Brevet FR2709657A1 — publié le 19950317

DISPOSITIF DE DÉSIGNATION OPTIQUE, NOTAMMENT POUR OPÉRATION DE MICROCHIRURGIE. La présente invention concerne un dispositif de désignation optique, notamment pour la réalisation d'opérations de microchirurgie. Un tel dispositif est destiné à être associé à un instrument optique tel qu'un microscope ou un binoculaire. Dans la suite, on désignera par "microscope" tout instrument optique employé pour l'observation de la zone d'intervention en chirurgie et en microchirurgie. De tels microscopes sont employés pour permettre au chirurgien d'effectuer des manipulations de précision. Un des problèmes est de repérer une cible dans le champs de vision du microscope. Un autre problème est d'exploiter les informations obtenues par des techniques d'imagerie par exemple la tomodensitométrie et la résonance magnétique nucléaire, pour guider les gestes du chirurgien. On connaît par exemple dans l'état de la technique le brevet français FR2682778 concernant un microscope pour opération de microchirurgie stéréotaxique assistée par ordinateur. Ce document décrit un microscope pour opération de microchirurgie stéréotaxique assistée par ordinateur, et un procédé pour son fonctionnement. Ce microscope comporte des détecteurs détectant des données optiques, un système d'identification de position et un dispositif de commande de processus évaluant les signaux dudit système, ce système est un système à base optique intégré dans le système optique du microscope. Il est prévu un dispositif qui convertit les signaux délivrés par le dispositif en une représentation graphique bidimensionnelle. Un tel microscope présente une grande complexité de mise en oeuvre, et n'est pas adapté au travail quotidien du chirurgien. Un premier but de la présente invention est de proposer un moyen simple permettant au chirurgien de surveiller l'approche d'une zone critique, ou cible, sans quitter l'oculaire du microscope. Un second but de l'invention est de permettre le calcul de la distance entre la surface observée et la cible de façon à déterminer la profondeur entre la cible par rapport à la surface du champs opératoire. Un troisième but de l'invention est de permettre un asservissement des moyens de repérage pour permettre un suivi de la cible nonobstant les mouvements relatifs du microscope par rapport au champ observé, et éventuellement un asservissement des moyens de désignation par rapport à une base d'images preenregistrées. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de désignation optique comportant une platine solidaire de l'instrument optique, supportant au moins une source lumineuse pour l'émission d'un faisceau lumineux, ladite source lumineuse orientable angulairement, ladite source lumineuse étant décalée par rapport à l'axe optique de l'instrument optique. Le chirurgien peut ainsi évaluer visuellement la progression de son travail. Selon une première variante, l'orientation de la source lumineuse par rapport à l'axe optique du microscope est déterminée par un calculateur assurant l'orientation du faisceau lumineux en direction d'un point cible dont les coordonnées sont connues. Selon une deuxième variante, l'orientation de la source lumineuse est asservie au déplacement du microscope. Ce mode de réalisation permet de réaliser un suivi de la cible, nonobstant les déplacements relatifs du microscope par rapport au champ opératoire. Selon une troisième variante, le dispositif comporte un capteur de position angulaire délivrant un signal électrique permettant à un calculateur de déterminer la profondeur de la cible en fonction de la position angulaire de la source lumineuse par rapport à l'axe optique du microscope d'une part, et de la distance focale du microscope d'autre part. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif de désignation optique selon l'invention comporte une pluralité de sources lumineuses décalées par rapport à l'axe optique du microscope, réparties de façon symétrique par rapport à l'axe optique du microscope. Avantageusement, la position angulaire par rapport à l'axe optique de chacune des sources lumineuses est commandée par un moyen motorisé commandé par un calculateur de façon à assurer la convergence des faisceaux lumineux générés par les sources lumineuses en un point cible dont les coordonnées sont connues. Avantageusement, le calculateur commande les moyens motorisés d'orientation de chacune des sources lumineuses de façon à assurer la convergence de chacun des faisceaux d'une part, et de l'axe optique d'autre part, en un point cible dont les coordonnées sont connues. De préférence, le dispositif de désignation optique selon l'invention comporte en outre une mémoire électronique contenant une banque de données Image, le calculateur déterminant les coordonnées de la cible en fonction des informations provenant de capteurs de position délivrant un signal fonction de la position relative du microscope dans le référentiel objet. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux dessins annexés o la figure unique représente une vue schématique du dispositif de désignation optique. 