Brevet FR2642183A1 — publié le 19900727

L'invention concerne une fibre optique, comprenant une zone d'âme et une gaine, qui est munie, pour l'irradiation radiaire-de systèmes creux en forme de tubes avec des rayons laser couplés axialement à l'une de ses extrémités, d'au moins une surface réfléchissante à son extrémité de sortie, ainsi qu'un procédé pour la fabrication de cette fibre. La méthode de l'irradiation radiaire, notamment de systèmes creux en forme de tubes à lumière étroite, avec des rayons laser trouve de nombreuses applications non seulement dans le domaine technique mais également dans celui de la médecine, notamment dans le domaine de l'angioplastie par laser et ballon, lors de la recanalisation et de la dilatation de vaisseaux sanguins rétrécis, par coagulation thermique. Avec cette méthode, pendant l'ouverture/la dilatation au moyen d'un cathéter-ballon -de vaisseaux sanguins obstrués ou rétrécis, la paroi de vaisseau dilatée entourant la zone du ballon est soudée thermiquement, ce qui diminue considérablement le risque d'une nouvelle obstruction. Dans le cathéter, les rayons laser sont guidés dans une fibre optique, se. terminant dans le ballon, jusqu'à la région du vaisseau devant être irradiée, l'extrémité de sortie de la fibre optique devant être préparée de telle façon qu'un rayonnement radiaire uniforme des rayons laser soit obtenu. Une possibilité pour obtenir un-rayonnement radiaire uniforme consiste à pourvoir l'extrémité de sortie de la fibre optique avec des éléments dispersifs appropriés. Une telle mesure est décrite dans le document W085/05262. Ce document concerne une sonde à laser qui convient notamment à des applications chirurgicales. Cette sonde à laser se compose en substance d'une fibre optique quiSuàde les rayons laser d'un laser jusqu'à 'un corps en saphir, biaisé sous forme conique dans le sens du rayonnement, qui est couplé optiquement à l'autre extrémité de la fibre optique et à l'intérieur duquel les rayons laser sont focalisés en exploitant la réflexion totale sur les parois du cône, avant qu'ils ne sortent par la pointe du cône. Dans un mode de réalisation particulier, le document W085/05262 prévoit de former sur la pointe de cône une portion supplémentaire, de forme sensiblement sphérique et constituée par une matière de saphir présentant des centres dispersifs sous forme de bulles de gaz finement réparties, ce qui permet, en fonction de la géométrie de l'agencement, d'augmenter à volonté l'angle de divergence du rayonnement sortant par la pointe du saphir. Néanmoins, un inconvénient de -cet agencement réside dans le fait que la fixation ainsi que le couplage optique de la pointe du saphir à l'extrémité de fibre sont difficiles et dispendieux du point de vue technique. Ils impliquent notamment un élargissement sensible du diamètre de la sonde à laser. Par ailleurs, il existe un 13 risque de rupture accru dans la zone de couplage de la fibre optique flexible et de la pointe rigide du saphir, ce qui exclut des applications exigeant un guidage flexible de la sonde à laser dans des systèmes creux courbes. Les inconvénients précités sont en partie éliminés avec l'agencement connu du brevet GB-1154761 A, qui se caractérise par le fait qu'un rayonnement radiaire uniforme est obtenu en réalisant la zone d'âme de la fibre optique elle-même sous une forme conique à l'extrémité de sortie, la géométrie du cône -étant toutefois choisie, contrairement à l'agencement du document W085/05262, de telle manière que les rayons laser ne sont pas focalisés en direction de la pointe de fibre mais sont rayonnés de façon radiaire vers l'extérieur sur toute la surface du cône. Toutefois, les fibres optiques ainsi préparées présentent dans la pratique une grande sensibilité aux efforts mécaniques, notamment dans la zone de leur pointe de cône non protégée, de sorte que, même avec une manipulation prudente, il faut s'attendre à de fréquentes ruptures. Dans le cas d'applications dans le domaine médical, cela entraîne des inccrnvénients inadmissibles pour le patient. Mais même pour d'autres applications, la dépense supplémentaire de temps, de matériel et de travail rend peu rentable l'utilisation d'une telle fibre optique. La présente invention a pour but de créer une fibre optique du type décrit au début qui ne présente pas les inconvénients décrits ci-dessus, ainsi qu'un procédé pour la fabrication de cette fibre. Ce but est atteint par une fibre optique, comprenant une zone d'âme et une gaine, qui est munie, pour l'irradiation radiaire de systèmes creux en forme de tubes avec- des rayons laser couplés axialement à l'une de ses extrémités, d'au moins une surface réfléchissante à son extrémité de sortie, caractérisée par le fait que la surface réfléchissante est formée dans la zone d'âme de la fibre optique et délimite, dans la zone d'âme de la fibre optique, une cavité ouverte vers l'extrémité de sortie. -L'invention est décrite ci-après de manière détaillée. La fibre optique conforme à l'invention se caractérise par une résistance à la rupture et à la flexion accrue par rapport à l'état - de la technique, car la gaine entourant et protégeant la zone d'âme reste intacte sur toute la longueur de la fibre optique, même dans la zone de l'extrémité de sortie. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention il est prévu de donner à la cavité, délimitée par la surface réfléchissante, dans la zone d'âme de la fibre optique la forme d'un cône dont la base est tournée vers l'extrémité de sortie de la fibre optique. Par rapport au cône extérieur connu par l'état de la technique, un tel cône intérieur possède l'avantage d'une stabilité mécanique beaucoup plus importante en raison d'un moment d'inertie géométrique plus élevé. Lors de l'utilisation d'une fibre optique à âme pleine, on obtient une bonne efficacité de réflexion, si l'angle d'ouverture du cône se situe entre 45 et 90'. Conformément à l'invention il est prévu que la hauteur du cône ne drpasse pas 2 mm, afin de garantir une bonne stabilité mécanique. E) raison de ses bonnes qualités optiques et physiques, on utilise de préférence une fibre de verre quartzeux avec un diamètre d'âme allant de 200 à 600 pm. Néanmoins, la forme de la surface réfléchissante n'est nullement limitée à la gaine conique décrite précédemment. Conformément à l'invention, la surface peut avoir une forme quelconque, dans la mesure o elle provoque un rayonnement radiaire uniforme des rayons laser vers l'extérieur. En raison de la fabrication moins problématique, on préférera des surfaces réfléchissantes présentant une courbure régulière à des surfaces avec des points d'irrégularité définis, tels que des pointes ou des arêtes. De telles surfaces peuvent par exemple avoir une forme ellipsoïdale, paraboloïdale ou sphérique, mais elles peuvent également constituer des formes intermédiaires de différents types fondamentaux géométriques. Un mode de réalisation préféré de l'invention prévoit de former la surface réfléchissante de telle manière que la cavité dans la zone d'âme de la fibre optique présente la forme d'un cône avec une pointe arrondie. Ce mode de réalisation présente l'avantage que, d'une part, un rayonnement radiaire uniforme des rayons laser est obtenu et, d'autre part, la formation dispendieuse et compliquée de la pointe de cône est éliminée du processus de fabrication. Pour augmenter l'action dispersive, un autre mode de réalisation préféré de l'invention prévoit de revêtir la cavité sur sa face intérieure avec une couche en matière réfléchissante ou dispersive, n'absorbant pas le rayonnement laser. Du point de vue technique de fabrication il est facile de revêtir la cavité avec un film métallique par exemple par vaporisation, pulvérisation ou par d'autres procédés semblables, ou bien d'appliquer sur la face intérieure une poudre d'une matière appropriée. Lors de l'application d'une couche de poudre régulière il est particulièrement avantageux, en ce qui concerne la dépense, de remplir simplement toUik la cavité avec la poudre. En raison de se grande capacité de réflexion, de la poussière métallique est particulièrement bien adaptée. Un mode de réalisation préféré prévGit l'utilisation de sulfate de baryum en tant que matière dispersive, car son action en tant que dispersant de phase 26 4 2 1 8 3 - efficace est connue et car il est en outre très peu coûteux et facile à obtenir. La poudre de matière réfléchissante ou dispersive introduite dans la cavité augmente non seulement la capacité de dispersion mais également la résistance mécanique de l'extrémité de sortie de la fibre optique. La couche de poudre ou le volume de poudre introduit dans la cavité est protégé efficacement contre des efforts mécaniques agissant à partir de l'extérieur. De préférence, la cavité est fermée à son extrémité ouverte par une bille métallique, ce qui fait que la part des rayons laser continuant à sortir de l'extrémité de fibre dans le sens axial subit également une réflexion en arrière. Dans un mode de réalisation préféré on utilise une bille d'or en raison de sa bonne résistance à la corrosion. Les surfaces réfléchissantes peuvent être formées de manière simple au moyen d'un usinage au laser, de préférence au moyen d'un laser