Brevet FR2499843A1 — publié le 19820820

La présente invention concerne un instrument chi- rurgical à laser et plus précisément un appareil de détection de la quantité d'énergie fournie par un faisceau laser à l'extrémité externe de l'instrument chirurgical. On connaît déjà des instruments chirurgicaux à laser, comme décrit par exemple dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique no 3 710 798. Un tel instrument chirurgical connu est utilisé avantageusement dans des applications cli- niques, notamment dans des opérations délicates mettant en oeuvre une coupure, une coagulation et une vaporisation. L'instrument chirurgical à laser comporte une source de lu- mière à laser, par exemple un laser à CO2 gazeux, formant un faisceau laser d'énergie importante, et un tube souple formant guide de lumière dont l'extrémité externe est des- tinée à émettre le faisceau laser vers un emplacement de travail. Dans un tel instrument chirurgical, il est impor- tant pour l'efficacité de l'opération, que la quantité d'é- nergie du faisceau laser, parvenant à l'emplacement de tra- vail, soit mesurée. A cet effet, dans l'instrument connu, une partie du faisceau laser parvenant sur l'extrémité d'in- cidence du guide de lumière est dérivée et transmise à un détecteur de lumière, par exemple un radiateur. Le fais- ceau laser qui parvient sur celui-ci se transforme en éner- gie calorifique et la mesure de la température du radiateur permet la détection de la quantité de lumière du faisceau laser parvenant sur le guide de lumière. La quantité d'énergie du faisceau laser parvenant à l'emplacement de travail est calculée compte tenu du coefficient de transmission du guide de lumière. Un tel système de mesure indirecte ne peut pas avoir une précision élevée étant donné les fluctuations du coefficient de transmission du guide de lumière. Dans un autre système connu de mesure, le fais- ceau laser provenant de l'extrémité externe est mesuré direc- tement par introduction du faisceau laser dans un appareil de-mesure d'énergie. Lors de l'utilisation d'un tel système de mesure directe, l'énergie fournie par le faisceau laser peut être détectée directement si bien que la précision peut être très élevée. Cependant, dans ce système, l'énergie du faisceau laser parvenant à l'emplacement de travail ne peut pas être mesurée en temps réel. En d'autres termes, pendant l'opération réelle, l'énergie du faisceau laser ne peut pas être détectée. En conséquence, si l'énergie du fais- ceau varie brutalement à la suite d'une fluctuation de la source à laser et du coefficient de transmission du guide de lumière, cette variation du faisceau laser ne peut pas être détectée. De plus, l'opération doit être interrompue souvent par la mesure de l'énergie de sortie du laser. L'invention concerne un appareil de mesure précise de l'énergie d'un faisceau laser, à l'extrémité externe d'un guide de lumière, en tempsréel et sans interruption des opérations. Elle concerne plus précisément un appareil de me- sure de l'énergie d'un faisceau laser, à l'extrémité externe d'un guide de lumière d'un instrument chirurgical à laser, l'appareil comprenant un dispositif placé près de l'extrémité externe du guide de lumière et destiné-à séparer une petite partie du faisceau transmis par le guide de lumière, et un dispositif destiné à recevoir cette petite par- tie du faisceau laser et à mesurer l'énergie du faisceau sortant à l'extrémité externe du guide de lumière. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une élévation schématique d'un instrument chirurgical connu à laser; la figure 2 est une coupe d'un mode de réalisation d'appareil selon l'invention; la figure 3 est une coupe d'une variante de l'appa- reil représenté sur la figure 2;. la figure 4 est une coupe d'un autre mode de réali- sation d'un appareil selon l'invention; et les figures 5 et 6 sont des coupes représentant deux variantes de l'appareil de la figure 4. La figure 1 est une coupe représentant un instru- ment chirurgical à laser de type connu. Dans cet instrument, un miroir 5 qui peut tourillonner sur un arbre 4 est desti- né à mesurer l'énergie d'un faisceau laser entre une source laser 1 et une extrémité 3 d'entrée d'un guide 2 de lumière. Lors de la mesure de l'énergie du faisceau laser, le miroir est placé sur l'axe optique et le faisceau est réfléchi par le miroir, vers un radiateur 6. Le faisceau parvenant sur ce radiateur 6 est transformé en un signal électrique qui est alors indiqué par un appareil non représenté de mesure d'énergie. Le guide 2 de lumière a plusieurs tubes couplés de manière qu'ils puissent tourner les uns sur les autres, montés en série et comprenant, à chaque point de raccordement, des miroirs 7, 8 et 9. Le faisceau laser parvenant à l'en- trée 3 est transmis dans les tubes et pénètre dans un organe de saisie qui est muni d'une lentille ou d'un objectif 11. Le faisceau laser focalisé par la lentille 11 est projeté par une extrémité de sortie ou extrémité externe 12 du guide 2 de lumière, sur un emplacement de travail. Dans un tel système connu, l'énergie du faisceau laser est détectée à l'entrée du guide de lumière et l'énergie du faisceau de