What are shock waves?  Physics and Technology
What are shock waves? Physics and Technology

Physique et technique

Les ondes de choc trouvent aujourd’hui de nombreuses applications en médecine. Si, à l’origine, elles n’étaient utilisées que pour la désintégration des calculs rénaux, elles sont aujourd’hui utilisées, entre autres, dans le traitement orthopédique de la douleur ou pour le traitement des patients atteints de la maladie d’Alzheimer.

Pour comprendre cet éventail étonnant d’applications, il vaut la peine de jeter un coup d’œil sur les propriétés physiques des ondes de choc, qui sont responsables des différents effets médicaux :

Ondes de choc focalisées
Effets physiques et biologiques des ondes de choc
Ondes de pression radiales

 

Les ondes de choc et de pression générées par voie extracorporelle sont aujourd’hui utilisées dans une grande variété de spécialités médicales. Selon le type d’application, on parle de thérapie extracorporelle par ondes de choc (ESWT) ou, dans le traitement des calculs urinaires, de lithotritie extracorporelle par ondes de choc (ESWL).

Cette méthode thérapeutique non invasive a vu le jour dans les années 1960. L’idée a émergé de générer des ondes de choc en dehors du corps et de les y transmettre afin de désintégrer les calculs rénaux et biliaires, sans endommager les tissus qui se trouvent au-dessus.

La première désintégration de calculs chez l’homme qui a été réalisée avec succès1,2,3 a été effectuée en février 1980 à Munich, par le Professeur Dr Christian Chaussy. Les ondes de choc ont ensuite été davantage utilisées dans d’autres spécialités, par ex. pour traiter les pseudarthroses4,5 ou au niveau des insertions tendineuses6. Jusqu’à aujourd’hui, de nombreux autres champs d’application ont suivi : le potentiel de cette méthode thérapeutique semble loin d’être épuisé.

 

Les ondes de choc ont été appliquées sur un patient pour la première fois au début des années 1980 pour la désintégration d’un calcul rénal.

 

Ondes de chocs et ondes de pression

Dans la pratique, on utilise des ondes de choc focalisées ou des ondes de pression radiales. Les ondes de pression radiales sont souvent appelées ondes de choc radiales, bien que ce terme soit physiquement incorrect.

Les ondes de choc et de pression se distinguent non seulement par leur technique de génération, mais également sur le plan des paramètres physiques habituellement utilisés et de la profondeur de pénétration thérapeutique dans le tissu.

Le présent résumé fournit des connaissances de base essentielles sur la physique, la technique et les différences entre les formes d’application. Si vous avez encore des questions après avoir lu ce document, nous serons ravis d’y répondre. Contactez-nous à l’adresse .
 

Les ondes de pression radiales sont souvent appelées ondes de choc radiales, bien que ce terme soit physiquement incorrect.

 

Profil temporel d’une onde ultrasonore

Ondes de choc focalisées

En quoi consistent les ondes de choc ?

Les ondes de choc sont des ondes sonores. Elles se diffusent dans l’atmosphère lors de procédés similaires à une explosion, par exemple en cas de détonations, de foudre ou lorsqu’un avion passe le mur du son. Les ondes de choc sont des impulsions acoustiques caractérisées par des amplitudes de pression élevées et positives et par une augmentation très rapide de la pression par rapport à la pression ambiante. Elles peuvent transmettre brièvement l’énergie depuis le site où elles sont générées à des zones éloignées et y faire éclater des vitres, par exemple.
 

Les ondes de choc se propagent telle une explosion et peuvent détruire des vitres à une grande distance.

 

Ondes de chocs et ultrasonsProfil temporel d’une onde de choc

Les ondes de choc sont apparentées aux ondes ultrasonores. Principale différence : pour les ondes de choc, les amplitudes de pression étant particulièrement grandes, il faut tenir compte d’un effet de raidissement (Fig. 3) dû aux non-linéarités du milieu de propagation (eau, tissu humain). Autre différence : les ultrasons impliquent généralement des vibrations périodiques avec une largeur de bande étroite (Fig. 1). En revanche, les ondes de choc sont représentées par une impulsion de pression unique essentiellement positive, suivie d’une composante de traction plus réduite en comparaison (impulsion de pression négative) (Fig. 2). Une telle impulsion comprend des fréquences allant de quelques kilohertz à plus de 10 mégahertz1,7,8.

