Iontophorèse

1. a.

   $$J=\frac{I}{A}=\frac{2\text{mA}}{5c{m}^2}=0,4mA/c{m}^2$$

   b.

   $$J=\frac{I}{A}\Rightarrow I=J\cdot A$$

   Pour rester sécuritaire, on a des marges de $J\le 0,5mA/c{m}^2$ ou $J\le 1,0mA/c{m}^2$ selon l’électrode. On va utiliser la plus petite de ces valeurs par sécurité :

   $$I=J\cdot A=0,5mA/c{m}^2\cdot 5c{m}^2=2,5mA$$

   c. Le calcul de la dose, en $mA\cdot min$ est donné par

   $$\text{dose}=I\cdot \Delta t$$

   On aura donc

   $$t=\frac{\text{dose}}{I}=\frac{50mA\cdot min}{2,5mA}=20min$$

2. Dans le traitement par iontophorèse, on veut faire migrer les ions du médicament dans les tissus. Pour ce faire, on veut utiliser la force électrique. En appliquant les électrodes, on impose une différence de potentiel entre les électrodes, ce qui entraine l’apparition d’un champ électrique partout dans les tissus. Le champ électrique va causer une force électrique sur les ions du médicament et les forcer à migrer dans les tissus.

3. Le courant électrique est causé par la dérive des charges électriques (les ions dans le cas des tissus). Le champ électrique que l’on fait apparaitre dans les tissus va causer une force électrique sur les ions et les forcer à se déplacer dans le sens de la force. Les charges vont donc dériver dans cette direction et causer le courant.

4. Une explication rapide serait de dire que les charges de même signe se repoussent et donc on doit placer le médicament sur l’électrode négative comme ses ions sont négatifs. Une réponse plus complète serait comme suit: pour forcer les ions négatifs du médicament dans les tissus, la force électrique doit être orientée vers les tissus (et non vers l’électrode). Comme les ions sont négatifs, la force sera dans le sens contraire du champ. On doit donc choisir l’électrode pour laquelle le champ pointe vers l’électrode, ce qui correspond à l’électrode négative (le champ “sort” des + et “entre” dans les -).

5. Ici, plusieurs réponses sont possibles. Voici un exemple :

   On choisit des électrodes de $5c{m}^2$. On va d’abord choisir un courant sécuritaire pour que $J\le 0,5mA/c{m}^2$. Avec les électrodes choisies et une densité de courant choisie à $J=0,4mA/c{m}^2$, ça donne :

   $$\begin{gathered} J=\frac{I}{A} \\ \Rightarrow I=J\cdot A \\ I=0,4mA/c{m}^2\cdot 5c{m}^2=\boxed{2mA} \end{gathered}$$

   Ensuite, on peut calculer la durée pour obtenir la dose demandée:

   $$\begin{gathered} \text{dose}=I\cdot \Delta t \\ \Rightarrow \Delta t=\frac{\text{dose}}{I} \\ \Delta t=\frac{60mA\cdot \text{min}}{2mA}=\boxed{30\text{min}} \end{gathered}$$

   Vous pouvez suivre cette démarche pour trouver d’autres combinaisons en changeant les électrodes et la densité de courant $J$ (en respectant le critère de sécurité).

6. On peut reprendre l’explication de la question 4 ici. La force électrique sur un ion positif sera dans le sens du champ électrique. Comme le champ est orienté de l’électrode positive vers la négative, l’ion positif va subir une force vers l’électrode négative et va migrer dans cette direction.

7. Pour l’iontophorèse, on veut faire migrer les ions dans une direction (dans les tissus). Pour ce faire, on doit avoir une force sur les ions qui est toujours dans la même direction. On doit donc établir un champ électrique entre les électrodes et ce champ doit garder la même orientation; il faut donc conserver la polarité des électrodes tout au long du traitement, ce qui correspond à un régime en courant continu. En courant alternatif, les électrodes changent de polarité plusieurs fois par secondes (selon la fréquence). Cela signifie que le champ électrique change constamment d’orientation et les ions vont osciller autour de leur position sans déplacement net, au lieu de migrer dans les tissus.

