CA3152347A1 - Dispositif robotise d'intervention chirurgicale a bras articule porteur d'un instrument - Google Patents
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Abstract
Ce dispositif robotise d'intervention chirurgicale comporte un bras articule a moteurs d'actionnement, un instrument chirurgical porte par Ie bras articule, un périphérique de commande du bras articule, pour un déplacement d'une extrémité distale fonctionnelle de I' instrument chirurgical, et des moyens de traitement d'instructions de déplacement fournies par Ie périphérique de commande pour les convertir en instructions individuelles de commande de chacun des moteurs d'actionnement du bras articule. Les moyens de traitement comportent une bride électronique conçue pour ajouter un traitement supplémentaire des instructions de déplacement fournies par Ie périphérique de commande consistant a bloquer tout déplacement de Iextrémité distale fonctionnelle de I'instrument chirurgical selon au moins un degré de liberté en translation ou rotation prédéfini comme interdit Ie long ou autour d'au moins un axe d'un repéré cartésien local lie a I'instrument chirurgical.
Description
Description Titre : Dispositif robotisé d'intervention chirurgicale à bras articulé
porteur d'un instrument [0001] La présente invention concerne un dispositif robotisé d'intervention chirurgicale, 5 notamment dans le domaine oto-rhino-laryngologique mais pas seulement.
porteur d'un instrument [0001] La présente invention concerne un dispositif robotisé d'intervention chirurgicale, 5 notamment dans le domaine oto-rhino-laryngologique mais pas seulement.
[0002] Elle s'applique plus particulièrement à un dispositif robotisé
comportant :
- un bras articulé à moteurs d'actionnement ;
- un instrument chirurgical porté par le bras articulé, présentant une extrémité proximale de fixation au bras articulé et une extrémité distale 10 fonctionnelle ;
- un périphérique de commande du bras articulé pour un déplacement de l'extrémité distale fonctionnelle de l'instrument chirurgical ; et - des moyens de traitement d'instructions de déplacement fournies par le périphérique de commande pour les convertir en instructions individuelles 15 de commande de chacun des moteurs d'actionnement du bras articulé.
comportant :
- un bras articulé à moteurs d'actionnement ;
- un instrument chirurgical porté par le bras articulé, présentant une extrémité proximale de fixation au bras articulé et une extrémité distale 10 fonctionnelle ;
- un périphérique de commande du bras articulé pour un déplacement de l'extrémité distale fonctionnelle de l'instrument chirurgical ; et - des moyens de traitement d'instructions de déplacement fournies par le périphérique de commande pour les convertir en instructions individuelles 15 de commande de chacun des moteurs d'actionnement du bras articulé.
[0003] Un tel dispositif est décrit dans l'article de Miroir et al, intitulé
RobOtol : from design to evaluation of a robot for middle ear surgery , publié à l'occasion de la conférence IEEE/RSJ International Conférence on Intelligent Robots and Systems qui s'est tenue du 18 au 22 octobre 2010 à Taipei (TW). Il présente une architecture et une 20 cinématique particulièrement bien adaptées aux interventions chirurgicales otologiques de l'oreille moyenne ou interne de patients. Ces interventions sont sensibles aux faux mouvements de sorte que l'assistance robotisée est une aide précieuse.
RobOtol : from design to evaluation of a robot for middle ear surgery , publié à l'occasion de la conférence IEEE/RSJ International Conférence on Intelligent Robots and Systems qui s'est tenue du 18 au 22 octobre 2010 à Taipei (TW). Il présente une architecture et une 20 cinématique particulièrement bien adaptées aux interventions chirurgicales otologiques de l'oreille moyenne ou interne de patients. Ces interventions sont sensibles aux faux mouvements de sorte que l'assistance robotisée est une aide précieuse.
[0004] Néanmoins, même avec cette aide, le praticien peut réaliser un mauvais geste 25 lorsqu'il manipule le périphérique de commande compte tenu du volume confiné dans lequel il doit généralement opérer. Si dans la plupart des cas, la précision du geste chirurgical est telle qu'un léger écart est sans conséquence et aisément rattrapable, il existe des situations particulières dans lesquelles la tolérance est nulle ou quasi nulle.
C'est le cas par exemple pour opérer un engagement ou désengagement linéaire d'un 30 instrument chirurgical otologique à l'intérieur de l'oreille d'un patient, ou pour dégager un axe de visualisation, par exemple l'axe optique d'un microscope, sans pour autant déplacer l'extrémité distale fonctionnelle de l'instrument.
C'est le cas par exemple pour opérer un engagement ou désengagement linéaire d'un 30 instrument chirurgical otologique à l'intérieur de l'oreille d'un patient, ou pour dégager un axe de visualisation, par exemple l'axe optique d'un microscope, sans pour autant déplacer l'extrémité distale fonctionnelle de l'instrument.
[0005] Plus généralement, dans tout type d'intervention chirurgicale assistée d'un dispositif robotisé porteur d'un instrument chirurgical et manipulé à l'aide d'un 5 périphérique de commande, les situations dans lesquelles la moindre imprécision peut avoir de lourdes conséquences sont multiples.
[0006] II peut ainsi être souhaité de prévoir un dispositif robotisé qui permette de s'affranchir d'au moins une partie des problèmes et contraintes précités.
[0007] Il est donc proposé un dispositif robotisé d'intervention chirurgicale 10 comportant :
- un bras articulé à moteurs d'actionnement ;
- un instrument chirurgical porté par le bras articulé, présentant une extrémité proximale de fixation au bras articulé et une extrémité distale fonctionnelle ;
15 - un périphérique de commande du bras articulé pour un déplacement de l'extrémité distale fonctionnelle de l'instrument chirurgical ; et - des moyens de traitement d'instructions de déplacement fournies par le périphérique de commande pour les convertir en instructions individuelles de commande de chacun des moteurs d'actionnement du bras articulé.
20 dans lequel les moyens de traitement comportent une bride électronique conçue pour ajouter un traitement supplémentaire des instructions de déplacement fournies par le périphérique de commande consistant à bloquer tout déplacement de l'extrémité
distale fonctionnelle de l'instrument chirurgical selon au moins un degré de liberté en translation ou rotation prédéfini comme interdit le long ou autour d'au moins un axe 25 d'un repère cartésien local lié à l'instrument chirurgical.
- un bras articulé à moteurs d'actionnement ;
- un instrument chirurgical porté par le bras articulé, présentant une extrémité proximale de fixation au bras articulé et une extrémité distale fonctionnelle ;
15 - un périphérique de commande du bras articulé pour un déplacement de l'extrémité distale fonctionnelle de l'instrument chirurgical ; et - des moyens de traitement d'instructions de déplacement fournies par le périphérique de commande pour les convertir en instructions individuelles de commande de chacun des moteurs d'actionnement du bras articulé.
20 dans lequel les moyens de traitement comportent une bride électronique conçue pour ajouter un traitement supplémentaire des instructions de déplacement fournies par le périphérique de commande consistant à bloquer tout déplacement de l'extrémité
distale fonctionnelle de l'instrument chirurgical selon au moins un degré de liberté en translation ou rotation prédéfini comme interdit le long ou autour d'au moins un axe 25 d'un repère cartésien local lié à l'instrument chirurgical.
[0008] Ainsi, la bride électronique fonctionne comme un filtre de déplacements prédéfinis comme non souhaités par rapport à des axes liés à l'instrument chirurgical.
