WO2015114281A1 - Système médical et procédé pour visualiser un point d'entrée d'un instrument chirurgical dans une structure anatomique, et ensemble comprenant un tel système médical et un instrument chirurgical - Google Patents

Système médical et procédé pour visualiser un point d'entrée d'un instrument chirurgical dans une structure anatomique, et ensemble comprenant un tel système médical et un instrument chirurgical Download PDF

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WO2015114281A1
WO2015114281A1 PCT/FR2015/050240 FR2015050240W WO2015114281A1 WO 2015114281 A1 WO2015114281 A1 WO 2015114281A1 FR 2015050240 W FR2015050240 W FR 2015050240W WO 2015114281 A1 WO2015114281 A1 WO 2015114281A1
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anatomical structure
visualization
surgical instrument
echo
anatomical
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PCT/FR2015/050240
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Maurice Bourlion
Randal R Betz
Ciaran Bolger
André KAELIN
Larry T Khoo
John I Williams
Hee-Kit WONG
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Spineguard
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    • A61B2090/378—Surgical systems with images on a monitor during operation using ultrasound

Definitions

  • a medical system and method for visualizing an entry point of a surgical instrument into an anatomical structure, and an assembly comprising such a medical system and a surgical instrument The invention relates to a medical system and to a method for visualizing a point of interest. input of a surgical instrument into an anatomical structure as well as an assembly comprising such a medical system and a surgical instrument.
  • the invention relates to a medical system for visualizing an entry point of a surgical instrument into a first anatomical structure of a body portion of a patient, the body portion further comprising a second anatomical structure, part of which covers the first anatomical structure.
  • the invention applies, in particular, to the field of orthopedic surgery for the placement of an implant in a bone structure as the first anatomical structure, in particular for reconstructing the bone structure, consolidating a damaged body part or even for restoring a faulty anatomical function.
  • the surgical instrument comprising the implant itself or a tool adapted to form on the bone structure locations, such as fixing holes, to which the implant is attached.
  • the importance of a precise positioning of the surgical instrument is even greater than it may be to fix an implant in the pedicle of a vertebra of the spine, in the immediate vicinity of the functional tissues that are spinal cord, nerve endings, and vascular structures.
  • the surgical instrument described in particular in the patent application WO 03/068076 and marketed under the name PediGuard ® is known to provide an effective and safe real-time monitoring of the penetration of an implant or a tool adapted to form the locations to which the implant is attached.
  • the precise positioning of the surgical instrument also assumes a precise determination of the point of entry of the surgical instrument into the bone structure.
  • this bone structure generally covered by a soft tissue structure as the second anatomical structure in the so-called mini-invasive or percutaneous surroundings, is not directly visible by a practitioner responsible for implanting the implant.
  • experienced practitioners may resort to palpation.
  • X-ray medical imaging techniques are generally used. X-ray images are obtained either during the surgical procedure (a frequent example is the use of X-ray images). a C-arm fluoroscopy), before surgery by a scanner with an intraoperative registration (case of navigation).
  • US 2013/0324989 and US 5,957,847 utilize an ultrasound imaging technique to determine the positioning of a surgical instrument or implant.
  • These medical systems include:
  • a measuring device adapted to receive, at a plurality of locations, reflected signals corresponding to a reflection of a part of ultrasonic signals on inhomogeneities and interfaces between different anatomical structures of different acoustic impedances
  • a treatment device connected to the measuring device to represent the inhomogeneities and the various anatomical structures.
  • the ultrasound imaging technique performed by these medical systems is a conventional ultrasound technique in which a set of variable amplitude echoes is processed at each location to obtain a two-dimensional representation of a cross section of anatomical structures encountered by the ultrasound signals at this location.
  • the invention aims to overcome the problems mentioned above.
  • the invention proposes a medical system for visualizing an entry point of a surgical instrument in a first anatomical structure of a body part of a patient, the body part comprising in in addition to a second anatomical structure, part of which covers the first anatomical structure, the first and second anatomical structures respectively presenting contacting surfaces defining at least one interface, the first anatomical structure having an outer surface, the second anatomical structure having an inner surface in contact with the outer surface of the first anatomical structure, and an outer surface opposed to the first anatomical structure, the first and second anatomical structures respectively having first and second acoustic impedances, the first acoustic impedance being greater than the second acoustic impedance, the medical system comprising:
  • a visualization measuring device adapted for, at a plurality of locations, of a viewing zone of the external surface of the second anatomical structure:
  • At least one ultrasound visualization signal adapted to propagate in the body part and to be at least partially reflected at the interface between the first and second anatomical structures
  • the reflected display signal being in the form of a plurality of echoes of variable amplitudes over time
  • visualization processing device is adapted for each location:
  • the invention makes it possible to offer the practitioner a visualization of the part of the external surface of the first anatomical structure in which he must make the surgical instrument penetrate by means of a non-invasive and completely free technique. harmful radiation.
  • the visualization of the outer surface of the first anatomical structure is based on the detection of the interface between the first and second anatomical structures, from the only difference in acoustic impedance between the first and second anatomical structures and, for example, between the bone structure and the soft tissue structure, the acoustic impedance of the bone structure being significantly higher than that of the soft tissue structure. This detection of the relevant interface results from the simple and fast processing of the target display echo representative of this interface.
  • the visualization processing device can be adapted to:
  • the visualization processing device may include a processor adapted to associate each of the measured flight times with a value of a display parameter, such as a color or contrast, and a display device adapted to represent the outer surface. of the first anatomical structure by displaying the value of the visualization parameter corresponding to the flight time measured at each of the locations.
  • a display parameter such as a color or contrast
  • the visualization measuring device may comprise a support and at least one ultrasound transducer arranged on the support, the support having a transmitting-receiving surface (continuous or discontinuous) in contact (direct or indirect) with the ultrasonic transducer and adapted to emit the ultrasound signal for visualization and for receiving the reflected display signal, the transmitting-receiving surface being intended to be placed in contact with the external surface of the second anatomical structure.
  • the display measurement device may comprise an array of ultrasonic transducers and the support may comprise an opening that extends between the emitter-receiver surface and an external surface opposite to the emitter-receiver surface, the opening being adapted to to allow passage of a portion of the surgical instrument.
  • the visualization measuring device may be adapted to emit a ultrasonic wave of frequency between 100 kHz and 10 MHz.
  • the visualization processing device may be adapted to:
  • the instrument threshold can be equal to the visualization threshold.
  • the medical system can locate the point of entry of the surgical instrument into the first anatomical structure and identify the trajectory of the surgical instrument in the first anatomical structure.
