Préparé par :

* CHAOUA Nadia

la fibroscopie

Et les composants optoélectroniques

Université Constantine 1

faculté des sciences de la technologie

Département d’électronique

Electronique biomédicale

2014/2015

La fibroscopie et les composants optoélectroniques

Plan de travail:

1/Introduction : Définition de l’endoscopie.

Historique.

Utilisation.

Types d’endoscopes.

2/Fibroscope :

Définition.

Types de fibroscope.

3/ Fonctions réalisées par le fibroscope

et description des composants optoélectroniques

Fibres optiques

Source de lumière

Capteur CCD

4/Conclusion :

Résumé

5/ bibliographie

1/Introduction:

La fibroscopie est une méthode d’imagerie médicale; elle fait partie de l’endoscopie. Alors pour étudier la fibroscopie on doit d’abord savoir c’est quoi l’endoscopie.

L’endoscopie:

Ce mots vient du mot grec ‘’endon’’ qui veut dire ‘’l’intérieure’’ et du mot latin ‘’ skopien’’ qui veut dire ‘’examiner’’.

Alors : L'endoscopie est une méthode d'exploration et d'imagerie médicale qui permet de visualiser l'intérieur de conduits ou de cavités inaccessible à l'œil: comme l'œsophage, les bronches, le duodénum, le canal cholédoque, le colon, la vessie etc...

Vue historique sur l’endoscopie:

Le premier instrument permettant d’observer l'intérieur du nez et des oreilles en s'aidant de la lumière solaire concentrée par un jeu de miroirs a été inventé au XIVe siècle (par Guy de Chauliac, l’un des précurseurs de la chirurgie moderne), les premiers endoscopes ne sont apparus qu’à la fin du XIXe siècle.

L’utilisation de dispositifs souples et déformables, permettant d'épouser les courbes des conduits anatomiques, a permis d’améliorer l’exploration de l’intérieur du corps. Au cours du XXe siècle, les endoscopes se sont peu à peu équipés d’appareils optiques de plus en plus petits et performants (permettant de réduire le diamètre de l’appareil), ainsi que d’instruments chirurgicaux miniatures autorisant des interventions chirurgicales « de l’intérieur » (non invasives)

Aujourd’hui l’endoscopie est utilisée souvent ; et dans les paragraphes suivant, on propose une description de l’utilisation, les types et la technologie de l’endoscopie :

L’utilisation:

L’endoscopie peut être utilisée :

Soit pour le diagnostic: parlant d’un endoscope portant à son extrémité des appareils d’observation, utilisé pour découvrir les différentes cavités du corps : d’autre mot, pour obtenir l’image de la partie à explorer.

Soit pour thérapie : pour traiter une maladie (endoscopie opératoire ou biopsie) : par un endoscope portant à l’extrémité des instruments chirurgicaux miniaturisés. Généralement pour réaliser des prélèvements (biopsie), traiter une tumeur ou extraire des corps étrangers (un caillou dans l’un des riens par exemple).

*peu de Médecine*

Suivant les parties du corps à explorer, l'examen nécessite une  anesthésie locale ou une anesthésie générale dite « de confort ».

Il s'agit d'un terme générique qui recouvre des examens spécifiques par organe.

Images obtenues par fibroscope

La recto-sigmoïdoscopie consiste comme la précédente à explorer le rectum et le colon sigmoïde, soit environ 60 cm de tube digestif. Elle est beaucoup moins inconfortable que la coloscopie et peut être faite sans anesthésie générale.

L’endoscopie oesophago gastroscopie  : Elle permet l’exploration de l'œsophage, l'estomac et le duodénum. L'examen dure généralement moins de 5 minutes.

L’endoscopie du colon (coloscopie ou colonoscopie) permet d’étudier le rectum et la totalité du côlon. La longueur de tube digestif exploré est de l'ordre d' 1,50 m. Le coloscope est inséré par l'anus puis glissé peu à peu dans l'intestin. L'examen se fait après avoir vidé l'intégralité de l'intestin. Le patient doit pour cela boire quelques heures avant l'examen, un produit spécial qui entraîne une diarrhée. Cet examen particulièrement inconfortable est souvent faite sous anesthésie générale de confort.

L’endoscopie bronchique (endoscopie bronchique ou bronchoscopie) vise l'exploration de la trachée, des bronches et de la muqueuse qui les tapisse. Cet examen est réalisé par un pneumologue sous anesthésie locale (spray anesthésiant diffusé dans le fond de la gorge). Le fibroscope est introduit par la bouche ou une narine. Le médecin procède à l'exploration visuelle et peut faire un prélèvement ou traiter une lésion si nécessaire. L'examen dure généralement de 10 à 15 minutes.

Image d’un fibroscope, à l’intérieur d’un patient, obtenue par radiologie.

Les types d’endoscopie :

On distingue deux types d’endoscopie selon l’instrument utilisé :Ils sont représentés dans le schéma suivant :

1*Endoscope Rigide

Constitué d’un tube métallique court (de 5 à 8 mm de diamètre) et muni d’une optique grossissante (chaîne de lentilles) et d’un système d’éclairage. Utilisé surtout pour explorer la vessie et la cavité abdominale.