Dans les situations délicates précitées, cela prévient de tout écart par rapport aux déplacements sensibles souhaités quelles que soient les instructions émises par le 30 périphérique de commande. Par exemple, pour opérer en otologie un engagement ou désengagement linéaire précis d'un instrument chirurgical à l'intérieur de l'oreille d'un patient, il suffit que la bride électronique soit conçue conformément à la présente
Dans les situations délicates précitées, cela prévient de tout écart par rapport aux déplacements sensibles souhaités quelles que soient les instructions émises par le 30 périphérique de commande. Par exemple, pour opérer en otologie un engagement ou désengagement linéaire précis d'un instrument chirurgical à l'intérieur de l'oreille d'un patient, il suffit que la bride électronique soit conçue conformément à la présente
9 3 invention pour bloquer tout déplacement de l'extrémité distale fonctionnelle de l'instrument chirurgical selon les degrés de liberté en translation et rotation le long et autour des deux axes du repère cartésien local lié à l'instrument chirurgical autres que celui sur lequel l'engagement ou le désengagement linéaire est souhaité. De même, 5 pour dégager sans dommages un axe de visualisation, il suffit que la bride logicielle soit programmée conformément à la présente invention pour bloquer toute translation selon les trois axes du repère cartésien local lié à l'instrument chirurgical.
De façon plus générale et en fonction des gestes précis souhaités, il est avantageux de pouvoir interdire, grâce à la présente invention, certains déplacements en translation ou
De façon plus générale et en fonction des gestes précis souhaités, il est avantageux de pouvoir interdire, grâce à la présente invention, certains déplacements en translation ou
10 rotation le long ou autour d'au moins un axe d'un repère cartésien local lié à
l'instrument chirurgical.
[0009] De façon optionnelle, le périphérique de commande est un manche sur socle 6D.
[0010] De façon optionnelle également, un dispositif robotisé d'intervention 15 chirurgicale selon l'invention peut comporter des moyens d'activation et désactivation de la bride électronique.
l'instrument chirurgical.
[0009] De façon optionnelle, le périphérique de commande est un manche sur socle 6D.
[0010] De façon optionnelle également, un dispositif robotisé d'intervention 15 chirurgicale selon l'invention peut comporter des moyens d'activation et désactivation de la bride électronique.
[0011] De façon optionnelle également, la bride électronique comporte un blocage de tout déplacement en dehors d'un degré de liberté en translation et d'un degré
de liberté
en rotation le long et autour d'un axe principal de l'instrument chirurgical formant un 20 premier axe autour duquel est défini le repère cartésien local.
de liberté
en rotation le long et autour d'un axe principal de l'instrument chirurgical formant un 20 premier axe autour duquel est défini le repère cartésien local.
[0012] De façon optionnelle également, l'axe principal de l'instrument chirurgical est celui qui relie un point central de son extrémité proximale de fixation à un point central de son extrémité distale fonctionnelle.
[0013] De façon optionnelle également et en variante, l'axe principal de l'instrument 25 chirurgical est celui d'une portion distale rectiligne de cet instrument, désaxée par rapport à l'axe qui relie un point central de son extrémité proximale de fixation à un point central de l'extrémité distale fonctionnelle de sa portion distale rectiligne.
[0014] De façon optionnelle également :
- les instructions fournies par le périphérique de commande sont exprimées 30 dans un repère global lié à une base fixe du dispositif robotisé ;
- les moyens de traitement comportent un convertisseur jacobien des instructions exprimées dans ce repère global en instructions individuelles de commande de chacun des moteurs d'actionnement du bras articulé à
l'aide de paramètres jacobiens stockés en mémoire ; et - la bride électronique est programmée pour :
= convertir les instructions fournies par le périphérique de commande en 5 instructions locales de déplacement exprimées dans le repère cartésien local de l'instrument chirurgical, = supprimer toute composante de ces instructions locales de déplacement relative audit au moins un degré de liberté en translation ou rotation interdit, pour fournir des instructions locales de 10 déplacement bridées, = convertir les instructions locales de déplacement bridées en instructions de déplacement bridées exprimées dans le repère global, et = fournir les instructions de déplacement bridées exprimées dans le
- les instructions fournies par le périphérique de commande sont exprimées 30 dans un repère global lié à une base fixe du dispositif robotisé ;
- les moyens de traitement comportent un convertisseur jacobien des instructions exprimées dans ce repère global en instructions individuelles de commande de chacun des moteurs d'actionnement du bras articulé à
l'aide de paramètres jacobiens stockés en mémoire ; et - la bride électronique est programmée pour :
= convertir les instructions fournies par le périphérique de commande en 5 instructions locales de déplacement exprimées dans le repère cartésien local de l'instrument chirurgical, = supprimer toute composante de ces instructions locales de déplacement relative audit au moins un degré de liberté en translation ou rotation interdit, pour fournir des instructions locales de 10 déplacement bridées, = convertir les instructions locales de déplacement bridées en instructions de déplacement bridées exprimées dans le repère global, et = fournir les instructions de déplacement bridées exprimées dans le
15 repère global au convertisseur jacobien.
[0015] De façon optionnelle également, la bride électronique comporte un blocage de toute translation de l'extrémité distale fonctionnelle de l'instrument chirurgical dans son repère local.
[0015] De façon optionnelle également, la bride électronique comporte un blocage de toute translation de l'extrémité distale fonctionnelle de l'instrument chirurgical dans son repère local.
[0016] De façon optionnelle également :
20 - le bras articulé présente, depuis sa base jusqu'à son extrémité porteuse, trois liaisons prismatiques motorisées en série suivies de trois liaisons rotoïdes motorisées en série, les trois axes de rotation respectifs des trois liaisons rotoïdes étant convergents en un même point central de l'extrémité
distale fonctionnelle de l'instrument chirurgical ;
25 - les instructions fournies par le périphérique de commande sont exprimées dans un repère global lié à une base fixe du dispositif robotisé ;
- les moyens de traitement comportent un convertisseur jacobien des instructions exprimées dans ce repère global en instructions individuelles de commande de chacun des moteurs d'actionnement du bras articulé à
30 l'aide de paramètres jacobiens stockés en mémoire ; et - la bride électronique est conçue pour, après application du convertisseur jacobien, supprimer les instructions individuelles de commande des moteurs d'actionnement des trois liaisons prismatiques.
20 - le bras articulé présente, depuis sa base jusqu'à son extrémité porteuse, trois liaisons prismatiques motorisées en série suivies de trois liaisons rotoïdes motorisées en série, les trois axes de rotation respectifs des trois liaisons rotoïdes étant convergents en un même point central de l'extrémité
distale fonctionnelle de l'instrument chirurgical ;
25 - les instructions fournies par le périphérique de commande sont exprimées dans un repère global lié à une base fixe du dispositif robotisé ;
- les moyens de traitement comportent un convertisseur jacobien des instructions exprimées dans ce repère global en instructions individuelles de commande de chacun des moteurs d'actionnement du bras articulé à
30 l'aide de paramètres jacobiens stockés en mémoire ; et - la bride électronique est conçue pour, après application du convertisseur jacobien, supprimer les instructions individuelles de commande des moteurs d'actionnement des trois liaisons prismatiques.
[0017] De façon optionnelle également, un dispositif robotisé d'intervention 5 chirurgicale selon l'invention peut être configuré et dimensionné pour une intervention en chirurgie d'oreille moyenne ou interne d'un patient, l'instrument chirurgical étant lui-même un instrument d'intervention en chirurgie d'oreille moyenne ou interne du patient.
[0018] L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans 10 lesquels :
[0019] [Fig.1 1 la figure 1 représente schématiquement la structure générale d'un dispositif robotisé d'intervention chirurgicale, selon un mode de réalisation de l'invention,
[0020] [Fig.2] la figure 2 illustre les étapes successives d'un procédé
d'intervention 15 chirurgicale à l'aide du dispositif robotisé de la figure 1, selon un premier mode de réalisation de l'invention, et
d'intervention 15 chirurgicale à l'aide du dispositif robotisé de la figure 1, selon un premier mode de réalisation de l'invention, et
[0021] [Fig.3] la figure 3 illustre les étapes successives d'un procédé
d'intervention chirurgicale à l'aide du dispositif robotisé de la figure 1, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
20 [0022] En référence à la figure 1, un dispositif robotisé d'intervention chirurgicale selon un mode de réalisation de l'invention comporte un bras articulé 10 à moteurs d'actionnement porteur d'un instrument chirurgical 12. L'exemple non limitatif illustré
sur cette figure est plus précisément celui d'un dispositif robotisé pour une application en chirurgie otologique d'oreille moyenne ou interne d'un patient dont l'architecture et 25 la cinématique sont optimisées conformément à l'enseignement du document de Miroir et al précité. Le bras articulé 10 présente ainsi, depuis sa base jusqu'à son extrémité
porteuse de l'instrument chirurgical 12, trois liaisons prismatiques motorisées en série suivies de trois liaisons rotoïdes motorisées en série.
[0023] Une première liaison prismatique L1, actionnée par un premier moteur Ml, 30 permet le déplacement en translation d'un premier membre 14 du bras articulé 10 selon l'axe Z1 (par exemple vertical) d'un premier repère cartésien orthogonal local (X1, Y'1, Z1) lié au premier moteur Ml. Le premier moteur M1 est fixé au dispositif robotisé de sorte que le premier repère local (X1, V1, Z1) présente les mêmes directions qu'un repère cartésien orthogonal global (X0, VO, ZO) lié à une base fixe du dispositif robotisé.
L'axe de déplacement du premier membre 14 est donc parallèle à ZO.
[0024] Une deuxième liaison prismatique L2, actionnée par un deuxième moteur porté par une extrémité du premier membre 14, permet le déplacement en translation 5 d'un deuxième membre 16 du bras articulé 10, selon l'axe Z2 d'un deuxième repère cartésien orthogonal local (X2, Y2, Z2) lié au deuxième moteur M2. Le deuxième repère local (X2, Y2, Z2) est retourné d'un angle droit par rapport à l'axe Y1 du premier repère local (X1, Y1, Z1) de sorte que son axe 22 est parallèle à l'axe X1.
L'axe de déplacement du deuxième membre 16 est donc parallèle à XO.
10 [0025] Une troisième liaison prismatique L3, actionnée par un troisième moteur M3 porté par une extrémité du deuxième membre 16, permet le déplacement en translation d'un troisième membre 18 du bras articulé 10, selon l'axe Z3 d'un troisième repère cartésien orthogonal local (X3, Y3, Z3) lié au troisième moteur M3. Le troisième repère local (X3, Y3, Z3) est retourné d'un angle droit par rapport à l'axe X2 du deuxième 15 repère local (X2, Y2, Z2) de sorte que son axe Z3 est parallèle à l'axe Y2 lui-même parallèle à l'axe Yl. L'axe de déplacement du troisième membre 18 est donc parallèle à YO.
[0026] Une quatrième liaison rotoïde L4, actionnée par un quatrième moteur M4 cylindrique et porté par une extrémité du troisième membre 18, permet le déplacement 20 en rotation d'un quatrième membre 20 du bras articulé 10, autour de l'axe Z4 d'un quatrième repère cartésien orthogonal local (X4, Y4, Z4) lié au quatrième moteur M4.
[0027] Une cinquième liaison rotoïde L5, actionnée par un cinquième moteur M5 cylindrique et porté par une extrémité du quatrième membre 20, permet le déplacement en rotation d'un cinquième membre 22 du bras articulé 10, autour de l'axe Z5 d'un 25 cinquième repère cartésien orthogonal local (X5, Y5, Z5) lié au cinquième moteur M5.
[0028] Enfin, une sixième liaison rotoïde L6, actionnée par un sixième moteur cylindrique et porté par une extrémité du cinquième membre 22, permet le déplacement en rotation de l'instrument chirurgical 12, autour de l'axe Z6 d'un sixième repère cartésien orthogonal local (X6, Y6, Z6) lié au sixième moteur M6.
30 [0029] Selon la configuration particulièrement intéressante de la figure 1, les trois axes de rotation respectifs Z4, Z5 et Z6 des trois liaisons rotoïdes convergent en un même point central de l'extrémité distale fonctionnelle 24 de l'instrument chirurgical 12, faisant ainsi de ce point un point pivot. Cela signifie qu'en l'absence de tout actionnement des moteurs Ml, M2, M3 des liaisons prismatiques, toute instruction d'actionnement d'au moins l'un des moteurs M4, M5, M6 des liaisons rotoïdes provoque une rotation de l'instrument chirurgical 12 autour de son point pivot sans aucun déplacement de ce dernier dans le repère global (X0, VO, ZO).
5 [0030] L'instrument chirurgical 12 présente une extrémité proximale 26 de fixation au bras articulé 10, plus précisément à une extrémité de fixation correspondante du bras liée au moteur M6. Cette fixation est par exemple avantageusement réalisée conformément au système de verrouillage décrit dans le brevet FR 2 998 344 Bl, mais ce n'est pas une obligation. Tout autre système de fixation adapté à
l'application visée 10 convient également.
[0031] L'instrument chirurgical 12 peut présenter une forme rectiligne de sorte son axe principal Zp, autour duquel est défini un repère cartésien local (Xp, Yp, Zp) qui lui est lié, est celui qui relie un point central de son extrémité proximale 26 de fixation au point pivot de son extrémité distale fonctionnelle 24. Dans ce cas, non illustré sur la figure 1, 15 l'axe Zp se confond avec l'axe Z6.
[0032] En variante et comme illustré sur la figure 1, il peut s'agir d'un instrument chirurgical à portions déviées tel que celui décrit dans la demande de brevet FR
3 066 378 Al. Dans ce cas, son axe principal Zp, autour duquel est toujours défini le repère cartésien local (Xp, Yp, Zp) qui lui est lié, est celui d'une portion distale rectiligne 20 de cet instrument, désaxée par rapport à l'axe Z6 qui relie toujours le point central de son extrémité proximale 26 de fixation au point pivot de son extrémité distale fonctionnelle 24.
[0033] Le dispositif robotisé d'intervention chirurgicale comporte en outre un périphérique de commande 28 du bras articulé 10, tel qu'un manche sur socle 60 (de 25 l'anglais joystick 6D ) ou tout autre dispositif équivalent, adapté
pour permettre un déplacement de l'extrémité distale fonctionnelle 24 de l'instrument chirurgical 12 selon trois degrés de liberté en translation et trois degrés de liberté en rotation par actionnement des six moteurs M1 à M6. Il peut en outre comporter un écran 30, notamment pour l'affichage le suivi et de tout déplacement de l'instrument chirurgical 30 12 en phase opératoire.
[0034] Le dispositif robotisé d'intervention chirurgicale comporte en outre des moyens de traitement d'instructions de déplacement fournies par le périphérique de commande 28 pour les convertir en instructions individuelles de commande de chacun des moteurs M1 à M6 du bras articulé 10. Ces moyens de traitement prennent la forme d'un circuit électronique 32.
[0035] Le circuit électronique 32 est connecté au bras articulé 10 afin de lui transmettre les instructions individuelles de commande des moteurs M1 à M6 et au périphérique 5 de commande 28 afin de recevoir ses instructions de déplacement. Ces dernières sont généralement exprimées dans le repère global (X0, YO, ZO).
[0036] Il présente une unité centrale de traitement 34, telle qu'un microprocesseur conçu pour émettre vers le bras articulé 10 les instructions individuelles de commande et pour recevoir du périphérique de commande 28 les instructions de déplacement, et 10 une mémoire 36 dans laquelle est enregistré au moins un programme d'ordinateur réalisant la conversion précitée et destiné à être exécuté par l'unité
centrale 34. Deux programmes d'ordinateur 38 et 40, sélectionnables selon un commutateur logiciel 42 sont représentés sur la figure 1. Ils sont relatifs à deux applications différentes de la présente invention qui mettent en oeuvre deux réalisations fonctionnellement 15 différentes mais pouvant être complémentaires. Un seul des deux programmes pourrait être implémenté sans sortir du cadre de la présente invention.
