Brevet FR2718342A1 — publié le 19951013

" Ensemble à microscope d'opération en microchirurgie, no- tamment en ophtalmologie, neurochirurgie ou analogues " La présente invention concerne un ensemble à microscope d'opération composé d'un microscope d'opération et d'une unité de support. A cause de la finesse des structures de nom- breuses interventions chirurgicales, notamment en ophtalmo- logie, en neurochirurgie, en oto-rhino-laryngie, nécessitent des appareils d'agrandissement optique du champ de vision. En effet, pour évaluer les tissus à opérer, il faut présélectionner l'agrandissement, régler la profondeur de champ et l'angle de visée, de manière libre, dans des conditions stériles. En particulier en neurochirurgie mais également dans la chirurgie de la bouche, des mâchoires et de la vue ou autres domaines chirurgicaux il est en outre important d'associer l'emplacement observé à d'autres pro- cédés de restitution ou de localisation d'images, en parti- culier la tomographie par ordinateur (CT) ou la tomographie à résonance magnétique NRM. Il est connu d'utiliser des microscopes d'opération, particuliers, dont les systèmes de support, c'est-à-dire le pied, les fixations au mur ou les suspen- sions au plafond, constituent un ensemble fonctionnel. La corrélation de l'image vue par de telles installations de type CT ou NRM n'est toutefois résolue que de manière non satisfaisante. Il existe également le risque qu'en cas de pannes de l'ensemble de microscope opérationnel, au cours d'une opération, le patient subisse des dommages graves. Les microscopes d'opération présentent en géné- ral des fonctions motorisées qui se commandent par des com- mutateurs à pied et/ou à main, comme par exemple le zoom, la mise au point, le mouvement dans les directions X, Y, le basculement et l'inclinaison. En outre, il peut y avoir d'autres installations de réglage mécanique ou électrique et des mécanismes de déclenchement ou de déverrouillage pour étendre le positionnement ou assurer les réglages ma- nuels. Ces installations de réglage telles que des moteurs, des électroaimants ou autres, et le cas échéant des cap- teurs, sont commandées pour retransmettre des signaux, di- rectement par l'unité de support telle que le pied reposant sur le sol ou un ensemble suspendu au plafond. Le document DE 37 17 871 décrit un procédé de localisation de structures de prises de vues CT; selon ce procédé, on guide un instrument avec un bras muni d'un cap- teur d'angle dont la position permet de localiser la pointe de l'instrument. Le procédé ne peut toutefois pas se trans- poser à un microscope d'opération, car la distance focale et l'agrandissement variables font disparaître la corréla- tion avec l'appareil CT. Le document DE 41 34 481 décrit un microscope d'opération assisté par un calculateur pour la microchirur- gie en stéréotaxie, ainsi qu'un procédé de mise en oeuvre; pour cela il est prévu une installation supplémentaire pour le microscope d'opération; cette installation utilise le procédé de triangulation par l'objectif frontal pour déter- miner de manière active le plan de mise au point et l'agrandissement, et transmettre ces informations à un sys- tème CAS. On connaît un système de positionnement optique pour des microscopes d'opération avec un affichage des pa- ramètres dans l'oculaire. Toutefois la reconnaissance du plan focal est faite de manière compliquée par une instal- lation supplémentaire et d'autres paramètres de reconnais- sance de l'emplacement ne sont pas fournis ou le sont d'une manière différente. Cela ne permet pas de combiner le sys- tème de façon universelle à un système CT. Les paramètres de fonctionnement, généraux, comme par exemple la sur- veillance du système, ne peuvent se lire. Le procédé et l'appareil décrits au document US-A-4 722 056 relient un système d'opération et un système de données avec un scanner CT et d'autres systèmes. Comme il s'agit, ainsi que cela a déjà été exposé ci-dessus, d'installations d'ensemble, spécialisées, elles ne permet- tent pas d'améliorer ultérieurement le procédé de fonction- nement. De plus, le système est compliqué et ne s'utilise pas de manière universelle. Il n'y a pas non plus de recon- naissance préventive des erreurs. La présente invention a pour but, avec des moyens simples, de créer un ensemble à microscope d'opération correspondant au type défini ci-dessus, qui peut coopérer avec des systèmes CT et NRM différents et permet en outre un diagnostic préventif de l'appareil. A cet effet, l'invention concerne un ensemble correspondant au type défini ci-dessus caractérisé en ce que l'ensemble à microscope d'opération comprend au moins une interface pour l'émission et la réception de données électriques. L'ensemble d'opération est muni d'au moins une interface de données permettant d'entrer ou de sortir des données électriques. On a ainsi créé une unité d'opération compre- nant un microscope avec une électronique de traitement, in- tégrée, assistée par un microprocesseur, permettant de communiquer par une interface de données, bidirectionnelle, avec un système de