Étude numérique du courant acoustique et des contraintes de cisaillement induits par les ultrasons pour la manipulation des caillots sanguins

Pourquoi fragmenter les caillots sans médicaments est important

Les caillots sanguins dans les veines et les vaisseaux cérébraux peuvent obstruer la circulation et provoquer un AVC, un infarctus ou des embolies pulmonaires potentiellement mortelles. Les traitements actuels reposent principalement sur des anticoagulants ou des agents thrombolytiques, qui sauvent des vies mais augmentent aussi le risque d’hémorragies graves et ne conviennent pas à tous les patients. Cette étude examine une alternative non médicamenteuse et non invasive : utiliser des ultrasons réglés avec précision pour agiter le fluide autour d’un caillot de façon suffisamment intense pour que le caillot se fragmente spontanément.

Utiliser le son pour pousser sur une obstruction invisible

Les chercheurs se sont concentrés sur un effet subtil appelé courant acoustique. Lorsqu’un faisceau ultrasonique traverse un fluide, il n’entraîne pas seulement des ondes : il peut aussi provoquer un écoulement lent mais soutenu, comme un vent léger sous l’eau. Près d’une obstruction telle qu’un caillot, cet écoulement peut se transformer en petits tourbillons qui entraînent la surface du caillot et génèrent une force tangentielle appelée contrainte de cisaillement. Si cette contrainte dépasse la résistance mécanique du caillot, les fibres internes peuvent se rompre et la masse commence à se fragmenter. Plutôt que d’ajouter des médicaments pour affaiblir le caillot, l’équipe a demandé si le seul courant acoustique, créé par des paramètres ultrasonores réalistes, pouvait atteindre ces niveaux de contrainte.

Construire un vaisseau sanguin numérique

Pour répondre à cette question, les auteurs ont construit un modèle informatique détaillé d’un vaisseau sanguin contenant un caillot, en utilisant le logiciel de simulation COMSOL Multiphysics. Ils ont représenté le vaisseau comme un tube bidimensionnel et le caillot comme une région elliptique présentant un comportement visqueux épais semblable à un fluide. Une source ultrasonore, modélisée par un transducteur plat au‑dessus du caillot, émettait des ondes continues dans le vaisseau. En couplant deux ensembles d’équations — l’un décrivant la propagation des ondes acoustiques et l’autre décrivant l’écoulement des fluides — ils ont calculé comment le champ ultrasonore générait du courant autour du caillot et quelles contraintes de cisaillement apparaissaient à sa surface selon différentes conditions.

Trouver les bons réglages sonores

L’équipe a fait varier systématiquement trois facteurs clés : la position du caillot par rapport au transducteur, la fréquence des ultrasons et l’intensité (pression) des ondes sonores. Ils ont constaté que le courant et la contrainte de cisaillement évoluaient de manière complexe et non linéaire lorsque le caillot se déplaçait le long du vaisseau, signature des motifs d’ondes stationnaires formés par les ondes incidentes et réfléchies. À certaines positions, de forts tourbillons se formaient de part et d’autre du caillot et engendraient des contraintes intenses ; à d’autres, l’écoulement était beaucoup plus faible. La fréquence jouait aussi un rôle. Les très basses fréquences pénètrent bien mais présentent des risques d’effets indésirables comme une activité de cavitation incontrôlée, tandis que les fréquences très élevées sont rapidement absorbées et converties principalement en chaleur. Autour de 2 MHz, le modèle prédit une zone favorable où le courant reste fort sans absorption excessive, ce qui rend cette plage particulièrement intéressante pour une application thérapeutique.

Quelle intensité sonore est nécessaire

En augmentant progressivement la pression acoustique, les chercheurs ont montré que la contrainte de cisaillement à la surface du caillot augmentait de façon régulière puis tendait à se stabiliser lorsque la résistance visqueuse du fluide équilibrant la force motrice intervenait. Dans des conditions optimisées — environ 2 MHz et 2 MPa de pression acoustique avec le caillot placé à un emplacement favorable — la contrainte calculée a culminé autour de 10,9 pascals, soit plus du double d’un seuil estimé à 4,1 pascals nécessaire pour commencer à rompre le réseau interne du caillot. Le modèle a aussi exploré un scénario plus réaliste où la paroi vasculaire était plus épaisse, comme cela peut se produire en cas de pathologie. Dans ce cas, une plus grande partie du son était perdue avant d’atteindre le caillot, et la contrainte initiale tombait à environ 2,7 pascals. Une augmentation modérée de la pression pouvait l’élever à environ 3,0 pascals, mais ce niveau restait inférieur au seuil de fragmentation, soulignant comment les tissus corporels entre la peau et le vaisseau peuvent atténuer l’effet.

Prochaines étapes vers un traitement des caillots plus sûr

Globalement, les simulations suggèrent que le courant induit par les ultrasons peut, en principe, générer suffisamment de contrainte mécanique pour fragmenter des caillots sans recourir à des agents thrombolytiques, à condition que les réglages sonores et la géométrie soient favorables. Parallèlement, le travail met en évidence des réserves importantes : le modèle actuel utilise des structures de vaisseau et de caillot simplifiées, suppose l’absence d’écoulement sanguin de fond et place même le transducteur à l’intérieur du vaisseau plutôt que sur la peau. Les auteurs soutiennent qu’il est nécessaire de développer des modèles tridimensionnels plus réalistes, d’intégrer des parois vasculaires déformables, un flux sanguin mobile et des essais expérimentaux. Néanmoins, leurs résultats cartographient des plages prometteuses de fréquence, de pression et de positionnement, et indiquent le courant acoustique comme un élément potentiel pour de futures thérapies par ultrasons plus sûres.

Citation: Hisham, A., Hassan, M.A. & Wahba, A.A. Numerical investigation of ultrasound-induced acoustic streaming and shear stress for blood clot manipulation. Sci Rep 16, 12891 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44521-5

Mots-clés: thérapie des caillots par ultrasons, courant acoustique, thrombus sanguin, contrainte de cisaillement, modélisation informatique