet une perméabilisation ultrasonore rapide (inférieure à 5 minutes), localisée, sécurisée, reproductible et réversible de la peau sans ajout de promoteurs physiques (particules solides de silices par exemple) ou de promoteurs chimiques (SLS par exemple), et de permettre la diffusion à travers la peau de molécules de poids moléculaires variant de 20 Da à 200 kDa. In particular, it allows rapid ultrasonic permeabilization (less than 5 minutes), localized, secure, reproducible and reversible skin without adding physical promoters (solid particles of silica for example) or chemical promoters (SLS for example), and to allow diffusion through the skin of molecular weight molecules ranging from 20 Da to 200 kDa.
En plus d'une perméabilisation rapide de la peau, l'utilisation de l'invention permet à la peau de rester perméabilisée plus longtemps qu'avec les méthodes de sonophorèse classiques. In addition to rapid permeabilization of the skin, the use of the invention allows the skin to remain permeabilized longer than with conventional sonophoresis methods.
Pour ce faire, la présente invention est du type décrit ci-dessus et elle est remarquable, dans son acception la plus large, en ce qu'elle concerne un dispositif pour la perméabilisation des membranes biologiques comportant au moins un transducteur, caractérisé en ce que ledit transducteur comprend au moins un moyen pour générer une onde ultrasonore spécifique correspondant à la modulation en fréquence d'une première onde ultrasonore basse-fréquence et d'une deuxième onde ultrasonore hautefréquence. To do this, the present invention is of the type described above and is remarkable, in its broadest sense, in that it relates to a device for the permeabilization of biological membranes comprising at least one transducer, characterized in that said transducer comprises at least one means for generating a specific ultrasonic wave corresponding to the frequency modulation of a first low-frequency ultrasonic wave and a second high-frequency ultrasonic wave.
De préférence, il comprend au moins une première partie pour générer ladite onde ultrasonore basse-fréquence et au moins une seconde partie pour générer ladite onde ultrasonore haute-fréquence. Preferably, it comprises at least a first portion for generating said low-frequency ultrasonic wave and at least a second portion for generating said high-frequency ultrasonic wave.
Avantageusement, ladite première partie est un 10 transducteur comportant au moins un élément piezoélectrique. Advantageously, said first part is a transducer comprising at least one piezoelectric element.
De la même façon, ladite seconde partie est un transducteur comportant au moins un élément piezo-15 électrique. In the same way, said second part is a transducer comprising at least one piezoelectric element.
Selon un mode de réalisation, ledit transducteur comporte au moins un élément piezo-électrique large bande alimenté par un signal électrique modulé en fréquence. According to one embodiment, said transducer comprises at least one broadband piezoelectric element powered by a frequency modulated electrical signal.
De préférence, ladite onde ultrasonore basse-fréquence correspond à une gamme de fréquence allant de 10 kHz à 200 kHz. Preferably, said low-frequency ultrasonic wave corresponds to a frequency range from 10 kHz to 200 kHz.
De préférence, ladite onde ultrasonore haute-fréquence correspond à une gamme de fréquence allant de 0.5 MHz à 10 MHz. Preferably, said high-frequency ultrasonic wave corresponds to a frequency range from 0.5 MHz to 10 MHz.
Selon un mode de réalisation, ladite onde spécifique 30 résulte de la modulation de ladite onde ultrasonore basse-fréquence par ladite onde ultrasonore haute-fréquence. According to one embodiment, said specific wave 30 results from the modulation of said low-frequency ultrasonic wave by said high-frequency ultrasonic wave.
Selon un mode de réalisation, ladite onde spécifique résulte de la modulation de ladite onde ultrasonore haute-fréquence par ladite onde ultrasonore basse-fréquence. According to one embodiment, said specific wave results from the modulation of said high-frequency ultrasonic wave by said low-frequency ultrasonic wave.
Avantageusement, ladite onde ultrasonore spécifique a une puissance acoustique inférieure à 20 W/cm2. Advantageously, said specific ultrasonic wave has an acoustic power of less than 20 W / cm 2.
