FR2801185A1 - Video endoscope securise a profilometre laser integre pour la chirurgie assistee par ordinateur - Google Patents
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Abstract
Vidéo endoscope sécurisé à profilomètre laser intégré pour la chirurgie assistée par ordinateur. L'invention concerne un vidéo endoscope localisé dans l'espace et contenant un profilomètre laser pour la chirurgie assistée par ordinateur. Un faisceau laser (2) coplanaire à l'axe optique de l'endoscope (1) est étalé en un trait (6). La déformation du trait vue par la caméra (7) de l'endoscope permet de connaître la distance des points éclairés par le trait laser par rapport à l'endoscope. L'endoscope étant positionné par des capteurs dans l'imagerie scanner préopératoire, les points éclairés par le trait laser ont leur position connue à la fois dans l'imagerie scanner préopératoire et dans l'imagerie vidéo. Ce dispositif de fusion d'image en temps réel permet, d'une part d'enrichir l'image vidéo par les données du scanner, et d'autre part de réactualiser le scanner par le résultat de l'exérèse chirurgicale grâce aux informations provenant de l'endoscope.
Description
L'invention est un dispositif de fusion d'image dans le domaine de la
chirurgie assistée par ordinateur. Elle concerne une nouvelle génération d'endoscopes sécurisés avec profilomètre laser intégré permettant un enrichissement des images vidéo à partir des informations de l'imagerie préopératoire (Principe de la " Réalité Augmentée "), ainsi qu'une réactualisation du scanner préopératoire (Principe de 1'" Imagerie
Chirurgicalement Modifiée ").
L'avènement de la chirurgie minimale invasive, évolution majeure de ces dernières
années, est le moteur principal d'un essor sans précédent des techniques endoscopiques.
En chirurgie rhinosinusienne par exemple, cet essor est à l'origine d'une recrudescence significative des accidents graves par effraction orbitaire ou cérébrale. Ces accidents s'expliquent par le fait que l'endoscopie endonasale, ne donne qu'une vision de l'intérieur d'un labyrinthe sans repérage topographique des organes sensibles de voisinage (nerf optique, cerveau, carotide interne). Le chirurgien n'a ainsi qu'une perception qualitative de l'endroit o il intervient, liée essentiellement à son expérience. Pour sécuriser ce type de chirurgie, il est apparu nécessaire de fournir une information topographique par localisation de l'instrument. Des problèmes similaires ont été rencontrés en neurochirurgie
et en chirurgie rachidienne intra médullaire.
La neurochirurgie stéréotaxique, prévue initialement pour la destruction sélective de tumeurs cérébrales, a généré les premiers dispositifs capables d'une telle localisation par incrustation d'une croix représentant l'extrémité active d'un instrument sur des coupes scanner préopératoires (voir par exemple Brevet WO-A6-88 09151, Brevet US ,186, 174). La contrainte principale de ces techniques stéréotaxiques était la nécessité
d'un ancrage fixe et invasif de la tête dans un cadre rigide.
La Stéréotaxie Sans Cadre est un concept assez récent dont l'émergence a été favorisée par le caractère inacceptable de la stéréotaxie classique en chirurgie fonctionnelle. L'idée maîtresse de cette technologie, repose sur le fait que le cadre rigide est remplacé par un capteur positionnel capable d'annuler par calcul les mouvements de la tête; celle-ci n'a
ainsi plus besoin d'être fixée (brevet FR 94 05905).
A l'usage, ces technologies ont révélé de nombreuses imperfections notamment sur les capteurs de position, sur les méthodes de recalage, et sur l'ergonomie générale: - Des capteurs de positionnement à induction magnétique ont été proposés PCT US /11611; ils souffrent dans l'état actuel de l'art, de distorsions importantes dans l'environnement magnétique opératoire. - Des capteurs optiques positionnant la zone opératoire et les instruments par des caméras vidéos ont été développés et mis en pratique dans divers produits commerciaux (Brevet US 5,230,623). Ils souffrent des trois limitations suivantes reconnues: l'absence de temps réel entre la mesure et l'affichage du positionnement, l'occultation fréquente du signal par le personnel opératoire, enfin le caractère non omnidirectionnel de ce signal de positionnement, c'est à dire obtenu seulement pour certaines orientations particulières des
instruments, ce qui est très limitatif pour l'acte opératoire.
