WO2008107593A2 - Systeme et procede de stabilisation cardiaque active et installation de salle d'operation comprenant un tel systeme - Google Patents

Systeme et procede de stabilisation cardiaque active et installation de salle d'operation comprenant un tel systeme Download PDF

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    • A61B34/30—Surgical robots

Definitions

  • the present invention relates to the field of medical equipment, more particularly the equipment of the surgical operating rooms, in particular the heart, and relates to a system and a method for stabilizing a beating heart, as well as a room installation. operation comprising such a system.
  • the general context of application of the present invention is the field of devices and technical methods authorizing or facilitating operations of heart-operated heart surgery.
  • cardiac stabilization devices whose implementation can be used to operate a heart that continues to beat, include those disclosed by US 6 290 644, US 6 120 436, US 6 685 632, No. 6,701,930 and US 6,743,169.
  • Equivalent invasive devices or systems for stabilizing the core are, moreover, known from US Pat. No. 6,537,323, US Pat. No. 6,331,157, US Pat. No. 6,554,823, US Pat. No. 6,558,319 and US Pat. 589 166.
  • Minimally invasive cardiac stabilizer solutions have also been proposed, such as, for example, US 6,817,972 and US 6,936,001, which disclose articulated structures of stabilizers for insertion into the chest cavity and position them easily on the surface of the heart.
  • US 6,860,877 proposes an articulated arm that can serve as a support for the aforementioned stabilizers.
  • US 6,764,445 discloses an endoscopic stabilizer integrated with a robotic platform for cardiac surgery.
  • All the devices and systems of heart stabilization mentioned above are based on a passive stabilization by mechanical action, leaving residual movements of the heart.
  • the magnitude of the measured cardiac residual motion in relation to the known mechanical stabilizers is generally between 0.5 mm and 2.5 mm (depending on the area, the strength of the heart muscle and the type of stabilizer). This is much greater than an estimated value of 0.1 mm to 0.15 mm required for coronary artery procedures of 1 to 2 mm in diameter and a suture of 0.1 mm in diameter.
  • US 6 442 424 relates to an active stabilizer of the epicardium.
  • This device comprises electrodes placed on the heart surface and that send electrical currents to the surface of the myocardium. The latter are able to change the behavior of the heart locally and to reduce the movement of an area of interest.
  • the emission of electrical signals is governed by a control law based on measurements of cardiac activity.
  • Another solution proposed to overcome the residual cardiac motion in the case of the use of mechanical stabilizers of the aforementioned type, consists in estimating and even predicting the residual cardiac movements and synchronizing the movements of the surgical robot on these estimated residual movements. .
  • the present invention is intended in particular to overcome the disadvantages mentioned above.
  • the subject of the present invention is a stabilization system by mechanical action of a beating heart, in particular of an area of interest or of working at the level of a beating heart of a human or animal subject, said system comprising a stabilizing device comprising at least one elongate element intended to bear under pressure by a free end on the heart, at the level of said work zone or interest zone, characterized in that it comprises means capable of perform an active compensation of the mechanical deformations induced at the level of the stabilizing device by the movements of the heart, these means comprising actuation means controlled on the basis of an exteroceptive measurement delivered by a corresponding means.
  • It also relates to a method of stabilization by mechanical action of a beating heart, in particular of an area of interest or work at the level of a beating heart, of a human or animal subject, by implementing a stabilizing device comprising at least one elongated element bearing under pressure by a free end on the heart, at the level of said work area or interest, characterized in that it consists in performing an active compensation of induced mechanical deformations at the level of the stabilizing device by the movements of the heart, by means of an actuation controlled on the basis of an exteroceptive measurement.
  • FIG. a symbolic and symbolic representation of an operating platform or operating room installation comprising an active cardiac stabilization system according to the invention
  • FIG. 2 is a simplified functional representation of the control loop controlling the stabilizing device forming part of the stabilization system according to the invention
  • FIGS. 3A and 3B are isometric perspective views
  • FIG. 4 is a detail view on a different scale of the active positioning functional part in orientation of the stabilizing device shown in FIG. 3;
  • Figs. 5A and 5B are side elevational views, illustrating, in an exaggerated manner, the incidence of cardiac residual motion on the positioning of the end of the stabilizer device, without (Fig. 5A) and with (Fig. 5B) compensation. active according to the invention;
  • FIG. 5A is a detail view on a different scale of the active positioning functional part in orientation of the stabilizing device shown in FIG. 3
  • Figs. 5A and 5B are side elevational views, illustrating, in an exaggerated manner, the incidence of cardiac residual motion on the positioning of the end of the stabilizer device, without (Fig. 5A) and with (Fig. 5B) compensation. active according to the invention;
  • FIG. 6 is an isometric perspective view of the stabilizing device forming part of the stabilization system according to the invention, according to a variant embodiment with two degrees of freedom (two perpendicular directions of compensation);
  • Figure 7 is a detail view, in a different direction and on a different scale, of the active positioning functional part in orientation of the stabilizing device shown in Figure 6;
  • FIG. 8 is a timing diagram representing the amplitude of the movements of the end of the stabilizing device in the absence and in the presence of active compensation (from instant A), in relation with the stabilizing device represented in FIGS. 5A and 5B
  • FIG. 9 is a timing chart showing the forces applied to the core in the compensation direction by the stabilizing device of FIGS. 3 to 5, in the absence and in the presence of active compensation (from FIG. moment A).
  • FIG. 1, and at least partially FIGS. 3 to 7, show a system 1 of stabilization by mechanical action of a beating heart 2, in particular of an area of interest or of working at the level of a beating heart of a human or animal subject 3.
  • This system 1 comprises a stabilizing device 4 comprising at least one elongated element 5 intended to bear under pressure by a free end 5 'on the core 2, at the level of said work zone or interest.
  • this system 1 comprises means 6, 7 able to effect an active compensation of the mechanical deformations induced at the level of the stabilizing device 4 by the movements of the core 2, these means comprising one or at least one means 6 of controlled actuation on the basis of an exteroceptive measurement issued by one or at least one corresponding means 7.
  • the active stabilization system 1 makes it possible to maintain in almost fixed position the end 5 'of said device 4 and thus to immobilize the working or interest zone of the core 2 with which it is in contact, by compensating the deformations induced by these movements at said device 4, determined by an exteroceptive measurement.
  • the stabilizing device 4 is controlled by means of a control loop 8 and realizes, as a function of the exteroceptive measurement and the control law of the device. stabilizer 4, a significant reduction, or even a cancellation, in real time of the movements of the work zone or interest concerned heart 2.
  • the practical embodiment of such exteroceptive servo is well known to those skilled in the art and can be easily adapted to different constructions of electro-mechanical devices to be controlled.
  • Real-time compensated cardiac movements may consist of either residual movements of the stabilizer or tissue movements in the work area or area of interest (eg, the suture point) when the stabilizer device 4 already provides passive stabilization (pressure support) in the absence of active compensation.
  • the control loop 8 can also take into account, for the calculation of the control law of the stabilizing device 4, at least one physiological signal, such as the electrocardiogram, to anticipate the occurrence of heartbeat.
  • the prediction of cardiac motion by exploiting certain physiological signals of the subject is a technique known to those skilled in the art. We can mention in this regard:
  • the system advantageously comprises, as shown in FIG. 1, in addition to the stabilizing device 4 and the exteroceptive measuring means 7, also a computer unit 9 performing the calculation of the control law of the stabilizing device 4 as a function of the exteroceptive measurement, the stabilizing device 4 being either mounted on a robot 10 controlled by the computer unit 9, to perform assisted positioning, or attached to the operating table supporting the subject 3.
  • the exteroceptive measurement consists either in a measurement of the deformation induced at the level of the stabilizing device 4 by the movements of the core 2, or in a measurement of the displacement of a particular point of the work area or of interest (for example the current stitch), via an exteroceptive sensor 7.
