WO2009027585A1 - Dispositif flexible de determination d'une forme en trois dimensions - Google Patents

Dispositif flexible de determination d'une forme en trois dimensions Download PDF

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Jacques Marescaux
Luc Soler
Stéphane NICOLAU
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Institut De Recherche Sur Les Cancers De L'appareil Digestif Ircad
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    • A61B5/107—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
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    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
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    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A61B5/065—Determining position of the probe employing exclusively positioning means located on or in the probe, e.g. using position sensors arranged on the probe

Definitions

  • the present invention relates to the field of determining the shape of three-dimensional objects invisible to an operator, in particular in the field of internal medicine or more generally in all fields of industry, in which objects to be controlled or to position in a space are invisible to the eyes of an operator and relates to a flexible device for determining a three-dimensional shape.
  • the determination of a three-dimensional shape is of particular interest in all cases where it is important to know the conformation of a conduit or a body arranged out of the sight of an operator, namely, particularly in the in the field of internal medicine or in industry with regard to closed devices with non-visible internal components.
  • US Pat. No. 6,836,745 B1 proposed a method of determining the position of an object by taking into account the distortions of a magnetic field due to the eddy current induced by the object. Such a method and the corresponding device make it possible to determine the coordinates of an object but not a determination in three dimensions, that is to say showing the actual shape of the object and its size.
  • US Pat. No. 6,288,785 B1 also discloses a device for spatial determination and angular orientation of a body or object in three dimensions.
  • optical and non-optical means are used, including the non-optical means, in the form of a sensor, intended to produce position and / or orientation signals for the light source of the optical means. report to a coordinate subsystem of the non-optical means.
  • Such a device has a relatively complex constitution implementing, on the one hand, a non-optical control means, namely, for example, a magnetic unit and, on the other hand, an optical control means, so that its use is also relatively complex and requires significant means of calculation.
  • a non-optical control means namely, for example, a magnetic unit and, on the other hand, an optical control means
  • US-A-5,767,669 discloses a system for measuring the orientation and position of a magnetic field via a remote sensor having a plurality of passive field sensor elements.
  • eddy currents are produced by magnetic field implementation in proximity to metallic materials.
  • the system according to the latter document generally finds its use in all the devices and methods described above, all of which implement a remote sensor cooperating with a magnetic source.
  • a shape detector of an endoscope wherein said endoscope is provided with magnetic position sensors.
  • Such a shape detector makes it possible to determine the shape of an endoscope or an anatomical canal or any other nonvisible conduit.
  • an obstacle in such a channel such as, for example, a tumor or other undesirable object, it is not possible to determine the shape and size of this obstacle with this detector.
  • all the existing shape-determining devices are dedicated devices, that is to say which can only be used in a form or for a very precise operation, generally with a specific associated means, and therefore have no specific device. universality. In particular, these devices can not be implemented with existing cavity investigation means of simpler constitution.
  • the object of the present invention is to overcome these disadvantages by proposing a flexible device for determining a three-dimensional shape, without the use of complex and complementary means of deducing said shape by interpolation or by interference, this device being able in particular to be implemented with existing means.
  • the flexible device for determining a three-dimensional shape is characterized in that it consists of a flexible support provided with position sensors distributed so as to provide the three-dimensional shape of the device.