[0037] Conformément à un mode de réalisation possible de la présente invention, chacun des deux programmes d'ordinateur 38, 40 comporte des instructions pour la mise en oeuvre d'une bride logicielle programmée pour ajouter un traitement 20 supplémentaire des instructions de déplacement fournies par le périphérique de commande 28 consistant à bloquer tout déplacement de l'extrémité distale fonctionnelle 24 de l'instrument chirurgical 12 selon au moins un degré de liberté en translation ou rotation prédéfini comme interdit le long ou autour d'au moins un axe du repère local (Xp, Yp, Zp).
25 [0038] On notera que le circuit électronique 32 tel que représenté
schématiquement sur la figure 1 peut par exemple être mis en uvre dans un dispositif informatique tel qu'un ordinateur classique comportant un processeur associé à une ou plusieurs mémoires pour le stockage de fichiers de données et de programmes d'ordinateurs dont les instructions sont destinées à être exécutées par le processeur, telles que les 30 instructions des programmes 38, 40 et du commutateur logiciel 42 qui peut lui aussi constituer un programme d'ordinateur. Ces programmes sont représentés comme distincts, mais cette distinction est purement fonctionnelle. Ils pourraient tout aussi bien être regroupés selon toutes les combinaisons possibles en un ou plusieurs logiciels.
Leurs fonctions pourraient aussi être au moins en partie micro programmées ou micro câblées dans des circuits intégrés dédiés. Ainsi, en variante, le dispositif informatique mettant en uvre le circuit électronique 32 pourrait être remplacé par un dispositif électronique composé uniquement de circuits numériques (sans programme d'ordinateur) pour la réalisation des mêmes actions. En particulier, la bride logicielle 5 précitée est plus généralement une bride électronique dont la fonction peut être implémentée matériellement et/ou logiciellement.
[0039] En complément de la bride électronique implémentée dans le circuit électronique 32, le dispositif robotisé d'intervention chirurgicale est optionnellement mais avantageusement muni de moyens 54 d'activation et désactivation de cette bride 10 électronique. Tout dispositif de sélection existant est envisageable, notamment un bouton tactile ou sélectionnable par souris de l'écran d'affichage 30, un dispositif spécifique du périphérique de commande 28, ou même un dispositif de sélection indépendant prévu dans un autre périphérique, par exemple au clavier ou à
l'aide d'une pédale.
15 [0040] Dans l'exemple de la figure 1, comme évoqué précédemment, la bride électronique comporte en fait deux brides fonctionnelles différentes qui s'avèrent particulièrement pratiques et astucieuses en chirurgie otologique. Une première bride fonctionnelle est programmée dans le programme d'ordinateur 38. Elle est conçue pour bloquer tout déplacement en dehors d'un degré de liberté en translation et d'un degré
20 de liberté en rotation le long et autour de l'axe principal Zp de l'instrument chirurgical 12 quelle que soit sa forme droite ou déviée. Elle correspond à la possibilité
d'opérer en otologie, simplement et rapidement de façon intuitive, un engagement ou désengagement linéaire précis et sans mauvais geste de l'instrument chirurgical 12 à
l'intérieur de l'oreille d'un patient. Une deuxième bride fonctionnelle est programmée 25 dans le programme d'ordinateur 40. Elle est conçue pour bloquer toute translation selon les trois axes Xp, Vp et Zp du repère local lié à l'instrument chirurgical 12. Elle correspond à la possibilité d'opérer en otologie, simplement et rapidement de façon intuitive, pour dégager sans dommages un axe de visualisation de l'extrémité
distale fonctionnelle 24 de l'instrument chirurgical 12 vers l'oreille du patient, par exemple un 30 axe optique de microscope dont l'usage est notamment prévu dans le dispositif robotisé du document Miroir et al précité. D'autres brides fonctionnelles peuvent plus généralement être envisagées en fonction des gestes précis souhaités et notamment programmées dans le programme d'ordinateur 38. Elles consistent toutes à
interdire certains déplacements en translation ou rotation le long ou autour d'au moins un axe 35 du repère local (Xp, Yp, Zp) lié à l'instrument chirurgical 12. Toutes ces brides électroniques possibles sont avantageusement activées lors d'interventions délicates dans des volumes confinés en forme de cône tels que ceux de l'oreille moyenne ou interne d'un patient.
[0041] Plus précisément, le programme d'ordinateur 38 comporte des instructions 44 5 réalisant une conversion des instructions fournies par le périphérique de commande 28, exprimées dans le repère global (X0, YO, ZO), en instructions locales de déplacement exprimées dans le repère local (Xp, Yp, Zp) de l'instrument chirurgical 12.
Une simple connaissance de la disposition de l'instrument chirurgical 12 dans l'espace permet de reconstituer aisément la matrice de passage réalisant cette conversion.
10 [0042] Le programme d'ordinateur 38 comporte des instructions 46, destinées à être exécutées après les instructions 44, réalisant la première bride fonctionnelle, c'est-à-dire une suppression des composantes de ces instructions locales de déplacement le long et autour des axes Xp et Yp pour ne conserver que les degrés de liberté
en translation et rotation le long et autour de l'axe principal Zp de l'instrument chirurgical 15 12. On notera que ce sont ces instructions qui peuvent être généralisées pour implémenter d'autres brides fonctionnelles à au moins un degré de liberté en translation ou rotation interdit. Il en résulte des instructions locales de déplacement bridées.
[0043] Le programme d'ordinateur 38 comporte des instructions 48, destinées à
être 20 exécutées après les instructions 46, réalisant une conversion inverse des instructions locales de déplacement bridées exprimées dans le repère local (Xp, Yp, Zp) en instructions de déplacement bridées exprimées dans le repère global (X0, VO.
ZO).
[0044] Enfin, le programme d'ordinateur 38 comporte des instructions 50, destinées à
être exécutées après les instructions 48, ou directement sans exécution des 25 instructions 44, 46 et 48 si aucune bride électronique n'est sélectionnée, réalisant une conversion jacobienne des instructions de déplacement bridées (ou non bridées si aucune bride électronique n'est sélectionnée) exprimées dans le repère global (XO, VO, ZO) en instructions individuelles de commande de chacun des moteurs M1 à M6 d'actionnennent du bras articulé 10 à l'aide de paramètres jacobiens stockés en 30 mémoire. Cette fonction de convertisseur jacobien est bien connue de l'homme du métier et ne sera pas détaillée. Les instructions individuelles de commande foumies par exécution du programme d'ordinateur 38 sont à transmettre par l'unité
centrale 34 au bras articulé 10.
[0045] La deuxième bride fonctionnelle définie précédemment pourrait elle aussi être mise en oeuvre par exécution du programme d'ordinateur 38, de même que d'autres brides fonctionnelles possibles, moyennant une adaptation des instructions 46.
Mais le programme 40 tire profit de l'architecture et de la cinématique particulières du bras 5 articulé 10 de la figure 1 pour simplifier son implémentation. En effet, pour réaliser cette deuxième bride fonctionnelle et comme cela a été vu précédemment, il suffit de supprimer les instructions individuelles destinées aux moteurs Ml, M2 et M3 et issues de la conversion jacobienne précitée.
[0046] Le programme d'ordinateur 40 comporte ainsi les instructions 50 précitées pour 10 réaliser directement la conversion jacobienne des instructions de commande fournies par le périphérique de commande 28.
