Les chercheurs ont fabriqué un nouveau type de faisceau de fibres optiques rempli d'air qui pourrait grandement améliorer les endoscopes utilisés pour les procédures médicales telles que les chirurgies mini-invasives ou les bronchoscopies. La nouvelle technologie pourrait également conduire à des endoscopes produisant des images utilisant des longueurs d'onde infrarouges, ce qui permettrait des procédures de diagnostic qui ne sont pas possibles avec les endoscopes aujourd'hui.
Les endoscopes utilisent des faisceaux de fibres optiques pour transmettre des images de l'intérieur du corps. La lumière tombant sur une extrémité du faisceau de fibres traverse chaque fibre jusqu'à l'extrémité éloignée, permettant à une image d'être transportée sous la forme de milliers de points qui ressemblent beaucoup aux pixels qui composent une image numérique.
Les fibres optiques sont constituées d'une âme interne et d'une gaine externe aux propriétés optiques différentes, qui emprisonne la lumière à l'intérieur et lui permet de voyager le long de la fibre. Plutôt que d'utiliser des âmes et des gaines constituées de deux types de verre comme la plupart des faisceaux de fibres, les nouveaux faisceaux utilisent un ensemble de noyaux de verre entourés de capillaires de verre creux remplis d'air qui servent de revêtement.
Dans la revue The Optical Society (OSA) Lettres d'optique , les chercheurs montrent que leurs nouveaux faisceaux de fibres, qu'ils appellent fibres d'imagerie air-clad, maintenir la résolution des meilleures fibres d'imagerie commerciales au double de la plage de longueurs d'onde que les fibres commerciales peuvent être utilisées. La nouvelle fibre pourrait être utilisée pour créer des endoscopes plus petits ou ayant des résolutions plus élevées que celles disponibles aujourd'hui.
"Une résolution plus élevée est toujours utile aux cliniciens effectuant des procédures endoscopiques, mais les métiers les plus sensibles, comme celles du cerveau, nécessitent généralement les instruments les plus minces, " a déclaré le premier auteur de l'article, Harry Wood de l'Université de Bath. "Ces instruments sont généralement si étroits que la fibre d'imagerie contient trop peu de cœurs pour créer une image claire. Nos faisceaux gainés d'air permettent d'emballer plus de fibres dans un diamètre plus petit et seront donc probablement particulièrement utiles dans ces situations."
En plus des applications dans le diagnostic médical et le traitement, la nouvelle fibre pourrait s'avérer utile pour des applications industrielles telles que la surveillance du contenu de machines dangereuses ou l'imagerie de l'intérieur de foreuses pétrolières et minérales.
Combiner l'air et le verre
Lorsqu'un faisceau de fibres contient un plus grand nombre de noyaux dans une zone de section transversale donnée, il produira des images plus détaillées de la même manière qu'une caméra avec plus de pixels crée des images à plus haute résolution. Cependant, si les noyaux sont trop petits et rapprochés, la lumière peut passer de l'un à l'autre et l'image devient floue.
"La structure en nid d'abeille que nous avons développée combine le verre et l'air pour contenir la lumière beaucoup plus étroitement dans les noyaux que les fibres d'imagerie traditionnelles qui utilisent deux types de verre, " a déclaré Wood. " Cela nous permet de rapprocher les noyaux plus que jamais possible, ou presser dans des longueurs d'onde de lumière plus longues, sans le flou que l'on verrait avec les approches conventionnelles."
Le fait que les nouvelles fibres fonctionnent bien avec des longueurs d'onde plus loin dans la partie infrarouge du spectre pourrait permettre le développement d'endoscopes qui imagent des marqueurs fluorescents qui émettent à ces longueurs d'onde. La lumière infrarouge peut également être utilisée pour imager des cellules qui sont incrustées plus profondément dans les tissus qu'elles ne peuvent être imagées avec des longueurs d'onde visibles.
"Il existe des sondes marqueurs fluorescentes qui émettent de la lumière de longueurs d'onde spécifiques en réponse à certaines bactéries ou cellules immunitaires, ", a déclaré Wood. "Ceux-ci pourraient être très efficaces pour mettre en évidence les maladies pulmonaires, par exemple, mais nous ne pouvons actuellement utiliser qu'une ou deux de ces sondes dans la gamme de longueurs d'onde offerte par la technologie des endoscopes d'aujourd'hui. »
Comparer les performances des fibres
Pour tester les fibres d'imagerie, les chercheurs ont fabriqué un faisceau de fibres à revêtement d'air qui correspondait à la résolution d'une fibre commerciale de premier plan, car il avait le même espacement entre les cœurs. Ils ont pu incorporer plus de 11 000 cœurs dans la fibre en empilant plusieurs structures en nid d'abeilles plus petites.
Les chercheurs soulignent que le principe des nouvelles fibres est connu depuis des années mais que la fabrication approche, notamment pour les fibres avec des entrefers, ont récemment avancé au point où ces fibres pourraient être faites.
Les chercheurs ont utilisé leur nouveau faisceau de fibres revêtues d'air et la fibre commerciale pour imager une image cible de test standard. « Nous avons été ravis de constater que la fibre revêtue d'air fonctionnait bien au-delà de la plage de longueurs d'onde que notre caméra visible pouvait détecter, " a déclaré Wood. "Quand nous sommes passés à une caméra infrarouge, nous avons vu que la fibre créait une image claire au double de la longueur d'onde que la fibre commerciale atteignait."