  • the medical system may further comprise a tool comprising:
  • a body which extends along a central axis between opposite proximal and distal ends and which has an outer surface
  • a location measuring device adapted for, in at least one location on the outer surface of the first anatomical structure:
  • the reflected location signal being in the form of a plurality of echoes of variable amplitudes over time
  • a location processing device connected to the location measuring device and adapted to:
  • each location comparing each of the echoes of the reflected location signal to a determined location threshold, transmitting an information signal if no target location echo corresponding to the interface between the first and second anatomical structures has been identified in an analysis time window, the target location echo having an amplitude that exceeds the threshold location.
  • the analysis time window may be defined by a starting point, such as the emission of the ultrasonic detection signal or the detection of a first target location echo, and a duration, in particular between 1 ⁇ and 100 ⁇ .
  • the location measuring device may be adapted to emit an ultrasonic wave of frequency between 100 kHz and 10 MHz.
  • the location measuring device may comprise at least one ultrasonic transducer arranged on the body, the body having a transmitting-receiving surface in contact with the ultrasonic transducer and adapted to emit the ultrasonic locating signal and for receiving the reflected signal of localization, the transmitting-receiving surface being arranged at the distal end of the body on the outer surface of the body.
  • the ultrasonic transducer may be arranged at a distance from the distal end of the body, the body having a transmission member adapted to transmit the ultrasonic location signal and the reflected localization signal, the transmission member being in contact with the the ultrasonic transducer and carrying the transmitting-receiving surface.
  • the tool may further include:
  • At least one first electrode having a first contact surface arranged at the distal end of the body on the outer surface of the body to come into contact with the first anatomical structure
  • At least one second electrode comprising a second contact surface arranged at the distal end of the body on the outer surface of the body to come into contact with the first anatomical structure at a distance from the first contact surface
  • an electrical measuring device adapted to continuously measure, in real time, an electrical characteristic representative of the capacity of the first anatomical structure to conduct an electric current between the first and second contact surfaces, wherein the layer of electrically insulating material forms the transmission member, the transmitting-receiving surface being arranged between the first and second contact surfaces.
  • the first electrode may be cylindrical and extend along the central axis
  • the second electrode may be annular and extend along the central axis around the first electrode
  • the layer of electrically insulating material being annular and extending according to the central axis around the first electrode and inside the second electrode.
  • the body may comprise an inner body member and an outer body member adapted to receive the inner body member, the body having an assembled state in which the inner body member is disposed to inside the outer body member, and a dissociated state in which the inner and outer body members are separated from each other, the ultrasonic transducer being mounted on at least one of the inner and outer body members .
  • the tool may further comprise a handle adapted to be held by the hand of a user and from which the body extends, the handle having a housing adapted to receive at least a portion of at least one of the devices selected from the location measuring device and the location processing device.
  • the invention proposes an assembly comprising a medical system as defined above and a surgical instrument adapted to penetrate into a first anatomical structure, such as a bone structure, of a body part of a patient.
  • the body of the tool can be adapted to penetrate into the first anatomical structure, the tool forming the surgical instrument.
  • the invention provides a method for visualizing an entry point of a surgical instrument in a first anatomical structure of a body portion of a patient, the body portion further comprising a second anatomical structure a portion of which covers the first anatomical structure, the first and second anatomical structures respectively having contacting surfaces defining at least one interface, the first anatomical structure having an outer surface, the second anatomical structure having an inner surface in contact with the outer surface of the first anatomical structure, and an external surface opposed to the first anatomical structure, the first and second anatomical structures respectively having first and second acoustic impedances, the first acoustic impedance being greater than the second acoustic impedance, the method implementing the medical system as defined above and comprising the steps of:
  • the reflected visualization signal being in the form of a plurality of echoes variable amplitudes over time
  • the target visualization echo corresponding to the interface between the first and second anatomical structures situated opposite the viewing zone, the target visualization echo having an amplitude which exceeds a determined visualization threshold, measures a flight time between a transmission of the visual ultrasonic signal and a detection of the target visualization echo, and determines a depth at which the interface is located from the measured flight time,
  • the method may further comprise the steps of:
  • the first anatomical structure may be a bone structure and the second anatomical structure may be a soft tissue structure.
  • the method may further include the steps of: in at least one location of the outer surface of the first anatomical structure, emitting from the distal end of the body a localization ultrasonic signal adapted to propagate in the first anatomical structure and to be at least partially reflected at the interface between the first and second anatomical structures, and receiving at least one reflected localization signal corresponding to a reflection of a portion of the ultrasonic location signal, the reflected location signal being in the form of a plurality of echoes of variable amplitudes over time,
  • FIG. 1 is a schematic representation of a step of a method for visualizing an entry point of a surgical instrument in a first anatomical structure, such as a bone structure, according to an embodiment of the invention , the method implementing a medical system comprising a display measurement device adapted to emit an ultrasonic display signal and receive a reflected display signal corresponding to a reflection of a portion of the ultrasonic display signal, and a processing device display device adapted to represent a surface of the first anatomical structure from time of flight measured between an emission of the ultrasonic display signal and a detection of a target display echo of the reflected display signal corresponding to the interface between the first anatomical structure and a second anatomical structure, such as a structure of soft tissue, covering the bone structure,
  • a medical system comprising a display measurement device adapted to emit an ultrasonic display signal and receive a reflected display signal corresponding to a reflection of a portion of the ultrasonic display signal, and a processing device display device adapted to represent a surface of
  • FIG. 2 is a schematic representation of a variant of the medical system of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a schematic representation of a surgical instrument adapted to penetrate the first anatomical structure, according to a first embodiment, the surgical instrument forming a tool adapted to locate the entry point and to identify the trajectory of the surgical instrument in the first anatomical structure, the tool comprising a location measuring device adapted to emit a signal ultrasound locator and receive a reflected location signal, and a location processing device adapted to transmit an information signal if no second target location echo of the reflected location signal corresponding to the interface between the first and second anatomical structures has been identified after a threshold time since a detection of a first target location echo has elapsed,
  • FIG. 4 is a schematic representation of a body of the surgical instrument of FIG. 3, illustrating the arrangement of an ultrasonic transducer at a proximal end of the body and a layer of electrically insulating material disposed between first and second electrodes and adapted to transmit the ultrasonic locating signal and the reflected locating signal to a transmitting-receiving surface arranged at a distal end of the body,
  • FIGS. 5 to 7 are diagrammatic representations of steps of a method for locating the entry point and identifying the trajectory of the surgical instrument in the first anatomical structure, the method implementing the surgical instrument of FIGS. 3 and 4,
  • FIG. 8 is a schematic representation of a surgical instrument adapted to penetrate the first anatomical structure, according to a second embodiment, the surgical instrument forming a tool adapted to locate the entry point and to identify the trajectory of the Surgical instrument in the first anatomical structure;
  • FIG. 9 is a schematic representation of a surgical instrument adapted to penetrate the first anatomical structure, according to a variant of a second embodiment.
