Efficacité hémostatique d'un applicateur à ultrasons collimatés de haute intensité dans la néphrectomie partielle sous hilaire chez le porc

03 décembre 2005

Mots clés : Néphrectomie partielle, ultrasons, hémostase, cancer du rein.
Auteurs : MURAT F.J., LAFON C., CATHIGNOL D., THEILLERE Y., GELET A., CHAPELON J.Y., MARTIN
Référence : Prog Urol, 2005, 15, 684-688
Objectif: Evaluer le pouvoir hémostatique d'un applicateur à ultrasons collimatés de haute intensité (UCHI) lors de néphrectomies partielles sous-hilaires (NPSH) sur un modèle porcin. Matériels et Méthodes: Un applicateur avec un transducteur plan à UCHI, fonctionnant à une fréquence de 3.78 MHz, a été conçue. Neuf porcs femelles, entre 35 et 39 kg, ont été utilisés. Les reins de 5 porcs ont servi à caractériser les lésions élémentaires, étudier l'efficacité hémostatique et mesurer l'élévation de température au sein des tissus insonifiés. Les 4 porcs suivants ont subi un traitement par UCHI préalablement à une NPSH bilatérale. Le traitement consistait en la juxtaposition de lésions élémentaires de façon circonférentielle en position sous-hilaire sous clampage vasculaire. L'efficacité hémostatique a été évaluée après et dans les 30 minutes suivant la section polaire inférieure .
Résultats : Pour des insonifications de 50 s à une intensité de 26 W/cm, la lésion couvre l'épaisseur complète du rein, entre 22 et 36 mm. Les lésions sont reproductibles. L'élévation de température observée au sein des tissus insonifiés était de 62±12, 59±9 et 58±11°C à 15, 20 et 25mm respectivement du transducteur. Toutes les NPSH étaient exsangues à l'exception d'une NP (12.5%) pour laquelle une artère centro-rénale n'a pu être contrôlée. Conclusions: Notre applicateur à UCHI est un excellent outil hémostatique permettant de coaguler efficacement une tranche de parenchyme rénal. Elle autorise la réalisation de NPSH exsangues. L'adaptation de l'ergonomie de cet applicateur ainsi que la possibilité de l'utiliser lors de coelioscopie sont en cours d'étude.



La chirurgie laparoscopique a connu ces dix dernières années un formidable essor en urologie. Depuis la première néphrectomie coelioscopique rapportée par Clayman [3], le champ d'application de la coelioscopie s'est rapidement étendu. Dans des mains expertes, il a été montré que la néphrectomie partielle (NP) coelioscopique était non seulement applicable à différentes pathologies bénignes du rein mais aussi aux tumeurs parmi lesquelles les carcinomes à cellules claires. Pour ces derniers, les résultats à long terme de la NP sont excellents et, même si le recul n'est probablement pas encore suffisant, on peut raisonnablement penser que ces résultats, en terme de contrôle tumoral et de survies, sont similaires à ceux enregistrés au décours de néphrectomies élargies [5]. Pourtant la coelioscopie, dans des indications de NP, ne parvient pas à supplanter la chirurgie ouverte, et ceci en raison de difficultés techniques, notamment celles liées à l'hémostase. Nous rapportons ici les premières expérimentations d'un applicateur de coagulation fonctionnant avec des ultrasons collimatés de haute intensité (UCHI) destiné in fine à réaliser l'hémostase préalablement à une NP sur un modèle porcin.

MATERIELS ET METHODES

Description du prototype

Le prototype consiste en un cylindre de 12 mm de diamètre sur 250 mm de longueur. La partie active est encastrée à l'extrémité distale de l'applicateur et est constituée d'un transducteur ultrasonore plan mesurant 8*15 mm2 et fonctionnant à une fréquence de 3.78 MHz (Figure 1). Un flux continu d'eau dégazée, circulant dans un ballon de latex placé autour du transducteur, assure le refroidissement lors des tirs ainsi que le couplage entre transducteur et tissu cible. Une lame de laiton est disposée parallèlement à la surface du transducteur. Cette lame permet de réfléchir les ondes ultrasonores incidentes afin d'optimiser le dépôt d'énergie au sein des tissus insonifiés. Le choix de cette fréquence par rapport à l'épaisseur à traverser devrait permettre d'obtenir une température uniforme entre le transducteur et le réflecteur : la décroissance exponentielle de la pression liée à l'atténuation des tissus est en effet compensée par le réflecteur. De plus, la lame forme avec l'extrémité de l'applicateur une sorte de pince qui permet de maintenir le rein lors du traitement.