support ou une unité de support, pour les ordres et les signaux de données en retour; cet ensem- ble effectue de manière interne une série de tâches supplé- mentaires telles que les opérations de régulation, de sur- veillance et les automatismes tels que la compensation de focalisation, la commande automatique de vitesse et le ra- dioralliement. On accède ainsi aux données optiques et mé- caniques spécifiques du microscope et la commande du microscope peut se faire par une interface de données ex- ternes et des possibilités d'utilisations particulières. Dans les microscopes d'opération, modernes, la commande des moteurs de réglage pour la distance focale, l'agrandissement ou le mouvement (X, Y), est assurée par des signaux électriques. Lorsqu'on utilise des signaux de commande numériques transmis par des lignes de données de type RS 232, en combinaison avec des moteurs pas à pas ou des moteurs à courant continu auxquels sont associés des capteurs comme organes de réglage, on constate que la posi- tion des éléments optiques est déjà fixée de manière déter- minée par la commande et peut se lire en utilisant la même ligne de transmission de données. Une simple transformation par calcul permet ainsi d'obtenir la position. Cela permet d'éliminer de nombreux organes de positionnement supplémen- taires. On connaît des appareils ou système de stéréo- taxie qui utilisent la triangulation optique, des champs magnétiques ou des procédés à ultrasons pour déterminer la position de la pointe d'un instrument ainsi que sa direc- tion dans l'espace, par rapport à des points de référence du corps d'un patient, pour lier cette position à des cou- pes tomographiques. Ainsi, par exemple à l'aide d'une com- mande par des touches, l'instrument permet de connaître la distance d'une tumeur et les images de coupe perpendiculai- res et parallèles à l'axe de l'instrument sur un affichage à tube cathodique. Alors que pour définir la position dans l'espace et la direction d'un microscope d'opération, on utilise le même moyen, par exemple la triangulation opti- que, si l'on monte la source lumineuse sur le microscope au lieu de la monter sur l'instrument, il faut tenir compte de la position du plan focal et du coefficient d'agrandissement pour faire coincider l'image du tube ca- thodique et celle vue à travers le microscope. Les interfa- ces de données selon l'invention permettent cela d'une manière particulièrement peu coûteuse. L'avantage particulier de l'interface de don- nées réside dans la possibilité de brancher différents sys- tèmes de stéréotaxie du commerce sur le microscope d'opération. Par l'adaptation des programmes, cela peut se faire simplement notamment dans le cas d'une interface à câbles RS 232. Du fait du progrès rapide dans la technique des ordinateurs, l'adaptation d'un microscope d'opération à de futurs systèmes à tube cathodique est particulièrement importante pour l'utilisateur. Il est très important de pouvoir commander le microscope d'opération par l'intermédiaire de l'interface des données. Le choix sur un écran images d'un système de stéréotaxie permet d'avoir automatiquement le plan focal, l'agrandissement et le cas échéant la position du micro- scope d'opération. Une interface bidirectionnelle est dans ces conditions particulièrement intéressante. L'ensemble à microscope d'opération comprend une unité de traitement et des éléments de réglage (zoom, foyer, réglage en X ou basculement et en Y ou inclinaison) ainsi que le cas échéant des installations complémentaires telles que les moteurs-freins ou des électroaimants de freinage ou des organes de découplage comme par exemple des moyens de déverrouillage de la transmission. De plus, on peut prévoir une possibilité d'entrée telle qu'un commuta- teur à main. Des capteurs couplés directement ou par l'intermédiaire d'éléments de liaison mécanique aux élé- ments à régler permettent de déterminer et d'utiliser la position respective ainsi que la vitesse de réglage de la fonction respective pour des travaux de commande internes ou pour des applications principales. Une liaison de don- nées, de préférence série, bidirectionnelle, relie l'unité de traitement au système de support et peut être contrôlée par celle-ci par des ordres et des signaux d'état. Pour ce- la, en général on utilise une unité de traitement assistée par un microprocesseur qui assure en plus de la commande du microscope et de la surveillance, également les fonctions complémentaires comme par exemple la commande l'éclairage et le traitement du commutateur à pied. L'alimentation électrique du microscope et l'éclairage du champ opératoire sont assurés par un câble à fibres optiques, comme cela est usuel à partir de l'unité de support. L'interface des données offre la possibilité de contrôler et/ou de surveiller toutes les fonctions du mi- croscope et/ou du système de support ou de demander et de traiter des informations du système pour des travaux prin- cipaux. Ces avantages servent en particulier à des fins de service avec un ordinateur ou pour les applications de chi- rurgie assistées par