sortie, provenant de l'extrémité externe 12, est calculée par multiplication de l'énergie mesurée par un coefficient de transmission du guide 2 de lumière, ce coefficient ayant été mesuré antérieurement. En pratique, la multiplication est réalisée par un opérateur ou son assis- tant, manuellement ou automatiquement à l'aide d'un micro- ordinateur. Cependant, un tel procédé de mesure est affecté par la variation du coefficient de transmission du guide 2 de lumière. Par exemple, le coefficient de transmission de ce guide peut varier du fait de la détérioration d'une fibre optique ou du manipulateur constituant le guide de lumière, du défaut d'alignement des miroirs, etc. La figure 2 est une coupe représentant un mode de réalisation d'un appareil de mesure selon l'invention. Dans ce mode-de réalisation, un miroir semi-réfléchissant -14 est placé à un noeud rotatif, dans un organe 10 de saisie du manipulateur. Le miroir semi-réfléchissant 14 est réalisé de manière qu'une partie très importante du faisceau incident soit réfléchie vers l'extrémité externe 15 et qu'une très petite partie du faisceau incident soit transmise par le miroir 14. Le faisceau transmis parvient sur un radiateur 16. De cette manière, l'énergie du faisceau laser se trans- forme en énergie thermique dans le radiateur 16. La tempéra- ture de ce dernier est alors mesurée par un élément thermo- électrique, tel qu'un thermocouple 17. Ce dernier est relié à un indicateur 19 par un conducteur 18, placé le long d'un manipulateur constituant le guide de lumière. L'indicateur 19 est étalonné de manière que l'énergie du faisceau laser sortant à l'extrémité 15 soit indiquée d'après le signal électrique transmis par le thermocouple 17. Le faisceau laser réfléchi par le miroir 14 est focalisé par une lentille ou un objectif 20, et il est transmis sur un emplacement de travail par l'extrémité 15 de sortie. Le miroir semi-réfléchissant 14 a un coefficient de réflexion très élevé, de 99 %, et un coefficient de tran-S mission très faible, de 1 %. Un tel miroir semi-réfléchissant peut être fabriqué à l'aide de plusieurs couches diélectri- ques. Dans ce mode de réalisation, une très petite partie du faisceau laser est séparée au niveau de l'organe 10 de saisie qui constitue le dernier étage du manipulateur, et elle est détectée par l'élément photosensible qui comporte le radiateur 16 et le thermocouple 17. En conséquence, lors- que l'énergie du faisceau laser varie du fait d'une condition anormale dans le système optique, notamment dans les miroirs placés dans le guide lumineux jusqu'à l'organe 10 de saisie, la quantité d'énergie du faisceau parvenant sur le miroir semi-réfléchissant 14 varie en conséquence. De cette manière, la condition anormale du faisceau peut être détectée avec précision pendant le fonctionnement. Il faut noter que, comme le miroir semi-réfléchissant peut n'avoir qu'un coefficient de transmission de 1 % environ, l'énergie absorbée par le radiateur 16 est d'environ 1 W même lorsque la source laser a une puissance de sortie d'en- viron 100 W, et le refroidissement du radiateur 16 est su- perflu. La figure 3 est une coupe d'une variante de l'appa- reil de la figure 2. Les parties analogues à celles de la figure 2 sont repérées par les mêmes références. Dans ce mode de réalisation, un miroir semi-réfléchissant 21 est sous forme d'un miroir concave qui focalise le faisceau laser vers l'extrémité 15 de sortie. En conséquence, la lentille de l'objectif du mode de réalisation de la figure 2 peut être supprimée. L'élément photosensible qui détecte l'éner- gie lumineuse comporte un radiateur 16 et un thermocouple 17. Le radiateur 16 est mis au contact du miroir semi-ré- fléchissant 21 afin qu'il reçoive une très petite partie du faisceau laser transmis à travers le miroir 21. Dans ce mode de réalisation, puisqu'il n'y a pas de système optique tel qu'une lentille, au-delà de l'élément séparateur du faisceau, c'est-à-dire du miroir semi-réflé- chissant 21 et jusqu'à l'extrémité 15 de sortie, la mesure peut être réalisée avec une très grande précision sans être affectée par les pertes, les détériorations ou le voilage de l'objectif. La figure 4 est une coupe représentant un autre mode de réalisation d'appareil selon l'invention qui est avantageux dans le cas d'un instrument chirurgical à laser ayant un guide lumineux sous forme d'une fibre optique. Dans ce mode de réalisation, le guide lumineux comprend une fibre optique souple 22 et un organe 10 de saisie couplé à une pre- mière extrémité de la fibre 22, l'autre extrémité de celle- ci étant couplée optiquement à la source laser. La fibre 22 peut être formée de quartz. Une lentille 23 formant un objectif et ayant une surface semi-réfléchissante 23a est disposée dans l'organe 10 de saisie. Une très petite partie du faisceau laser émis par la fibre 22 est réfléchie par la surface 23a, vers l'arrière. Prsque tout le faisceau laser est transmis par la lentille 23 et est focalisé à la sortie , à l'emplacement de travail. La surface semi-réfléchis- sante 23a a un coefficient de transmission d'environ 99 % et un coefficient de réflexion d'environ 1 %. La petite par- tie du faisceau qui