8. On veut garder une dose de $30mA\cdot \text{min}$ avec un temps plus court. On doit donc augmenter le courant pour pouvoir diminuer le temps :

   $$\text{dose}=I\cdot \Delta t$$

   On va donc choisir un courant plus grand, mais en respectant la limite de $4mA$ pour rester dans les marges sécuritaires. Ici, comme on ne connait pas la taille des électrodes, on ne peut pas vérifier la condition sur la densité de courant. Si on choisit un courant de $3mA$, on peut alors calculer la nouvelle durée de traitement:

   $$\begin{gathered} \text{dose}=I\cdot \Delta t \\ \Rightarrow \Delta t=\frac{\text{dose}}{I}=\frac{30mA\cdot \text{min}}{3mA} \\ \boxed{\Delta t=10\text{min}} \end{gathered}$$

Tens

1. La durée de l’impulsion est liée à la période $T$. On a :

   $$T=\frac{1}{f}=\frac{1}{15}=0,0667s$$

   La période représente le temps entre deux cycles :

   On voit donc que la durée de l’impulsion sera donnée par la moitié de la période dans ce type d’onde (qui n’est pas pulsée). La durée sera donc

   $$\text{Dureˊe}=T/2=0,0334s=33,4ms$$

2. Le tens à haute fréquence correspond au conventionnel. Il vise à contrôler la douleur en stimulant les fibres sensorielles (portillon). Le tens à basse fréquence est plutôt le mode CIDN, qui vise à stimuler la production d’endorphines en stimulant les nerfs moteur. Bien que leurs fréquences diffèrent, c’est surtout le choix de la durée d’impulsion et de l’intensité du courant qui font déterminer quelles fibres (nerveuses ou musculaires) sont stimulées (courbe intensité-durée).

3. 

4. 

5. 

6. Pour ce type de courant, on a :

   1. Une onde biphasique asymétrique
   2. La fréquence est de $66,7Hz$ ($f=1/T=1/(15\times 10^{-3})$)
   3. La durée d’impulsion est de $120\mu s$
   4. L’intensité est de $12mA$

7. La modulation d’amplitude signifie que l’amplitude varie dans le temps. Voici un exemple de courant en modulation d’amplitude:

Interférentiel

1. La fréquence de battement est donnée par $|f_2-f_1|=|4010-4000|=10Hz$

2. La fréquence élevée de la porteuse pour l’interférentiel ($4000Hz$ par exemple) permet de diminuer l’impédance des tissus, qui agissent comme un condensateur :

   $$Z\propto \frac{1}{f}$$

   Ainsi, plus la fréquence du signal est grande, plus l’impédance $Z$ va diminuer, ce qui va permettre au courant le pénétrer plus facilement et en profondeur dans les tissus. On se rappellera quand même que c’est la fréquence de battement qui importe pour le traitement et non la fréquence de la porteuse. En effet, une fréquence de $4000Hz$ ne permet pas à elle seule la dépolarisation des fibres nerveuses, car les ions n’auront pas le temps de se déplacer et d’influencer le potentiel électrique de la membrane suffisamment pour atteindre le seuil de dépolarisation.

3. L’impédance $Z$ est l’équivalent de la résistance pour les courants alternatifs. Plus l’impédance est grande, plus le milieu résiste au passage (ou au déplacement) des charges électriques. La conductivité des tissus est inversement proportionnelle à l’impédance. Cela veut dire que plus l’impédance est petite, plus la conductivité est grande.

4. Lorsqu’on compare les tissus à un condensateur, cela signifie que les tissus ont tendance à accumuler des charges électriques de part et d’autre de milieux isolants (comme la membrane cellulaire par exemple). Une conséquence de cela est que l’impédance des tissus peut être comparée à celle d’un condensateur :

   $$Z=\frac{1}{2\pi fC}$$

   On voit donc que plus la fréquence $f$ est grande, plus l’amplitude diminue et donc le courant pourra plus facilement circuler dans les tissus à haute fréquence.

NMES

1. En Tens, on veut contrôler la douleur en utilisant soit le portillon (Tens conventionnel) ou le CIDN (production d’endorphines). En NMES, on cherche à causer une contraction musculaire soutenue. Bien que le Tens en CIDN va causer des contractions musculaires, elles ne seront pas soutenues (“twitch”). C’est donc la fréquence qui va faire la différence.

2. Pour le Tens en CIDN, chaque contraction causée sera distincte de la suivante, avec une fréquence de signal entre 1 et 10 Hz. Pour la NMES, on aura plutôt une sommation temporelle des contractions, avec une fréquence entre $20Hz\le f\le 70Hz$. Cela va causer une contraction musculaire soutenue.