  • Figure 1 schematically shows a medical system 1 for determining an entry point of a surgical instrument 10 in a first anatomical structure of a body portion of a patient.
  • the first anatomical structure is a bone structure 3 of a vertebra 2 of the spine of a patient.
  • the bone structure 3 has an outer surface 4 covered by a second anatomical structure, namely an external structure of soft tissue 5 including muscles, fat and skin.
  • the soft tissue outer structure has an inner surface in contact with the outer surface 4 of the bone structure 3, and an outer surface 6 opposed to the bone structure 3.
  • the outer surface 4 of the bone structure 3 and the inner surface of the bone structure 3 the outer structure of soft tissue 5 define an external interface 7.
  • the vertebra 2 also encloses within it an internal structure of soft tissue 8, visible in Figures 5 to 6, including the spinal cord.
  • the bone structure 3 and the internal structure of soft tissue 8 then also have respectively internal and external surfaces in contact defining an internal interface 9.
  • first and second anatomical structures constituted respectively by a bone structure 3 and external structures 5 and internal 8 soft tissue
  • the invention described in relation to first and second anatomical structures constituted respectively by a bone structure 3 and external structures 5 and internal 8 soft tissue is however not limited to such anatomical structures and can be implemented on all types of first and second anatomical structures such that the first anatomical structure has a first acoustic impedance greater than a second acoustic impedance of the second anatomical structure.
  • the surgical instrument 10 may be constituted by a hand tool adapted to the drilling of bone structure 3 of the type described in the patent application WO 03 / 068076 and marketed under the name of PediGuard ®.
  • the invention is not limited to this type of surgical instrument.
  • the invention can be implemented with other types of surgical instruments, including a probe, a square tip, a drill bit, a spatula, a curette, any other tool possibly carried by an arm of robot or implant such as a screw and, in particular, a pedicle screw.
  • the tool 10 comprises a body 1 1 adapted to penetrate the bone structure 3, and a housing 20 forming a handle secured to the body 1 1 and adapted to be held by the hand of a user.
  • the housing 20 may also be adapted to be secured to one end of a robot arm.
  • the body January 1, shown schematically in Figure 4 has an outer surface 12 and serves to support a first 16 and second 17 electrodes respectively having first 16a and second 17a contact surfaces arranged to come into contact with the bone structure 3 at a distance from each other.
  • the body 1 1 is cylindrical with a circular section along a central axis A and extends from a proximal end 13 integral with the handle 20 to a distal end 14 defining a penetration end.
  • the body 1 1 could, however, have any other shape, including cylindrical polygonal section or other.
  • the first electrode 16 cylindrical and made of conductive material, extends inside the body 1 1 parallel to the central axis A.
  • the first electrode 16 is disposed in a central bore of the body 1 1 and s' extends coaxially with the central axis A to a free end having the first contact surface 16a.
  • the first contact surface 16a is flush with the outer surface 12 of the body 1 1 to its distal end 14.
  • the second electrode 17, annular and of conductive material, extends along the central axis A around the first electrode 16.
  • the second electrode 17 may, in particular, be formed by the body 1 1 itself , then made of a conductive material.
  • the second contact surface 17a of the second electrode 17 is composed of a cylindrical portion parallel to the central axis A corresponding to a lateral surface of the body 1 1, and an annular portion transverse to the central axis A corresponding to a distal surface of the body 1 1.
  • a layer of electrically insulating material 15 is interposed between the first 16 and second 17 electrodes.
  • the layer of electrically insulating material 15 extends along the body 1 1, from the proximal end 13 of the body 1 1 to the distal end 14 of the body 1 1 to which it is flush with a free end surface 15a.
  • the invention is however not limited to the previously described embodiment and arrangement of the body 11, the first 16 and second 17 electrodes and the layer of electrically insulating material 15. More generally, the first 16 and second 17 electrodes are not necessarily arranged coaxially. In particular, these first 16 and second 17 electrodes may each be made by a rod of conductive material immersed in the body January 1. Moreover, the first electrode 16 and the second electrode 17 may each have a point-contact surface 16a, 17a flush with the lateral surface or the distal surface of the body 11. The body 11 may further support two or more first two electrodes 16 and two or more second electrodes 17.
  • the handle 20 cylindrical of revolution, extends substantially coaxially with the central axis A of the body January 1.
  • the handle 20 has a shape facilitating the grip and handling of the tool 10.
  • the handle 20 made of plastic material is secured to a sleeve 18 of plastic material extending over a portion of the outer surface 12 of the body 1 1.
  • the handle 20 comprises a housing 21 adapted to receive an electric generator 22, an electrical measuring device 23 and a supply device 24 supplying electrical energy to the electric generator 22 and the measurement device 23.
  • the electric generator 22, the device electrical measurement 23 and the feeder 24 are, for example, placed on an electronic card 25 inserted into the housing 21 through an opening provided at one end of the handle 20 opposite the body January 1.
  • a removable cover 26 makes it possible to close the housing 21.
  • the electrical measuring device 23 is adapted to continuously measure, in real time, an electrical characteristic, such as impedance or conductance, representative of the capacity of an anatomical structure, and in particular of the bone structure 3, to be driven. an electric current between the first 16a and second 17a contact surfaces.
  • Such an electrical measuring device 23 connected to a suitable processing device makes it possible in particular to receive, in a relative manner, a tissue change from a variation of the measured electrical characteristic, or even to identify, in an absolute manner, a tissue from a value of the measured electrical characteristic.
  • the medical system 1 comprises a display measurement device 30 which comprises one or more ultrasonic transducers 31 arranged on a support 32 and each adapted to transmit one or more US V ultrasound display signals.
  • Each US V visualization ultrasound signal is adapted to propagate in the body portion and to be at least partially reflected to the outer interface 7 between the bone structure 3 and the soft tissue outer structure 5.
  • Each ultrasonic transducer 31 is , moreover, adapted to receive one or more reflected reflection signals SR V corresponding to a reflection of a portion of the US V ultrasound display signal on anatomical structures of different acoustic impedances.
  • each ultrasound display signal US V is an ultrasonic longitudinal wave, sinusoidal or square, of frequency between 100 kHz and 10 MHz and of appropriate amplitude.
  • Each ultrasonic transducer 31 can then be connected to an electrical generator delivering a voltage of between 1 V and 10000 V peak-peak.
  • a plurality of ultrasonic transducers 31, two of which are visible in FIG. 1, are arranged on the support 31 to define a transmitting-receiving surface 33 intended to be placed in contact with the outer surface 6 of the soft tissue outer structure 5.
  • the emitter-receiver surface 33 is in direct contact with or constituted by all the transceiver surfaces of the ultrasonic transducers 31.