  • the flexible device for determining a shape in three dimensions is characterized in that it is constituted by a flexible support 1, 1 ', 1 "provided with position sensors 2, 2', 2" distributed so as to provide the three-dimensional shape of the device.
  • the flexible support 1, V, 1 can have various shapes, such as those represented in FIGS. 1 to 3, namely more particularly an elongate ribbon shape, of flat, curvilinear or angular section, a planar surface shape (FIG. ) or the shape of a deformable volume ( Figure 3).
  • the position sensors 2, 2 ', 2 " can either be incorporated in the mass of the support 1, 1', 1", or be fixed on the surface of the latter.
  • the arrangement of the sensors 2, 2 ', 2 " can be performed in a regular distribution, namely at regular intervals or irregularly, namely at different intervals depending on their position on the support 1, 1', 1 ".
  • the provision of supports 1, 1 ', 1 "of different shapes allows the implementation of the device for different applications, the support 1 according to Figure 1 being advantageously used in the context of the exploration of elongate cavities, generally very small diameter, while the support will be rather used in application on a body having relatively large surfaces, for example to control deformations of this body, especially during an intervention on the latter.
  • a deformable volume may especially find its application in the case of monitoring the operation of an expandable and retractable cavity, as well as for detecting any surface anomalies inside such cavities.
  • the sensors 2, 2 ', 2 "implemented by the device according to the invention may advantageously be of the electromagnetic, radiofrequency, optical, ultrasonic or gyroscopic type.
  • the sensors 2, 2 ', 2 "operate in combination with known detectors of the same type, the signals recorded are processed by means of three-dimensional reconstruction software associated with these detectors. themselves and do not require a particular description here.
  • the device represented in FIG. 1 of the appended drawings it is possible to introduce this device into an endoscope of known type, that is to say provided with means making it possible to progress the latter in a technical channel or - A - anatomical, following the changes of direction of the latter.
  • the device according to the invention may at any time be moved in the endoscope and, possibly, in cooperation with a visualization means also housed in the endoscope, be directed towards an object, such as, for example, a tumor, for determine by triangulation the shape and dimensions of the latter.
  • the device according to the invention can also be used independently. Any other means of introduction and / or guidance, namely, for example, instead of a catheter, especially for the investigation of anatomical conduits of very small sections, such as veins and arteries.
  • a device implementing a surface support such as that represented in FIG. 2 of the appended drawings, may be applied in the form of a sheet incorporating the sensors 2 'or on which the sensors 2' are mounted, this sheet being able to for example, to be applied on the face of an organ, by marrying the contours, in order to detect surface anomalies or suspicious deformations.
  • a support 1 "according to Figure 3, which is in the form of a volume part, on which and in which are integrated and / or arranged the sensors, can, by placing in a corresponding shaped cavity , to detect anomalies of the internal wall of the cavity, either during an expansion of the latter or during a retraction of the latter.
  • the device according to the invention is used in connection with a computer processing unit of the signals of the sensors assigned to the sensors 2, 2 ', 2 ", in connection with a three-dimensional modeling software of the
  • a computer processing unit of the signals of the sensors assigned to the sensors 2, 2 ', 2 " in connection with a three-dimensional modeling software of the
  • the device according to the invention can be implemented in a particularly simple manner and without specific means.
  • the invention makes it possible to perform a three-dimensional shape determination of a cavity or an object in a cavity, invisible to the eye of an operator, by using already existing material and not especially dedicated to a particular operation. Consequently, the device according to the invention makes it possible to carry out very precise verifications, if not impossible, with the equipment existing to date, with a relatively low expenditure of means.

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Abstract

Dispositif flexible de détermination d'une forme en trois dimensions La présente invention a pour objet un dispositif flexible de détermination d'une forme en trois dimensions. Dispositif caractérisé en ce qu'il est constitué par un support flexible (1) pourvu de capteurs de position (2) répartis de manière à fournir la forme en trois dimensions du dispositif. L'invention est plus particulièrement applicable dans le domaine de la détermination de la forme d'objets en trois dimensions invisibles par un opérateur, en particulier dans le domaine de la médecine interne ou plus généralement dans tous les domaines de l'industrie.

Description

Dispositif flexible de détermination d'une forme en trois dimensions
La présente invention concerne le domaine de la détermination de la forme d'objets en trois dimensions invisibles par un opérateur, en particulier dans le domaine de la médecine interne ou plus généralement dans tous les domaines de l'industrie, dans lesquels des objets à contrôler ou à positionner dans un espace sont invisibles aux yeux d'un opérateur et a pour objet un dispositif flexible de détermination d'une forme en trois dimensions.
La détermination d'une forme en trois dimensions présente un intérêt particulier dans tous les cas où il est important de connaître la conformation d'un conduit ou d'un corps disposé hors de la vue d'un opérateur, à savoir, notamment dans le domaine de la médecine interne ou encore dans l'industrie en ce qui concerne des dispositifs fermés comportant des composants internes non visibles.
A cet effet, il a notamment été proposé par US-6 836 745 Bl un procédé de détermination de position d'un objet par prise en compte des distorsions d'un champ magnétique dues au courant de Foucault induit par l'objet. Un tel procédé et le dispositif correspondant permettent dé déterminer les coordonnées d'un objet mais pas une détermination en trois dimensions, c'est-à-dire faisant apparaître la forme réelle de l'objet ainsi que sa taille.
On connaît également par US-6 288 785 Bl un dispositif de détermination spatiale et d'orientation angulaire de corps ou d'objet en trois dimensions. A cet effet, sont mis en œuvre des moyens optique et non- optique, dont le moyen non-optique, en forme de capteur et destiné à produire des signaux de position et/ou d'orientation de la source de lumière du moyen optique par rapport à un sous-système de coordonnées du moyen non-optique.
Un tel dispositif, présente une constitution relativement complexe mettant en œuvre, d'une part, un moyen de contrôle non-optique, à savoir, par exemple, une unité magnétique et, d'autre part, un moyen de contrôle optique, de sorte que son utilisation est également relativement complexe et nécessite d'importants moyens de calcul.
Le document US-A-5 767 669 divulgue un système de mesure de l'orientation et de la position d'un champ magnétique par l'intermédiaire d'un capteur à distance comportant une pluralité d'éléments capteurs à champ passifs. Dans un tel système, des courants de Foucault sont produits par mise en œuvre de champ magnétique à proximité de matériels métalliques. Le système selon ce dernier document, trouve généralement son utilisation dans tous les dispositifs et procédés décrits plus haut, qui mettent tous en œuvre un capteur à distance coopérant avec une source magnétique.
Enfin, il existe également, conformément au document US-
2002/01 69 361 Al, un détecteur de forme d'un endoscope, dans lequel ledit endoscope est pourvu de capteurs de position magnétiques. Un tel détecteur de formes permet de déterminer la forme d'un endoscope ou d'un canal anatomique ou de tout autre conduit non visible. Cependant, en cas de rencontre d'un obstacle dans un tel canal, tel que, par exemple, une tumeur ou un autre objet indésirable, il n'est pas possible de déterminer la forme et la dimension de cet obstacle avec ce détecteur.
Par ailleurs, tous les dispositifs de détermination de forme existant sont des dispositifs dédiés, c'est-à-dire qui ne sont utilisables que sous une forme ou pour une opération bien précises, généralement avec un moyen associé spécifique, et ne présentent donc aucune universalité. En particulier, ces dispositifs ne peuvent être mis en œuvre avec des moyens d'investigation de cavité existant, de constitution plus simple.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients, en proposant un dispositif flexible de détermination d'une forme en trois dimensions, sans mise en œuvre de moyens complexes et complémentaires de déduction de ladite forme par interpolation ou par interférence, ce dispositif pouvant notamment être mis en œuvre avec des moyens existant.
A cet effet, le dispositif flexible de détermination d'une forme en trois dimensions est caractérisé en ce qu'il est constitué par un support flexible pourvu de capteurs de position répartis de manière à fournir la forme en trois dimensions du dispositif.
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, dont les figures 1 à 3 représentent trois variantes de réalisation possibles de l'invention.
Conformément à l'invention et comme le montrent les figures 1 à 3 des dessins annexés, le dispositif flexible de détermination d'une forme en trois dimensions est caractérisé en ce qu'il est constitué par un support flexible 1, l', 1" pourvu de capteurs de position 2, 2', 2" répartis de manière à fournir la forme en trois dimensions du dispositif.
Le support flexible 1, V, 1 " peut présenter des formes diverses, telles que celles représentées aux figures 1 à 3, à savoir plus particulièrement une forme de ruban allongé, de section plane, curviligne ou angulaire, une forme surfacique plane (figure 2) ou encore la forme d'un volume déformable (figure 3).
Selon une autre caractéristique de l'invention, les capteurs de position 2, 2', 2" peuvent, soit être incorporés dans la masse du support 1, 1 ', 1 ", soit être fixés sur la surface de ce dernier. En outre, la disposition des capteurs 2, 2', 2" peut être effectuée selon une répartition régulière, à savoir à intervalles réguliers ou irrégulière, à savoir à des intervalles différents en fonction de leur position sur le support 1, l', 1 ". La prévision de supports 1, l', 1" de formes différentes permet la mise en œuvre du dispositif pour des applications différentes, le support 1 selon la figure 1 étant avantageusement utilisé dans le cadre de l'exploration de cavités allongées, généralement de très faible diamètre, alors que le support l' sera plutôt utilisé en application sur un corps présentant des surfaces relativement importantes, par exemple pour contrôler des déformations de ce corps, notamment lors d'une intervention sur ce dernier. Un support 2" sous forme d'un volume déformable pourra notamment trouver son application dans le cas de la surveillance du fonctionnement d'une cavité expansible et rétractable, ainsi que pour détecter d'éventuelles anomalies surfaciques à l'intérieur de telles cavités.
Les capteurs 2, 2', 2" mis en œuvre par le dispositif selon l'invention peuvent avantageusement être du type électromagnétique, radiofréquence, optique, ultrasonore ou gyroscopique.
De manière connue, les capteurs 2, 2', 2" fonctionnent en combinaison avec des détecteurs connus de même type, les signaux relevés sont traités au moyen de logiciels de reconstruction en trois dimensions associés à ces détecteurs. De tels logiciels sont connus en eux-mêmes et ne nécessitent pas une description particulière en l'occurrence.
A titre d'exemple, et en prenant en considération le dispositif représenté à la figure 1 des dessins annexés, il est possible d'introduire ce dispositif dans un endoscope de type connu, c'est-à-dire pourvu de moyens permettant de faire progresser ce dernier dans un canal technique ou - A - anatomique, en suivant les changements de direction de ce dernier. Le dispositif suivant l'invention peut à tout moment être déplacé dans l'endoscope et, éventuellement, en coopération avec un moyen de visualisation également logé dans l'endoscope, être dirigé vers un objet, tel que, par exemple, une tumeur, pour déterminer par triangulation la forme et les dimensions de cette dernière. Par simple maintien du dispositif à l'intérieur d'un endoscope, avec affleurement de l'extrémité distale dudit dispositif avec l'extrémité dudit endoscope, il est possible de déterminer, de manière particulièrement précise, la forme de l'endoscope dans le conduit dans lequel ce dernier est introduit, ce par simple relevé de la position des différents capteurs 2.
Du fait de l'intégration ou du montage des capteurs 2 dans un support 1 en forme de ruban allongé, de section plane, curviligne ou angulaire, section qui peut être de très faible importance, le dispositif selon l'invention peut également être utilisé indépendamment de tout autre moyen d'introduction et/ou de guidage, à savoir, par exemple, en lieu et place d'un cathéter, notamment pour l'investigation de conduits anatomiques de très faibles sections, tels que les veines et les artères.