4 2709657 La figure unique représente une vue schématique du dispositif de désignation optique selon l'invention. Il comporte un instrument optique (1) de type connu, monté sur une platine porte-outil (2) solidaire d'un support articulé (3). Le dispositif comporte dans l'exemple décrit deux sources de lumière (4, 5), par exemple de type LASER, solidaires de la platine porte-outil (2). Les deux sources lumineuses (4, 5) émettent des faisceaux faiblement divergent dont les axes optiques sont référencés (6, 7). Les sources optiques sont disposées sur des extensions (8, 9) de la platine porte-outil (2) supportant l'instrument optique (1) de façon à décaler les deux sources lumineuses symétriquement par rapport à l'axe optique principal (10). Les sources lumineuses (4, 5) sont mobiles angulairement par rapport à des pivots (11, 12) tangentiels par rapport à un disque fictif ayant pour axe de symétrie l'axe optique principal (10). Le positionnement des sources lumineuses peut être assuré manuellement, mais de préférence il est motorisé. A cet effet, le dispositif comporte pour chacune des sources lumineuses (4, 5) un moteur électrique et le cas échéant un ensemble réducteur assurant le déplacement angulaire des sources lumineuses (4, 5) en fonction de signaux d'asservissement provenant d'un calculateur recevant des informations provenant d'une base de données Image dans laquelle sont enregistrées les images provenant d'un système d'imagerie, et permettant de calculer la position d'une cible dans le référentiel du patient, et ou recevant des informations provenant de capteurs de recopie de la position du support articulé (2), et permettant de calculer la position du microscope dans un référentiel fixe. 2709657 A défaut, l'orientation angulaire des sources lumineuses (4, 5) est déterminée de façon à converger en un point-cible (15). Le point-cible (15) peut par exemple être constitué par la surface d'un vaisseau sanguin, d'un nerf ou d'un organe qu'il convient de ne pas atteindre lors de l'intervention chirurgicale. Le décalage entre la surface (16) observée par l'opérateur, et le pointcible (15) se traduit par un décalage des deux spots (17, 18) visibles à l'intersection entre la surface observée (16) et les faisceaux lumineux (6, 7). Ce décalage se réduit au fur et à mesure que l'on se rapproche du point-cible (15). Par ailleurs, la distance entre les deux spots (17, 18) permet de déduire la profondeur du point- cible (15) par rapport à la surface observée (16), par un calcul de triangulation: p = (E/2*tg c) - L O * P désigne la profondeur de la cible par rapport à la surface observée * E désigne l'écartement des deux sources lumineuses * a désigne l'angle formé par les faisceaux lumineux (6, 7) par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe optique principal (10) * L désigne distance entre le plan des deux sources lumineuses (4, 5), et la surface observée. Cette distance L est déterminée par les caractéristiques et réglages du microscope, puisqu'il est fonction de la distance entre l'objectif et la surface observée, et donc du réglage du système optique permettant d'obtenir une image nette. Le résultat de ce calcul peut être visualisé dans le viseur du système optique, ou sur tout système d'affichage de type connu. Selon un troisième mode d'utilisation, on réalise une mesure de la profondeur de la cible (15), sans connaissance préalable de la distance entre la surface observée et l'instrument optique. A cet effet, la distance entre la surface observée et le plan passant par les deux sources lumineuses (4, 5) est déterminé en faisant converger les faisceaux (6, 7) en un point unique de la surface observée (18), de façon à superposer les deux spots (17, 18). On enregistre alors l'orientation angulaire a1 des faisceaux optiques. L'étape suivante consiste à commander l'orientation des faisceaux (6, 7) de façon à les faire en un point (15) de la cible. Les faisceaux présentent alors une nouvelle orientation " qui permet de déterminer la profondeur de la cible par rapport à la surface observée en application de l'équation suivante: E (tg a -- tg "1) P= 2 O * P désigne la profondeur de la cible par rapport à la surface observée * E désigne l'écartement des deux sources lumineuses * a désigne l'angle formé par les faisceaux lumineux (6, 7) par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe optique principal (10). * a( désigne l'angle initial formé par les faisceaux lumineux (6, 7) par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe optique principal (10), et assurant la convergence des deux spots (17, 18) sur la surface observée. Il est également possible de procéder à une évaluation de la profondeur de la cible à partir de l'écartement e des deux spots lumineux (17, 18). La profondeur de la cible est dans ce cas déterminée comme suit: tg.a P=e 2 O * P désigne la profondeur de la cible par rapport à la surface observée * e désigne l'écartement des deux spots lumineux * a désigne l'angle formé par les faisceaux lumineux (6, 7) par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe optique principal (10). L'écartement e des spots lumineux peut être mesuré ou évalué de façon connue par une grille calibrée visible à travers