Étude de l’échauffement d’implants médicaux soumis à des champs magnétiques basses fréquences.

Contexte et objectifs : Les progrès de la médecine ont permis de développer et de démocratiser une large gamme de dispositifs médicaux implantables. Ces dispositifs sont majoritairement métalliques et sont donc susceptibles d’interagir avec les champs électromagnétiques environnants, notamment de s’échauffer par induction. L’objectif de cette étude est de proposer une méthodologie de caractérisation de l’échauffement d’implants métalliques soumis à des champs magnétiques basses fréquences représentatifs de certains environnements industriels. Méthode : L’étude combine modélisation et expérimentation. D’un point de vue théorique, l’échauffement résulte du couplage entre les équations de l’électromagnétisme et celles de la thermique. Le courant induit au sein de la prothèse par la variation temporelle du champ magnétique, conformément à la loi de Maxwell-Faraday, va générer par effet Joule une puissance thermique. La dissipation de cette énergie d’origine électromagnétique dans les tissus avoisinants est décrite par l’équation de Pennes. Pour faciliter la comparaison à l’expérimentation, nous avons considéré un cas simplifié : pas de dissipation due à la perfusion sanguine et absence de chaleur métabolique. La résolution numérique a été réalisée par la méthode des éléments finis. D’un point de vue expérimental, nous avons considéré un disque de cuivre (⌀ = 94 mm, épaisseur = 0,3 mm) pour représenter une prothèse. Une telle géométrie permet de calculer analytiquement la puissance thermique. Pour s’affranchir des effets de convection de l’air, et se rapprocher des conditions réelles d’implantation, le disque est placé au sein d’un isolant thermique. Pour ce faire, avons utilisé un gel d’huile (SEBS). La caractérisation des propriétés thermiques de ce dernier a été réalisée par la méthode du plan chaud semi-infini et par identification entre mesures et simulations. Pour échauffer l’implant nous avons positionné celui-ci au centre d’un solénoïde, de façon à maximiser le flux magnétique à travers le disque. Le champ magnétique incident, de fréquence 25 kHz, est appliqué avec une intensité de 0,6 mT crête pendant 15 minutes. L’échauffement est mesuré au niveau du disque à l’aide de sondes de température optiques offrant une insensibilité aux perturbations électromagnétiques. Résultats : L’élévation de température mesuré dans les conditions décrites ci-dessus, montre un échauffement de 1,8 degC par rapport à la température ambiante. L’évolution de la température simulée suit la courbe expérimentale dans son intervalle de confiance. Conclusion et perspectives : La bonne adéquation entre les simulations numériques et l’expérimentation, permet de conclure que les modèles numériques utilisés sont suffisamment prédictifs pour estimer l’échauffement d’implant dans des situations plus complexes. En effet les travaux présentés ici constituent la première étape vers une étude plus complète visant à estimer le risque d’échauffement pour les travailleurs implantés.

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