 

 

 

 Raidissement d’une onde par propagation non linéaire

Les ondes de choc sont des impulsions, l’ultrason correspond à une vibration continue.

 

Sources d’ondes de choc en médecine

Génération des ondes de choc focalisées

Les ondes de choc focalisées peuvent être générées par voie électrohydraulique, piézoélectrique ou électromagnétique (Fig. 4). Selon le principe électrohydraulique, les ondes de choc se forment directement à la source d’ondes de choc. Selon le principe piézoélectrique et électromagnétique, les ondes de choc ne sont issues que du raidissement et de la superposition, et apparaissent donc seulement dans la zone focale, le lieu de la plus forte intensité.

Pour les applications médicales, il est important de noter que les ondes de choc générées différemment présentent généralement des champs focaux de dimensions différentes. Les ondes de choc piézoélectriques forment le champ focal le plus réduit, tandis que les ondes de choc électrohydrauliques forment le plus grand. On en déduit donc que le dosage nécessaire pour un traitement dépend en partie du type d’appareil correspondant1,8.

 

Exemple : génération d’ondes de choc électromagnétiques

Génération d’ondes de choc

Le procédé de génération d’ondes de choc électromagnétiques repose sur le principe physique de l’induction électromagnétique. Il permet un dosage très précis et sensible de l’énergie des ondes de choc appliquée. Idéalement, la source d’ondes de choc est basée sur une bobine cylindrique et un réflecteur en forme de paraboloïde de révolution. La zone focale est ainsi définie de manière très précise et peut être reproduite exactement à la fois dans le sens axial (en profondeur) et latéral. L’ouverture relativement importante de la source d’ondes de choc par rapport à la dimension focale permet de transmettre l’énergie des ondes de choc de manière presque indolore dans le corps via une grande surface de couplage. L’énergie est libérée, pour l’essentiel, dans la zone focale relativement petite à l’intérieur du corps (Fig. 5).
 

Les ondes de choc générées par voie électromagnétique sont relativement peu douloureuses et permettent un dosage très précis.

 

Propagation des ondes de choc focalisées

Les ondes de choc sont des ondes acoustiques. Pour se propager, elles ont besoin d’un milieu comme l’eau ou l’air. Généralement, on utilise l’eau pour les ondes de choc utilisées à des fins médicales. Dans ce cas, les ondes de choc sont générées en dehors du corps, puis transmises dans un tissu biologique. Le tissu étant constitué en grande partie d’eau, il présente des propriétés de transmission sonore très similaires. Celles-ci sont décrites par l’impédance acoustique (Z). La transmission au tissu corporel s’effectue donc sans perte significative. L’impédance acoustique est définie comme suit :

z equals pc

 

 

Des interfaces acoustiques, où les propriétés acoustiques de densité (ρ) et de vitesse du son (c) changent, provoquent une déviation par rapport à la propagation en ligne droite des ondes par le biais de phénomènes connus dans le domaine de l’optique tels que la réfraction, la réflexion, la diffusion et la diffraction. Ces effets doivent être pris en compte lors de l’application d’ondes de choc sur les patients pour s’assurer que l’énergie agit efficacement dans la zone de traitement.
 

Comme la lumière sur les miroirs, les ondes de choc sont reflétées et réfractées sur des barrières acoustiques. Cet effet est d’autant plus important que les impédances acoustiques des deux milieux diffèrent.

 

C’est pourquoi, avec le premier appareil pour la désintégration des calculs rénaux, le patient a été plongé dans une baignoire remplie d’eau. Les appareils actuels fonctionnent avec un couplage « à sec ». Avec ces derniers, le bain d’eau est appliqué au corps par une membrane de couplage flexible. La couche d’air entre les deux est éliminée avec un gel de couplage ou par une mince pellicule d’eau.
 

