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Complications possibles à Long terme de la Lipoplastie Assistée par Ultrasons Induite par la Sonoluminescence, la Sonochimie et l’Effet Thermique

La lipoplastie assistée par ultrasons est devenue une procédure courante pour l’extraction de la graisse, avec la liposuccion sous vide conventionnelle. Il existe une tendance à assimiler la lipoplastie assistée par ultrasons à la liposuccion sous vide, mais il est important de souligner que chacune utilise des modes et des techniques physiques totalement différents pour extraire la graisse. Des recherches comparant l’efficacité de la lipoplastie assistée par ultrasons à la liposuccion sous vide ont été rapportées et continuent d’être évaluées.

Depuis son utilisation précoce par Zocchi1-3 et Maillard et al., 4 beaucoup d’expérience et de connaissances ont été acquises concernant les effets secondaires et les complications. Bien que des effets secondaires à court terme tels que brûlures, infection, fibrose, sérome et coagulation des vaisseaux sanguins et des nerfs aient déjà été notés et rapportés, des complications à long terme sont possibles.

Des études récentes ont rapporté l’utilisation d’une lipoplastie assistée par ultrasons sur le poitrin4 et l’extraction de volumes élevés de graisse. L’accent doit être mis sur les effets à long terme de la lipoplastie assistée par ultrasons sur les jeunes patients lorsque des zones sensibles telles que la tête, le cou et le sein sont traitées et lorsque l’énergie ultrasonore de haute intensité est appliquée à proximité des principaux vaisseaux sanguins et des nerfs.

La compréhension communément admise de la physique de l’énergie ultrasonore affectant le tissu environnant implique les effets thermiques, cavitationnels et mécaniques. Un examen approfondi de la littérature concernant la chimie et la physique de l’énergie ultrasonore, cependant, révèle un mécanisme plus détaillé et complet qui peut contribuer aux effets néfastes de l’énergie ultrasonore dans les systèmes biologiques. Ce mécanisme comprend trois facteurs majeurs qui peuvent créer des complications à long terme lorsqu’ils sont associés à une lipoplastie assistée par échographie:

  • La sonoluminescence, ou la conversion du son en lumière, qui peut produire des rayons ultraviolets et éventuellement des rayons X mous

  • La sonochimie, qui se traduit par une variété de sous-produits de radicaux libres

  • Effet thermique sur les tissus mous profonds, qui pourrait avoir des séquelles tardives telles que le phénomène de type ulcère de Marjolin

L’opinion selon laquelle l’utilisation de l’échographie n’a pas de risque substantiel est largement répandue. Cette étude examine les risques potentiels liés à la transformation de l’énergie ultrasonore de haute intensité et ses éventuels effets dangereux à long terme sur les tissus mous.

La physique de la Sonoluminescence

L’énergie ultrasonore est générée par la conversion de l’énergie électrique par un cristal piézoélectrique situé dans la pièce à main de la canule. L’énergie ultrasonore émise par le transducteur peut créer une cavitation — l’expansion et l’effondrement rapide d’une minuscule bulle en solution — avec une énergie suffisante pour produire le phénomène de sonoluminescence. Les bulles, qui sont créées et soutenues par des ondes sonores dans un liquide, cavitent dans le champ sonore et émettent un rayonnement corporel noir, révélant un spectre non structuré qui, dans l’eau, s’étend de la région infrarouge culminant à environ 190 nm. À cette longueur d’onde, l’intensité d’émission la plus élevée est détectée. Cette longueur d’onde équivaut à 25 000 K. Cependant, ce n’est en aucun cas la température réelle atteinte lors de l’effondrement de la bulle, car les molécules d’eau commencent à absorber la lumière à cette longueur d’onde. La sonoluminescence observée à partir de liquides organiques est associée à une température beaucoup plus basse, mais l’introduction d’une solution tumescente dans le tissu irradié avec de l’énergie ultrasonore crée un milieu aqueux pour une cavitation à plus haute énergie. Dans des travaux expérimentaux in vitro, le bombardement de la bulle d’air par l’énergie ultrasonore en milieu aqueux dans une plage comprise entre 20 kHz et 1 MHz provoque son expansion en raison d’une chute de la pression acoustique, ce qui entraîne une augmentation d’environ 25 fois son diamètre jusqu’à un diamètre de 100 µm. Lorsque l’onde sonore atteint la moitié de son cycle, l’intérieur de la bulle est pratiquement vide, car le gaz est fortement dispersé. Après avoir atteint le diamètre maximum, la pression acoustique commence à augmenter et la différence de pression qui en résulte entre l’intérieur et l’extérieur conduit à l’effondrement rapide de la bulle. Lorsque la bulle se comprime, la température à cœur peut atteindre 72 000 ° K et même jusqu’à 10 millions de degrés Kelvin, et la sonoluminescence — l’émission de lumière dans le spectre des rayons X visibles, ultraviolets et même mous – peut se produire. Le diamètre de la bulle rebondit de haut en bas pendant une courte période de temps, puis une nouvelle rafale de son peut créer l’effet à nouveau. La lueur de la lumière semble être continue, bien qu’en réalité elle clignote en cycles très rapides d’une durée d’environ 50 psec.5 Il existe plusieurs autres explications au mécanisme d’émission de lumière, mais ce qui précède est le plus facilement accepté.