De préférence, ledit premier moyen est un transducteur composite. Preferably, said first means is a composite transducer.
De préférence, ledit transducteur comprend un nez de sonde. Preferably, said transducer comprises a probe nose.
De préférence, ledit élément piezo-électrique est 15 alimenté par une source électrique basse-fréquence. Preferably, said piezoelectric element is powered by a low-frequency electrical source.
De préférence, ledit élément piezo-électrique est alimenté par une source électrique haute-fréquence. Preferably, said piezoelectric element is powered by a high-frequency electrical source.
L'invention concerne également un procédé de perméabilisation des membranes biologiques caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de génération d'une onde ultrasonore spécifique correspondant à la modulation en fréquence d'une première onde ultrasonore basse-fréquence et d'une deuxième onde ultrasonore basse-fréquence et une étape d'application de ladite onde ultrasonore spécifique au niveau d'au moins une membrane biologique. The invention also relates to a method for permeabilizing biological membranes, characterized in that it comprises at least one step of generating a specific ultrasonic wave corresponding to the frequency modulation of a first low frequency ultrasonic wave and a second low-frequency ultrasonic wave and a step of applying said specific ultrasonic wave to at least one biological membrane.
De préférence, il comprend au moins une étape de 30 génération d'une onde ultrasonore basse-fréquence et une étape de génération d'une onde ultrasonore haute-fréquence. Preferably, it comprises at least one low-frequency ultrasonic wave generation step and a high-frequency ultrasonic wave generating step.
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ciaprès à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées où : - la figure 1 illustre le type d'onde ultrasonore utilisée selon l'art antérieur; - la figure 2 illustre un exemple de transducteur composite basse- fréquence de type Langevin; - la figure 3 illustre un transducteur de puissance 10 haute-fréquence; - la figure 4 illustre un exemple de transducteur selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 5 illustre un exemple de transducteur selon un second mode de réalisation de l'invention; - la figure 6 illustre un exemple du nez de sonde selon un autre mode de réalisation de l'invention; - les figures 7, 8 et 9 illustrent un autre mode d'agencement des éléments du transducteur de l'invention; - les figures 10 et 11 illustrent un exemple de sonde 20 pour l'insertion du transducteur selon l'invention; - la figure 12 illustre le type d'onde ultrasonore obtenue grâce au transducteur selon l'invention. The invention will be better understood by means of the description, given purely for explanatory purposes, of one embodiment of the invention, with reference to the appended figures in which: FIG. 1 illustrates the type of ultrasonic wave used according to the prior art; FIG. 2 illustrates an example of a low-frequency composite transducer of the Langevin type; FIG. 3 illustrates a high-frequency power transducer; FIG. 4 illustrates an exemplary transducer according to a first embodiment of the invention; FIG. 5 illustrates an exemplary transducer according to a second embodiment of the invention; FIG. 6 illustrates an example of the probe nose according to another embodiment of the invention; FIGS. 7, 8 and 9 illustrate another mode of arrangement of the elements of the transducer of the invention; FIGS. 10 and 11 illustrate an example of a probe 20 for insertion of the transducer according to the invention; FIG. 12 illustrates the type of ultrasonic wave obtained thanks to the transducer according to the invention.