Toute couche ou bulle d’air entre la source d’ondes de choc et le corps réduit de manière significative l’efficacité.

 

Indépendamment de cela, il faut veiller à ce qu’aucun organe contenant du gaz (poumons) ni aucune grande structure osseuse ne se trouve devant la zone de traitement réelle. Ceux-ci bloqueraient la transmission des ondes de choc sur la zone cible et entraveraient donc l’action thérapeutique souhaitée. Par ailleurs, la libération d’énergie en amont endommagerait les tissus pulmonaires (contre-indication).

Enfin, il faut partir du principe que les tissus mous (peau, graisse, muscles, tendons, etc.) ne sont pas non plus homogènes sur le plan acoustique et qu’ils présentent des interfaces. Toutefois, les différences de propriétés acoustiques sont nettement moins importantes que lors du passage de l’eau à l’air, et vice versa. Outre l’absorption et la réflexion, il se produit ici des effets de réfraction susceptibles d’entraîner des déviations peu contrôlables par rapport à la propagation en ligne droite des ondes de choc dans le corps.

 
Paramètres des ondes de choc/mesure des ondes de choc/pression des ondes de chocRépartition typique de la pression des ondes de choc

Pour la caractérisation des ondes de choc, on a principalement recours à des mesures prises avec des sondes de pression8. Les ondes de choc utilisées en médecine (Fig. 2) présentent des valeurs de pression typiques d’environ 10 à 100 mégapascals (MPa) pour la pression maximale p+, soit 100 à 1 000 fois la pression atmosphérique. Les temps de montée très courts sont de l’ordre de 10 à 100 nanosecondes (ns), selon le type de génération. La durée de l’impulsion est également relativement courte, d’environ 1 000 nanosecondes (1 µs) (en comparaison avec les ondes de pression médicales décrites, voir également la Fig. 15). Une autre caractéristique de l’onde de choc est la composante de traction relativement faible p-, qui s’élève à environ 10 % de la pression maximale p+.

Si l’on représente les pressions maximales p+ mesurées dans le plan focal dans une représentation en trois dimensions (dans le sens axial de la propagation des ondes de choc et latéralement, c’est-à-dire verticalement), on obtient alors une répartition de la pression typique telle que représentée sur la Fig. 6. On reconnaît que le champ d’ondes de choc n’affiche aucune limite nette, mais présente la forme d’une montagne, avec un sommet en son centre et des flancs plus ou moins abrupts. On parle donc également d’un pic de pression. Sa forme et sa hauteur peuvent varier en fonction de l’appareil à ondes de choc employé.

 

Foyer des ondes de choc

Répartition de la pression et zone focaleLe foyer des ondes de choc est défini comme la partie du pic de pression où la pression est égale ou supérieure à 50 % de la pression maximale (Fig. 6 et 7). Ce champ est également désigné comme la zone focale -6 dB ou par l’abréviation FWHM (Full Width at Half Maximum, largeur à mi-hauteur).

 

Zone de traitement 5 MPa

L’indication de l’énergie peut donner une information quant à la zone sur laquelle l’onde de choc déploie son action biologique. En d’autres termes, la zone de traitement d’une onde de choc dans le corps n’est pas décrite par la taille du foyer -6 dB. Elle peut être plus grande ou plus petite. On a donc défini une autre grandeur ayant un lien plus étroit avec l’efficacité thérapeutique et qui ne repose pas sur des grandeurs relatives (lien avec la pression maximale au centre), mais sur une grandeur absolue, à savoir la pression de 5 MPa (50 bar). Par conséquent, le foyer 5 MPa est défini comme la zone spatiale dans laquelle la pression des ondes de choc est supérieure ou égale à 5 MPa. Cette définition s’appuie sur l’hypothèse qu’il existe un certain seuil de pression au-dessous duquel une onde de choc n’est pas ou peu efficace sur le plan thérapeutique.

Zone focale -6 dB et zone de traitement 5 MPa

Aucune preuve scientifique ne justifie la valeur de 5 MPa. La définition précédente présente toutefois l’avantage de refléter la modification de la zone de traitement en fonction du niveau d’énergie sélectionné. Les différentes zones et leur modification avec les niveaux d’énergie sélectionnés sont représentées schématiquement à la Fig. 8. En revanche, la zone focale -6 dB n’est pas modifiée, pour l’essentiel, malgré des niveaux d’énergie sélectionnés différents.
 