  • the support 32 has an opening 35 which extends between the emitting-receiving surface 33 and an outer surface 34 opposite the emitter-receiving surface 33 so as to allow, as will be seen from the rest of the description, the passage of the body 1 1 of the tool 10.
  • the transceiver surface 33 thus allows, at a plurality of locations of the outer surface 6 of the soft tissue outer structure 5, to:
  • each reflected reflection signal SR V is in the form of a plurality of echoes of variable amplitudes over time. Indeed, many echoes can appear during the course of the ultrasonic wave USv because the structures traversed are not perfectly homogeneous. The inhomogeneity is nevertheless greater at the external interface 7 between the bone structure 3 and the soft tissue outer structure 5 because of the significantly higher acoustic impedance of the bone structure 3 than that of the external structure of soft tissue. 5. To identify the external interface 7, it will therefore be necessary to detect a target visualization echo E v corresponding.
  • the medical system 1 also comprises a display processing device 40 connected to the display measurement device 30.
  • the display processing device 40 comprises an electronic processor adapted to detect, among the together echoes of the reflected SR V display signal at each location, the target visualization echo E v corresponding to the external interface 7 between the bone structure 3 and the soft tissue outer structure 5. To do this, the processor of the visualization processing device 40 detects the target display echo E v which has an amplitude greater than a determined display threshold S v .
  • the visualization threshold S v can be adjusted automatically or manually according to the acoustic impedances of the various anatomical structures crossed and to take into account the attenuation of the US V ultrasonic wave during its journey in the various anatomical structures and compensate for this. mitigation.
  • the processor of the visualization processing device 40 is also adapted to measure a flight time between a transmission of the visualization ultrasound signal USv and a detection of the target visualization echo E v .
  • a rising edge of the transmitted US ultrasonic wave V activates a clock which will be stopped by the rising edge of the signal the target visualization echo E v .
  • the flight time thus measured reflects the distance between the ultrasound transducer 31 and the external interface 7 between the bone structure 3 and the soft tissue outer structure 5. It thus corresponds to a depth at which the external interface 7 is located. relative to the outer surface 6 of the soft tissue outer structure 5 from which the measurement is made.
  • This flight time can be averaged over several measures to improve accuracy. It is also possible to measure the variations of this flight time (relative measurements).
  • the flight time can be represented to obtain an "anatomical view" of the external interface 7 between the bone structure 3 and the outer structure of soft tissue 5 and thus be able to obtain a representation with a three-dimensional rendering of the outer surface 4 of the bone structure 3 from the measured times of flight.
  • the visualization processing device 40 is adapted to assign coordinates to each location in a repository.
  • the coordinates may in particular comprise an abscissa and an ordinate along first and second directions perpendicular to each other by a Cartesian coordinate system as a reference frame, the depth giving a new coordinate along a third direction perpendicular to the first and second directions.
  • the visualization processing device 40 can define and register an interface point in the repository corresponding to the location.
  • the part of the outer surface 4 of the first anatomical structure 3 situated opposite a viewing zone comprising all the locations to which the measurement has been made can be represented in the reference frame from the set of points of view. defined interface.
  • the processor of the visualization processing device 40 is adapted to associate each of the measured flight times with a value of a visualization parameter, such as a color or a contrast.
  • the visualization processing device 40 then also comprises a display device connected to the processor and adapted to represent the external surface 4 of the bone structure 3 by displaying the value of the display parameter corresponding to the flight time measured at each of the locations. Any form of representation with a three-dimensional rendering is possible: color, contrast, altitude, etc.
  • the transceiver surface 33 of the ultrasonic transducer array 31 is placed in contact with a viewing zone of the skin of a patient located in the vicinity of the vertebra 2 to be imaged.
  • one or more US V ultrasonic waves are emitted toward the vertebra.
  • the US V ultrasonic waves may in particular be transmitted in the form of pulses generated at sufficient time intervals so that there is no superposition between US V ultrasonic display signal and the reflected SR V display signal.
  • Each of the US V ultrasound waves propagates in the body part and encounters inhomogeneities on which it is partially reflected, thus giving rise to echoes returning to the corresponding ultrasonic transducer 31.
  • the ultrasonic transducer 31 receives them and transmits the reflected viewing signal SR V corresponding to the processor of the visualization processing device 40.
  • a first ultrasound transducer 31a is positioned facing a location where the outer soft tissue structure 5 has a first thickness.
  • the processor detects the target visualization echo E v 1 which exceeds the visualization threshold S v after a first flight time t1.
  • a second ultrasonic transducer 31b is positioned opposite a location where the outer soft tissue structure 5 has a second thickness, larger than the first thickness.
  • the processor detects the target visualization echo E v 2 which exceeds the visualization threshold S v after a second flight time t2, which is greater than the first flight time t1.
  • the display threshold S v is represented with a constant value
  • the amplitude of the echoes of the reflected display signal can then be represented with a value adjusted to compensate for the possible attenuation of the wave ultrasound US V during its course in different anatomical structures.
  • the amplitude of the echoes of the reflected display signal could be represented with a real value detected, the viewing threshold S v then being represented with an adjusted, decreasing value, to compensate for the possible attenuation of the US V ultrasonic wave. during his journey in different anatomical structures.
  • the first and second depths respectively corresponding to the first t1 and second t2 flight time can then be determined and associated respectively with first and second coordinates to define first and second interface points represented on the display device by two distinct values. the visualization parameter.
  • the ultrasound transducer array 31 can be moved to a viewing area adjacent to the patient's skin.
  • the visualization processing device 40 may further be adapted to represent, on the outer surface 4 of the bone structure 3, at least a portion of the outer surface 12 of the surgical instrument 10 in the vicinity of the penetration end 14.
  • This representation of the surgical instrument 10 can, in particular, be carried out as described above from measured flight times between the emission of a US V ultrasonic display signal and a detection, in the reflected SR V display signal, of an instrument echo E, corresponding to the outer surface of the surgical instrument 10.
  • the instrument echo E can be identified as the echo reflected reflection signal SR V which exceeds an instrument threshold S, determined, for example equal to the visualization threshold S v .
  • the body 1 1 may, for example, carry an identifiable mark by means of the US V ultrasonic display signal and the reflected SR V display signal. This mark, for example made of a material different from the rest of the body January 1 may be placed at the penetration end 14 or a portion whose arrangement relative to the penetration end 14 is known.
  • the penetrating end 14 of the surgical instrument 10 can thus be placed under the emitting-receiving surface 33 by passing the body 11 beneath the emitter-receiving surface 33 through the opening 35 or from the outside. a peripheral edge of the support 32.
  • the penetration end 14 superimposed on the outer surface 4 of the bone structure 3 can be visualized on the display device and moved to the identified entry point.