Illustré Figure 2, la source ultrasonore selon l'invention est constituée d'abord d'un transducteur basse- fréquence 100 de type composite, par exemple de type Langevin. Ce type de transducteur est bien connu pour la production d'ultrasons de fortes puissance et de basse- fréquence. Il est par exemple constitué d'un sandwich de matériaux piézo- électrique placés entre deux plaques métalliques utilisé pour générer des ultrasons de forte intensité. Ce type de transducteur est constitué de 2n (n entier positif) éléments piézo-électriques 101 juxtaposés en opposition de polarisation et alimentés en parallèles. Ces éléments piézo- électriques sont positionnés entre deux masses métalliques. La première masse 102 sert d'amortisseur (ou backing) et empêche les ultrasons de se propager vers l'arrière en amortissant les ondes. La seconde masse 103, placée à l'avant, sert de guide d'onde ainsi que d'adaptation d'impédance acoustique entre les céramiques piézo-électriques et le milieu couplant. Elle possède un filetage dans sa partie arrière. Illustrated in Figure 2, the ultrasonic source according to the invention consists first of a low-frequency transducer 100 of composite type, for example of the Langevin type. This type of transducer is well known for the production of high power and low frequency ultrasound. It consists for example of a sandwich of piezoelectric materials placed between two metal plates used to generate high intensity ultrasound. This type of transducer consists of 2n (n positive integer) piezoelectric elements 101 juxtaposed in opposition of polarization and fed in parallel. These piezoelectric elements are positioned between two metal masses. The first mass 102 serves as a damper (or backing) and prevents ultrasound to propagate backwards by damping the waves. The second mass 103, placed at the front, serves as waveguide as well as acoustic impedance matching between the piezoelectric ceramics and the coupling medium. It has a thread in its rear part.
Une vis de serrage 104 traverse l'ensemble céramiques / masses métalliques afin de compresser les céramiques, favorisant ainsi la résonance de l'ensemble. Cette vis est isolée des céramiques grâce à une gaine 105 en matériaux isolant. A clamping screw 104 passes through the ceramic / metal mass assembly in order to compress the ceramics, thus promoting the resonance of the assembly. This screw is insulated from ceramics thanks to a sheath 105 made of insulating materials.
L'onde basse-fréquence est générée au niveau de la face avant 106 du transducteur et le diamètre de la face avant gouverne l'intensité ultrasonore émise. The low-frequency wave is generated at the front face 106 of the transducer and the diameter of the front face governs the ultrasound intensity emitted.
Les dimensions (diamètre et épaisseur) des différents constituants, ainsi que leurs caractéristiques physiques (densité, célérité ...) font varier la fréquence de résonance de l'ensemble. The dimensions (diameter and thickness) of the various constituents, as well as their physical characteristics (density, velocity ...) vary the resonance frequency of the whole.
Ce principe de transducteur est de type connu et se retrouve dans toutes les applications où puissance et basse-fréquence sont nécessaires: sonar, soudure par ultrasons, usinage par ultrasons... This principle of transducer is of known type and is found in all applications where power and low-frequency are needed: sonar, ultrasonic welding, ultrasonic machining ...
Illustré figure 3, la source ultrasonore selon l'invention comprend également un transducteur de puissance haute-fréquence 200 constitué d'un élément piézo-électrique 201 d'épaisseur relative à la fréquence de résonance. L'élément piézo- électrique est excité par l'intermédiaire d'une haute-tension alternative haute-fréquence. Cet élément piézo-électrique peut par exemple être collé sur une lame d'adaptation d'impédance acoustique 202 dont l'épaisseur est relative à la fréquence de résonance du transducteur haute-fréquence. L'onde haute-fréquence est générée au niveau de la face avant 203 du transducteur. Illustrated in FIG. 3, the ultrasonic source according to the invention also comprises a high-frequency power transducer 200 consisting of a piezoelectric element 201 of relative thickness to the resonant frequency. The piezoelectric element is excited via a high-frequency high-voltage alternating current. This piezoelectric element may for example be glued to an acoustic impedance matching blade 202 whose thickness is relative to the resonant frequency of the high frequency transducer. The high frequency wave is generated at the front face 203 of the transducer.
L'excitation électrique de ces différents éléments piézo- électriques est réalisée par des générateurs distincts. Pour les éléments piézo-électriques basse- fréquence, les signaux électriques sont sinusoïdaux, triangulaires, rectangulaires ou d'une forme quelconque périodique, de fréquence comprise entre 10 kHz et 200 kHz. Pour les éléments piézo-électriques haute-fréquence les signaux électriques sont sinusoïdaux, triangulaires, rectangulaires ou d'une forme quelconque périodique, de fréquence comprise entre 0.5 MHz et 10 MHz. The electrical excitation of these different piezoelectric elements is achieved by separate generators. For low-frequency piezoelectric elements, the electrical signals are sinusoidal, triangular, rectangular or of any periodic shape, with a frequency of between 10 kHz and 200 kHz. For high-frequency piezoelectric elements, the electrical signals are sinusoidal, triangular, rectangular or of any periodic form, with a frequency of between 0.5 MHz and 10 MHz.
