Brevet FR2716367A1 — publié le 19950825

L'invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle de la position de la cornée pouvant être utilisés dans les appareils chirurgicaux de correction des amétropies de l'oeil par ablation de la cornée à l'aide d'un rayonnement laser. On sait qu'en ophtalmologie les amétropies, telles la myopie, l'hypermétropie et l'astigmatisme peuvent être corrigées par une modification de la courbure de la cornée, en particulier en utilisant un laser à excimère. Dans l'article "Excimer laser surgery of the cornea" daté du 21 septembre 1983 et paru dans la revue "AMERICAN JOURNAL OF OPHTALMOLOGY", vol.96, pages 710 à 715 de décembre 1983, S.L.TROCKEL, R.STRINIVASAN et B.BRAREN décrivent l'utilisation d'un laser à excimère, émettant un rayonnement de 193 nm de longueur d'onde, pour détruire de la matière cornéenne par photo-décomposition. Ils précisent que, pour modifier la courbure de la cornée, on forme sur la cornée, avec ledit rayonnement, une tache circulaire dont "l'intensité varie du centre vers la périphérie, de sorte que l'on enlève plus de matière soit au centre, soit à la périphérie, en fonction de la distribution de la lumière". Cela permet de modifier la courbure de la cornée en faisant varier sélectivement l'épaisseur de celle-ci afin de corriger les défauts de l'oeil. La demande de brevet français ne9400631 déposée le 21 janvier 1994 au nom du demandeur décrit un procédé et un dispositif capables de répartir spatialement l'énergie d'un laser afin d'obtenir l'ablation de cornée adaptée à l'amétropie à corriger, en projetant sur ladite cornée l'image d'un masque de transmission adéquate. Cependant, pour mettre ce procédé en oeuvre, il faut pouvoir déterminer la position relative de l'oeil et du rayonnement actif incident, de façon à n'émettre le rayonnement laser que lorsque le centre de l'oeil est dans l'alignement du faisceau laser et que l'oeil est orienté selon l'axe optique de ce faisceau. En vue d'assurer la fixité de l'oeil par rapport à la machine, le brevet US-A-4.729.372 expose, en regard de sa figure 2, un dispositif faisant ventouse et apte à bloquer l'oeil. Un tel dispositif d'immobilisation mécanique est très pénible pour le patient et interdit toute intervention du chirurgien pendant l'opération. Mieux vaudrait visualiser l'impact du rayonnement sur la cornée pour en tirer les informations nécessaires au centrage du faisceau actif sur l'oeil mais le rayonnement à 193 nm correspond à l'ultra-violet lointain et est invisible. Généralement, pour lever cette difficulté, on fait passer par le centre de la position théorique du rayonnement actif la lumière issue d'un ou de deux petits lasers inoffensifs, tels les lasers hélium-néon de faible puissance qui émettent une lumière rouge. Les inconvénients de ce procédé sont multiples - ce procédé ne prend pas en compte la direction du regard du patient, - la longueur d'onde de 628 nm est peu perceptible par ce qu'en limite du spectre de lumière visible, - les rayonnements émis par les lasers sont cohérents et créent, près des surfaces qui les interceptent, des interférences qui donnent l'impression que l'image scintille, ce qui est peu favorable à l'observation, L'objet de l'invention est d'assurer la direction du regard et le centrage de l'oeil sans blocage mécanique contraignant, en laissant au chirurgien l'accès à l'oeil en cours d'opération et en mettant à sa disposition des aides et des sécurités automatiques. A cette fin, selon l'invention, le procédé d'orientation et de centrage de l'oeil, utilisable pour un appareil chirurgical ophtalmique opérant par laser, est caractérisé en ce que a) on envoie, dans la pupille de l'oeil à corriger, un faisceau lumineux visible, parallèle au faisceau laser, et contenant l'image d'une mire, b) on projette, autour de la pupille de cet oeil, l'image d'un réticule annulaire concentrique au faisceau laser, image invisible par le patient mais observable par le chirurgien, c) on incite le patient à regarder la mire, d) on centre l'iris de l'oeil à opérer sur l'image du réticule. Le faisceau lumineux qui contient l'image de la mire, parallèle au faisceau du rayonnement ultra-violet actif, est collimaté de telle sorte que les élements focalisateurs de l'oeil dans lequel il pénètre forment l'image de la mire sur la rétine de cet oeil. Voyant la mire, le patient oriente son regard parallèlement au rayonnement actif. L'image du réticule annulaire, centré par construction sur le champ du rayonnement actif, se forme sur le plan de l'iris de l'oeil à opérer et l'un de ces diamètres, soit le diamètre extérieur, soit le diamètre intérieur, est à peu près de même grandeur que celui de cet iris. Le chirurgien, par examen du couple iris-réticule est à même de procéder au centrage du réticule sur l'iris, par un mouvement relatif entre l'axe optique et la tête du patient. Grâce à l'invention, si la distance entre l'axe optique et le plan médian de la tête du patient est connue, par exemple grâce à une mesure préalable au pupillomètre, la position de l'oeil regardant la mire et dont l'iris est centré sur le réticule est connue et la cornée peut être mise en place, par rapport au rayonnement, comme le désire le chirurgien. Pendant l'intervention, le chirurgien vérifie que le centrage du réticule sur 1 iris reste dans les limites de précision qu'il juge acceptables. Ainsi, l'invention permet de placer la cornée sous le rayonnement invisible, avec exactitude, et de contrôler cette position en cours d'opération. Pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention on prévoit un dispositif qui comporte a) les moyens pour former, à l'aide d'un faisceau optique parallèle à celui du laser, dans l'oeil à corriger, l'image d'une mire, b) les moyens pour projeter, sur l'oeil à corriger, l'image, centrée sur le faisceau laser, d'un réticule, c) un moyen d'observation du centrage relatif de l'oeil et du réticule, d) un dispositif de positionnement de l'oeil par rapport à l'image du réticule, ou vice-versa. Avantageusement, le dispositif peut être complété d'un, ou de plusieurs, capteur qui permet d'apporter des aides au chirurgien telles que - une information sur la mise au point et, éventuellement, un automatisme de conservation de cette mise au point, - une interruption automatique du tir laser quand le décentrage du réticule par rapport à l'iris de l'oeil dépasse la tolérance préalablement fixée par le chirurgien, - un asservissement du dispositif de positionnement de l'oeil par rapport au réticule, ou vice-versa. En particulier, dans le cas où l'appareil chirurgical est construit comme le décrit la demande de brevet français n 91-10881 déposée le 3 septembre 1991 au nom du demandeur, l'élément mécanique mobile nécessaire à cet asservissement peut être le lit sur lequel le patient est allongé. Dans d'autres modes de construction, l'élément mobile peut être tout ou partie du système optique. Les figures annexées font facilement comprendre comment l'invention peut être réalisée et utilisée. La figure 1 représente le schéma optique d'un dispositif coaxial de projection des différents rayons lumineux vers l'oeil à corriger. La figure 2 représente le dessin formé, sur l'oeil à corriger, par le faisceau optique porteur de la mire et par le l'image du réticule. Les figure 3 et 3 bis représentent l'orientation d'un oeil regardant une mire. Les figures 4 et 5 représentent un capteur de mise au point, de principe connu, adapté à l'invention. La figure 6 représente un exemple d'intégration, dans un appareil chirurgical ophtalmologique à laser, d'un dispositif conforme à l'invention. L'oeil à corriger 1, tel que représenté sur la figure 1, reçoit le rayonnement actif 2, en provenance d'une source 3 émettant dans l'ultra-violet, par réflexion sur un miroir dichroïque 4 qui réfléchit les rayons ultra-violets et est transparent en lumière visible. La mire 5 est constituée d'une image centrale 6 éclairée par une lampe 7. Un condenseur 8 porté par un mécanisme 9 transporte l'image de la mire au foyer objet d'un objectif 10 qui projette cette image à l'infini. Un filtre coloré 11 sélectionne une couleur, de préférence légèrement excentrée dans le spectre visible, comme le jaune-orangé ou le bleu-vert, pour qu'elle soit d'observation confortable. Un miroir 12 dirige la lumière émise par ce système vers l'oeil 1 de telle façon que l'image de la pupille 13 du système se forme sur la pupille 14 de l'oeil 1 et que cet oeil focalise, sur sa rétine, l'image 15 de la mire. Par définition, cet oeil 1 est ou myope ou hypermétrope et il ne lui est pas possible, naturellement, de former une image nette de la mire. Ceci est expliqué au patient et on lui donne en main un boitier de commande 16 capable d'agir sur le mécanisme 9 lequel, en déplaçant le condenseur 8 modifie la mise au point de l'image de la mire. Le réticule 17 est un anneau lumineux 18 ménagé sur un fond noir 19. I1 émet une lumière qu'un filtre 20 colore différemment de la mire, et son image est projetée, par un objectif 21 et une lame semi-réfléchissante 22, sur l'iris 23 de l'oeil 1. L'image 26 de la pupille 13 du système optique de projection de la mire 5 et l'image 27 du réticule 17 sont représentes sur la figure 2. Ces images sont rétrodiffusées par l'oeil 1, dont on distingue la pupille 14 et l'iris 23, et observées à travers un dispositif d'observation 28 qui peut être, par exemple, un microscope ou une caméra, soit vidéo, soit digitale, soit équivalente. Quand, comme montré sur la figure 3, l'oeil 1 reçoit un faisceau lumineux 29 qui passe par sa pupille 14, il focalise sur sa rétine une image 15 alignée sur l'axe du faisceau 29. L'angle a entre l'axe optique 30 de l'oeil et la direction du regard 31 se manifeste par une translation du centre de l'oeil. La distance y entre le centre de l'oeil et le plan méridien A du visage étant une constante propre à chaque individu, la translation X correspond à une translation de l'ensemble de la tête. Pour orienter l'axe optique 30 de l'oeil 1 dans la direction du faisceau 29, il faut que le chirurgien connaisse, par une mesure préalable, l'écart y entre l'oeil et le plan médian A, repéré par l'arête 32 du nez, qu'il centre sous l'axe tri-optique 33 (FIG.1), qui contient, entre autres, le faisceau de mire 29, puis qu'il déplace la tête du patient de la quantité y. La position ainsi obtenue est représentée sur la figure 3 bis. Cette position atteinte, le chirurgien peut commencer l'opération. I1 est possible que, pendant celle-ci, la cornée en cours d'ablation devienne temporairement opaque, ce qui tend vers une disparition de la vision des éléments optiques de l'oeil 1 (pupille 14 et iris 23), dans les limites de la surface insolée. Pour que le chirurgien puisse juger du centrage de l'iris 23 et du réticule 27 il faut que le diamètre de la surface insolée soit inférieur à celui de l'iris. Le dispositif de contrôle de la mise au point est représenté sur la figure 4. Le capteur 34 est incliné d'un angle ss sur l'axe 33 du faisceau tri-optique porteur, en particulier, de l'image 27 du réticule 17. Quand ce faisceau intercepte un plan 35, ce dernier diffuse la lumière dans toutes les directions, entre autres dans l'angle solide 36 de l'ouverture de l'objectif 37 qui forme en un point 38 de la cellule 39 1' image du centre du réticule 17. Quand le plan 35 se déplace vers les positions 40 puis 41, l'image du centre du réticule se déplace sur la cellule du point 38 vers les points 42 puis 43. Ce dispositif transforme un déplacement axial de mise au point, difficilement mesurable, en un déplacement transversal facilement mesurable. Par exemple, comme le montre la figure 5 sur laquelle la surface captrice 44 du capteur 39 est représentée, en comptant les rangées de pixels qui séparent un détail 45 de l'image 46 reçue par le capteur d'une ligne 47 de pixels, laquelle ligne sert de référence à la mise au point. Avantageusement, ce capteur 34 peut être une caméra vidéo, digitale ou équivalente qui transmet l'image à un système capable de la traiter pour fournir des automatismes d'aide au chirurgien tels que, par exemple: - un blocage de l'émission du rayonnement ultra-violet actif quand le faisceau tri-optique d'axe 33 se décentre plus qu'acceptable par rapport à l'iris 14, la tolérance étant préalablement fixée par le chirurgien, - un asservissement qui oblige le faisceau tri-optique d'axe 33 à rester centré sur l'iris 23. Un exemple d'intégration, dans un appareil chirurgical ophtalmologique à laser, d'un dispositif conforme à l'invention est représenté sur la figure 6. Le patient P est porté par un support 48, lit ou siège, sur lequel sa tête est immobilisée par un moyen 49. Le faisceau tri-optique d'axe 33 est issu d'un bloc optique 50. Le support 48 et le bloc 50 sont reliés par la liaison mécanique active 51. L'activité de la liaison mécanique 51 peut être due à des moteurs et/ou à des commandes manuelles sensitives. Les déplacements sont relatifs au centrage de l'oeil 1 par rapport au faisceau tri-optique d'axe 33, c'est à dire que le support 48 du patient P peut être mobile par rapport au bloc optique 53, ou que le bloc optique 53 peut être mobile par rapport au support 48, ou que se sont les composants optiques intérieurs au bloc optique 53, les miroirs 12, 22 et 4 par exemple, qui sont mobiles : l'important est qu'il y ait une mobilité contrôlée entre l'oeil 1 et l'axe 33 des faisceaux optiques que cet oeil reçoit. Le capteur 34 envoie ses informations, par un câble 52, vers un système de traitement 53, auquel le chirurgien avait, préalablement, par un câble 54, adressé ses consignes. En fonction des consignes et des informations reçues, le système 53 - par un câble 55, restitue l'image perçue par le capteur sur un écran 56. Dans ce cas, le moyen d'observation 28 et le capteur 34 peuvent être confondus. - par un câble 57, interrompt l'émission laser de la source 3, - par une liaison électrique 58, gère la position relative de l'oeil 1 du patient P et de l'axe tri-optique 33. En particulier, par mouvements mécaniques - avant l'opération, il amène, en tenant compte des relevés préalables, l'oeil à opérer, droit ou gauche, sous l'axe 33, - avant l'opération, il fait la mise au point, - pendant l'opération, il assure la continuité de la mise au point, - pendant l'opération, il asservitles mouvements relatifs du support 48 et du bloc optique 50 au centrage de l'image réticulaire 27 sur l'iris 23. Quand un des déplacements nécessité par ce centrage dépasse la tolérance imposée par le chirurgien, ce dépassement commande l'interruption du tir du laser 33. Le chirurgien est averti de ce dépassement, soit par le silence causé par l'arrêt du laser 3, soit par un message qui s'inscrit sur l'écran 56, soit par un autre moyen. REVEND I CAT IONS 1- Procédé de contrôle de la position de la cornée utilisable dans les appareils chirurgicaux de correction des amétropies de l'oeil par ablation de la cornée à l'aide d'un rayonnement laser, caractérisé en ce que a) on envoie, dans la pupille 14 de l'oeil 1 à corriger, un faisceau lumineux visible, parallèle au faisceau laser, et contenant l'image d'une mire 5, b) on projette, autour de la pupille 14 de cet oeil 1, l'image 27 d'un réticule annulaire 17 concentrique au faisceau laser, image invisible par le patient mais observable par le chirurgien, c) on incite le patient à regarder la mire, d) on centre l'iris 23 de l'oeil 1, à opérer, sur l'image 27 du réticule 17. 2- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé spécifiée sous la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte a) les moyens pour former, à l'aide d'un faisceau optique parallèle à celui du laser, dans l'oeil à corriger 1, l'image 15 d'une mire 5, b) les moyens pour projeter, sur l'oeil à corriger 1, l'image 27, centrée sur le faisceau laser, d'un réticule 17, c) un moyen d'observation 28 du centrage relatif de l'oeil 1 et de l'image 27 du réticule 17, d) un dispositif de positionnement de l'oeil 1 par rapport à l'image 27 du réticule 17, ou vice-versa. 3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de centrage relatif de l'oeil 1 sur l'image 27 réticule 17 est composé d'un capteur 34, d'un système de traitement 53 et d'une liaison mécanique active 51. 4- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le capteur 34 est une caméra, vidéo, digitale ou équivalente. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le capteur (34) est utilisé pour mesurer la mise au point. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la mesure de mise au point est utilisée pour que cette mise au point soit automatique. 7. Dispositif selon les revendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce que le moyen d'observation (28) et le capteur (34) sont confondus. 8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'analyse de l'information transmise par le capteur (34) pour interrompre le tir du laser (3) si le déplacement du faisceau trioptique d'axe (33), par rapport à l'iris (23), est plus grand qu'une tolérance déterminée par le chirurgien. 9. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'analyse de l'information transmise par le capteur (34) pour asservir le faisceau tri-optique (33) à rester centré sur l'iris (23). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour interrompre le tir du laser (3), lorsque le déplacement nécessaire au centrage du faisceau tri-optique (33) sur l'oeil (1) du patient (P) dépasse une tolérance, déterminée par le chirurgien.