FR3132202A1 - Procédé et système de coupe osseuse comportant un asservissement du plan de coupe - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un système de coupe comprenant : une scie motorisée (1) comprenant une lame (2), un bras robotisé (6), un organe de couplage (3) couplant mécaniquement le bras robotisé à la scie, l’organe de couplage étant configuré pour maintenir la lame dans un premier plan de coupe, sans entraver des mouvements de rotation et de translation axiale de la lame, et pour définir une butée (3) distale pour le mouvement de translation axial, des organes de localisation (5, 8) configurés pour fournir des données de localisation d’un objet à couper (4), de la lame et de la butée, un second plan de coupe avec une limite distale étant définis dans l’objet, et une unité de commande (CU) du bras robotisé en fonction des données de localisation, configurée pour faire coïncider les plans de coupe et positionner la butée afin d’empêcher la lame de dépasser la limite distale. Figure 1
Description
La présente invention concerne le domaine de la chirurgie du squelette et en particulier les arthroplasties totales ou partielles du genou ou de la hanche.
Afin de pratiquer une arthroplastie totale ou partielle de genou, on réalise une coupe osseuse à l’aide d’une scie chirurgicale actionnant une lame de scie oscillante. Pour contrôler le plan de coupe, on utilise généralement un guide de coupe dans lequel la lame de scie est insérée. Dans ce contexte, il est essentiel de positionner convenablement le guide de coupe. Généralement, le guide de coupe est positionné de manière fixe sur l’os, afin d’éviter tout mouvement relatif du guide de coupe par rapport à l’os durant l’opération. Ce positionnement est effectué à l’aide d’une instrumentation mécanique standard, naviguée, ou robotisée. Dans le cas où le guide de coupe est positionné par un robot, ce positionnement est également effectué de manière statique, en maintenant le guide fixe par rapport à l’os.
Les guides de coupe présentent généralement une largeur relativement importante, car une fois le guide positionné de manière fixe à l’os, la lame de scie doit pouvoir atteindre toutes les parties à découper. Les guides de coupe doivent être également les moins encombrants possibles, compte tenu de l’ouverture devant être réalisée dans la peau et les tissus du patient, tout en permettant à la lame de scie d’atteindre l’ensemble de la zone à couper.
Il s’avère que la solidarisation du guide à l’os ne permet de pas de gérer la limite de coupe, qui reste à l’appréciation du chirurgien. De plus, sur une instrumentation standard, la lame de scie peut entrer en conflit avec le guide de coupe en limite de coupe, pouvant empêcher la lame de scie d’atteindre toute la zone à couper, et pouvant également entrainer l’usure voire la casse du guide de coupe.
Certains fabricants proposent de coupler directement la scie à un bras robotisé programmé pour contraindre la lame de scie dans un plan de coupe prédéfini et pour appliquer une butée de coupe. Il s’avère que les temps de réponse des bras robotisés commercialisés actuellement sont insuffisants pour empêcher la lame de scie d’atteindre des zones à exclure de la coupe.
Il est également connu d’utiliser des guides de coupe fabriqués sur mesure ou des guides appelés "mini-abords" qui sont différenciés selon le côté opéré. Cependant, l’usage de tels guides entraine des coûts supplémentaires de conception, fabrication, et stérilisation en routine.
Il est donc souhaitable de pouvoir guider une coupe à travers un os d’un patient, afin de ne pas empêcher pas la lame de scie d’atteindre toute la zone à découper. Il est également souhaitable de pouvoir empêcher en temps réel la lame de scie d’atteindre des zones exclues de la coupe à réaliser.
Des modes de réalisation concernent un système de coupe comprenant : une scie motorisée comprenant une lame de scie, un bras robotisé, un organe de couplage mécanique couplant mécaniquement le bras robotisé à la scie, l’organe de couplage étant configuré pour maintenir la lame de scie dans un premier plan de coupe, sans entraver des mouvements, dans le premier plan de coupe, de rotation et de translation axiale de la lame de scie suivant un axe longitudinal de la lame de scie, et pour définir une butée mécanique distale pour le mouvement de translation axiale, des organes de localisation configurés pour fournir des données de localisation dans un référentiel spatial, d’un objet à couper, de la lame de scie et de la butée mécanique, un second plan de coupe avec une limite distale de coupe étant définis dans le référentiel spatial, et une unité de commande du bras robotisé en fonction des données de localisation de l’objet à couper, de la lame de scie et de la butée mécanique, l’unité de commande étant configurée pour faire coïncider le premier plan de coupe avec le second plan de coupe et positionner la butée mécanique de manière à empêcher la lame de scie de dépasser la limite distale de coupe.
