Optiques de coeliochirurgie

Le chapitre sur les optiques de coeliochirurgie présente toutes les caractéristiques de ces instruments utilisés dans le bloc opératoire. Les points techniques de ce chapitre sont présentés étape par étape : principe de fonctionnement, matériel disponible, avantages/inconvénients, utilisation et réglages, critères de choix.

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Optiques   de   coeliochirurgie

Authors
D Mutter, A Garcia
Abstract
Le chapitre sur les optiques de coeliochirurgie présente toutes les caractéristiques de ces instruments utilisés dans le bloc opératoire.
Les points techniques de ce chapitre sont présentés étape par étape : principe de fonctionnement, matériel disponible, avantages/inconvénients, utilisation et réglages, critères de choix.
Media type
Publication
2005-09
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Audio
en fr cn es


E-publication
WeBSurg.com, Sept 2005;5(09).
URL: http://www.websurg.com/doi-ot02fr308a.htm

Optiques   de   coeliochirurgie

1. Introduction
Les endoscopes chirurgicaux sont des appareils de très haute technologie optique. Leur choix est difficile et ils sont un des composants les plus onéreux de la colonne chirurgicale tant au niveau de leur prix d’achat qu’au niveau de leur renouvellement fréquent en raison de l’altération de la vision liée à des chocs mécaniques, des chocs thermiques et une utilisation régulière.
2. Principe de fonctionnement
• Structure
Un optique chirurgical laparoscopique rigide est constitué d’un tube rigide qui permet d’apporter de la lumière dans le champ opératoire et de conduire l’image jusqu’à la caméra. Le système optique est constitué de lentilles fonctionnant selon le principe de IRILS (Inverting Real Image Lens System). Il s’agit de lentilles placées successivement l’une après l’autre, inversant l’image à chaque fois, séparées par des chambres permettant la réfraction de la lumière et l’augmentation de la luminosité globale de l’optique. La dernière lentille recevant l’image avant de la transmettre à la caméra magnifie l’image. Le nombre de lentilles dépend de la longueur de l’endoscope. Des systèmes de lentilles permettent de corriger la distorsion périphérique de l’image (effet « œil de poisson »).

On peut séparer l’endoscope en 4 parties distinctes :
L’objectif distal : il s’agit d’un objectif à part entière permettant de capter une image entre quelques millimètres et l’infini et de la transmettre vers l’arrière. Sa focale est généralement fixe. Il détermine le grossissement de l’objet et les angles de vision de l’endoscope (axe et champ).
Les relais optiques : il s’agit d’une succession de lentilles intermédiaires transportant l’image le long de l’endoscope. Leur nombre est fonction de la longueur de l’endoscope et influence la perte de luminosité globale et la grande fragilité du système au choc.
Afin d’éviter au maximum la réflexion de la lumière sur les lentilles successives, qui entraîne une baisse de la luminosité et la création de lumières parasites, toutes les lentilles constituant l’endoscope sont traitées par un système anti-reflets. Cela consiste à déposer sous vide une mince couche de fluorure de magnésium sur la surface des lentilles. Il est important d’éviter de rayer les surfaces optiques de l’endoscope.
L’oculaire : il s’agit de la dernière lentille chargée de transmettre l’image à la caméra. Elle peut avoir une fonction de grossissement de l’image selon l’usage pour lequel l’endoscope est prévu. Cette partie de l’endoscope est pourvue d’un système de fixation permettant d’y adapter l’objectif de la caméra.
L’entrée du faisceau de fibres lumineuses : il s’agit de la connexion qui permet de fixer le câble de lumière froide à l’endoscope. Afin d’éviter une perte de lumière trop importante ainsi qu’un échauffement excessif, cette connexion doit être d’une grande qualité optique et mécanique.










• Fonction
• Distance optique/objet
La qualité optique des endoscopes se définit par les mêmes critères que la qualité optique en photographie.

Distance entre optique frontal et objet :
Selon l’angle d’ouverture frontal de l’endoscope, la distance neutre du système (à laquelle l’image transmise a une taille équivalente à l’image réelle) varie. Pour cette raison, lorsque l’objet se rapproche de la lentille frontale, l’objet visualisé est magnifié tandis que lorsque la distance entre l’optique frontal et l’objet s’allonge, l’objet apparaît plus petit. Un endoscope chirurgical ne fonctionne pas uniquement comme un endoscope, mais la taille de l’image visualisée dépend de la distance séparant le système optique et l’objet. Cette distance optique peut également être modifiée au niveau de la caméra en éloignant ou en rapprochant le capteur CCD (Charge-Coupled-Device) : ceci permet d’avoir des zooms au niveau des caméras. Cependant, la plupart des zooms des caméras sont numériques, ce qui correspond à un agrandissement des pixels associé à un recadrage de l’image, ce qui entraîne une baisse de la qualité de l’image, surtout à fort grossissement. L’utilisation du zoom entraîne également une diminution du champ de vision par rapport à un usage en plein écran.
Luminosité de l’image :
- luminosité de l’image et sa transmission de la lumière au travers de l’optique (qui diminue avec la longueur de l’optique).

• Profondeur de champ
- profondeur de champ (distance totale entre 2 points sur laquelle l’image visualisée apparaît nette).
• Vignettage
- vignettage (distorsion sous forme de déformation latérale type « œil de poisson » en périphérie de l’optique ; assombrissement des coins de l’image dû à la forme de l’objectif par rapport à celle du capteur CCD et du moniteur).
• Angle de vue
- angle de vue (champ de vision fixé par les 2 limites visuelles externes de l’image).
Les deux principaux éléments (luminosité et profondeur de champ) sont discordants. Pour un éclairage de l’objet comparable, plus la luminosité est grande par ouverture du diaphragme, plus la profondeur de champ est réduite. Ce phénomène est identique à un objectif d’appareil photo. Il est difficile et coûteux d’obtenir des optiques ayant une grande profondeur de champ et une grande luminosité avec une distorsion minimale. C’est toutefois l’objectif qui doit être recherché. Certains optiques permettent d’atteindre de ce point de vue une qualité exceptionnelle.
3. Matériel disponible
• Optiques monoculaires
• Angles et champs visuels
La plupart des optiques utilisés en chirurgie laparoscopique et endoscopique sont des optiques monoculaires. Un grand nombre de variétés d’optiques sont sur le marché. Ceux-ci ont des diamètres variant de 3 à 12 millimètres, avec des angles de vues et des champs visuels de différents angles. Les angles de vue proposés vont de 0 aux optiques inversés à 120 degrés.
Les champs de vision (déterminés par l’angle de vue de l’optique) varient habituellement de 20 à 60 degrés. Plus le champ de vision sera large, plus l’image transmise se présentera avec une déformation latérale en rapport avec un vignettage et un aspect en « œil de poisson ». Si l’usage des optiques à 25, 30 ou 40 degrés était très répandu au début de la diffusion de la laparoscopie digestive, l’usage de ces optiques tend à diminuer. En effet, la luminosité et le champ de vision offerts par les optiques angulaires sont d’une façon générale inférieurs à ceux offerts par les optiques droits. La vision par un optique angulé altère également la qualité du geste chirurgical chez les opérateurs non entraînés.
• Taille des optiques
Certains fabricants proposent des optiques d’une taille inférieure à 3 millimètres. Les principes de fonctionnement de ces optiques sont différents des optiques habituels. L’image est transmise par des fibres optiques, la construction des systèmes à lentilles n’étant pas adaptée à des diamètres aussi fins. La qualité optique de ces micro-endoscopes progresse de façon régulière, mais ils présentent certains inconvénients rendant leur usage quotidien laborieux. En effet, la profondeur de champ, la qualité optique et la lumière transmise par ces optiques sont largement inférieures aux optiques actuels de 10 millimètres. Ils sont en outre très fragiles.
• Optiques stéréoscopiques
Plusieurs fabricants ont développé des optiques stéréoscopiques permettant une vision stéréoscopique du champ opératoire. Ces optiques stéréoscopiques transmettent 2 images à une caméra dédoublée. Différents systèmes permettent de visionner ces images dont l’objectif est de produire une vision en 3D. L’usage des systèmes stéréoscopiques est actuellement limité. Le seul usage régulier de la vision stéréoscopique est destiné à la chirurgie endoscopique trans-anale (TEM).

Principe de fonctionnement :
Les optiques stéréoscopiques sont constitués de 2 canaux intégrant des lentilles d’un diamètre de 6,3 millimètres permettant une vision droite (0 degré) ou oblique (50 degrés – utilisées en TEM) associées à un champ de vision de 75 degrés. L’image visionnée est en 3D. Un des inconvénients de ces systèmes est constitué par la faible luminosité de ces optiques liée au petit diamètre des lentilles. Cet inconvénient est limité dans la chirurgie trans-anale en raison de la proximité du champ opératoire avec l’optique. A l’inverse, en chirurgie conventionnelle, les distances entre l’optique et la zone opérée rendent ces systèmes peu agréables à utiliser et d’une qualité globale inférieure aux meilleurs optiques de 10 millimètres.
• Autres optiques
Endoscopes flexibles et semi-flexibles :
Certains fabricants ont développé des technologies comparables à celles des endoscopies souples pour les endoscopes chirurgicaux. Deux systèmes s’opposent pour la fabrication de ces endoscopes :

- Le premier consiste en une transmission d’images par fibres optiques au niveau de la partie articulée permettant d’amener l’image jusqu’au niveau d’une caméra placée de façon conventionnelle au niveau de la partie terminale de l’endoscope. Ce système reproduit celui classiquement utilisé dans les endoscopes souples permettant l’exploration de la trachée ou du tube digestif.

- L’autre système plus innovant utilise un capteur CCD placé à l’extrémité distale de l’endoscope. Seules les informations numériques sont retransmises directement par la poignée de l’endoscope.

