Etude du processus de traitement de certaines maladies par impulsions laser

Abstract

L‟Objectif principal de cette thèse est de développer un protocole de traitement des tumeurs cancéreuses ou bénignes à l‟aide des rayons laser. Le second objectif recherché est de s‟assurer que le processus de dénaturation reste confiné exclusivement dans l‟organe défectueux. Ce travail est mené dans l‟optique de pouvoir soigner certaines anomalies pouvant survenir dans les tissus du corps humain telles que : les angiomes, les condylomes et la tumeur de la trachée. Dans un premier temps, notre étude s‟est appesantie sur le mécanisme de transfert de chaleur, résultant des impulsions laser dans le tissu biologique. A ce titre, nous avons déterminé les équations gouvernantes du système. Un accent particulier a été mis sur l‟équation non linéaire de diffusion, décrivant le transport de l‟énergie laser à travers le tissu biologique. Nous avons décrit une solution analytique au problème dans une configuration simplifiée. Dans le cas fortement non linéaire, nous avons adopté l‟approche numérique. L‟équation a été résolue en utilisant une technique numérique basée sur la méthode de Runge-Kutta de quatrième et cinquième ordres avec comme intégrateur le DOPRI5. Ceci, afin d‟élucider le transfert d‟énergie thermique du rayonnement laser incident dans le tissu biologique. Les solutions ainsi obtenues sont utilisées pour préconiser des thérapies de traitement laser permettant de venir à bout de certaines formes de cancers. Pour cela, nous avons proposé une technique reposant sur deux types de lasers : le Grenat d‟Yttrium Aluminium dopé au Néodyme (Nd : YAG) et le laser à Dioxyde de carbone (CO2). Ainsi, on irradie le tissu infecté par un laser émettant un rayonnement qui est convertie en chaleur pour brûler le tissu biologique atteint. Dans un second temps, notre analyse s‟est évertuée davantage à expliciter le processus qui a cours lors de la dénaturation de la cellule conduisant à sa destruction ou son élimination totale. Ceci étant le fait d‟un couplage entre le processus naturel permanent et l‟apport additionnel d‟énergie par irradiation laser. Les effets thermiques des lasers sur les tissus biologiques ont été élucidés en utilisant l‟approche des excitations vibrationnelles des groupes peptidiques (GPs). Nous avons décrit exactement ce qui se passe dans la chaine polypeptidique une fois que l‟organe indésirable est irradié par le laser Nd :YAG. L‟irradiation laser contribue à un renforcement soudain et exagéré des fréquences et amplitudes des excitations vibrationnelles des GPs. Après avoir décrit ce modèle, qui résulte du couplage de l‟énergie induite par les irradiations des tissus biologiques avec l‟énergie naturelle générée par l‟hydrolyse de la molécule d‟ATP, nous avons déterminé les équations gouvernantes liées à ce mécanisme. Nous avons montré que le système est régi par une équation hautement non linéaire. Dans ce cas, nous avons opté aussi pour la même approche numérique. Nous avons évalué l‟épaisseur du tissu impacté par la chaleur pour trois valeurs distinctes de l‟intensité du laser incident ⁄; ⁄ et ⁄ , et avons constaté que la largeur du tissu impactée par la chaleur augmente avec l‟intensité du laser incident. Nous avons obtenu pour la valeur d‟intensité un taux de variation de la longueur de la chaîne polypeptidique d‟environ , pour il est de et pour une valeur un peu plus élevée ce taux passe à . Nous constatons que le taux de variation de la longueur de la chaîne croit avec l‟intensité du laser. Nous avons démontré que le processus de chauffage conduit à une déformation longitudinale et transversale de la chaine polypeptidique. Un choix approprié du laser peut permettre de circonscrire la destruction uniquement dans la zone défectueuse et de protéger les cellules saines. Les différentes courbes tracées permettent d‟estimer la distribution et l‟expansion spatiale de la dénaturation des protéines, afin de contrôler efficacement la propagation de la chaleur. Elles illustrent également la répartition de la température dans le tissu considéré, et aussi, l‟évolution de la variation de la température du tissu biologique irradié en fonction de la distance de pénétration du laser dans le tissu.