L'alimentation des éléments piézo-électriques basse-fréquence et hautefréquence est indépendante. La puissance des signaux électriques alimentant les éléments piézo-électriques haute-fréquence et bassefréquence est indépendamment variable de zéro watts à 100 watts électrique. L'alimentation électrique des éléments piézo-électriques haute-fréquence et basse-fréquence peut être réalisée de façon indépendante en mode continu ou en mode pulsé. The power supply of the low frequency and high frequency piezoelectric elements is independent. The power of the electrical signals supplying the high frequency and low frequency piezoelectric elements is independently variable from zero watts to 100 watts electric. The power supply of the high-frequency and low-frequency piezoelectric elements can be carried out independently in continuous mode or in pulsed mode.
La figure 4 représente un mode de réalisation d'un transducteur générant une onde ultrasonore modulée en fréquence selon l'invention. Deux éléments en matériaux piézo-électriques 1 et 2, de formes annulaires sont juxtaposés en opposition de polarisation et alimentés en parallèles par l'intermédiaire de trois électrodes métalliques 3 conductrices de très faibles épaisseurs. Trois fils électriques 3' sont soudés ou collés, avec une colle conductrice, aux électrodes métalliques 3 et acheminent l'alimentation basse-fréquence aux éléments piézo-électriques bassefréquence 1 et 2. Ces éléments piézo-électriques 1 et 2 et les électrodes métalliques 3 sont positionnés entre d'une part une contre-masse 4, cylindre métallique de forte densité (acier, laiton...) permettant d'amortir les ondes ultrasonores se propageant vers l'arrière et, d'autre part un pavillon 5, cylindre en matériaux de plus faible densité (aluminium, magnésium, titane...) destiné à transmettre les vibrations ultrasonores vers le milieu à insonifier. La forme du pavillon 5 peut varier et influence l'intensité ultrasonore fournie par le transducteur. Le pavillon 5 comporte une extrémité avant 6 et une partie arrière 6'. Le pavillon 5 est percé dans sa partie arrière 6' d'un trou taraudé destiné à recevoir une vis centrale 8 qui traverse la contre masse 4, les éléments en matériaux piézo- électriques 1 et 2 et les électrodes métalliques 3. Cette vis centrale 8 maintient en compression l'ensemble constitué par les éléments en matériaux piézo- électriques 1 et 2, le pavillon 5 et la contre masse 4. Cette vis centrale 8 est isolée électriquement des anneaux en matériaux piézo- électriques 1 et 2 par l'intermédiaire d'une gaine 9 en matériau isolant tel que du PVC, du PTFE ou tout autre matériau plastique. Le pavillon 5 est de préférence de forme conique, avec en particulier un diamètre à l'extrémité 6 plus petit que le diamètre de la partie arrière 6'. L'extrémité avant 6 du pavillon 5 est de diamètre réduit et filetée pour permettre de visser de façon sûre, une bague intermédiaire 10. La bague intermédiaire 10, filetée intérieure / extérieure, est en matériau isolant et isole électriquement le pavillon 5 du nez de sonde 11. Le nez de sonde 11 dont la paroi interne est taraudée est vissé sur la bague intermédiaire 10. Le nez de sonde 11 est en matériau de préférence identique au matériau du pavillon 5. Le nez de sonde 11 est réalisé de façon à recevoir un élément piézo-électrique haute-fréquence 12. Cet élément piézo-électrique haute-fréquence 12 est d'épaisseur relative à sa fréquence de résonance, cette épaisseur est d'autant plus faible que la fréquence de résonance est élevée. L'élément piézo-électrique haute- fréquence 12, placé dans le logement réalisé dans le nez de sonde 11 est maintenu fermement en contact avec le nez de sonde 11. Ce maintien peut être réalisé avec une colle spéciale, conductrice ou isolante ou tout autre système de maintien. L'élément piézo-électrique haute-fréquence 12 est alimenté par une source électrique haute-fréquence par l'intermédiaire de fils électriques 13 et 13' qui traverse tout le transducteur par le trou 7 réalisé dans le pavillon 5 et par le trou 7' réalisé dans la vis centrale 8. Les fils d'alimentation électrique 13 et 13' sont soudés ou collés avec de la colle conductrice, à l'élément piézo-électrique haute-fréquence 12. A l'arrière de l'élément piézo-électrique haute- fréquence 12, une cavité 15 est réalisée pour éviter la propagation des ondes haute-fréquence vers l'arrière. Cette cavité 15 peut être remplie par un gaz (air, ...) ou par un liquide (eau, huile, ...) ou par un matériau solide (silicone, résine chargée ou non, métal...). FIG. 4 represents an embodiment of a transducer generating a frequency modulated ultrasonic wave according to the invention. Two elements of piezoelectric materials 1 and 2, of annular shapes are juxtaposed in opposition of polarization and fed in parallel through three conductive metal electrodes 3 of very small thicknesses. Three electrical wires 3 'are soldered or glued, with a conductive adhesive, to the metal electrodes 3 and convey the low-frequency power supply to the low-frequency piezoelectric elements 1 and 2. These piezoelectric elements 1 and 2 and the metal electrodes 3 are positioned between on the one hand a counter-mass 4, high density metal cylinder (steel, brass ...) for damping ultrasonic waves propagating towards the rear and, on the other hand a horn 5, cylinder in materials of lower density (aluminum, magnesium, titanium ...) intended to transmit the ultrasonic vibrations towards the medium to be insonified. The shape of the horn 5 can vary and influences the ultrasonic intensity provided by the transducer. The horn 5 has a front end 6 and a rear portion 6 '. The horn 5 is pierced in its rear portion 6 'with a threaded hole intended to receive a central screw 8 which passes through the mass 4, the elements of piezoelectric materials 1 and 2 and the metal electrodes 3. This central screw 8 maintains in compression the assembly constituted by the elements made of piezoelectric materials 1 and 2, the horn 5 and the counterweight 4. This central screw 8 is electrically insulated from the rings of piezoelectric materials 1 and 2 via a sheath 9 made of insulating material such as PVC, PTFE or any other plastic material. The horn 5 is preferably of conical shape, with in particular a diameter at the end 6 smaller than the diameter of the rear portion 6 '. The front end 6 of the horn 5 is of reduced diameter and threaded to allow safe screwing, an intermediate ring 10. The inner / outer threaded intermediate ring 10 is made of insulating material and electrically insulates the horn 5 of the nose. probe 11. The probe nose 11 whose internal wall is threaded is screwed onto the intermediate ring 10. The probe nose 11 is made of material preferably identical to the material of the horn 5. The nose of the probe 11 is designed to receive a high-frequency piezoelectric element 12. This high-frequency piezoelectric element 12 is of relative thickness to its resonant frequency, this thickness is even lower than the resonant frequency is high. The high-frequency piezoelectric element 12 placed in the housing formed in the probe nose 11 is held firmly in contact with the probe nose 11. This retention can be achieved with a special glue, conductive or insulating or any other holding system. The high-frequency piezoelectric element 12 is supplied by a high-frequency electrical source via electrical wires 13 and 13 'which passes through the entire transducer through the hole 7 made in the horn 5 and through the hole 7' in the central screw 8. The power supply son 13 and 13 'are welded or glued with conductive glue, the high-frequency piezoelectric element 12. At the rear of the piezoelectric element high frequency 12, a cavity 15 is made to prevent the propagation of high-frequency waves backwards. This cavity 15 can be filled with a gas (air, ...) or with a liquid (water, oil, ...) or with a solid material (silicone, resin loaded or not, metal ...).
Cette conception permet que l'onde ultrasonore haute-fréquence et l'onde ultrasonore basse-fréquence soient créées simultanément sur la face avant 14 du nez de sonde 11. La naissance de l'onde ultrasonore modulée en fréquence a ainsi lieu sur la face avant 14. This design allows the high frequency ultrasonic wave and the low frequency ultrasonic wave to be created simultaneously on the front face 14 of the probe nose 11. The birth of the frequency modulated ultrasonic wave thus takes place on the front face 14.
Selon un autre mode de réalisation illustré figure 5, 5 le nez de sonde peut comprendre un élément piézo-électrique haute-fréquence 12 concave afin de focaliser le faisceau ultrasonore haute-fréquence. According to another embodiment illustrated in FIG. 5, the probe nose may comprise a concave high-frequency piezoelectric element 12 for focusing the high-frequency ultrasound beam.
Un autre mode de réalisation du nez de sonde peut être présenté sur la Figure 6. Ici, la face avant 14 du nez de sonde 11 est convexe afin de faire diverger le faisceau ultrasonore modulé en fréquence. Another embodiment of the probe nose may be shown in Figure 6. Here, the front face 14 of the probe nose 11 is convex to diverge the frequency-modulated ultrasound beam.
Toutes les formes sont envisageables pour le nez de sonde 11, pour sa face avant 14 et pour l'élément piézo-électrique haute-fréquence 12 pour faire varier la forme de l'onde ultrasonore et améliorer l'efficacité du transducteur pour perméabiliser la peau. All shapes are conceivable for the probe nose 11, for its front face 14 and for the high-frequency piezoelectric element 12 to vary the shape of the ultrasonic wave and improve the efficiency of the transducer to permeabilize the skin .
En outre, la façon d'agencer les différents éléments de ce transducteur peut varier. Par exemple, sur la figure 7, l'extrémité 6 du pavillon 5 est percée d'un trou taraudé afin de visser une bague intermédiaire 10, en matériau isolant, filetée intérieure / extérieure. La bague intermédiaire 10 isole électriquement le pavillon 5 du nez de sonde 11. Le nez de sonde 11, dont la paroi extérieure est filetée, est vissé à l'intérieur de la bague intermédiaire 10. La face avant 14 du nez de sonde 11 a un diamètre égale au diamètre extérieur de l'extrémité 6 du pavillon 5. Un élément piézo-électrique haute-fréquence 12 est encapsulé à l'intérieur du nez de sonde 11 et l'ensemble est maintenu par une colle spéciale par exemple de type époxy, conductrice ou non. L'élément piézo- électrique hautefréquence 12 est alimenté par une source électrique haute-fréquence par l'intermédiaire de fils électriques 13 et 13' qui traverse tout le transducteur par le trou 7 réalisé dans le pavillon 5. Les fils d'alimentation électrique 13 et 13' sont soudés ou collés avec de la colle conductrice, à l'élément piézo-électrique haute-fréquence 12. In addition, the manner of arranging the different elements of this transducer may vary. For example, in Figure 7, the end 6 of the horn 5 is pierced with a threaded hole to screw an intermediate ring 10, insulating material, threaded inner / outer. The intermediate ring 10 electrically isolates the horn 5 from the probe nose 11. The probe nose 11, the outer wall of which is threaded, is screwed inside the intermediate ring 10. The front face 14 of the probe nose 11 has a diameter equal to the outside diameter of the end 6 of the horn 5. A high-frequency piezoelectric element 12 is encapsulated inside the probe nose 11 and the whole is held by a special glue, for example of the epoxy type. , conductive or not. The high-frequency piezoelectric element 12 is supplied by a high-frequency electrical source via electrical wires 13 and 13 'which passes through the entire transducer through the hole 7 made in the horn 5. The electrical supply wires 13 and 13 'are welded or glued with conductive glue, to the high-frequency piezoelectric element 12.