3. Les électrodes vont imposer une différence de potentiel (d.d.p.) dans les tissus. Cette d.d.p. va entrainer l’apparition d’un champ électrique $\vec{E}$ dans les tissus. Le champ va causer une force sur les ions et causer leur déplacement. Les ions déplacés vont modifier la répartition des charges électriques à l’extérieur de la membrane de l’axone du nerf moteur. Ce changement dans la répartition des charges va modifier la d.d.p. entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule. Une fois que la d.d.p. de la cellule va atteindre le seuil de $-55mV$, le mécanisme de dépolarisation va s’enclencher et entrainer la production d’un potentiel d’action qui va se propager dans l’axone pour déclencher la contraction musculaire.

Rétroaction biologique

1. La stimulation neuromusculaire (NMES) va utiliser un courant pour causer une contraction musculaire, alors que la rétroaction biologique va mesurer l’activité musculaire produite par le patient pour lui donner de l’information sur la qualité de sa contraction. En résumé, NMES cause une contraction alors que biofeedback mesure la contraction.

2. Le signal mesuré par l’électromyographie (EMG) utilisée pour la rétroaction biologique est très faible. Or, le corps du patient ainsi que les électrodes et leurs fils agissent comme des antennes qui captent les ondes électromagnétiques environnantes et vont ajouter du bruit dans le signal et rendre la mesure impossible. On utilise donc une 3e électrode (le “ground” ou mise à la terre) pour permettre d’éliminer le signal parasite qui provient de l’environnement et ne conserver que ce qu’on veut mesurer, c’est-à-dire le signal provenant de l’activité musculaire entre les électrodes.

3. Le signal brut de l’électromyographie sera d’abord amplifié pour augmenter l’amplitude du signal. Ensuite, il sera redressé pour ramener la portion négative du signal du côté positif. Sans ce redressement, la moyenne du signal serait nulle (autant de signal négatif que positif). Finalement, on va faire une moyenne du signal redressé pour ne garder que la forme de l’enveloppe du signal. C’est cette enveloppe qui va augmenter et diminuer selon l’activité musculaire du patient et qui servira à produire la rétroaction visuelle ou auditive qui va informer le patient sur la qualité de sa contraction.

4. L’EMG va mesurer l’activité musculaire. Chaque fois qu’un potentiel d’action de la fibre musculaire (MFAP) va traverser une fibre musculaire, le potentiel électrique de chaque électrode va être modifié. C’est donc les MFAP qui sont à l’origine du signal. Cependant, comme les tissus entre les fibres musculaires et les électrodes vont influencer le signal en provenance des fibres musculaires et que plusieurs MFAP vont se produire dans toutes les fibres musculaires de toutes les unités motrices recrutées par la contraction, le signal mesuré sera plutôt la somme de toutes ces activités. On va donc plutôt parler de MUPs, les potentiels des unités motrices. Ainsi, les électrodes vont capter le signal provenant de chaque MUP provenant de chaque unité motrice recrutée.

5. Le potentiel d’action de la fibre musculaire (MFAP) est la source fondamentale du signal que l’on veut mesurer avec les électrodes. Lors du passage d’un MFAP, la distribution des charges électriques de la membrane va changer localement. Comme le potentiel électrique dans les tissus varie en fonction de la manière dont les charges électriques sont distribuées, le passage d’un MFAP va faire varier le potentiel électrique à l’endroit où se trouvent les électrodes. En mesurant la différence de potentiel entre les électrodes en fonction du temps, on peut déduire le passage du MFAP et donc le relier à la contraction. L’EMG va mesurer la somme des MUP (potentiel d’unité motrice), qui se trouve à être la somme de tous les MFAP de toutes les fibres de chaque unité motrice recrutée dans la contraction.

Physique

1. La loi d’Ohm représente la relation entre le courant et la différence de potentiel. Pour un milieu de résistance $R$ constante, on voit que le courant $I$ sera proportionnel à la différence de potentiel (d.d.p.) $\Delta V$. Ainsi, en augmentant la tension de $5V$ à $10V$ par exemple, on va également doubler le courant $I$.

2. Le champ électrique décrit l’influence des charges sur leur environnement. Par définition, le champ se mesure en $N/C$ et nous informe sur la force électrique que va subir une charge électrique $q$ qui se trouve dans ce champ électrique. La relation entre les deux est

   $$\vec{F}=q\vec{E}$$

Ultrasons

1. a. On choisit une fréquence de 3 MHz.

   b. Une profondeur de 1,2 cm correspond à une structure superficielle. La fréquence de 3 MHz permet une absorption plus superficielle de l’énergie, ce qui est plus approprié.

2. a. Le ligament talo-fibulaire antérieur est une structure superficielle, généralement située à environ 1 cm de profondeur.

   b. On choisit une fréquence de 3 MHz.

   c. Une structure superficielle nécessite une fréquence élevée afin de concentrer l’énergie près de la surface.

3. a. La profondeur est estimée entre 0,5 et 1 cm, donc superficielle.

   b. La surface à traiter est estimée entre 4 et 6 cm².

   c. On choisit une fréquence de 3 MHz.

   d. On choisit une tête avec un ERA d’environ 2 cm².

   e. La fréquence de 3 MHz est utilisée pour les structures superficielles.
   Une petite tête permet d’obtenir un ratio surface/ERA adéquat, idéalement entre 2 et 3.

4. a. Formule :

   $$\text{Dureˊe}=1\text{min}\cdot \left(\frac{\text{Surface}}{\text{ERA}}\right)\cdot (\text{ratio d’impulsion})$$

   Substitution :

   $$\text{Dureˊe}=1\cdot \left(\frac{10}{5}\right)\cdot (1+4)$$ $$\text{Dureˊe}=1\cdot 2\cdot 5$$

   Résultat :

   $$\text{Dureˊe}=10\text{min}$$

5. a. Formule :

   $$\text{Dureˊe}=1\text{min}\cdot \left(\frac{\text{Surface}}{\text{ERA}}\right)\cdot (\text{ratio d’impulsion})$$

   Substitution :

   $$\text{Dureˊe}=1\cdot \left(\frac{15}{5}\right)\cdot 1$$ $$\text{Dureˊe}=1\cdot 3\cdot 1$$

   Résultat :

   $$\text{Dureˊe}=3\text{min}$$

6. a. Une profondeur de 0,8 cm correspond à une structure superficielle.

   $$f=3\text{MHz}$$

   b. En phase aiguë, on utilise un mode pulsé avec un ratio élevé OFF.

   $$\text{mode}=1:4(20\%)$$

   c. Formule :

   $$\text{Dureˊe}=1\text{min}\cdot \left(\frac{\text{Surface}}{\text{ERA}}\right)\cdot (\text{ratio d’impulsion})$$

   Substitution :

   $$\text{Dureˊe}=1\cdot \left(\frac{12}{4}\right)\cdot 5$$ $$\text{Dureˊe}=1\cdot 3\cdot 5$$

   Résultat :

   $$\text{Dureˊe}=15\text{min}$$

7. a. Une profondeur de 3,5 cm correspond à une structure profonde.

   $$f=1\text{MHz}$$

   b. En phase chronique, on utilise un mode proche du continu.

   $$\text{mode}=1:1(50\%)\text{ou continu}$$

   c. Formule :

   $$\text{Dureˊe}=1\text{min}\cdot \left(\frac{\text{Surface}}{\text{ERA}}\right)\cdot (\text{ratio d’impulsion})$$

   Substitution :

   $$\text{Dureˊe}=1\cdot \left(\frac{18}{6}\right)\cdot 2$$ $$\text{Dureˊe}=1\cdot 3\cdot 2$$

   Résultat :

   $$\text{Dureˊe}=6\text{min}$$

8. a. 
   

   Le mode continu peut produire des effets thermiques en plus des effets non thermiques, tandis que le mode pulsé favorise des effets non thermiques.

   b. Le mode continu est utilisé en phase chronique pour augmenter la température des tissus.
   Le mode pulsé est utilisé en phase aiguë pour favoriser la guérison sans augmenter significativement la température.

a.
Le ERA représente la surface effective de la tête qui émet réellement les ultrasons. Elle est généralement donnée par l’appareil.

b.
Le ratio surface/ERA permet de déterminer la durée de traitement et d’assurer une distribution uniforme de l’énergie. On gardera le ratio entre $0,5$ et $4$ pour que le traitement soit efficace.

10. Effets non thermiques :

    • cavitation stable

      C’est la variation de la taille de bulles de gaz présentes dans les tissus sous l’effet des variations de pression produites par l’onde ultrasonique

    • micro-massage (micro-courants)

      Stimulation mécanique des tissus par l’oscillation des structures cellulaires sous l’effet des ultrasons.

    • Écoulement acoustique (courant acoustique)

      C’est l’écoulement des fluides dans la direction de propagation des ultrasons

11. On doit bouger la tête d’application en raison de :

    • Non-uniformité du faisceau. L’énergie fournie par les ultrasons n’est pas uniforme dans les tissus et il peut y avoir des points qui reçoivent une plus grande concentration d’énergie. Si on ne déplace pas la tête d’application, une accumulation de chaleur peut causer des lésions à ces endroits (points chauds)

    • Ondes stationnaires. La réflexion des ondes à l’interface des tissus peut faire apparaitre des ondes stationnaires. Cela crée des zones de forte et de faible pression, ce qui peut entrainer des dommages locaux aux tissus.

Ondes de choc

1. Une onde de choc est une onde mécanique de pression. Elle se caractérise par une impulsion très brève et une pression élevée, sans effet thermique significatif.

2. Les ondes de choc ne sont pas continues car ce sont des impulsions de pression très brèves, suivies d’une réponse du milieu, contrairement à une onde sinusoïdale continue.

Paramètre	Ultrasons	Ondes de choc
Forme d’onde	Sinusoïdale	Impulsion
Amplitude	Faible	Très forte
Régime	Continu	Discontinu

4. Ordre de grandeur :

   $$0,1\text{ aˋ }1\text{MPa}$$

   Conversion :

   $$1\text{ aˋ }10\text{bar}$$

   Cela correspond à des pressions élevées appliquées sur un temps très court.

5. La mécanotransduction est la conversion d’une stimulation mécanique en réponse biologique.

   Les ondes de choc induisent des contraintes mécaniques (compression, cisaillement) qui déclenchent des réponses cellulaires telles que :

   • migration cellulaire
   • prolifération
   • différenciation
   • apoptose

6. Solution

   • Conversion de la pression
   $$3\text{bar}=3\times 10^5\text{Pa}$$
   • Calcul de l’intensité
   $$\begin{gathered} I=\frac{p^2}{Z} \\ I=\frac{(3\times 10^5{)}^2}{1,70\times 10^6} \\ I\approx 5,29\times 10^4{\text{W/m}}^2 \end{gathered}$$
   • Énergie par unité de surface pour une impulsion
   $$\frac{E}{A}=I\Delta t$$

   avec

   $$\Delta t=0,5\text{ms}=5\times 10^{-4}\text{s}$$

   Donc :

   $$\begin{gathered} \frac{E}{A}=(5,29\times 10^4)(5\times 10^{-4}) \\ \approx 26,5{\text{J/m}}^2 \end{gathered}$$
   • Conversion en mJ/mm²

   On a :

   $$1{\text{J/m}}^2=0,001{\text{mJ/mm}}^2$$

   Donc :

   $$26,5{\text{J/m}}^2=0,0265{\text{mJ/mm}}^2$$

   L’énergie transmise par unité de surface pour une impulsion est d’environ :

   $$0,0265{\text{mJ/mm}}^2$$

   L’énergie totale par unité de surface pour les 2000 coups sera donc:

   $$\boxed{0,0265{\text{mJ/mm}}^2\ast 2000=53{\text{mJ/mm}}^2}$$

Laser

1. a. Calculons l’énergie:

   $$\begin{gathered} E=\text{dose}\cdot \text{surface} \\ E=5{\text{J/cm}}^2\cdot 1c{m}^2 \\ E=5\text{J} \end{gathered}$$

   b. Conversion de la puissance en Watt:

   $$P=100\text{mW}=0,1\text{W}$$

   Calcul du temps de traitement:

   $$\begin{gathered} t=\frac{E}{P} \\ t=\frac{5}{0,1} \\ t=50\text{s} \end{gathered}$$

2. a. On calcule l’énergie :

   $$\begin{gathered} E=\text{dose}\cdot \text{surface} \\ E=4{\text{J/cm}}^2\cdot 1{\text{cm}}^2 \\ E=4\text{J} \end{gathered}$$

   b. On convertit la puissance en Watt:

   $$P=200\text{mW}=0,2\text{W}$$

   On applique la formule pour trouver le temps:

   $$\begin{gathered} t=\frac{E}{P} \\ t=\frac{4{\text{J/cm}}^2}{0,2\text{W}} \\ t=20\text{s} \end{gathered}$$

   c.

   Le nombre de points sera obtenu en divisant la surface totale par la surface d’un point (typiquement $1{\text{cm}}^2$):

   $$\begin{gathered} N=\frac{\text{surface totale}}{\text{surface d’un point}} \\ N=\frac{12{\text{cm}}^2}{1{\text{cm}}^2} \\ N=12\text{points} \end{gathered}$$

   d. Le temps total sera obtenu en calculant le temps pour 1 point et en multipliant par le nombre de points:

   $$\begin{gathered} t_{\text{total}}=N\cdot t_{\text{un point}} \\ {t}_{\text{total}}=12\text{points}\cdot 20\text{s par point} \\ {t}_{\text{total}}=240\text{s} \end{gathered}$$

3. a. Trouvons l’énergie totale à fournir:

   $$\begin{gathered} E=\text{dose}\cdot \text{surface} \\ E=3{\text{J/cm}}^2\cdot 15{\text{cm}}^2 \\ E=45\text{J} \end{gathered}$$

   b. On convertit d’abord la puissance en Watt:

   $$P=300\text{mW}=0,3\text{W}$$

   On peut alors calculer le temps:

   $$\begin{gathered} t=\frac{E}{P} \\ t=\frac{45\text{J}}{0,3\text{W}} \\ t=150\text{s} \end{gathered}$$

4. a. Trouvons l’énergie totale à fournir:

   $$\begin{gathered} E=\text{dose}\cdot \text{surface} \\ E=4{\text{J/cm}}^2\cdot 20{\text{cm}}^2 \\ E=80\text{J} \end{gathered}$$

   b. On convertit la puissance crête en Watt

   $$P_{\text{creˆte}}=400\text{mW}=0,4\text{W}$$

   On calcule ensuite la puissance moyenne en considérant le % du mode pulsé ($50\%$):

   $$P_{\text{moy}}=P_{\text{creˆte}}\cdot \text{50\%}$$

   substitution

   $$\begin{gathered} P_{\text{moy}}=0,4\text{W}\cdot 0,5\text{\%} \\ {P}_{\text{moy}}=0,2\text{W} \end{gathered}$$

   c. Pour trouver le temps total de balayage, on divise l’énergie totale par la puissance moyenne:

   $$\begin{gathered} t=\frac{E}{P_{\text{moy}}} \\ t=\frac{80}{0,2} \\ t=400\text{s} \end{gathered}$$

5. Le laser possède trois propriétés fondamentales :

   • monochromatique : une seule longueur d’onde
     → Absorption par certains chromophores des tissus. C’est la caractéristique principale recherchée en thérapie

   • cohérent : photons en phase
     → l’énergie du laser est mieux répartie sur la surface du faisceau

   • collimaté : faible divergence du faisceau
     → meilleure précision lors de l’application et maintien de l’intensité avec la distance (pointeur laser)

Ces propriétés permettent de déposer l’énergie de manière plus ciblée et efficace dans les tissus.

Les principaux mécanismes d’interaction sont :

• réflexion
• transmission
• diffusion
• absorption

L’effet principalement recherché en thérapie est l’absorption, car elle permet le transfert d’énergie lumineuse vers les tissus, ce qui entraîne des effets biologiques.

La longueur d’onde influence l’interaction avec les tissus car les coefficients d’absorption en dépendent.

• les longueurs d’onde plus courtes sont plus absorbées en surface
• les longueurs d’onde plus longues sont moins absorbées en surface et pénètrent plus profondément dans les tissus

La puissance correspond à l’énergie (fournie ou dissipée) à chaque seconde, tandis que l’énergie représente la quantité totale (fournie ou délivrée).

$$P=\frac{E}{t}$$

où $P$ est la puissance en watts, $E$ l’énergie en joules et $t$ le temps en secondes.

Une même quantité d’énergie peut être délivrée :

• rapidement avec une puissance élevée
• lentement avec une puissance faible

Cela influence :

• la durée du traitement
• la densité de puissance appliquée ($W/c{m}^2$)
• les effets biologiques

Lorsqu’un photon interagit avec un atome excité, il peut induire l’émission d’un second photon identique.

Ce photon possède :

• la même énergie (même longueur d’onde)
• la même direction
• la même phase

Ce phénomène est au coeur du fonctionnement du laser et permet l’amplification de la lumière dans la cavité optique du laser.

Il explique les propriétés du laser :

• cohérence
• monochromaticité
• directionnalité

Lorsqu’un photon est émis de manière spontanée :

• la direction du photon est aléatoire
• sa phase est aléatoire
• les photons émis de cette manière ne sont pas cohérents les uns avec les autres

Lorsqu’un photon est émis de manière stimulée :

• les photons ont la même direction
• la même phase
• les photons sont cohérents les uns avec les autres

Le laser repose sur l’émission stimulée, contrairement aux sources lumineuses classiques comme le soleil ou une ampoule.

La photobiomodulation est l’influence de la lumière sur les processus biologiques.

Le mécanisme principal est :

• absorption des photons par des chromophores
• augmentation de la production d’ATP
• augmentation de l’efficacité du travail des cellules
• stimulation de la réparation cellulaire

Ces effets peuvent entraîner :

• une amélioration de la cicatrisation
• une diminution de la douleur
• une régénération des tissus

Seule l’énergie absorbée peut être transférée aux tissus.

Sans absorption :

• aucun transfert d’énergie
• aucun effet biologique

L’absorption dépend :

• de la longueur d’onde
• des chromophores présents dans les tissus

Deux paramètres importants sont :

• la longueur d’onde :

  • détermine quels chromophores absorbent l’énergie
  • influence la profondeur de pénétration

• énergie (dose) :

  • détermine la quantité d’énergie délivrée aux tissus
  • une dose trop faible est inefficace
  • une dose trop élevée peut réduire ou empêcher l’effet

Diathermie

Réponses

La diathermie est une modalité qui utilise un champ électromagnétique oscillant à haute fréquence pour transférer de l’énergie aux tissus, entraînant un échauffement par dissipation de l’énergie dans les tissus.

Ces fréquences sont réservées aux applications médicales afin de limiter les interférences électromagnétiques.
À ces fréquences élevées :

• on évite la stimulation nerveuse
• on facilite la pénétration des champs dans les tissus

Deux mécanismes principaux produisent la chaleur :

• courants ioniques → pertes résistives (effet Joule)
• rotation des dipôles (molécules polaires, comme l’eau) → pertes diélectriques

Ces mécanismes assurent la conversion de l’énergie électromagnétique en chaleur.

Un champ électrique oscillant est appliqué entre deux électrodes.
Ce champ :

• induit des courants dans les tissus
• fait “bouger” les dipôles (comme dans la vidéo du ppt) → polarisation des dipôles, rotation des dipôles

L’énergie électrique est alors dissipée dans les tissus et dépend de l’impédance. Les tissus avec la plus grande impédance vont dissiper plus d’énergie.

Un champ magnétique variable induit un champ électrique dans les tissus , ce qui génère des courants induits (courants de Foucault ou “eddy currents”).
Ces courants dissipent l’énergie électrique sous forme de chaleur. Comme les courants induits apparaissent surtout dans les tissus conducteurs, l’échauffement se produit principalement dans ces tissus.

La différence repose sur la manière dont le champ est appliqué :

• mode capacitif : champ électrique appliqué directement
• mode inductif : champ magnétique qui induit un champ électrique (et donc courants induits)

Dans les deux cas, l’échauffement provient des courants dans les tissus.

La distribution dépend des propriétés électriques des tissus :

• mode capacitif : le champ est concentré dans les tissus à forte impédance (ex. tissu adipeux)
• mode inductif : les courants induits apparaissent surtout dans les tissus conducteurs (ex. muscle)

Tous les tissus reçoivent de l’énergie, mais la répartition diffère.

Pas exactement. Les champs électrique et magnétique pénètrent dans tous les tissus, mais :

• le mode inductif dépose davantage d’énergie dans les tissus conducteurs profonds
• le mode capacitif concentre davantage l’énergie dans les tissus résistifs en surface

Il s’agit d’une différence de distribution d’énergie, et non de pénétration du champ.

À haute fréquence (ordre du MHz), les variations du champ sont trop rapides pour permettre une dépolarisation efficace des membranes nerveuses.
Les charges oscillent localement sans générer de courant excitable à l’échelle cellulaire.