[0047] Il comporte en outre des instructions 52, destinées à être exécutées après les instructions 50, réalisant la deuxième bride fonctionnelle, c'est-à-dire une suppression des instructions individuelles de commande des moteurs Ml, M2 et M3 d'actionnement 15 respectif des trois liaisons prismatiques Ll, L2 et L3. Les instructions individuelles de commande fournies par exécution du programme d'ordinateur 40 sont à
transmettre par l'unité centrale 34 au bras articulé 10.
[0048] Le commutateur logiciel 42 permet de sélectionner l'exécution du programme d'ordinateur 38 dans son intégralité, des instructions 50 uniquement de ce programme 20 d'ordinateur 38, ou du programme d'ordinateur 40, selon que l'une ou l'autre des première et deuxième brides électroniques est sélectionnée ou pas à l'aide des moyens d'activation et désactivation 54.
[0049] La figure 2 illustre les étapes successives d'un procédé d'intervention chirurgicale à l'aide du dispositif robotisé de la figure 1, selon un premier mode de 25 réalisation de l'invention consistant à appliquer la première bride électronique.
[0050] Au cours d'une première étape 100, la première bride électronique est activée et un opérateur engage le déplacement de l'extrémité distale fonctionnelle 24 de l'instrument chirurgical 12 porté par le bras articulé 10 à l'aide du périphérique de commande 28.
30 [0051] Au cours d'une étape suivante 102, l'unité centrale 34 exécute les instructions 44, 46, 48 et 50 du programme d'ordinateur 38 pour convertir les instructions foumies par le périphérique de commande 28 en instructions individuelles bridées de commande des moteurs M1 à M6. Ces instructions bridées ne permettent qu'un déplacement en translation ou rotation le long ou autour de l'axe Zp de l'extrémité
distale fonctionnelle 24 de l'instrument chirurgical 12 de sorte que, quels que soient les éventuels écarts introduits par manipulation du périphérique de commande 28, seul l'engagement ou désengagement linéaire souhaité est exécuté de façon rapide et 5 intuitive pendant cette étape.
[0052] Au cours d'une étape suivante 104, la première bride électronique est désactivée. Cela permet, par exemple au cours d'une étape suivante 106 d'engager tout déplacement supplémentaire de l'instrument chirurgical 12, selon tous les degrés de libertés permis par actionnement libre des moteurs M1 à M6, par exécution 10 uniquement des instructions 50 du programme d'ordinateur 38. A tout moment, un retour à l'étape 100 est possible.
[0053] La figure 3 illustre les étapes successives d'un procédé d'intervention chirurgicale à l'aide du dispositif robotisé de la figure 1, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention consistant à appliquer la deuxième bride électronique.
15 [0054] Au cours d'une première étape 200, la deuxième bride électronique est activée et un opérateur engage un déplacement de l'instrument chirurgical 12 porté par le bras articulé 10 à l'aide du périphérique de commande 28, pour dégager un axe de visualisation vers l'oreille du patient.
[0055] Au cours d'une étape suivante 202, l'unité centrale 34 exécute les instructions 20 50 et 52 du programme d'ordinateur 40 pour convertir les instructions fournies par le périphérique de commande 28 en instructions individuelles bridées de commande des moteurs M4 à M6. Ces instructions bridées ne permettent que des déplacements en rotation autour des axes Z4, Z5 et Z6. Etant donné que ces axes convergent au point pivot de l'instrument chirurgical 12, ce dernier reste immobile quels que soient les 25 éventuels écarts introduits par manipulation du périphérique de commande 28, seul le dégagement visuel souhaité étant exécuté de façon rapide et intuitive pendant cette étape.
[0056] Au cours d'une étape suivante 204, la deuxième bride électronique est désactivée. Cela permet, par exemple au cours d'une étape suivante 206 d'engager 30 tout déplacement supplémentaire de l'instrument chirurgical 12, selon tous les degrés de libertés permis par actionnement libre des moteurs M1 à M6, par exécution uniquement des instructions 50 du programme d'ordinateur 38 (ou 40). A tout moment, un retour à l'étape 200 est possible.
[0057] Les procédés d'intervention chirurgicale des figures 2 et 3 sont aisément généralisables à la mise en uvre d'autres brides électroniques que les deux envisagées ci-dessus.
[0058] II apparaît clairement qu'un dispositif robotisé tel que celui décrit 5 précédemment permet une intervention chirurgicale sécurisée dans certaines situations de déplacements bridés empêchant tout faux mouvement ou écart par rapport à des translations ou rotations prédéterminées souhaitées.
[0059] On notera par ailleurs que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment.
10 [0060] Elle est avantageusement appliquée à l'architecture et à la cinématique du bras articulé 10 de la figure 1, mais elle est généralisable à d'autres architectures et cinématiques par adaptation des conversions correspondantes (i.e. changements de repères et conversion jacobienne).
[0061] Il apparaîtra plus généralement à l'homme de l'art que diverses modifications 15 peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits d-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans la présentation détaillée de l'invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l'invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents 20 dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en oeuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
d'intervention chirurgicale à l'aide du dispositif robotisé de la figure 1, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
20 [0022] En référence à la figure 1, un dispositif robotisé d'intervention chirurgicale selon un mode de réalisation de l'invention comporte un bras articulé 10 à moteurs d'actionnement porteur d'un instrument chirurgical 12. L'exemple non limitatif illustré
sur cette figure est plus précisément celui d'un dispositif robotisé pour une application en chirurgie otologique d'oreille moyenne ou interne d'un patient dont l'architecture et 25 la cinématique sont optimisées conformément à l'enseignement du document de Miroir et al précité. Le bras articulé 10 présente ainsi, depuis sa base jusqu'à son extrémité
porteuse de l'instrument chirurgical 12, trois liaisons prismatiques motorisées en série suivies de trois liaisons rotoïdes motorisées en série.
[0023] Une première liaison prismatique L1, actionnée par un premier moteur Ml, 30 permet le déplacement en translation d'un premier membre 14 du bras articulé 10 selon l'axe Z1 (par exemple vertical) d'un premier repère cartésien orthogonal local (X1, Y'1, Z1) lié au premier moteur Ml. Le premier moteur M1 est fixé au dispositif robotisé de sorte que le premier repère local (X1, V1, Z1) présente les mêmes directions qu'un repère cartésien orthogonal global (X0, VO, ZO) lié à une base fixe du dispositif robotisé.
L'axe de déplacement du premier membre 14 est donc parallèle à ZO.
[0024] Une deuxième liaison prismatique L2, actionnée par un deuxième moteur porté par une extrémité du premier membre 14, permet le déplacement en translation 5 d'un deuxième membre 16 du bras articulé 10, selon l'axe Z2 d'un deuxième repère cartésien orthogonal local (X2, Y2, Z2) lié au deuxième moteur M2. Le deuxième repère local (X2, Y2, Z2) est retourné d'un angle droit par rapport à l'axe Y1 du premier repère local (X1, Y1, Z1) de sorte que son axe 22 est parallèle à l'axe X1.
L'axe de déplacement du deuxième membre 16 est donc parallèle à XO.
10 [0025] Une troisième liaison prismatique L3, actionnée par un troisième moteur M3 porté par une extrémité du deuxième membre 16, permet le déplacement en translation d'un troisième membre 18 du bras articulé 10, selon l'axe Z3 d'un troisième repère cartésien orthogonal local (X3, Y3, Z3) lié au troisième moteur M3. Le troisième repère local (X3, Y3, Z3) est retourné d'un angle droit par rapport à l'axe X2 du deuxième 15 repère local (X2, Y2, Z2) de sorte que son axe Z3 est parallèle à l'axe Y2 lui-même parallèle à l'axe Yl. L'axe de déplacement du troisième membre 18 est donc parallèle à YO.