  • the medical system 1 and the method have been described in connection with a display measuring device 30 comprising an array of ultrasonic transducers 31 each able, simultaneously or successively, to emit the ultrasonic visualization signal V US and receiving the reflected signal visualization SR V into a plurality of separate locations of the outer surface 6 of the external structure of soft tissue 5. These arrangements allow to directly obtain a map of the observed area.
  • the invention is however not limited to such a medical system 1 and to such a method.
  • the visualization measuring device 30 of the medical system 1 may comprise a single ultrasonic transducer 31 capable of transmitting the US V ultrasound display signal and receiving the reflected SR V display signal at a location of the outer surface 6
  • the ultrasonic transducer 31 can then scan the outer surface 6 of the soft tissue outer structure 5 to successively perform measurement at a plurality of distinct locations.
  • the transmitting-receiving surface 33 of the support 32 is in direct contact with or constituted by the emitter-receiving surface of the ultrasonic transducer 31 itself.
  • FIG. 1 could then illustrate two distinct positions of the same ultrasonic transducer. According to another variant shown in FIG.
  • the visualization measurement device 30 of the medical system 1 may comprise one or more pairs of ultrasonic transducers 31, one of the ultrasonic transducers 31 a 'of each of the pairs being adapted to emit the US V ultrasound signal and the other ultrasonic transducer 31 b 'of each of the pairs being adapted to receive the reflected SR V display signal.
  • the transceiver surface 33 of the support 32 in direct contact with or constituted by a plurality of emitting surfaces and a plurality of receiving surfaces separated from each other.
  • the transmitting-receiving surface 33 of the support 32 could be a continuous or discontinuous surface placed indirectly, that is to say via one or more organs adapted to transmit an ultrasonic wave, in contact with the emitting and / or receiving surface of one or more ultrasonic transducers 31 arranged at a distance from the emitter-receiving surface 33 of the support 32.
  • the tool 10 comprises a device for measuring the location
  • Each ultrasonic locating signal US L is adapted to propagate in the bone structure 3 and to be at least partly reflected at each of the outer and inner interfaces 7 and 9 between the bone structure 3 and the outer and inner structures 5 and 8 of the soft tissue .
  • Each ultrasonic transducer is, moreover, adapted to receive one or more reflected locating signals SR L corresponding to a reflection of a portion of the US L localization ultrasound signal on anatomical structures of different acoustic impedances.
  • each ultrasonic localization signal US L is an ultrasonic longitudinal wave, sinusoidal or square, of frequency between 100 kHz and 10 MHz and of appropriate amplitude.
  • Each ultrasonic transducer 51 can then be connected to an electric generator 52, for example disposed in the housing 21 of the handle 20, delivering a voltage between 1 V and 10000 V peak-peak.
  • the ultrasonic transducer 51 is arranged at a distance from the distal end, for example in the vicinity of the proximal end 13, of the body 1 1.
  • the layer of electrically insulating material 15 forms a transmission member adapted to transmit each ultrasonic locating signal US L and each reflected locating signal SR L.
  • the layer of electrically insulating material 15 is then in contact with the ultrasonic transducer 51 at the proximal end 13 of the body 1 1 and can successively, via its end free surface 15a constituting a transceiving surface in one or more locations of the outer surface 4 of the bone structure 3:
  • the layer of electrically insulating material 15 may be made of any material adapted to electrically isolate the first 16 and second 17 electrodes while having an acoustic impedance suitable for transmitting ultrasound, for example ceramic, glass, polymer possibly loaded, such as PEEK.
  • the choice of the material and its characteristics may in particular depend on the geometry of the electrically insulating material layer 15, the acoustic characteristics of the ultrasonic transducer 51 as well as the anatomical structure with which the penetration end 14 of the surgical instrument 10 , and in particular the transmission-reception surface 15a of the layer of electrically insulating material 15, is in contact.
  • the transmitting-receiving surface 15a could be constituted by a surface having any other appropriate orientation and, in particular, by a transverse plane surface with respect to the central axis A having an orientation according to FIG. central axis A, so as to simplify the emission axially of the US L ultrasonic locating signal.
  • each reflected location signal SR L is in the form of a plurality of echoes of variable amplitudes over time. Indeed, many echoes can appear during the course of the US L ultrasonic wave because the structures traversed are not perfectly homogeneous.
  • the medical system 1 also comprises a location processing device 55 connected to the location measuring device 50.
  • the display processing device 55 comprises an electronic processor adapted to detect, among the set of echoes of the reflected location signal SR L of each location, the target location echo E L corresponding to one of the outer 7 and inner 9 interfaces between the bone structure 3 and the outer 5 and inner 8 soft tissue structures .
  • the processor of the location processing device 55 detects the target location echo E L which has a amplitude greater than a determined location threshold S L.
  • the target localization echo E L has a greater amplitude than other echoes because of the greater inhomogeneity at the outer 7 and inner 9 interfaces between the bone structure 3 and the external 5 and internal 8 structures. soft tissue.
  • the processor of the location processing device 55 is adapted to take account of adjacent echoes that may have a large amplitude, close to that of the target location echo E L , and in particular an adjacent echo corresponding to an interface between the cancellous bone and the cortical bone within the bone structure.
  • the location threshold S L can be adjusted automatically or manually according to the acoustic impedances of the various anatomical structures crossed and to take into account the attenuation of the US L ultrasound wave during its journey in the various anatomical structures and compensate for this. mitigation.
  • the processor of the location processing device 55 is also adapted to compare each of the echoes of the reflected location signal SR L at the location threshold S L , and to transmit an information signal if no target location echo E L corresponding to the one of the outer 7 and inner 9 interfaces between the bone structure 3 and the external 5 and internal soft tissue structures 8 has been identified in an analysis time window F, the target location echo E L having an amplitude which exceeds the location threshold S L.
  • the location of the appropriate entry point and the identification of the appropriate trajectory are thus based on a "disappearance", below a certain threshold, the location threshold S L , and in the analysis time window F, ultrasonic locating signals US L.
  • This disappearance is characterized by the absence of representative echoes of one of the external interfaces 7 and internal 9 between the bone structure 3 and the external structures 5 and internal 8 of soft tissue in the time window of analysis.
  • This analysis time window F is defined by a start point and a duration. It can be adjustable according to the size of the bone structure 3 (cervical, thoracic or lumbar vertebrae) and the quality, in particular the density, of the bone structure 3.
  • the time window of analysis F is determined so as to be representative a thickness in the bone structure 3 which is sufficient to allow the penetration of the surgical instrument without the risk of crossing an interface and, in particular the interface located at the level of the vertebral foramen.
  • the sufficient thickness may depend on the quality, and especially the density, of the bone structure 3.
  • the analysis time window F and the location threshold S L may be recorded in a memory connected to the processor the location processing device 55.
