Brevet FR2644699A1 — publié le 19900928

i Procédé et dispositif d'irradiation de cavités à partir de l'intérieur ". La présente invention concerne un procédé d'irradiation de cavités creuses à partir de l'intérieur, en réalisant une irradiation aussi régulière que possible de l'ensemble de la surface. L'invention concerne également un dispositif pour l'irradiation de cavités à partir de l'intérieur. De tels procédés et dispositifs sont utilisés pour irradier la paroi de cavité comme par exemple des organes internes creux, à l'aide de la lumière. Il est important de réaliser une répartition régulière de la lumière sur toute la paroi de la cavité. Cette homogénéité est nécessaire, par exemple pour le traitement photodynamique intégral de tumeurs avec de la lumière laser. Une dose lumineuse locale trop faible n'y détruit pas complètement la tumeur et provoque des récidives. Une dose lumineuse trop forte endommage les zônes saines de la paroi. La plage de tolérance pour la dose lumineuse est le cas échéant très faible. Le document DE-OS 33 23 365 A1 propose un dispositif utilisant une fibre de verre se terminant de manière centrale dans des organes creux de forme sphérique comme par exemple une vessie pour le transport de la lumière. L'homogénéisation est assurée par un milieu de dispersion liquide avec lequel on remplit l'organe. Un dispositif analogue a été décrit par D. Jocham et autres dans "Porphyrin Localisation and Treatment of Tumors", New-York: Alan R. Liss, Juin 1984, pages 249 à 256. W. M. Star et autres utilisent selon le document Photochemistry and Photobiology, 46, n' 5, o10 pages 619 à 624, 1987 un émetteur disposé de manière centrale avec une caractéristique de rayonnement sensiblement sphérique pour l'irradiation d'une cavité. M. Arnfield et autres décrivent dans "Lasers in Surgery and Medicine 6, pages 150 à 156, 1986, un émetteur à caractéristique de rayonnement cylindrique qui est placé axialement dans des organes de forme cylindrique. Dans tous ces cas, il est nécessaire d'avoir une précision de centrage très grande de l'émetteur central ou axial. Or, fréquemment il n'est pratique- ment pas possible de réaliser un positionnement exact par exemple à cause des mouvements de respiration ou des mouvements cardiaques notamment lorsque le dispo- sitif-émetteur doit être introduit dans l'organe creux à travers un cathéter étroit. De plus, l'homogénéité de la caractéristique de rayonnement d'un tel émetteur doit satisfaire à des conditions très strictes qui ne sont obtenues que de manière très incomplètes par la plupart des émetteurs du commerce. Lorsque les cavités creuses ont une forme différente d'une forme sphérique ou cylindrique, de tels dispositifs même s'ils étaient ajustés de manière optimale, ne donnent que des résultats peu satisfaisants quant à l'homogénéité de l'irradiation. La présente invention a pour but de créer des procédés et dispositifs permettant d'irradier de manière homogène des cavités creuses et dont l'homogénéité du rayonnement est assurée pour S différentes formes de cavités et est très largement indépendante de la position de la source de rayonnement dans la cavité. A cet effet, l'invention concerne un procédé caractérisé par les étapes suivantes: a) on place une couche de recouvrement de surface le long de la paroi de la cavité à irradier, en utilisant un matériau à pouvoir de réflexion diffuse, important, à faible transmission et à faible pouvoir absorbant, b) on introduit une source lumineuse à l'intérieur de la cavité ainsi revêtue et on irradie la cavité de manière que la pénétration de la lumière dans la paroi de la cavité à partir de la couche de recouvrement de surface soit homogène. Suivant une autre caractéristique, on pulvé- rise la couche sur la paroi de la cavité. Suivant une autre caractéristique, la couche contient un composant photodurcissable qui se durcit pour former un scellement sous l'effet de l'irradiation. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, ce dispositif étant caractérisé par une couche appliquée contre la surface intérieure d'une cavité, cette couche étant réalisée en un matériau à pouvoir de dispersion par réflexion élevé, à faible transmission et à faible absorption ainsi que par une source lumineuse. Suivant une autre caractéristique, la couche est élastique et est appliquée à la surface d'une enveloppe gonflable ou susceptible d'être remplie d'un liquide ou encore d'un ballon. Suivant une autre caractéristique, la couche est une enveloppe élastique gonflable ou susceptible d'être remplie d'un liquide. - Suivant une autre caractéristique, la couche est un corps creux autoporteur ou une couche en un support creux ou plein transparent au rayonnement. Suivant une autre caractéristique, ce dispositif est appliqué à la thérapie photodynamique ou à l'angioplastie par laser. - L'invention permet d'obtenir en particulier les avantages suivants: La répartition de la lumière laser sur les différentes zones de paroi est significativement plus homogène que sans couche à effet de