l'instrument optique, ou par tout autre moyen équivalent. Le dispositif selon l'invention permet de surveillance visuellement l'approche du point-cible, et en outre d'afficher la distance calculée. Le chirurgien peut ainsi adapter de façon optimale ses gestes opératoires. Selon un autre mode d'utilisation, on réalise un suivi de la cible. Lorsque la profondeur de la cible est connue par l'une des méthodes précédentes, il est possible de commander l'orientation angulaire des sources lumineuses (4, 5) en appliquant la formule trigonométrique suivante: 2L+p a= Arctg ( E) Après la détermination de l'orientation angulaire initiale, il est possible d'asservir la variation angulaire aux déplacements du système optique dont l'utilisateur cherchera à conserver la focalisation sur la surface observée, ce qui permet de déduire l'évolution de la profondeur de la cible au fur et à mesure de la progression de l'intervention chirurgicale. 8 2709657 La détermination de la position angulaire des sources lumineuses (4, 5) est assurée par des capteurs angulaires électriques, électromécaniques ou optroniques de type connu. Ils délivrent des signaux électriques mis en oeuvre par un calculateur pour le recalcul de l'orientation de chacun des faisceaux lumineux en fonction des déplacements du support (2) dans le référentiel fixe. A titre d'exemple, le dispositif est utilisé selon des modes successifs: acquisition de l'orientation initiale des sources lumineuses dirigées de façon à assurer la convergences des spots sur la surface observée; déplacement initial des sources lumineuses pour désigner la cible (15); déplacements des sources lumineuses asservis aux mouvements de l'instrument optique. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif. Il est bien entendu que l'Homme de Métier sera à même de proposer de nombreuses variations et adaptation sans pour autant sortir du cadre de l'invention. En particulier, l'exemple de réalisation décrit comporte deux spots disposés symétriquement dans le plan perpendiculaire à l'axe d'observation du microscope. Il est bien entendu possible de prévoir un nombre différent de spots, et de disposer ces spots de façon asymétrique. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de désignation optique, notamment pour opération de microchirurgie, caractérisé en ce qu'il comporte une platine porte- outil solidaire (2) de l'instrument optique (1), supportant au moins au moins une source lumineuse (4, 5) pour l'émission d'un faisceau lumineux (6, 7), ladite source lumineuse (6, 7) étant décalée par rapport à l'axe optique (10) de l'instrument optique (1), l'orientation de la source lumineuse (4, 5) par rapport à l'axe optique (10) du microscope étant déterminé de façon à diriger le faisceau lumineux (6, 7) en direction d'un point-cible (15). 2 - Dispositif de désignation optique pour opération de microchirurgie selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'orientation angulaire de la source lumineuse (4) est déterminée de façon à assurer la convergence du faisceau lumineux (6) émis avec l'axe optique principal (10) sur le point-cible (15). 3 - Dispositif de désignation optique pour opération de microchirurgie selon la revendication 1 ou selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de sources lumineuses (4, 5) décalées par rapport à l'axe optique (10) du microscope, réparties de façon symétrique par rapport à l'axe optique (10) du microscope, la position angulaire par rapport à l'axe optique de chacune des sources lumineuses (4, 5) étant déterminée de façon à assurer la convergence des faisceaux (6,7) en un point-cible (15). 4 - Dispositif de désignation optique pour opération de microchirurgie selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la position angulaire des sources lumineuses (4, 5) est commandée par un moyen motorisé piloté par un calculateur de façon à assurer la convergence des faisceaux lumineux générés par les sources lumineuses (4, 5) en un point cible dont les coordonnées sont connues dans une base de données informatiques, dans le référentiel du champ observé. - Dispositif de désignation optique pour opération de microchirurgie selon la revendication 1 ou selon la revendication 2 caractérisé en ce que le calculateur commande les moyens motorisés d'orientation de chacune des sources lumineuses (4, 5) de façon à assurer la convergence de chacun des faisceaux (6, 7) d'une part, en un point cible (15) dont les coordonnées sont connues dans une base de données informatiques, dans le référentiel du champ observé. 6 - Dispositif de désignation optique pour opération de microchirurgie selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre un calculateur commandant les moteurs de positionnement des sources lumineuses (4, 5) de façon à compenser les déplacements du système optique (1) par rapport au référentiel fixe. 7 - Dispositif de désignation optique pour opération de microchirurgie selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre des capteurs de position angulaire délivrant un signal fonction de l'orientation de chacune des sources lumineuses et un calculateur pour la détermination de la profondeur du point-cible (15).