  • the position of the starting point may in particular depend on the characteristics of the ultrasonic transducer 31. This starting point can be the emission of the ultrasound signal of localization. Alternatively, this starting point may be chosen to avoid glare due to the US L transmitted ultrasound wave.
  • the starting point can be defined by the falling edge of a first target location echo E L corresponding to the glare at the outer interface 7 between the outer surface 4 of the bone structure 3 and the inner surface of the outer structure of soft tissue 5.
  • the duration may especially be between 1 ⁇ to 100 ⁇ , which corresponds to a depth of about 3 mm to 150 mm, for example of the order of about twenty microseconds.
  • the information signal informing the practitioner of the presence or absence of a target location echo E L in the analysis time window F may have any appropriate shape: oscillogram, contrast color curves on a device display, sound signal or other.
  • the transceiver surface 15a arranged at the distal end 14 of the body 1 1 and connected to the ultrasonic transducer 51 is placed successively opposite the outer surface 4 of the vertebra 2 to be treated at various locations.
  • one or more US L ultrasonic waves are emitted.
  • the US L ultrasonic waves may in particular be transmitted in the form of pulses generated at sufficient time intervals so that there is no superposition between the US L localization ultrasonic signal and the reflected location signal SR L.
  • Each of the US L ultrasound waves propagates in the vertebra 2 and encounters inhomogeneities on which it is partially reflected, thus giving rise to echoes returning to the transceiver surface 15a and transmitted to the ultrasonic transducer 51.
  • the ultrasonic transducer 51 receives them and in turn transmits the reflected localization signal SR L corresponding to the processor of the location processing device 55.
  • the transceiver surface 15a is positioned at a first location opposite the vertebral foramen housing the spinal cord 7.
  • the processor detects the target location echo E L 1 which exceeds the location threshold S L in the analysis time window F due to the internal interface 9 between the bone structure 3 and the soft tissue internal structure 8.
  • the transmission-reception surface 15a positioned at a second location facing one of the transverse spinners receives a reflected locating signal SR L 2 comprising, in the analysis time window.
  • SR L 2 a target visualization echo E L 2 detected by the processor, because of the external interface 7 between the bone structure 3 and the soft tissue outer structure 5 on the outer surface 4 of the vertebra 2 as opposed to the second location.
  • the transceiver surface 15a is positioned at a third location opposite one of the vertebral pedicles.
  • the target location echo E L 3 of the reflected location signal SR L 3 due to the external interface 7 between the bone structure 3 and the soft tissue outer structure 5 on the outer surface 4 of the vertebra 2 opposite the third location is received outside the time window F analysis.
  • the absence of target location echo E L in the analysis time window F and the corresponding information signal indicate to the practitioner that the surgical instrument 10 is aligned with the vertebral pedicle and, therefore, that an appropriate entry point and trajectory has been identified.
  • the location threshold S L is represented with a constant value
  • the amplitude of the echoes of the reflected localization signal can then be represented with a value adjusted to compensate for the possible attenuation of the US L ultrasonic wave.
  • the amplitude of the echoes of the reflected localization signal could be represented with a real value detected, the location threshold S L then being represented with an adjusted value, decreasing, for to compensate for the possible attenuation of the US L ultrasound wave during its course in the bone structure 3.
  • the surgical instrument 10 and the method have been described in connection with a single ultrasonic transducer 51 capable of transmitting the ultrasound locating signal US L and receiving the reflected locating signal SR L , the surgical instrument 10 scanning the outer surface 4 of the bone structure 3 to successively perform a measurement on several separate locations.
  • the invention is however not limited to such a medical system 1 and to such a method.
  • the location measuring device 50 could comprise several ultrasonic transducers 51 each capable, simultaneously or successively, of emitting the US L localization ultrasonic signal and of receiving the reflected location signal SR L at a plurality of distinct locations. of the external surface 4 of the bone structure 3.
  • the location measuring device may comprise one or more pairs of ultrasonic transducers 51, one of the transducers ultrasound 51 of each of the pairs being adapted to emit the ultrasonic locating signal US L and the other ultrasonic transducer of each of the pairs being adapted to receive the reflected location signal SR L.
  • the surgical instrument could be constituted by an implant or any other appropriate tool.
  • the surgical instrument is a drilling tool 10 'comprising a body 11' which comprises an internal body member 11a 'and an external body member 1 1 b 'adapted to removably receive the internal body member 1 1 a'.
  • a body 11' which comprises an internal body member 11a 'and an external body member 1 1 b 'adapted to removably receive the internal body member 1 1 a'.
  • Each of the members of the inner body 1 1 'and outer 1 1 b' extends along the central axis A of the body between two ends.
  • the inner body member 11a ' is adapted to drill the bone structure 3.
  • the body 11 ' is in an assembled state in which the inner body member 11a' is disposed within the outer body member 11b '.
  • the opposite ends of the inner body member 11a 'and the outer body member 11b' can be placed in pairs to define the proximal 13 'and distal 14' ends of the body 1 '.
  • the inner body member 11a 'and the outer body member 11b' can be connected to each other by any suitable reversible assembly device, such as by fitting, screwing or via an assembly member, in particular a handle, arranged at the proximal end 13 'of the body 1 1'.
  • the inner body member 11a ' has an outer surface facing an inner surface of the outer body member 11b'.
  • the outer surface of the inner body member 11a ' is shown remote from the inner surface of the outer body member 11b, it being understood that these surfaces may be in contact with each other.
  • an ultrasonic transducer 51 ' is provided on the outer body member 11b', at the end corresponding to the distal end 14 'of the body 11' in the assembled state.
  • the ultrasonic transducer 51 ' may then have a transmitting / receiving surface 51 arranged directly at the distal end 14' of the body 11 'on the outer surface 12' of the body 11 '.
  • the outer body member 11b' locates the appropriate entry point into the bone structure 3 and determines the appropriate trajectory of the surgical instrument 10 'as described. previously.
  • the internal body member 1 1 a 'then allows to drill the bone structure 3 at the appropriate place and in the appropriate orientation. Once a hole has been formed in the bone structure 3, the inner member 1 1 a 'can be removed to leave only in place the outer body member 1 1 b' then serving as a guide tube for the passage of another surgical instrument.
  • an ultrasonic transducer 51 is arranged on the inner body member 11a 'at the end corresponding to the distal end 14' of the body 11 'in the assembled state.
  • the inner body members 11a and outer 11b can be separated from each other once the outer body member 11b is placed at the location and according to the orientation such that the outer body member 11 'can serve as a guide tube for the passage of another surgical instrument.
  • the transducer 51 ', 51 may, as in the first embodiment, be arranged at a distance from the distal end 14' of the body 11 ', the body 11' may then have an organ transmission member adapted to transmit the ultrasonic locating signal US L and the reflected locating signal SR L.