Grâce à ces dispositions, la position de la butée mécanique peut être ajustée en temps réel en fonction de l’orientation de la lame de scie dans le plan de coupe. En outre, la butée n’a pas besoin d’être ajustée avec un temps de réponse très court.
Selon un mode de réalisation, l’organe de couplage mécanique comprend un guide de coupe couplé à la lame de scie et au bras robotisé, le guide de coupe coopérant avec une extrémité proximale de la lame de scie pour former la butée mécanique pour le mouvement de translation de la lame de scie.
Ainsi, un guide de coupe standard et peu coûteux peut être utilisé pour coupler la lame de scie au bras robotisé.
Selon un mode de réalisation: le guide de coupe comprend un passage dans lequel coulisse la lame de scie et maintenant la lame de scie dans le second plan de coupe, le passage étant plus large que la lame de scie, dans le second plan de coupe, et l’unité de commande est configurée pour déplacer le guide de coupe en temps réel afin d’empêcher des bords latéraux opposés du passage d’entrer en contact avec la lame de scie.
Selon un mode de réalisation, l’unité de commande est configurée pour déplacer le guide de coupe en temps réel afin de faire coïncider un axe longitudinal du passage du guide de coupe avec l’axe longitudinal de la lame de scie.
De cette manière, il n’est pas nécessaire de prévoir un passage très large dans le guide de coupe pour autoriser une grande amplitude de rotation de la lame de scie dans le plan de coupe. Ces asservissements permettent également de limiter l’usure du guide de coupe et ainsi la projection de poussières liées à l’usure du guide dans une salle d’opération.
Selon un mode de réalisation, l’organe de couplage mécanique comprend une tige solidaire du bras robotisé et couplée directement à un bloc moteur de la scie par une liaison à la fois pivotante maintenant la lame de scie dans le premier plan de coupe, et coulissante suivant l’axe longitudinal de la lame de scie.
L’absence de guide de coupe permet d’éviter les frottements entre la lame de scie et le guide de coupe. Cette disposition permet également d’utiliser si nécessaire une lame de scie plus épaisse, pour éviter tout risque de flexion de la lame de scie, qui placerait le bord de coupe de la lame en dehors du plan de coupe requis.
Selon un mode de réalisation, la liaison est configurée pour permettre une translation de la scie suivant un axe parallèle à la liaison.
Selon un mode de réalisation, l’unité de commande est configurée pour asservir le bras robotisé afin de maintenir l’organe de couplage dans une configuration permettant une translation axiale de la lame de scie dans le premier plan de coupe, et/ou afin de maintenir l’organe de couplage dans une configuration laissant une liberté de mouvement en translation axiale et/ou latérale de la lame de scie dans le premier plan de coupe.
Selon un mode de réalisation, les organes de localisation sont configurés pour fournir à l’unité de commande une position de l’organe de couplage dans le référentiel spatial, ou bien le bras robotisé comprend un circuit de rétroaction pour fournir à l’unité de commande la position de l’organe de couplage dans le référentiel spatial.
Selon un mode de réalisation, les organes de localisation sont configurés pour fournir à l’unité de commande une position de la scie dans le référentiel spatial, l’unité de commande étant configurée pour positionner le l’organe de couplage mécanique en fonction de la position de la scie dans le référentiel spatial.
Selon un mode de réalisation, les organes de localisation comprennent un capteur d’image coopérant avec des repères visuels solidaires d’un des éléments à localiser, les éléments à localiser comprenant l’objet à couper, et/ou l’organe de couplage, et/ou la scie.
Selon un mode de réalisation, la lame de scie est de type oscillant avec un bord de coupe distal oscillant dans le second plan de coupe.
Selon un mode de réalisation, l’organe de couplage est configuré pour laisser visible une distance de translation axiale de la scie avant d’atteindre la butée mécanique.
Selon un mode de réalisation, l’objet à couper est un os dans un squelette, la scie étant configurée pour couper un os.
Des modes de réalisations peuvent également concerner un procédé de coupe comprenant des étapes consistant à : prendre une scie motorisée comprenant une lame de scie, associer la scie à un bras robotisé par l’intermédiaire d’un organe de couplage mécanique, maintenir, par l’organe de couplage mécanique, la lame de scie dans un premier plan de coupe, sans entraver des mouvements de rotation et de translation axiale de la scie suivant un axe longitudinal de la lame de scie, dans le premier plan de coupe, former, par l’organe de couplage, une butée mécanique distale pour le mouvement de translation axiale, définir dans un objet à couper, un second plan de coupe avec une limite distale de coupe, dans un référentiel spatial lié à l’objet à couper, fournir, par des organes de localisation, dans le référentiel spatial, des données de localisation de l’objet à couper, de la lame de scie et de la butée mécanique, et commander le bras robotisé par une unité de commande, en fonction des données de localisation, afin de faire coïncider le premier plan de coupe avec le second plan de coupe et positionner la butée mécanique de manière à empêcher la lame de scie de dépasser la limite distale de coupe.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des étapes de déplacement en temps réel d’un guide de coupe appartenant à l’organe de couplage afin d’empêcher des bords latéraux opposés d’un passage formé dans le guide de coupe, d’entrer en contact avec la lame de scie.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des étapes de déplacement en temps réel d’un guide de coupe appartenant à l’organe de couplage afin de faire coïncider un axe longitudinal d’un passage formé dans un guide de coupe de l’organe mécanique, avec l’axe longitudinal de la lame de scie.