La Figure 8 représente une autre façon de réaliser le transducteur, en s'affranchissant du nez de sonde 11 de la Figure 4. L'extrémité 6 du pavillon 5 est percée par un trou lisse dans lequel est collé, avec une colle spéciale de type époxy conductrice ou non, une bague intermédiaire 10 en matériau isolant. Cette bague intermédiaire 10 isole électriquement le pavillon 5 de l'élément piézo-électrique haute-fréquence 12 qui est collé à la bague intermédiaire 10 avec une colle spéciale de type époxy conductrice ou non. Un trou lisse 16 est percé à travers la paroi à l'extrémité 6 du pavillon 5 pour permettre le passage d'un fil d'alimentation électrique 13' haute-fréquence. Le trou 16 est bouché par un produit type silicone pour empêcher l'infiltration de liquide, poussières à l'intérieur de la cavité 15. Les fils d'alimentation électrique 13 et 13' sont soudés ou collés avec de la colle conductrice, à l'élément piézo-électrique haute-fréquence 12. L'extrémité 6 du pavillon 5, l'extrémité de la bague intermédiaire 10 et la face extérieure de l'élément piézo-électrique haute-fréquence 12 se trouve dans un plan identique que l'on nomme la face avant 14 du transducteur. L'onde ultrasonore modulée en fréquence prend naissance sur la face avant 14. FIG. 8 represents another way of producing the transducer, by dispensing with the probe nose 11 of FIG. 4. The end 6 of the horn 5 is pierced by a smooth hole in which is glued, with a special glue of the type conductive epoxy or not, an intermediate ring 10 of insulating material. This intermediate ring 10 electrically isolates the horn 5 of the high-frequency piezoelectric element 12 which is bonded to the intermediate ring 10 with a special glue of conductive or non-conductive epoxy type. A smooth hole 16 is drilled through the wall at the end 6 of the horn 5 to allow the passage of a high frequency power supply wire 13 '. The hole 16 is sealed by a silicone type product to prevent the infiltration of liquid, dust inside the cavity 15. The power supply son 13 and 13 'are welded or glued with conductive glue, the high-frequency piezoelectric element 12. The end 6 of the horn 5, the end of the intermediate ring 10 and the external face of the high-frequency piezoelectric element 12 are in an identical plane as the the front face 14 of the transducer is called. The frequency modulated ultrasonic wave originates on the front face 14.
Enfin, illustré figure 9, dans tous les modes de réalisations décrits précédemment, il est possible de s'affranchir de la bague isolante 10, en vissant par exemple directement l'extrémité 6 du pavillon 5 au niveau de la partie interne du nez de sonde 11. Finally, illustrated in FIG. 9, in all the embodiments described above, it is possible to dispense with the insulating ring 10, for example by directly screwing the end 6 of the horn 5 at the inner part of the probe nose. 11.
Les figures 10 et 11 représentent un exemple de sonde spécifique pour la perméabilisation cutanée avec insertion du transducteur dans cette sonde. Cette sonde est un ensemble qui permet de faire l'interface entre la source ultrasonore et la peau. Figures 10 and 11 show an example of a specific probe for cutaneous permeabilization with insertion of the transducer in this probe. This probe is an assembly that makes it possible to interface the ultrasonic source and the skin.
Elle est constituée d'un corps en plastique ou en résine bio-compatible. La source ultrasonore est placée dans ce corps en plastique, la cohésion étant réalisée au niveau d'un noeud de vibration nulle du transducteur. L'extrémité de la source ultrasonore n'est pas en contact direct avec la peau du patient. Elle baigne dans un milieu de couplage (eau, huile, alcool, gel...) retenue par une membrane souple bio-compatible (plastique, caoutchouc, latex, silicone, matière nouvelle...) servant de fenêtre acoustique. It consists of a plastic body or bio-compatible resin. The ultrasonic source is placed in this plastic body, the cohesion being made at a zero vibration node of the transducer. The end of the ultrasound source is not in direct contact with the patient's skin. It bathes in a coupling medium (water, oil, alcohol, gel ...) retained by a flexible bio-compatible membrane (plastic, rubber, latex, silicone, new material ...) acting as acoustic window.