Ces deux systèmes sont peu répandus.
4. Avantages/inconvénients
La plupart des interventions chirurgicales laparoscopiques peuvent être réalisées avec des endoscopes droits (0 degré). Certains opérateurs préfèrent toutefois utiliser des optiques dont l’axe de vision est angulé à 30 degrés afin d’explorer de façon plus aisée des zones difficilement accessibles (chirurgie du reflux-gastro-œsophagien, chirurgie urologique, chirurgie gynécologique).

Avantages des optiques droits à champ de vision axial (0 degré) :
- matériel plus souvent disponible ;
- matériel utilisable pour la plupart des procédures ;
- luminosité plus importante ;
- champ de vision plus important ;
- profondeur de champ plus importante.

Avantages des optiques à 30 degrés, 50 degrés, 70 degrés :
- possibilité d’exploration de régions du champ opératoire difficilement accessibles à l’endoscopie axiale.

Inconvénients des optiques à 30 degrés :
- moins de luminosité ;
- gestuelle plus difficile à reproduire.

La panoplie idéale de chirurgie endoscopique impliquerait d’avoir à sa disposition une gamme complète d’optiques de 0 à 25, 30, 40, 50 et 70 degrés. Toutefois, l’usage des optiques à vision oblique est moins fréquent que celui des optiques droits. Par ailleurs, étant donné l’absence de stérilisation des caméras actuellement, il est très laborieux de changer d’optique en cours d’intervention sans faire de faute de stérilité. L’opérateur doit le plus souvent choisir l’optique qu’il utilisera pour toute l’intervention dès le début de celle-ci.
5. Utilisation et réglages
La plupart des appareils n’ont aucune possibilité de réglage particulière.

Le chirurgien doit en début d’intervention :
- vérifier l’état global de son endoscope ;
- rechercher des signes de choc ayant pu provoquer un déplacement des lentilles qui amènerait une distorsion de l’image ou une diminution de la lumière transmise ;
- rechercher une altération des fibres de lumière qui diminueraient la quantité de lumière apportée au champ opératoire à l’extrémité de l’endoscope.

Les endoscopes doivent être utilisés à la température ambiante ou à la température corporelle de façon à éviter la formation trop importante de buée à l’extrémité de l’endoscope.

Il est recommandé de nettoyer les endoscopes de façon minutieuse avec une brosse en plastique et du savon, en particulier au niveau de l’extrémité optique qui est introduite dans l’abdomen. En effet, l’accumulation de sang et de protéines à l’extrémité de l’optique combinée à la chaleur dégagée par la lumière, provoque une coagulation des protéines et une altération progressive de la qualité de la vision, de la lumière et de l’image transmise. De ce fait, l’extrémité des optiques doit être fréquemment nettoyée.
Les endoscopes doivent être désinfectés et stérilisés comme tous les instruments chirurgicaux.

Stérilisation :
Tous les pays ont une législation propre. Pour exemple, en France en 2002, il faut :
- une désinfection par trempage dans du glutaraldehyde pendant une durée de 20 minutes en sortie de salle d’opération ;
- une stérilisation efficace contre le prion pour tous les optiques capables de supporter un passage à l’autoclave. Cette désinfection implique un passage à l’autoclave à vapeur à 134 degrés pour une durée de 18 minutes ;
- au cas où les endoscopes sont d’une génération plus ancienne et s’ils ne peuvent être stérilisés à l’autoclave, il est impératif de procéder à une désinfection de haut niveau par trempage pendant 1 heure dans du glutaraldehyde, norme requise pour traiter le prion.
http://www.fda.gov/
6. Critères de choix
Les données fournies par les constructeurs précisent rarement les qualités de luminosité, de profondeur et de largeur de champ ainsi que la déformation obtenue par les optiques.

Il est possible de contrôler la qualité d’un optique :

- Le vignettage peut être contrôlé en visualisant un texte sur une feuille de papier au travers de l’optique. Si le texte apparaît plat, la déformation est limitée. Si au contraire le texte apparaît « en boule », la déformation est importante ;

- La profondeur de champ peut être évaluée en enroulant de façon circulaire un texte et en analysant la distance totale sur laquelle le texte apparaît net. Cette longueur doit être supérieure à 10 centimètres de façon à éviter une mobilisation intempestive de l’endoscope ou un réglage répété de la netteté au cours de la procédure ;

- La luminosité d’un endoscope ne peut être appréciée qu’au cours de l’intervention chirurgicale. Elle dépend de l’endoscope, mais également de l’ensemble source de lumière froide/câble de lumière froide.
7. Conclusions
L’utilisation d’un système optique est indispensable à la vision de la cavité opératoire en chirurgie vidéo-assistée. De même qu’en photo et en vidéo, l’optique est un instrument de haute technologie dont le moindre déréglage va provoquer une altération majeure de la vision. Ceci explique le coût élevé et la fragilité de ces systèmes.