pulsé, émettant dans la plage des UV, dans la zone d'âme de la fibre optique. Des procédés de corrosion chimique conviennent de la même manière. La fibre optique conforme à l'invention peut être utilisée de préférence dans l'angioplastie par laser et ballon, et dans ce cas elle est introduite dans le canal central d'un cathéter-ballon 'en vue du sondage thermique de la paroi de vaisseau dilatée dans la zone du ballon, au moyen de rayons laser. Sa stabilité mécanique conjuguée à une grande flexibilité et sa caractéristique de rayonnement particulière à l'extrémité de sortie, ainsi que le risque de blessure pour la matière du ballon ou les tissus mous environnants qui est sensiblement réduit par rapport aux fibres optiques avec une extrémité de sortie pointue, connues par l'état de la technique, en font une fibre tout à fait adaptée à cette utilisation. Or, la fibre optique conforme à l'invention présente de l'intérêt non seulement en ce qui concerne son utilisation dans l'angioplastie, mais elle peut être employée notamment aussi dans le domaine de la thérapie photodynamique pour l'irradiation de tumeurs 2642 1 8 3 à foyers multiples dans des lumières étroites, ou bien directement pour la recanalisation palliative de tumeurs dans l'appareil respiratoire ou digestif. De même, une fibre optique de ce type présente de l'intérêt dans le domaine de la neurochirurgie. L'invention est décrite ci-après de manière détaillée à l'aide de différents modes de réalisation en liaison avec les dessins, sur lesquels la figure 1 représente dans une vue schématique en coupe longitudinale l'extrémité de sortie -d'une fibre optique qui est pourvue, conformément à l'invention, d'une cavité conique, et, à titre d'exemple, la marche des rayons pour quelques rayons laser à l'extrémité de sortie, la figure 2 représente dans la même illustration que la figure i l'extrémité de sortie d'une fibre optique, la surface réfléchissante étant courbée de façon régulière, la figure 3 représente la même vue que la figure 1, la face intérieure de la cavité conique étant revêtue d'une couche d'une poudre de matière dispersive, la figure 4 représente la même vue que la figure 1, la cavité conique étant entièrement remplie avec une poudre d'une matière dispersive, la figure 5 représente la même vue que la figure 1, la cavité conique étant fermée à son extrémité' ouverte par une bille métallique, et la figure 6 représente un exemple d'application de la fibre optique conforme à l'invention de la figure 3, dans l'angioplastie par cathéter-ballon. La figure 1 montre l'extrémité de sortie pour les rayons laser d'une fibre optique 1 conforme à l'invention, qui présente une zone d'âme 2 et une gaine 9. La surface réfléchissante 4 délimite une - cavité 5 dans la zone d'âme 2 de la fibre optique 1, cavité qui possède, conformémenL à un mode de réalisation -préféré de l'irnventicn, la forme d'un cône. La flèche indique la direction d'incidence des rayons laser. Les rayons laser 6, 7, 8, qui sont guidés dans la fibre optique 1 dans le sens axial et tombent à l'extrémité de sortie sur la surface réfléchissante 4i sont totalement réfléchis par cette dernière et sortent latéralement de la fibre optique. Dans la figure 3, la surface réfléchissante 4 est revêtue, en vue de l'amélioration de l'action dispersive, avec une poudre de matière dispersive 10, ce qui fait qu'un rayon laser 11 pénétrant dans la cavité à à travers la surface réfléchissante 4 est dispersé plusieurs fois sur la poudre, avant de sortir de la fibre optique. Dans la figure 4, toute la cavité 5 est entièrement remplie avec la poudre de matière dispersive 10. Notamment la part des rayons laser qui continuerait à quitter la fibre optique 1 à son extrémité de sortie dans le sens axial subit de ce fait, comme montré à l'aide de l'exemple du rayon laser 12, encore plusieurs changements de direction. La figure 5 montre un autre mode de réalisation préféré de l'invention. Dans ce mode de réalisation, la cavité 5 conique est fermée par une bille métallique 16, ce qui provoque une réflexion en arrière de tous les rayons laser sortant par l'ouverture du cône. Cela est illustré à l'aide de l'exemple de la marche d'un rayon laser 18. La figure 6 montre en tant qu'exemple d'application d'une fibre optique conforme à l'invention l'utilisation de celle-ci dans l'angioplastie par laser et ballon. Une fibre optique 1 conforme à l'invention, dont l'extrémité de sortie 20 correspond au mode de réalisation représenté dans la figure 4 est introduite dans le canal central d'un cathéter- ballon 22 jusqu'à ce que son extrémité de sortie se trouve dans la zone du ballon 24. Le cathéter-ballon 22 est dirigé dans le vaisseau sanguin 26 obstrué qui est à nouveau élargi par dilatation du ballon 24. Dans la zone du ballon 24 dilaté, la fibre optique 1, dans laquelle passe le rayonnement laser, est déplacée dans un mouvement de va-et-vient, le rayonnement laser 28 rayonné de façon radiaire Par l'extrémité de sortie 20 de la fibre optique 1 soudant thermiquement les tissus 30 environnants de la paroi 32 du vaisseau. 