- Le recalage est la mise en correspondance point à point, d'un ou plusieurs objets indépendants avec leur imagerie tridimensionnelle numérisée. En chirurgie, l'absence à ce jour, d'un procédé de recalage fiable, rapide et non invasif est un facteur limitant supplémentaire (Thèse Paris VI France [1996 S30] Elisabeth Cuchet, Stéréotaxie sans cadre: application à la chirurgie et à la radiothérapie). En effet, certaines méthodes de recalage sont fiables mais invasives car nécessitant un ancrage osseux préalable. D'autres sont atraumatiques car cutanées, mais restent imprécises et opérateur dépendantes en raison de l'élasticité de la peau. D'autres enfin, font appel à un recalage par imagerie peropératoire (IRM, écho), dont l'inertie est celle des infrastructures lourdes de la radiologie interventionnelle alors que la philosophie de la stéréotaxie sans cadre est
justement d'en proposer une alternative simplifiée.
- De plus, l'utilisation simultanée de la stéréotaxie sans cadre, couplée à l'imagerie vidéo endoscopique a fait apparaître une nécessaire simplification ergonomique. En effet, le chirurgien doit visualiser quasi simultanément et pendant toute l'intervention, deux sources juxtaposées d'information: celle de l'imagerie scanner en plusieurs coupes 2D, et celle de la caméra vidéo, également en 2D. Il doit lui-même faire mentalement la fusion de
ces deux sources d'information pour les coordonner avec sa progression opératoire 3D.
- Enfin, aucun des systèmes actuels proposés ne permet de réactualiser l'imagerie scanner préopératoire en fonction des modifications apportées par l'acte chirurgical sans faire
appel à une imagerie IRM ou rayons X durant l'opération.
Le dispositif selon l'invention est un vidéo endoscope localisé dans l'espace et intégrant un profilomètre laser à triangulation. Il permet d'abord d'enrichir l'image vidéo de l'endoscope en y incrustant de manière facilement lisible pour le chirurgien, des informations et alarmes provenant de l'imagerie scanner préopératoire (principe de la "Réalité Augmentée"). Il permet ensuite, notamment lors d'une pose opératoire, de consulter une réactualisation du scanner préopératoire en fonction des modifications
apportées par l'acte chirurgical (principe de "l'Imagerie Chirurgicalement Modifiée ").
Pour l'obtention de tels résultats le dispositif selon l'invention doit satisfaire aux exigences préalables suivantes: fournir un système de positionnement optique temps réel, non occultable, et omnidirectionnel de l'endoscope, des instruments chirurgicaux et de la tête; fournir un moyen de recalage fiable, rapide, et non invasif; fournir au système des moyens de détection de tout dysfonctionnement pouvant entraîner des erreurs du positionnement. Le support sur lequel s'intègre le dispositif principal de l'invention est un vidéo endoscope localisé dans l'espace, c'est à dire un endoscope équipé à son extrémnité d'une
caméra vidéo, et des moyens décrits plus loin de localisation.
L'élément principal du dispositif selon l'invention est constitué d'un profilomètre laser à triangulation, inséré dans l'endoscope de visualisation vidéo de la zone opératoire. Le profilomètre est constitué d'un faisceau laser d'axe coplanaire et d'angle fixe avec l'axe optique de l'endoscope et d'une lentille cylindrique, avec ou sans prisme de déviation, qui
transforme le faisceau laser en un trait perpendiculaire au plan défini par ces deux axes.