  • the transmitting member is then connected to the ultrasonic transducer and extends along the body 11 'to a transmitting surface. receiving arranged at the distal end 14 'of the body 1 1' on the outer surface 12 'of the body 1 1'.
  • the surgical instrument that can be inserted into the guide tube constituted by the outer body member 11 'b' can be that illustrated in Figure 3, if necessary then itself lacking ultrasonic transducer.
  • the inner body members 11a and outer 11b may respectively comprise first and second electrodes of the surgical instrument described above.

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Abstract

Système comprenant; un dispositif de mesure de visualisation (30) adapté pour : émettre un signal ultrasonore de visualisation (USV), et recevoir un signal réfléchi de visualisation (SRV), un dispositif de traitement de visualisation (40) adapté pour : détecter, dans le signal réfléchi de visualisation (SRV), un écho de visualisation cible (Ev) correspondant à une interface (7) entre des première (3) et deuxième (5) structures anatomiques, mesurer un temps de vol entre une émission du signal ultrasonore de visualisation (USV) et une détection de l'écho de visualisation cible (Ev), représenter une surface externe (4) de la première structure anatomique (3) à partir des temps de vol mesurés.

Description

Système médical et procédé pour visualiser un point d'entrée d'un instrument chirurgical dans une structure anatomique, et ensemble comprenant un tel système médical et un instrument chirurgical L'invention se rapporte à un système médical et à un procédé pour visualiser un point d'entrée d'un instrument chirurgical dans une structure anatomique ainsi qu'à un ensemble comprenant un tel système médical et un instrument chirurgical.
L'invention se rapporte, plus particulièrement, à un système médical pour visualiser un point d'entrée d'un instrument chirurgical dans une première structure anatomique d'une partie de corps d'un patient, la partie de corps comportant en outre une deuxième structure anatomique dont une partie recouvre la première structure anatomique.
L'invention s'applique, en particulier, au domaine de la chirurgie orthopédique pour la mise en place d'un implant dans une structure osseuse comme première structure anatomique notamment pour reconstruire la structure osseuse, consolider une partie de corps endommagée ou encore pour rétablir une fonction anatomique défaillante.
Pour limiter les risques de dommage liés à l'atteinte de tissus fonctionnels, tels que des tissus du système nerveux, à proximité de la structure osseuse et pour assurer une tenue ferme et durable de l'implant dans la structure osseuse, il est important de pouvoir positionner de manière précise l'instrument chirurgical comprenant l'implant lui- même ou un outil adapté pour former sur la structure osseuse des emplacements, tels que des trous de fixation, auxquels l'implant est fixé. L'importance d'un positionnement précis de l'instrument chirurgical est d'autant plus grande qu'il peut s'agir de fixer un implant dans le pédicule d'une vertèbre de la colonne vertébrale, à proximité immédiate des tissus fonctionnels que sont la moelle épinière, les terminaisons nerveuses et les structures vasculaires.
L'instrument chirurgical décrit notamment dans la demande de brevet WO 03/068076 et commercialisé sous le nom PediGuard ® est connu pour assurer de manière efficace et sûre un suivi en temps réel de la pénétration d'un implant ou d'un outil adapté pour former les emplacements auxquels l'implant est fixé.
Le positionnement précis de l'instrument chirurgical suppose néanmoins également une détermination précise du point d'entrée de l'instrument chirurgical dans la structure osseuse. Or cette structure osseuse, généralement recouverte par une structure de tissu mou comme deuxième structure anatomique dans les abords dit mini-invasifs ou percutanés, n'est pas directement visible par un praticien chargé de mettre en place l'implant. Pour déterminer le point d'entrée dans la structure osseuse et plus particulièrement dans le pédicule vertébral, les praticiens expérimentés peuvent avoir recours à une palpation.
Une telle détermination, empirique, est difficilement généralisable et reproductible. Elle n'offre, par ailleurs, pas toute la précision requise pour une intervention sur une partie de corps aussi sensible que la colonne vertébrale.
Pour améliorer la précision du positionnement du point d'entrée, il est généralement fait recours à des techniques d'imagerie médicale à rayon X. Les images par rayon X sont obtenues soit pendant l'intervention chirurgicale (un exemple fréquent est l'utilisation d'un bras en C de fluoroscopie), soit avant l'intervention par un scanner avec un recalage peropératoire (cas de la navigation).
Toutefois, une telle détermination expose le patient et le personnel en charge de l'acquisition des images utilisées pour la détermination du point d'entrée dans la structure osseuse à des quantités excessives de rayonnements nocifs.
D'autres systèmes médicaux, tels que ceux décrits dans les documents
US 2013/0324989 et US 5 957 847, utilisent une technique d'imagerie par ultrason pour déterminer le positionnement d'un instrument chirurgical ou d'un implant. Ces systèmes médicaux comprennent :
- un dispositif de mesure adapté pour, en une pluralité d'emplacements, recevoir des signaux réfléchis correspondant à une réflexion d'une partie de signaux ultrasonores sur des inhomogénéités et des interfaces entre différentes structures anatomiques d'impédances acoustiques différentes, et
- un dispositif de traitement connecté au dispositif de mesure pour représenter les inhomogénéités et les différentes structures anatomiques.
La technique d'imagerie par ultrason mise en œuvre par ces systèmes médicaux est une technique d'échographie conventionnelle dans laquelle un ensemble d'échos d'amplitudes variables est traité à chaque emplacement pour obtenir une représentation en deux dimensions d'une section transversale des structures anatomiques rencontrées par les signaux ultrasonores à cet emplacement.
Ces systèmes médicaux sont, toutefois, longs et complexes à mettre en œuvre pour le positionnement d'un instrument chirurgical
L'invention vise à pallier les problèmes évoqués ci-dessus.