En sonoluminescence, comme on appelle le processus de conversion du son en lumière, la bulle concentre l’énergie des vibrations acoustiques d’un facteur de 1 billion. Autrement dit, la longueur d’onde sonore qui entraîne la bulle est de quelques centimètres de long, mais la lumière est émise par une région de dimensions atomiques. La cavitation provoquée par l’énergie ultrasonore émise par le transducteur lors du processus de lipoplastie assistée par ultrasons peut créer un phénomène similaire générant une sonoluminescence.

Les effets biologiques de la Sonoluminescence

Les effets biologiques devraient être complexes et dépendants de plusieurs variables. Bien que les conditions physiques pour la création de la sonoluminescence puissent être anticipées avec des machines de lipoplastie assistées par ultrasons, la sonoluminescence devrait être à peine détectable dans l’émulsion créée par la désintégration des tissus et des cellules lors d’une cavitation de haute intensité créée par irradiation par ultrasons sur les tissus mous.

Vona et coll.6 ont montré une sonoluminescence d’émissions ultraviolettes proches d’environ 250 nm et un soutien marginal pour la production de photons d’énergie plus élevée, y compris éventuellement des émissions d’ultraviolets lointains et de rayons X mous biologiquement dommageables dans le lithotripteur d’ondes de choc extracorporelles, provoquant une cavitation au niveau de la zone focale d’une onde de choc extracorporelle. Carstensen et coll.7 ont montré que l’énergie des ultrasons n’est pas spécifique au tissu adipeux uniquement. Les auteurs démontrent la lyse des érythrocytes par exposition à des ondes continues d’ondes ultrasonores de 1 MHz. « Les observations de sonoluminescence sont toutes cohérentes avec une hypothèse selon laquelle les cellules sont lysées par cavitation acoustique inertielle (transitoire). « 7

La plupart de la littérature concernant ce phénomène, bien qu’observé dans un environnement de laboratoire distinct, peut indiquer la quantité et les niveaux d’énergie à l’intérieur de l’extrémité de la canule utilisés dans les machines de lipoplastie assistées par ultrasons standard. Celle-ci est généralement comprise entre 50 et 150 W/cm2, à une fréquence d’environ 20 kHz.

Sonochimie

La propagation des ondes ultrasonores à travers un milieu est composée de cycles de compression et de raréfaction. La bulle s’effondre pendant la partie de compression, et, en raison de la température élevée créée lors de cet effondrement, des liaisons chimiques de molécules piégées dans la cavité se rompent. Il est donc suggéré que les chercheurs intéressés par la réaction sonochimique choisissent des solvants à basse pression de vapeur et des solutés à haute pression de vapeur. Les mécanismes suggérés pour les réactions sonochimiques impliquent toujours des radicaux libres. Ces radicaux libres sont un sous-produit de la brève température élevée associée à la compression adiabatique des bulles dans le processus de cavitation. Cependant, d’autres interprétations de la réaction sonochimique impliquent des ions; ces théories sont basées sur d’énormes gradients électriques qui se développent avec l’effondrement de la bulle.

Les produits générés par les effets des ultrasons par cavitation et sonoluminescence et des rayonnements ionisants sur une variété de molécules de chaîne carbonée sont nettement similaires.8 La technique de résonance de spin électronique est utilisée pour déterminer les caractéristiques de la variété de radicaux libres formés dans les milieux biologiques par analyse du spectre de résonance de spin électronique de l’adduit.9

Ondes acoustiques équivalentes à environ 110 dB sont nécessaires pour générer le mouvement de bulle caractéristique de la sonoluminescence.

L’énergie de l’effondrement est suffisamment puissante pour séparer les molécules dans les bulles. Les molécules dissociées émettent de la lumière lorsqu’elles se recombinent. Cet effet, appelé chimiluminescence, a été signalé pour la première fois par Virginia F. Griffing de l’Université catholique en 1952. Il accompagne la cavitation transitoire et a été utilisé pour initier des processus chimiques inhabituels.5

Les effets biologiques de la sonochimie

Les effets sélectifs de la sonochimie n’ont pas été établis. L’activité sonochimique a été signalée comme une cause d’effets biologiques indésirables de l’exposition aux ultrasons in vitro et in vivo. Les radicaux hydroxyle et hydrogène créés au cours de la réaction chimique dans les milieux aqueux peuvent réagir avec l’ARN et l’ADN et entraîner une altération de la séquence nucléique.10 Liebeskind et coll.11 ont montré que les ondes ultrasonores d’intensités diagnostiques peuvent affecter l’ADN des cellules animales. Les radicaux libres peuvent détruire les cellules en réagissant directement avec l’ADN ou en provoquant une peroxydation des membranes cellulaires et organites, une perturbation de la matrice intracellulaire et une altération d’importants processus enzymatiques protéiques.12 Il a été démontré que de faibles intensités ultrasonores créent des réactions sonores de l’acide nucléique par les radicaux hydrogène et hydroxyle dans des solutions aqueuses à des niveaux aussi bas que 1,7 W/cm2.13 La thymine et l’uracile se sont avérés être les acides nucléiques les plus réactifs aux radicaux libres dans les sonoréactions avec une intensité seuil d’environ 0,5 W / cm2.14 La cinétique de la sonoréaction de la thymine dépend du premier ordre et de l’ordre zéro de la température. La dégradation de la thymine par ondes ultrasonores se fait par addition de radical hydroxyle à la double liaison 5-6 de la thymine, avec dégradation ultérieure en cis-glycol et en trans-glycol. La vitesse chimique de la réaction de la thymine peut être suffisamment importante pour produire un « changement chimique substantiel pendant la sonication prolongée des systèmes vivants. »13 Des effets sonoluminescents et sonochimiques ont été notés en conjonction avec des dispositifs de phacoémulsification, pouvant entraîner la formation de radicaux libres d’oxygène entraînant des lésions endothéliales cornéennes en chirurgie.15

« La thérapie sonodynamique est une nouvelle modalité prometteuse pour le traitement du cancer basée sur l’effet synergique sur la destruction des cellules tumorales par combinaison d’un médicament (généralement un photo-sensibilisant) et d’ultrasons. » 16 Miyoshi et coll.16 ont montré le « mécanisme d’action sonodynamique qui impliquait la photoexcitation du sensibilisant par la lumière sonoluminescente, avec formation ultérieure d’oxygène singulet. »

Riesz et coll.17 ont observé la production de radicaux méthyle par sonolyse à 50 kHz d’acétone d’eau saturée d’argon et de mélanges d’acétonitrile d’eau. Harrison et coll.18 a étudié l’effet des ondes ultrasonores tonales sur les médicaments cytotoxiques et a démontré la potentialisation de la cytotoxicité clonogénique de l’hydrochlo-ride de doxorubicine (Adriamycine) et de la diaziquone et la production de radicaux hydroxyles dans des milieux aqueux à des intensités aussi faibles que 0,4 W / cm2.

Les radicaux libres sont des substances hautement réactives et devraient réagir instantanément avec les tissus environnants. Les produits de dégradation résiduels, y compris les radicaux libres produits par l’utilisation de la canule solide lors d’une lipoplastie assistée par ultrasons, ne sont que partiellement aspirés du corps et peuvent être plus préoccupants, car une plus grande quantité de matière réactive est laissée dans le sous-sol de la peau pendant une période de temps plus longue.

L’effet thermique

L’exposition d’un milieu aqueux ou d’un tissu à une irradiation par ultrasons génère des degrés variables de chaleur en fonction de la quantité d’énergie ultrasonore absorbée dans le milieu affecté. Le faisceau d’ultrasons traversant le tissu est partiellement absorbé, créant un gradient d’élévation de température le long des profondeurs du tissu sur l’axe du faisceau. La température élevée créée à la suite de l’effondrement de la bulle est limitée à l’emplacement de la bulle, dont la taille est estimée à 100 µm. Cependant, la majeure partie du liquide irradié est également chauffée lorsque le rayonnement ultrasonore de 100 W/cm 2 traverse 50 ml de solution maintenue à une température d’acétone carbonique de -78° C. La température mesurée au bout de 3 heures d’irradiation est d’environ -10° C. L’augmentation de la température est en corrélation avec l’intensité des ultrasons, comme l’ont démontré ter Haar et Hopewell19, bien qu’elle ait été mesurée à une plage de faible intensité de 1,5 à 3 W / cm2 seulement. L’augmentation de la température des tissus est fonction de la conduction et de la convection, avec un degré différent de signification de la perfusion sanguine du tissu, atteignant l’équilibre après une élévation ou une chute de température linéaire initiale après une augmentation de la perfusion tissulaire.

La lipoplastie assistée par ultrasons est une procédure qui expose le tissu sous-cutané à une énergie ultrasonore de haute intensité, générant des températures élevées, en particulier lorsque des machines à haute énergie sont utilisées. L’application de l’hyperthermie induite par l’énergie des ultrasons a endommagé l’endothélium des vaisseaux sanguins dans un modèle porcin.20 L’effet thermique de la sonde ne devrait pas être limité à son diamètre mais dépasse ses bords.21 L’application externe d’énergie ultrasonore dans la plage de 1,5 à 3 W / cm2 à 0.75 MHz sur la peau entraîne une élévation maximale de la température à des distances variables sous la peau, avec des bulles d’air entre le transducteur et la peau ou des bulles dans la couche sous-cutanée, ce qui peut entraîner un échauffement localisé excessif. Plus la fréquence des ultrasons est basse, plus l’intensité requise pour générer la formation spontanée de bulles est faible.

L’effet thermique ne crée aucun changement morphologique détectable dans le tissu cérébral des mammifères à des températures inférieures à 43 ° C et avec de faibles intensités d’énergie ultrasonore lorsqu’il est maintenu pendant moins de 10 minutes.22 À une faible plage d’énergie, lorsque la température est basse, la cavitation est la principale cause de lésions tissulaires et donc d’une plus grande importance que l’effet thermique (qui provoque des lésions tissulaires à des températures plus élevées). L’augmentation de la température devrait être beaucoup plus élevée lorsqu’elle est exposée à une lipoplastie assistée par ultrasons à haute énergie, ce qui impliquerait des effets délétères importants sur les tissus irradiés. Les premières images d’endoscopie montrant ce qui semble être des vaisseaux nerveux et sanguins intacts peuvent représenter des fibres nerveuses dégénérées par la chaleur et des vaisseaux sanguins coagulés.

L’effet thermique de la machine de lipoplastie assistée par ultrasons est corrélé à la quantité d’énergie appliquée, au niveau d’hydratation du liquide tumescent et au temps d’exposition. Bien que l’effet thermique puisse entraîner une fibrose et un resserrement de la peau, l’effet à long terme sur les tissus mous profonds n’a pas encore été étudié. Le soi-disant

« Effet ulcéreux de Marjolin » peut évoluer dans le tissu cicatriciel profond post-brûlure.

Facteurs de risque croissants de la lipoplastie assistée par ultrasons

  • Durée de la chirurgie – Plus la chirurgie est longue, plus l’exposition potentielle aux effets néfastes de l’irradiation aux rayons ultraviolets et aux rayons X mous, des radicaux libres et de l’effet thermique est élevée.

  • Intensité énergétique – Bien que les machines à énergie plus élevée soient plus efficaces, celles-ci correspondent à un risque de dommage plus élevé.

  • Type de tissu – Des travaux cliniques récents ont été rapportés avec une lipoplastie assistée par échographie sur le tissu mammaire, ce qui devrait susciter des inquiétudes concernant le développement ultérieur de modifications cancérogènes. La lipoplastie assistée par ultrasons de la tête, du cou et des tissus à proximité des principaux vaisseaux sanguins et des nerfs doit être évaluée en raison de l’application d’une énergie élevée à proximité des structures sensibles.

  • Âge du patient – L’application de la technique de lipoplastie assistée par ultrasons à de jeunes patients peut augmenter leurs risques de complications ultérieures, telles que le rayonnement ultraviolet et les rayons X tardifs et l’effet thermique.

Discussion

L’énergie ultrasonore a été utilisée dans diverses applications médicales, diagnostiques et thérapeutiques. Ces dernières années, il y a eu un intérêt accru pour son utilisation en chirurgie plastique esthétique, en particulier pour son application en lipoplastie interne assistée par ultrasons et récemment, en lipoplastie externe assistée par ultrasons. Des phénomènes physiques, chimiques et biologiques complexes et défavorables peuvent résulter de l’énergie ultrasonore appliquée aux tissus mous. L’utilisation externe des énergies ultrasonores dans les instruments thérapeutiques a été considérée comme sûre, sans effets significatifs à des intensités inférieures à 100 mW / cm2 de crête spatiale, intensité moyenne temporelle en champ libre dans l’eau.23 Des effets biologiques nocifs de l’irradiation par ultrasons de faible intensité sur le développement prénatal des souris ont été observés.24 Une altération de la croissance squelettique associée à l’utilisation d’une exposition thérapeutique aux ultrasons comprise entre 3 et 4 W / cm2 et des modifications de la structure osseuse avec des niveaux d’exposition aussi bas que 0,5 à 1 W / cm2 ont été rapportées, et par conséquent une thérapie par ultrasons impliquant d’autres organes cibles et dans d’autres conditions spécifiées a été contre-indiquée.25 L’énergie des ultrasons a été démontrée dans des travaux expérimentaux pour avoir des effets sonoluminescents, sonochimiques et thermiques. En raison de la complexité du processus de cavitation et des nombreuses variables qui influencent son résultat in vivo, l’exposition aux ultrasons qui produit des dommages biologiques dans une situation peut ne pas produire d’activité ou d’effet de cavitation dans une autre situation.26 Néanmoins, l’énergie ultrasonore de haute intensité à ces niveaux doit être utilisée avec une extrême prudence lors de l’extraction de graisse à haut volume, dans les zones tissulaires sensibles telles que le sein, la tête et le cou, dans les tissus à proximité des principaux vaisseaux sanguins et des nerfs et lorsqu’elle est appliquée chez de jeunes patients.

Dans ses études, Zocchi13 affirme que dans la lipoplastie assistée par ultrasons, les tissus adipeux sont sélectivement ciblés par l’action chirurgicale par ultrasons. Nous pouvons maintenir correctement la lipoplastie assistée par ultrasons affecte les tissus adipeux, mais si nous prenons en compte les effets physiques, chimiques et biologiques de l’énergie ultrasonore à des intensités élevées, nous pouvons nous attendre à ce qu’elle affecte un éventail beaucoup plus large de tissus. On s’attend à ce que les radicaux libres, la sonoluminescence et la température élevée ne soient pas sélectifs pour affecter les tissus mous et puissent être la principale cause d’effets indésirables à long terme de l’irradiation par ultrasons de haute intensité sur les tissus profonds. La sélectivité de la lipoplastie assistée par ultrasons peut être déterminée par la force de différents types de tissus et se manifesterait par le taux d’aspiration des tissus. La force des tissus expliquerait également la quantité minimale de saignements avec aspiration par lipoplastie assistée par ultrasons par rapport aux méthodes conventionnelles.27 Diverses publications attestent de la non sélectivité de l’énergie ultrasonore sur les tissus biologiques. Dans plusieurs expériences menées in vivo sur des souris de laboratoire, de graves dommages aux tissus hépatiques et intestinaux ont été produits avec une irradiation de 800 kHz à des intensités de 1 à 25 W / cm2. Des lésions tissulaires se sont produites dans la profondeur de la zone ciblée, avec des zones de saut et parfois avec deux bandes parallèles de dommages corrélées à 0,4 de longueur d’onde. Il y avait des nodules de nécrose hémor-rhagique dispersés dans les tissus normaux. Les dommages ont d’abord été observés à un seuil de 1.8 W / cm2, avec des dommages croissants corrélés à l’intensité croissante de l’énergie et à la durée de l’exposition.21