On définit la base du profilomètre par la distance du point de l'axe optique appartenant à la face de sortie de l'endoscope à l'axe du faisceau laser. En fonction de cette base et de la direction du faisceau laser, le trait laser vu par la caméra vidéo de l'endoscope est déformé par le relief que rencontre le faisceau laser. Cette déformation permet de calculer pour chaque image vidéo, la distance et l'orientation de chaque point du trait par rapport au centre de la tête de l'endoscope. L'endoscope étant positionné par rapport à l'imagerie scanner préopératoire, la position des points lasers du trait sont donc repérés dans l'image scanner préopératoire à la cadence vidéo (temps réel). L'endoscope muni du profilomètre laser permet ainsi de connaître la position du trait laser projeté sur la zone d'intervention à la fois dans l'image de l'endoscope et dans l'imagerie scanner préopératoire. Un léger mouvement de l'endoscope permet de balayer le trait laser sur une zone choisie ce qui donnera la correspondance entre son image endoscopique et son imagerie scanner préopératoire. Le vidéo endoscope localisé dans l'espace et pourvu de son profilomètre laser, forme grâce à des logiciels appropriés, un dispositif de fusions d'informations dans les différents systèmes d'imagerie: - Sur les coupes scanner 2D (bidimensionelle), le centre de la ligne laser se traduira par un spot laser virtuel, selon les mêmes principes de la " stéréotaxie sans cadre ", à la nuance près que le pointeur optique ne peut être ni déformant ni invasif - Sur les coupes scanner 3D (constructions tridimensionelles o les tranches de section apparaissent comme des coupes 2D en perspective), c'est l'endoscope et le trait laser
qu'on fait figurer en temps réel et en 3D, selon les principes de la " Réalité Virtuelle ".
- Sur l'image vidéo, on dispose d'un système de " Réalité Augmentée " avec plusieurs enrichissements possibles: * Des couloirs de sécurité, définis en préopératoire par le chirurgien vont apparaître sous forme d'un grillage à maille serrée derrière une paroi rendue transparente. Des alarmes sonores ou vocales sont également déclenchables indépendamment de l'image vidéo si
l'instrument sort d'un couloir de sécurité.
* Des structures anatomiques normalement masquées derrière une paroi intacte, peuvent
aussi apparaître en transparence et en 3D au besoin rehaussées d'une fausse couleur.
* A l'opposé, les instruments et les structures anatomiques normalement visibles, peuvent ne plus l'être en cas d'indisponibilité temporaire de l'image vidéo (Saignement mal contrôlé ou interposition transitoire d'un polype déplacé). Le profilomètre indique alors des distances plus courtes que celles qui devraient exister à cet endroit en fonction des données scanner. Le logiciel donnera alors la priorité aux images virtuelles des instruments et des parois directement en contact, et viendra les incruster dans l'image vidéo momentanément aveuglée, selon la même position et orientation, comme si elles étaient réellement vues par l'endoscope. Ceci permet de savoir si l'instrument peut
intervenir sur la paroi sur laquelle il est physiquement en contact.
Au total, ce dispositif de Réalité Augmentée avec ses alarmes associées visuelles et/ou sonores est autosuffisant, sans nécessité de consulter l'imagerie scanner, pour un chirurgien qui ne désire visualiser en cours d'intervention que les images vidéo auxquelles il est habitué. De cette façon, le chirurgien n'est confronté qu'à un seul support d'information, celui de l'imagerie vidéo sur laquelle s'incruste à la demande, des
informations complémentaires provenant de l'imagerie scanner.
- L'" Imagerie Chirurgicalement Modifiée " est un nouveau domaine rendu possible par le profilomètre laser intégré à l'endoscope qui fournit une véritable cartographie des reliefs rencontrés. Nous avons déjà vu plus haut que le logiciel sait interpréter des distances trop courtes en déclenchant des alarmes. Par contre si le relevé topographique indique une distance plus longue, celle-ci sera interprétée comme une partie manquante de
l'architecture préopératoire et sera traduite comme le résultat d'une exérèse chirurgicale.
Le balayage d'une zone manquante, va permettre de modifier en temps réel, l'imagerie scanner préopératoire et la réactualiser au fur et à mesure de l'intervention. On aura par exemple, sur l'imagerie scanner, l'effacement progressif d'une grappe de polypes,
l'effondrement d'une paroi trépanée, ou la constitution graduelle d'un couloir ethmoïdal.