La distance séparant l'extrémité de la source ultrasonore et la peau du patient est calculée en fonction des fréquences et des longueurs d'ondes résultantes pour obtenir le maximum d'énergie acoustique à la surface de la peau. Cette distance est donnée par la longueur d'onde de l'onde ultrasonore spécifique modulée en fréquence dans le liquide de couplage divisée par deux. Le respect de cette distance permet l'optimisation du système. C'est un résultat connu pour les adaptations d'impédances acoustiques dans les sondes échographiques. The distance between the end of the ultrasound source and the patient's skin is calculated according to the resulting frequencies and wavelengths to obtain the maximum acoustic energy at the surface of the skin. This distance is given by the wavelength of the specific frequency modulated ultrasonic wave in the coupling fluid divided by two. Respecting this distance allows optimization of the system. This is a known result for acoustic impedance adaptations in ultrasound probes.
Par ailleurs, selon une variante du procédé selon l'invention, le transducteur permettant l'émission de l'onde ultrasonore modulée n'est constituée que d'un seul élément piezo-électrique de très large bande passante (de quelques kHz à plusieurs MHz) alimenté par un signal électrique directement modulé en fréquence. Moreover, according to a variant of the method according to the invention, the transducer allowing the emission of the modulated ultrasonic wave consists only of a single piezoelectric element with a very large bandwidth (from a few kHz to several MHz ) powered by an electrical signal directly modulated in frequency.
On peut enfin noter figure 12 le type d'onde ultrasonore obtenue grâce au dispositif selon l'invention. Cette onde est l'onde ultrasonore spécifique qui permet la perméabilisation des couches externes de la peau. La forme d'onde est tout à faite distincte de celle des procédés de physiothérapie connus comme ceux de la figure 1 et correspond à une modulation d'une onde haute-fréquence par une onde basse-fréquence. Cette onde ultrasonore provoque une cavitation instable à la surface de la peau pour des puissances acoustiques faibles. We can finally note Figure 12 the type of ultrasonic wave obtained with the device according to the invention. This wave is the specific ultrasonic wave that allows permeabilization of the outer layers of the skin. The waveform is quite distinct from that of physiotherapy processes known as those of Figure 1 and corresponds to a modulation of a high-frequency wave by a low-frequency wave. This ultrasonic wave causes unstable cavitation on the surface of the skin for low acoustic powers.
Elle a de préférence une intensité acoustique inférieure à 20 W/cm2, afin de produire une perméabilisation efficace, sans jamais atteindre les seuils de cavitation pouvant provoquer des lésions cutanées superficielles ou profondes. La cavitation est alors facilement contrôlée en jouant simultanément sur la puissance des ondes basse-fréquence et des ondes haute-fréquence ainsi que sur la fréquence de celles-ci. It preferably has an acoustic intensity of less than 20 W / cm 2, in order to produce an effective permeabilization, without ever reaching the cavitation thresholds that can cause superficial or deep skin lesions. Cavitation is then easily controlled by simultaneously playing on the power of low-frequency waves and high-frequency waves and on the frequency thereof.
Notons que l'onde modulée, peut être aussi bien la résultante de l'onde basse-fréquence modulée par l'onde haute-fréquence, que la résultante de l'onde haute-fréquence modulée par l'onde basse-fréquence. Note that the modulated wave can be the resultant of the low-frequency wave modulated by the high-frequency wave, as well as the resultant of the high-frequency wave modulated by the low-frequency wave.
L'application du transducteur selon l'invention est par exemple la sonophorèse ou toute application nécessitant une perméabilisation de membranes biologiques. En particulier, dans une application au niveau de la peau, l'onde acoustique modulée produite désorganise alors le stratum corneum, couche superficielle de l'épiderme, et ouvre des voies de passage pour des molécules actives. Ce système améliore considérablement les systèmes existants pour faire passer des molécules à travers la peau. The application of the transducer according to the invention is for example sonophoresis or any application requiring permeabilization of biological membranes. In particular, in an application at the level of the skin, the modulated acoustic wave produced then disorganises the stratum corneum, superficial layer of the epidermis, and opens pathways for active molecules. This system greatly improves existing systems for passing molecules through the skin.
L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet. The invention is described in the foregoing by way of example. It is understood that the skilled person is able to realize different variants of the invention without departing from the scope of the patent.
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Legal Events
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