Un dispositif mettant en œuvre un support l' surfacique, comme celui représenté à la figure 2 des dessins annexés, pourra trouver son application sous forme d'une feuille intégrant les capteurs 2' ou sur laquelle sont montés les capteurs 2', cette feuille pouvant, par exemple, être appliquée sur la face d'un organe, en en épousant les contours, afin de détecter les anomalies de surfaces ou des déformations suspectes. Enfin, un support 1" selon la figure 3, qui se présente sous forme d'une pièce en volume, sur laquelle et dans laquelle sont intégrés et/ou disposés des capteurs l', peut permettre, par placement dans une cavité de forme correspondante, de détecter des anomalies de la paroi interne de la cavité, soit lors d'une expansion de cette dernière soit lors d'une rétraction de cette dernière.
Bien entendu, de manière connue, le dispositif conforme à l'invention est utilisé en relation avec une unité de traitement informatique des signaux des détecteurs affectés aux capteurs 2, 2', 2", en relation avec un logiciel de modélisation en trois dimensions du dispositif. Ainsi, pour mesurer par exemple la taille d'une tumeur dans un canal anatomique ou la taille d'un objet dans une conduite technique, il sera procédé, en plus de la détermination de la forme de la tumeur ou de l'objet, à une intégration de la distance entre deux positions de mesure de ladite tumeur ou dudit objet.
Du fait de sa conformation, en particulier suivant le mode de réalisation de la figure 1 , le dispositif conforme à l'invention peut être mis en œuvre de manière particulièrement simple et sans moyens spécifiques.
En effet, du fait même de sa forme de ruban allongé de section quelconque, mais très faible, il est possible d'utiliser ledit dispositif avec des moyens d'introduction et/ou de guidage dans des conduites techniques ou des canaux anatomiques connus, ainsi qu'avec des moyens d'exploitation, à savoir des détecteurs et des unités de traitement informatiques également connus.
Il en résulte que l'invention permet d'effectuer une détermination de forme en trois dimensions d'une cavité ou d'un objet dans une cavité, invisible à l'œil d'un opérateur, en utilisant un matériel déjà existant et non spécialement dédié à une opération particulière. En conséquence, le dispositif conforme à l'invention permet d'effectuer des vérifications très précises, voire impossibles avec le matériel existant à ce jour, ce avec une dépense de moyens relativement faible.
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
I. Dispositif flexible de détermination d'une forme en trois dimensions, caractérisé en ce qu'il est constitué par un support flexible (1, l', 1") pourvu de capteurs de position (2, T, 2") répartis de manière à fournir la forme en trois dimensions du dispositif.
2. Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le support flexible (1) est sous forme de ruban allongé, de section plane, curviligne ou angulaire.
3. Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le support flexible (I1) est sous forme surfacique plane.
4. Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le support flexible (1 ") est sous forme d'un volume déformable.
5. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les capteurs de position (2, 2', 2") sont incorporés dans la masse du support (1, l', 1").
6. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les capteurs de position (2, 2', 2") sont fixés sur la surface du support (1, l', 1").
7. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la disposition des capteurs (2, 2', 2") est effectuée selon une répartition régulière, à savoir à intervalles réguliers.
8. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la disposition des capteurs (2, 2', 2") est effectuée selon une répartition irrégulière, à savoir à des intervalles différents en fonction de leur position sur le support (1, l', 1").
9. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 5 à 8, caractérisé en ce que les capteurs (2, 2', 2") sont du type électromagnétique.
10. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 5 à 8, caractérisé en ce que les capteurs (2, 2', 2") sont du type radiofréquence.
I 1. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 5 à 8, caractérisé en ce que les capteurs (2, 2', 2") sont du type optique.
12. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 5 à 8, caractérisé en ce que les capteurs (2, 2', 2") sont du type ultrasonore.
13. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 5 à 8, caractérisé en ce que les capteurs (2, 2', 2") sont du type gyroscopique.
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KR20160075111A (ko) * 2014-12-19 2016-06-29 연세대학교 산학협력단 3차원 밴드 스캐너
KR101695722B1 (ko) 2014-12-19 2017-01-23 연세대학교 산학협력단 3차원 밴드 스캐너

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