ordinateur (applications CAS) dans un système combiné de microchirurgie en stéréotaxie assistée par ordinateur. Selon une autre variante, le microscope peut être relié et contrôlé directement, sans unité de support, par un ordinateur externe. Un autre avantage est que l'interface convient bien pour des diagnostics anticipés. Un technicien de ser- vice peut, à l'aide d'un ordinateur portatif, programmable, tester par l'intermédiaire des interfaces des ensembles constructifs à atteindre, pendant une application de ser- vice, et constater en un temps court et facilement protoco- lé, la possibilité d'utilisation future de l'ensemble comprenant le microscope d'opération. Une interface tra- vaillant dans les deux directions est alors particulière- ment avantageuse, car elle permet d'interroger de manière dirigée les caractéristiques à contrôler par le programme d'un ordinateur portatif. L'ensemble à microscope d'opération, selon l'invention, avec la possibilité d'accéder aux données pro- pres au microscope, offre les possibilités d'utilisation suivantes et est réalisé de manière correspondante: - l'interface de données est reliée au micro- scope d'opération et/ou au système de support pour contrô- ler les fonctions du microscope d'opération et/ou du système de support, de manière bidirectionnelle ou unidi- rectionnelle et/ou pour demander des informations. Cette interface de données est de préférence une interface de données normalisée, de type série, correspondant aux normes usuelles telle que par exemple RS 232, RS 422 et RS 485 pour s'adapter facilement à des ordinateurs du commerce. Sur le plan des prescriptions de sécurité médicale, il est avantageux de découpler les signaux sans potentiel, - pour des applications de microchirurgie en stéréotaxie, on doit pouvoir demander le plan de focalisation à la distance par l'intermédiaire de l'interface de l'ordinateur, qui, dans le cas d'une installation de mise au point optique à focale variable ne peut se déterminer avec le système de reconnaissance de position dans l'espace. Ce point de focalisation est nécessaire dans des systèmes stéréotaxies assistés par ordinateur pour localiser sans équivoque l'image du microscope et sa cor- rélation avec les images tomographiques (tomographie par ordinateur, CT, résonance magnétique NRM, ou autres et qui apparaissent sur un écran image, - pour les applications en microchirurgie en stéréotaxie, l'agrandissement réglé (zoom) est demandé par l'interface de l'ordinateur et peut servir dans des systèmes en sté- réotaxie assistés par calcul, à l'affichage superposé de l'image du microscope et des images tomographiques, affi- chées sur l'écran (tomographie assistée par ordinateur, CT, résonance magnétique NRM, système PET ou images par ultrasons, - d'autres données spécifiques au microscope telles que les informations de position, vitesse, (X, Y), basculement, inclinaison, ou autres, et les informations d'état ainsi que les informations d'erreurs peuvent être demandées par l'intermédiaire de l'interface de l'ordinateur, - le microscope d'opération est commandé de manière définie par l'interface de l'ordinateur pour toutes les fonctions (mise au point, zoom, (X, Y), basculement, inclinaison, ou autres et peut ainsi se régler de manière quelconque, suivant des données externes. En particulier, dans le cas de la microchirurgie en stéréotaxie, après avoir fixé la procédure préalablement à l'opération, cela permet de té- lécommander le microscope par l'ordinateur de chirurgie assistée par ordinateur (CAS) et de venir automatiquement dans une ou plusieurs positions successives dans le champ opératoire. Cela permet pratiquement une navigation à vue en suivant les images de tomographie, ce qui est très utile pendant le déroulement des opérations et pour iden- tifier ou inspecter les tumeurs, - le microscope d'opération et/ou le système de support sont contrôlés dans le but d'entretien par l'interface de l'ordinateur et sont entretenus. A l'aide de la commande et de la signalisation en retour, décrite ci-dessus, d'une fonction, il est possible d'effectuer un diagnostic complet, télécommandé, avec protocole correspondant. L'accès à une mémoire inscriptible mais non volatile (par exemple une mémoire EEPROM) dans le microscope d'opération et/ou dans le système de support permet en outre de constater les défauts qui se sont produits anté- rieurement et qui ont été enregistrés par l'unité de traitement interne. En outre de telles données de fonc- tionnement, supplémentaires, et informations supplémen- taires (par exemple les données du dernier contrôle, des données de fonctionnement, des intervalles de service, des configurations d'appareil, ou autres) peuvent être enregistrées et interrogées de manière bidirectionnelle. L'interface d'ordinateur permet ainsi un déroulement to- talement automatique de l'essai et du contrôle par un or- dinateur de service. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: l'interface de données est réalisée comme unité de transmission de signaux numériques; - l'interface de données est une interface de type série correspondant aux standards RS 232, RS 422 ou RS 485; - l'interface de données est un connecteur de câble de données; - le microscope d'opération comporte des photo- diodes qui peuvent être détectées par au moins une caméra et en ce que pour déterminer les coordonnées de localisa- tion et de direction du microscope d'opération, une unité de commande coopère avec un système de stéréotaxie. Des exemples de réalisation seront décrits ci- après à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre un ensemble à microscope d'opération et un système stéréotaxie, - la figure 2 montre une mise en service avec l'interface. Le mode de réalisation de la figure 1 comprend un microscope d'opération 1 avec un pied 4 et plusieurs bras pivotants ou installation de pivotement et de bascule- ment 4a, 4b, 4c, 4d, formant un ensemble de microscope d'opération 100. La position du plan focal 6 ainsi que l'agrandissement sont définis par les éléments optiques du microscope d'opération 1; ces éléments sont déplacés par des moteurs de réglage. La commande des moteurs de réglage se fait dans l'exemple représenté ici, par une plaque de circuit imprimé équipée d'un processeur 2; ce circuit échange des données avec une plaque de circuit de commande 3 dans le support de pied. Le bus de données entre la pla- que de circuit à processeur 2 et la plaque de circuit de commande 3 se poursuit jusqu'à l'interface de données 5. Les photodiodes 7 équipant le microscope d'opération 1 peuvent être détectées par une ou plusieurs caméras 8 si bien que l'unité 9, procédant par triangula- tion, permet de déterminer les coordonnées du lieu et de la direction du microscope d'opération. Ces valeurs sont transmises au système de stéréotaxie 10. L'unité 9 est en général intégrée dans le système de stéréotaxie 10 qui est constitué par un ordinateur, sous forme de module câblé ou programmé. Pour définir la position réelle du foyer dans le plan focal 5 ainsi que pour compenser les rapports de dimensions sur l'écran image du système de stéréotaxie, on transmet des valeurs correspondantes au système de stéréo- taxie 10 par l'intermédiaire de l'interface de données 5. Le dispositif affiché est particulièrement avantageux car les signaux utilisés pour la commande des moteurs de ré- glage et qui sont transmis par la plaque de circuit imprimé de commande 3 à la plaque de circuit imprimé à processeur 2, représentent en même temps le signal de mesure. De ce fait, les autres capteurs deviennent inutiles. Selon un autre mode de réalisation représenté à la figure 2, l'ensemble de la commande est assuré de ma- nière numérique pour tous les éléments fonctionnels élec- triques. Un ordinateur portatif 11 permet ainsi à un technicien de service de contrôler par l'interface 5 tous les éléments fonctionnels électriques, en procédant par commande programmée. Outre l'avantage d'une durée d'intervention minimale, cela augmente la sécurité du con- trôle excluant tout oubli ou erreur d'interprétation et permettant d'établir un protocole clair. ]] R E V E N D I CATIONS ) Ensemble à microscope d'opération composé d'un microscope d'opération (1) et d'une unité de support (4), caractérisé en ce que l'ensemble à microscope d'opération (11) comprend au moins une interface (5) pour l'émission et la réception de données électriques. 2 ) Ensemble à microscope d'opération selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interface de don- nées (5) est réalisée comme unité de transmission de si- gnaux numériques. 3 ) Ensemble à microscope d'opération selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'interface de données (5) est une interface de type série correspondant aux standards RS 232, RS 422 ou RS 485. 4 ) Ensemble à microscope d'opération selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'interface de données est un connecteur de câble de don- nées. ) Ensemble à microscope d'opération selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le microscope d'opération (1) est monté sur un pied (4) repo- sant sur le sol, la position du plan focal (6) ainsi que l'agrandissement se réglant au niveau du microscope d'opération (1) par des éléments optiques déplacés par des moteurs de réglage et pour la commande des moteurs de ré- glage, il est prévu une plaque de circuit imprimé à proces- seur (2) dans le pied (4) ou sur l'un des bras basculants (4a, 4b, 4c, 4d) ou sur le boîtier du microscope d'opération (1), la plaque à circuit imprimé à processeur (2) coopérant avec une plaque à circuit imprimé de commande (3) appartenant au pied (4) et en ce que le bus de données se prolonge entre la plaque à circuit imprimé à processeur (2) et la plaque à circuit imprimé de commande (3). 6 ) Ensemble à microscope d'opération selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le microscope d'opération (1) comporte des photodiodes (7) qui peuvent être détectées par au moins une caméra (8) et en ce que pour déterminer les coordonnées de localisation et de direction du microscope d'opération, une unité de commande (9) coopère avec un système de stéréotaxie (10).