Ainsi le résultat d'une exérèse est calculé en peropératoire à partir d'une imagerie préopératoire, et le chirurgien peut alors aller regarder sur l'imagerie scanner en cours
d'opération le bilan de ses actes.
Pour le bon fonctionnement du dispositif principal, nous avons vu qu'il fallait remplir
trois exigences concernant le positionnement, le recalage et le contrôle.
- Première exigence: c'est un positionnement de la tête du patient, de l'endoscope et des instruments de chirurgie par une technique optique temps réel, non occultable et omnidirectionnelle grâce à des unités émettrices, et des unités réceptrices: * Une unité émettrice propre à localiser un objet, est un polyèdre solidaire du dit objet,
avec sur chaque face une diode infra rouge ponctuelle (LED = Light Emetting Diode).
* Une unité réceptrice est constituée de deux objectifs grand angle munis de capteurs PSD (Position sensible Détecteur). Leur axe sont parallèles et séparés d'une certaine distance ce qui fournit par triangulation les coordonnées x, y, z d'un point lumineux
produit par une LED.
* Les LED infrarouges émettent ensemble un premier pulse plus long que les autres, dit de synchronisation, donnant l'instant origine. Chaque LED émet ensuite séquentiellement un pulse, l'instant du pulse reçu par l'unité réceptrice permet de déterminer la LED concernée. La position de chaque LED au moment de l'émission du pulse est déterminée par l'unité réceptrice. La position des LED sur le polyèdre étant connue et calibrée par rapport à son support (endoscope, instrument chirurgical ou tête), la recueil sur l'unité réceptrice du signal d'au moins trois LED permet de positionner complètement le support des LED. La série d'impulsions émises est suffisamment courte dans le temps pour que
les imprécisions dues au mouvement du support pendant l'émission soient négligeables.
La séquence de positionnement recommence une fois terminée à un taux d'au moins 25 mesures par seconde, chose permise par le temps de réponse des capteurs PSD ce qui
donne le temps réel.
* Le support des unités réceptrices est un pied situé à proximité de la table opératoire à côté de l'assistant en face du chirurgien. Deux unités au moins sont utilisées, elles sont suspendues quelques dizaines de centimètres au-dessus du niveau de la table; la première à hauteur de la tête du patient, la seconde au niveau de sa ceinture. Dans l'exemple d'un chirurgien droitier, les polyèdres sont fixés sur le bord droit de l'endoscope et des instruments ( orientés vers le haut) et sur le bord gauche de la tête; le pied support des unités réceptrices est placé sur le bord gauche du patient. De cette façon, les trois polyèdres sont à proximité immédiate des PSD, sur le même côté du patient et sans aucune interposition. Ainsi, quels que soient les gestes du chirurgien en situation opératoire normale, soit une unité réceptrice soit l'autre, capte avec chacun de ses deux
objectifs, le signal des trois LED nécessaires pour le positionnement d'un polyèdre.
L'ensemble réalise un signal optique quasiment non occultable.
* Le nombre élevé de faces du polyèdre et son caractère excentré du corps de l'instrument, grâce à une tige qui le déporte de quelques centimètres, le rendent omnidirectionnel. Il y a, en effet, toujours trois LED au moins dans le champ unités
réceptrices quelle que soit l'orientation du polyèdre.
- Deuxième exigence: c'est un recalage fiable, rapide et non invasif selon un procédé que nous avons nommé procédé des " cibles et gouttières stéréotaxiques ": * Physiquement, c'est un porte empreinte personnalisé, fourni au radiologue pour chaque patient devant subir une chirurgie assistée par le système décrit. Sur sa face supérieure est étalée la pâte de prise d'empreinte. Sa face antérieure comporte un ergot pour clipper un polyèdre avec ses sources infrarouges. Ses faces externes comportent au moins trois cibles. Une cible est constituée d'un cylindre radio transparent (Plexiglas) creusé d'un cône de recalage dans son axe, et comportant un trièdre radio opaque (Titane) repérable sur l'imagerie scanner. Le sommet du trièdre coïncide avec le sommet du cône dans
lequel iront se loger la pointe d'un instrument servant au recalage.