  • the deformation induced at the level of the stabilizing device 4 by the movements of the core 2 consists of a bending of the elongated element 5 by simple support or by exerting a pressure on the beating heart 2 and that the actuating means 6 acts on said elongated element 5 to compensate in real time for this bending so that the end 5 'of said element bears on the core 2 is brought back or remains in the position it occupies in the absence of external force applied (Figs 5A and 5B).
  • the means of actuation 6 advantageously consists of at least one piezoelectric actuator, preferably associated with an amplifying structure, such as for example the piezoelectric actuator proposed by Cédrat Technologies (diamond amplifying structure).
  • actuation means of a different nature for example based on active materials, may also be envisaged, provided that it meets the constraints indicated above.
  • the means 7 of exteroceptive measurement is preferably selected from the group formed by the force sensors, the magnetic sensors and the fast cameras, in particular endoscopic, pointed towards the work area or interest, where appropriate with a active lock.
  • the exteroceptive sensor 7 (for example in the form of a fast camera endoscopic) can be operated simultaneously by both systems (stabilization and surgery), whose respective perimeters are shown in Figure 1.
  • the principle of active stabilization described above can be implemented for compensation in one direction only (z-axis in a reference attached to the work area - figures 3 to 5) or in at least two directions (z and x axes in a reference attached to the work area - figures 6 and 7 ), by simply extending the principle to at least one additional direction and predicting the corresponding additional active means, able to correct the deformation of the elongate body 5 in this other direction, or implementation of more complex active means.
  • the actuating means 6 may be unitary and have several actuating directions, or comprise several independent components, each of which acts in a given direction.
  • the average 7 The exteroceptive measurement system preferably remains unique, but can also be multiplied according to the nature of said means 7 and the needs in terms of parameters to be measured and evaluated of the system 1.
  • the stabilizing device 4 has a structure with two arms 5, 11 mounted on a support frame 12, namely, on the one hand , a first support arm 5 constituting the elongated element intended to bear under pressure by a free end 5 'on the core 2 and secured to the support frame 12 by a pivot connection 13 and, on the other hand, a second actuating arm 11 providing a force transmission link between the actuating means 6 and the first arm 5, such that a linear movement generated by the actuating means 6 is converted into a pivoting movement of the first arm 5 around the pivot connection 13.
  • the first arm 5 for example in the form of a bar or metal rod, in particular stainless steel, is rigidly secured to the support frame 12 at the from his ext end 5 'opposite the end 5' resting on the core 2 and integrates the pivot connection 13 in the form of compliant or flexible pivot connection obtained by weakening or thinning of localized material, the axis of rotation X of this link 13 being perpendicular to the desired active stabilization direction.
  • the second arm 11 extends parallel to the first arm 5 and is rigidly connected, by one of its two ends respectively, on the one hand, to the support frame 12 via the linear actuating means 6 and, on the other hand, the first arm 5 via a return arm or maneuver 14 forming a lever or crank.
  • the second arm for example in the form of a bar or metal rod, in particular stainless steel, incorporates two pivot links 15 and 15 'in series in its structure, in the form two compliant or flexible pivot links consisting of localized weakening or thinning of material of said second arm 11, the axes of these pivot links being parallel to the axis X of the pivot connection 13 of the first arm 5 and allow said second arm 11 to follow the deformation by pivoting the first arm 5 while transmitting forces.
  • pivot links 13, 15 and 15 'in the form of flexible links, obtained by weakening or thinning, ensures a complete absence of play and therefore excellent accuracy, as well as a compact structure and a constitution in one piece compatible with the constraints of surgery, including minimally invasive.
  • FIG. 8 illustrates the very sharp attenuation of the residual movements of the end 5 'of the arm 5, and therefore of the working zone of the core 2 to which it is applied, during the implementation of the active compensation according to FIG. invention (compared to passive mechanical stabilization).
  • FIG. 9 shows that the bearing force on the core 2 undergoes practically no significant variation in intensity with the implementation of the active compensation according to the invention (with respect to the force applied in relation to a passive mechanical stabilization) .
  • the support frame 12 consists essentially of a rigid fixing plate on which the actuating means 6 are secured and a clamping connection piece 21 immobilizing the end 5 "of the arm 5.
  • plate 12 is itself fixed either on the end of the movable arm of a positioning robot 10 or on the support receiving the patient 3, if necessary via a mounting bracket or a part rigid analog.
  • the actuating means 6, for example the amplifying structure of the piezoelectric actuator, is secured by its opposite end to the plate 12 at one end of the second arm 11 via an interfacing part 22. .
  • the operating arm 14, which extends substantially perpendicular to the longitudinal axis AL of the first arm 5 is, for its part, rigidly connected to the end of the second arm 11 opposite the actuator 6 and comprises a clamping jaw engaging the first arm 5, close to the pivot connection 13.
  • This operating arm ensures the closure of the drive train and the transmission of the forces exerted by the actuator 6 to the first arm 5.
  • the end 5 'of the first arm 5 is advantageously supported on the core 2 by means of an additional specific support piece 20.
  • the operation of the stabilization system 1 can be explained easily with reference to FIGS. 5A and 5B.
  • FIG. 5A illustrates the flexion generated by this effort in an exaggerated manner to facilitate understanding.
  • this bending is compensated by the actuating means 6 whose control and the resulting generated movement make it possible to counteract the effect of the natural bending of the first arm 5 as indicated in FIG. 5B (distortion again exaggerated to facilitate understanding).
  • the actuator 6 it is possible to return the end 5 'of the first arm 5 to its initial position, which corresponds to the position without external force, and therefore to ensure the perfect immobility of the working area (for example the epicardium) in contact with the part 20.
  • the stabilizing device 4 presents a three-armed structure 5, 11 mounted on a support frame 12, namely, firstly, a first support arm 5 constituting the elongated element intended to bear under pressure by a free end 5 'on the heart 2 and secured to the support frame 12 by a link 16 of the cardan type defining two pivot axes X 'and X "perpendicular to each other, and, secondly, two secondary actuating arms 11 each carrying a transmission link of efforts between a means of action 6 and the first arm 5 so that a linear movement of the actuating means 6 associated with one of the secondary arms 11 is transformed into a pivoting movement of the first arm 5 around one of the two axes ( X 'and X ") pivoting the link 16 of the cardan type (the point of intersection of these pivot axes is normally centered at the link 16).
  • the first arm 5 for example in the form of a bar or metal rod, in particular stainless steel, is rigidly secured to the support frame 12 at its end 5 "opposite the 5 'end in support on the core 2 and integrates the link 16 of the cardan type in the form of a flexible or compliant connection obtained by weakening or thinning of localized material, the pivot axes X 'and X "of this link 16 being each perpendicular to the one of the two active stabilization directions sought (in FIG. 7, the X 'and X "axes have been represented offset from the cardan link 16, for the sake of clarity of representation).
  • each of the two secondary arms 11 extends parallel to the first arm 5 and is rigidly connected, respectively by one of its two ends, on the one hand, to the support frame 12 via the actuating means corresponding linear 6 and, secondly, the first arm 5 via a return arm or maneuver 14 forming a lever or crank.
  • each secondary arm 11 for example in the form of a bar or metal rod, in particular stainless steel, incorporates two ball joints or spherical 17 and 17 'in series in its structure, in the form of two compliant links or flexible means consisting of localized weakening or thinning of material, the longitudinal axes AL1 and AL2 of said secondary arms 11 forming with the longitudinal axis AL of the first arm 5 two perpendicular planes.
  • the links 17 and 17 allow the secondary arms 1 1 which correct the deformation of the main arm 5 to follow the movement of said arm 5 while transmitting forces.
  • the operating arm 14 may have a unitary structure with two radial branches extending at 90 ° from each other about the longitudinal axis AL of the first arm 5. Nevertheless, it is also possible to implement two separate operating arms 14, especially when the intensities of the forces to be exerted are different according to the compensation directions concerned (different lengths / positions of engagement on the arm 5 mutually offset).
  • This support arm or first arm 5 may have an integral structure from one end to the other, or possibly a composite constitution, namely with a first portion of great length undergoing the deformation and bearing on the core and a short length portion connected to the support frame 12 and incorporating the pivot connection 13 or dial 16.
  • the rigid connection between the two parts may be made by the clamping sleeve forming part of the return or actuating arm 14.
  • the arm 5 is normally provided with a contact piece and specific support 20, normally fork-shaped two objects.
  • the system 1 may also comprise at least one additional motion or effort sensor, in particular a proprioceptive sensor 23, for example in the form of an accelerometer with one or more measurement directions, mounted or integrated at the 5 'end of the elongated element 5, or possibly mounted or integrated into the part 20 ( Figure 6).
  • a proprioceptive sensor 23 for example in the form of an accelerometer with one or more measurement directions, mounted or integrated at the 5 'end of the elongated element 5, or possibly mounted or integrated into the part 20 ( Figure 6).
  • Such a sensor 23 allows, if necessary, to supplement or confirm the measurement provided by the exteroceptive sensor 7 and make the latter more robust, especially for example in case of occlusion of the vision when the sensor 7 is a camera. It follows from the foregoing that the principle implemented by the two embodiments is therefore identical, namely, the active and real-time compensation of the deformation induced in an elongated support arm 5 by an active corrective arm 11 by target compensation direction, the corrective mechanism being shifted completely towards the end of the arm 5 opposite the free end 5 'resting on the core 2.
  • FIGS. 2 to 7 show actuating means 6 acting positively in tension, it is also possible to implement actuating means acting in thrust, while retaining the same construction for the stabilizing device 4, except for arranging the actuating arm (s) 11 on the other side relative to the longitudinal axis AL of the arm 5 (in FIGS. 2 to 7, the linear actuating means (s) in traction 6 are mounted relative to the axis AL on the opposite side to the bending deformation arrow of the arm 5).
  • the operating arm 14 extends for its part always in the desired compensation direction.
  • the stabilizing device 4 can be easily used in minimally invasive surgery, even in total endoscopic surgery, subject to minor constructive modifications.
  • the present invention also relates, as shown in Figure 1 of the accompanying drawings, an operating room facility 18 for performing surgical operations on flying hearts, comprising a surgical robot 19 controlled by a computer unit 19 '.
  • This facility 18 is characterized in that it also comprises an active cardiac stabilization system 1 as described above, the information resulting from the exteroceptive measurement being, if appropriate, transmitted to the computer unit 19 'driving the robot of surgery
  • the present invention also relates to a method of stabilization by mechanical action of a beating heart, in particular of an area of interest or work at a beating heart 2, of a human or animal subject 3, by implementation of a stabilizing device 4 comprising at least one elongated element 5 bearing under pressure by a free end on the core 2, at said working area or interest.
  • This method is characterized in that it consists in performing an active compensation of the mechanical deformations induced at the level of the stabilizing device 4 by the movements of the core 2, by means of an actuation controlled on the basis of an exteroceptive measurement .
  • the control of the stabilizing device 4 is achieved by means of a control loop 8 and the stabilizing device 4 realizes, by means of the elongate element 5 and according to a law of control determined by the exteroceptive measurement, a significant reduction, or even a cancellation, of the residual movements of the core 2. It may possibly be provided that the servocontrol loop 8 takes into account for the calculation of the control law of the stabilizing device 4, if necessary in addition to the exteroceptive measurement, at least one physiological signal, such as the electrocardiogram to anticipate the occurrence of heartbeat.
  • the exteroceptive measurement implemented may consist either of a measurement of the deformation induced at the level of the stabilizing device 4 by the movements of the heart 2, that is to say a measurement of the displacement of a particular point of the working zone or of interest concerned of the heart 2, for example the current suture point.
  • FIGS. 1 to 7 it implements an active stabilization system 1 as described above, with one or two directions of active compensation. .

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Abstract

La présente invention a pour objet un système de stabilisation par action mécanique d'un coeur battant, notamment d'une zone d'intérêt ou de travail au niveau d'un c ur battant d'un sujet humain ou animal, ledit système comprenant un dispositif stabilisateur comportant au moins un élément allongé destiné à venir en appui sous pression par une extrémité libre sur le c ur, au niveau de ladite zone de travail ou d'intérêt. Système (1) caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (6, 7) aptes à réaliser une compensation active des déformations mécaniques induites au niveau du dispositif stabilisateur (4) par les mouvements du c ur (2), ces moyens comprenant un moyen (6) d'actionnement commandé sur la base d'une mesure extéroceptive délivrée par un moyen (7) correspondant.

Description

Système et procédé de stabilisation cardiaque active et installation de salle d'opération comprenant un tel système
La présente invention concerne le domaine des équipements médicaux, plus particulièrement les équipements des salles d'opérations chirurgicales, notamment cardiaques, et a pour objet un système et un procédé de stabilisation d'un cœur battant, ainsi qu'une installation de salle d'opération comprenant un tel système.
Le contexte général d'application de la présente invention est le domaine des dispositifs et procédés techniques autorisant ou facilitant les interventions de chirurgie cardiaque à cœur battant.
Actuellement l'opération la plus courante en chirurgie cardiaque est le pontage de l'artère coronaire. Ce geste chirurgical consiste à court-circuiter la partie sténosée de l'artère coronaire en utilisant un greffon sain, généralement prélevé sur le patient.
L'approche conventionnelle pour effectuer ce type d'opération est la sternotomie médiane avec le remplacement temporaire du système cœur-poumon par un appareil externe qui assure l'oxygénation et la circulation sanguine. Une telle substitution, assurant une continuité des fonctions par leur externalisation, permet aux chirurgiens d'opérer sur un cœur à l'arrêt.
Cependant, l'utilisation d'une machine cœur-poumon peut dans certains cas s'avérer dangereuse car elle peut entraîner des séquelles postopératoires importantes (complications neurologiques).
Ces risques expliquent le recours de plus en plus fréquent à la chirurgie des coronaires à cœur battant ("Off Pump Coronary Artery Bypass Grafting"). Cette technique chirurgicale a pu voir le jour grâce à l'utilisation de stabilisateurs mécaniques qui permettent de stabiliser une zone d'intérêt ou de travail sur un cœur qui continue à battre.
Une des difficultés majeure à laquelle est confrontée la chirurgie cardiaque à cœur battant est l'importance du mouvement résiduel, encore présent après l'application des stabilisateurs cardiaques existants de type passif. Ce mouvement peut en effet altérer la précision du geste d'un praticien habitué à opérer sur un cœur à l'arrêt. Comme pour les autres chirurgies, les progrès de la chirurgie cardiaque passent obligatoirement par une invasibilité moindre de manière à éviter le sternotomie. Des stabilisateurs cardiaques du type endoscopique commencent à être commercialisés. Néanmoins, leur dimensionnement et leur construction font que le mouvement résiduel est plus important qu'en chirurgie ouverte, rendant le geste chirurgical très difficile voire impossible dans ces conditions.
Parmi les réalisations connues de dispositifs de stabilisation cardiaque, dont la mise en œuvre peut servir à opérer un cœur qui continue de battre, on peut citer notamment celles divulguées par les documents US 6 290 644, US 6 120 436, US 6 685 632, US 6 701 930 et US 6 743 169. Des dispositifs ou systèmes invasifs équivalents de stabilisation du cœur sont, en outre, connus des documents US 6 537 323, US 6 331 157, US 6 554 823, US 6 558 319 et US 6 589 166. Des solutions de stabilisateurs cardiaques mini-invasifs ont également été proposées, comme par exemple par les documents US 6 817 972 et US 6 936 001, qui divulguent des structures articulées de stabilisateurs, permettant de les introduire dans la cage thoracique et de les positionner aisément sur la surface du cœur. Le document US 6 860 877 propose quant à lui un bras articulé pouvant servir de support pour les stabilisateurs précités.
De plus, le document US 6 764 445 fait état d'un stabilisateur endoscopique intégré à une plateforme robotique de chirurgie cardiaque.
Tous les dispositifs et systèmes de stabilisation du cœur évoqués ci-dessus reposent sur une stabilisation passive par action mécanique, laissant subsister des mouvements résiduels du cœur.
Typiquement, l'ampleur du mouvement résiduel cardiaque mesurée en relation avec les stabilisateurs mécaniques connus est généralement comprise entre 0,5 mm et 2,5 mm (en fonction de la zone, de la vigueur du muscle cardiaque et du type de stabilisateur). Ceci est largement supérieur à une valeur estimée de 0, 1 mm à 0, 15 mm nécessaire pour des interventions au niveau d'artères coronaires de 1 à 2 mm de diamètre et d'un fil de suture de 0,1 mm de diamètre.
Pour tenter de surmonter cet inconvénient, des stabilisateurs actifs ont été proposés, qui mettent en œuvre des électrodes électriques.
Ainsi, le document US 6 442 424 a pour objet un stabilisateur actif de l'épicarde. Ce dispositif comprend des électrodes placées sur la surface du cœur et qui permettent d'envoyer des courants électriques à la surface du myocarde. Ces derniers sont capables de changer localement le comportement du cœur et de diminuer le mouvement d'une zone d'intérêt. L'émission des signaux électriques est régie par une loi de commande reposant sur des mesures de l'activité cardiaque.
Dans US 6 973 347, les électrodes en question sont positionnées sur un stabilisateur cardiaque mécanique classique en forme de
U, ce document présentant un stabilisateur actif et un schéma d'asservissement. Ce n'est toutefois pas le système mécanique qui est commandé, mais directement le muscle cardiaque.
Une telle commande électrique du cœur n'est pas admissible dans tous les cas, puisqu'elle peut être préjudiciable lorsque ce dernier est dans un état pathologique, et éventuellement interférer avec les autres appareils ou instruments, notamment l'électrocardiographe, mis en œuvre durant l'opération.
Une autre solution proposée pour s'affranchir du mouvement cardiaque résiduel, dans le cas de l'utilisation de stabilisateurs mécaniques du type précité, consiste à estimer, voire prédire les mouvements cardiaques résiduels et de synchroniser les mouvements du robot chirurgical sur ces mouvements résiduels estimés.
Toutefois, cette approche nécessitant des robots très performants et précis, présente un risque pour le patient du fait du contact de l'outil avec le cœur en présence de fortes accélérations et ne propose pas de solution pour les interventions réalisées manuellement car elle ne peut s'envisager que dans un contexte de télémanipulation.
La présente invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients évoqués ci-dessus.
A cet effet, la présente invention a pour objet un système de stabilisation par action mécanique d'un cœur battant, notamment d'une zone d'intérêt ou de travail au niveau d'un cœur battant d'un sujet humain ou animal, ledit système comprenant un dispositif stabilisateur comportant au moins un élément allongé destiné à venir en appui sous pression par une extrémité libre sur le cœur, au niveau de ladite zone de travail ou d'intérêt, système caractérisé en ce qu'il comprend des moyens aptes à réaliser une compensation active des déformations mécaniques induites au niveau du dispositif stabilisateur par les mouvements du cœur, ces moyens comprenant un moyen d'actionnement commandé sur la base d'une mesure extéroceptive délivrée par un moyen correspondant.
Elle concerne également un procédé de stabilisation par action mécanique d'un cœur battant, notamment d'une zone d'intérêt ou de travail au niveau d'un cœur battant, d'un sujet humain ou animal, par mise en œuvre d'un dispositif stabilisateur comportant au moins un élément allongé venant en appui sous pression par une extrémité libre sur le cœur, au niveau de ladite zone de travail ou d'intérêt, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une compensation active des déformations mécaniques induites au niveau du dispositif stabilisateur par les mouvements du cœur, ce par l'intermédiaire d'un actionnement commandé sur la base d'une mesure extéroceptive.
L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci- après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : la figure 1 est une représentation de principe et symbolique d'une plateforme opératoire ou installation de salle d'opération comprenant un système actif de stabilisation cardiaque selon l'invention ; la figure 2 est une représentation fonctionnelle simplifiée de la boucle d'asservissement commandant le dispositif stabilisateur faisant partie du système de stabilisation selon l'invention ; les figures 3A et 3B sont des vues en perspective isométrique
(respectivement à l'état assemblé et éclaté) du dispositif stabilisateur faisant partie du système de stabilisation selon l'invention, conformément à une variante de réalisation à un degré de liberté (une direction de compensation) ; la figure 4 est une vue de détail à une échelle différente de la partie fonctionnelle active de positionnement en orientation du dispositif stabilisateur représenté sur la figure 3 ; les figures 5A et 5B sont des vues en élévation latérale, illustrant, de manière exagérée, l'incidence du mouvement résiduel cardiaque sur le positionnement de l'extrémité du dispositif stabilisateur, sans (Fig. 5A) et avec (Fig. 5B) compensation active selon l'invention ; la figure 6 est une vue en perspective isométrique du dispositif stabilisateur faisant partie du système de stabilisation selon l'invention, conformément à une variante de réalisation à deux degrés de liberté (deux directions perpendiculaires de compensation) ; la figure 7 est une vue de détail, selon une autre direction et à une échelle différente, de la partie fonctionnelle active de positionnement en orientation du dispositif stabilisateur représenté sur la figure 6 ; la figure 8 est un chronogramme représentant l'amplitude des mouvements de l'extrémité du dispositif stabilisateur en l'absence et en présence de compensation active (à partir de l'instant A), ce en relation avec le dispositif stabilisateur représenté sur les figures 5A et 5B, et, la figure 9 est un chronogramme représentant les efforts appliqués sur le cœur dans la direction de compensation par le dispositif stabilisateur des figures 3 à 5, en l'absence et en présence de compensation active (à partir de l'instant A).
La figure 1, et au moins partiellement les figures 3 à 7, montrent un système 1 de stabilisation par action mécanique d'un cœur 2 battant, notamment d'une zone d'intérêt ou de travail au niveau d'un cœur battant d'un sujet humain ou animal 3.
Ce système 1 comprend un dispositif stabilisateur 4 comportant au moins un élément allongé 5 destiné à venir en appui sous pression par une extrémité libre 5' sur le cœur 2, au niveau de ladite zone de travail ou d'intérêt.
Conformément à l'invention, ce système 1 comprend des moyens 6, 7 aptes à réaliser une compensation active des déformations mécaniques induites au niveau du dispositif stabilisateur 4 par les mouvements du cœur 2, ces moyens comprenant un ou au moins un moyen 6 d'actionnement commandé sur la base d'une mesure extéroceptive délivrée par un ou au moins un moyen 7 correspondant.
Ainsi, le système 1 de stabilisation active selon l'invention permet de maintenir en position quasiment fixe l'extrémité 5' dudit dispositif 4 et donc d'immobiliser la zone de travail ou d'intérêt du cœur 2 avec laquelle elle est en contact, en compensant les déformations induites par ces mouvements au niveau dudit dispositif 4, déterminées par une mesure extéroceptive.
De manière avantageuse, le dispositif stabilisateur 4 est commandé par l'intermédiaire d'une boucle d'asservissement 8 et réalise, en fonction de la mesure extéroceptive et de la loi de commande du dispositif stabilisateur 4, une réduction significative, voire une annulation, en temps réel des mouvements de la zone de travail ou d'intérêt concernée du cœur 2. La réalisation pratique de tels asservissements extéroceptifs est bien connue de l'homme du métier et peut être aisément adaptée à différentes constructions de dispositifs électro-mécaniques à commander.
A titre d'exemples non limitatifs, illustrant les connaissances générales de l'homme de l'art dans ce domaine, on peut citer les références suivantes :
- "Intégration robot-capteur", de J Gangloff et P. Poignet, Techniques de l'ingénieur, S 7 780.
- "Visual Servo Control, Part I: Basic Approaches", de F. Chaumette et S. Hutchinson. IEEE Robotics and Automation Magazine, 13(4):82-90, Décembre 2006.
- "A new approach to visual servoing in robotics", de B. Espiau, F. Chaumette et P. Rives. IEEE Trans. on Robotics and
Automation, 8(3):313-326, Juin 1992.
- "Visual Servoing", Ed. K. Hashimoto, World Scientific, 1993, ISBN: 981-02-1364-6.
Les mouvements cardiaques compensés en temps réel peuvent consister soit en des mouvements résiduels du stabilisateur, soit en des mouvements de tissus situés sur la zone de travail ou d'intérêt (par exemple le point courant de suture) lorsque le dispositif stabilisateur 4 assure déjà une stabilisation passive (appui sous pression) en l'absence de compensation active. Selon une caractéristique de l'invention, la boucle d'asservissement 8 peut également prendre en compte, pour le calcul de la loi de commande du dispositif stabilisateur 4, au moins un signal physiologique, tel que l'électrocardiogramme, pour anticiper la survenue des battements cardiaques. La prédiction du mouvement cardiaque par exploitation de certains signaux physiologiques du sujet est une technique connue de l'homme du métier. On peut à ce sujet citer notamment :
- "Towards robotized beating heart TECABG : assessment of the heart dynamics using high-speed vision", de L. CUVILLON, J. GANGLOFF, M. de MATHELIN et A. FORGIONE. Computer Aided Surgery, Vol. 11(5):267 - 277, Septembre 2006. - "Active Filtering of Physiological Motion in Robotized Surgery Using Prédictive Control", de R. GINHOUX, J. GANGLOFF, M. de MATHELIN, L. SOLER, M. A. SANCHEZ et J. MARESCAUX. IEEE Transactions on Robotics, Vol. 21(1):67— 79, Février 2005. De même, la commande prédictive et la commande robuste font également partie des connaissances générales de l'homme de l'art et le développement de solutions pratiques adaptées à des cas d'espèces est du ressort de ses compétences normales.
Les références suivantes peuvent être évoquées à ce sujet, de manière non limitative :
- "Adaptive optimal control: The thinking man's gpc", de R. R. Bitmead, M. Gevers et V. Wertz, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1990, ISBN 0-13-013277-2.
"COMMANDE HJNFINI ET MU-ANALYSE. Des outils pour la robustesse", de Stéphane Font et Gilles Duc, 15/06/1999, HERMES SCIENCE PUBLICATIONS, ISBN : 2-7462-0041-4 / EAN 13 : 9782746200418.
Pour réaliser cet asservissement, le système comprend avantageusement, comme le montre la figure 1, outre le dispositif stabilisateur 4 et le moyen 7 de mesure extéroceptive, également une unité informatique 9 réalisant le calcul de la loi de commande du dispositif stabilisateur 4 en fonction de la mesure extéroceptive, le dispositif stabilisateur 4 étant soit monté sur un robot 10 commandé par l'unité informatique 9, pour réaliser un positionnement assisté, soit fixé à la table d'opération supportant le sujet 3.
Préférentiellement, la mesure extéroceptive consiste soit en une mesure de la déformation induite au niveau du dispositif stabilisateur 4 par les mouvements du cœur 2, soit en une mesure du déplacement d'un point particulier de la zone de travail ou d'intérêt (par exemple le point de suture courant), ce par l'intermédiaire d'un capteur extéroceptif 7.
Plus précisément, et en accord avec une construction avantageuse du dispositif stabilisateur 4, il est prévu que la déformation induite au niveau du dispositif stabilisateur 4 par les mouvements du cœur 2 consiste en une flexion de l'élément allongé 5 en appui simple ou en exerçant une pression sur le cœur 2 battant et que le moyen d'actionnement 6 agit sur ledit élément allongé 5 pour compenser en temps réel cette flexion de telle manière que l'extrémité 5' dudit élément en appui sur le cœur 2 soit ramenée ou demeure à la position qu'elle occupe en l'absence d'effort externe appliqué (Fig. 5A et 5B).
Pour répondre aux contraintes de temps de réponse s'appliquant au système 1 de stabilisation active en termes de temps de réponse (extrêmement court), de précision du mouvement, d'effort à fournir, d'encombrement et de sécurité, le moyen d'actionnement 6 consiste avantageusement en au moins un actionneur piézoélectrique, préférentiellement associé à une structure amplificatrice, telle que par exemple l'actionneur piézoélectrique proposé par la Société Cédrat Technologies (structure amplificatrice en losange).
Néanmoins, un moyen d'actionnement de nature différente, par exemple basé sur des matériaux actifs, peut également être envisagé, pour autant qu'il réponde aux contraintes indiquées ci-dessus.
En outre, le moyen 7 de mesure extéroceptive est préférentiellement choisi dans le groupe formé par les capteurs d'effort, les capteurs magnétiques et les caméras rapides, notamment endoscopiques, pointées vers la zone de travail ou d'intérêt, le cas échéant avec un verrouillage actif.
Lorsque le système de stabilisation 1 est mis en œuvre avec un robot de chirurgie mini-invasive d'un type connu, en étant par exemple monté sur un bras robot 10, le capteur extéroceptif 7 (par exemple sous la forme d'une caméra rapide endoscopique) peut être exploité simultanément par les deux systèmes (stabilisation et chirurgie), dont les périmètres respectifs sont représentés sur la figure 1. Comme le montrent les figures 3 à 7, le principe de stabilisation active décrit ci-dessus peut être mis en œuvre pour une compensation selon une seule direction (axe z dans un référentiel attaché à la zone de travail - figures 3 à 5) ou selon au moins deux directions (axes z et x dans un référentiel attaché à la zone de travail - figures 6 et 7), par simple extension du principe à au moins une direction supplémentaire et prévision des moyens actifs supplémentaires correspondants, aptes à corriger la déformation du corps allongé 5 selon cette autre direction, ou mise en œuvre de moyens actifs plus complexes.
Lorsque plus qu'une direction de compensation est prévue, le moyen d'actionnement 6 peut soit être unitaire et présenter plusieurs directions d'actionnement, soit comprendre plusieurs composantes indépendantes, dont chacune agit selon une direction donnée. Le moyen 7 de mesure extéroceptive reste préférentiellement unique, mais peut également être démultiplié selon la nature dudit moyen 7 et les besoins en termes de paramètres à mesurer et à évaluer du système 1.
Ainsi, selon un premier mode de réalisation pratique de l'invention, ressortant des figures 1 et 3 à 5, le dispositif stabilisateur 4 présente une structure à deux bras 5, 11 montée sur un châssis support 12, à savoir, d'une part, un premier bras d'appui 5 constituant l'élément allongé destiné à venir en appui sous pression par une extrémité libre 5' sur le cœur 2 et solidarisé au châssis support 12 par une liaison pivot 13 et, d'autre part, un second bras 11 d'actionnement réalisant une liaison de transmission d'efforts entre le moyen d'actionnement 6 et le premier bras 5, de telle manière qu'un mouvement linéaire généré par le moyen d'actionnement 6 est transformé en un mouvement de pivotement du premier bras 5 autour de la liaison pivot 13. Selon une caractéristique de l'invention, le premier bras 5, par exemple sous la forme d'une barre ou tige métallique, notamment en acier inoxydable, est solidarisé rigidement au châssis support 12 au niveau de son extrémité 5" opposée à l'extrémité 5' en appui sur le cœur 2 et intègre la liaison pivot 13 sous forme de liaison pivot compliante ou flexible obtenue par affaiblissement ou amincissement de matière localisé, l'axe de rotation X de cette liaison 13 étant perpendiculaire à la direction de stabilisation active recherchée. De plus, le second bras 11 s'étend parallèlement au premier bras 5 et est relié rigidement, par l'une de ses deux extrémités respectivement, d'une part, au châssis support 12 par l'intermédiaire du moyen d'actionnement linéaire 6 et, d'autre part, au premier bras 5 par l'intermédiaire d'un bras de renvoi ou de manœuvre 14 formant levier ou manivelle.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention, le second bras 11 , par exemple sous la forme d'une barre ou tige métallique, notamment en acier inoxydable, intègre deux liaisons pivot 15 et 15' en série dans sa structure, sous la forme de deux liaisons pivot compliantes ou flexibles consistant en des affaiblissements ou des amincissements localisés de matière dudit second bras 11 , les axes de ces liaisons pivot étant parallèles à l'axe X de la liaison pivot 13 du premier bras 5 et permettent audit second bras 11 de suivre la déformation par pivotement du premier bras 5 tout en transmettant des efforts. La mise en œuvre de liaisons pivot 13, 15 et 15' sous forme de liaisons flexibles, obtenues par affaiblissement ou amincissement, permet d'assurer une absence totale de jeu et donc une excellente précision, ainsi qu'une compacité de structure et une constitution d'un seul tenant compatibles avec les contraintes de la chirurgie, notamment mini-invasive.
De telles liaisons pivot compliantes sont notamment connues des publications suivantes :
- "Compliant mechanisms", de Larry L. Howell, Wiley-IEEE, ISBN 047138478X, 2001. - "Compliant mechanisms, Design of flexure hinges", de N.
Lobontiu, CRC Press, ISBN 0-8493-1367-8, 2002.
La figure 8 illustre l'atténuation très nette des mouvements résiduels de l'extrémité 5' du bras 5, et donc de la zone de travail du coeur 2 sur laquelle il est appliqué, lors de la mise en œuvre de la compensation active selon l'invention (par rapport à une stabilisation mécanique passive).
La figure 9 montre que la force d'appui sur le cœur 2 ne subit pratiquement aucune variation notable en intensité avec la mise en œuvre de la compensation active selon l'invention (par rapport à la force appliquée en relation avec une stabilisation mécanique passive). Comme le montrent les figures 3 et 4, le châssis support 12 consiste essentiellement en une plaque de fixation rigide sur laquelle sont solidarisés le moyen d'actionnement 6 et une pièce 21 de liaison par serrage immobilisant l'extrémité 5" du bras 5. Cette plaque 12 est elle-même fixée soit sur l'extrémité du bras mobile d'un robot de positionnement 10, soit sur le support recevant le patient 3, le cas échéant par l'intermédiaire d'une équerre de montage ou d'une pièce rigide analogue.
Le moyen d'actionnement 6, par exemple la structure amplificatrice de l'actionneur piézoélectrique, est solidarisé par son extrémité opposée à la plaque 12 à l'une des extrémités du deuxième bras 11 par l'intermédiaire d'une pièce d'interfaçage 22.
Le bras de manœuvre 14, qui s'étend sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal AL du premier bras 5 est, quant à lui, relié rigidement à l'extrémité du deuxième bras 11 opposée à l'actionneur 6 et comporte une mâchoire de serrage venant en prise autour du premier bras 5, à proximité de la liaison pivot 13. Ce bras de manœuvre assure la fermeture de la chaîne cinématique et la transmission des efforts exercés par l'actionneur 6 au premier bras 5. L'extrémité 5' du premier bras 5 est avantageusement en appui sur le cœur 2 par l'intermédiaire d'une pièce d'appui spécifique supplémentaire 20.
Le fonctionnement du système de stabilisation 1 peut être expliqué aisément en se reportant aux figures 5 A et 5B.
L'effort provoqué par le mouvement cardiaque est transmis au premier bras 5 par l'intermédiaire de la pièce d'appui 20. La figure 5A illustre la flexion générée par cet effort de manière exagérée pour en faciliter la compréhension. Selon l'invention, cette flexion est compensée par le moyen d'actionnement 6 dont la commande et le mouvement généré résultant permettent de contrecarrer l'effet de la flexion naturelle du premier bras 5 comme l'indique la figure 5B (déformation à nouveau exagérée pour faciliter la compréhension). Dans cette dernière figure, on constate que, grâce à la commande de l'actionneur 6, il est possible de ramener l'extrémité 5' du premier bras 5 à sa position initiale, qui correspond à la position sans effort externe, et donc d'assurer la parfaite immobilité de la zone de travail (par exemple l'épicarde) en contact avec la pièce 20. En accord avec un second mode de réalisation de l'invention, ressortant des figures 6 et 7, le dispositif stabilisateur 4 présente une structure à trois bras 5, 11 montée sur un châssis support 12, à savoir, d'une part, un premier bras 5 d'appui constituant l'élément allongé destiné à venir en appui sous pression par une extrémité libre 5' sur le cœur 2 et solidarisé au châssis support 12 par une liaison 16 du type cardan définissant deux axes de pivotement X' et X" perpendiculaires entre eux, et, d'autre part, deux bras secondaires 11 d'actionnement réalisant chacun une liaison de transmission d'efforts entre un moyen d'actionnement 6 et le premier bras 5 de telle manière qu'un mouvement linéaire du moyen d'actionnement 6 associé à l'un des bras secondaires 11 est transformé en un mouvement de pivotement du premier bras 5 autour de l'un des deux axes (X' et X") de pivotement de la liaison 16 du type cardan (le point d'intersection de ces axes de pivotement est normalement centré au niveau de la liaison 16).
Plus précisément, et comme cela ressort également des figures 6 et 7, le premier bras 5, par exemple sous la forme d'une barre ou tige métallique, notamment en acier inoxydable, est solidarisé rigidement au châssis support 12 au niveau de son extrémité 5" opposée à l'extrémité 5' en appui sur le cœur 2 et intègre la liaison 16 du type cardan sous la forme d'une liaison flexible ou compliante obtenue par affaiblissement ou amincissement de matière localisé, les axes de pivotement X' et X" de cette liaison 16 étant chacun perpendiculaire à l'une des deux directions de stabilisation active recherchée (sur la figure 7, les axes X' et X" ont été représentés de manière décalée par rapport à la liaison cardan 16, ce dans un souci de clarté de la représentation). De plus, chacun des deux bras secondaires 11 s'étend parallèlement au premier bras 5 et est relié rigidement, respectivement par l'une de ses deux extrémités, d'une part, au châssis support 12 par l'intermédiaire du moyen d'actionnement linéaire 6 correspondant et, d'autre part, au premier bras 5 par l'intermédiaire d'un bras de renvoi ou de manœuvre 14 formant levier ou manivelle.
Avantageusement, chaque bras secondaire 11, par exemple sous la forme d'une barre ou tige métallique, notamment en acier inoxydable, intègre deux liaisons à rotule ou sphériques 17 et 17' en série dans sa structure, sous la forme de deux liaisons compliantes ou flexibles consistant en des affaiblissements ou des amincissements de matière localisés, les axes longitudinaux ALl et AL2 desdits bras secondaires 11 formant avec l'axe longitudinal AL du premier bras 5 deux plans perpendiculaires. Les liaisons 17 et 17' permettent aux bras secondaires 1 1 qui corrigent la déformation du bras principal 5 de suivre le mouvement dudit bras 5 tout en transmettant des efforts.