Endoscopie

Endoscope Rigide

Endoscope Souple ou ‘’Fibroscope ‘’

2*Endoscope Souple ou ‘’Fibroscope ‘’

De conception plus récente, est beaucoup plus fin. Constitué de fibres optiques. De 40 à 160 cm de longueur et de 5 à 12 mm de diamètre.

Dans ce rapport ; nous avons étudié le fibroscope avec tout les composants qui assure son fonctionnement.

2/Le fibroscope

Définition:

Le fibroscope est un tuyau souple constitué d’un faisceau de fibres optiques qui permet d’éclairer, de voir et de transmettre l’image de la zone à observer :

Types de fibroscope :

On distingue deux types de fibroscope selon la visualisation : **fibroscope optique : ou la visualisation se fait directement par le médecin en voyant à l’extrémité du fibroscope.

Fibroscopie optique

** vidéo-endoscope : ou l’information obtenue par le fibroscope est traitée et visualisée en tant qu’une vidéo affichée sur un écran.

Vidéo-endoscope

3/Fonctions réalisées par le fibroscope

et description des composants optoélectroniques

Quelque soit le fibroscope, il est constitué de :

1une source de lumière froide.

2 trois réseaux de transmission.

3un capteur à la réception de la lumière réfléchie.

1*source de lumière froide

La source de lumière (froide) est constituée par une lampe de forte intensité située à l'extérieur de l'appareil. Sans cette source de lumière, bien entendu, l'observation serait impossible, étant donné que l'intérieur des organes creux de l'organisme est sombre.

Contrairement aux ampoules à filament conventionnelles, les sources lumineuses à LED sont une source de lumière « froide » (elles ne génèrent pas de chaleur) qui produisent une intensité lumineuse élevée similaire à celle d’une ampoule halogène.

Les LED nécessitent très peu de maintenance et ont une longue durée de vie. Elles sont également plus efficaces que les ampoules au tungstène en ce qui concerne la quantité d’énergie électrique qu’elles peuvent convertir en lumière.

Il existe de nombreux types différents de LED, qui génère de la lumière de différentes couleurs en fonction du matériau semi-conducteur utilisé (le phosphure de gallium, par exemple, produit une lumière rouge lorsqu’il est dopé à l’oxygène et une lumière verte lorsqu’il est dopé à l’hydrogène, tandis que l’arséniure de gallium génère une lumière se situant dans la région des infrarouges).

Les LED blanches sont particulièrement utiles en guise de source d’éclairage en microscopie et on les obtient en ajoutant des phosphores aux LED bleues. L’éclairage par LED peut être ajouté à un microscope dans une configuration en anneau pour permettre un éclairage multidirectionnel.

Les LED peuvent fournir une lumière blanche à haute intensité et assurent ainsi un excellent éclairage pour un large éventail de tâches d’imagerie. Elles présentent l’avantage de fournir une lumière froide et, de ce fait, de ne pas risquer d’endommager les échantillons sensibles à la température ou de causer des changements de mise au point dus à la température, qui pourraient avoir un impact sur la précision des applications de métrologie microscopique.

2/ réseaux de transmission

--Deux réseaux de transmission

-- un réseau pour l’image.

Pour cela, le fibroscope comprend une gaine étanche de 40 à 160 cm de longueur et de 5 à 12 mm de diamètre. À l'intérieur de ce tube souple la lumière d'éclairage est conduite grâce à des fibres de verre environ 20 à 40000 fibres de la source jusqu’à l’extrémité.

Principe du fibroscope :

On peut noter que le secret de fonctionnement de fibroscope est la fibre optique ; et dans la passage suivant on va savoir qu’est ce qu’une fibre optique et comment peut-elle être la base de tel appareil d’imagerie médicale ?

Définition d’une fibre optique :

Fibre ou fine tige généralement de verre, possédant un indice de réfraction élevé, permettant la propagation guidée de la lumière.

Les pertes de lumière entre les deux extrémités de la fibre sont très faibles, même dans le cas d'une fibre courbe.

Les fibres optiques Sont obtenues par étirage ou soufflage de verre fondu et sont caractérisées par suite :

Un diamètre compris entre 0,5 et 15 µm (15 millionièmes de mètre).

Une stabilité chimique, solidité et une résistance au feu et à l’eau. En imprégnant les fibres de verre de plastique, on obtient une fibre

de verre mixte qui allie la solidité et l’inertie du verre à la résistance aux chocs du plastique.

Les fibres de verre seules, ou associées à des résines, forment d’excellents isolants électriques. Dans le fibroscope, les fibres de verre sont placées parallèlement les unes aux autres, groupées dans les trois réseaux mentionnés avant ; et peuvent transmettre des signaux électromagnétiques (dont la lumière) avec des pertes presque nulles et avec des débits très élevés.

Parlant du principe de la fibre de verre, d’abord on doit passer un petit rappel sur la réfraction de la lumière :

Présente un changement d’angle de propagation du rayon

lumineux Quand il passe au deuxième milieu.