* Au centre d'imagerie, le radiologue procède à une acquisition volumique de la zone d'intérêt, après avoir demandé au patient de mordre sur le porte empreinte. Il délivre ensuite au chirurgien l'imagerie sur support informatique et le porte empreinte personnalisé. En deuxième consultation, le chirurgien va vérifier la bonne congruence de la gouttière sur l'arcade dentaire. Puis, sur le logiciel, il va confirmer son indication, définir des tunnels de sécurité, repérer et mémoriser automatiquement les cibles
d'imagerie grâce à des algorithmes spécifiques.
* Au bloc opératoire, le chirurgien va replacer la gouttière sur l'arcade dentaire et y clipper un prolongement rigide en forme de moustache porteur du polyèdre infrarouge (A gauche pour un chirurgien droitier). Puis, en pointant un instrument dans chacune des
trois cibles, il va recaler le volume réel opératoire et virtuel de l'imagerie scanner.
* Au total, il s'agit d'une méthode de pointage manuelle fiable et reproductible, car liée à des repères osseux; non invasive, la denture étant le seul élément directement accessible du squelette; non opérateur dépendante, des cônes de pointage étant la plus simple façon de garantir qu'une pointe retombe au même endroit; et automatiquement reconnue sur l'imagerie médicale grâce à des algorithmes spécifiques capables de retrouver des trièdres
de repérage en Titane.
Troisième exigence: les détecteurs de dérive. Ce sont trois moyens redondants qui décèlent tout dysfonctionnement dans le positionnement: * Le "profilomètre laser de surveillance" comprend une ligne laser projetée sur le visage du patient et une caméra vidéo d'observation dont l'axe optique est décalé par rapport à l'axe de la ligne laser. La distorsion du trait permet de reconstituer le profil du visage. Le
profilomètre est fixé sur le même bras que celui supportant les unités réceptrices.
L'ensemble du système étant recalé, les différents points de la tête relevés par le profilomètre doivent coïncider avec la surface de la tête sur l'imagerie scanner si le
système fonctionne correctement.
* On peut également vérifier, de façon occasionnelle le bon fonctionnement du système en balayant le faisceau laser de la caméra endoscopique sur la peau et vérifier qu'elle
coïncide bien avec la surface de la peau recalculée sur l'imagerie scanner.
* On peut, enfin vérifier directement le bon positionnement de la gouttière par une source de lumière placée dans la bouche et des détecteurs photosensibles placés dans des orifices percés dans la gouttière. Les détecteurs de lumière sont à l'obscurité lorsque la gouttière
est bien placée.
Dans le dispositif selon l'invention, l'imagerie scanner préopératoire peut être remplacée
par tout autre procédé d'imagerie médicale numérisée (IRM, Echo 3D...).
La réactualisation de l'imagerie préopératoire par les informations venant de l'endoscope, peut servir dans des domaines médicaux autres que la chirurgie endonasale (Traumatologie, neurochirurgie, implantologie...) L'endoscope peut être remplacé par d'autres systèmes optiques de visée opératoire couplés à une caméra vidéo, le principe d'ajout du profilomètre laser restant le même
(microscope opératoire, loupes binoculaires, lunettes d'immersion...).
Selon une variante du dispositif, le trait laser projeté par le profilomètre intégré de l'endoscope peut être automatiquement déplacé grâce à un miroir actionné par un micro moteur incorporé à la poignet de l'endoscope. La correspondance de la totalité du profil
de l'image vidéo est ainsi faite avec l'imagerie scanner avec un endoscope immobile.
- La figure 1 représente le profilomètre laser à triangulation intégré à l'endoscope.
- La figure 2 représente la déformation du trait laser sur une paroi inclinée.
- La figure 3 représente une paire d'objectifs à capteurs PSD et un instrument
contenant son polyèdre à émetteurs infrarouges.
- La figure 4 représente la séquence d'émission des émetteurs des polyèdres.