La zone focale correspond à la zone avec l’intensité énergétique la plus élevée. Sa taille est pour l’essentiel indépendante de l’intensité définie. Au contraire, la zone de traitement dépend de l’intensité définie et est généralement plus grande que la zone focale.

 

Énergie (E)

Pour les applications pratiques, l’énergie de l’onde de choc appliquée constitue un paramètre essentiel5, bien que l’on s’oriente aujourd’hui principalement sur la densité du flux énergétique. On peut partir du principe que l’onde de choc agit uniquement dans les tissus si certains seuils d’énergie sont dépassés. L’énergie est déterminée par intégration, à partir de la courbe de l’onde de pression p(t). Elle est proportionnelle à la surface (A) et inversement proportionnelle à l’impédance acoustique (Z) :

 Energie E

 

On distingue si l’intégration de la pression dans le temps enregistre uniquement les composantes de pression positives (E+) ou également les composantes (de traction) négatives (Etotale). Généralement, l’énergie totale est indiquée par E (sans indice). L’énergie acoustique d’une impulsion d’onde de choc est indiquée en millijoules (mJ). En règle générale, quelque 100 ou 1 000 impulsions d’ondes de choc sont appliquées pour chaque traitement. L’énergie totale délivrée résulte de la multiplication par le nombre d’impulsions1,8.

 

Densité du flux énergétique (ED)

L’effet thérapeutique des ondes de choc dépend de la répartition de l’énergie de l’onde de choc sur une large surface ou de sa concentration sur une zone de traitement étroite (zone focale). On obtient un niveau de concentration d’énergie en déterminant l’énergie par surface (E/A) :

 ed energieflussdichte

 

La densité du flux énergétique ED est indiquée en millijoules par millimètre carré (mJ/mm2). Pour la densité du flux énergétique également, on distingue l’intégration uniquement sur la partie positive ou la partie négative de la courbe de pression. Sans indication (ED), la densité du flux énergétique totale est généralement prise en compte, c’est-à-dire la courbe de pression, y compris les composantes de traction négatives.

Les premiers appareils à ondes de choc fonctionnaient selon le principe électrohydraulique. À la différence d’aujourd’hui, les niveaux d’énergie n’étaient pas indiqués en mJ/mm2, mais en valeurs de tension (kV).

 

Profil de pression d’une onde de choc

Impulsion

Jusqu’à présent, peu d’attention a été accordée au fait que l’onde de choc a une impulsion. L’impulsion d’une onde de choc est également définie, comme l’énergie, par l’intégration de la pression dans le temps. À la différence de l’énergie, l’impulsion n’est pas élevée au carré avant d’être intégrée. Le signe qui précède la valeur de l’impulsion est ainsi conservé et le caractère vectoriel de l’impulsion fournit une impulsion dans le sens de la propagation de l’onde de choc en raison de la composante positive de la pression, tandis que la composante négative (traction) produit une impulsion plus faible dans le sens inverse. En raison de la forme asymétrique de l’impulsion de l’onde de choc, les deux impulsions qui se suivent ne se compensent pas et une interaction avec une pression élevée et une traction plus faible est générée. Il en va autrement pour les ultrasons continus : ici, les phases de traction et de pression alternées sont largement compensées, de sorte que l’impulsion qui en résulte n’atteint qu’une magnitude comparativement faible.

 

p impulsion

    p a densité d`impulsion

 

L’impulsion de l’onde de choc est d’une importance décisive tant pour la désintégration des calculs à haute énergie que pour l’effet de stimulation médico-biologique à basse énergie34.