Figure 1 : Prototype de sonde à UCHI utilisé.

Caractéristiques des lésions élémentaires

La lésion élémentaire induite par notre transducteur à UCHI est assimilable à un parallélépipède dont la base correspond à la surface du transducteur et dont la profondeur est variable en fonction des paramètres du tir, que sont l'intensité et le temps d'insonification. Pour un couple de paramètres de tir donné, les lésions élémentaires sont parfaitement reproductibles (données non reproduites).

Les 2 protocoles suivants ont été soumis et acceptés par le comité d'éthique et d'expérimentation animale de l'école Nationale Vétérinaire de Lyon.

Etude préliminaire

Cinq porcs femelles ont été utilisées. Sous anesthésie générale et intubation orotrachéale, chaque porc était disposé en décubitus dorsal. Après une incision médiane longitudinale, le péritoine postérieur était incisé et refoulé afin d'exposer le rein. Le rein était ensuite disséqué, ainsi que les vaisseaux et l'uretère. Chaque tir, d'une durée totale de 50 secondes à une intensité de 26 W/cm2, générait une lésion élémentaire. Pour chaque animal, chaque pôle de chacun des 2 reins était exposé à un tir. Le tir était effectué sous clampage vasculaire avec déclampage immédiat à l'issue du tir. Immédiatement après le tir, 3 thermocouples étaient implantés dans le parenchyme rénal afin de monitorer l'élévation de température consécutive au tir. Les thermocouples, situés à 15, 20 et 25 mm de la capsule rénale du côté du transducteur, étaient disposés dans l'axe de propagation des ultrasons, au sein même de la lésion élémentaire induite. Le parenchyme rénal était ensuite sectionné à l'aide d'un bistouri à lame froide immédiatement en dessous de la lésion élémentaire et perpendiculairement à l'axe de propagation des ultrasons. L'efficacité hémostatique est évaluée macroscopiquement. En cas de saignement persistant ou itératif, la possibilité d'un retraitement de la zone insuffisamment insonifiée était envisagée avec un tir supplémentaire. La zone traitée est observée pendant 30 minutes afin de vérifier l'absence de saignement. Au terme de cette période de surveillance, et en l'absence de tout événement hémorragique, la lésion suivante était réalisée. Au total 2 lésions sur chacun de 2 reins étaient obtenues. Le porc était sacrifié dès l'obtention des 4 lésions rénales. La survenue de tout événement hémorragique, de complications urologiques ou locales, le nombre de lésions élémentaires, l'épaisseur du parenchyme en regard de la lésion, l'élévation de température étaient consignés pour chaque rein.

Protocole de néphrectomie polaire inférieure (NPI)

Huit NPI chez 4 porcs femelles, pesant entre 30 et 37 kg, ont été effectuées pour cette série expérimentale. L'abord du rein se faisait classiquement après une laparotomie médiane à cheval sur l'ombilic chez un animal sous anesthésie générale, intubé et ventilé. Sous clampage vasculaire, le traitement consistait à exposer une "tranche" de parenchyme rénal, située en position sous hilaire, à des lésions élémentaires juxtaposées et disposées de façon circonférentielle de sorte à isoler les 2/3 inférieurs du pôle inférieur du rein. L'idée était de coaguler une "tranche"" de parenchyme rénal afin de faciliter la NP (Figure 2a). Une fois le traitement terminé, le clampage était levé. Le pôle ainsi dévascularisé était sectionné à l'aide d'un bistouri à lame froide (Figure 2b). La zone de section se situait immédiatement sous la face inférieure de la zone insonifiée. La tranche de section était ensuite observée pendant 30 minutes. En cas de saignement persistant, une ou plusieurs lésions supplémentaires pouvaient être ajoutées en regard de la zone intéressée. Le succès du traitement était défini par la possibilité d'obtention d'une hémostase parfaite grâce à l'applicateur ultrasonore sans recours à d'autres moyens hémostatiques. L'animal était enfin sacrifié après que les 2 NP aient été effectuées. Une néphrectomie complémentaire bilatérale concluait le protocole opératoire. Les temps d'ischémie chaude et de traitement, le saignement estimé, le nombre de lésions élémentaires supplémentaires, les complications locales ou urologiques éventuelles, les poids des reins réséqués et restants étaient enregistrés au décours de chaque chirurgie.