- La figure 5 représente la position des deux paires d'objectifs.
- La figure 6 représente le dispositif de positionnement de la tête.
- La figure 7 représente la gouttière stéréotaxique.
- La figure 8 représente une des au moins trois cibles de la gouttière.
En référence à ces dessins un mode de réalisation préféré du dispositif est le suivant.
Le support du dispositif est un endoscope rigide (1) de visualisation vidéo de la zone opératoire. Le profilomètre est constitué d'un faisceau laser (2) de puissance lmW et de longueur d'onde 680 nm d'axe coplanaire et d'angle fixe avec l'axe optique (3) de l'endoscope et d'une lentille cylindrique (4) de 5 mm de focale, avec ou sans prisme(5) de déviation, qui transforme le faisceau laser (2) en un trait (6) perpendiculaire au plan défini par ces deux axes. Suivant l'orientation de l'axe optique de l'endoscope par rapport à son tube: 0 , 30 o, 70 o, le prisme (5) dévie en proportion le faisceau laser (2) pour que l'angle du faisceau laser et l'axe optique de l'endoscope fassent un angle inférieur à 30 en général. La base du profilomètre est OA, distance du point de l'axe optique appartenant à la face de sortie de l'endoscope O à A, intersection du faisceau laser (2) avec le prisme (5). OA vaut de l'ordre de 7 mm au plus pour ne pas augmenter fortement le diamètre de l'endoscope (1). Les relations trigonométriques élémentaires permettent de relier les cotes précises de l'instrument, incluant la base et la direction du faisceau laser (donnée par le prisme) au relief de la zone sur laquelle est projeté le trait ceci par
l'acquisition numérique de la déformation du trait (9) sur la caméra vidéo (7).
L'acquisition numérique de la déformation du trait se fait par la mesure pour chaque point de la distance (10) du bord gauche de la caméra au point du trait laser déformé de même
hauteur. La position de chaque point est connue par rapport au point O de l'endoscope.
Comme l'endoscope est positionné relativement à l'imagerie scanner préopératoire, tous les points de la zone opératoire recouverts par le trait laser ont leur position connue à la fois dans l'image vidéo endoscopique et dans l'imagerie scanner. Cette acquisition est faite simultanément à l'extraction des données de l'image vidéo. Les positions sont donc obtenues à la cadence vidéo (temps réel). Le procédé de positionnement optique temps réel, non occultable et omnidirectionnel comprend une unité réceptrice constituée d'une paire d'objectifs (figure 3) de 90 d'angle de vision ou plus (11) munis de capteurs PSD (12). Les axes (13) et (14) des capteurs PSD sont séparés de quelques centimètres et fournissent par triangulation les coordonnées de l'une des LED infrarouges (15) du polyèdre (16) fixé sur l'instrument chirurgical (17). L'unité réceptrice à capteurs PSD (12) est suspendue à un pied (18) au voisinage immédiat de la table opératoire (19). De cette façon il y a toujours au moins trois LED (15) dans le champ des objectifs (11) à capteurs PSD (12) quelle que soit l'orientation du polyèdre (16) lié au mouvement de l'instrument (17). Le polyèdre (16) contient éventuellement une pile (20) et peut ne pas comporter de liaison filaire avec l'extérieur. Tous les LED du polyèdre (16) émettent ensemble (figure 4) un premier pulse (21) plus long que les autres, dit de synchronisation, donnant l'instant origine. Chaque LED émet ensuite individuellement chacun à son tour un pulse (22), (23)... l'instant du pulse reçu par le récepteur PSD (22) par rapport à l'instant de synchronisation permet d'identifier la LED émettrice (c'est à dire de connaître sa position par rapport au polyèdre). L'unité réceptrice (11) détermine alors la position de chaque LED (15) se trouvant dans son champ de vision. Dans la mesure o au moins trois LED d'un même polyèdre sont identifiées et positionnées, la position de l'instrument (17) est totalement connue. La série d'impulsions émises (22), (23) etc. est suffisammnent courte dans le temps pour que les imprécisions dues au mouvement de l'instrument (17) pendant l'émission soient négligeables. La séquence de positionnement recommence une fois terminée au bout d'une période T de l'ordre du 1/25è de seconde. Les divers instruments chirurgicaux (pinces, trépans etc.) sont reconnus grâce par exemple à la durée de l'impulsion de synchronisation. En général il y a positionnement simultané de plusieurs objets. Les périodes T sont différentes pour les instruments amenés à être positionnés ensembles de façon à ce que les recouvrements d'impulsions de deux instruments différents soient des évènements isolés rares menant dans ce cas à l'annulation du point de
mesure (le nombre de points de mesure étant de toute façon surabondant).