L’impulsion de l’onde de choc revêt donc une importance particulière, car c’est par son intermédiaire que des forces s’exercent sur la matière. Si une onde de choc se propage par exemple dans un tissu biologique, elle sera peu perturbée tant qu’elle ne rencontre pas les limites du tissu au niveau desquelles la densité du tissu ρ et/ou la vitesse acoustique de l’onde c, et donc l’impédance acoustique Z = ρ x c, changent brusquement. À ces interfaces, l’impulsion de l’onde est divisée par réflexion en une partie qui traverse l’interface et une partie qui est réfléchie par l’interface. Les proportions de l’onde transmise et de l’onde réfléchie sont déterminées par le coefficient de réflexion.

 

r coefficient de réflexion

 

 

Cela signifie, par exemple, qu’une partie plus importante est réfléchie sur des interfaces dures comme les calculs, tandis qu’une plus petite partie est réfléchie au niveau des interfaces molles comme les tendons et les fibres musculaires. Les forces qui s’exercent sur les interfaces sont directement liées à ce phénomène de réflexion et peuvent être utilisées à la fois pour désintégrer des matières fragiles telles que les calculs présents dans le corps et pour stimuler les matières élastiques telles que les tissus mous du corps.

La base physique du développement d’une force avec la réflexion a déjà été identifiée par Isaac Newton en 1687 : selon cette base, tout changement de l’impulsion ne peut se produire qu’en conjonction avec l’action d’une force.

En règle générale, selon Newton :
Pendule de Newton

 

Et plus particulièrement : un corps de masse m se déplaçant à la vitesse v a une impulsion P = mv. Lorsque le corps est accéléré ou freiné, sa vitesse change. Une force F = m(dv/dt) s’exerce. Selon la direction de la force, elle peut être appelée force d’accélération ou de freinage.

 

 

Effets physiques et biologiques des ondes de choc

Action directe sur les interfaces

Le mécanisme d’action sélectif de l’onde de choc sur différents tissus et interfaces entre matières a pendant longtemps été négligé. Il constitue toutefois la base de diverses applications médicales et explique pourquoi de nombreux types de tissus peuvent être traversés sans dommage significatif et pourquoi un développement de force thérapeutique peut être observé de manière sélective aux interfaces, jusqu’à la désintégration de calculs dans le corps. L’effet des ondes de choc en médecine peut donc être imputé au mécanisme physique de transmission des impulsions et à l’action de la force qui en découle.

Les ondes de choc peuvent non seulement générer des forces de manière sélective dans les zones de tissus proches de la surface, mais, en raison des composantes à haute fréquence de l’ordre du mégahertz et des faibles longueurs d’impulsion associées de quelques millimètres, elles peuvent aussi être focalisées sur des zones du corps situées plus en profondeur. Là, elles peuvent produire de manière ciblée des impulsions de stimulation plus longues, de l’ordre des millisecondes physiologiquement efficaces, grâce au mécanisme de transmission des impulsions.

Les forces qui apparaissent selon ces lois physiques lors de la transmission des impulsions par transmission et réflexion sélective aux interfaces des tissus sont capables de générer de petits mouvements des interfaces qui permettent d’étirer et de déformer des couches de cellules, et de les rendre brièvement perméables aux ions et à certaines molécules. Ce processus est appelé mécanotransduction. Aujourd’hui, la mécanotransduction est considérée comme cruciale pour de nombreux mécanismes d’action dans le domaine des applications médicales des ondes de choc, car elle peut expliquer la libération d’un certain nombre de substances biochimiques telles que les oxydes nitriques (NO), les facteurs de croissance, la substance P, etc.18,21
Il y a encore une autre propriété des ondes de choc qui s’avère importante. Comme pour les ultrasons, les processus de pression primaires se déroulent en l’espace de quelques microsecondes, c’est-à-dire beaucoup trop rapidement pour la plupart des processus physiologiques. De son côté, la physiologie de la mécanotransduction exige des actions de forces d’une durée de quelques millisecondes, c’est-à-dire des périodes nettement plus longues pendant lesquelles un échange de substances biochimiques est possible à travers les pores brièvement ouverts des membranes étirées. La transmission de l’impulsion de l’onde de choc avec la réflexion au niveau des interfaces permet aux masses concernées d’être accélérées et d’effectuer de petits mouvements pendant quelques millisecondes.