[0026] Une quatrième liaison rotoïde L4, actionnée par un quatrième moteur M4 cylindrique et porté par une extrémité du troisième membre 18, permet le déplacement 20 en rotation d'un quatrième membre 20 du bras articulé 10, autour de l'axe Z4 d'un quatrième repère cartésien orthogonal local (X4, Y4, Z4) lié au quatrième moteur M4.
[0027] Une cinquième liaison rotoïde L5, actionnée par un cinquième moteur M5 cylindrique et porté par une extrémité du quatrième membre 20, permet le déplacement en rotation d'un cinquième membre 22 du bras articulé 10, autour de l'axe Z5 d'un 25 cinquième repère cartésien orthogonal local (X5, Y5, Z5) lié au cinquième moteur M5.
[0028] Enfin, une sixième liaison rotoïde L6, actionnée par un sixième moteur cylindrique et porté par une extrémité du cinquième membre 22, permet le déplacement en rotation de l'instrument chirurgical 12, autour de l'axe Z6 d'un sixième repère cartésien orthogonal local (X6, Y6, Z6) lié au sixième moteur M6.
30 [0029] Selon la configuration particulièrement intéressante de la figure 1, les trois axes de rotation respectifs Z4, Z5 et Z6 des trois liaisons rotoïdes convergent en un même point central de l'extrémité distale fonctionnelle 24 de l'instrument chirurgical 12, faisant ainsi de ce point un point pivot. Cela signifie qu'en l'absence de tout actionnement des moteurs Ml, M2, M3 des liaisons prismatiques, toute instruction d'actionnement d'au moins l'un des moteurs M4, M5, M6 des liaisons rotoïdes provoque une rotation de l'instrument chirurgical 12 autour de son point pivot sans aucun déplacement de ce dernier dans le repère global (X0, VO, ZO).
5 [0030] L'instrument chirurgical 12 présente une extrémité proximale 26 de fixation au bras articulé 10, plus précisément à une extrémité de fixation correspondante du bras liée au moteur M6. Cette fixation est par exemple avantageusement réalisée conformément au système de verrouillage décrit dans le brevet FR 2 998 344 Bl, mais ce n'est pas une obligation. Tout autre système de fixation adapté à
l'application visée 10 convient également.
[0031] L'instrument chirurgical 12 peut présenter une forme rectiligne de sorte son axe principal Zp, autour duquel est défini un repère cartésien local (Xp, Yp, Zp) qui lui est lié, est celui qui relie un point central de son extrémité proximale 26 de fixation au point pivot de son extrémité distale fonctionnelle 24. Dans ce cas, non illustré sur la figure 1, 15 l'axe Zp se confond avec l'axe Z6.
[0032] En variante et comme illustré sur la figure 1, il peut s'agir d'un instrument chirurgical à portions déviées tel que celui décrit dans la demande de brevet FR
3 066 378 Al. Dans ce cas, son axe principal Zp, autour duquel est toujours défini le repère cartésien local (Xp, Yp, Zp) qui lui est lié, est celui d'une portion distale rectiligne 20 de cet instrument, désaxée par rapport à l'axe Z6 qui relie toujours le point central de son extrémité proximale 26 de fixation au point pivot de son extrémité distale fonctionnelle 24.
[0033] Le dispositif robotisé d'intervention chirurgicale comporte en outre un périphérique de commande 28 du bras articulé 10, tel qu'un manche sur socle 60 (de 25 l'anglais joystick 6D ) ou tout autre dispositif équivalent, adapté
pour permettre un déplacement de l'extrémité distale fonctionnelle 24 de l'instrument chirurgical 12 selon trois degrés de liberté en translation et trois degrés de liberté en rotation par actionnement des six moteurs M1 à M6. Il peut en outre comporter un écran 30, notamment pour l'affichage le suivi et de tout déplacement de l'instrument chirurgical 30 12 en phase opératoire.
[0034] Le dispositif robotisé d'intervention chirurgicale comporte en outre des moyens de traitement d'instructions de déplacement fournies par le périphérique de commande 28 pour les convertir en instructions individuelles de commande de chacun des moteurs M1 à M6 du bras articulé 10. Ces moyens de traitement prennent la forme d'un circuit électronique 32.
[0035] Le circuit électronique 32 est connecté au bras articulé 10 afin de lui transmettre les instructions individuelles de commande des moteurs M1 à M6 et au périphérique 5 de commande 28 afin de recevoir ses instructions de déplacement. Ces dernières sont généralement exprimées dans le repère global (X0, YO, ZO).
[0036] Il présente une unité centrale de traitement 34, telle qu'un microprocesseur conçu pour émettre vers le bras articulé 10 les instructions individuelles de commande et pour recevoir du périphérique de commande 28 les instructions de déplacement, et 10 une mémoire 36 dans laquelle est enregistré au moins un programme d'ordinateur réalisant la conversion précitée et destiné à être exécuté par l'unité
centrale 34. Deux programmes d'ordinateur 38 et 40, sélectionnables selon un commutateur logiciel 42 sont représentés sur la figure 1. Ils sont relatifs à deux applications différentes de la présente invention qui mettent en oeuvre deux réalisations fonctionnellement 15 différentes mais pouvant être complémentaires. Un seul des deux programmes pourrait être implémenté sans sortir du cadre de la présente invention.
[0037] Conformément à un mode de réalisation possible de la présente invention, chacun des deux programmes d'ordinateur 38, 40 comporte des instructions pour la mise en oeuvre d'une bride logicielle programmée pour ajouter un traitement 20 supplémentaire des instructions de déplacement fournies par le périphérique de commande 28 consistant à bloquer tout déplacement de l'extrémité distale fonctionnelle 24 de l'instrument chirurgical 12 selon au moins un degré de liberté en translation ou rotation prédéfini comme interdit le long ou autour d'au moins un axe du repère local (Xp, Yp, Zp).
25 [0038] On notera que le circuit électronique 32 tel que représenté
schématiquement sur la figure 1 peut par exemple être mis en uvre dans un dispositif informatique tel qu'un ordinateur classique comportant un processeur associé à une ou plusieurs mémoires pour le stockage de fichiers de données et de programmes d'ordinateurs dont les instructions sont destinées à être exécutées par le processeur, telles que les 30 instructions des programmes 38, 40 et du commutateur logiciel 42 qui peut lui aussi constituer un programme d'ordinateur. Ces programmes sont représentés comme distincts, mais cette distinction est purement fonctionnelle. Ils pourraient tout aussi bien être regroupés selon toutes les combinaisons possibles en un ou plusieurs logiciels.
Leurs fonctions pourraient aussi être au moins en partie micro programmées ou micro câblées dans des circuits intégrés dédiés. Ainsi, en variante, le dispositif informatique mettant en uvre le circuit électronique 32 pourrait être remplacé par un dispositif électronique composé uniquement de circuits numériques (sans programme d'ordinateur) pour la réalisation des mêmes actions. En particulier, la bride logicielle 5 précitée est plus généralement une bride électronique dont la fonction peut être implémentée matériellement et/ou logiciellement.
[0039] En complément de la bride électronique implémentée dans le circuit électronique 32, le dispositif robotisé d'intervention chirurgicale est optionnellement mais avantageusement muni de moyens 54 d'activation et désactivation de cette bride 10 électronique. Tout dispositif de sélection existant est envisageable, notamment un bouton tactile ou sélectionnable par souris de l'écran d'affichage 30, un dispositif spécifique du périphérique de commande 28, ou même un dispositif de sélection indépendant prévu dans un autre périphérique, par exemple au clavier ou à
l'aide d'une pédale.
15 [0040] Dans l'exemple de la figure 1, comme évoqué précédemment, la bride électronique comporte en fait deux brides fonctionnelles différentes qui s'avèrent particulièrement pratiques et astucieuses en chirurgie otologique. Une première bride fonctionnelle est programmée dans le programme d'ordinateur 38. Elle est conçue pour bloquer tout déplacement en dehors d'un degré de liberté en translation et d'un degré
20 de liberté en rotation le long et autour de l'axe principal Zp de l'instrument chirurgical 12 quelle que soit sa forme droite ou déviée. Elle correspond à la possibilité
d'opérer en otologie, simplement et rapidement de façon intuitive, un engagement ou désengagement linéaire précis et sans mauvais geste de l'instrument chirurgical 12 à
l'intérieur de l'oreille d'un patient. Une deuxième bride fonctionnelle est programmée 25 dans le programme d'ordinateur 40. Elle est conçue pour bloquer toute translation selon les trois axes Xp, Vp et Zp du repère local lié à l'instrument chirurgical 12. Elle correspond à la possibilité d'opérer en otologie, simplement et rapidement de façon intuitive, pour dégager sans dommages un axe de visualisation de l'extrémité
distale fonctionnelle 24 de l'instrument chirurgical 12 vers l'oreille du patient, par exemple un 30 axe optique de microscope dont l'usage est notamment prévu dans le dispositif robotisé du document Miroir et al précité. D'autres brides fonctionnelles peuvent plus généralement être envisagées en fonction des gestes précis souhaités et notamment programmées dans le programme d'ordinateur 38. Elles consistent toutes à
interdire certains déplacements en translation ou rotation le long ou autour d'au moins un axe 35 du repère local (Xp, Yp, Zp) lié à l'instrument chirurgical 12. Toutes ces brides électroniques possibles sont avantageusement activées lors d'interventions délicates dans des volumes confinés en forme de cône tels que ceux de l'oreille moyenne ou interne d'un patient.
[0041] Plus précisément, le programme d'ordinateur 38 comporte des instructions 44 5 réalisant une conversion des instructions fournies par le périphérique de commande 28, exprimées dans le repère global (X0, YO, ZO), en instructions locales de déplacement exprimées dans le repère local (Xp, Yp, Zp) de l'instrument chirurgical 12.
Une simple connaissance de la disposition de l'instrument chirurgical 12 dans l'espace permet de reconstituer aisément la matrice de passage réalisant cette conversion.
10 [0042] Le programme d'ordinateur 38 comporte des instructions 46, destinées à être exécutées après les instructions 44, réalisant la première bride fonctionnelle, c'est-à-dire une suppression des composantes de ces instructions locales de déplacement le long et autour des axes Xp et Yp pour ne conserver que les degrés de liberté
en translation et rotation le long et autour de l'axe principal Zp de l'instrument chirurgical 15 12. On notera que ce sont ces instructions qui peuvent être généralisées pour implémenter d'autres brides fonctionnelles à au moins un degré de liberté en translation ou rotation interdit. Il en résulte des instructions locales de déplacement bridées.
[0043] Le programme d'ordinateur 38 comporte des instructions 48, destinées à
être 20 exécutées après les instructions 46, réalisant une conversion inverse des instructions locales de déplacement bridées exprimées dans le repère local (Xp, Yp, Zp) en instructions de déplacement bridées exprimées dans le repère global (X0, VO.
ZO).
[0044] Enfin, le programme d'ordinateur 38 comporte des instructions 50, destinées à
être exécutées après les instructions 48, ou directement sans exécution des 25 instructions 44, 46 et 48 si aucune bride électronique n'est sélectionnée, réalisant une conversion jacobienne des instructions de déplacement bridées (ou non bridées si aucune bride électronique n'est sélectionnée) exprimées dans le repère global (XO, VO, ZO) en instructions individuelles de commande de chacun des moteurs M1 à M6 d'actionnennent du bras articulé 10 à l'aide de paramètres jacobiens stockés en 30 mémoire. Cette fonction de convertisseur jacobien est bien connue de l'homme du métier et ne sera pas détaillée. Les instructions individuelles de commande foumies par exécution du programme d'ordinateur 38 sont à transmettre par l'unité
centrale 34 au bras articulé 10.
[0045] La deuxième bride fonctionnelle définie précédemment pourrait elle aussi être mise en oeuvre par exécution du programme d'ordinateur 38, de même que d'autres brides fonctionnelles possibles, moyennant une adaptation des instructions 46.
Mais le programme 40 tire profit de l'architecture et de la cinématique particulières du bras 5 articulé 10 de la figure 1 pour simplifier son implémentation. En effet, pour réaliser cette deuxième bride fonctionnelle et comme cela a été vu précédemment, il suffit de supprimer les instructions individuelles destinées aux moteurs Ml, M2 et M3 et issues de la conversion jacobienne précitée.
[0046] Le programme d'ordinateur 40 comporte ainsi les instructions 50 précitées pour 10 réaliser directement la conversion jacobienne des instructions de commande fournies par le périphérique de commande 28.
[0047] Il comporte en outre des instructions 52, destinées à être exécutées après les instructions 50, réalisant la deuxième bride fonctionnelle, c'est-à-dire une suppression des instructions individuelles de commande des moteurs Ml, M2 et M3 d'actionnement 15 respectif des trois liaisons prismatiques Ll, L2 et L3. Les instructions individuelles de commande fournies par exécution du programme d'ordinateur 40 sont à
transmettre par l'unité centrale 34 au bras articulé 10.
[0048] Le commutateur logiciel 42 permet de sélectionner l'exécution du programme d'ordinateur 38 dans son intégralité, des instructions 50 uniquement de ce programme 20 d'ordinateur 38, ou du programme d'ordinateur 40, selon que l'une ou l'autre des première et deuxième brides électroniques est sélectionnée ou pas à l'aide des moyens d'activation et désactivation 54.
[0049] La figure 2 illustre les étapes successives d'un procédé d'intervention chirurgicale à l'aide du dispositif robotisé de la figure 1, selon un premier mode de 25 réalisation de l'invention consistant à appliquer la première bride électronique.
[0050] Au cours d'une première étape 100, la première bride électronique est activée et un opérateur engage le déplacement de l'extrémité distale fonctionnelle 24 de l'instrument chirurgical 12 porté par le bras articulé 10 à l'aide du périphérique de commande 28.
30 [0051] Au cours d'une étape suivante 102, l'unité centrale 34 exécute les instructions 44, 46, 48 et 50 du programme d'ordinateur 38 pour convertir les instructions foumies par le périphérique de commande 28 en instructions individuelles bridées de commande des moteurs M1 à M6. Ces instructions bridées ne permettent qu'un déplacement en translation ou rotation le long ou autour de l'axe Zp de l'extrémité
distale fonctionnelle 24 de l'instrument chirurgical 12 de sorte que, quels que soient les éventuels écarts introduits par manipulation du périphérique de commande 28, seul l'engagement ou désengagement linéaire souhaité est exécuté de façon rapide et 5 intuitive pendant cette étape.
[0052] Au cours d'une étape suivante 104, la première bride électronique est désactivée. Cela permet, par exemple au cours d'une étape suivante 106 d'engager tout déplacement supplémentaire de l'instrument chirurgical 12, selon tous les degrés de libertés permis par actionnement libre des moteurs M1 à M6, par exécution 10 uniquement des instructions 50 du programme d'ordinateur 38. A tout moment, un retour à l'étape 100 est possible.
[0053] La figure 3 illustre les étapes successives d'un procédé d'intervention chirurgicale à l'aide du dispositif robotisé de la figure 1, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention consistant à appliquer la deuxième bride électronique.
15 [0054] Au cours d'une première étape 200, la deuxième bride électronique est activée et un opérateur engage un déplacement de l'instrument chirurgical 12 porté par le bras articulé 10 à l'aide du périphérique de commande 28, pour dégager un axe de visualisation vers l'oreille du patient.
[0055] Au cours d'une étape suivante 202, l'unité centrale 34 exécute les instructions 20 50 et 52 du programme d'ordinateur 40 pour convertir les instructions fournies par le périphérique de commande 28 en instructions individuelles bridées de commande des moteurs M4 à M6. Ces instructions bridées ne permettent que des déplacements en rotation autour des axes Z4, Z5 et Z6. Etant donné que ces axes convergent au point pivot de l'instrument chirurgical 12, ce dernier reste immobile quels que soient les 25 éventuels écarts introduits par manipulation du périphérique de commande 28, seul le dégagement visuel souhaité étant exécuté de façon rapide et intuitive pendant cette étape.
[0056] Au cours d'une étape suivante 204, la deuxième bride électronique est désactivée. Cela permet, par exemple au cours d'une étape suivante 206 d'engager 30 tout déplacement supplémentaire de l'instrument chirurgical 12, selon tous les degrés de libertés permis par actionnement libre des moteurs M1 à M6, par exécution uniquement des instructions 50 du programme d'ordinateur 38 (ou 40). A tout moment, un retour à l'étape 200 est possible.
[0057] Les procédés d'intervention chirurgicale des figures 2 et 3 sont aisément généralisables à la mise en uvre d'autres brides électroniques que les deux envisagées ci-dessus.
[0058] II apparaît clairement qu'un dispositif robotisé tel que celui décrit 5 précédemment permet une intervention chirurgicale sécurisée dans certaines situations de déplacements bridés empêchant tout faux mouvement ou écart par rapport à des translations ou rotations prédéterminées souhaitées.
[0059] On notera par ailleurs que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment.
10 [0060] Elle est avantageusement appliquée à l'architecture et à la cinématique du bras articulé 10 de la figure 1, mais elle est généralisable à d'autres architectures et cinématiques par adaptation des conversions correspondantes (i.e. changements de repères et conversion jacobienne).
[0061] Il apparaîtra plus généralement à l'homme de l'art que diverses modifications 15 peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits d-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans la présentation détaillée de l'invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l'invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents 20 dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en oeuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
Claims (10)
- [1] Dispositif robotisé d'intervention chirurgicale comportant :
- un bras articulé (10) à moteurs d'actionnement (M1, M2, M3, M4, M5, M6) ;
- un instrument chirurgical (12) porté par le bras articulé (10), présentant une extrémité proximale (26) de fixation au bras articulé (10) et une extrémité
distale fonctionnelle (24) ;
- un périphérique de commande (28) du bras articulé (10) pour un déplacement de l'extrémité distale fonctionnelle (24) de l'instrument chirurgical (12) ; et - des moyens (32) de traitement d'instructions de déplacement fournies par le périphérique de commande (28) pour les convertir en instructions individuelles de commande de chacun des moteurs d'actionnement (M1, M2, M3, M4, M5, M6) du bras articulé (10) ;
caractérisé en ce que les moyens de traitement (32) comportent une bride électronique (44, 46, 48, 52) conçue pour ajouter un traitement supplémentaire des instructions de déplacement fournies par le périphérique de commande (28) consistant à bloquer tout déplacement de l'extrémité distale fonctionnelle (24) de l'instrument chirurgical (12) selon au moins un degré de liberté en translation ou rotation prédéfini comme interdit le long ou autour d'au moins un axe d'un repère cartésien local (Xp, Yp, Zp) lié à
l'instrument chirurgical (12). - [2] Dispositif robotisé d'intervention chirurgicale selon la revendication 1, dans lequel le périphérique de commande (28) est un manche sur socle 6D.
- [3] Dispositif robotisé d'intervention chirurgicale selon la revendication 1 ou 2, comportant des moyens (54) d'activation et désactivation de la bride électronique (44, 46, 48, 52).
- [4] Dispositif robotisé d'intervention chirurgicale selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la bride électronique (44, 46, 48, 52) comporte un blocage de tout déplacement en dehors d'un degré de liberté en translation et d'un degré de liberté en rotation le long et autour d'un axe principal (Zp) de l'instrument chirurgical (12) formant un premier axe autour duquel est défini le repère cartésien local (Xp, Yp, Zp).
- [5] Dispositif robotisé d'intervention chirurgicale selon la revendication 4, dans lequel l'axe principal (Zp) de l'instrument chirurgical (12) est celui qui relie un point central de son extrémité proximale de fixation (26) à un point central de son extrémité
distale fonctionnelle (24). - [6] Dispositif robotisé d'intervention chirurgicale selon la revendication 4, dans lequel l'axe principal (Zp) de l'instrument chirurgical (12) est celui d'une portion clistale rectiligne de cet instrument, désaxée par rapport à l'axe (Z6) qui relie un point central de son extrémité proximale de fixation (26) à un point central de l'extrémité
distale fonctionnelle (24) de sa portion distale rectiligne. - [7] Dispositif robotisé d'intervention chirurgicale selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel :
- les instructions fournies par le périphérique de commande (28) sont exprimées dans un repère global (X0, YO, ZO) lié à une base fixe du dispositif robotisé ;
- les moyens de traitement (32) comportent un convertisseur jacobien (50) des instructions exprimées dans ce repère global (X0, YO, ZO) en instructions individuelles de commande de chacun des moteurs d'actionnement (M1, M2, M3, M4, M51 M6) du bras articulé (10) à l'aide de paramètres jacobiens stockés en mémoire (36) ; et - la bride électronique (44, 46, 48) est programmée pour :
= convertir (44) les instructions fournies par le périphérique de commande (28) en instructions locales de déplacement exprimées dans le repère cartésien local (Xp, Yp, Zp) de l'instrument chirurgical (12), = supprimer (46) toute composante de ces instructions locales de déplacement relative audit au moins un degré de liberté en translation ou rotation interdit, pour fournir des instructions locales de déplacement bridées, = convertir (48) les instructions locales de déplacement bridées en instructions de déplacement bridées exprimées dans le repère global (XO, YO, ZO), et = foumir (48) les instructions de déplacement bridées exprimées dans le repère global (XO, YO, ZO) au convertisseur jacobien (50). - [8] Dispositif robotisé d'intervention chirurgicale selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la bride électronique (44, 46, 48, 52) comporte un blocage de toute translation de l'extrémité distale fonctionnelle de l'instrument chirurgical dans son repère local (Xp, Yp, Zp).
- [9] Dispositif robotisé d'intervention chirurgicale selon la revendication 8, dans lequel :
- le bras articulé (10) présente, depuis sa base jusqu'à son extrémité porteuse, trois liaisons prismatiques motorisées (L1, L2, L3) en série suivies de trois liaisons rotoïdes motorisées (L4, L5, L6) en série, les trois axes de rotation respectifs (Z4, Z5, Z6) des trois liaisons rotoïdes (L4, L5, L6) étant convergents en un même point central de l'extrémité distale fonctionnelle (24) de l'instrument chirurgical (12) ;
- les instructions fournies par le périphérique de commande (28) sont exprimées dans un repère global (X0, YO, ZO) lié à une base fixe du dispositif robotisé ;
- les moyens de traitement (32) comportent un convertisseur jacobien (50) des instructions exprimées dans ce repère global (XO, YO, ZO) en instructions individuelles de cornmande de chacun des moteurs d'actionnement (M1, M2, M3, M4, M5, M6) du bras articulé (10) à l'aide de paramètres jacobiens stockés en rnémoire (36) ; et - la bride électronique (52) est conçue pour, après application du convertisseur jacobien (50), supprimer les instructions individuelles de commande des moteurs d'aclionnement (M1, M2, M3) des trois liaisons prismatiques (L1, L2, L3). - [10] Dispositif robotisé d'intervention chirurgicale selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, configuré et dimensionné pour une intervention en chirurgie d'oreille moyenne ou interne d'un patient, l'instrument chirurgical (12) étant lui-même un instrument d'intervention en chirurgie d'oreille moyenne ou interne du patient.
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