Brevet FR2868685A1 — publié le 20051014

La présente invention concerne le génie biologique et médical et a pour objet l'application d'un procédé d'utilisation des LED de forte puissance au domaine de la transillumination des tissus vivants. L'objectif visé est d'introduire le maximum de lumière au travers de la peau d'un patient sur une surface minimale et avec un interface optique qui favorise la pénétration de la lumière dans les tissus sous-cutanés. Des tentatives ont été réalisées à base des sources de lumière blanche (halogène ou lampes à Arc), donnant de bons résultats d'observation. L'inconvénient de ce type de solution est que le rendement électrique/optique de ces lampes n'est pas très bon et que la production de lumière s'accompagne d'une production importante de chaleur. Pour s'en affranchir des dispositifs à base de fibres optiques permettent de séparer thermiquement la lampe de la peau du patient. Ce découplage se fait également avec perte de rendement, ce qui rend le dispositif final lourd et onéreux. Le dispositif selon l'invention permet de s'affranchir de ces inconvénients et d'utiliser des Diodes Electro-Luminescentes (DEL) pour la transillumination des tissus vivants. Les DEL sont des composants semi-conducteurs qui, lorsqu'ils sont traversés par un courant électrique génèrent de la lumière. Cette lumière est en général monochromatique, la couleur émise dépendant de la composition du semi-conducteur. On peut générer indirectement du blanc, à partir de diodes ultra-violettes 30 ou bleues sur lesquelles on dépose un phosphore. Dans l'application visant à son utilisation pour l'observation des tissus vivants, le caractère monochromatique de la diode est particulièrement intéressant car les tissus transmettent de façon très favorable le rouge et l'infrarouge. Les sources traditionnelles qui émettent donc du blanc voient une grosse partie de la lumière, correspondant au bleu, au vert et au jaune arrêtée par les premières couches de tissus. Il existe en revanche des diodes qui émettent directement du rouge ou de l'infrarouge, donc plus favorables à la pénétration en profondeur. Des diodes de faible puissance, quelques milliwatts émis pour situer les choses existent depuis longtemps et sont utilisées dans des appareils de nouvelle génération. Ces appareils présentent un progrès par rapport à l'état de l'art existant mais présentent deux inconvénients: - La puissance réduite des diodes limite la profondeur de pénétration. - On cherche à lutter contre cette absence de puissance en multipliant le nombre de diodes, ce qui augmente la quantité de lumière couplée dans les tissus, mais la zone aveugle liée à la présence de plusieurs diodes augmente en proportion. Mais même avec plusieurs diodes, la puissance optique reste faible. Ces inconvénients peuvent être contournés avec l'utilisation de diodes de nouvelle génération qui sont environ 50 fois plus puissantes que les diodes de l'ancienne génération (plusieurs centaines demW émis). La présente invention répond à la question suivante: comment mettre en uvre ce type de DEL pour permettre leur utilisation et les rendre efficaces dans l'application concernée. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente le mode d'utilisation actuel des diodes. Dans cette configuration une grande partie de l'énergie lumineuse est perdue par diffraction, réfraction et absorption. La figure 2 représente les différents paramètres de l'invention. Dans cette configuration on recherche une optimisation de la récupération et de sa canalisation vers la profondeur. En référence à ces dessins, deux obstacles sont à surmonter: > les DEL, au contraire par exemple des lasers, sont des émetteurs de lumière dits Lambertien, ce qui veut dire que la lumière est émise de façon égale dans toutes les directions (c'est également le cas des lampes à incandescence et lampes à halogène). Ces DEL sont munies de lentilles en face avant qui optimisent l'extraction de lumière, et qui pour certaines concentrent la lumière mais dans tous les cas le couplage direct avec les tissus n'est pas optimal (configuration 1) - Même si la puissance dissipée est modérée (de l'ordre de 1 W) le contact direct du composant avec la peau génère un échauffement non supportable. Il faut donc découpler la DEL du contact avec la peau. Dans cette configuration, une partie de l'énergie lumineuse 25 se dirige vers le fond du derme, une autre part parallèlement à la peau avec moins d'efficacité vers la profondeur. L'invention concerne donc une configuration qui optimise la récupération de lumière et la canalise vers la profondeur 30 des tissus (configuration 2) La DEL est mise au foyer d'un miroir qui concentre les rayons lumineux vers l'avant. Au contact de ce miroir est positionné un guide d'onde optique, c'est à dire un cylindre transparent (en plastique ou en verre) qui joue le rôle d'une grosse fibre optique. Pour que la lumière soit guidée, il faut que le c ur du guide soit d'indice de réfraction inférieur supérieur à celui de la gaine. Cette gaine dans une fibre optique est une mince couche d'indice inférieur à celui du c ur. Dans notre cas, la gaine optique d'indice inférieur à celui du c ur peut être réalisé par de l'air simplement. Dans la configuration présentée, une très grosse partie (plus de 80 de la lumière issue de la DEL pénètre utilement dans les tissus et sur une surface de contact petite, qui minimise donc les surfaces occultées. Par ailleurs, la présence du conducteur découple thermiquement la DEL de la peau du patient. On a donc l'avantage d'un découplage comme il existe dans les illuminateurs à lampe halogène ou à arc, mais les faibles dimensions de la DEL permettent de la loger à proximité immédiate de la zone utile. Dans le cas de l'utilisation d'une DEL émettant dans l'infrarouge la mise en uvre d'une camera sensible dans ces longueurs d'onde est utile pour la capture et le traitement des informations. L'application du dispositif pour la transillumination des tissus vivants selon l'invention est destinée plus particulièrement au domaine de la phlébologie pour la mise en évidence de tout type d'élément veineux non apparent à l'oeil nu pour en permettre le diagnostique, le repérage, le traitement par sclérose, phlébectomie, lumière laser, procédé chirurgical ou toute autre méthode. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'utilisation pour la transillumination des tissus vivants visant à introduire le maximum de lumière au travers de la peau d'un patient sur une surface minimale et avec une interface optique qui favorise la pénétration de la lumière dans les tissus sous-cutanés, caractérisé en ce qu'il comporte une diode électroluminescente de nouvelle génération ayant une puissance de plusieurs centaines de mW. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un miroir qui concentre les rayons lumineux vers l'avant et permet l'optimisation de la récupération de la lumière de la DEL. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un guide d'onde optique qui minimise les surfaces occultées et permet la canalisation de la lumière vers la profondeur des tissus. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la diode émet dans le rouge ou l'infra-rouge pour une pénétration plus en profondeur dans les tissus. 5) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une caméra sensible dans l'infrarouge pour la capture et le traitement des informations obtenues.