La présente invention sera bien comprise à l’aide de la description qui suit en référence aux figures annexées, dans lesquelles des signes de références identiques correspondent à des éléments structurellement et/ou fonctionnellement identiques ou similaires.
Les figures 1, 2 et 3 représentent un système de coupe selon un mode de réalisation. Le système de coupe comprend une scie motorisée 1, un bras robotisé 6 et un guide de coupe 3 solidarisé à l’extrémité du bras robotisé. La scie 1 comprend un bloc moteur 1b actionnant une lame de scie 2.
Dans la description qui suit, les termes "distal" et "proximal" doivent être compris par rapport à la scie 2. Le système de coupe comprend également un organe de couplage mécanique 3 couplant mécaniquement le bras robotisé 6 à la scie 1, l’organe de couplage étant configuré pour maintenir la lame de scie dans un premier plan de coupe, tout en permettant des mouvements libres de rotation et de translation de la scie suivant un axe longitudinal de la lame de scie, dans le premier plan de coupe. L’organe de couplage est configuré pour définir une limite distale pour le mouvement de translation. Le système de coupe comprend également un premier organe de localisation 5, 8 configuré pour fournir des données de localisation d’un objet 4 à couper dans un référentiel spatial, et un second organe de localisation 5, 7, 9 configuré pour fournir des données de localisation de la lame de scie 2 et de la limite distale défini par l’organe de couplage mécanique 3, dans le référentiel spatial. Le système de coupe comprend également une unité de traitement de données PU comprenant une unité de traitement IP de données de localisation et une unité de commande CU du bras robotisé 6 en fonction des données de localisation fournies par l’unité de traitement IP. A partir de la définition d’un second plan de coupe avec une limite de coupe distale dans le référentiel spatial, l’unité de commande est configurée pour faire coïncider le premier plan de coupe avec le second plan de coupe et positionner la limite distale de manière à empêcher la lame de scie de dépasser la limite de coupe distal.
Selon un mode de réalisation illustré par les figures 1 à 3, l’organe de couplage comprend un guide de coupe 3 dans lequel la lame de scie 2 est engagée. Ainsi, la lame de scie 2 est contrainte dans le premier plan de coupe défini par le guide de coupe 3. Dans l’exemple des figures 1 à 3, l’objet à couper est un tibia et la lame de scie 2 présente une forme parallélépipédique, allongée, de faible épaisseur (entre 1 et 3 mm), avec un bord de coupe distal 2a dentelé. La lame de scie 2 est entrainée par le bloc moteur 1b dans un mouvement rotatif oscillant autour d’un axe 1a, avec un débattement angulaire de quelques degrés de part et d’autre d’un axe médian. Généralement, ce débattement angulaire est compris entre 3 et 6°. Le bloc moteur 1b peut être alimenté par batterie ou par un raccordement à un réseau électrique.
Le guide de coupe 3 présente un canal traversant de section droite rectangulaire présentant une largeur correspondant à l’épaisseur de la lame de scie 2 et une longueur légèrement supérieure à la largeur de la lame de scie pour tenir compte du débattement angulaire appliqué à la lame de scie 2 par le bloc moteur 1b.
Les positions respectives de l’os 4, de la scie 2, et du guide 3 sont repérées dans l’espace à l’aide d’organes de localisation 5a, 5b, 7, 8, 9. Dans l’exemple des figures 1 à 3, ces organes de localisation comprennent des éléments de repérage 7, 8, 9 et un ensemble de caméras 5a, 5b fournissant des images dans lesquelles les éléments de repérage sont détectés et localisés dans l’espace. Le système de caméras 5 peut comprendre deux caméras 5a, 5b espacées horizontalement pour une vision binoculaire et fixées à l’extrémité d’un mât 5c. Le mât 5c peut également supporter un écran de visualisation 5d permettant au chirurgien de visualiser des données et des images relatives à l’opération.
Selon un mode de réalisation, chacun des éléments de repérage 7, 8, 9 comprend un corps rigide présentant une géométrie particulière, formé à l’extrémité d’une tige. Le corps rigide comprend plusieurs (trois ou quatre) élongations équipées chacune à une extrémité d’une sphère réfléchissante 7a, 8a, 9a, les sphères réfléchissantes étant configurées pour être détectées par les caméras 5a, 5b (par exemple sensibles aux infrarouges) et pour définir ensemble un référentiel spatial. Un élément de repérage 7, 8, 9 peut être rigidement couplé à l’os à couper, et à l’un et/ou l’autre du guide de coupe 3 et de la scie 1. Cependant, l’élément de repérage 9 lié au guide de coupe peut être supprimé et remplacé par une donnée de position fournie par le bras robotisé.
Selon un mode de réalisation, les éléments de repérage 7, 8, 9 comprennent à la fois un élément de repérage 7 lié à la scie 1, un élément de repérage 8 lié à l’os 4 à couper et un élément de repérage 9 lié au bras robotisé ou au guide de coupe 3.
La lame de scie 2 définit un premier plan de coupe qui est contraint par le guide de coupe 3 associé à la lame de scie 2. Avant l’opération de coupe, une opération de planification définit un second plan de coupe dans le référentiel spatial lié à l’os 4 à opérer. Cette planification peut également défini une limite distale de coupe à ne pas dépasser lors de la coupe.
Le bras robotisé est commandé par une unité de commande CU configurée pour faire coïncider ces deux plans de coupe à partir des positions de la scie 1, du guide de coupe 3 et de l’os 4 à couper, dans un référentiel spatial commun, par exemple celui de l’os 4. A cet effet, l’unité de commande CU est reliée au système de caméra 5 pour déterminer les positions respectives du guide de coupe 3 et de la scie 1 dans le référentiel spatial commun.
A partir de la planification d’une coupe et donc de la définition du second plan de coupe dans le référentiel, l’unité de commande CU réalise un asservissement du guide de coupe 3 par rapport à la surface osseuse ciblée, en fonction de la position de l’os 4 à couper et du second plan de coupe.
Les figures 4A, 4B, 4C représentent différentes positions de la lame de scie 2 par rapport à l’os 4 à couper. Pour réaliser la coupe, le chirurgien pousse la lame de scie dans une direction de coupe définie par l’axe longitudinal X de la lame de scie 2, tandis que le bord de coupe 2a de la lame de scie oscille latéralement autour de l’axe 1a sous l’effet de l’entrainement du moteur de scie 1 et réalise ainsi une coupe dans l’os 4. La position du bloc moteur 1b et donc de la lame de scie 2 est libre, mais est contrainte par le guide de coupe 3 qui la maintient dans le plan de coupe. Il en résulte que la lame est seulement mobile en translation et en rotation dans le plan de coupe défini par le guide de coupe 3.
La limite de coupe distale 4b à ne pas dépasser peut être définie en considérant le débattement angulaire des mouvements de la lame de scie 2, l’orientation en temps réel de l’axe X de la lame de scie 2, et de la zone de coupe 4a à l’intersection entre l’os 4 à couper et le plan de coupe. Selon un mode de réalisation, l’asservissement du guide de coupe 3 est réalisé en contraignant le bord de coupe 2a de la lame de scie 2 à la zone 4a du plan de coupe. En considérant la direction de l’axe longitudinal X de la lame de scie 2, la butée mécanique est positionnée par rapport à la limite distale de coupe 4b s’étendant sur la largeur de la lame de scie en tenant compte de son débattement angulaire dans la direction de l’axe X. Cette disposition vise à empêcher la lame de scie 2 d’atteindre les tissus situés dans le plan de coupe au-delà de l’os 4 à couper. Typiquement, la limite distale 4b de coupe dans la direction de coupe X correspond au bord de la surface de coupe 4a définie par l’intersection entre le plan de coupe et l’os 4 à couper. La f igure 4C montre la lame de scie 2 dans sa position en butée distale définie par la position du guide de coupe 3. Dans cette position, l’axe de rotation 1a de la lame de scie 2, vient buter contre le guide de coupe 3, tandis que le bord de coupe 2a de la lame 2 atteint la limite distale de coupe 4b.
Il peut être observé sur les figures 4A à 4C que la profondeur de pénétration de la lame de scie jusqu’à la limite distale 4b de coupe dépend de la direction de la coupe définie par l’axe X. L’unité de commande CU adapte la position du guide de coupe 3 le long de l’axe X en fonction de l’orientation de cet axe.
La f igure 5 représente le guide de coupe 3 et la lame de scie 2, selon un exemple de réalisation. Le guide de coupe 3 comprend un passage 3b dans lequel coulisse la lame de scie 2. Le passage 3b présente une section droite de forme rectangulaire ayant une longueur L1 supérieure à la largeur L2 de la lame de scie 2, et une largeur L3 légèrement supérieure à l’épaisseur e de la lame de scie. L’écart entre la largeur L3 et l’épaisseur e de la lame est ajusté de manière à permettre à la lame de coulisser dans passage 3b tout en contraignant l’axe longitudinal X de la lame 2 à rester dans un plan médian parallèle au côté du passage 2b correspondant à la longueur L1 et passant par l’axe longitudinal du passage.
Selon un autre mode de réalisation, l’unité de commande CU asservit le bras robotisé afin de déplacer le guide de coupe 3 en temps réel pour faire coïncider l’axe longitudinal du passage 2b du guide 3 avec l’axe X, lorsque la lame de scie 2 est en une position neutre de son mouvement d’oscillation imprimé par le moteur 1b.
De cette manière, la lame de scie 2 n’entre pas en contact avec les bords latéraux de l’ouverture du guide de coupe 3. Ainsi, l’usure du guide est réduite, ce qui augmente la durée d’utilisation du guide et limite l’émission de particules d’usure dans la salle d’opération. Le guide de coupe 3 peut également être plus étroit. La largeur L1 du passage 3a formé dans le guide de coupe peut ainsi être réduite à la largeur L2 de la lame, augmentée d’une valeur légèrement supérieure au débattement angulaire imprimé à la lame par le moteur de scie 1b. L’encombrement en largeur du guide 3 peut donc être notablement réduit par rapport aux guides de coupe couramment utilisés dans les opérations de pose de prothèses articulaires. Cette réduction de la largeur L1 du guide n’empêche pas le chirurgien de réaliser la coupe selon une large amplitude angulaire.
Au contraire, lorsque le guide est maintenu fixe par rapport à l’os à couper, comme dans l’art antérieur, le guide doit être bien plus large pour autoriser un pivotement de la lame comme illustré par les figures 4A à 4C, afin de pouvoir atteindre toute la zone à couper, sans avoir à élargir l’ouverture pratiquée dans la peau et les tissus du patient.
Selon un autre mode de réalisation, l’asservissement du bras robotisé est réalisé afin de déplacer le guide de coupe 3 seulement lorsque la lame de scie 2 se rapproche trop près d’un des bords latéraux du passage 3b dans le guide de coupe 3, par exemple à moins d’un millimètre, tout en contraignant la lame de scie 2 à rester dans la zone de coupe 4a autorisée. Ainsi le bras robotisé 6 est commandé pour éviter au maximum tout contact entre la lame de scie 2 et les bords latéraux du passage 3b dans le guide de coupe 3.
Selon un autre mode de réalisation, le couplage mécanique entre le bras robotisé et la lame de scie 2 est réalisé par un organe de couplage mécanique liant le bloc moteur 1b directement au bras robotisé 6. Les figures 6, 7 et 8 représentent un système de coupe, comportant un tel couplage mécanique selon un exemple de réalisation. Dans cet exemple de réalisation, le système de coupe diffère de celui représenté sur les figures 1 et 2 en ce que le guide de coupe 3 est remplacé par un organe de couplage 13 qui coopère avec des éléments de guidage et de butée 14, 14a formés sur le bloc moteur 1b de la scie 1, l’organe de couplage 13 étant solidarisé à l’extrémité du bras robotisé par l’intermédiaire d’une tige 13a. Dans l’exemple des figures 6 à 8, l’organe de couplage 13 présente la forme d’un anneau 13 contraint mécaniquement dans un plan entre le bloc moteur 1b de la scie 1 et un plateau 14 solidaire du bloc moteur, et lié à ce dernier par un pilier 14a autour duquel l’anneau 13 est disposé. Ainsi, l’anneau 13 positionné par le bras robotisé contraint la lame de scie 2 à rester dans un plan parallèle au plan dans lequel est situé l’anneau 13.
Par ailleurs, le pilier 14a coopère avec l’anneau 13 pour former une butée mécanique en bloquant la scie 1, notamment en un point dans la direction distale de coupe suivant l’axe longitudinal X de la lame de scie 2. La f igure 6 montre la lame de scie dans sa position en butée distale dans laquelle le bord de coupe 2a de la lame de scie 2 se trouve à proximité de la limite distale de coupe 4b. Dans cette position, une partie distale de l’anneau 13 se trouve en contact avec une partie distale du pilier 14a.
Selon un mode de réalisation, le bloc moteur 1b comprend une platine en regard du plateau 14, l’anneau 13 étant maintenu dans un plan entre cette platine et le plateau 14.
Les positions respectives de la scie 1, de l’os 4 et du guide peuvent être déterminées à l’aide des mêmes organes de localisation 5, 7, 8, 9 que dans le mode de réalisation des figures 1 à 3. Selon un autre mode de réalisation, les données de position de la scie 1 exploitées par l’unité de commande CU comprennent simplement la position et l’orientation du bloc moteur 1b par rapport à l’anneau 13 dans un plan parallèle au plan de coupe. Ces données peuvent être fournies sous la forme d’une position et une orientation du pilier 14a ou du plateau 14 par rapport à l’anneau 13, ces données de position pouvant être fournies de simples capteurs de position.
Dans le mode de réalisation des figures 6 à 8, le bras robotisé 6 peut être commandé de la même façon que dans le mode de réalisation des figures 1 à 3. Si la taille de l’anneau 13 est insuffisante pour couvrir l’ensemble de la surface de coupe 4a, le bras robotisé 6 peut accompagner le mouvement du chirurgien au fur et à mesure de la progression d’une coupe suivant l’axe longitudinal X de la lame de scie 2, et utiliser la butée mécanique réalisée par le pilier 14a pour contraindre le bord de coupe 2a de la lame de scie à ne pas dépasser la limite distale de coupe 4b.
L’absence de guide de coupe permet l’usage d’une lame de scie plus épaisse, évitant ainsi tout risque de flambage lors de la coupe, notamment sur des os durs. En effet, avec les épaisseurs actuelles de lame de scie (typiquement entre 1,24 mm et 1,47 mm), les lames de scie peuvent fléchir et entrainer des imprécisions lors de la coupe d’un os. Ce problème peut être résolu en utilisant des lames plus épaisses. Cependant de telles lames ne sont pas utilisables avec les guides de coupe disponibles. L’absence de guide de coupe permet également d’éviter les frottements entre la lame et le guide de coupe, et donc les problèmes de chauffe et d’usure, sachant que la lame de scie peut être entrainée à plus de dix mille oscillations par minute.
Selon un mode de réalisation, le plateau 14 est ajouré afin de laisser visible la position de l’anneau 14 par rapport au pilier 14a. Ainsi, le chirurgien peut visualiser à quelle distance le bord de coupe 2a de la lame de scie se situe de la limite distale de coupe 4b.
Selon un autre exemple de réalisation illustré par les figures 9 et 10, le couplage entre le bras robotisé 6 et la scie 1 peut être réalisé par un rail 24 ou une glissière axiale solidaire du bloc moteur 1b de la scie 1 (s’étendant suivant l’axe X), couplé au bras robotisé par un chariot 23 coulissant sur le rail 24 et une tige 23a fixée au chariot et solidaire du bras robotisé 6. Le rail 24 peut être fixé sur le bloc moteur 1b par une liaison pivotante 24a autour d’un axe perpendiculaire au plan de coupe défini par la lame de scie 2. L’extrémité distale du rail 24 peut coopérer avec l’extrémité distale du chariot 23 pour former la butée mécanique distale. L’extrémité proximale du chariot 23 peut être ouverte de manière à pouvoir se désengager du rail 24. La scie 1 peut ainsi être facilement détachée du bras robotisé 6. Le bras robotisé 6 peut être asservi en fonction de l’orientation relative de la scie 1 par rapport au rail 24 pour détecter une rotation du bloc moteur 1b et pour réaligner le rail avec ce dernier. Le bras robotisé 6 peut également être asservi en fonction de la position relative du chariot 23 par rapport au rail 24, pour maintenir le chariot au milieu de sa course sur le rail, afin de laisser au chirurgien une liberté de mouvement de translation axiale de la scie 1 dans le plan de coupe, sauf lorsque la butée mécanique doit entrer en action pour empêcher le bord de coupe 2a de la lame de dépasser la limite de coupe 4b. Selon un autre exemple de réalisation, le rail 24 peut être fixé sur le bloc moteur 1b suivant l’axe X de la lame de scie 2, une liaison pivotante étant prévue entre le chariot 23 et la tige 23a.
Dans les exemples de réalisation des figures 6 à 10, la tige 13a, 23a peut être extensible pour permettre une translation de la scie 1 suivant un axe parallèle à la tige 13a, 23a. A cet effet, la tige 13a, 23a peut comprendre deux parties montées coulissantes l’une avec l’autre pour permettre une translation de la scie 1 suivant un axe parallèle à la tige 13a, 23a. Le bras robotisé 6 peut alors être asservi en fonction de la position relative de la scie par rapport à ce dernier, pour maintenir constante la longueur de la tige 13a, 23a, afin de laisser au chirurgien une liberté de mouvement de translation latérale de la scie 1 dans le plan de coupe.
Il apparaîtra clairement à l’homme de l’art que la présente invention est susceptible de diverses variantes de réalisation et diverses applications. En particulier, l’invention n’est pas limitée aux exemples de couplage mécanique entre le bras robotisé 6 et la lame de scie 2 précédemment décrits. En effet, d’autres solutions de couplage mécanique peuvent aisément être imaginés afin de permettre des mouvements de rotation et de déplacement axial de la lame de scie et de former une butée mécanique pour prévenir les dépassements du bord de coupe 2a de la lame de scie au-delà de la limite distale 4b de coupe fixée.
Par ailleurs, d’autres moyens que ceux précédemment décrits pour obtenir en temps réel les positions respectives du système osseux à opérer, de la scie et de la butée mécanique (guide de coupe 3 – axe 1a, anneau 13 – pilier 14a, rail 24 – chariot 23), dans un même référentiel spatial peuvent être employés. Ainsi, ces moyens peuvent comprendre par exemple l’un ou l’autre des dispositifs suivants : des capteurs de position, un capteur d’image stéréoscopique, un scanner tridimensionnel, un LIDAR (Light ou Laser Detection and Ranging), un scanner à temps de vol TOF (Time Of Flight). Par ailleurs, un circuit de rétroaction du bras robotisé 6 peut fournir la position de l’extrémité du bras robotisé (guide de coupe 3, l’anneau 13, chariot 23). En outre, les moyens de localisation permettant de déterminer la configuration spatiale de l’organe de couplage dépendent de la structure de ce dernier.
Il peut également être avantageux de localiser le bras robotisé 6, notamment pour réaliser l’asservissement en exploitant au mieux les degrés de liberté du bras robotisé.
La présente invention n’est pas non plus limitée au type de scie présenté, mais peut s’appliquer à d’autres types de scie notamment à usage médical, comme les scies réciproques.
Claims (16)
- Système de coupe comprenant :
une scie motorisée (1) comprenant une lame de scie (2),
un bras robotisé (6),
un organe de couplage mécanique (3, 13) couplant mécaniquement le bras robotisé à la scie, l’organe de couplage étant configuré pour maintenir la lame de scie dans un premier plan de coupe, sans entraver des mouvements, dans le premier plan de coupe, de rotation et de translation axiale de la lame de scie suivant un axe longitudinal (X) de la lame de scie, et pour définir une butée mécanique (3-1a, 13-14a) distale pour le mouvement de translation axiale,
des organes de localisation (5, 7, 8, 9) configurés pour fournir des données de localisation dans un référentiel spatial, d’un objet à couper (4), de la lame de scie et de la butée mécanique, un second plan de coupe (4a) avec une limite distale de coupe (4b) étant définis dans le référentiel spatial, et
une unité de commande (CU) du bras robotisé en fonction des données de localisation de l’objet à couper, de la lame de scie et de la butée mécanique, l’unité de commande étant configurée pour faire coïncider le premier plan de coupe avec le second plan de coupe et positionner la butée mécanique de manière à empêcher la lame de scie de dépasser la limite distale de coupe. - Système selon la revendication 1, dans lequel l’organe de couplage mécanique comprend un guide de coupe (3) couplé à la lame de scie (2) et au bras robotisé (6), le guide de coupe coopérant avec une extrémité proximale (1a) de la lame de scie pour former la butée mécanique pour le mouvement de translation de la lame de scie.
- Système selon la revendication 2, dans lequel :
le guide de coupe (3) comprend un passage (3a) dans lequel coulisse la lame de scie (2) et maintenant la lame de scie dans le second plan de coupe, le passage étant plus large que la lame de scie, dans le second plan de coupe, et
l’unité de commande (CU) est configurée pour déplacer le guide de coupe (3) en temps réel afin d’empêcher des bords latéraux opposés du passage d’entrer en contact avec la lame de scie. - Système selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l’unité de commande (CU) est configurée pour déplacer le guide de coupe (3) en temps réel afin de faire coïncider un axe longitudinal du passage (3a) du guide de coupe avec l’axe longitudinal (X) de la lame de scie.
- Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’organe de couplage mécanique (13, 14, 14a) comprend une tige (13a, 23a) solidaire du bras robotisé (6) et couplée directement à un bloc moteur (1b) de la scie (1) par une liaison (13-14, 23-24, 24a) à la fois pivotante maintenant la lame de scie dans le premier plan de coupe, et coulissante suivant l’axe longitudinal (X) de la lame de scie (2).
- 6. Système selon la revendication 5, dans lequel la liaison (13a, 23a) est configurée pour permettre une translation de la scie (1) suivant un axe parallèle à la liaison.
- 7. Système selon la revendication 5 ou 6, dans lequel l’unité de commande (CU) est configurée pour asservir le bras robotisé (6) afin de maintenir l’organe de couplage dans une configuration permettant une translation axiale de la lame de scie (2) dans le premier plan de coupe, et/ou afin de maintenir l’organe de couplage dans une configuration laissant une liberté de mouvement en translation axiale et/ou latérale de la lame de scie (2) dans le premier plan de coupe.
- 8. Système selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel les organes de localisation (5, 7, 8, 9) sont configurés pour fournir à l’unité de commande (CU) une position de l’organe de couplage (3, 13) dans le référentiel spatial, ou bien le bras robotisé (6) comprend un circuit de rétroaction pour fournir à l’unité de commande la position de l’organe de couplage dans le référentiel spatial.
- 9. Système selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel les organes de localisation (5, 7, 8, 9) sont configurés pour fournir à l’unité de commande (CU) une position de la scie (1) dans le référentiel spatial, l’unité de commande étant configurée pour positionner le l’organe de couplage mécanique (3, 13) en fonction de la position de la scie dans le référentiel spatial.
- 10. Système selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel les organes de localisation (5, 7, 8, 9) comprennent un capteur d’image (5a, 5b) coopérant avec des repères visuels (7, 8, 9) solidaires d’un des éléments à localiser, les éléments à localiser comprenant l’objet à couper (4), et/ou l’organe de couplage (3, 13), et/ou la scie (1).
- 11. Système selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel la lame de scie (2) est de type oscillant avec un bord de coupe distal (2a) oscillant dans le second plan de coupe.
- 12. Système selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel l’organe de couplage est configuré pour laisser visible une distance de translation axiale de la scie (1) avant d’atteindre la butée mécanique (3-1a, 13-14a).
- 13. Système selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel l’objet à couper est un os (4) dans un squelette, la scie étant configurée pour couper un os.
- 14. Procédé de commande de déplacements d’une scie motorisée, comprenant des étapes consistant à :
associer une scie motorisée comprenant une lame de scie, à un bras robotisé par l’intermédiaire d’un organe de couplage mécanique, l’organe de couplage mécanique maintenant la lame de scie dans un premier plan, sans entraver des mouvements de rotation et de translation axiale de la scie suivant un axe longitudinal (X) de la lame de scie, dans le premier plan, l’organe de couplage mécanique formant une butée mécanique distale (1a-3, 13-14a) pour le mouvement de translation axiale,
mémoriser par une unité de commande (CU) une définition d’un second plan avec une limite distale, dans un référentiel spatial lié à un objet (4),
fournir à l’unité de commande, par des organes de localisation (5, 7, 8, 9), des données de localisation dans le référentiel spatial de l’objet, de la lame de scie et de la butée mécanique, et
commander le bras robotisé par l’unité de commande en fonction des données de localisation, afin de faire coïncider le premier plan avec le second plan et de positionner la butée mécanique de manière à empêcher la lame de scie de dépasser la limite distale. - Procédé de commande selon la revendication 14, comprenant des étapes de commande du bras robotisé par l’unité de commande (CU) pour déplacer en temps réel un guide de coupe (3) appartenant à l’organe de couplage afin d’empêcher des bords latéraux opposés d’un passage (3a) formé dans le guide de coupe, d’entrer en contact avec la lame de scie (2).
- Procédé de commande selon la revendication 14 ou 15, comprenant des étapes de commande du bras robotisé par l’unité de commande (CU) pour déplacer en temps réel un guide de coupe (3) appartenant à l’organe de couplage afin de faire coïncider un axe longitudinal d’un passage (3a) formé dans un guide de coupe (3) de l’organe mécanique, avec l’axe longitudinal (X) de la lame de scie (2).
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| FR2200964A FR3132202A1 (fr) | 2022-02-03 | 2022-02-03 | Procédé et système de coupe osseuse comportant un asservissement du plan de coupe |
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|---|---|---|---|
| FR2200964 | 2022-02-03 | ||
| FR2200964A FR3132202A1 (fr) | 2022-02-03 | 2022-02-03 | Procédé et système de coupe osseuse comportant un asservissement du plan de coupe |
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| Publication Number | Publication Date |
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ID=82019365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| WO1993025157A1 (fr) * | 1992-06-18 | 1993-12-23 | Klaus Radermacher | Gabarit pour outils de traitement et procede de traitement de structures osseuses |
| WO2018104523A1 (fr) * | 2016-12-08 | 2018-06-14 | Orthotaxy | Système chirurgical permettant de couper une structure anatomique suivant au moins un plan de coupe cible |
| WO2020210621A1 (fr) * | 2019-04-12 | 2020-10-15 | Mako Surgical Corp. | Systèmes robotiques et procédés de manipulation d'un guide de coupe pour un instrument chirurgical |
-
2022
- 2022-02-03 FR FR2200964A patent/FR3132202A1/fr active Pending
-
2023
- 2023-01-30 WO PCT/FR2023/050114 patent/WO2023148445A1/fr unknown
Patent Citations (3)
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023148445A1 (fr) | 2023-08-10 |
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