Depuis une trentaine d’années, la technologie endoscopique pour l’imagerie se développe et étend son champ d’application. Cette technologie est surtout connue et utilisée dans le domaine médical pour le diagnostic et la chirurgie. L’endoscope flexible, constitué de fibres optiques, aide à atteindre des endroits de l’anatomie dont l’accès est sinueux (œsophage, estomac, colon…). L’endoscope rigide, dont la tige est munie de lentilles, permet l’exploration d’une zone dans un champ rectiligne et facilite la détection et le traitement chirurgical de tumeurs, d’infections ou de malformations en minimisant le caractère invasif de l’intervention.
De multiples innovations ont largement contribué à l’amélioration de l’endoscope. La caméra, associée à l’endoscope, a notamment fait l’objet de nombreux développements. Véritable concentré de technologie, elle a bénéficié des améliorations apportées aux caméras des téléphones portables sur leur taille et la qualité de l’image. Plus compactes, avec une meilleure définition d’image et des champs de vision allant jusqu’à 170°, les caméras d’endoscope sont particulièrement appréciées des chirurgiens. Elles donnent accès à des zones supplémentaires du corps des patients avec moins de traumatismes et des temps de récupération plus rapides.
Afin de proposer aux patients et au corps médical des solutions moins invasives et plus performantes, les fabricants d’équipements médicaux font face à de réels défis. Ils doivent non seulement trouver des solutions innovantes qui vont dans le sens de la miniaturisation et de l’amélioration de la qualité de l’image, mais aussi s’assurer que ces solutions sont fiables et industrialisables.
C’est dans ce contexte que la société PISÉO, centre d’innovation et d’expertise spécialisé dans l’intégration des technologies optiques-photoniques, s’est vu confier le projet de développer un système optique pour endoscopes rigides qui comprend l’étude d’un jeu de lentilles de très petite taille adapté aux caractéristiques d’un nouveau capteur et aux besoins spécifiques d’un de ses clients tout en tenant compte des contraintes d’intégration et de fabricabilité.
Le double objectif miniaturisation du système-performances optiques est un véritable challenge dans la conception du système optique d’un endoscope. Dans ce projet, la phase de conception impliquait de tenir compte de certaines contraintes techniques telles que le diamètre de l’endoscope et des lentilles, la taille de l’image et la résolution du capteur (nombre de pixels, fréquence, contraste, réponse spectrale, …), ainsi que la distance de travail et la profondeur de champ.
Obtenir une image de qualité résulte autant d’un design optique adapté à l’enveloppe du système que de l’intégration d’un capteur dont il faut connaitre parfaitement les caractéristiques (angle d’acceptance des rayons, résolution, …). Le cahier des charges nécessitait de considérer l’intégration de la partie optique dans deux canaux d’endoscopes placés de façon parallèle avec des capteurs disposés côte à côte ou bien dos à dos grâce à des systèmes de prismes. Il a donc fallu tenir compte non seulement de la qualité optique des caméras mais également de l’adaptation des deux canaux et des contraintes d’encombrement dans le système final. L’optimisation du design et des performances des systèmes a été réalisée grâce à des simulations effectuées sur le logiciel de conception optique ZEMAX.
Le système d’éclairage de l’endoscope est aussi un point très important. Il doit être adapté à la zone étudiée et le plus intégré possible. La lumière doit être blanche et brillante, optimale pour distinguer les lésions tissulaires les plus subtiles par exemple. Il peut aussi être nécessaire que le système produise des longueurs d’onde proches de l’infra-rouge pour détecter des marqueurs fluorescents facilitant notamment le diagnostic de lésions cancéreuses ou pré-cancéreuses.
L’expertise de PISÉO dans le domaine de la technologie LED et de ses applications permet d’avoir accès à des solutions particulièrement optimisées au niveau du spectre lumineux et des niveaux d’éclairement.
Afin de garantir que les principes de conception retenus soient suffisamment robustes, PISÉO a évalué l’impact des conditions d’intégration et la fabricabilité de l’objectif. Ce travail a été réalisé grâce à des échanges approfondis avec la société en charge de la réalisation du système.
Au niveau optique notamment, un travail de tolérancement a été effectué. Ce travail consiste à évaluer la baisse de performance du système liée aux défauts de fabrication ou de placements des composants. Différents paramètres doivent être pris en compte : dimensions des éléments optiques, surfaces optiques, matériaux (indice, constringence, homogénéité…), supports et montage opto-mécanique. Grâce à ses compétences et ses outils, PISÉO s’assure ainsi de la performance de l’ensemble du système une fois celui-ci assemblé et fabriqué en série.
Dans ce cas d’étude, les connaissances approfondies de PISÉO sur les systèmes optiques ont conduit à l’étude d’un système d’imagerie pour endoscope innovant adapté aux besoins spécifiques du client. L’expertise industrielle de la société sur l’ensemble des technologies photoniques a permis de prendre en compte les contraintes d’intégration et de fabrication afin d’assurer les performances du système optique dans un équipement médical industrialisable. Grâce à l’accompagnement de PISÉO, les délais de lancement du produit ont été raccourcis renforçant ainsi l’avantage concurrentiel du client.
PISÉO dispose d’un laboratoire accrédité ISO 17025 par le COFRAC (portée disponible sous www.cofrac.fr) et bénéficie d’un réseau de partenaires certifiés ISO 13485 pour le développement de systèmes médicaux.