Action d’une onde de choc focalisée sur un calcul artificiel

Les ondes de choc et les ultrasons possèdent une caractéristique qui les différencie. Avec les ultrasons, la charge alternée à haute fréquence du tissu se trouve dans la plage de fréquences de quelques mégahertz, entraînant, à hautes amplitudes, une hausse de la température, la destruction des tissus et l’effet de cavitation9,10. L’action des ondes de choc repose, entre autres, sur la force orientée vers l’avant (vers la propagation des ondes de choc) avec une transmission des impulsions sur l’interface (voir ci-dessus). Celle-ci peut être accrue jusqu’à détruire des calculs rénaux2,3. Ces forces apparaissent principalement sur les interfaces, avec une hausse rapide de la résistance acoustique, mais à peine dans un milieu homogène (tissu, eau)11. Pour cette raison, l’onde de choc est le moyen idéal pour générer des effets en profondeur dans le tissu, sans endommager le tissu se trouvant au-dessus.

Mais les interfaces moins marquées dans des structures tissulaires molles se caractérisent par une force moindre exercée par les ondes de choc. En fonction de l’intensité (Fig. 11), la destruction mécanique des cellules, membranes et par ex. trabécules osseuses11 ou la stimulation des cellules par la déformation réversible de la membrane cellulaire12 est possible. Cela permet alors une destruction des structures fragiles (calculs rénaux), ainsi qu’une stimulation des structures tissulaires entraînant des processus de guérison. Des processus de ce type sont par ex. observés dans les applications orthopédiques36. La focalisation permet de limiter l’action sur la zone ciblée. Tout effet secondaire en dehors de cette zone est réduit ou évité.

 

La focalisation permet une action ciblée sur une zone ciblée précise.

 

Domaines d’application typiques des ondes de choc

Suite à une thérapie par ondes de choc, on observe souvent une circulation sanguine accrue et une intensification du métabolisme, pouvant permettre la guérison.

L’onde de choc entraîne en outre des réactions biologiques par les forces de cisaillement et de pression qui l’accompagnent (voir ci-dessus). Ce mécanisme d’action, connu sous le nom de mécanotransduction, serait à l’origine des effets suivants, scientifiquement prouvés :

  • Augmentation de la perméabilité cellulaire15
  • Stimulation de la microcirculation (sang, lymphe)16,17
  • Libération de la substance P18
  • Réduction des fibres nerveuses non myélinisées19
  • Libération d’oxyde nitrique (NO), entraînant la vasodilatation, le métabolisme accru et l’angiogenèse et agissant comme un anti-inflammatoire20,21
  • Effet antibactérien22
  • Libération d’hormones de croissance (vaisseaux sanguins, épithélium, os, collagène, etc.)20,23,24,25
  • Stimulation des cellules souches26,27
  • Stimulation des cellules nerveuses (potentiel d’action)18,33,35

 

Effet indirect – Cavitation

Outre la force directe des ondes de choc sur les interfaces, une cavitation peut se produire dans certains milieux comme l’eau et en partie également dans les tissus9.

Production d’un microjet par l’implosion

Les bulles de cavitation apparaissent immédiatement après que la charge alternée de pression/traction de l’onde de choc a passé le milieu. Une grande partie des bulles croît jusqu’à env. 100 microsecondes après le passage de l’onde pour ensuite imploser violemment à l’émission d’ondes de choc sphériques secondaires. À proximité des interfaces, les bulles de cavitation ne peuvent plus imploser calmement. Le milieu refoulé dans la bulle, comme l’eau ou le fluide corporel, ne peut plus s’écouler sans entrave. Conséquence : la bulle implose de façon asymétrique, en produisant un microjet13. Ce jet de liquide est orienté sur l’interface à des vitesses de quelques centaines de mètres par seconde (Fig. 12).

Les microjets présentent une grande énergie et une grande force de pénétration : ils peuvent éroder les interfaces dures des calculs. Le dégagement des gaz dissous dans le sang ou le tissu génère également des bulles, une cavitation douce, lors du passage de l’onde de choc. Ces bulles peuvent détruire des petits vaisseaux sanguins ou des cellules. Cela entraîne des microsaignements ou des perforations de la membrane. La cavitation ne se limite pas exclusivement à la zone focale, mais elle y est particulièrement marquée1,8,14.