est réfléchie par la surface 23a vient frapper un radiateur 24 qui constitue aussi un support de la fibre optique 22. La température du radiateur 24 est détec- tée par un thermocouple 17 et le signal électrique de sortie de ce dernier parvient à un indicateur par l'intermédiaire d'un conducteur 18. Dans ce mode de réalisation, comme la surface semi-réfléchissante 23a de la lentille 23 a une cour- bure telle qu'elle condense le faisceau lumineux réfléchi sur le radiateur 24, l'efficacité obtenue peut être très élevée. Les figures 5 et 6 représentent des variantes de l'appareil de la figure 4. Dans le mode de réalisation de la figure 5, un miroir semi-réfléchissant 25 est séparé de l'objectif 20 placé dans un organe 10 de saisie d'un guide de lumière. Une très petite du faisceau laser est réfléchie par le miroir 25, vers un radiateur 24. Dans le mode de ré- alisation de la figure 6, un miroir semi-réfl6chissant plan 26 est placé dans un organe 10 de saisie et est incliné par rapport à l'axe optique d'environ 450 et un radiateur 27 - est placé dans l'organe 10 de saisie dans une position telle qu'une très petite partie du faisceau laser, réfléchie par le miroir 26 parvient sur le radiateur 27. Dans ce mode de réalisation, le radiateur 27 fait partie du bottier de l'organe 10 de saisie. La plus grande partie du faisceau laser, transmise par le miroir 27, est focalisée par une lentille 20. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure de l'énergie d'un faisceau laser, à une extrémité externe (15) d'un guide de lumière d'un ins- trument chirurgical à laser, caractérisé en ce qu'il com- prend un dispositif (14) placé près de l'extrémité ex- terne du guide de lumière et destiné à séparer une petite partie du faisceau transmis par le guide de lumière, et un dispositif (16) destiné à recevoir ladite petite partie du faisceau et à mesurer l'énergie du faisceau laser. sortant de l'extrémité externe du guide de lumière. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de séparation comporte un miroir semi-réfléchissant (14) placé au noeud rotatif du guide de lumière le plus proche de l'extrémité externe (15) de ce guide qui est formé par plusieurs tubes couplés afin qu'ils puissent tourner les uns par rapport aux autres, et le dis- positif de mesure comporte un radiateur (16) appliqué à une face arrière du miroir semi-réfléchissant (14) afin qu'il reçoive ladite petite partie du faisceau transmis par le miroir semi-réfléchissant et un élément (17) de mesure de la température du radiateur. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de mesure de température (17) est un thermocouple appliqué sur le radiateur (16). 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le miroir semi-réfléchissant (14) a un coefficient de réflexion d'environ 99 % et un coefficient de transmission d'environ 1 %. 5. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le miroir semi-réfléchissant (14) est un miroir plan. 6. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le miroir semi-réfléchissant est un miroir con- cave (21) qui projette le faisceau laser focalisé par l'ex- trémité externe (15) du guide de lumière. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guide de lumière comporte une fibre optique (22). ayant une première extrémité couplée optiquement à une source laser et un organe de saisie (10) couplé à l'autre extrémité de la fibre optique, le dispositif séparateur du faisceau laser comprenant un miroir semi-réfléchissant (25) placé dans l'organe de saisie, le dispositif de mesure com- prenant un radiateur placé dans l'organe de saisie afin qu'il reçoive la très petite partie du faisceau qui est réfléchie par le miroir semiréfléchissant (25) et un élément (17) de mesure de la température du radiateur. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément de mesure de température (17) est un thermocouple appliqué sur le radiateur. 9. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le miroir semi-réfléchissant (25) a un coefficient de transmission d'environ 99 % et un coefficient de réflexion d'environ 1 %. 10. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le miroir semi-réfléchissant est formé par un revê- tement semi-réfléchissant (23a) formé sur une surface d'une lentille (23) formant objectif. 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que la surface de lentille (23a) est concave et le radiateur est placé du côté d'entrée de l'organe de saisie (10) afin qu'il supporte l'autre extrémité de la fibre opti- que (22). 12, - Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le miroir semi-réfléchissant (25) est un miroir plan disposé perpendiculairement à l'axe optique, et le ra- diateur est placé du côté d'entrée de lumière de l'organe de saisie (10) afin qu'il maintienne l'autre extrémité de la fibre optique (22). 13. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le miroir semi-réfléchissant (26) est un miroir plan incliné par rapport à l'axe optique et le radiateur est placé dans une paroi latérale de l'organe de saisie (10). 14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que le radiateur fait partie d'un bottier de l'organe de saisie (10).