FR2923377A1

FR2923377A1 - Bloc operatoire pour tele-chirurgie, utilisable meme en milieu inhospitalier

Info

Publication number: FR2923377A1
Application number: FR0707902A
Authority: FR
Inventors: Agnes Leteurtre; Jean Robert Leteurtre
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2009-05-15
Anticipated expiration: 2027-11-12
Also published as: FR2923377B1

Abstract

Bloc composé d'éléments largables par parachute, facilement assemblés par quelques techniciens, même en cas de situation chaotique ; la propreté stérile n'est assurée, dynamiquement, que dans une petite bulle de confinement juste suffisante pour envelopper le patient (P) sur le lit (2) et les instruments chirurgicaux portés par eta (jusqu'à 6) robots ; beaucoup de capteurs équipent ce bloc, notamment un multi-capteurs sans contact mesurant les 6 degrés de liberté des eta outils chirurgicaux possiblement fonctionnels simultanément, avec des précisions de 0.1 mm et 0.1 degres ; ces mesures, référencées directement au champ opératoire de (P), contrôlent les asservissements de position des parties opérationnelles des eta outils chirurgicaux, dont celle de la sonde endo-échographique : l'organe opéré semble fixe au télé-chirurgien qui voit, dans l'image échographique 3D de cet organe, les points Si (i = (1 à eta-1)) des parties opérationnelles des autres outils qu'il contrôle ; de plus, la sensation du toucher lui est restituée sur les eta outils.

Description

Domaine technique.

La chirurgie robotisée, apparue depuis une petite vingtaine d'années, prend chaque jour plus d'importance, en ce qu'elle facilite la formation des futurs chirurgiens, leur apprentissage technique, en ce qu'elle démultiplie les possibilités d'action des chirurgiens en exercice, et en ce qu'elle permet d'améliorer la qualité du service rendu aux opérés. De nombreuses publications en attestent ; dans tous les pays développés, presque tous les laboratoires universitaires et de recherche publique ou privée se sont fédérés autour de gros projets [ 1 ]. Le chirurgien n'est pas physiquement présent dans le bloc opératoire ; il pilote l'opération depuis un poste de travail situé dans la pièce voisine ou à grande distance, voire transcontinentale [ 2 ] ; mais il a sous les yeux des écrans et dans les mains des manettes, des joysticks, qui lui font voir ou ressentir toutes les informations dont peut disposer le chirurgien traditionnel.

Etat de la technique antérieure.

Cette chirurgie robotisée a été créée et continue de se développer dans des hôpitaux de très haute qualité, parfaitement équipés en hommes et en matériels ; il y est couramment fait usage d'imageries par scanner-X, par résonance magnétique (IRM), pour préparer l'intervention chirurgicale puis, pendant cette intervention chirurgicale, suivre en direct et en temps réel, le résultat de l'action du chirurgien, alors qu'il s'agit le plus souvent de chirurgie mini-invasive où l'incision centimétrique ne laisse rien voir de l'action en cours si ce n'est la tige-support de l'instrument tenu par le robot ; ou moins encore avec le développement tout récent de la chirurgie invisible , sans incision [ 3 ]. Le télé-chirurgien dispose aussi d'une imagerie par échographie ultrasonore en temps réel, la position du cristal, émetteur d'ultrasons et récepteur des échos, étant mesurée par un capteur capable d'en mesurer les 6 degrés de liberté dans un repère de coordonnées lié au lit, et donc au patient placé sur ce lit ; ce même capteur mesure aussi la position de l'instrument chirurgical. Ainsi, même en chirurgie mini-invasive, le télé-chirurgien voit l'organe du patient à opérer et particulièrement la zone de cet organe située juste devant son outil (bistouri électrique ou non, laser, etc. ) : ceci est abondamment décrit [4]. Une autre vision, endoscopique par fibres optiques, peut aussi être adjointe à l'analyse endo-échographique. Ainsi, le télé-chirurgien dispose sur son écran de représentations quantifiées en 3D des positions, à la fois absolues et relatives, de l'instrument chirurgical et des images endoscopique et endo-échographique de l'organe, face à cet instrument chirurgical. Le télé-chirurgien dispose encore du sens du toucher, restitué et transmis par le capteur d'efforts (6 axes) installé entre l'instrument chirurgical et le robot qui le porte [5].

Objectifs de l'invention.

La présente proposition ne prétend nullement rivaliser avec la chirurgie d'hyper=qualité esquissée précédemment ; elle adopte un autre point de vue, un peu le contre-pied, en essayant de répondre à des besoins, certes moins sophistiqués, mais à délivrer dans des conditions de dénuement, même extrême, ou tout simplement dans des hôpitaux de petites villes où manquent d'abord les chirurgiens de grande compétence, l'argent ensuite, le tout en essayant de ne pas trop sacrifier la qualité des soins fournis aux patients.

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La présente proposition, c'est un bloc opératoire complet, autonome, conçu principale-ment pour soigner des grands blessés ou des grands brûlés. Ce bloc opératoire est de construction simple et économique, léger, facile à transporter, les éléments étant d'ailleurs largables par parachute, faciles à monter, démonter, déplacer dans presque tous les endroits du monde, même avec des conditions climatiques difficiles, voire dans des situations chaotiques, après une catastrophe naturelle, un tremblement de terre par exemple où les routes d'accès n'existent même plus, ou encore après une guerre, civile ou militaire, où même la sécurité du personnel médical sur site est assez questionnable pour que peu de gens osent s'y risquer. Ce bloc opératoire, assemblé en quelques heures par 2 ou 3 techniciens, est ensuite raccordé à l'unité, également parachutable, qui réunit le groupe électrogène, les fluides, les moyens informatiques ; alors, ce bloc opératoire se nettoie et se stérilise automatiquement ; pendant ce temps, la liaison des communications est établie, via internet quand il y a un réseau téléphonique opérationnel, ou via des communications satellitaires si l'infrastructure n'existe pas ou a été détruite. Ces deux actions achevées, le bloc opératoire devient, sans délai supplémentaire, fonctionnel, prêt à recevoir et traiter son premier patient : sur place, des médecins et infirmiers spécialisés préparent le premier patient pour ce bloc opératoire ; à l'autre bout de la chaîne de transmissions téléphoniques de données, 3 ou 4 chirurgiens et autres techniciens spécialisés dans la télé-opération peuvent prendre le contrôle du bloc opératoire et commencer à intervenir, simultanément s'ils le souhaitent, puisque ce bloc est équipé de plusieurs télémanipulateurs indépendants. Une équipe de 6 spécialistes, télé-chirurgiens et leurs assistants, pourrait gérer depuis le lointain centre de télé-chirurgie 4 blocs opératoires simultanément, en toute sécurité pour eux-mêmes mais aussi dans les meilleures conditions pour les opérés.

La présente proposition, c'est une réponse au souci de qualité des soins prodigués au patient ; à défaut d'imageries 3D, scanner X ou IRM, quasi intransportables et hors de prix ici, le personnel médical sur place dispose d'un appareil radiographique portable, tel le MINXRAY [ 6 ] de l'Armée américaine, magnifiquement réalisé, parachutable dans son container de transport, tel encore les appareils d'imagerie X portables [ 7 ] , conçus pour la surveillance des bagages, des camions ou des containers, pour y détecter la possible présence d'armes, de munitions, etc., ou même la présence de clandestins dissimulés dans containers ou camions, mais aisément adaptables à l'usage médical ; ces appareils sont équipés de modem permettant l'envoi d'une image digitalisée n'importe où dans le monde, où exactement la même image peut être recréée, en vue de son analyse par des experts hors site. Le télé-chirurgien dispose aussi d'un traditionnel appareil d'imagerie par échographie ultrasonore en temps réel ; la seule originalité ici, c'est le capteur mesurant la position de la sonde ultrasonore ou celle du bistouri : alors que [ 4 ] utilise l'échographie pour détecter les deux becs de la pince en même temps que l'organe visé, ce sont ici deux robots, l'un portant l'outil chirurgical, l'autre la sonde endo-écho- graphique, et un multi-capteurs magnétique qui, indépendamment, mesure les 6 degrés de liberté respectifs de l'outil chirurgical et de la sonde endo-échographique. Les sociétés NDI [ 8 ] et Ascension [ 9 ] commercialisent des capteurs magnétiques similaires au nôtre, sauf que leurs capteurs les plus performants à ce jour ne prétendent mesurer la position de la cible qu'avec un écart-type de 26 ( 95% confidence level ) de 2.0 mm ou 3.0 mm pour les mesures de position (x, y, z) et 1.5° ou 1.7° pour les orientations (Ox , Oy , Oz ), respectivement pour les distances, 250mm ou 450mm, entre l'émetteur et le capteur ; en revanche, le capteur décrit ici permet des mesures au moins 20 fois plus

précises, voire jusqu'à 40 fois meilleures (page 21-ligne 1 à ligne 22) ; cette amélioration de précision est d'autant plus significative que les capteurs portés par la tige-support de la sonde échographique ou du bistouri sont forcément placés plusieurs cm en amont du plan de l'image ultrasonore ou de l'extrémité active du bistouri ; or, il importe que le plan image de la sonde échographique ou l'extrémité du bistouri soient connus avec une indétermination n'excédant pas 0.1 mm. Le type de capteur ici décrit le peut ; lui seul le peut. En outre, toutes ces mesures fournies par ce nouveau capteur sont référencées par rapport au champ opératoire, éventuellement battant, du patient, ou directement aux instruments chirurgicaux entre eux, y compris la sonde échographique, portés par les divers robots, non par rapport à la structure fixe du bloc opératoire.

La qualité, c'est aussi l'environnement stérile du patient, obtenu par la stérilisation automatisée du cocon que constitue le bloc opératoire ici proposé, avant que le patient y soit placé ; et le maintien de la propreté stérile du patient et de son cocon par le moyen classiquement mis en oeuvre pour les hottes à flux laminaire ou pour les laboratoires de micro-électronique ; le minuscule volume du cocon permet d'atteindre la classe 10 de propreté, significativement mieux que le niveau de propreté effectif des blocs opératoires des hôpitaux les plus modernes et les mieux équipés, compte tenu de l'absence du pollueur principal, l'homme (hormis le patient en cours d'opération) ; moins d'infections nosocomiales à craindre.

La présente proposition, c'est enfin une réponse au souci de limiter autant que faire se peut le coût d'exploitation de ces hôpitaux de campagne, réduit au strict minimum grâce à la télé-chirurgie, possiblement intercontinentale ; ce coût est encore réduit par l'utilisa- -tion de capteurs pour faciliter, voire partiellement automatiser, la télé-chirurgie, notamment mini-invasive. Ces automatismes, en déchargeant le(s) chirurgien(s) d'une partie au moins des tâches ancillaires, nécessaires mais ingrates, aident ce chirurgien, dont l'attention peut alors se concentrer sur l'acte chirurgical proprement dit. Ce faisant, le coût d'utilisation d'un tel bloc opératoire est réduit de la charge d'exploitation la plus importante qui est le coût du personnel chirurgical. L'autre coût, secondaire toutefois, l'investissement matériel, est avec ce concept, réduit à un minimum rarement approché, d'autant plus que ce matériel se prête bien à la construction en série.

Même dans bon nombre des hôpitaux des villes moyennes d'Europe, le type de bloc opératoire robotisé décrit ici serait une avancée significative de la qualité opératoire et aussi une efficacité améliorée de l'utilisation des hommes de l'art chirurgical. La généralisation de tels lieux exigus et confinés pourrait conduire à repenser en profondeur l'organisation des opérations chirurgicales et aussi de celle des soins post-opératoires dans nombre d'hôpitaux, sauf pour les quelques hôpitaux ultra-modernes et très bien équipés de certaines grandes villes. Si nécessaire, un patient pourrait être abrité de toute contamination post-opératoire grâce à son placement dans une bulle de confinement stérile similaire à celle du bloc opératoire, mais simplifiée, réduite à l'état de simple lit médicalisé, pour les soins post-opératoires, avec un ou 2 télémanipulateur(s) simples, installé(s) sur la coquille. -4 Quel type de robot utiliser ? Toutes les structures de robot sont utilisables ; une mention particulière, toutefois, pour l'hexapode, ce robot particulier, constitué de six vérins reliant l'embase à la platine. Les longueurs variables des six jambes d'un hexapode (li, 12, 13, 14, 15, 16) définissent les 6 degrés de liberté de la position de la platine, relativement à l'embase de cet hexapode, aux défauts de la mécanique près (erreurs de pivot, jeux des rotules, déformations des jambes, notamment leurs flexions, si on cherche des répétabilités de positions de l'ordre de 1 m ; mais ces imperfections sont trop petites pour être significatives en chirurgie robotisée). Les intérêts de l'hexapode sont multiples : simplicité, robustesse, capacité de supporter des charges élevées et aussi les fréquences propres, élevées, des vibrations de cette structure, et encore la facilité d'isoler l'essentiel de la partie mécanique du robot par un seul soufflet, pour l'exclure de la bulle de confinement, ne gardant à l'intérieur de celle-ci que la face inférieure de la nacelle, i.e. le connecteur (60) et l'outil chirurgical enfiché sur ce connecteur ; un autre atout majeur de ce type de robots, c'est la possibilité de fixer, arbitrairement et très simplement par logiciel, le centre instantané de rotation de la platine de l'hexapode ; cette dernière propriété est particulièrement intéressante en chirurgie mini-invasive, puisque tout objet, trocart ou sonde, porté par la nacelle du robot doit nécessairement passer par la petite incision pratiquée dans la peau du patient. La platine de cet hexapode possède des possibilités significatives de positions ( lOcm en x, y, z, z étant la normale à l'embase) et d'orientations ( Ox = 15° , 0y = 15° , Oz= 30° ) ; ce peut toutefois se révéler insuffisant dans certains cas ; alors la platine d'hexapode peut être équipée de tout ou partie de l'équipement complémentaire constitué d'un plateau tournant (Ri) d'axe normal au plan de cette platine, lui- même supportant un second moyen de rotation (R2) dont l'axe de rotation est parallèle au plan de la dite-platine, les deux rotations combinées permettant de choisir arbitrairement la direction de l'axe de la translation (T), élément terminal portant la sonde ou le trocart ; cette translation (T), dont l'amplitude peut atteindre 30 cm, est indispensable pour glisser une sonde ou un porte-instrument chirurgical à l'intérieur du corps du patient, soit par la mini-incision, soit par un orifice naturel (bouche, rectum, vagin, urètre) ; il existe d'ailleurs, depuis quelques années, des exemples d'utilisation de ce type de robots en chirurgie robotisée [10]. Un tube souple peut aussi être introduit et translaté selon son axe, même sur plusieurs mètres, soit par un dispositif à galets moteurs inspiré des robots d'inspection des tubes des échangeurs de chaleur, notamment ceux des réacteurs nucléaires [11], soit par un dispositif à entraînement toroïdal [12].

Dans la suite de cet exposé, nous avons fait le choix principal de ce type d'architecture de robot ; nous allons même les multiplier, les combiner pour les faire coopérer dans le bloc opératoire ; plus encore, proposer l'idée d'hexapodes à deux étages, i.e. un hexapode double (H+H), gigogne, la nacelle du premier étant l'embase du second, de sorte que les orientations de la nacelle du second hexapode puissent atteindre des amplitudes doublées, ses positions encore plus augmentées en raison du bras de levier, au détriment toutefois de la rigidité du second porte-objet, rigidité qui n'est guère primordiale en chirurgie robo--tisée, vus les faibles efforts exercés par l'outil chirurgical sur le corps du patient et la masse modeste des outils chirurgicaux utilisés (demande de brevet d'invention : [1 4 ] ).

Par rapport à l'état de l'art de la chirurgie robotisée, telle qu'elle se pratique, c'est-à-dire 45 dans les blocs opératoires de quelques grands hôpitaux, la présente invention revendique un bloc opératoire complètement autonome pouvant être installé et fonctionner presque n'importe où, même sans la moindre infrastructure, ni électricité, ni eau courante, etc. ; ce bloc opératoire n'est composé que d'éléments et de techniques connus, mais cette addition forme un bloc opératoire d'un genre nouveau. Primordiale aussi, la mise en oeuvre d'un type de multi-capteurs magnétiques capable de mesurer les positions absolues 5 et relatives, les unes par rapport aux autres, de tous les instruments chirurgicaux installés sur chacun des robots équipant le bloc opératoire, robots utilisables, chacun séparément ou collectivement ; capable encore de scruter la position et les mouvements de la peau nue du patient dans le champ opératoire, peau du patient, qui a été préalablement décorée de plusieurs pastilles métalliques fixées par scotch double face, ou par quelques étiquettes radiofréquence, alias RFID (radio frequency identification device) qu'un capteur magnétique peut détecter et en identifier la position). Ces capteurs instrumentent le bloc opératoire pour automatiser tout ce qui peut l'être (asservissements en boucles fermées) ; ce faisant, le travail du télé-chirurgien en est facilité, la durée de l'opération chirurgicale en est réduite, le coût final aussi ; à titre d'exemple, le suivi automatisé d'une cible mouvante par les platines porte-instruments chirurgicaux du robot, que cette cible soit la cage thoracique du patient, ou son coeur, ou l'un des organes voisins, tel le foie, fait que la cible ainsi suivie apparaît immobile au chirurgien ; et contrairement à ce qui se fait déjà dans ce domaine [13], les capteurs ici utilisés ont une bande passante assez rapide pour que l'asservissement de suivi, grâce aussi à la rapidité de réponse de l'hexapode, n'ait nul besoin d'un quelconque modèle prédictif de comportement du mouvement de l'organe battant, générateur du mouvement.

Exposé de l'invention.

Liste des figures. Figure 1 : esquisse d'ensemble du bloc opératoire de téléchirurgie, version I. 25 Figure 2 : coupe transverse du bloc opératoire de téléchirurgie, version I. Figure 3 : autre mode de réalisation de la version I de (3). Figure 4 : les 4 robots placés sur le demi-icohexaèdre de la version I . Figure 5 : représentation du soufflet (19) tenu par colliers sur (16) et (18) ou (18bis). Figure 6 : capteur magnétique définissant une position zéro. 30 Figure 7 : esquisse d'ensemble du bloc opératoire de téléchirurgie, version II. Figure 8 : coupe transverse du bloc opératoire de téléchirurgie, version II . Figure 9 : esquisse d'ensemble du bloc opératoire de téléchirurgie, version III . Figure 10 : coupe transverse et vue de dessus du bloc opératoire, version III . Figure 11 : intermédiaire universel (62) 35 Figure 12 : désaxeur (62bis), possiblement placé entre (18) et (62). Figure 13 : résultat d'étalonnages : géométrie des positions respectives du point Mi de l'intermédiaire universel (62.i) et du point S de l'outil chirurgical (67.j) . Figure 14 : réseau (73) de bobines (74) et leurs bobines complémentaires (69),(70),(71),(72)

Liste des références des dessins.

40 (I) : réalisation n° 1. (II) : réalisation n° 2. (III) : réalisation n° 3 (A) : centre du tapis (73) de bobines (74). (X) : grand axe du lit (2), (Z) : verticale. (P) : patient en cours d'opération et (C) : centre du champ opératoire de (P). (S) i : extrémité opérationnelle des outils chirurgicaux (67) i.

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(co) : zone commune aux espaces explorables par les extrémités opérationnelles S des outils chirurgicaux (67). (1-2) : centre de la zone (w) : voir les figures 2, 4, 8 et 10. (H); : centre de l'embase du robot (i), pour toutes versions de (1) (0) : centre de l'icohexaèdre (version I) ; (O') : centre de l'icosaèdre (version II) (M)~ : centre de la bobine (69) ou du trièdre rectangle occupé par les mini-bobines (69); Généralités et spécificités de la version n° I. (1) : bloc opératoire (2) : lit (3) : cocon ; (3') : cocon du bloc ; (3") : cocon du sas ; (3bis) : coques, qui assemblées avec (3ter) : rondelles espaceurs d'épaisseur calibrée, forment (3). (4) : servitudes : groupes électrogènes, systèmes informatiques de gestion locale de (1), mesures, motorisations, télétransmissions, etc. (5) : 2 poutres longitudinales, formant rails, d. et g., pour le roulement du chariot (6) (6) : chariot du lit (2-I) (7) : vérins verticaux, ascenseur du lit (8) : porte escamotable (genre à guillotine) entre (3') et (3") (9) : trappe de fermeture de (3") (10) : groupes de conditionnement d'air (11) : soupapes tarées (12) : ronds de gants (13) : caméras d'observations et moyens d'éclairage (14) : hublots (15) : appareil de radiographie (16) : embases d'hexapode ; (16bis) : contrebride de (16). (17) : robots, notamment : hexapodes (18) : nacelles d'hexapode (18-bis) : plaque circulaire terminale de l'éventuel moyen complémentaire R2. (19) : soufflet accordéon, en matière plastique stérilisable 30 (20) : matelas spécifique du lit (2) (21) : ronds de gants, pour intervention (manuelle) d'urgence (22) : moyens de communication orale, microphones et haut-parleurs (23) : bourrelets rigidificateurs de la planche (2), supports des translations des tables (24), (25), (26) et (27) 35 (24): table placée immédiatement sous (2), formant premier tiroir (25) : table placée immédiatement sous (2), support du détecteur numérique de l'image X fournie par (15) (26) : table placée immédiatement sous (2), support du tapis (73) des bobines (74). (27) : table placée immédiatement sous (2), formant second tiroir 40 (28) : capteur magnétique sans contact (détecteur de zéro) de (25) (29) : capteur magnétique sans contact (détecteur de zéro) de (26) (30) : capteur magnétique sans contact, anticollision entre (25) et (24) (31) : capteur magnétique sans contact, anticollision entre (25) et (26) (32) : capteur magnétique sans contact, anticollision entre (26) et (25) 45 (33) : capteur magnétique sans contact, anticollision entre (26) et (27) (34) : capteur magnétique sans contact, fin de course avant de (24) (35) : capteur magnétique sans contact, fin de course arrière de (24) (36) : capteur magnétique sans contact, fin de course avant de (27) (37) : capteur magnétique sans contact, fin de course arrière de (27) (38) : version préférée des capteurs (28) et (29) : circuit imprimé fixé sous (2), et matérialisant 2 bobines (38-1) et (38-2), en série et de sens opposés + second circuit imprimé fixé sur la table (25) ou (26), matérialisant la bobine (39).

Spécificités de la version n° II. (40): structure en U, partie basse du bloc opératoire version II (41) : toit , constitué de (42), (43), (44) et (45) (42) : cône (43) : dôme (44) : les deux parties du toit, de part et d'autre de (42)-(43) (45) : flancs latéraux du toit (46) : rideaux segmentés, en plastique souple, transparent et stérilisable (47) : rideaux isolant thermique (48) : portique Spécificités de la version n° III (50) : poutrelles, support des chariots (51) (51) : chariots motorisés, avec capteur de position zéro de type (38) et codeur incrémentai (52) : les 2 arches, portique des poutrelles (50) (53) : conduite de l'air filtré poussé vers le champ opératoire C et les instruments (67) 20 (54) : évasement de (53) pour canaliser le flux d'air filtré autour des instruments chirurgicaux (67) et du champ opératoire de (P) (60) : embase du connecteur amont, sur la nacelle (18) (61) : fiche du connecteur amont de l'intermédiaire universel, reçue par (60) ou (60bis) (62) : intermédiaire universel 25 (62bis) : désaxeur angulaire et/ou latéral de l'intermédiaire universel, avec sa fiche (61bis), identique à (61), et son embase (60bis), identique à (60) (63) : embase du connecteur aval, sur (62), pour recevoir (67) (64) : fiche du connecteur aval (65) : corps de (62), réalisé en verre moulé à la cire perdue 30 (66) : soufflet ondulé souple, concentrique à (68) , en matière plastique stérilisable (67) : outils chirurgicaux (68) : capteur des efforts exercés par (67) sur tout obstacle, notamment le corps de (P) (69) : trio de mini-bobines adjacentes disposées sur les 3 faces d'un trièdre rectangle (70) : bobines (i) alimentées par porteuse de fréquence f; 35 (71) : circuit imprimé de bobines (70), centre vide, posé sur le pourtour du champ opératoire, centré au point C (72): étiquettes radiofréquence (RFID) fixées sur chacun des (67) et (62) (73) : réseau dense, formant un damier, de bobines (74) adjacentes ; réalisation préférée sous forme de plusieurs circuits imprimés multicouches placés adjacents sur 40 la table (26) (74) : bobines formant la partie complémentaire des capteurs (69), (70), (71) ou (72)

Architecture générale de ce nouveau type de bloc opératoire.

Les idées mises en avant pour créer ce nouveau type de bloc opératoire, esquissées dans le paragraphe précédent, sont maintenant détaillées par la description de trois réalisations 45 particulières ; toutes trois mettent en oeuvre les mêmes éléments principaux, seule la présentation en est légèrement différente.

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La première réalisation (version I) insiste plus sur la qualité de propreté stérile du bloc opératoire ; la seconde (version II) met l'accent sur l'aspect pratique et, très important, facilite le contact humain entre le patient et le personnel médical sur site, dont la main, gantée bien sûr, peut toucher le visage du patient, le rassurer par ce contact direct, y compris les échanges vocaux, bien plus difficiles s'ils passent par micro et haut-parleur ; la troisième (version III) est la version a minima, d'où tout superflu a été chassé. Quelle que soit la version, un point essentiel est de garantir aux grands blessés ou aux grands brûlés, pour qui ce type de bloc opératoire est particulièrement adapté, la propreté stérile du champ opératoire dès avant le début de l'opération et pendant toute la durée de celle-ci ; dans les conditions prévues de l'emploi de ces blocs opératoires, cet impératif semble une gageure. La condition nécessaire, et dont il faudra bien se suffire, est de n'assurer cette indispensable propreté que très localement, dans l'environnement immédiat du patient, sur son lit, dans une bulle de confinement, immatérielle pour (III).

Premier mode de réalisation de la bulle de confinement.

Parmi les assez nombreuses solutions possibles pour créer la dite bulle de confinement du patient, la version I (figures 1 et 2) se compose d'une coquille rigide (3), formée par la réunion de deux parties, le cocon (3') qui forme la zone de travail chirurgical et la coque (3") qui est le sas d'entrée-sortie du patient (P) ; les dimensions approximatives de (3') sont 4.5 m de long (axe X ), 1 m de large (axe Y) et un peu moins de 2 m de haut ; celles de (3") sont 2.5 m de long, 1 m de large et 1 m de haut. Les coquilles (3') et (3") sont réalisées en stratifié verre-époxy, comme la coque d'un voilier, ou en fibres de carbone, comme les nouveaux avions, et présentent une surface interne parfaitement lisse. Ces deux coques sont rigidifiées par un réseau de nervures créées sur la surface extérieure de la coquille, notamment deux longerons longitudinaux externes, doublés de deux autres longerons internes, en partie basse des cotés droite et gauche de la longueur ; après jonction de (3') et (3"), ces longerons, qui ont la forme d'équerres en L, viennent exactement en prolongements les uns des autres pour ne plus former qu'une paire de poutres de 7 m, recevant coté externe une série de longs trous filetés (par exemple, M20 de 5 ou 6 cm de long) lesquels, avec des vis M20, longueur 120 mm, font des vérins pour calage horizontal de la coquille ; ces mêmes poutres de 7 m font office de rails (5g et 5d) pour la translation horizontale, de 5 m d'amplitude, du chariot (6) ; ce chariot (figure 2) porte un ascenseur, 4 vérins verticaux (7), qui porte le lit (2) et peuvent le translater verticalement avec une amplitude d'environ 50 cm. Entre (3') et (3"), servant de pièce de jonction, une porte escamotable, par exemple à guillotine, (8) pouvant séparer les deux compartiments internes de (3) ; alternativement, la coquille (3) peut être fabriquée comme un monolithe, largable par parachute sans risque de casse étant données les grandes robustesse et légèreté de (3) ou, a fortiori, de (3') et (3") ; dans ces deux cas, que (3) soit monolithique ou faite en 2 parties, l'extrémité perpendiculaire aux rails (5) est une trappe (9) boulonnée sur (3), pour entrée ou sortie du chariot (6) et du lit (2). Si la surface intérieure de (3) est lisse, la paroi externe, notamment de la partie supérieure du cocon (3), déjà hérissée des nervures de rigidification de la coquille, porte encore tout l'équipement du bloc opératoire (1) : au moins un groupe de conditionnement d'air (10) et un emplacement pour un poste de radiographie (15) ; la partie sommitale du dôme du cocon est truffée de la majeure partie de l'équipement : les moyens d'éclairage et les caméras (13) et hublots (14) d'observation de tout ce qui se passe dans la coquille, des

9- ronds de gants (12) pour intervention en cas d'urgence par le médecin sur site, des moyens de communication orale (22) entre (P) et le personnel sur site ou à distance, et les embases (16) de chacun des n hexapodes (17) installés sur le bloc opératoire (1) ; seules les faces inférieures des nacelles (18) de ces robots, elles qui portent les instruments chirurgicaux, font partie du cocon ; en effet, toute la mécanique, les motorisations et les divers câbles électriques de chaque robot sont refoulés à l'extérieur du cocon grâce à un soufflet (19), ondulé, en matière plastique souple, placé entre l'embase (16) et la nacelle (18) de chacun des hexapodes (17) installés sur (3) ; ces soufflets (19) assurent la solution de continuité de la bulle de confinement ; ces soufflets sont d'ailleurs plaqués sur les vérins des hexapodes par la légère surpression régnant dans le cocon ; en effet, un groupe de conditionnement d'air (10) insuffle dans la coquille un débit d'air aspiré à l'extérieur de la coquille, filtré, régulé en température et humidité pour le confort du patient (P), puis évacué vers l'extérieur par une série de soupapes tarées (11) laissant s'échapper l'air intérieur pour maintenir la surpression interne à sa valeur de consigne, de l'ordre de 1 ou 2 dm d'eau (un ou deux centièmes d'atmosphère), juste suffisante pour que l'air s'échappant par les soupapes ou par n'importe quelle ouverture, volontaire ou accidentelle, de la coquille (3), y ait une vitesse d'échappement supérieure à 1 m/s ; alors, les dits orifices constituent des solutions de continuité dynamique de la bulle de confinement, se comportant comme autant de barrières infranchissables aux poussières, microbes, germes ou virus. Le cocon, dès qu'il a été assemblé, subit les deux opérations, conduites automatiquement, de nettoyage et stérilisation, par le moyen des jets de vapeur à la température de 150°C et de rayons UV de 0.3 m de longueur d'onde ; ensuite, le cocon reste stérile tant que subsiste l'injection d'air filtré et ainsi régulé en pression. Les groupes électrogènes, les ressources affectées à l'électronique, l'informatique, les moyens de transmission, les containers des divers fluides, parachutables comme tous les composants de (1), sont ici référencés collectivement (4), et placés à assez courte distance de (3). Pendant le temps du cycle de nettoyage et stérilisation du cocon, les techniciens sur place entreprennent d'installer et d'activer le système de communications satellitaires avec le centre de téléopérations chirurgicales situé peut-être à 1000 ou 10.000 km ; le temps de transmission aller et retour des ondes radio n'est que 0.2 seconde, i.e. le temps du parcours des 2 fois 36.000 km du satellite géostationnaire à la Terre. Une solution alternative de réalisation de (3) est d'assembler (figure 3) une série de coques (3bis) de formes concaves et lisses d'un coté, avec sur l'autre face, un rebord faisant office de nervure de rigidification et d'assemblage de ces coques entre elles, par vis et écrous), mais avec des rondelles intermédiaires (3ter) d'épaisseurs choisies pour que les fentes ainsi pratiquées entre les diverses coques (3bis), créent une coquille (3) de surface interne lisse, facile à nettoyer et stériliser, puisque ne présentant aucune niche à poussières ou microbes.

En outre, la coquille (3) évacue les fluides de la stérilisation préalable du cocon, déjections, etc..., par de simples orifices en forme d'entonnoir placés à chaque possible point bas de (3), avec le même effet de chasse dû à la surpression interne d'air.

Positionnement des embases des robots sur le dôme du cocon (3). L'outil porté par la nacelle terminale d'un robot peut être déplacé dans une zone, à peu 45 près sphérique, de quelques dm3 ; le plus souvent, ce sont plusieurs robots, soit n robots, qu'il faut installer sur (3) et pouvoir les mettre en oeuvre simultanément ; pour les faire

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coopérer pendant l'intervention chirurgicale, les n robots (17) doivent être agencés (figures 2, 4, 8 et 10) sur la partie supérieure, en forme de dôme, de la coquille (3), de façon qu'ils aient une zone commune de travail (co), située dans le champ opératoire, et ce sans se télescoper les uns les autres ; (S2) est le point central de cette zone commune de travail (u) des divers outils portés par les nacelles des n robots ; (S2) est un point fixe de la structure (3). On peut donner au dôme de la coquille (3) bien des formes ; pour cette version (I ), on a choisi une forme proche (figures 1, 2, 3 et 4) d'une portion d'icohexaèdre, notamment par les formes adoucies des arêtes de ces polyèdres, de sorte que le centre (0) de cette surface soit situé nettement sous le toit de (3), dôme excepté. Pour le besoin d'une description facilitée, on va dorénavant considérer que le dôme de la version I a la surface d'un icohexaèdre, même s'il n'en est qu'une forme approchée. Le dôme de (3) est donc une petite moitié d'icohexaèdre, dont la partie sommitale, horizontale, est un octogone régulier des huit cotés duquel descendent 4 carrés plongeant à 45°(deux selon la direction X, deux autres selon Y) alternant avec 4 hexagones, faisant avec le plan horizontal un angle de 54.73° ; en descendant encore, on trouve les 8 facettes verticales de ce polyèdre, une succession alternée de portions de 4 carrés et de 4 octogones, ceinturant la coquille (3). Chacun des 4 hexagones offre son appui à une embase des robots équipant ce bloc (donc n peut atteindre le nombre 5, à savoir 4 hexapodes placés sur les 4 hexagones et 1 hexapode placé sur l'octogone sommital) ; les normales centrées, les médiatrices de ces hexagones, qui sont aussi les axes neutres des hexapodes, convergent au point (0), centre de l'icohexaèdre (dont seule une portion, la moitié supérieure, donne sa forme à la partie supérieure, au dôme, de la coquille (3)) ; ce point (0) peut avantageusement être confondu avec le point (S2), défini précédemment.

Les axes des 4 hexagones, donc les axes neutres des robots, font un angle de 54.7° avec la verticale ; les axes de 2 hexagones adjacents font un angle de 70.5° ; ceux de 2 hexagones antagonistes ont, évidemment, entre eux un angle de 109.5°. A titre d'exemple, uniquement destiné à fixer les ordres de grandeur, à faciliter la compréhension du lecteur et à illustrer la commodité de la configuration presque demi- icohexaèdrique, pour une dimension, égale à 1 mètre, de l'icohexaèdre, entre deux octogones opposés, comme la largeur commune interne de (3), les arêtes de ce polyèdre mesurent 261 mm ; chacun des 4 hexagones, dûment ajouré par un trou de diamètre d'environ 40 cm, peut recevoir une embase ((16-1) à (16-4)) d'hexapode, en l'occurrence une couronne (16) de diamètre extérieur égal à 52 cm, pour environ 30 cm de diamètre intérieur et recevant, sur un diamètre de 330 mm, les 3 groupes de paires de rotules des vérins de l'hexapode ; de chaque coté de la paroi du cocon (3), la couronne (16) à l'extérieur et sa contrebride (16bis) à l'intérieur, pincent la paroi de (3), sans besoin de joint d'étanchéité, inutile ici à cause de la surpression interne du cocon, par 6 vis/écrous sur un diamètre de perçage de 430 mm ; la contrebride (16bis) peut être constituée d'une galette hexagonale de 430 mm sur flancs ; la distance du centre des embases (16) au joint (0) ou (S2) est 54.6 cm. Cet exemple illustre les généreuses possibilités d'appui des 4 hexagones du dôme en forme de demi-icohexaèdre pour 4 hexapodes largement dimensionnés, sans compter l'octogone sommital dont le cercle inscrit a, dans cet exemple, 63 cm de diamètre.

Les 4 couronnes (16) et contrebrides (16bis) sont réalisées en verre-époxy pour raisons de transparence au champ magnétique, de légèreté et d'économie. La nacelle (18), d'un hexapode simple (H) ou gigogne (H+H), est une plaque circulaire, d'un diamètre pouvant

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être bien inférieur à 15 cm , sur laquelle un collier serre l'extrémité inférieure du soufflet (19) ; l'extrémité supérieure du même soufflet est tenue, serrée par un collier, sur l'épaulement de 40 cm de diamètre (et de diamètre 39 cm en interne) que présente la contrebride (16bis) ; ainsi (figures 4 et 5, ou 8, 10), pour chacun des hexapodes installés sur (3), seules les faces inférieures des nacelles font partie du cocon : c'est une beauté importante de l'hexapode choisi comme robot pour le bloc chirurgical du type ici présenté ; à condition toutefois qu'aucun moyen de mouvement complémentaire (R1 ou T) n'y soit installé, parce qu'alors ce moyen, nécessairement placé à l'intérieur du cocon, serait plus difficilement stérilisable, et annulerait en partie la dite beauté ; en revanche, le moyen de rotation complémentaire (R2), en se terminant par une plaque circulaire (18bis) d'un diamètre semblable à celui de la nacelle (18), peut aussi recevoir l'extrémité inférieure du soufflet (19), en lieu et place de la nacelle (18) de l'hexapode, comme le montre la figure 5, et ainsi conserver la propreté et la stérilisation faciles intrinsèques d'une structure qui exclut du cocon toute la mécanique et les câbles électriques du robot ; et ce, malgré l'augmentation considérable de la rotation possible (0y) (si l'axe de rotation R2, parallèle au plan de la nacelle (18), est parallèle à l'axe x de l'hexapode) que R2 permet de faire passer de l'intervalle offert par l'hexapode (qui est typiquement (û15° à +15°)) à (-15° à presque +90°), les rotations possibles (0x) et (Oz) restant inchangées, respectivement de l'ordre de (û15° à +15°) et de (û30° à +30°) environ ; cette nouvelle possibilité d'orientation de la nacelle terminale (16bis) est très appréciable, puisque c'est celle de l'axe des outils chirurgicaux portés par le robot. Le concept d'hexapode gigogne (H+H) complété par la rotation R2 cumule les avantages d'assez grands débattements linéaires et angulaires de la nacelle porte-instruments chirurgicaux et préserve les meilleures propreté et stérilité possibles.

Poursuivons la description de ce bloc opératoire avec le description du lit (2) : c'est une planche (figures 2, 8, 10) en matériau non métallique (plastique dur par exemple), couverte d'un matelas pneumatique (20) de caoutchouc moulé, lisse, stérilisable et présentant beaucoup de petites tétines sur le sommet desquelles repose délicatement le patient ; l'épaisseur totale du matelas (20) n'excède pas 4 cm. La planche (2) mesure typiquement 10 à 20 mm d'épaisseur et environ lm de large, 2.5 m de long pour la version (I ), 2 m de long pour les versions (II) et ( III) ; 4 renforts latéraux, moulés sur la surface de (2), deux selon la direction X sur la surface inférieure, deux selon la direction Y sur la surface supérieure de (2), assurent la rigidité de (2) ; les 2 renforts inférieurs (23) servent aussi de support de roulement pour les 4 tables de translations motorisées indépendantes (24), (25), (26) et (27), placées juste sous (2) ; (24) et (27), aux deux extrémités du lit, forment deux tiroirs, par exemple pour y placer des outils chirurgicaux (67) ; entre ces deux tiroirs, les tables (25) et (26) pour recevoir l'imageur numérique du poste de radiographie X (15) et le détecteur magnétique (73), tous quatre translatables en X ; translations motorisées chacune par son anneau, constitué par exemple d'un cordon plastique, possiblement cranté, ou simple ruban de feuillard métallique (titane de 5 m par exemple) de près de 5 m de long, les extrémités fixées à la table correspondante, l'une directement, l'autre via un ressort de tension du cordon ; ainsi tendu et formant une boucle, grâce à deux poulies situées aux extrémités de (2), l'une de ces poulies étant motrice ; donc, 4 poulies motrices et autant de poulies libres, ou seulement 2 de ces poulies si les tiroirs facultatifs (24) et (27) n'existent pas. Les positions de ces 2 tables (25) et (26) sont mesurées, chacune par le codeur incrémentai de son moteur, depuis leurs zéros respectifs, idéalement fournis par des

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capteurs inductifs sans contact, (28) pour la table (25), ou (29) pour la table (26) ; ces capteurs de zéro ont l'avantage distinctif d'être absolus : après une coupure de courant électrique, la mesure est immédiatement retrouvée après rétablissement de l'alimentation électrique ; de plus, leur précision de positionnement est insurpassable, et leur propreté inégalable (surface lisse et plane, nul recoin) ; la figure 6 illustre le principe de ces capteurs définissant une position de référence, une position dite zéro . Le capteur de zéro magnétique est réalisé avec 2 constituants plans, de préférence 2 circuits imprimés (2 couches) respectivement fixés, face à face, dans leurs logements respectifs pour les abriter de toute possibilité de friction, un circuit imprimé fixé sur la table de translation ((26) par exemple) dont on veut définir une position X zéro et l'autre circuit imprimé fixé sur le support de cette table qui, ici, est la face inférieure de (2), préférentiellement l'un des renforts latéraux (23) de la face inférieure de (2) qui servent de support et de guide pour les tables de translation selon la direction X : un premier constituant est une simple bobine (39), de forme circulaire ; le second constituant est un groupe de 2 bobines, (38-1) et (38-2), montées en série, leurs sens de circulation étant opposés ; de plus, elles sont adjacentes et leur forme, semi-circulaire ou rectangulaire, leur permet d' avoir une frontière commune, rectiligne, et qui, au montage, a été soigneusement positionnée perpendiculaire à la direction X de la translation. Cette disposition des constituants de ce capteur magnétique fournit un zéro de la translation X, parfaitement indépendant d'un éventuel déplacement parasite, lacet, roulis ou déplacements selon Y ou Z de la table ainsi instrumentée. L'un des 2 constituants, alimenté en courant alternatif, crée un champ magnétique qui induit une tension dans l'autre constituant ; par exemple, 2 bobines (38-1) et (38-2), alimentées en courant, génèrent dans leur partie centrale 2 champs magnétiques de même intensité et de directions opposées ; (39), dont le diamètre est plus petit que le segment frontière des 2 bobines (38), embrasse une partie des 2 flux opposés émis par 2 bobines (38) ; la tension induite dans (39) est nulle pour la position X-zéro telle que ces 2 flux s'annulent. Les rôles respectifs, émission-réception, des 2 constituants de ce capteur peuvent être inversés mais la version préférée est l'émission par les 2 bobines (38), pour la raison que le champ magnétique émis est alors essentiellement localisé à proximité des 2 bobines (38), tandis que l'émission par (39) décroîtrait moins vite à grande distance ; ce n'est toutefois nullement gênant pour le multi-capteur (70-71-72-74) dans la mesure où ces différentes mesures ne sont jamais effectuées simultanément, les capteurs de zéro n'étant mis en service que durant la phase initiale de réglage de position des tables (25) et surtout (26) pour initialiser les codeurs incrémentaux des moteurs de translation des dites tables, ou encore peut-être après une coupure de l'alimentation électrique (panne du groupe électrogène), quand le groupe de secours a rétabli l'alimentation électrique. Quant à décider qui, de la table (26) ou du renfort (23) du lit (2), porte tel ou tel composant du capteur de zéro magnétique, c'est à nouveau arbitraire.

La table (25) porte encore deux autres capteurs sans contact, inductifs, respectivement (30) et (31) : (30), pour éviter une collision de (25) sur (24), (31) pour éviter une collision de (25) sur (26) ; (26) porte aussi deux autres capteurs sans contact, inductifs, respectivement (32) et (33), (32) pour éviter une collision entre (26) et (27) et enfin (33) pour éviter une collision entre (26) et (27) ; ces 4 capteurs sans contact, (30) et (31) pour la table (25), (32) et (33) pour la table (26), commandant l'arrêt du moteur de translation des tables correspondantes et peuvent être considérés comme des butées sans contact, mais mobiles, pour les tables (25) ou (26). Les tiroirs (24) et (27) n'ont que 2 positions,

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ouverte ou fermée, contrôlées respectivement par les capteurs (34) ou (35) et (36) ou (37), qui ont le rôle de butées AV ou AR fixes.

Revenons maintenant à l'opération d'entrée de P) dans le bloc opératoire. Le patient doit être placé sur le lit de sorte que l'organe sur lequel interviendra le chirurgien puisse se trouver à proximité du point (Il). Le point (SI) peut avantageusement être pris pour origine des coordonnées. Avec ce repère orthonormé de coordonnées SlXYZ, sur le lit (2) amené devant la trappe ouverte du sas, il suffit de placer le patient (P ) de sorte que l'organe à opérer, C, soit centré transversalement (Yc 0) par rapport au lit ; cette position est donnée au patient sur le lit en position d'entrée/sortie. Après descente de ce lit, de 50 cm environ, par rapport au chariot (6) pour pouvoir franchir la porte escamotable (8), i.e. quitter le sas d'introduction (3") et entrer dans le cocon (3'), c'est le lit qui doit être positionné, en X d'abord, pour que le point de l'organe à opérer arrive à l'abscisse Xc 0 ; reste ensuite à remonter le lit, grâce aux vérins verticaux (7), pour faire atteindre au point C une cote Z proche de zéro. Pour la sortie de P du bloc, opérations inverses : descente du lit, puis translation en X jusqu'à l'extrémité du chemin de roulement du chariot (6) sous la trappe du sas, enfin ouverture de cette trappe et sortie.

Ici s'achèvent les descriptions de la bulle de confinement, le cocon (3), et de la disposition des robots sur le dôme du cocon, pour la réalisation n° I ; la version n° II de ce bloc opératoire assure les mêmes fonctions de bulle de confinement du patient et des instruments chirurgicaux portés par les mêmes robots qui ont aussi la même disposition. Alors pourquoi cette version n° II ?

Deuxième mode de réalisation : version préférée de la bulle de confinement.

Dans cette deuxième réalisation, l'accent est mis sur la possibilité d'accès direct, la possibilité de contact physique entre la main gantée de l'homme ou de la femme sur site, médecin ou assistant, et le patient qui, dans le bloc opératoire, est dans une situation angoissante. D'où l'idée d'un moyen du nécessaire confinement qui soit imperméable aux poussières, microbes, ..., mais tout à fait perméable à la main et à la voix : ce moyen de confinement, c'est un rideau formé par la juxtaposition de pans, dont le simple écartement donne l'accès direct au patient. C'est important en cas d'urgence, plus facile que l'usage de la boite à gants qu'est le cocon de la version I ; le travail de l'anesthésiste en est facilité, celui aussi du bon samaritain murmurant des paroles rassurantes ; voilà la motivation principale, la justification de la version II. Avec cette version, la notion de cocon est atténuée ; il n'y a plus de sas ; et on a voulu un bloc opératoire en deux parties, presque physiquement séparées, la partie basse (40) avec le lit (2) et la partie haute (41), le toit, dont la partie centrale porte les robots équipant ce bloc (1-II) ; la figure 7 montre en effet un tunnel dont les dimensions intérieures sont 5 m de long, 1 m de large et près de 1.8 m de haut. Ce tunnel a une partie basse, une structure (40) en U (lm en largeur, 0.7 m de haut, 5 m de long), lisse à l'intérieur, dûment nervurée à l'extérieur et calée horizontale à même le sol. Le toit (41) du tunnel est formé de 3 parties, une zone centrale en forme de cône inversé (42), comme un entonnoir, coiffé du dôme sommital (43) porteur des robots, et 2 appendices (44) de part et d'autre de la zone centrale, chacun de près de 2 ni de long ; l'ensemble du toit est consolidé sur toute sa longueur par les deux flancs latéraux (46), fixés au dôme et aux deux arêtes du toit (41), et par un ensemble de tubes triangulant tout le toit.

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Le toit (41) peut être soutenu depuis la partie basse (40) par une série de poteaux ; plus volontiers toutefois, ce toit est tenu par un portique (48) extérieur au tunnel, à une hauteur de 2 m par rapport au sol, par 4 poteaux (haubanés) aux 4 coins du tunnel ; le sommet du dôme (43) est à 2.4 m du sol.

Entre le toit (41) et chacune des faces externes du U (40), deux rideaux segmentés (46), de 4.5m .1.3m, suspendus à (45), ferment latéralement le volume interne de (1-II). Egalement suspendus à (45), 2 rideaux (47) de films multicouches d'aluminium déposé sur des feuillards de plastique résistant à plus de 150°C peuvent être déroulés ou tirés pour couvrir les 2 rideaux (46) pendant la stérilisation de l'ensemble de ce bloc (1-II).

Les deux extrémités du tunnel sont fermées par deux groupes de conditionnement d'air (10) qui injectent dans le bloc l'air filtré, régulé en température et en humidité, air qui ressort du bloc opératoire, version II, par les fentes de cette simple jupe segmentée (46) ; l'environnement propre et stérile du patient est obtenu dynamiquement, plus encore que dans la version précédente de bloc opératoire. Les panneaux porteurs de ces groupes (10) sont démontables pour laisser, occasionnellement, le passage au lit (2-II) posé sur son chariot-ascenseur (6) déplaçable en X et en Z. Le lit (2-II) est identique au lit (2-I), sauf sa longueur plus standard pour un lit, 2m, alors que la version I de ce lit mesure 2.5 m de long ; sous ce lit se trouvent encore les tables (25) et (26), en charge des mêmes fonctions ; en revanche, les tiroirs (24) et (27) n'existent plus ici. La figure 8 montre plusieurs positions du lit, extra-basse, extra-haute et intermédiaire : dans tous les cas, la visibilité est bonne et l'accès au patient, à travers le rideau, est facile ; ce rideau soulevé et remonté jusqu'au toit, les opérations d'entrée ou de sortie de (P) ne posent guère de difficultés. Le patient (P), dûment préparé sur un brancard ou un lit roulant, est transféré sur le lit (2-II), en soulevant le rideau (46) sur une longueur de 2 m. Comme pour la version I (cf. pages 13, lignes 4 à 16), le lit (2-II) est translaté en X, puis monté pour amener en coïncidence approximative les points (C) et (S2) ; en fin d'opération, le lit est descendu pour éloigner le patient (P) des robots ; l'assistant sur site sort (P) de sa bulle de confinement, opération bien plus facile que dans la version I, notamment en cas d'intervention d'urgence.

Le dôme (43) au dessus du milieu du toit reçoit les embases des robots, comme la cloche (3') de la réalisation précédente ; et comme (3'), (43) a une forme proche d'un polyèdre. A la fois pour fournir un exemple autre que le choix de la version précédente et pour mieux faciliter l'accès au patient allongé sur (2) + (20), la forme de polyèdre choisie pour cette version préférée est celle du ballon de foot, une tranche d'icosaèdre tronqué : la face sommitale de (43) est un pentagone, entouré de 5 hexagones ; 5 robots, de préférence des hexapodes et leurs soufflets, possiblement installés sur ces 5 hexagones. En effet, pour faciliter l'accès direct au patient par simple écartement de deux pans du rideau (46), il est souhaitable d'augmenter la hauteur libre entre le lit (2) et les bords inférieurs du toit (41) du tunnel ; il faut donc donner à (43), qui forme le toit au-dessus du patient, une forme plus ouverte, une concavité plus faible que celle de l'icohexaèdre approximant la forme du dôme de la version (I) ; l'icosaèdre tronqué s'y prête bien. En choisissant, par exemple, une dimension d'arête d'environ 40 cm, le pentagone et ses 5 hexagones qui l'entourent forment un dôme de 175 cm de diamètre et de 42 cm de hauteur ; les rayons de l'intersphère (qui passe par le milieu des arêtes) et de la sphère circonscrite sont respectivement 97 cm et 99 cm. La figure 8 montre la coupe de la version II de ce bloc selon la grande longueur du lit (l'axe X), les hexagones de (43) dont les centres H1, H2, H3, H4, H5, sont les centres des embases de ces hexapodes, la zone (w), où tous les 5

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hexapodes peuvent coopérer, et son centre S2. Tous les axes HS2 font un angle de 35° avec la verticale ; deux axes adjacents, 40° ; deux axes non adjacents, 70°. Autre différence d'avec la version I, les jambes des hexapodes et les soufflets ont suivi la progression des distances HS2, passées de 55 cm à près de 1 m ; le diamètre de perçage des fixations des rotules d'embase est augmenté en proportion du rapport des longueurs d'arêtes, passées de 26 cm dans la version (I) à 40 cm dans la version (II).

Troisième mode de réalisation de l'architecture du bloc de téléchirurgie :

Cette version a minima est une seconde version préférée, sauf pour les grands brûlés parce que la notion de bulle de confinement est presque abandonnée ; ou plutôt, la dite bulle devient immatérielle dans cette version très allégée : il n'y a plus de toit, ni d'enveloppe du lit (2) donc il ne reste ici plus de surface délimitant un cocon pour le patient (P). Un portique (52) supporte 4 poutrelles (50), de 3 m de long, par exemple des poutrelles en I , parallèles au grand axe du lit ; les 2 poutrelles centrales, horizontales, créent un premier chemin de roulement situé à une hauteur de 215-230 cm par rapport au sol ; les 2 poutrelles latérales, inclinées, ont leurs points bas à 180 cm de hauteur et créent, conjointement avec les poutrelles centrales, 2 autres chemins de roulement, comme le montrent les figures 9 et 10 ; 3 chariots sur les poutrelles centrales, 2 chariots sur les 2 chemins de roulement inclinés, voilà de quoi porter et positionner jusqu'à 6 robots dont les embases sont fixées à ces chariots motorisés (51), plus un conditionneur d'air, logé sur le chariot situé à la verticale de (C), duquel une colonne (53) souffle vers le bas l'air, filtré et régulé en température et humidité ; l'évasement (54) (souple, plissé, segmenté pour ne pas gêner les mouvements des robots alentour) descend jusqu'à environ 1.6 m, c'est-à-dire quelque 40 cm au-dessus du point C, centre du champ opératoire. C'est donc un confinement plutôt immatériel que réalise le courant d'air filtré autour du champ opératoire du patient et autour des outils chirurgicaux portés par les robots suspendus à leurs chariots (51). Les 4 poutrelles et les 2 arches d'extrémités (52), qui forment le portique, les chariots, les embases, les nacelles et les vérins des robots, la conduite d'air purifié (53,54) sont avantageusement réalisées en stratifié verre-époxy, léger, robuste et amagnétique ; les rotules des nacelles en matière plastique chargée. Les 7 chariots (51) peuvent rouler sur (50) et s'y bloquer, une fois leurs positions choisies. Le point S2 n'est pas, dans cette version III, un point fixe de la structure : c'est un point du segment horizontal, parallèle à l'axe X, à proximité du point C, situé ici à environ 1.2 m du sol. L'intérêt particulier de cette version III, dont les chariots (51) translatables en X avec des amplitudes de l'ordre de 1 m, est la facilité d'introduction dans le corps de (P) d'outils chirurgicaux, via une mini-incision ou via un orifice naturel. Le lit (2- III) est identique au lit (2 û II), mêmes dimensions, mêmes tables (25) et (26) ; un chariot rouleur en X,Y et un élévateur en Z, avec une amplitude de l'ordre de 50 cm pour le lit.

Maintenant que les descriptions des trois versions de l'architecture générale de (1) et de la disposition des robots ont planté le décor, restent deux descriptions essentielles, celle du montage des outils chirurgicaux, puis celle des capteurs qui sont le centre nerveux du bloc, d'abord en ce qu'ils sont sur place la vue et le toucher du ou des télé-chirurgiens ; puis ces capteurs, contrôlant tous les asservissements de positions automatisés, soulagent le travail et la fatigue des télé-chirurgiens en se chargeant de quelques actions de suivi

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liées à l'opération en cours.

Montage des outils chirurgicaux sur les nacelles des divers robots installés sur (1).

Le parti pris concernant le montage des outils chirurgicaux sur les nacelles des divers robots installés sur (1) est la totale interchangeabilité : les nacelles terminales de tous ces robots doivent pouvoir recevoir, vite et bien, tous les outils chirurgicaux, y compris la sonde échographique, les endoscopes ou les outils d'actions (pinces, scalpels, bistouri électrique, seringues, etc). Aussi a t'il été choisi (figure 11) de créer un intermédiaire universel (62) entre n'importe quelle nacelle et n'importe quel outil chirurgical ; et de doter ces intermédiaires universels de 2 capteurs essentiels : à savoir, coté amont, i.e. coté nacelle, un capteur (68) de mesure des 6 composantes des efforts transmis entre l'organe du patient touché par l'instrument chirurgical (67) et la nacelle terminale (18) du robot, capteur qui restitue le sens du toucher au téléchirurgien et coté aval, proche de l'outil chirurgical, un capteur magnétique (69) de mesure des 6 degrés de liberté de position et d'orientation du point (M) de l'intermédiaire universel, dans le but d'atteindre la connaissance des 6 degrés de liberté de position et d'orientation de l'extrémité opéra--tionnelle (S) de l'outil chirurgical. Le capteur (69) est un capteur magnétique, très classiquement constitué d'un trio de petites bobines disposées selon les trois faces d'un trièdre trirectangle (69-1, 69-2, 69-3) centré au point (M) : (69) fournit les positions XM, YM, ZM et les orientations UM , VM , WM de ce point (M) dans le repère AXYZ, lié au tapis (73) de bobines (74) qui émettent des champs magnétiques captés par les bobines (69), ou l'inverse. Si les positions géométriques des points M et S étaient idéales, i.e. les points Mi (le point lui-même et l'axe du trièdre des bobines (69)) de l'intermédiaire universel (62.i) et Sk de l'outil chirurgical (67.k) respectivement parfaitement alignés sur l'axe des connecteurs (63) de (62.i) et (64) de (67.k) et les distances des points Mi et Sk au plan de référence des connecteurs (63) ou (64) étant k M(62.0 et ?S(67.k), la somme de ces 2 distances étant Lik , avec Lik = ?M(62.i) et kS(67.k), le point (S) aurait, dans le repère AXYZ, les positions : XSk= XMi +UMi * Lik , YSk= )(Mi + VMi * ZSk= ZMi + WMi * Lik , et les trois orientations identiques à celles de (Mi) ; c'est la simple addition vectorielle : ASk = AMi + Lik (UMi+ VMi + WMi ). En réalité, les réalisations ne sont pas idéales ; deux séries d'étalonnages initiaux ont identifié (fig. 13) d'une part la géométrie du point (Mi) relativement au plan d'interface de l'embase (63.i) du connecteur pour chaque intermédiaire universel (62.i), d'autre part celle du point (Sk) relativement au plan d'interface de la fiche (64.k) du connecteur, pour chacun des outils chirurgicaux (67.k) ; puis, c'est un calcul utilisant la matrice de passage entre les deux repères de coordonnées de part et d'autre du plan d'interface P des deux éléments du connecteur (63.i-64.k) : axe z, normal à p et axe x = axe du détrompage (63/64). Ces calculs de transformation de coordonnées doivent être transparents pour les utilisateurs du bloc opératoire : d'où l'importance de l'identification automatique de tout intermédiaire universel (62.i) et de tout outil chirurgical (67.i), via des étiquettes RFID (72), (cf. page 22- lignes 13 à 31) par le système de gestion informatique de ce bloc opératoire (1). Jusqu'ici l'intermédiaire universel (62) a été décrit coaxial à la normale de la nacelle (18) sur laquelle il est monté ; ce peut ne pas être le cas si une pièce (62bis) est insérée entre 45 (18) et (62) pour désaxer, latéralement et /ou angulairement, (62) par rapport à (18) ; ces

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désaxeurs (62bis) sont définis (fig.12) par la position relative des points N et N' qui sont les points d'intersection de l'axe des connecteurs (60) et (60bis) et des plans d'interface de ces connecteurs et par l'angle que font entre eux les axes des 2 connecteurs (60) et (60bis) ; (N' : r, 0, cp ; coordonnées sphériques avec l'axe z qui est l'axe du connecteur (60) et l'axe x, celui du détrompeur de ce connecteur (60)).

Une telle insertion de (62bis) entre (62) et (18) doit être trivialement simple, comme doit l'être aussi celle de (62) sur (18) et aussi celle de (67) sur (62) : d'où le choix d'utiliser les connecteurs industriels, peu ou pas modifiés, Fischer 405 ou Lemo-Redel , ou autres, comme moyen sûr et commode de montage de (67) sur (18) via (62) ou via (62bis +62) ; ainsi réalisée, la jonction mécanique est parfaite, faite et défaite d'un simple clic, grâce au système push-pull de ces connecteurs ; de plus, bon nombre de contacts électriques sont disponibles ; et même, quelques-uns de ces connecteurs peuvent encore, moyennant une légère modification, assurer une jonction de fluide, gaz ou liquide.

Ainsi instrumenté, l'intermédiaire universel (62i) peut piloter le robot portant cet inter- médiaire universel qui, lui-même, porte l'outil chirurgical (67j), en toute indépendance vis à vis d'un possible désaxage (qui serait introduit par (62bis) entre (62) et (18) ; en effet, un tel désaxage n'a aucune conséquence pour ce qui est du guidage du robot, parce que ce ne sont pas les capteurs propres du robot (les capteurs de mesure des longueurs 11, 12, 13, 14, 15, 16 Si le robot est un hexapode) qui pilotent la position de la nacelle du robot ; l'outil chirurgical (67j) est guidé grâce à la connaissance des 6 degrés de liberté de la position de son point (Si), calculées à partir des mesures fournies par le capteur (68;) logé dans l'intermédiaire universel (62;). Par exemple, plusieurs robots peuvent être pilotés, chacun par son intermédiaire universel, pour que les points (S) des outils chirurgicaux (67) û tenus par ces robots -prennent des positions et orientations relatives précise si l'un des outils chirurgicaux est une sonde échographique, le guidage de tous les robots du bloc peut être rapporté aux images ultrasonores fournies par cette sonde échographique.

Réalisation des intermédiaires universels (62). Les options étant prises de loger les 2 capteurs, de restitution du toucher et de mesure de position , et d'utiliser des connecteurs industriels comme moyen commode et sûr d'accouplements (18)-(62) et (62)-(67), un premier type de ces connecteurs (connecteur aval : (63-64)) relie un quelconque outil chirurgical et l'un des intermédiaires universels, avec par exemple 6 contacts électriques, voire une jonction de fluide ; un second type de ces connecteurs industriels (60-61) pour le connecteur amont, incompatible avec le connecteur aval, pour relier tout intermédiaire universel et la nacelle de n'importe quel robot installé sur le bloc chirurgical, avec par exemple 19 contacts électriques et un passage de fluide, permettant l'apport jusqu'à l'outil chirurgical, soit d'un jet de gaz, soit d'un liquide transmis à une seringue. Le connecteur amont a son embase (60) fixée sur la nacelle (18) et sa fiche (61) est fixée sur l'intermédiaire universel (62) ; pour les connecteurs aval, c'est l'outil chirurgical qui porte la fiche (64), l'intermédiaire universel portant l'embase (63). La raison du nombre plus élevé de contacts dans le connecteur amont est la présence de capteurs dans chaque intermédiaire universel (62) Les connecteurs choisis, dont la majeure partie des corps est réalisée en matière plastique (405 ou Redel ), sont spécialement conçus pour les usages médicaux, et bien sûr, stérilisables ; l'autre avantage de ces connecteurs en matière

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plastique est leur transparence aux champs magnétiques, ce qui est ici très important pour le bon fonctionnement du capteur (69). Il a déjà été mentionné que le capteur (69) ne fonctionne bien, sans exiger des corrections complexes, que si son environnement est aussi peu métallique que possible (courants de Foucault) et de préférence non ferromagnétique ; c'est pourquoi les nacelles, et même les vérins des hexapodes [14] sont, de préférence, des pièces de matière plastique durcie et stérilisable ; les corps des connecteurs choisis en PEEK, les instruments chirurgicaux (67) en matière plastique ou en céramique isolante comme la remarquable zircone. Le capteur d'efforts (68) est, ici, un cylindre à paroi mince, ajouré de façon à former les six jambes d'un hexapode (encore un hexapode, mais ici un hexapode de mesure des efforts appliqués), jambes sur chacune desquelles pourrait être collée une jauge de contrainte, à condition d'être mécaniquement très molle par rapport aux jambes de l'hexapode de mesure, de façon à ne pas modifier significativement l'état de contraintes de chacune des jambes de cet hexapode de mesure.

Réalisation préférée de (62) : La réalisation préférée de (62) est une pièce (65), obtenue directement terminée, sans besoin d'aucun usinage complémentaire, soit en verre par moulage à la cire perdue, soit en PEEK ou similaire par injection ; les figures 11 ou 12 montrent (65), composée de 2 parties : - (65-1) forme l'hexapode de mesure des contraintes, ses 6 évidements créant ses 6 jambes, les 6 amincissements créant les 6 charnières des jambes et ses épaulements (qui ultérieurement recevront le soufflet de protection (59)), l'épaulement aval étant prolongé d'un trièdre trirectangle pour y loger les bobines (69), puis se terminant par le réceptacle de (63) pour former de façon compacte et monolithique les corps des 2 capteurs, (68 ) et (69), et du réceptacle de l'embase (63) du connecteur recevant celui des outils chirurgicaux verrouillé sur (62) ; -l'autre composante, (65-2), n'est que le tube ouvragé, ajusté sur l'épaulement amont de (65-1) et réceptacle du support de la fiche (61), connectable à la nacelle d'un robot. Vient ensuite, si (65) est faite en verre, un traitement chimique de durcissement par trempé dans un bain de sel de potassium (fondu à 440°C), ce qui rend les 2 pièces de (65) pratiquement incassables ; ensuite, verre ou PEEK pour (65), vient le dépôt, par évaporation sous vide, sur les faces internes ou externes des jambes d'hexapode, d'une couche de silicium amorphe ou de tout autre matériau présentant une piézorésistance élevée, puis le collage à l'argent des fils de mesure des résistances des films piézorésistifs, enfin le montage, l'embase (63) (et ses conducteurs soudés) vissée dans (65-1), les bobines (69) collées sur le trièdre de (65-1), puis tous ces conducteurs fins soudés sur (61), préalablement vissée sur (65-2) ; puis collage du rodage (65-1) vs (65-2) et pose du soufflet (66).

Alternativement, (65) peut être réalisée en une seule pièce, verre ou PEEK, ce qui évite le collage de (65-1) sur (65-2), mais oblige à coller, et non à visser, l'embase (63) et la fiche (61) sur la pièce (65) ; ceci est possible et c'est même la version préférée de (62). Le soufflet (66) a la double fonction d'exclure de la bulle de confinement stérile tous câbles électriques, voire un conduit de fluide, qui transitent par l'intermédiaire universel (62) et de prévenir la conséquence fâcheuse pour le patient du possible bris de (65) si, malgré le durcissement chimique du verre, une fausse manoeuvre provoquait la casse de l'hexapode de mesure. -19-

Le connecteur aval (63-64) transmet les fils électriques de la sonde échographique et ceux, utilisés ou non, réservés aux autres outils chirurgicaux ; le connecteur amont ((60)-(61)) transmet au delà de la nacelle non seulement les signaux qui transitent par le connecteur aval, mais aussi les 7 jonctions du capteur (68) et les 6 jonctions de (69), soit au moins 13 contacts supplémentaires pour ce connecteur amont. Les deux types de connecteurs, incompatibles entre eux, ne permettent donc pas de monter un outil chirurgical (67) directement sur la nacelle du robot, c'est-à-dire sans ses capteurs de mesure des efforts appliqués et de mesure des 6 degrés de liberté de sa position.

Les divers capteurs, leurs fonctions, leurs natures, leurs positionnements.

Les capteurs sont les organes sensoriels du bloc opératoire ; leurs mesures sont télé-transmises jusqu'à peut-être 10.000 km de ce bloc, au moins pour information aux télé-chirurgiens. Certaines de ces mesures sont traitées sur site, notamment : - la température et l'humidité de l'air injecté dans le cocon, - les positions des tables (25) ou (26), - la position de la peau du patient en cours d'opération et les mouvements induits par le battement cardiaque et/ou la respiration de l'opéré : ces mesures pilotent les asservissements de position des platines des divers hexapodes, pour un suivi intégral de sorte que, pour le télé-chirurgien, la peau apparaît immobile ; ce suivi à 100% ne vaut que pour les opérations à ciel ouvert , où l'organe à opérer est à en pleine vue ; en chirurgie miniinvasive, c'est le mouvement de l'organe à opérer qu'il convient de suivre ; enfoui à l'intérieur du corps, cet organe subit un mouvement souvent d'amplitude supérieure à celui de la peau du champ opératoire (cas du coeur), parfois d'amplitude inférieure si l'organe à suivre est perturbé par le mouvement pulmonaire ; d'où un asservissement des positions des platines d'hexapodes, avec un coefficient correcteur, inférieur ou supérieur à 1, selon les cas. Ces mesures, traitées sur site, sont transparentes pour les télé-chirurgiens.

D'autres mesures, après transmission, sont traitées par le centre de télé-opération et modifiées pour en offrir une présentation visuelle très claire ou une restitution intuitive, faciliter la compréhension immédiate des résultats de ces mesures. Parmi ces mesures, les composantes du tenseur des contraintes résultant de l'interaction entre l'outil chirurgical et l'organe touché par cet outil ; ce ne sont pas les composantes de ce tenseur qui sont présentées au chirurgien, mais leur traduction, leur restitution sensitive par la poignée ou le joystick, directement issus des jeux vidéo, tenu par le télé-chirurgien, qui a ainsi l'impression de tenir l'instrument dans ses mains. Une éventuelle radiographie, digitalisée sur site, expédiée (ces appareils sont équipés de modem) puis recréée, en vue de son analyse par des experts hors site. Le patient sur son lit passe sous le générateur X (15), fixé sur le dessus de (3), ou (44), à coté du dôme porteur des robots ; le détecteur de la radiographie (15bis) est solidaire de la table (25), mobile sous le lit (2). Il est donc facile de déplacer le lit pour améliorer la position du patient (P) par rapport à (15) ou par rapport au point (12) si la radiographie permet de préciser l'endroit où interviendra le chirurgien. Ceci vaut aussi pour la version II de (1). Le télé-chirurgien dispose aussi d'un traditionnel appareil d'imagerie par échographie ultrasonore en temps réel. - 20 -

Le capteur principal, c'est ici un multicapteur magnétique et ses nombreuses fonctions : - il est chargé de mesurer les positions du champ opératoire du patient sur le lit (2) (position moyenne et variations dues aux battements cardiaque ou pulmonaire), ces mesures servant à optimiser la position du lit (en X) par rapport au point SZ, centre de la zone de travail des outils portés par les robots et point fixe du dôme (3) ou (43) ; - il est chargé de mesurer les positions des extrémités opérationnelles (S) des outils chirurgicaux (57) portés par les n robots installés sur (3) ou sur le dôme (43) ou sur (51).

On pourrait considérer que les 6 degrés de liberté des nacelles de ces robots sont suffisamment bien identifiés par la connaissance des longueurs des jambes des n hexapodes et par la mesure préalable de la géométrie des n embases de ces robots sur la coquille (3) ou (43), ou encore de (51), ce qui pourrait être vrai si les hexapodes sont de très bonne qualité, si le squelette de (1) est réellement indéformable au niveau d'une petite fraction du mm, et s'il ne se produit aucune coupure de courant d'alimentation du bloc opératoire qui ferait perdre les valeurs des longueurs des jambes, autrement dit, si les capteurs de position mis en oeuvre sur ce bloc ne sont pas des capteurs absolus.

Compte tenu du souci de limiter le coût de fabrication de ces blocs, sans compromis sur la qualité des soins fournis, mieux vaut limiter autant que possible le coût des hexapodes et utiliser le multicapteur sans contact, absolu, capable de scruter, en séquences rapides, pour successivement mesurer les 6 degrés de liberté des porte-instruments chirurgicaux (62) positionnés sur les nacelles des n robots installés sur (3) ou (43) ou (51), comme des positions, variables dans le temps, du champ opératoire du patient ; ainsi sont court-circuitées toutes les incertitudes relatives à la déformabilité de la structure du bloc opératoire, aux positions précises des embases de robots et aux battements du corps du patient.

D'où le cahier des charges de ce multicapteur magnétique, véritable auxiliaire des télé-chirurgiens. Magnétique, en raison de la transparence aux champs magnétiques des milieux non ou peu conducteurs de l'électricité, notamment le lit (2) et le corps du patient personnel médical sur site, pour les puissances et les fréquences, de l'ordre du mégahertz, mises ici en oeuvre, ce multicapteur magnétique (figure 14) est constitué de plusieurs éléments distincts : d'une part, un damier plan (73) de plusieurs bobines (74), et d'autre part, des bobines ou de groupes de bobines (69) [pour mesurer les positions et orientations des intermédiaires universels (62) et donc des outils chirurgicaux (67) portés par ceux-ci] et au moins 3 bobines (70) [scotchées autour du champ opératoire, la forme préférée de ces bobines (70.x) étant un circuit imprimé (71), dont le centre évidé laisse l'accès complètement libre à tout le champ opératoire ; le rôle des bobines (70) est d'identifier la position et les battements du champ opératoire]. Les bobines (74) et les bobines (69) et (70) ont des rôles symétriques : si une bobine (69) ou (70) joue un rôle émetteur, à la fréquence f , une partie au moins des bobines (74) doit jouer le rôle récepteur sur cette fréquence particulière f ; et réciproquement. Outre ces bobines (69) et (70), il y a encore des timbres RFID (72) dont l'utilisation sera décrite plus loin (cf. page 22-lignes 13 à 31).

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La spécificité du dispositif ici mis en oeuvre, sa force, la clé de l'amélioration considérable de précision comparée à l'état de l'art antérieur, c'est que le tapis de bobines (73) est porté par la table (26), à quelques cm sous le matelas (20) sur lequel est posé le patient, et que cette table (26) est translatable selon la direction X : reste à chercher la position optimale du tapis (73) des bobines (74), au plus près du champ opératoire ; cette recherche de position optimale de (26), donc de (73), résulte des mesures effectuées, en préalable à l'opération chirurgicale, entre les bobines (74) et (70) ; ce faisant, on a maximisé l'angle solide sous lequel les bobines (69), (70) voient l'ensemble (73) des bobines (74), lesquelles sont à peu près adjacentes les unes aux autres de façon à couvrir au mieux toute la surface plane disponible sur la table (26). ter point : la précision ici atteinte n'est que la conséquence de l'ampleur de cet angle solide, laquelle résulte de la grande surface du tapis (73), pouvant friser 1 m2, et de la proximité û à peine plus que l'épaisseur du corps du patient au droit du point C û entre les bobines (74) et les bobines (69). 2'd point, plus conséquent encore : la table (26) maintenant immobilisée dans la position pour laquelle le point A, centre de (73), se trouve à peu près à la verticale du point C, centre du champ opératoire, le tapis (73) de bobines (74) est devenu solidaire du corps du patient (P). Toutes les mesures de positions et d'orientations des outils chirurgicaux portés par les divers robots de ce bloc opératoire sont rapportées directement au patient lui-même, en tenant compte de ses mouvements cardiaques et pulmonaires, que les robots peuvent suivre de sorte que, pour le chirurgien, tout se passe comme si ces mouvements n'existaient pas.

La version préférée des diverses versions de (73) est constituée de circuits imprimés multicouches ; la dimension maximale de tels circuits électroniques (cuivre et verre époxy) étant de l'ordre de grandeur de 45 cm, pour rester dans des formats standard pas trop chers, la partie horizontale de (73) peut être formée de 4 circuits électroniques imprimés multicouches, voire 4 parties verticales de 2 de ces circuits, soit un total maximum de 12 circuits imprimés, tous connectés au multiplexeur, distribuant les courants ou collectant les tensions, de fréquences dédiées à la détection de telle ou telle bobine (69) ou (70) ou (71) ou (72). Ce type de capteur magnétique est très classiquement utilisé depuis fort longtemps et continue d'être constamment amélioré [15].

En ce qui concerne le calcul des positions et orientations des diverses cibles marquées par les bobines (69) ou (70), voire (71) ou (72), les ambiguïtés bien connues n'existent pas ici dans la mesure où toutes ces bobines sont évidemment toutes placées du coté des Z positifs, dans le repère orthonormé AXYZ, A étant le centre du tapis (73) leurs coordonnées X comprises entre - a/2 et +a/2, et Y comprises entre -R/2 et + fi/2, a et fi étant les dimensions de (73) selon les directions X et Y. On a ici une situation comparable à celle d'un avion, en approche vers un terrain d'atterrissage, évidemment localisé à une altitude Z > 0 et venant d'un secteur géographique (X et Y) connu ; ou encore celle d'un outil de forage souterrain dont on cherche à suivre la position en équipant la tête de forage d'un magnetic tracker .

Chacune des 3 mini bobines (69-1, 69-2, 69-3), trirectangulaires entre elles peut être émettrice, traversée par un courant alternatif, ou au contraire réceptrice, collectant un - 22 - flux magnétique émis par (74), ce qui génère une tension aux bornes de chaque bobine (69). Pour la précision des mesures de position et d'orientation qui sont les 6 degrés de liberté de (62), ce qui importe est l'amplitude de l'angle solide sous lequel les bobines (69) voient le réseau (73) de bobines (74).

Le télé-chirurgien ayant choisi l'outil n° i pour le robot n° j, le plus simple pour exécuter cet ordre de placement , c'est la mise en place manuelle, par l'assistant présent sur place, après qu'il ait enfilé les gants fixés sur la cloche, à proximité du point (S2). Le présentoir des outils peut sortir d'un des deux tiroirs placés aux deux extrémités de (2) ou encore d'un container à double couvercle, stérilisable in situ ; ce type de container est directe- ment inspiré de ceux classiquement en usage depuis une cinquantaine d'années dans les laboratoires des industries nucléaire ou biochimique, ces conteneurs sont raccordables sans rupture de confinement sur le réceptacle de la cloche. Encore faut-il pouvoir vérifier que l'ordre de placement de l'outil n° i pour le robot n° j a bien été exécuté, et cette vérification effectuable, soit sur site par l'assistant, soit à distance par le télé-chirurgien. C'est une dernière fonction du capteur magnétique ((73)-(74)) d'assurer cette double vérification, que l'assistant sur place ne se trompe pas et suive bien les instructions que lui donnent les télé-chirurgiens, mais aussi que ceux-ci puissent s'assurer, depuis leur distant poste de commande, que l'instrument chirurgical demandé est bien celui que l'assistant a positionné sur le réceptacle du robot désigné ; ceci, grâce à l'identification de tous les instruments chirurgicaux et tous les intermédiaires universels par des étiquettes RFID (72 . 0 à n)) pour les intermédiaires universels des n robots installés sur (1) et (72 _ n +1) à N)) pour tous les outils chirurgicaux (67) possiblement utilisables sur le bloc opératoire considéré. Ces N étiquettes RFID (72.1, 72+ ... 72_N) sont des bobines auto-alimentées par leur condensateur chargé par leur circuit résonnant excité par la fréquence f 72-j ; une bobine (74) émet un champ magnétique de fréquence f 7z j, ce qui alimente en énergie l'étiquette (72 1) et lui permet d'émettre le signal que d'autres bobines (74) peuvent écouter pour mesurer la position individuelle de ce timbre.

Ces N fréquences f 72-j sont toutes différentes les unes des autres ; il y a correspondance 30 biunivoque entre la fréquence particulière f 72-j et l'objet auquel est fixée l'étiquette RFID (72 1) qui répond spécifiquement à la fréquence f 72-j ;

En conclusion, le multicapteur magnétique, classiquement constitué d'une part du damier (73) de bobines (74) placé sur la table (26) translatable sous le lit (2), et d'autre part un circuit imprimé (71) de bobines (70) scotché sur la peau du patient autour du champ 35 opératoire, ou des étiquettes RFID (72) fixées sur les outils chirurgicaux (67) et les intermédiaires universels (62) et encore d'autant de trios de minibobines (69-1, 69-2 et 69-3) qu'il y a d'intermédiaires universels (62), c'est-à-dire qu'il y a de robots installés sur le bloc opératoire (1), soit un nombre compris entre 2 et 6. Les capteurs radio fréquence (72) ne sont activés et lus que pour la mise en place des 40 intermédiaires universels (62) et des outils chirurgicaux (67) sur les robots, pour les vérifications mentionnées précédemment (page 30, ligne 8 à page 31, ligne 3) et aussi, ces vérifications achevées, pour que le système informatique d'exploitation de (1) charge les données des étalonnages, i.e. les composantes des vecteurs MS de chaque couple (62.;-67.x) installé sur (1). - 23 - Les bobines (71) servent d'abord pour positionner la table (26) de sorte qu'elle soit assez bien centrée sous le champ opératoire du patient ; ceci étant fait, il faut rapprocher le mieux possible les points (C) et (S2) , soit (versions (I) et (II)) en déplaçant le lit (2), soit version (III)) en déplaçant les robots jusqu'à placer (S2) à la verticale de (C) ; reste alors à remonter le lit à la cote Z= z° pour que le point (S2) soit tout proche de l'organe sur lequel interviendra le téléchirurgien, z° étant l'estimation de profondeur de cet organe par rapport à la peau du patient ou plus exactement aux bobines (71). Avec cette procédure, le tapis de bobines (73) est placé de façon optimale pour fournir les mesures les plus précises des positions et des orientations des divers points (S) qui sont les points de travail des divers outils chirurgicaux (67) mis en place sur les intermédiaires universels (62) connectés aux nacelles (18) des 2 à 6 robots utilisés pendant cette téléopération, en toute indépendance de la présence d'un désaxeur (62bis) qui aurait été installé entre (18) et (62). Les bobines (71) servent encore, pendant toute la durée de l'opération, à mesurer les battements cardiaques ou pulmonaires et ainsi asservir les robots à suivre ces battements, le chirurgien ayant l'impression que ces battements n'existent plus ; ce faisant, le travail du téléchirurgien en est significativement simplifié et surtout accéléré. Conséquences directes, amélioration de la qualité et réduction du coût global de l'intervention.

Ainsi, les mesures de positions de l'organe à opérer, détecté par son image échographique à partir des 6 degrés de liberté du point (S) de la sonde échographique, celles des extrémités opérationnelles des autres outils chirurgicaux sont toutes reportées, référencées, au damier (73) de bobines (74) dont la surface totale avoisine 1 m et dont la distance aux bobines à traquer (69), (70) ou (71), peut varier entre 10 cm et 50 cm au plus, parce que le damier (73) a eu sa position ajustée par rapport au patient (P) en tout début de l'opéra- tion et que cet ajustement de position restera maintenu jusqu'à la fin de cette intervention.

Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ce qui importe, c'est l'addition, la combinaison des éléments suivants de ce type 30 de bloc opératoire (1) : -Le tapis de bobines (74) disposé sous le lit à environ 6 ou 7 cm sous le corps du patient allongé sur (2) et translatable pour être à peu près centré sur la verticale du champ opératoire du patient ; alors, devenu fixe par rapport au lit, le multi-capteurs magnétique (69-70-71-72-73-74) fournit au télé-chirurgien toutes les données pour piloter les 4 ou 5 35 robots installés sur le bloc opératoire, directement par rapport à l'organe sur lequel le chirurgien veut intervenir, sans avoir à se soucier ni des défauts ou déformations de la structure support des embases des robots, ni des battements cardiaques ou respiratoires du patient, mesurés par (71) et annulés automatiquement par asservissements des robots en boucles fermées sur les mesures de (71), 40 - L'intermédiaire universel (62), entre nacelles de robots et les différents outils chirurgicaux utilisables sur (1), porteur de deux capteurs : celui de mesures des contraintes exercées par l'outil chirurgical sur le patient et le capteur de mesure des 6 degrés de liberté qui, avec les résultats des étalonnages des identifications géométriques de chaque intermédiaire universel (62) et de la partie opérationnelle de chaque outil 45 chirurgical (67) relativement à l'interface du connecteur, (63) pour (62) et (64) pour (67), i.e. le connecteur à la fois mécanique, électrique et même fluidique de (67,) sur (62i), qui - 24 - permet le calcul des 6 degrés de liberté du point opérationnel de (67;) sur le robot k, le repère de référence des 6 degrés de liberté étant directement lié au corps du patient, et tenant compte de l'incidence de ses mouvements cardiaques ou pulmonaires sur le champ opératoire de ce patient. - L'outil chirurgical particulier qu'est la sonde endo-échographique fournit, dans ce même repère lié au champ opératoire, les images-écho-ultrasonores de l'organe du patient sur lequel travaille le télé-chirurgien, images d'autant plus nettes que la sonde échographique est au contact de la partie de l'organe ; et donc, par addition de ces images, la reconstruction 3D des images fournies par la sonde endo-échographique, en temps quasi réel. - Le chirurgien peut ainsi disposer de 3 à 6 instruments dont il voit les positions et orientations de leurs points d'action respectifs, non seulement les uns par rapport aux autres, mais aussi dans l'image 3D fournie par la sonde endo-échographique qu'un quatrième ou cinquième robot peut aussi manipuler. - La bulle de confinement dynamique assurant au patient une atmosphère stérile et de température et d'humidité contrôlées. Vishnu a 4 bras, 4 mains ; Shiva Nataraja aussi ; dans le panthéon de l'hindouisme, une déesse, les surpasse tous, elle qui a 1000 bras ; c'est un homme devenu femme, appelée 20 selon les régions Senju Kannon ou Avalokiteshvara. Des mains, notre télé-chirurgien peut en avoir 4 (version I) ou 5 (version II) ou encore 6 dans la version III, ce qui en fait déjà un surhomme, même s'il n'a, lui, qu'une tête ; en revanche, ses bras peuvent faire le tour de la Terre, pouvoir que, dans leurs rêves les plus fous, les hommes n'ont jamais imaginé d'en doter leurs dieux. -25-Bibliographie.

[ 1 ] : - J. Troccaz, Progrès en Urologie, 16, 112-120 (2006) - Computer Aided Surgery , Volume 10, mars 2005, pages 101-132 Projets de recherche en robotique médicale : OTELO (mobile Tele-Echography using an ultra-Light rObot, TER (Télé-Echographie Robotisée), EndoXiRob, GABIE, ROBEA -IRASIS(Insertion Robotisée sous Imagerie Scanner) : lirmm.fr/ROBEA2005/presentations/irasis.pdf ROBEA ù MARGE (Modélisation, Apprentissage et Reproduction du Geste Endochirurgical) : laas.fr /robea/MARGE.pdf [ 2 ] : Chirurgie transcontinentale. J. Marescaux (2001), entre Strasbourg et New York. 10 (Transatlantic robot-assisted telesurgery, , NATURE 413, 379 (2001)) [ 3 ] : Chirurgie invisible. - LA RECHERCHE, n° 405, février 2007. - LE MONDE du 09 juin 2007. [ 4 ] : TER (Télé-Echographie Robotisée) [ 5 ] : - ENDOXIROB 15 http://lrp6.robot.jussieu.fr/eng/people/salle/Rapport Stage DEA Damien Salle.pdf 2_3_2 : http://membres.lycos.fr/salp/perche/these/html/2/2 3 2/2 3 2.htm "Estimation de la posture d'un sujet paraplégique en vue d'une rééducation des membres inférieurs sous stimulation électrique fonctionnelle , Gaël Pages, LIRMM 2006. commande référencée capteurs en robotique médicale et chirurgicale , G. More! et J 20 Gangloff, http://jnrr05.Irisa.fr/document/jnrr-005-02-gangloff.pdf [ 6 ] : MINXRAY, http://www.minxray.com/ [ 7 ] : www.saic.com/products (RTR-4NTm Portable Digital X-ray Inspection System ( vendu 7.500$ par eBay )) Nanocrystal Imaging Corporation POBox820, Brarcliff Manor, NY10510 25 30

navigational electronics, mars 1962 ; US Patents n° 954125, 3046228, 3121228, 3644825, 3868565, 3983474 , 4017858, 35 [ 8 ] : NDI (Northern Digital Inc.), Waterloo, Ontario, Canada. [ 9 ] : ASCENSION Technology Corp., Burlington, Vermont (VT05402), USA. [ 10 ] : Entraînement de tubes souples par galets moteurs ( EDF ) [ 1 1 ] : Entraînement toroïdal : US Patent n° 7044245, 16 mai 2006. [ 1 2 ] : PHYSIKE INSTRUMENTE [ 1 3 ] : R. Ginhoux et al. : IEEE Transactions on Robotics, 21 , 67-79. [ 1 4 ] : demande de brevet d'invention en cours [ 1 5 ] : KALMUS, "a new guiding and tracking", IRE Trans. on Aerospace and 4054881, 4314251, 4704602, 4849692, 5307072, 5453686, 5493517, 5600330, 6188355, 6380732, 6574498, 6615155, 6702780, 6711429, 6833814, 6947788.

Claims

Revendications

. 1. Dispositif télé-commandé autonome, pour le traitement médical ou chirurgical d'un patient (P), comprenant, outre tous les moyens de cette autonomie, groupes électrogènes, climatiseurs, moyens de stérilisation automatiques, - un lit (2), - des robots (17), suspendus à une structure positionnée au-dessus du lit, - des moyens de translations relatives du lit (2) et des robots, selon le grand axe du lit et selon la verticale, -une injection d'air filtré, régulé en température et humidité, pour créer, d'une façon ou d'une autre, une bulle de confinement dynamique, localisée autour du champ opératoire de (P) et des outils chirurgicaux (67), tenus par les nacelles des robots, cette bulle de confinement étant matérialisée par la surface d'un cocon, avec évents et soupapes tarées, dans Iaquelle sont placés le patient (P) sur le lit, les faces inférieures des nacelles de robots et les outils chirurgicaux (67), ou étant immatérielle, injection d'air filtré et régulé, diffusé par la conduite (53) et son diffuseur (54) noyant dynamiquement le volume où se trouvent le champ opératoire de (P) et les outils chirurgicaux (67), - des capteurs magnétiques à inductances mutuelles constitués d'une part d'un ensemble (73) de bobines (74), émettrices ou réceptrices, placé sous le lit (2) avec possibilité de translation selon le grand axe de ce lit, et d'autre part d'autant de bobines - réceptrices si les bobines (74) sont émettrices, ou émettrices si les bobines (74) sont réceptrices - solidaires de cibles dont il est jugé nécessaire de mesurer les positions et orientations, - des moyens d'excitation de chaque bobine émettrice par un signal alternatif d'excitation - pour chaque couple de bobines émettrices ou réceptrices, des moyens pour mesurer un signal alternatif de réception généré par la bobine réceptrice par inductance mutuelle avec la bobine émettrice, - des moyens électroniques et informatiques pour déterminer, à partir des signaux de réception, les 6 degrés de liberté de chaque cible, et - des moyens informatiques, avec modem de réception/transmissions de données, des moyens pour donner aux téléchirurgiens le contrôle du pilotage des robots, par dessus les asservissements de suivi automatique des battements de l'organe opéré, par Ies robots, grâce aux bobines (70) ou (71) solidarisées sur la peau de (P) autour du champ opératoire.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lit (2) porte sous sa surface inférieure, à courte distance du dos de (P), au moins une table (26) dotée d'un moyen de translation, motorisée ou non, la table (26) elle-même porteuse du tapis (73) constituant un réseau dense des bobines (74).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison entre chacun des n robots équipant le bloc opératoire (1) et n'importe lequel des instruments chirurgicaux (67) pouvant équiper (1), c'est-à-dire porté par l'un des n robots installés sur (1), s'effectue par un objet, appelé intermédiaire universel (62), et en ce que tous ces intermédiaires universels (62) contiennent deux capteurs, un capteur d'efforts (68) et un capteur de mesure de position et d'orientation (69), ces capteurs (68) et (69) étant des capteurs classiques, de technologie connue, (68) étant basé sur la mesure des contraintes appliquées dans les jambes d'un hexapode légèrement déformable et (69) matérialisé par une seule bobine ((Mi) est alors le point central de cette bobine) ou par trois bobines placées juxtaposées sur les 3 faces d'un trièdre trirectangle (auquel cas (Mi)Revendications. 1. Dispositif télé-commandé autonome, pour le traitement médical ou chirurgical d'un patient (P), comprenant, outre tous les moyens de cette autonomie, groupes électrogènes, climatiseurs, moyens de stérilisation automatiques, -unlit(2), - des robots (17), suspendus à une structure positionnée au-dessus du lit, - des moyens de translations relatives du lit (2) et des robots, selon le grand axe du lit et selon la verticale, - une injection d'air filtré, régulé en température et humidité, pour créer, d'une façon ou d'une autre, une bulle de confinement dynamique, localisée autour du champ opératoire de (P) et des outils chirurgicaux (67), tenus par les nacelles des robots, cette bulle de confinement étant matérialisée par la surface d'un cocon, avec évents et soupapes tarées, dans laquelle sont placés le patient (P) sur le lit, les faces inférieures des nacelles de robots et les outils chirurgicaux (67), ou étant immatérielle, injection d'air filtré et régulé, diffusé par la conduite (53) et son diffuseur (54) noyant dynamiquement le volume où se trouvent le champ opératoire de (P) et les outils chirurgicaux (67), - des capteurs magnétiques à inductances mutuelles constitués d'une part d'un ensemble (73) de bobines (74), émettrices ou réceptrices, placé sous le lit (2) avec possibilité de translation selon le grand axe de ce lit, et d'autre part d'autant de bobines - réceptrices si les bobines (74) sont émettrices, ou émettrices si les bobines (74) sont réceptrices -solidaires de cibles dont il est jugé nécessaire de mesurer les positions et orientations, - des moyens d'excitation de chaque bobine émettrice par un signal alternatif d'excitation - pour chaque couple de bobines émettrices ou réceptrices, des moyens pour mesurer un signal alternatif de réception généré par la bobine réceptrice par inductance mutuelle avec la bobine émettrice, - des moyens électroniques et informatiques pour déterminer, à partir des signaux de réception, les 6 degrés de liberté de chaque cible, et - des moyens informatiques, avec modem de réception/transmissions de données, des moyens pour donner aux téléchirurgiens le contrôle du pilotage des robots, par dessus les asservissements de suivi automatique des battements de l'organe opéré, par les robots, grâce aux bobines (70) ou (71) solidarisées sur la peau de (P) autour du champ opératoire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lit (2) porte sous sa surface inférieure, à courte distance du dos de (P), au moins une table (26) dotée d'un moyen de translation, motorisée ou non, la table (26) elle-même porteuse du tapis (73) constituant un réseau dense des bobines (74). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison entre chacun des n robots équipant le bloc opératoire (1) et n'importe lequel des instruments chirurgicaux (67) pouvant équiper (1), c'est-à-dire porté par l'un des n robots installés sur (1), s'effectue par un objet, appelé intermédiaire universel (62), et en ce que tous ces intermédiaires universels (62) contiennent deux capteurs, un capteur d'efforts (68) et un capteur de mesure de position et d'orientation (69), ces capteurs (68) et (69) étant des capteurs classiques, de technologie connue, (68) étant basé sur la mesure des contraintes appliquées dans les jambes d'un hexapode légèrement déformable et (69) matérialisé par une seule bobine ((Mi) est alors le point central de cette bobine) ou par trois bobines placées juxtaposées sur les 3 faces d'un trièdre trirectangle (auquel cas (M,) -2g--28- 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le champ opératoire sur lequel interviendra le télé-chirurgien est décoré d'au moins 3 bobines (70), ou d'un circuit imprimé (71) d'au moins 2 couches conductrices, de centre évidé et matérialisant au moins 3 bobines, scotché(es)s sur la peau de (P), autour du champ opératoire de ce patient (P). 12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les robots équipant (1) sont des hexapodes, simples ou gigognes ou encore équipés de tout ou partie des moyens de déplacements complémentaires R1, R2 et T. 13. Dispositif selon les revendications 1 ou 12, caractérisé en ce que le toit de la bulle de confinement du patient, toit qui sert aussi de support aux embases (16) des robots (17), ressemble à une portion de polyèdre concave, tel un icohexaèdre ou tel un icosaèdre tronqué, les arêtes des dits polyèdres pouvant être adoucies et le toit de la bulle de confinement présentant, autour des points de fixation d'embases des robots, une surface d'appui du soufflet (19) équipant chaque robot, surface d'appui de préférence plane, mais pouvant aussi être cylindrique, les robots (17) étant ou non des hexapodes. 14. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les robots sont montés sur des chariots (51), translatables sur une structure portique (50-52), placés au-dessus de (2).