 

Application ciblée des ondes de choc focalisées

Pour appliquer des ondes de choc de façon ciblée, il est nécessaire de positionner la zone focale sur la zone à traiter. Pour les calculs (lithotritie), les os ou certaines structures tissulaires, il est possible d’utiliser la radiographie ou l’échographie pour le positionnement. Dans le traitement des douleurs, on s’oriente sur le point le plus douloureux en communiquant avec le patient. Un tel « biofeedback » permet de localiser de nombreux points de traitement superficiels et profonds.

 

 

Ondes de pression radialesPendule de Newton

En quoi consistent les ondes de pression radiales ?

Outre les ondes de choc focalisées, la médecine moderne utilise également des ondes de pression radiales. Le physicien Isaac Newton avait élaboré dès 1687 sa célèbre loi du mouvement – le principe des actions réciproques (action-réaction). Le principe d’action d’un appareil à ondes de pression balistiques s’appuie précisément sur le principe de l’impulsion qui en est dérivé.
 

La thérapie par ondes de pression radiales s’appuie sur la loi d’action-réaction du physicien Isaac Newton datant de 1687.

 

L’énergie mécanique sous la forme d’une onde de pression acoustique est transmise dans le tissu corporel avec des transmetteurs de forme spéciale et donc dans la zone douloureuse. Les ondes de pression radiales balistiques sont utilisées à des fins médicales depuis la fin des années 1990. Elles constituent une alternative peu onéreuse, notamment pour le traitement des indications musculo-squelettiques.

Un grand nombre d’indications et de succès thérapeutiques des ondes de pression radiales et des ondes de choc focalisées sont très similaires28. En pratique, on parle donc de « thérapie par ondes de choc radiales » (RSWT).

 

Les ondes de pression radiales sont souvent appelées ondes de choc radiales, bien que ce terme soit physiquement incorrect.

 

D’un point de vue physique, le terme d’onde de choc n’est toutefois pas correct pour les ondes de pression radiales : la durée d’impulsion des ondes de pression radiales est nettement plus longue que celle des ondes de choc. Les ondes de pression présentent des longueurs d’impulsion situées dans la plage de 0,15 à 1,5 m. Pour les ondes de choc, la longueur d’impulsion est considérablement plus courte avec env. 1,5 mm. Cela explique pourquoi, contrairement aux ondes de pression, elles peuvent être focalisées29.
 

En pratique, les ondes de pression radiales sont souvent appelées ondes de choc radiales, mais leur durée d’impulsion est sensiblement plus longue que celle des ondes de choc focalisées.

 

Génération des ondes de pression radiales

Génération d’ondes de pression balistiques par

Les ondes de pression sont générées par la collision de corps solides (Fig. 14). Ainsi, la vitesse d’un projectile est augmentée à quelques mètres par seconde (env. 5 à 25 m/s, loin au-dessous de la vitesse du son dans l’eau de 1 500 m/s), par exemple par air comprimé (comme pour une arme à air comprimé), puis ralentie brutalement sur un corps d’impact (transmetteur). Le corps d’impact suspendu élastiquement est amené en contact direct avec la surface du corps, au-dessus de la zone à traiter, de préférence en utilisant un gel de couplage pour ultrasons. Lorsque le projectile percute le corps d’impact, une partie de son énergie cinétique est délivrée sur le corps d’impact qui se déplace sur une course réduite (généralement < 1 mm) de manière translationnelle à une vitesse nettement plus lente (généralement < 1 m/s), jusqu’à ce que le tissu accouplé ou l’applicateur freine le corps d’impact. Le mouvement du corps d’impact est transmis dans le tissu au niveau du point de contact. Il génère une onde de pression radiale qui se propage de manière divergente.
 