Le rayon réfracté se propage à la surface

entre les deux milieux.

Le rayon incident se réfléchit dans le premier milieu et presque rien ne passe dans le deuxième

milieu

Les fibres optiques utilisent le phénomène de la réflexion totale : la lumière pénètre par une extrémité dans un tube de verre ou de plastique. À l'intérieur de ce dispositif, la lumière se propage par réflexions successives sur la surface intérieure du tube, puis sort par l'autre extrémité.

**la différence d' indice normalisé , qui donne une mesure du saut d'indice entre le cœur et la gaine 

,

où est l'indice de réfraction du cœur, et celui de la gaine.

**l' ouverture numérique de la fibre ((en) numerical aperture),

qui est concrètement le sinus de l'angle d'entrée maximal de la

lumière dans la fibre pour que la lumière puisse être guidée sans

perte, mesuré par rapport à l'axe de la fibre. L'ouverture numérique

est égale à : .

3/ capteur CCD :

Le retour de la lumière est assuré par une caméra CCD dont le principe est de transformer une énergie lumineuse en une énergie électrique.

Les informations lumineuses frappent chacun des éléments du capteur qui constitue la surface sensible du caméscope pour être transformées en courant électrique variable, le signal vidéo.

LA SURFACE SENSIBLE EN VIDÉO :UNE MÉMOIRE ANALOGIQUE

Le capteur CCD est une mémoire analogique qui accumule des charges proportionnellement à son temps d’exposition.

Le sigle de trois lettres CCD signifie Charged Coupled Device et se traduit en français par DTC, c’est-à-dire “dispositif à transfert de charges” qui produit un signal vidéo à partir des charges accumulées dans les éléments du capteur. Par extension, ce dispositif a donné son nom au capteur lui-même. Le CCD à transfert interligne, système le plus utilisé actuellement, illustre ce principe de fonctionnement.

***Un capteur CCD est une matrice de photo-sites permettant de discrétiser une scène.

Un photo-site est une cellule photosensible polarisable.

Un schéma le représente comme suite :

***Quelques notes sur les étapes résumant le principe de fonctionnement d’un capteur CCD :

a. La génération des charges

*Les interactions des photons avec le silicium du CCD se font dans le domaine photo-électrique.

* Lors de ces interactions, un photon cède toute son énergie à un électron appartenant à un atome de silicium.

* Ceci donne naissance à une ou plusieurs pairs électrons (e-a/trou)

b. La collection et stockage des charges

*Après interactions des photons avec le silicium, les électrons sont collectés et stockés dans chaque photo-site. Sinon, les charges vont se recombiner au bout d’un temps caractéristique . Donc,

* On collecte les e- en polarisant les électrodes implantées sur chaque photo- site afin de créer un champ électrique E.

* Seul le signal d’électrons est conservé au niveau du canal enterré.

*Le canal enterré agit comme un puits de potentiel qui va permettre de stocker les électrons.

c. Le transfert de charges - Lecture

* Une fois que les charges sont stockées, elles vont être transférées de photo- sites en photo-sites jusqu’au nœud de sortie afin de mesurer la charge contenue dans chaque photo-site.

d. La mesure des charges – chaîne de lecture

L’objectif de la chaine de lecture est :

*De récupérer les charges Q de chaque photo-site

*De convertir les charges stockées (Q) en signal analogique (tension)

* De numériser la valeur analogique grâce a un convertisseur

analogique/numérique (CAN).

*Les différents étages de la chaine.

Fibre optique

Schéma résumant le fonctionnement d’un capteur CCD

4/Conclusion :

Le fibroscope est un petit système de transmission d’information ;

Comme tout les systèmes de transmission, il est constitué d’un récepteur (LED de lumière froide), un canal de transmission (réseaux de fibres optiques) et un récepteur de lumière (capteur CCD) assurant la transformation de la lumière en un signal électrique prêt pour l’extraction des informations après les, traitements nécessaires, en tant qu’image ou un vidéo.

De plus :

Le fibroscope est muni également d'autres petits canaux dont le but est de permettre la pénétration d'air dans la cavité à explorer. Ces canaux permettent également un lavage et une aspiration les différentes sécrétions émises par la muqueuse de l'organe creux dans le qu'elle a pénétré le fibroscope.

Enfin, en dehors des instruments chirurgicaux cités ci-dessus, certains fibroscopes sont munis d'un laser et de différents appareils de section ainsi que d'un système d'échographie pour effectuer une écho-endoscopie ce qui permet l'étude de tumeurs du tube digestif et des structures d'organes comme l'estomac, les voies biliaires et le pancréas. Enfin, certains fibroscopes possèdent un mécanisme permettant la cautérisation (coagulation) d'une hémorragie détectée localement. La mobilisation du fibroscope se fait par l'intermédiaire d'un système de câblage inséré à l'extrémité de l'appareil et permettant à celui-ci d'effectuer des mouvements sur 360 degrés.

5/Bibliographie :

*Fr.wikipedia.org.

*Futurasciences.com.

*Commons.wikimedia.org file (principe-fibre-optique) .

*Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation.