EP1858431A2 - Procede et systeme pour aider au guidage d'un outil a usage medical - Google Patents

Procede et systeme pour aider au guidage d'un outil a usage medical

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EP1858431A2
EP1858431A2 EP06709251A EP06709251A EP1858431A2 EP 1858431 A2 EP1858431 A2 EP 1858431A2 EP 06709251 A EP06709251 A EP 06709251A EP 06709251 A EP06709251 A EP 06709251A EP 1858431 A2 EP1858431 A2 EP 1858431A2
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EP
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image
tool
images
human body
points
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Withdrawn
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EP06709251A
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Inventor
Raymond Derycke
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    • A61C1/08—Machine parts specially adapted for dentistry
    • A61C1/082—Positioning or guiding, e.g. of drills
    • A61C1/084—Positioning or guiding, e.g. of drills of implanting tools
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    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
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    • A61B90/361—Image-producing devices, e.g. surgical cameras

Definitions

  • the present invention relates to methods and systems for assisting the guidance of a tool suitable for manipulation by a practitioner or the like with respect to a human body portion having at least a portion of bone covered by flesh, which find a particularly advantageous application, including but not limited to the realization of a dental implant in a jaw.
  • Some Practitioners are sometimes required to perform surgical or similar procedures, for example for the placement of implants. This is the case, for example, of the implantation of prostheses or analogs in the orthopedic, otolaryngology (ENT), dental, etc. fields.
  • Such a method is for example described in US Pat. No. 6,006,126.
  • the method described in US relates to a method for recording data representing a stereographic image, in particular of the medical field. It essentially consists of making first images of a part of a human body or the like by means of a scanner which gives a plurality of plane images and therefore only in two dimensions, and seconds stereographic images in three dimensions by means of video cameras, then to combine these first and second images.
  • the object of the present invention is to implement a method and to realize a system for helping to guide a tool that can be handled by a practitioner of the surgeon or dentist type, or the like, with respect to a part of the human body comprising at least a portion of bone covered by flesh, without the need to maintain this part of the human body, which find particularly advantageous applications in many areas, including the dental field where it is almost impossible to keep a patient's head firmly fixed.
  • the subject of the present invention is a method of assisting the guidance of a tool that can be handled by a practitioner or the like with respect to a part of the human body comprising at least a portion of bone covered by flesh. characterized by the fact that it consists of:
  • the present invention also relates to a system for assisting the guidance of a tool that can be handled by a practitioner or the like, in relation to a part of the human body having at least one portion of bone covered by flesh, characterized by the fact that it comprises:
  • Means for producing a first three-dimensional image of a first set comprising said human body part and a first frame linked to this part of the human body
  • Means for producing a second three-dimensional image of a second set comprising said tool and a second reference linked to said tool, said second image being made with respect to said first reference frame
  • FIG. 1 represents the basic block diagram of an embodiment of the system according to the invention, in an application to the dental field, and FIGS. 2 to 4 respectively represent three possible industrial embodiments of three of the elements represented diagrammatically on Figure 1.
  • the invention can also be implemented in many other medical fields such as, for example, the orthopedic and ENT field
  • the implementation of the method makes it possible to assist in guiding a tool 3, for example a milling machine or the like, capable of being handled by a practitioner of the dentist type 1 with respect to a part of the human body comprising at least a portion of the body. bone covered by flesh, that is to say in the example given above a part of jaw 2 with the corresponding teeth.
  • the method according to the invention consists first of all in producing a first three-dimensional image of a first set comprising the part of the human body, in this case the jaw 2, and a first reference frame Ri linked to the jaw 2, then to make a second three-dimensional image of a second set comprising the tool 3, for example a milling machine or the like, and a second reference frame R 2 linked to this tool, this second image being made with respect to the first reference frame Ri, then to make a third image constituted by a superposition of the first and second images so that the representations of the first reference frame Ri contained respectively in these first and second images are substantially merged, if not advantageously totally confused with the most precision possible, and finally to project this third image in the field of view 4 of an eye of
  • the dentist can, at any moment, know exactly how the tool 3 is with respect to the jaw portion 2 of the patient, firstly by the perception of the third image and secondly by the direct perception of the field of his vision when he understands the jaw part.
  • a fourth image of the first set by stereovision 11 is produced, then a fifth three-dimensional image of the same first set defined above, namely the assembly comprising the jaw portion 2 and the first reference frame Ri, by at least one of the following techniques: X-ray radiography 13, radiation dot analysis 14 relatively little absorbed by the flesh and able to be reflected by the bone portion, X-ray tomographic scan, and then the superimposing these fourth and fifth images to make an image that is the first image defined above.
  • this third reference system consisting of X-ray opaque X-ray markers and coupled to the jaw portion 2 in which the implant is to be placed, and to combine these at least two images in two dimensions to obtain, in a manner known in itself, even, the fifth image in three dimensions by referencing R 3 .
  • the third reference frame R 3 consists of substantially punctual markers internal to the jaw portion 2, in this case bone portions or anatomical bone points which are relatively opaque to X-rays and perfectly fixedly attached to the jaw portion. .
  • the third reference frame R 3 is made using bone points of the jaw portion 2 opaque to X-rays, it is advantageous to define the third frame by at least two intersecting planes along a straight line, the line and the two planes being determined by a plurality of these bone points.
  • the method may also include determining at least three points related to the bone portion by means of a depth probe, and defining a reference surface with respect to the first reference frame Ri based on, at least, three points related to this portion of bone.
  • the radiation relatively poorly absorbed by the flesh and able to be reflected by the bone portion used for this dot analysis process 14 may for example, one of the following radiations: ultrasound, coherent light such as that delivered by a laser generator or the like.
  • the method consists, in its last step, of superimposing the first and second images in the field of view of an eye of the Practitioner.
  • the method then advantageously consists in processing these two first and second images to transform them into digital images and to superpose these two digital images to obtain a final digital image which is in turn converted into an optical image constituting the third image that can be perceived by the dentist 1.
  • the projection of the third image in the field of view 4 of an eye of the dentist 1 while he is able to manipulate the tool 3 consists of focusing this third image outside the field of view 4, for example at a distance of about forty to fifty centimeters, and return it by partial reflection, for example by means of a semi-transparent and semi-reflective blade in the eye of the dentist 1.
  • AT Method for assisting the guidance of a tool (3) suitable for manipulation by a practitioner (1) or the like with respect to a part (2) of the human body, this part of the human body comprising at least a portion of bone covered by flesh, characterized in that it consists of:
  • the production of the fifth image by X-ray radiography consists in producing at least two two-dimensional images of the first set and of a third reference frame (R3), respectively in two different angles (a1, 82), said third reference frame (R 3 ) consisting of x-ray radiographic markers and being coupled to said portion (2) of the human body in which the implant is to be made, and combining said at least two images in two dimensions, to obtain said fifth image in three dimensions.
  • the figures represent, in schematic form, a possible and very advantageous embodiment of the system according to the invention to help guide a tool 3, such as a milling machine or the like, capable of being handled by a practitioner such as a dentist 1 or analogous to a portion of the human body having at least one portion of bone covered by flesh, such as a jaw portion 2.
  • a tool 3 such as a milling machine or the like
  • a practitioner such as a dentist 1 or analogous to a portion of the human body having at least one portion of bone covered by flesh, such as a jaw portion 2.
  • the system comprises means 10 for producing a first three-dimensional image of a first set comprising part 2 of the human body and a first reference frame R 1 linked to this part, means 10 for producing a second three-dimensional image of a second set comprising the tool 3 and a second reference frame R 2 linked to the tool, the second image being made with respect to the first reference frame R 1 , means 20 for making a third an image constituted by a superposition of the first and second images so that the representations of the first frame of reference R 1 respectively contained in the first and second images are substantially identical, and means 30 for projecting this third image in the field of view 4d an eye of the Dentist 1 while he is able to handle the tool 3.
  • the means for producing the first image are advantageously constituted by means 11 for producing a fourth stereovision image of the first set defined above, means 12 for producing a fifth three-dimensional image of the same first set by at least l
  • One of the following techniques X-ray radiography 13, radiation spot analysis 14 relatively poorly absorbed by the flesh and able to be reflected by the bone portion, X-ray tomographic scanning, and means 22, such as computing, to superpose the fourth and fifth images, this superposition constituting the first image.
  • the means 12 for producing the fifth three-dimensional image of the first assembly by X-ray radiography 13 comprise a third reference frame R 3 , an embodiment of which is represented in FIG. X-ray radiographs, means for coupling this third frame to the jaw portion 2, means 16 for producing at least two two-dimensional images of the first set and the third frame of reference R3, respectively at two different angles a1, a2, and means 22 for combining these two images in two dimensions, this combination constituting the fifth three-dimensional image.
  • FIG. 3 represents an advantageous embodiment of the third reference frame R 3 . It consists of at least six X-ray opaque radiographically substantially punctual markers 131, 132, 133, ..., 137 arranged with respect to one another three by three to define two substantially parallel planes Pi, P 2 on, for example , two superimposed sheets of material transparent to X-rays.
  • the means 12 for producing the fifth image by radiation dot analysis 14 relatively little absorbed by the flesh and able to be reflected by the bone portion, such as the jaw portion 2, comprise means for determining at least three points related to the bone portion and means for defining, with respect to the first reference frame Ri, a three-dimensional reference surface as a function of the at least three points related to the bone portion.
  • These means for determining at least three points related to the bone portion advantageously comprise for example a depth probe capable of emitting ultrasound or even coherent light radiation emitted by a laser-type generator or the like.
  • the system according to the invention comprises a first reference frame Ri.
  • This first reference frame R 1 is advantageously constituted, as illustrated in FIG. 2A and 2B, by at least four points 141, 142, 143,
  • the second reference frame R 2 it is advantageously constituted, as illustrated in FIG. 4, by a plurality of points 151, 152, 153,..., 161, 162, 163 of contrasted brightness with respect to that of their environment.
  • these points being for example constituted by black metal balls mounted on support rods associated with the tool 3 so that at least three of these points are always visible by the dentist 1 and the cameras of the stereovision, whatever the position of the tool 3 relative to the first reference Ri.
  • 152, 153 161, 162, 163 associated with the tool 3 are distributed around the tool 3 substantially regularly and in two planes P 4 , P 5 substantially parallel to each other and not merged, each of these two planes P 4 , P5 having at least three of these points.
  • the system further includes means for making the third image.
  • They are advantageously constituted by processing means 122, of the microprocessor-based computer type, able to process the first and second images to transform them into digital images and thus easily provide, using appropriate software, the superimpositions to give a final digital image, and means 123 for converting this final digital image into an optical image constituting the third image defined above which can be perceived by the dentist.
  • the means 30 for projecting the third image into the field of view 4 of an eye of the Practitioner 1 while he is able to handle the tool 3 are advantageously constituted by means 127 for focusing the third image outside the field of view 4 and a semi-reflecting plate 128 to optically conjugate the optical axis of the focusing means 127 and the axis of the field of view 4 so as to return the third image in the eye of the practitioner, it is that of the dentist 1 in the example chosen for the present description.
  • the means 11 to realize the fourth image by stereovision comprise two video cameras 111, 112, a transverse support member 113 and means for mounting the two respective video cameras substantially at both ends of said support so that their optical axes are concurrent substantially on the jaw portion 2.
  • the mode of operation of such a stereovision device 11 is known in itself and will not be further described here for the sole purpose of simplifying this description.
  • the registration of the images is always obtained with great precision, especially when the ultrasonic depth probe means are used to determine a plurality of reference points linked to the bone part of the jaw, according to the technique that is known to technicians under the name "mapping technique".
  • processing unit 22 of the computer type such as a microprocessor-based computer, operates with programming software that is within the skill of the art which will easily be able to develop them knowing in particular the above description of the method and the system according to the invention.

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Abstract

La présente invention concerne les systèmes pour aider au guidage d'un outil 3 apte à être manipulé par un praticien 1 par rapport à une partie 2 du corps humain. Le système selon l'invention se caractérise essentiellement par le fait qu'il comporte, des moyens 10 pour réaliser une première image en trois dimensions d'un premier ensemble comprenant la partie 2 du corps humain et un premier référentiel Ri lié à cette partie, des moyens 10 pour réaliser une deuxième image en trois , dimensions d'un second ensemble comprenant l'outil 3 et un deuxième référentiel R2 lié à l'outil, la deuxième image étant réalisée par rapport au premier référentiel R1, des moyens 20 pour réaliser une troisième image constituée par une superposition des première et deuxième images de façon que les représentations du premier référentiel Ri contenues respectivement dans les première et deuxième images soient sensiblement confondues, et des moyens 30 pour projeter cette troisième image dans le champ de vision 4 d'un œil du praticien 1 pendant qu'il est apte à manipuler l'outil 3. Application, notamment, pour aider les dentistes à la réalisation d'un implant dentaire dans une mâchoire ou les chirurgiens pour l'implantation d'une prothèse.

Description

PROCEDE ET SYSTEME POUR AIDER AU GUIDAGE D'UN OUTIL A USAGE MEDICAL
La présente invention concerne les procédés et les systèmes d'aide au guidage d'un outil apte à être manipulé par un praticien ou analogue par rapport à une partie de corps humain comportant au moins une portion d'os recouverte par de la chair, qui trouvent une application particulièrement avantageuse, notamment mais non exclusivement, pour la réalisation d'un implant dentaire dans une mâchoire. Certains Praticiens sont parfois amenés à procéder à des interventions de type chirurgical ou analogue, par exemple pour la mise en place d'implants. Tel est le cas par exemple de l'implantation de prothèses ou analogues dans les domaines orthopédique, de l'oto-rhino-laryngologie (ORL), dentaire, etc..
A cette fin, le Praticien est, presque à chaque fois, obligé de réaliser des percées dans des parties osseuses pour y placer les tiges des implants. On conçoit facilement que la réalisation de telles percées dans des parties osseuses, par exemple des vertèbres ou des mâchoires, est relativement délicate car il est absolument nécessaire que la mèche de l'outil de perforation ne touche pas des éléments sensibles comme la moelle épinière pour les vertèbres, le nerf ophtalmique dans le crâne ou un nerf dentaire pour une mâchoire.
Pour effectuer ces opérations délicates, on fait généralement confiance à l'expérience du Praticien, mais cette expérience ne peut pas résoudre à elle seule, certains problèmes.
Pour résoudre ce problème, il a été mis au point des procédés et des dispositifs pour aider au guidage d'un outil apte à être manipulé par un Praticien du type chirurgien, dentiste ou analogue, par rapport à une partie d'un corps humain ou analogue.
Un tel procédé est par exemple décrit dans le US-A-6 006126. Le procédé décrit dans ce document US concerne un procédé pour l'enregistrement de données représentant une image stéréographique notamment du domaine médical. Il consiste essentiellement à réaliser des premières images d'une partie d'un corps humain ou analogue au moyen d'un scanner qui donne une pluralité d'images planes et donc uniquement en deux dimensions, et des secondes images stéréographiques en trois dimensions au moyen de caméras vidéo, puis à combiner ces premières et secondes images.
Cependant, le guidage de l'outil à l'aide de ce procédé n'est possible qu'à la condition expresse que la partie du corps humain soit fixe ou ne bouge absolument pas, c'est-à-dire ne subisse aucun déplacement même parasite.
Un tel procédé et le dispositif qui le met en œuvre sont donc limités dans leurs applications et peuvent même être dangereux si le maintien de la partie du corps humain sur laquelle doit agir l'outil n'est pas parfaitement réalisé.
Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de mettre en œuvre un procédé et de réaliser un système pour aider au guidage d'un outil apte à être manipulé par un Praticien du type chirurgien ou dentiste, ou analogue, par rapport à une partie du corps humain comportant au moins une portion d'os recouverte par de la chair, sans qu'il soit besoin de maintenir fixe cette partie du corps humain, qui trouvent des applications particulièrement avantageuses dans de nombreux domaines, notamment le domaine dentaire où il est pratiquement impossible de maintenir rigoureusement fixe la tête d'un patient.
Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé d'aide au guidage d'un outil apte à être manipulé par un Praticien ou analogue par rapport à une partie du corps humain comportant au moins une portion d'os recouverte par de la chair, caractérisé par le fait qu'il consiste :
• à réaliser une première image en trois dimensions d'un premier ensemble comprenant ladite partie du corps humain et un premier référentiel lié à cette partie de corps humain,
• à réaliser une deuxième image en trois dimensions d'un second ensemble comprenant ledit outil et un deuxième référentiel lié au dit outil, ladite deuxième image étant réalisée par rapport au dit premier référentiel,
• à réaliser une troisième image constituée par une superposition des deux dites première et deuxième images de façon que les représentations du premier référentiel contenues respectivement dans les deux première et deuxième images soient sensiblement confondues, et
• à projeter cette troisième image dans le champ de vision d'un œil du praticien pendant qu'il est apte à manipuler ledit outil.
La présente invention a aussi pour objet un système pour aider au guidage d'un outil apte à être manipulé par un Praticien ou analogue, par rapport à une partie du corps humain comportant au moins une portion d'os recouverte par de la chair, caractérisé par le fait qu'il comporte :
• des moyens pour réaliser une première image en trois dimensions d'un premier ensemble comprenant ladite partie de corps humain et un premier référentiel lié à cette partie de corps humain,
• des moyens pour réaliser une deuxième image en trois dimensions d'un second ensemble comprenant ledit outil et un deuxième référentiel lié au dit outil, ladite deuxième image étant réalisée par rapport au dit premier référentiel,
• des moyens pour réaliser une troisième image constituée par une superposition des deux dites première et deuxième images de façon que les représentations du premier référentiel contenues respectivement dans les première et deuxième images soient sensiblement confondues, et
• des moyens pour projeter cette troisième image dans le champ de vision d'un œil du Praticien pendant qu'il est apte à manipuler ledit outil. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels :
La figure 1 représente le schéma bloc de principe d'un mode de réalisation du système selon l'invention, dans une application au domaine dentaire, et Les figures 2 à 4 représentent respectivement trois modes de réalisations industriels possibles de trois des éléments représentés schématiquement sur la figure 1.
Il est tout d'abord précisé que, sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments, quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur l'une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure.
Il est aussi précisé que les figures représentent essentiellement un seul mode de réalisation de l'objet selon l'invention, mais qu'il peut exister d'autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette invention.
Le procédé et le système selon l'invention sont décrits ci-après à l'aide d'un exemple de mise en œuvre qui est celui de la pose d'un implant dentaire par un
Praticien dentiste. Mais, bien entendu, comme précisé au préambule de la présente description, l'invention peut aussi être mise en œuvre dans beaucoup d'autres domaines médicaux comme, par exemple, le domaine orthopédique et ORL
La mise en œuvre du procédé permet d'aider au guidage d'un outil 3, par exemple une fraiseuse ou analogue, apte à être manipulé par un Praticien du type dentiste 1 par rapport à une partie du corps humain comportant au moins une portion d'os recouverte par de la chair, c'est-à-dire dans l'exemple donné ci- dessus une partie de mâchoire 2 avec les dents correspondantes.
Le procédé selon l'invention consiste tout d'abord à réaliser une première image en trois dimensions d'un premier ensemble comprenant la partie du corps humain, en l'occurrence la mâchoire 2, et un premier référentiel Ri lié à la mâchoire 2, puis à réaliser une deuxième image en trois dimensions d'un second ensemble comprenant l'outil 3, par exemple une fraiseuse ou analogue, et un deuxième référentiel R2 lié à cet outil, cette deuxième image étant réalisée par rapport au premier référentiel R-i, puis à réaliser une troisième image constituée par une superposition des deux première et deuxième images de façon que les représentations du premier référentiel Ri contenues respectivement dans ces première et deuxième images soient sensiblement confondues, sinon avantageusement totalement confondues avec le plus de précision possible, et enfin à projeter cette troisième image dans le champ de vision 4 d'un œil du
Praticien, en l'occurrence du dentiste 1 , pendant qu'il est apte à manipuler l'outil 3.
De cette façon, le dentiste peut, à chaque instant, savoir exactement comment se situe l'outil 3 par rapport à la partie de mâchoire 2 du patient, d'une part par la perception de la troisième image et d'autre part par la perception directe du champ de sa vision quand il comprend la partie de mâchoire.
Cependant, dans une mise en œuvre particulièrement avantageuse du procédé, pour la réalisation de la première image, il est réalisé une quatrième image du premier ensemble par stéréovision 11 , puis une cinquième image en trois dimensions du même premier ensemble défini ci-dessus, à savoir l'ensemble comportant la partie de mâchoire 2 et le premier référentiel Ri, par au moins l'une des techniques suivantes : radiographie 13 par rayons X, analyse par points 14 par rayonnement relativement peu absorbé par la chair et apte à être réfléchi par la portion d'os, balayage tomographique 15 par rayons X, et ensuite la superposition de ces quatrième et cinquième images afin de réaliser une image qui est la première image définie ci-dessus.
Quand la cinquième image doit être obtenue par radiographie 13 par rayons X1 il est avantageux de réaliser au moins deux images en deux dimensions du premier ensemble et d'un troisième référentiel R3, respectivement sous deux angles différents a-i, a2, ce troisième référentiel étant constitué par des repères radiographiques opaques aux rayons X et accouplé à Ia partie de mâchoire 2 dans laquelle doit être mis en place l'implant, et à combiner ces au moins deux images en deux dimensions pour obtenir, de façon connue en elle- même, la cinquième image en trois dimensions par référencement au repère R3.
De façon avantageuse, le troisième référentiel R3 est constitué de repères sensiblement ponctuels internes à la partie de mâchoire 2, en l'occurrence des portions osseuses ou points anatomiques osseux qui sont relativement opaques aux rayons X et parfaitement liés fixement à la partie de mâchoire. Lorsque le troisième référentiel R3 est réalisé en utilisant des points osseux de la partie de mâchoire 2 opaques aux rayons X, il est avantageux de définir le troisième référentiel par au moins deux plans sécants suivant une droite, la droite et les deux plans étant déterminés par une pluralité de ces points osseux.
De cette façon, en utilisant les images obtenues par la mise en œuvre du procédé défini ci-dessus, il est possible de déterminer la position du canal du nerf dentaire par rapport au premier référentiel R-i, et donc par exemple d'élaborer et d'émettre sous toute forme possible un signal pour avertir le dentiste si, par mégarde, l'outil 3 qu'il manipule pour préparer l'orifice de mise en place de l'implant risque de traverser le canal et de toucher le nerf dentaire. Le Praticien a alors aussitôt la possibilité de rectifier l'orientation de l'outil pour réaliser un perçage sans danger pour le patient suivant un axe optimal. Il est aussi possible d'émettre un signal pour arrêter le fonctionnement de l'outil.
Comme défini ci-dessus, pour réaliser la cinquième image, le procédé peut aussi consister à déterminer au moins trois points liés à la portion d'os au moyen d'une sonde de profondeur, et à définir une surface de référence par rapport au premier référentiel Ri en fonction des, au moins, trois points liés à cette portion d'os.
Le rayonnement relativement peu absorbé par la chair et apte à être réfléchi par la portion d'os utilisé pour ce processus d'analyse par points 14 peut être, par exemple, l'un des rayonnements suivants : ultrasons, lumière cohérente comme celle qui est délivrée par un générateur laser ou analogue.
Comme mentionné ci-dessus, le procédé consiste, en sa dernière étape, à superposer les première et deuxième images dans le champ de vision d'un œil du Praticien. Le procédé consiste alors avantageusement à traiter ces deux première et deuxième images pour les transformer en images numériques et à superposer ces deux images numériques pour obtenir une image numérique finale qui est à son tour convertie en une image optique constituant la troisième image qui pourra être perçue par le dentiste 1. Dans ce cas, la projection de la troisième image dans le champ de vision 4 d'un œil du dentiste 1 pendant qu'il est apte à manipuler l'outil 3, consiste à focaliser cette troisième image en dehors du champ de vision 4, par exemple à une distance d'environ quarante à cinquante centimètres, et à la renvoyer par réflexion partielle, par exemple au moyen d'une lame semi transparente et semi réfléchissante dans l'œil du dentiste 1.
En résumé, le procédé selon l'invention décrit ci-dessus dans un exemple de sa mise en œuvre se caractérise par les points suivants pris séparément ou en combinaison:
(A). Procédé d'aide au guidage d'un outil (3) apte à être manipulé par un praticien (1) ou analogue par rapport à une partie (2) du corps humain, cette partie de corps humain comportant au moins une portion d'os recouverte par de la chair, caractérisé par le fait qu'il consiste :
• à réaliser une première image en trois dimensions d'un premier ensemble comprenant la partie de corps humain (2) et un premier référentiel (Ri) lié à ladite partie (2) de corps humain,
• à réaliser une deuxième image en trois dimensions d'un second ensemble comprenant ledit outil (3) et un deuxième référentiel (R2) lié au dit outil, ladite deuxième image étant réalisée par rapport au dit premier référentiel (R1),
• à réaliser une troisième image constituée par une superposition des dites première et deuxième images de façon que les représentations du premier référentiel (R-O contenues respectivement dans les première et deuxième images soient sensiblement confondues, et
• à projeter cette troisième image dans le champ de vision (4) d'un œil du praticien (1) pendant qu'il est apte à manipuler ledit outil (3). (B). Procédé selon le point (A), caractérisé par le fait que la réalisation de la première image consiste à réaliser une quatrième image du premier ensemble par stéréovision (11), puis à réaliser une cinquième image en trois dimensions du même premier ensemble par au moins l'une des techniques suivantes : radiographie par rayons X (13), analyse par points par rayonnement relativement peu absorbé par la chair et apte à être réfléchi par la portion d'os (14), balayage tomographique par rayons X (15), et à superposer les quatrième et cinquième images afin de réaliser ladite première image.
(C). Procédé selon le point (B), caractérisé par le fait que la réalisation de la cinquième image par radiographie par rayons X consiste à réaliser au moins deux images en deux dimensions du premier ensemble et d'un troisième référentiel (R3), respectivement sous deux angles différents (a-i, 82), ledit troisième référentiel (R3) étant constitué par des repères radiographiques opaques aux rayons X et étant accouplé à ladite partie (2) du corps humain dans laquelle doit être réalisé l'implant, et à combiner lesdites au moins deux images en deux dimensions, pour obtenir ladite cinquième image en trois dimensions.
(D). Procédé selon le point (C)1 caractérisé par le fait qu'il consiste à réaliser le troisième référentiel (R3) en mettant en œuvre au moins l'un des deux processus suivants : réaliser des repères sensiblement ponctuels externes à ladite partie (2) du corps humain opaques aux rayons X liés fixement à ladite partie (2) du corps humain, utiliser des portions osseuses de ladite partie (2) du corps humain opaques aux rayons X.
(E). Procédé selon le point (D), caractérisé par le fait que, lorsque le troisième référentiel est réalisé en utilisant des portions osseuses de ladite partie (2) du corps humain opaques aux rayons X, il consiste à définir ledit troisième référentiel par au moins deux plans sécants suivant une droite, ladite droite et les dits deux plans étant déterminés par une pluralité de points osseux appartenant à ladite partie de partie (2) du corps humain.
(F). Procédé selon l'un des points (C) à (E), caractérisé par le fait que, lorsque ladite partie du corps humain est une partie de mâchoire, il consiste à déterminer, dans ladite cinquième image, la position du canal du nerf dentaire par rapport au premier référentiel (Ri).
(G). Procédé selon le point (B), caractérisé par le fait que la réalisation de la cinquième image par analyse par points par rayonnement relativement peu absorbé par la chair et apte à être réfléchi par la portion d'os consiste à déterminer au moins trois points liés à ladite portion d'os au moyen d'une sonde de profondeur, et à définir une surface de référence par rapport au premier référentiel (R-O en fonction desdits au mois trois points liés à ladite portion d'os. (H). Procédé selon le point (G)1 caractérisé par le fait que le rayonnement relativement peu absorbé par la chair et apte à être réfléchi par la portion d'os utilisé dans l'analyse par points est l'un des rayonnements suivants : ultrasons, lumière cohérente.
(I). Procédé selon l'un des points (A) à (H), caractérisé par le fait que la superposition des dites première et deuxième images dans le champ de vision du praticien consiste :
• à traiter lesdites première et deuxième images et à les transformer en une image numérique finale, et
• à convertir ladite image numérique finale en une image optique constituant ladite troisième image.
(J). Procédé selon le point (1), caractérisé par le fait que la projection de la troisième image dans le champ de vision (4) d'un œil du praticien (1) pendant qu'il est apte à manipuler ledit outil (3) consiste à focaliser cette dite troisième image en dehors du champ de vision (4) et à la renvoyer dans ledit champ de vision. L'invention concerne aussi un système pour mettre en œuvre le procédé défini ci-dessus, ce système étant décrit ci-après en regard des figures annexées à la présente description.
Les figures représentent, sous forme schématique, un mode de réalisation possible et très avantageux du système selon l'invention pour aider au guidage d'un outil 3, comme une fraiseuse ou analogue, apte à être manipulé par un Praticien comme un dentiste 1 ou analogue, par rapport à une partie du corps humain comportant au moins une portion d'os recouverte par de la chair, comme une partie de mâchoire 2.
Le système comporte des moyens 10 pour réaliser une première image en trois dimensions d'un premier ensemble comprenant la partie 2 du corps humain et un premier référentiel R1 lié à cette partie, des moyens 10 pour réaliser une deuxième image en trois dimensions d'un second ensemble comprenant l'outil 3 et un deuxième référentiel R2 lié à l'outil, la deuxième image étant réalisée par rapport au premier référentiel R1, des moyens 20 pour réaliser une troisième image constituée par une superposition des deux première et deuxième images de façon que les représentations du premier référentiel R1 contenues respectivement dans les deux première et deuxième images soient sensiblement confondues, et des moyens 30 pour projeter cette troisième image dans le champ de vision 4 d'un œil du Praticien dentiste 1 pendant qu'il est apte à manipuler l'outil 3.
Des modes de réalisation des moyens définis ci-dessus par leur fonction, seront décrits ci-après.
Notamment, les moyens pour réaliser la première image sont avantageusement constitués par des moyens 11 pour réaliser une quatrième image par stéréovision du premier ensemble défini ci-dessus, des moyens 12 pour réaliser une cinquième image en trois dimensions du même premier ensemble par au moins l'une des techniques suivantes : radiographie 13 par rayons X, analyse par points 14 par rayonnement relativement peu absorbé par la chair et apte à être réfléchi par la portion d'os, balayage tomographique 15 par rayons X, et des moyens 22, de type informatique, pour superposer les quatrième et cinquième images, cette superposition constituant la première image.
Selon une réalisation préférentielle, les moyens 12 pour réaliser la cinquième image en trois dimensions du premier ensemble par radiographie 13 par rayons X, comportent un troisième référentiel R3 dont un mode de réalisation est représenté sur la figure 3, qui est constitué par des repères radiographiques opaques aux rayons X, des moyens pour accoupler ce troisième référentiel à la partie de mâchoire 2, des moyens 16 pour réaliser au moins deux images en deux dimensions du premier ensemble et du troisième référentiel R3, respectivement sous deux angles différents ai, a2, et des moyens 22 pour combiner ces deux images en deux dimensions, cette combinaison constituant la cinquième image en trois dimensions.
La figure 3 représente un mode de réalisation avantageux du troisième référentiel R3. Il est constitué par au moins six repères radiographiques opaques aux rayons X sensiblement ponctuels 131 , 132, 133, ... ,137 disposés les uns par rapport aux autres trois par trois pour définir deux plans sensiblement parallèles Pi, P2 sur, par exemple, deux plaques superposées en matière transparente aux rayons X. Les moyens 12 pour réaliser la cinquième image par analyse par points 14 par rayonnement relativement peu absorbé par la chair et apte à être réfléchi par la portion d'os, comme la partie de mâchoire 2, comportent des moyens pour déterminer au moins trois points liés à la portion d'os et des moyens pour définir, par rapport au premier référentiel Ri, une surface de référence en trois dimensions en fonction des au mois trois points liés à la portion d'os.
Ces moyens pour déterminer au moins trois points liés à la portion d'os comportent avantageusement par exemple une sonde de profondeur apte à émettre des ultrasons ou même un rayonnement de lumière cohérente émise par un générateur du type laser ou analogue.
Comme mentionné auparavant, le système selon l'invention comporte un premier référentiel R-i. Ce premier référentiel R1 est avantageusement constitué, comme illustré sur la figure 2 A et 2B, par au moins quatre points 141 , 142, 143,
144 de luminosité contrastée par rapport à celle de leur environnement et avantageusement opaques aux rayons X, l'un 144 de ces quatre points étant situé en dehors du plan P3 défini par les trois autres points 141, 142, 143. Ces points sont par exemple des billes noires métalliques disposées respectivement aux sommets de montants fixés sur une tige support en matière plastique blanche ou analogue qui, elle-même, peut être fixée par exemple sur une dent saine de la mâchoire, au moyen d'un collier ou analogue avec vis de serrage.
Quant au deuxième référentiel R2, il est avantageusement constitué, comme illustré sur la figure 4, par une pluralité de points 151 , 152, 153, ...,161 , 162, 163 de luminosité contrastée par rapport à celle de leur environnement, ces points étant par exemple constitués par des billes métalliques noires montées sur des tiges de support associées à l'outil 3 de façon qu'au moins trois de ces points soient toujours visibles par le dentiste 1 et par les caméras de la stéréovision, quelle que soit la position de l'outil 3 par rapport au premier référentiel R-i.
De plus, de façon préférentielle, les points de luminosité contrastée 151 ,
152, 153 161, 162, 163 associés à l'outil 3 sont répartis autour de l'outil 3 sensiblement de façon régulière et dans deux plans P4, P5 sensiblement parallèles entre eux et non confondus, chacun de ces deux plans P4, P5 comportant au moins trois de ces points.
Comme mentionné ci-dessus, le système comporte en outre des moyens 20 pour réaliser la troisième image. Ils sont avantageusement constitués par des moyens de traitement 122, du type ordinateur à base de microprocesseur, aptes à traiter les première et deuxième images pour les transformer en images numériques et ainsi pourvoir facilement, au moyen d'un logiciel approprié, les superposer pour donner une image numérique finale, et des moyens 123 pour convertir cette image numérique finale en une image optique constituant la troisième image définie ci-dessus apte à être perçue par le dentiste.
Dans ce cas, les moyens 30 pour projeter la troisième image dans le champ de vision 4 d'un œil du Praticien 1 pendant qu'il est apte à manipuler l'outil 3, sont avantageusement constitués par des moyens 127 pour focaliser la troisième image en dehors du champ de vision 4 et une lame semi réfléchissante 128 pour conjuguer optiquement l'axe optique des moyens focalisateurs 127 et l'axe du champ de vision 4 de façon à renvoyer la troisième image dans l'œil du Praticien, c'est-à-dire du dentiste 1 dans l'exemple choisi pour la présente description. : Dans ce cas, il est avantageux que les moyens 11 pour réaliser la quatrième image par stéréovision comportent deux caméras vidéo 111, 112, un support transversal 113 et des moyens pour monter les deux caméras vidéo respectivement sensiblement aux deux extrémités du dit support de façon que leurs axes optiques soient concourants sensiblement sur la partie de mâchoire 2. Le mode de fonctionnement d'un tel dispositif de stéréovision 11 est connu en lui- même et ne sera pas plus amplement décrit ici dans l'unique souci de simplifier cette description.
L'utilisation du système selon l'invention se déduit sans aucune difficulté de sa description ci-dessus et de celle du procédé donnée précédemment, et ne sera donc pas amplement développée ici.
Il sera simplement précisé que, lorsqu'il manipule l'outil 3 dans son champ de vision 4, le dentiste 1 voit à la fois : l'outil directement et, en image, toute la scène avec les parties osseuses de la partie de mâchoire, la position de l'outil et plus particulièrement de la mèche de la fraiseuse par rapport à la partie osseuse, ce qui lui serait interdit avec uniquement sa vision personnelle.
Il est par exemple possible, comme mentionné auparavant, de déterminer et visualiser la position du canal du nerf dentaire dans la partie osseuse de la mâchoire, et de générer un signal d'alarme si, par son orientation, la mèche de l'outil risque d'atteindre le canal du nerf dentaire, et même de générer un signal d'arrêt de fonctionnement de l'outil 3.
Il faut en outre souligner que, le référentiel R1 étant lié au patient, si ce dernier vient à bouger comme cela est possible et toujours plus ou moins réel, il est possible de recaler en continu les première et deuxième images pour que l'information donnée visuellement dans le champ de vision 4 du dentiste soit toujours représentative de la réalité quelle que soit la positon du patient, bien entendu dans des limites données, ce qui est en général toujours le cas.
Avec les moyens décrits ci-dessus, le recalage des images est toujours obtenu avec une grande précision, notamment quand on utilise les moyens de sonde de profondeur par ultrasons pour déterminer une pluralité de points de référence liés à la partie osseuse de la mâchoire, selon la technique qui est connue des techniciens sous la dénomination "technique du mapping".
Bien entendu, l'organe de traitement 22 de type informatique comme un ordinateur à microprocesseur, fonctionne avec des logiciels de programmation qui sont du domaine de l'homme du métier qui saura facilement les élaborer connaissant notamment la description ci-dessus du procédé et du système selon l'invention.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Procédé d'aide au guidage d'un outil (3) apte à être manipulé par un praticien (1) ou analogue par rapport à une partie (2) du corps humain, cette partie de corps humain comportant au moins une portion d'os recouverte par de la chair, caractérisé par le fait qu'il consiste :
• à réaliser une première image en trois dimensions d'un premier ensemble comprenant la partie de corps humain (2) et un premier référentiel (R-O lié à ladite partie (2) de corps humain,
• à réaliser une deuxième image en trois dimensions d'un second ensemble comprenant ledit outil (3) et un deuxième référentiel (R2) lié au dit outil, ladite deuxième image étant réalisée par rapport au dit premier référentiel (Ri),
• à réaliser une troisième image constituée par une superposition des dites première et deuxième images de façon que les représentations du premier référentiel (R-i) contenues respectivement dans les première et deuxième images soient sensiblement confondues, et
• à projeter cette troisième image dans le champ de vision (4) d'un œil du praticien (1) pendant qu'il est apte à manipuler ledit outil (3).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que la réalisation de la première image consiste à réaliser une quatrième image du premier ensemble par stéréovision (11), puis à réaliser une cinquième image en trois dimensions du même premier ensemble par au moins l'une des techniques suivantes : radiographie par rayons X (13), analyse par points par rayonnement relativement peu absorbé par Ia chair et apte à être réfléchi par la portion d'os (14), balayage tomographique par rayons X (15), et à superposer les quatrième et cinquième images afin de réaliser ladite première image.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la réalisation de la cinquième image par radiographie par rayons X consiste à réaliser au moins deux images en deux dimensions du premier ensemble et d'un troisième référentiel (R3), respectivement sous deux angles différents (a-i, a2), ledit troisième référentiel (R3) étant constitué par des repères radiographiques opaques aux rayons X et étant accouplé à ladite partie (2) du corps humain dans laquelle doit être réalisé l'implant, et à combiner lesdites au moins deux images en deux dimensions, pour obtenir ladite cinquième image en trois dimensions.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il consiste à réaliser le troisième référentiel (R3) en mettant en œuvre au moins l'un des deux processus suivants : réaliser des repères sensiblement ponctuels externes à ladite partie (2) du corps humain opaques aux rayons X Jiés fixement à ladite partie (2) du corps humain, utiliser des portions osseuses de ladite partie (2) du corps humain opaques aux rayons X.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que, lorsque le troisième référentiel est réalisé en utilisant des portions osseuses de ladite partie
(2) du corps humain opaques aux rayons X, il consiste à définir ledit troisième référentiel par au moins deux plans sécants suivant une droite, ladite droite et les dits deux plans étant déterminés par une pluralité de points osseux appartenant à ladite partie de partie (2) du corps humain.
6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que, lorsque ladite partie du corps humain est une partie de mâchoire, il consiste à déterminer, dans ladite cinquième image, la position du canal du nerf dentaire par rapport au premier référentiel (Ri).
7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la réalisation de la cinquième image par analyse par points par rayonnement relativement peu absorbé par la chair et apte à être réfléchi par la portion d'os consiste à déterminer au moins trois points liés à ladite portion d'os au moyen d'une sonde de profondeur, et à définir une surface de référence par rapport au premier référentiel (R1) en fonction desdits au mois trois points liés à ladite portion d'os.
8. Procédé selon a revendication 7, caractérisé par le fait que le rayonnement relativement peu absorbé par la chair et apte à être réfléchi par la portion d'os utilisé dans l'analyse par points est l'un des rayonnements suivants : ultrasons, lumière cohérente.
9. Procédé selon l'un des points 1 à 8, caractérisé par le fait que la superposition des dites première et deuxième images dans le champ de vision du praticien consiste :
• à traiter lesdites première et deuxième images et à les transformer en une image numérique finale, et • à convertir ladite image numérique finale en une image optique constituant ladite troisième image.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la projection de la troisième image dans le champ de vision (4) d'un œil du praticien (1) pendant qu'il est apte à manipuler ledit outil (3) consiste à focaliser cette dite troisième image en dehors du champ de vision (4) et à la renvoyer dans ledit champ de vision.
11. Système pour aider au guidage d'un outil (3) apte à être manipulé par un praticien (1) ou analogue, par rapport à une partie (2) du corps humain comportant au moins une portion d'os recouverte par de la chair, selon au moins l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il comporte :
• des moyens (10) pour réaliser une première image en trois dimensions d'un premier ensemble comprenant la partie (2) de corps humain et un premier référentiel (Ri) lié à ladite partie (2) de corps humain, • des moyens (10) pour réaliser une deuxième image en trois dimensions d'un second ensemble comprenant ledit outil (3) et un deuxième référentiel (R2) lié au dit outil, ladite deuxième image étant réalisée par rapport au dit premier référentiel (R-O,
• des moyens (20) pour réaliser une troisième image constituée par une superposition des dites première et deuxième images de façon que les représentations du premier référentiel (Ri) contenues respectivement dans les première et deuxième images soient sensiblement confondues, et
• des moyens (30) pour projeter cette troisième image dans le champ de vision (4) d'un œil du praticien (1) pendant qu'il est apte à manipuler ledit outil (3).
12. Système selon la revendication 11 , caractérisé par le fait que les moyens (10) pour réaliser la première image sont constitués par des moyens (11) pour réaliser une quatrième image par stéréovision du premier ensemble, des moyens (12) pour réaliser une cinquième image en trois dimensions du même premier ensemble par au moins l'une des techniques suivantes : radiographie par rayons X (13), analyse par points par rayonnement (14) relativement peu absorbé par la chair et apte à être réfléchi par la portion d'os, balayage tomographique par rayons X (15), et des moyens (22) pour superposer les quatrième et cinquième images, cette superposition constituant ladite première image.
13. Système selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les moyens (12) pour réaliser la cinquième image en trois dimensions du premier ensemble par radiographie par rayons X (13), comportent un troisième référentiel (R3) (fig. 3) constitué par des repères radiographiques opaques aux rayons X, des moyens pour accoupler ledit troisième référentiel à ladite partie (2) du corps humain, des moyens (16) pour réaliser au moins deux images en deux dimensions du premier ensemble et du troisième référentiel (R3), respectivement sous deux angles différents (a-i, ai), et des moyens pour combiner (22) lesdites au moins deux images en deux dimensions, ladite combinaison constituant ladite cinquième image en trois dimensions.
14. Système selon la revendication 13, caractérisé par le fait que ledit troisième référentiel (R3) (Fig.3) est constitué par au moins six repères radiographiques sensiblement ponctuels (131 , 132, 133, ...,137) opaques aux rayons X disposés les uns par rapport aux autres trois par trois pour définir deux plans sensiblement parallèles (Pi, P2).
15. Système selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la réalisation de la cinquième image par analyse par points par rayonnement relativement peu absorbé par la chair et apte à être réfléchi par la portion d'os comporte des moyens pour déterminer au moins trois points liés à ladite portion d'os, et des moyens pour définir, par rapport au premier référentiel (Ri), une surface de référence en trois dimensions en fonction desdits au mois trois points liés à ladite portion d'os.
16. Système selon la revendication 15, caractérisé par le fait que les moyens pour déterminer au moins trois points liés à ladite portion d'os comportent une sonde de profondeur apte à émettre l'un des rayonnements suivants : ultrasons, lumière cohérente.
17. Système selon l'une des revendications 11 à 16, caractérisé par le fait que ledit premier référentiel (R-O (Fig.2) est constitué par au moins quatre points (141 , 142, 143, 144) de luminosité contrastée par rapport à celle de l'environnement, l'un (144) des dits quatre points étant situé en dehors du plan (P3) défini par les trois autres points (141, 142, 143).
18. Système selon l'une des revendications 11 à 17, caractérisé par le fait que ledit deuxième référentiel (R2) (Fig. 4) est constitué par une pluralité de points (151 , 152, 153, ...,161 , 162, 163) de luminosité contrastée par rapport à celle de l'environnement, lesdits points étant associés au dit outil (3) de façon qu'au moins trois de ces points soient toujours visibles depuis un endroit de l'espace dans lequel est apte à se déplacer ledit outil et quelle que soit la position du dit outil (3) par rapport au dit premier référentiel (Ri).
19. Système selon la revendication 18, caractérisé par le fait que ladite pluralité de points de luminosité contrastée (151 , 152, 153,..., 161 , 162, 163) associés au dit outil (3) sont répartis autour du dit outil (3) sensiblement de façon régulière dans deux plans (P4, P5) sensiblement parallèles entre eux et non confondus, chacun de ces deux dits derniers plans (P4, P5) comportant au moins trois des dits points de luminosité contrastée (151 , 152, 153, ...,161 , 162, 163) associés au dit outil.
20. Système selon l'une des revendications 11 à 19, caractérisé par le fait que les moyens (20) pour réaliser la troisième image sont constitués par :
• des moyens de traitement (122) aptes à traiter les dites première et deuxième images pour les transformer en images numériques et à les superposer pour donner une image numérique finale, et
• des moyens (123) pour convertir ladite image numérique finale en une image optique constituant ladite troisième image.
21. Système selon la revendication 20, caractérisé par le fait que les moyens (30) pour projeter la troisième image dans le champ de vision (4) d'un œil du praticien (1) pendant qu'il est apte à manipuler ledit outil (3), sont constitués par des moyens (127) pour focaliser cette dite troisième image en dehors du dit champ de vision (4) et une lame semi réfléchissante (128) pour conjuguer optiquement l'axe optique des dits moyens focalisateurs (127) et l'axe du dit champ de vision (4) pour renvoyer ladite troisième image dans l'œil du praticien.
22. Système selon la revendication 14, caractérisé par le fait que les moyens (11) pour réaliser une quatrième image par stéréovision comportent deux caméras vidéo (111 , 112), un support transversal (113) et des moyens pour monter les deux dites caméras vidéo respectivement sensiblement aux deux extrémités du dit support de façon que leurs axes optiques soient concourants.
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