Le mécanisme communément admis de fragmentation tissulaire dans la lipoplastie assistée par ultrasons est soit la cavitation de bulles de gaz qui explosent sélectivement les cellules graisseuses, soit les effets mécaniques de l’énergie ultrasonore sur les tissus.27 Les processus qui peuvent se produire dans un organisme vivant exposé à l’effet de cavitation de l’énergie ultrasonore et les effets exacts de ces réactions chimiques, physiques et biologiques complexes peuvent être difficiles à déterminer, en raison du fait que les conditions dans lesquelles se produisent la sonoluminescence et la sonochimie, ainsi que les augmentations de température, varient considérablement avec l’énergie, la fréquence, l’amplitude de la course et la surface de la pointe des ultrasons. Les conditions environnantes telles que la quantité de solution tumescente dans l’espace intercellulaire, la température corporelle basale, la densité, la saturation en gaz, les ondes stationnaires, la fixation cellulaire, la perfusion sanguine, l’agitation de la solution et la pression sont également prises en compte lorsque les effets de l’énergie ultrasonore sur un organisme vivant sont pris en compte.28 L’irrigation du tissu avec une solution tumescente et l’irradiation avec de l’énergie ultrasonore peuvent être les facteurs prédisposants pour provoquer une cavitation à proximité immédiate du tissu affecté, avec une intensification ultérieure des effets sonochimiques et sonoluminescents. La limitation de la formation de radicaux libres dans ces conditions peut être obtenue par l’ajout de charognards à la solution tumescente. À faible exposition à l’énergie ultrasonore, l’effet de cavitation (sonoluminescence et sonochimie) est important; à une énergie plus élevée, cependant, une augmentation de la température devient le facteur dominant qui dicte l’effet sur le système biologique.29 Les valeurs pertinentes de chaque mécanisme doivent être étudiées.

Avant la dernière décennie, les applications de la technologie des ultrasons en médecine étaient restées dans les limites des objectifs diagnostiques et thérapeutiques, en utilisant une plage d’énergie allant jusqu’à 1 à 3 W / cm2. Dans la lipoplastie assistée par ultrasons, le niveau d’énergie ultrasonore utilisé est de 30 à 50 fois plus élevé, avec des applications allant jusqu’à 150 W / cm2 dirigées vers les tissus centraux et avec une dose d’énergie beaucoup plus élevée absorbée dans l’espace sous-cutané.

Conclusion

Une machine à haute énergie peut être efficace pour l’extraction des graisses, mais elle augmente le risque de produits sonochimiques et d’effets sonoluminescents et à haute température. La toxicité énergétique des ultrasons et les dommages à l’ADN ont été démontrés au niveau moléculaire. Bien que la quantité de rayonnement et de radicaux libres à l’extrémité du transducteur n’ait pas encore été déterminée, une exposition prolongée, comme dans une lipoplastie à volume élevé, peut s’accumuler à des niveaux dangereux. Les tissus biologiquement sensibles, tels que le sein chez les femmes et les hommes, ne doivent pas du tout être exposés à ces niveaux d’énergie ultrasonore. D’éventuelles modifications biologiques à long terme résultant d’une lipoplastie assistée par échographie chez de jeunes patients peuvent provoquer des modifications de l’ADN et des effets cancérigènes à long terme.

L’application de nouvelles technologies aux systèmes biologiques comporte le risque de provoquer des effets secondaires imprévus. La technique de l’échographie peut sembler un outil parfait pour l’extraction sélective des graisses des espaces sous-cutanés, mais les conséquences possibles devraient limiter son utilisation en chirurgie plastique esthétique jusqu’à ce que d’autres travaux expérimentaux établissent et assurent sa sécurité à long terme.

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