Figure 2a : Aspect macroscopique des lésions polaires inférieures après exposition aux ultrasons collimatés de haute intensité.
Figure 2b : Après section du pole inférieur, vaisseaux déclampés, noter le caractère exsangue de la section parenchymateuse.

Résultats

Etude préliminaire

Au total 20 lésions élémentaires ont été analysées. Pour un tir de 50 secondes à une intensité de 26 W/cm2, la totalité des lésions élémentaires, à l'exception de 2, étaient macroscopiquement discernables et couvrait la totalité de l'épaisseur du parenchyme rénal insonifié. Les lésions élémentaires sont comparables à des parallélépipèdes dont la base est grossièrement assimilable à la surface du transducteur. L'épaisseur moyenne de parenchyme traversée était de 27.3 mm (22-36 mm). Les températures mesurées étaient de 62±12, 59±9 et 58±11°C à 15, 20 et 25 mm de la capsule rénale en regard du transducteur. Une section intraparenchymateuse juste en dessous des lésions réalisées résultait en une absence de tout saignement dans 80% (18/20 lésions) des cas. Dans 2 cas, un suintement était observé et facilement corrigé par une nouvelle lésion élémentaire sans clampage vasculaire.

Protocole de néphrectomie polaire inférieure

Sur les 8 NPI, 7 (88.5%) étaient parfaitement exsangues immédiatement après le tir et lors des 30 minutes de surveillance. Dans 1 cas (12.5%), une artère médiorénale de gros calibre n'a pu être contrôlée malgré une seconde insonification. Le temps moyen d'ischémie chaude était de 13 minutes (8-20min) avec une durée moyenne de traitement de 6.6 minutes (5-7.5min). Entre 6 et 9 lésions (moyenne 7.8 lésions) étaient suffisantes pour "exclure" le pôle inférieur. Le saignement quantifié était dans tous les cas négligeables à l'exception du rein pour lequel l'hémostase n'a pu être obtenue. Aucune complication aiguë n'a été observée. Macroscopiquement, les lésions étaient facilement identifiables et strictement limitées à la zone insonifiée. Le poids moyen des pôles inférieurs réséqués était de 17g (11-24g) représentant en moyenne 22% du poids total du rein (14-32%).

Discussion

Avec l'incidence croissante du diagnostic des petites tumeurs rénales solides asymptomatiques [10], la néphrectomie partielle s'est rapidement imposée, au détriment de la néphrectomie élargie, comme le traitement de référence des tumeurs unifocales isolées de moins de 4 cm chez des patients avec un rein controlatéral sain [5, 13, 15]. Le développement de la chirurgie laparoscopique, qui reproduit les temps opératoires de la voie ouverte [7], est freiné dans cette indication particulière en raison de difficultés liées notamment à l'hémostase et aux temps élevés d'ischémie chaude qui en résultent.

Différentes techniques d'hémostase de la tranche parenchymateuse au cours de NP laparoscopiques ont été explorées avec des efficacités variables. Des systèmes de suture intra parenchymateuse [1, 21, 24], de garrots plus ou moins complexes [2, 4, 7], la coagulation monopolaire [11, 19] ou bipolaire, celle à l'argon [9, 11], les micro ondes [20, 25], les radio fréquences [6], le laser [16] et autres bistouris ultrasoniques [8], l'hydro-jet [18], les colles biologiques [14] ont montré des résultats satisfaisants en terme d'hémostase avec toutefois des pertes sanguines souvent non négligeables, des difficultés de mise en oeuvre et des coûts parfois prohibitifs. Au final, aucune technique n'a véritablement montré sa supériorité par rapport aux autres en terme d'efficacité hémostatique tant est délicate l'hémostase de la tranche de section.

Notre expérience initiale avec cet applicateur à UCHI a montré des résultats très prometteurs puisque 7 des 8 (87.5%) NPI étaient exsangues lors de la section parenchymateuse. Ces résultats sont d'autant plus encourageants qu'aucun autre moyen d'hémostase n'a été mis en oeuvre en dehors du traitement ultrasonore, ce qui n'était pas le cas pour beaucoup des études citées précédemment puisqu'il était régulièrement fait appel à la coagulation mono, bipolaire ou à l'argon en complément pour parfaire l'hémostase.

L'instrument que nous avons développé, grâce à son réflecteur, agit comme une pince sur le parenchyme rénal en l'écrasant, diminuant ainsi la masse sanguine dans la portion parenchymateuse à traiter et facilitant par la même l'efficacité des ondes ultrasonores. Il est fort possible que cette simple compression soit suffisante autorisant ainsi l'absence de clampage du pédicule vasculaire rénal lors des tirs. De plus, la présence de ce réflecteur permet d'optimiser le dépôt en énergie de l'onde ultrasonore, donc de majorer l'effet de nécrose de coagulation induit et son efficacité hémostatique [12]. La totalité de l'énergie acoustique générée par le transducteur contribue à l'installation de la nécrose de coagulation. En pratique, l'intérêt de ce réflecteur peut être objectivé par l'uniformité des augmentations de température enregistrées au sein du parenchyme rénal insonifié. La chute de pression liée à l'atténuation de l'onde ultrasonore dans les tissus est compensée par la superposition de l'onde réfléchie sur l'onde incidente.

Les HIFU ont été évaluées dans cette indication particulière par un certain nombre d'auteurs [17, 22, 23] avec des résultats plus ou moins concluants par rapport à notre applicateur qui fonctionne aussi avec des ultrasons de haute intensité mais non focalisés. D'une part, le caractère hautement focalisé des transducteurs HIFU et son corollaire, le faible volume lésionnel élémentaire, imposeraient pour traiter une tranche de parenchyme rénal équivalent à celui réalisé dans notre étude un nombre très important de lésions avec pour conséquences : une durée de traitement longue et une ischémie rénale prolongée. D'autre part, la technologie HIFU par la nécessité de focaliser les ultrasons impose des applicateurs dont les caractéristiques morphologiques et dimensionnelles ne permettraient pas leur utilisation dans une instrumentation coelioscopique. Enfin, par voie transcutanée, des problèmes de focalisations rendraient difficiles leur utilisation, notamment en raison des distances importantes entre transducteur et lésion rénale.

Un certain nombre de limitations à l'utilisation de notre applicateur existent pourtant en l'état actuel d'avancement de nos travaux. D'abord, nous ne disposons pas de résultat à long terme sur la stabilité de l'hémostase obtenue, ceux-ci mériteraient d'être évalué dans une future étude. Ensuite, le véritable apport de cet applicateur devrait reposer sur la possibilité de l'utiliser par voie laparoscopique. Actuellement, sa géométrie, ainsi que les conditions de mise en oeuvre du traitement, ne permettent que difficilement une utilisation laparoscopique. Des modifications de son ergonomie afin d'adapter l'applicateur aux exigences de la laparoscopie sont en cours. Parallèlement, pour traiter des reins humains plus volumineux, une idée serait de mettre en série plusieurs transducteurs afin d'augmenter la longueur des lésions induites et de traiter simultanément les faces antérieure et postérieure du rein. Ces modifications devraient permettre de coaguler simplement et efficacement le parenchyme rénal en diminuant la durée du traitement et en simplifiant considérablement les manipulations de l'applicateur. Enfin, il est probable que l'utilisation de notre applicateur n'ait pas d'action sur la fermeture de la voie excrétrice en cas d'effraction de celle-ci lors de la NP. Une prochaine étude visera à étudier ce paramètre.

Pour conclure, l'apport des ultrasons non focalisés à visée hémostatique n'avait pas encore été évalué dans cette indication de néphrectomie partielle jusqu'à notre étude. Nos résultats se sont révélés parfaitement concluants et encourageants puisqu'une hémostase parfaite était obtenue dans 87.5% des reins ayant subi une néphrectomie partielle. Ces bons résultats nous incitent à poursuivre les expérimentations afin de vérifier la stabilité dans le temps de l'hémostase induite par notre applicateur, de modifier l'ergonomie pour l'adapter à la coelioscopie enfin, d'étendre son utilisation à l'homme lors d'une étude clinique dans des indications de néphrectomie partielle. Remerciements : Les auteurs expriment leurs vifs remerciements pour leur soutien financier à l'ARC ainsi qu'à la société Edap-Technomed.

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