Comme le montrent les figures 6 et 7, le bras de manœuvre 14 peut présenter une structure unitaire à deux branches radiales s'étendant à 90 ° l'une de l'autre autour de l'axe longitudinal AL du premier bras 5. Néanmoins, il est également possible de mettre en œuvre deux bras de manœuvre 14 distincts, notamment lorsque les intensités des efforts à exercer sont différentes selon les directions de compensation concernées (longueurs différentes / positions de venue en prise sur le bras 5 mutuellement décalées).
Ce bras d'appui ou premier bras 5 peut présenter une structure d'un seul tenant d'une extrémité à l'autre, soit éventuellement une constitution composite, à savoir avec une première partie de grande longueur subissant la déformation et en appui sur le cœur et une partie de faible longueur reliée au châssis support 12 et intégrant la liaison pivot 13 ou à cadran 16. Dans ce dernier cas, le raccordement rigide entre les deux parties peut être réalisé par le manchon de serrage faisant partie du bras de renvoi ou de manœuvre 14.
Au niveau de son extrémité 5' en contact avec le cœur 2, le bras 5 est normalement pourvu d'une pièce de contact et d'appui spécifique 20, normalement en forme de fourche à deux objets.
La nature du contact entre l'extrémité 5' (éventuellement pourvu de la pièce 20) et le tissu cardiaque peut être variée : contact sous pression, succion (ventouses sur la pièce 20), sutures, toutes ces variantes étant connues dans le domaine concerné. Afin de compléter la mesure extéroceptive, le système 1 peut également comprendre au moins un capteur de mouvement ou d'effort additionnel, notamment un capteur proprioceptif 23, par exemple sous la forme d'un accéléromètre à une ou plusieurs directions de mesure, monté ou intégré au niveau de l'extrémité 5' de l'élément allongé 5, ou éventuellement monté ou intégré dans la pièce 20 (Figure 6).
Un tel capteur 23 permet, le cas échéant, de compléter ou confirmer la mesure fournie par le capteur extéroceptif 7 et rendre cette dernière plus robuste, notamment par exemple en cas d'occlusion de la vision lorsque le capteur 7 est une caméra. II ressort de ce qui précède que le principe mis en œuvre par les deux modes de réalisation est donc identique, à savoir, la compensation active et en temps réel de la déformation induite dans un bras d'appui 5 allongé par un bras correcteur actif 11 par direction de compensation visée, le mécanisme correcteur étant décalé en totalité vers l'extrémité du bras 5 opposé à l'extrémité libre 5' en appui sur le cœur 2.
Bien que les figures 2 à 7 représentent des moyens d'actionnement 6 agissant positivement en traction, il est également possible de mettre en œuvre des moyens d'actionnement agissant en poussée, ce en conservant la même construction pour le dispositif stabilisateur 4, sauf à disposer le ou les bras d'actionnement 11 de l'autre côté par rapport à l'axe longitudinal AL du bras 5 (sur les figures 2 à 7, le ou les moyen(s) d'actionnement linéaire(s) en traction 6 sont montés, par rapport à l'axe AL, du côté opposé à la flèche de déformation par flexion du bras 5).
Le bras de manœuvre 14 s'étend quant à lui toujours selon la direction de compensation recherchée.
Compte tenu de sa structure et des faibles dimensions possibles pour ses différents éléments constitutifs, le dispositif stabilisateur 4 peut être aisément utilisé en chirurgie mini-invasive, voire en chirurgie endoscopique totale, sous réserve de quelques modifications constructives mineures.
La présente invention concerne également, comme le montre la figure 1 des dessins annexés, une installation 18 de salle d'opération pour la réalisation d'interventions chirurgicales sur des cœurs battants, comprenant un robot de chirurgie 19 piloté par une unité informatique 19'.
Cette installation 18 est caractérisée en ce qu'elle comprend également un système 1 de stabilisation cardiaque active telle que décrite ci-dessus, les informations résultant de la mesure extéroceptive étant, le cas échéant, transmises à l'unité informatique 19' pilotant le robot de chirurgie
19.
Enfin, la présente invention vise également un procédé de stabilisation par action mécanique d'un cœur battant, notamment d'une zone d'intérêt ou de travail au niveau d'un cœur 2 battant, d'un sujet humain ou animal 3, par mise en œuvre d'un dispositif stabilisateur 4 comportant au moins un élément allongé 5 venant en appui sous pression par une extrémité libre sur le cœur 2, au niveau de ladite zone de travail ou d'intérêt.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une compensation active des déformations mécaniques induites au niveau du dispositif stabilisateur 4 par les mouvements du cœur 2, ce par l'intermédiaire d'un actionnement commandé sur la base d'une mesure extéroceptive.
Préférentiellement, la commande du dispositif stabilisateur 4 est réalisée par l'intermédiaire d'une boucle d'asservissement 8 et le dispositif stabilisateur 4 réalise en temps réel, par l'intermédiaire de l'élément allongé 5 et en fonction d'une loi de commande déterminée par la mesure extéroceptive, une réduction significative, voire une annulation, des mouvements résiduels du cœur 2. II peut éventuellement être prévu que la boucle d'asservissement 8 prenne en compte pour le calcul de la loi de commande du dispositif stabilisateur 4, le cas échéant en plus de la mesure extéroceptive, au moins un signal physiologique, tel que l'électrocardiogramme pour anticiper la survenue des battements cardiaques.
La mesure extéroceptive mise en œuvre peut consister soit en une mesure de la déformation induite au niveau du dispositif stabilisateur 4 par les mouvements du cœur 2, soit en une mesure du déplacement d'un point particulier de la zone de travail ou d'intérêt concernée du cœur 2, par exemple le point de suture courant.
En accord avec un mode de réalisation préféré du procédé de stabilisation selon l'invention, illustrée par les figures 1 à 7, il met en œuvre un système de stabilisation active 1 tel que décrit ci-dessus, avec une ou deux directions de compensation active.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1) Système de stabilisation par action mécanique d'un cœur battant, notamment d'une zone d'intérêt ou de travail au niveau d'un cœur battant d'un sujet humain ou animal, ledit système comprenant un dispositif stabilisateur comportant au moins un élément allongé destiné à venir en appui sous pression par une extrémité libre sur le cœur, au niveau de ladite zone de travail ou d'intérêt, système (1) caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (6, 7) aptes à réaliser une compensation active des déformations mécaniques induites au niveau du dispositif stabilisateur (4) par les mouvements du cœur (2), ces moyens comprenant un ou au moins un moyen (6) d'actionnement commandé sur la base d'une mesure extéroceptive délivrée par un moyen (7) correspondant.
2) Système de stabilisation selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le dispositif stabilisateur (4) est commandé par l'intermédiaire d'une boucle d'asservissement (8) et réalise, en fonction de la mesure extéroceptive déterminant la loi de commande du dispositif stabilisateur (4), une réduction significative, voire une annulation, en temps réel des mouvements de la zone de travail ou d'intérêt concernée du cœur (2).
3) Système de stabilisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que la boucle d'asservissement (8) prend également en compte, pour le calcul de la loi de commande du dispositif stabilisateur (4), au moins un signal physiologique, tel que l'électrocardiogramme, pour anticiper la survenue des battements cardiaques.
4) Système de stabilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la mesure extéroceptive consiste en une mesure de la déformation induite au niveau du dispositif stabilisateur (4) par les mouvements du cœur, ce par l'intermédiaire d'un capteur extéroceptif (7).
5) Système de stabilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la déformation induite au niveau du dispositif stabilisateur (4) par les mouvements du cœur (2) consiste en une flexion de l'élément allongé (5) en appui simple ou en exerçant une pression sur le cœur (2) battant et en ce que le moyen d'actionnement (6) agit sur ledit élément allongé (5) pour compenser en temps réel cette flexion de telle manière que l'extrémité (5') dudit élément en appui sur le cœur (2) soit ramenée ou demeure à la position qu'elle occupe en l'absence d'effort externe appliqué.
6) Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen d'actionnement (6) consiste en au moins un actionneur piézoélectrique, préférentiellement associé à une structure amplificatrice, et en ce que le moyen (7) de mesure extéroceptive est choisi dans le groupe formé par les capteurs d'effort, les capteurs magnétiques et les caméras rapides, notamment endoscopiques, pointées vers la zone de travail ou d'intérêt, le cas échéant avec un verrouillage actif. 7) Système de stabilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend, outre le dispositif stabilisateur (4) et le moyen (7) de mesure extéroceptive, également une unité informatique (9) réalisant le calcul de la loi de commande du dispositif stabilisateur (4) en fonction de la mesure extéroceptive, le dispositif stabilisateur (4) étant soit monté sur un robot (10) commandé par l'unité informatique (9), pour réaliser un positionnement assisté, soit fixé à la table d'opération supportant le sujet (3).
8) Système de stabilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif stabilisateur (4) présente une structure à deux bras (5, 11) montée sur un châssis support (12), à savoir, d'une part, un premier bras d'appui (5) constituant l'élément allongé destiné à venir en appui sous pression par une extrémité libre (5') sur le cœur (2) et solidarisé au châssis support (12) par une liaison pivot (13) et, d'autre part, un second bras (11) d'actionnement réalisant une liaison de transmission d'efforts entre le moyen d'actionnement (6) et le premier bras (5), de telle manière qu'un mouvement linéaire généré par le moyen d'actionnement (6) est transformé en un mouvement de pivotement du premier bras (5) autour de la liaison pivot (13).
9) Système de stabilisation selon la revendication 8, caractérisé en ce que le premier bras (5), par exemple sous la forme d'une barre ou tige métallique, notamment en acier inoxydable, est solidarisé rigidement au châssis support (12) au niveau de son extrémité (5") opposée à l'extrémité (5') en appui sur le cœur (2) et intègre la liaison pivot (13) sous forme de liaison pivot compliante ou flexible obtenue par affaiblissement ou amincissement de matière localisé, l'axe de rotation (X) de cette liaison (13) étant perpendiculaire à la direction de stabilisation active recherchée, et en ce que le second bras (11) s'étend parallèlement au premier bras (5) et est relié rigidement, par l'une de ses deux extrémités respectivement, d'une part, au châssis support (12) par l'intermédiaire du moyen d'actionnement linéaire (6) et, d'autre part, au premier bras (5) par l'intermédiaire d'un bras de renvoi ou de manœuvre (14) formant levier ou manivelle. 10) Système de stabilisation selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le second bras (11), par exemple sous la forme d'une barre ou tige métallique, notamment en acier inoxydable, intègre deux liaisons pivot (15 et 15') en série dans sa structure, sous la forme de deux liaisons pivot compliantes ou flexibles consistant en des affaiblissements ou des amincissements localisés de matière dudit second bras (11), les axes de ces liaisons pivot étant parallèles à l'axe (X) de la liaison pivot (13) du premier bras (5).
11) Système de stabilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif stabilisateur (4) présente une structure à trois bras (5, 11) montée sur un châssis support (12), à savoir, d'une part, un premier bras (5) d'appui constituant l'élément allongé destiné à venir en appui sous pression par une extrémité libre (5') sur le cœur (2) et solidarisé au châssis support (12) par une liaison (16) du type cardan définissant deux axes de pivotement (X' et X") perpendiculaires entre eux, et, d'autre part, deux bras secondaires (11) d'actionnement réalisant chacun une liaison de transmission d'efforts entre un moyen d'actionnement (6) et le premier bras (5) de telle manière qu'un mouvement linéaire du moyen d'actionnement (6) associé à l'un des bras secondaires (11) est transformé en un mouvement de pivotement du premier bras (5) autour de l'un des deux axes (X' et X") de pivotement de la liaison (16) du type cardan.
12) Système de stabilisation selon la revendication 11 , caractérisé en ce que le premier bras (5), par exemple sous la forme d'une barre ou tige métallique, notamment en acier inoxydable, est solidarisé rigidement au châssis support (12) au niveau de son extrémité (5") opposée à l'extrémité (5') en appui sur le cœur (2) et intègre la liaison (16) du type cardan sous la forme d'une liaison flexible ou compliante obtenue par affaiblissement ou amincissement de matière localisé, les axes de pivotement (X' et X") de cette liaison (16) étant chacun perpendiculaire à l'une des deux directions de stabilisation active recherchée, et en ce que chacun des deux bras secondaires (11) s'étend parallèlement au premier bras (5) et est relié rigidement, respectivement par l'une de ses deux extrémités, d'une part, au châssis support (12) par l'intermédiaire du moyen d'actionnement linéaire (6) correspondant et, d'autre part, au premier bras (5) par l'intermédiaire d'un bras de renvoi ou de manœuvre (14) formant levier ou manivelle. 13) Système de stabilisation selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que chaque bras secondaire (11), par exemple sous la forme d'une barre ou tige métallique, notamment en acier inoxydable, intègre deux liaisons à rotule ou sphériques (17 et 17') en série dans sa structure, sous la forme de deux liaisons compliantes ou flexibles consistant en des affaiblissements ou des amincissements de matière localisés, les axes longitudinaux (ALl et AL2) desdits bras secondaires (11) formant avec l'axe longitudinal (AL) du premier bras (5) deux plans perpendiculaires.
14) Système de stabilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend également au moins un capteur de mouvement additionnel, notamment un capteur proprioceptif (23), par exemple sous la forme d'un accéléromètre à une ou plusieurs directions de mesure, monté ou intégré au niveau de l'extrémité (5') de l'élément allongé (5). 15) Installation de salle d'opération pour la réalisation d'interventions chirurgicales sur des cœurs battants, comprenant un robot de chirurgie piloté par une unité informatique, installation (18) caractérisée en ce qu'elle comprend également un système (1) de stabilisation cardiaque active selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, les informations résultant de la mesure extéroceptive étant, le cas échéant, transmises à l'unité informatique (19') pilotant le robot de chirurgie (19).
16) Procédé de stabilisation par action mécanique d'un cœur battant, notamment d'une zone d'intérêt ou de travail au niveau d'un cœur battant, d'un sujet humain ou animal, par mise en œuvre d'un dispositif stabilisateur comportant au moins un élément allongé venant en appui sous pression par une extrémité libre sur le cœur, au niveau de ladite zone de travail ou d'intérêt, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une compensation active des déformations mécaniques induites au niveau du dispositif stabilisateur (4) par les mouvements du cœur (2), ce par l'intermédiaire d'un actionnement commandé sur la base d'une mesure extéroceptive. 17) Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la commande du dispositif stabilisateur (4) est réalisée par l'intermédiaire d'une boucle d'asservissement (8).
18) Procédé selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce que le dispositif stabilisateur (4) réalise en temps réel, par l'intermédiaire de l'élément allongé (5) et en fonction d'une loi de commande déterminée par la mesure extéroceptive, une réduction significative, voire une annulation, des mouvements résiduels du cœur (2).
19) Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 et 18, caractérisé en ce que la boucle d'asservissement (8) prend en compte pour le calcul de la loi de commande du dispositif stabilisateur (4), le cas échéant en plus de la mesure extéroceptive, au moins un signal physiologique, tel que l'électrocardiogramme pour anticiper la survenue des battements cardiaques. 20) Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, caractérisé en ce que la mesure extéroceptive consiste en une mesure de la déformation induite au niveau du dispositif stabilisateur (4) par les mouvements du cœur (2).
21) Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, caractérisé en ce que la mesure extéroceptive consiste en une mesure du déplacement d'un point particulier de la zone de travail ou d'intérêt concernée du cœur (2), par exemple le point de suture courant.
22) Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 21, caractérisé en ce qu'il met en œuvre un système de stabilisation (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 14.
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