dispersion par ré- flexion. L'homogénéité de la répartition lumineuse est garantie même si la source lumineuse n'est pas positionnée exactement au centre de la cavité (tolérance de positionnement plus grande). Cela permet-d'abaisser les exigences quant à la forme de la caractéristique d'émission de la source lumineuse centrale. On obtient facilement une homogénéité suffisante même si la cavité présente une géométrie irrégulière (par exemple une forme différente d'une forme sphérique ou cylindrique). Il est particulièrement important que l'invention corresponde à un concept d'irradiation technique ou médical universel c'est-à-dire que les appareils assurant l'irradiation ont une forme analogue même pour des types d'organes ou de cavités différentes. Le cas échéant, un appareil d'irradiation médical peut s'appliquer à différents organes. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement aux figures 1 à 4 montrant la structure schématique et l'effet de l'homogénéisation du rayonnement par une réflexion multiple: - la figure 1 montre une cavité de forme quelconque. - la figure 2 montre la répartition lumineuse suivant les différentes générations. - la figure 3 montre schématiquement une cavité sphérique aveq une source émettrice décentrée. - la figure 4 montre l'intensité lumineuse relative en fonction du décalage de l'émetteur par rapport à la paroi. La figure 1 montre une cavité de forme quelconque et une couche 2 appliquée étroitement à la paroi intérieure 3 de la cavité. On a représenté un exemple de trajet d'une quantité de lumière. Cette quantité est émise par la source lumineuse 1 à l'intérieur du corps creux et est réfléchie quatre fois par la couche 2 avant de pénétrer dans la matière en traversant la paroi intérieure 3 de la cavité. Dans un dispositif pour la mise en oeuvre d'une thérapie photodynamique de tumeur photosensibi- lisée, on utilise comme source lumineuse une lumière laser de longueur d'onde appropriée qui arrive par des fibres de lumière en quartz, souples par un cathéter ou un endoscope dans l'organe creux. Pour sceller les cavités creuses & l'aide de mélanges de matières synthétiques durcissables ou polymérisables à la lumière comme par exemple des résines époxydes dans la couche, on utilise de préférence de la lumière ultraviolette. La couche 2 doit être conçue pour renvoyer la lumière de la source lumineuse i avec une probabilité élevée (réflexion diffuse) et ne la laisser passer qu'avec une probabilité faible. Z644699 La lumière est émise par une source lumineuse 1 placée à l'intérieur d'un organe en forme de corps creux, mais cette lumière ne pénétrera dans le tissu qu'après avoir effectué plusieurs réflexions et déjà après un nombre réduit de réflexions, elle est répartie de manière très homogène dans l'ensemble de la cavité. La figure 2 montre cette situation de manière plus détaillée. La lumière qui rencontre la 1o paroi peut se répartir en différentes générations. La lumière de la "première génération" vient directement de l'émetteur. La lumière de la nièe génération a été déjà réfléchie de manière diffuse, ni fois par la paroi. La figure 2 montre schématiquement à l'aide d'un exemple fictif, comment se répartit l'intensité lumineuse globale arrivant sur la paroi correspondant à une ligne périphérique quelconque suivant différentes générations. La lumière de la première génération peut être répartie de manière très inhomogène. La lumière de la génération dtordre supérieur a en quelque sorte "oublié" son lieu de naissance du fait des réflexions diffuses et est ainsi répartie de manière de plus en plus homogène. Comme par exemple environ 10 % de la lumière pénètre à chaque génération dans la paroi et quitte ainsi la cavité (abstraction faite des pertes inévitables par absorption dans la couche elle-même), l'intensité diminue légèrement de génération en génération. La somme de toutes les générations d'ordre supérieur domine néanmoins de manière perceptible (par exemple d'un facteur 10) par rapport à la fraction provenant de la première génération, si bien que l'ensemble de la répartition lumineuse reste encore faiblement inhomogène. L'homogénéité de la lumière est assurée par un milieu de dispersion qui, contrairement aux éléments de solutions antérieurs, n'est pas ou n'est pas seulement concentré au centre de la cavité (émetteur sphérique) et ne remplit pas non plus régulièrement la cavité mais se trouve sous la forme d'une couche mince à proximité de la paroi. Ce principe est voisin de celui d'une sphère Ulbricht. Toutefois dans le cas d'une sphère Ulbricht, on recherche R = 100 % et la lumière n'est enregistrée que sur un petit emplacement de paroi (détecteur). Par contre ici on recherche une valeur légèrement inférieure à R = 100 % et on utilise la partie de la lumière qui pénètre dans la paroi. En outre, le principe doit également pouvoir s'appliquer à des cavités non sphériques. Les caractéristiques optiques d'une telle couche doivent satisfaire aux conditions suivantes: le pouvoir de dispersion en retour R (réflectivité diffuse) doit être significativement plus grand que la transmission T (= transparence) pour arriver à une grande homogénéité. En outre, la transmission T doit être significativement plus grande que l'absorption A pour arriver à un rendement élevé (voir ci-après). R, T et A concernent ainsi le cas d'un effet d'alternance unique de la lumière avec la couche. La réflexion doit se faire de manière diffuse pour éviter des effets de focalisation non recherchés au niveau de la zone de paroi en regard. Pour l'absorption malheureusement inévitable, dans la zone optimale, il est difficile d'atteindre des valeurs inférieures à 1 %, si bien qu'il conviendrait de rechercher pour une couche adéquate, sensiblement R = 90 %, T = 9 % et A = 1%. De telles couches peuvent être réalisées à l'aide d'un colorant blanc (comme par exemple BaSO4 ou TiO2) par exemple intégré à un support approprié par exemple une matière synthétique transparente. Le choix - de la concentration du colorant ou la densité du support permettent d'arriver facilement aux valeurs souhaitées pour R et T avec A ' 1 %. La couche peut être appliquée directement sur la paroi (par exemple par pulvérisation) sous la forme d'un ballon que l'on peut gonfler pour l'adapter à la forme de la cavité; on peut également réaliser une structure rigide que l'on introduit dans la cavité soit sous la forme d'une structure creuse autoportante, soit encore sous la forme d'un support creux ou plein, transparent à la lumière. Un exemple de couche 2 ayant les caractéris- tiques souhaitées de transmission, de réflexion et d'adsorption est constitué d'un mélange d'un caout- chouc siliconé RTV, sous la référence VB7660 et la pâte colorée FL (50 % TiO2) de la Société Wacker- Chemie, Burghausen, réalisée selon le rapport de mé- lange 9 à 1 avec une épaisseur de couche de 0,5 mm. Le rendement est le rapport de la puissance lumineuse pénétrant dans le tissu et de la puissance totale émise dans l'organe creux. Il est égal à T/(T+A). Il résulte du rapport du mécanisme des pertes de la lumière dans l'organe creux, c'est-à-dire du mécanisme de pertes avantageux T (lumière pénétrant dans le tissu) et de la somme de tous les mécanismes de pertes, c'est-à-dire T+A; cela signifie par exemple pour R = 90 %, T = 9 % et A = 20 % qu'il est égal à 90 % et non pas égal à 9 % comme on pourrait à priori le supposer. Par des simulations sur ordinateur, on a examiné dans quelle mesure une inhomogénéité engendrée par un positionnement décentré d'un émetteur sphérique isotropique dans une sphère creuse pouvait être compensée selon l'invention. La figure 3 montre cette disposition avec des paramètres correspondant à une simulation. La figure 4 montre l'intensité lumineuse relative (densité du flux de photons) sur la paroi en fonction du décalage x de l'émetteur par rapport à la paroi et de la réflectivité de la couche. Pour R = %, l'intensité lumineuse est pratiquement indépendante de la position de l'émetteur, dans une zone importante. Selon les simulations correspondantes sur ordinateur pour irradier dans des cylindres comme par exemple des structures d'organes tubulaires, l'homogénéisation de la lumière y est relativement plus efficace. Lorsque la deuxième génération est pratiquement homogène comme cela est par exemple le cas pour des organes de forme sphérique, les fluctuations d'intensité se réduisent selon le coefficient 1/(1-R), comme le montre une évaluation faite par des séries géométriques pour R = 90 % c'est- à-dire par exemple d'un facteur 10. En plus de l'application à la thérapie photodynamique du cancer, le dispositif convient également pour irradier des zones en plaques ou de surfaces sténosées dans l'angioplastie photodynamique Une couche dont l'épaisseur est adaptée à la longueur d'onde des micro-ondes avec une constante diélectrique appropriée crée une répartition homogène du rayonnement dans des appareils à micro-ondes de grand volume. 26'44699 R E V E N D I C A T I O N S 1') Dispositif pour irradier des cavités à partir de l'intérieur en donnant une irradiation aussi régulière que possible de l'ensemble de la surface, dispositif caractérisé par une couche (2) appliquée contre la surface intérieure d'une cavité, cette couche étant réalisée en un matériau à pouvoir de dispersion par réflexion élevé, à faible transmission et à faible absorption ainsi que par une source lumineuse (1). 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (2) est élastique et est appliquée à la surface d'une enveloppe gonflable ou susceptible d'être remplie d'un liquide ou encore d'un ballon. 3') Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la couche (2) est une enveloppe élastique gonflable ou susceptible d'être remplie d'un liquide. 4') Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (2> est un corps creux autoporteur ou une couche en un support creux ou plein transparent au rayonnement. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisé en ce qu'il est ap- pliqué à la thérapie photodynamique ou à l'angioplas- tie par laser.