2 6 4 2 183 Un mode de réalisation préféré de l'invention est décrit ci- après à l'aide d'un exemple de réalisation. Dans cet exemple, on a utilisé une fibre de verre quartzeux avec un diamètre extérieur de 450 et-un diamètre d'âme de 400 pa. La hauteur du cône, formé dans la zone d'âme au moyen d'un procédé de corrosion chimique, avec pointe arrondie était de 480 pm. La cavité a été remplie avec une poudre de BaSO4 et ensuite fermée avec une bille d'or d'un rayon de 250 pm. La bille d'or a été fixée à l'extrémité de la fibre optique par une colle transparente aux rayons laser. L'extrémité de fibre optique préparée de la manière décrite ci-dessus a permis d'obtenir un bon rayonnement radiaire uniforme. evenc[iC_i.QD S 1. Fibre optique, comprenant une zone d'âme et une gaine, qui est munie, pour l'irradiation radiaire de systèmes creux en forme de tubes avec des rayons laser couplés axialement à l'une de ses extrémités, d'au moins une surface réfléchissante à son extrémité de sortie, caractérisée par le fait que la surface réfléchissante (4) est formée dans la zone d'âme (2) de. la fibre optique (1) et délimite, dans la zone d'âme (2) de la fibre optique (1), une cavité (5) ouverte vers l'extrémité de sortie. 2. Fibre optique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la cavité (5) présente la forme d'un cône dont la base est tournée vers l'extrémité de sortie de la fibre optique (1). 3. Fibre optique seIon la revendication 2, caractérisée par le fait que la fibre optique (1) est une fibre optique à âme pleine et l'angle d'ouverture du cône se situe entre 45 et 90 . 4. Fibre optique selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la hauteur du cône est 5. Fibre optique selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle est une fibre de verre quartzeux et le diamètre de la zone d'âme se situe entre 200 et 600 pm. 6. Fibre optique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la surface réfléchissante (4) est courbée de manière régulière. 7. Fibre optique selon l'une des revendications 1 & 6, caractérisée par le fait que la cavité (5) est recouverte à l'intérieur d'une couche (10) d'une matière réfléchissante ou dispersive, n'absorbant pas le rayonnement laser. 8. Fibre optique selon la revendication 7, caractérisée par le fait que la couche est un film métallique. 9. Fibre optique selon la reVeidication 7, caractérisée par le fait que la couche est constituée pr une poudre réfléchissante ou dispersive. 10. Fibre optique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que la cavité (5) est entièrement remplie d'une poudre (10) constituée par une matière dispersive ou réfléchissante, n'absorbant pas le rayonnement laser. 11. Fibre optique selon la revendication 9 ou 10, caractérisée par le fait que la poudre réfléchissante est une poussière métallique. 12. Fibre optique selon la revendication 9 ou 10, caractérisée par le fait que la poudre réfléchissante est une poudre de sulfate de baryum. 13. Fibre optique selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée par le fait que la cavité (5) est fermée à son extrémité ouverte par un corps possédant une surface réfléchissante. 14. Fibre optique selon la revendication 13, caractérisée par le fait que le corps est une bille métallique. 15. Fibre optique selon la revendication 14, caractérisée par le fait que, en tant que métal, on utilise de l'or. 16. Procédé pour la fabrication d'une fibre optique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la cavité (5) est formée dans la zone d'âme (2) de la fibre optique (1) au moyen d'un laser pulsé, émettant dans la plage des UV. 17. Procédé pour la fabrication d'une fibre optique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la cavité (5) est formée dans la zone d'âme (2) de la fibre optique (1) au moyen d'un procédé de corrosion chimique. 18. Utilisation de la fibre optique selon l'une des revendications 1 à 15 dans l'angioplastie par laser et ballon pour le soudage thermique d'une paroi de vaisseau (32) dilatée dans la zone du ballon (24), au moyen de rayons laser, la fibre optique (1) étant introduite dans le canal central d'un cathéter-ballon (22).