Paramètres typiques des ondes de choc focalisées

La durée de l’impulsion de pression (Fig. 15) est déterminée par le mouvement de translation du corps d’impact. Elle dure généralement env. 0,2 à 5 millisecondes (ms) dans le tissu. Les impulsions de pression transmises dans le tissu durent donc 1 000 fois plus longtemps que les ondes de choc. Par rapport aux ondes de choc, les pressions maximales typiques sont sensiblement plus basses avec ce procédé. Elles s’élèvent à env. 0,1 à 1 MPa, et sont donc 100 fois moindres1,8.

Le procédé de collision déclenche également une onde acoustique à plus haute fréquence (bruit de structure) dans le corps d’impact. En raison de la grande différence des deux impédances acoustiques (métal, eau), seule une partie infime (env. 10 %) de cette énergie vibratoire est délivrée dans le tissu ou l’eau. L’énergie contenue dans la vibration acoustique à haute fréquence est sensiblement inférieure à celle contenue dans l’impulsion de pression à basse fréquence décrite ci-dessus30.

 

Propagation des ondes de pressionCourbes d’intensité différentes des ondes de choc focalisées

Les ondes de pression au sens décrit ici se propagent du point de départ du corps d’impact dans le tissu adjacent dans la direction radiale29. La densité énergétique de l’onde de pression induite diminue rapidement en fonction de la distance du point d’application (proportionnellement 1/r2). L’effet le plus puissant se produit au point d’application du corps d’impact, à savoir sur la surface de la peau (Fig. 16).
 

L’effet thérapeutique des ondes de pression radiales atteint certes une profondeur de 3 – 4 cm, mais l’intensité la plus importante se trouve sur la surface de la peau.

 

 

Paramètres des ondes de pression/mesure des ondes de pressionDéviation d’un transmetteur D20 dans

En raison de la durée d’impulsion sensiblement plus longue et de l’amplitude de pression moindre, la mesure conventionnelle de la pression dans l’eau pour les ondes de choc n’est pas adaptée comme élément de comparaison. Il s’avère beaucoup plus efficace d’enregistrer la déviation du corps d’impact (Fig. 17) et la force transmise au fantôme de tissu viscoélastique. Toutefois, dès lors que ces paramètres dépendent fortement du type de corps d’impact utilisé (transmetteurs), il reste courant d’indiquer indirectement la pression exercée, qui accélère le projectile, comme mesure d’intensité.
 

Effets physiques et biologiques des ondes de pression

Les ondes de pression radiales provoquent des vibrations dans le tissu, qui entraînent une augmentation de la microcirculation et une intensification du métabolisme31. Malgré les nombreux succès thérapeutiques, les effets biologiques précis sont peu étudiés scientifiquement.

Il est intéressant de noter que, malgré les différences physiques et les différents champs d’application qui en découlent (en surface ou en profondeur), les effets de stimulation et les mécanismes thérapeutiques des ondes sont en partie similaires. Les ondes de pression radiales, par exemple, s’adaptent donc bien aux indications de douleur à proximité de la surface. Pour le syndrome myofascial douloureux, l’onde de pression radiale est indispensable pour lisser et étirer la musculature et/ou les fascias avant ou après l’application des ondes de choc focalisées.

La similitude des effets des ondes de choc focalisées et des ondes de pression radiales Principales différences entre les ondes de chocpeut s’expliquer par le mécanisme de mécanotransduction qui sous-tend les deux méthodes. Tandis qu’avec l’onde de choc focalisée, il est possible d’utiliser l’onde de choc courte pour faire agir les impulsions de stimulation de manière ciblée en surface ou en profondeur, avec les ondes de pression radiales, cela n’est possible qu’en surface avec un effet radialement décroissant en profondeur en raison de l’absence de possibilité de focalisation.


Ondes de choc et ondes de pression

Les ondes de choc et de pression se distinguent aussi bien dans leurs caractéristiques physiques et la technique de génération, que dans l’ordre de grandeur des paramètres généralement utilisés et les profondeurs de pénétration thérapeutiques dans le tissu. Les principales différences sont brièvement résumées à la Fig. 18.

Pour la thérapie de points douloureux locaux, de tendinopathies d’insertion chroniques et de points trigger profonds, l’utilisation des ondes de choc focalisées est avantageuse32.

 

 

 

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