6.1.1.1. Antennes d’ablation par voie percutanée (non endoscopique)

Antenne coaxiale à fentes

Le modèle d’antenne à fente a été largement utilisé dans les expérimentation d’AMW

des tissus cancéreux de foie de bœuf ex vivo et de porc in vivo [83]–[86].

La Figure 14 montre les structures des deux antennes coaxiales à une fente et à double

fentes, étudiées par Karampatzakis et al. [83] pourl’AMW des tissus cancéreux du foie à 2.45

GHz par voie percutanée. Ces antennes sont basées sur un câble coaxial semi-rigide ayant un diamètre externe de 1.3 mm. Les conducteurs intérieur et extérieur sont court-circuités au bout

de l’antenne. La fente est formée en retirant une partie en forme d’anneau d’environ 1 mm de largeur du conducteur externe du câble coaxial. La fente est placée près de l'extrémité de l'antenne puisque le champ électrique est plus fort près de la fente ce qui permet d’obtenir un

échauffement efficace et très important autour de la pointe de l'antenne [87]. Dans le cas de

l’antenne à double fentes, la distance entre les deux fentes est égale au quart de la longueur

d’onde (0.25 × 𝜆) dans le tissu à la fréquence de 2.45 GHz. Cette longueur inter-fentes est

choisie pour obtenir une distribution de puissance localisée près de l'extrémité de l'antenne. Lorsque ces antennes sont utilisées, elles sont insérées dans un cathéter en polytétrafluoroéthylène (PTFE) pour empêcher l'adhérence des tissus coagulés, faciliter le guidage et pour la sécurité médicale. Cela augmente le diamètre externe de l’antenne jusqu’à 1.8 mm.

Les résultats de simulation numérique ont montré que pour les deux structures la

distribution du DAS pour 1 W incident est allongée le long de l’axe de l’antenne (Figure 14).

Cependant, il est clair que l'ajout d'une seconde fente, localise la distribution du DAS près de la pointe et diminue l’échauffement arrière le long de l’axe de l’antenne. La présence de la deuxième fente joue le rôle d’une bobine d’arrêt quart-d’onde avec l’avantage de ne pas augmenter le diamètre externe de l’antenne.

(a) (b)

Figure 14 Schémas et distributions du DAS à 2.45 GHz obtenus par simulation numérique pour l’antenne à une fente (a) et l’antenne à double fentes (b) plongeant dans un tissu de foie du porc cancéreux [83].

Antenne coaxiale monopolaire

Un autre type d’antenne qui a été largement utilisé dans l'ablation est l'antenne monopolaire qui peut être facilement construite à partir de câble coaxial fin, semi-rigide. La structure de l’antenne monopolaire se caractérise par un conducteur intérieur allongé qui est

radialement entouré d'un matériau diélectrique ouvert au bout (Figure 15a).

Brace et al. ont développé une antenne d’AMW basée sur la structure monopolaire

(Figure 15) [88]. Un câble coaxial de diamètre 1.26 mm a été utilisé et inséré dans une aiguille de biopsie de diamètre 1.5 mm (17 gauge). L’aiguille a été placée pour créer une source secondaire de résonance ce qui réduit encore plus le coefficient de réflexion de l'antenne et l’échauffement arrière. Cette structure a été nommée structure monopolaire triaxiale en raison des trois axes correspondant à l’aiguille et aux conducteurs interne et externe du câble coaxial. Cette antenne a été optimisée pour opérer à 2.45 GHz dans un foie de porc in vivo. Les résultats obtenus ont montré la capacité de cette antenne à transmettre l’énergie micro-onde au tissu, et

à fournir une zone d’ablation circulaire (Figure 15b).

Plus de détails sur la conception et la caractérisation EM seront présentés dans le chapitre 2, puisque nous nous sommes basés sur cette structure pour développer notre antenne monopolaire triaxiale spécifique pour l’AMW par voie endoscopique.

Figure 15 Schéma et photo de l’antenne monopolaire triaxiale (a) et photo de la zone d’ablation obtenue dans un foie porcine in vivo (b) [88].

Outer conductor Inner conductor Dielectric (a) (b) unité : mm

Antenne coaxiale à bobine d’arrêt (Choked sleeve antenna)

Des études ont montré qu'une solution pratique et efficace au problème de l’échauffement arrière qui affecte les antennes est d’ajouter une mince bobine métallique,

habituellement de longueur ((𝑛 + 1) 𝜆 4⁄ ), autour du conducteur externe de l'antenne. Ceci

bloque le flux de courant axial et localise le dépôt de puissance près de la partie active de

l’antenne (Figure 16 et Figure 17). Cette bobine est nommée bobine d’arrêt, puisqu’elle arrête

la réflexion de l’énergie vers l’arrière.

Plusieurs antennes à bobine d’arrêt ont été présentées dans la littérature [75], [77], [89],

[90]. Longo et al. [89] ont développés une antenne coaxiale, peu invasive avec une bobine

d’arrêt miniaturisé de conception simple adaptée pour rayonner à 2.45 GHz (Figure 16). Sa

caractéristique la plus originale est que l'aiguille de biopsie utilisée pour introduire l'antenne dans la lésion à ablater sert également comme paroi métallique latérale de la bobine. L’antenne a été fabriquée avec un câble coaxial semi-rigide de diamètre externe 1.2 mm, inséré dans une aiguille de biopsie de 14 gauge (diamètre intérieur : 1.78 mm, diamètre extérieur : 2.05 mm).

Un autre modèle d’antenne à bobine basée sur une antenne à double fentes a été évalué

par pour travailler à 2.45 GHz [75](Figure 17). Une bobine métallique de diamètre externe 1.5

mm et de longueur (𝜆) , a été enroulée autour du câble coaxiale de diamètre 1.1 mm à une

distance de (0.25 × 𝜆) de la seconde fente.

Antenne coaxiale Bobine

(paroi de l’aiguille de biopsie)

(a) (b)

Figure 16 Schéma de l’antenne a bobine basée sur une structure coaxiale (a) et la comparaison de la distribution du DAS de l’antenne coaxiale avec et sans la bobine (b) [89].

Par comparaison aux antennes sans bobine, les résultats (Figure 16b et Figure 17c) ont montré que ces antennes à bobine sont capables de donner des DAS très localisés au bout de l’antenne et qui sont moins dépendants de la profondeur d'insertion de l’antenne dans la tumeur. L’inconvénient principal de ces antennes est qu’elles sont généralement plus invasives que les

antennes sans bobines en raison de leur diamètre augmenté par l’ajout de ces dernières.