Le caractère non occultable est obtenu grâce à au moins deux unités réceptrices à objectifs (figure5) grand angle (24), (25) à capteurs PSD suspendues à un pied situé à
proximité immédiate de la table opératoire (26) à côté de l'assistant en face du chirurgien.
La première unité étant localisée à hauteur de la tête du patient (27) à environ 50 centimètres au-dessus du niveau de la table, la seconde étant localisée au niveau de la ceinture du patient (27) également à environ 50 cm au-dessus du niveau de la table. Ainsi quels que soient les gestes du chirurgien en situation opératoire normale, soit une unité réceptrice (24) , soit l'autre (25) capte en permanence sur chacun de ses deux objectifs à
la fois le signal des trois LED (25) nécessaires pour le positionnement de l'instrument.
Le positionnement de la tête (figure 6) se fait grâce à un polyèdre (28) du type de ceux décrit pour les instruments, solidaire d'une gouttière dentaire personnalisée (29) ce qui garantit la solidarité avec les parois osseuses de la tête. Pour être plus près des unités réceptrices, ce polyèdre sera clippé sur l'ergot antérieur de la gouttière dentaire grâce à
une tige en forme de moustache ( à gauche pour un chirurgien droitier).
Le système de recalage est constituée d'une gouttière dentaire composée d'un porte empreinte avec pâte (24), et d'au moins trois cibles (25). Une cible est constituée d'un cylindre (25) radio transparent dans lequel est inséré un trièdre radio opaque(26) repérable sur l'imagerie scanner, la pointe du trièdre coïncidant avec la pointe d'un cône (27) creusé dans l'axe du cylindre dans lequel ira se loger la pointe de l'instrument positionné servant au recalage. Le recalage se fait par le pointage successif des trois cibles
avec un instrument à pointe fine.
Le profilomètre de surveillance consiste à projeter un trait laser de longueur d'onde située dans le visible et de puissance totale inférieure à lmW. Ce trait vu par une caméra vidéo d'axe décalé est déformé selon le relief rencontré. L'acquisition de la déformation est similaire au procédé employé pour le profilométre intégré à l'endoscope. La surface relevée par ce profilomètre solidaire du support des capteurs PSD, doit coïncider avec
celle de l'imagerie scanner.
Claims (8)
1) Dispositif endoscopique sécurisé pour la Chirurgie Assistée par Ordinateur caractérisé en ce qu'il intègre un profilomètre laser à triangulation dans un vidéo endoscope positionné dans l'imagerie scanner préopératoire, le profilomètre est constitué d'un faisceau laser(2) d'axe coplanaire et d'angle fixe avec l'axe optique(3) de l'endoscope(1) et d'une lentille cylindrique(4), avec ou sans prisme(5) de déviation, qui transforme le faisceau laser(2) en un trait perpendiculaire(6) au plan défini par ces deux axes, le trait laser(6) vu par la caméra vidéo(7) de l'endoscope est déformé(9) par le relief rencontré, ce qui permet de calculer pour chaque image vidéo la distance et la direction de chaque point du trait par rapport au centre de la tête de l'endoscope, vu le positionnement de l'endoscope par rapport à l'imagerie scanner préopératoire, la position des points lasers du trait(9) sont repérés dans l'image scanner préopératoire à la cadence vidéo (temps réel) ce qui permet en balayant le trait(9) par mouvement de l'endoscope(1) d'avoir sur toute une zone la correspondance entre l'image endoscopique et l'imagerie scanner préopératoire ce qui forme un dispositif de fusion d'informations dans les différents systèmes d'imagerie: soit apport des informations scanner dans l'imagerie vidéo, soit modification du scanner préopératoire en fonction de l'exérèse chirurgicale grâce au
profilomètre intégré à l'endoscope(1).
2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le système de positionnement de l'endoscope(1), des instruments chirurgicaux et de la tête utilisent une unité réceptrice constituée d'une paire d'objectifs grand angle munis de capteurs PSD(12) (Position Sensible Détecteur), leurs axes(13) et (14) sont parallèles et séparés d'une certaine distance ce qui fournit par triangulation les coordonnées x, y, z d'un point lumineux; les instruments chirurgicaux(17), l'endoscope(1) et la tête sont munis à leurs extrémités d'un polyèdre(16) contenant sur chaque face une LED infrarouge(15) ponctuelle, ces LED émettent ensemble un premier pulse(20) plus long que les autres, dit de synchronisation, donnant l'instant origine, chaque LED(15) émet ensuite séquentiellement un pulse(22), (23), l'instant du pulse reçu par le récepteur permet de déterminer l'émetteur concerné, la position de chaque LED(15) au moment de l'émission du pulse est déterminée par l'unité réceptrice(11), la position des émetteurs étant connue et calibrée par rapport à son support (endoscope(1), instrument chirurgical(17) ou tête), la réception sur l'unité réceptrice( 1) du signal d'au moins trois LED permet de positionner complètement le support des émetteurs, l'utilisation de deux unités réceptrices(24), (25) fixées sur un pied situé à proximité de la table opératoire(26) à côté de l'assistant en face du chirurgien réduit les risques d'occultation, le support des polyèdres contenant les émetteurs LED infrarouges est décalé sur le côté par rapport à l'axe des instruments chirurgicaux afin de ne pas gêner ni être occulté par le chirurgien, le polyèdre solidaire de la tête est clippé sur
un porte empreinte dentaire à gauche du patient pour un chirurgien droitier.
3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que
le recalage fait appel à un porte empreinte dentaire(24) personnalisé dont les faces externes comportent au moins trois cibles(25), une cible est constituée d'un cylindre(25) radio transparent (plexiglas) creusé d'un cône de recalage dans son axe, et comportant un trièdre radio opaque(26) (Titane) repérable sur l'imagerie scanner, le sommet du trièdre(27) coïncidant avec le sommet du cône dans lequel iront se loger la pointe d'un
instrument servant au recalage.
4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que
le "profilomètre laser de surveillance" est constitué d'une ligne laser projetée sur le visage du patient observé par une caméra dont l'axe optique est décalé par rapport à celui de la ligne, la distorsion du trait permet de reconstituer le profil du visage qui doit coïncider
avec la surface de la tête sur l'imagerie scanner si le système fonctionne correctement.
) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que
le faisceau laser de la caméra endoscopique balaie la peau pour vérifier, de façon occasionnelle, le bon fonctionnement du système et donc la coïncidence entre la surface
réelle de la peau et celle recalculée sur l'imagerie scanner.
6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il
comprend une source de lumière placée dans la bouche et des détecteurs photosensibles placés dans des orifices transfixant la gouttière, les détecteurs de lumière étant à l'obscurité lorsque la gouttière est bien placée, ceci permettant de vérifier le bon
fonctionnement de la gouttière.
7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il
comprend un micro moteur couplé à un miroir permettant au trait laser, issu de l'endoscope, de balayer et donc de relever périodiquement la totalité du profil de l'image
vidéo, l'endoscope restant immobile.
8)) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce
que l'imagerie préopératoire consiste en une imagerie médicale numérisée telle qu'un
scanner, une IRM, ou une échographie 3D.
9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que
le système de visée opératoire couplé à une caméra vidéo est choisi parmi les dispositifs suivants: endoscope rigide, microscope opératoire, loupes binoculaires, lunettes
d'immersion, le principe d'ajout du profilomètre laser restant le même.
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