A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose un système médical pour visualiser un point d'entrée d'un instrument chirurgical dans une première structure anatomique d'une partie de corps d'un patient, la partie de corps comportant en outre une deuxième structure anatomique dont une partie recouvre la première structure anatomique, les première et deuxième structures anatomiques présentant respectivement des surfaces en contact définissant au moins une interface, la première structure anatomique présentant une surface externe, la deuxième structure anatomique présentant une surface interne en contact avec la surface externe de la première structure anatomique, et une surface externe opposée à la première structure anatomique, les première et deuxième structures anatomiques présentant respectivement des première et deuxième impédances acoustiques, la première impédance acoustique étant supérieure à la deuxième impédance acoustique, le système médical comprenant :
- un dispositif de mesure de visualisation adapté pour, en une pluralité d'emplacements d'une zone de visualisation de la surface externe de la deuxième structure anatomique :
émettre au moins un signal ultrasonore de visualisation adapté pour se propager dans la partie de corps et pour être au moins en partie réfléchi à l'interface entre les première et deuxième structures anatomiques, et
recevoir au moins un signal réfléchi de visualisation correspondant à une réflexion d'une partie du signal ultrasonore de visualisation, le signal réfléchi de visualisation se présentant sous la forme d'une pluralité d'échos d'amplitudes variables au cours du temps,
- un dispositif de traitement de visualisation connecté au dispositif de mesure de visualisation,
dans lequel le dispositif de traitement de visualisation est adapté pour à chaque emplacement :
détecter, dans le signal réfléchi de visualisation, un écho de visualisation cible correspondant à l'interface entre les première et deuxième structures anatomiques située en regard de la zone de visualisation, l'écho de visualisation cible ayant une amplitude qui dépasse un seuil de visualisation déterminé,
mesurer un temps de vol entre une émission du signal ultrasonore de visualisation et une détection de l'écho de visualisation cible,
déterminer une profondeur à laquelle se trouve l'interface à partir du temps de vol mesuré,
et pour représenter une partie de la surface externe de la première structure anatomique située en regard de la zone de visualisation à partir des profondeurs déterminées pour la pluralité d'emplacements.
Ainsi, l'invention permet d'offrir au praticien une visualisation de la partie de la surface externe de la première structure anatomique dans laquelle il doit faire pénétrer l'instrument chirurgical par l'intermédiaire d'une technique non-invasive et exempte de tout rayonnement nocif. En effet, la visualisation de la surface externe de la première structure anatomique est basée sur la détection de l'interface entre les première et deuxième structures anatomiques, à partir de la seule différence d'impédance acoustique entre les première et deuxième structures anatomiques et, par exemple, entre la structure osseuse et la structure de tissu mou, l'impédance acoustique de la structure osseuse étant nettement plus élevée que celle de la structure de tissu mou. Cette détection de l'interface pertinente résulte du seul traitement simple et rapide de l'écho de visualisation cible représentatif de cette interface. La représentation d'une « vue anatomique », c'est-à- dire avec un rendu tridimensionnel concernant les reliefs, de la partie de la surface externe de la structure anatomique sur laquelle le praticien doit intervenir permet une détermination simple et intuitive du point d'entrée et du positionnement de l'instrument chirurgical. Un tel système médical permet ainsi d'assurer de manière efficace et sûre une détermination en temps réel du point d'entrée de l'instrument chirurgical dans la première structure anatomique.
Le dispositif de traitement de visualisation peut être adapté pour :
- affecter à chaque emplacement des coordonnées dans un référentiel,
- définir, à chaque emplacement, un point d'interface dans le référentiel à partir des coordonnées de l'emplacement et de la profondeur déterminée,
- représenter dans le référentiel la partie de la surface externe de la première structure anatomique située en regard de la zone de visualisation à partir des points d'interface définis.
Le dispositif de traitement de visualisation peut comprendre un processeur adapté pour associer chacun des temps de vol mesurés à une valeur d'un paramètre de visualisation, tel qu'une couleur ou un contraste, et un dispositif d'affichage adapté pour représenter la surface externe de la première structure anatomique en affichant la valeur du paramètre de visualisation correspondant au temps de vol mesuré à chacun des emplacements.
Le dispositif de mesure de visualisation peut comprendre un support et au moins un transducteur ultrasonore agencé sur le support, le support présentant une surface émettrice-réceptrice (continue ou discontinue) en contact (direct ou indirect) avec le transducteur ultrasonore et adaptée pour émettre le signal ultrasonore de visualisation et pour recevoir le signal réfléchi de visualisation, la surface émettrice-réceptrice étant destinée à être placée en contact avec la surface externe de la deuxième structure anatomique.
En particulier, le dispositif de mesure de visualisation peut comprendre une matrice de transducteurs ultrasonores et le support peut comporter une ouverture qui s'étend entre la surface émettrice-réceptrice et une surface extérieure opposée à la surface émettrice-réceptrice, l'ouverture étant adaptée pour permettre le passage d'une partie de l'instrument chirurgical. Pour visualiser le point d'entrée de l'instrument chirurgical dans une structure osseuse comme première structure anatomique, la partie de corps comportant en outre une structure de tissu mou comme deuxième structure anatomique, le dispositif de mesure de visualisation peut être adapté pour émettre une onde ultrasonore de fréquence comprise entre 100 kHz et 10 MHz.
Pour visualiser le point d'entrée de l'instrument chirurgical présentant une extrémité de pénétration et une surface extérieure, le dispositif de traitement de visualisation peut être adapté pour :
- détecter, dans le signal réfléchi de visualisation, un écho instrument correspondant à la surface extérieure de l'instrument chirurgical, l'écho instrument ayant une amplitude qui dépasse un seuil instrument déterminé,
- mesurer un temps de vol entre l'émission du signal ultrasonore de visualisation et une détection de l'écho instrument,
- représenter au moins une portion de la surface extérieure de l'instrument chirurgical au voisinage de l'extrémité de pénétration sur la surface externe de la première structure anatomique à partir des temps de vol mesurés.
Le seuil instrument peut être égal au seuil de visualisation.
Le système médical peut permettre de localiser le point d'entrée de l'instrument chirurgical dans la première structure anatomique et d'identifier la trajectoire de l'instrument chirurgical dans la première structure anatomique. A cette fin, le système médical peut comprendre en outre un outil comportant :
- un corps qui s'étend selon un axe central entre des extrémités proximale et distale opposées et qui présente une surface extérieure,
- un dispositif de mesure de localisation adapté pour, en au moins un emplacement de la surface externe de la première structure anatomique :
émettre depuis l'extrémité distale du corps au moins un signal ultrasonore de localisation adapté pour se propager dans la première structure anatomique et pour être au moins en partie réfléchi à l'interface entre les première et deuxième structures anatomiques, et
recevoir au moins un signal réfléchi de localisation correspondant à une réflexion d'une partie du signal ultrasonore de localisation, le signal réfléchi de localisation se présentant sous la forme d'une pluralité d'échos d'amplitudes variables au cours du temps,
- un dispositif de traitement de localisation connecté au dispositif de mesure de localisation et adapté pour :
à chaque emplacement, comparer chacun des échos du signal réfléchi de localisation à un seuil de localisation déterminé, émettre un signal d'information si aucun écho de localisation cible correspondant à l'interface entre les première et deuxième structures anatomiques n'a été identifié dans une fenêtre temporelle d'analyse, l'écho de localisation cible ayant une amplitude qui dépasse le seuil de localisation.
La fenêtre temporelle d'analyse peut être définie par un point de départ, tel que l'émission du signal ultrasonore de localisation ou la détection d'un premier écho de localisation cible, et une durée, notamment comprise entre 1 με et 100 με.
Pour localiser le point d'entrée et identifier la trajectoire de l'instrument chirurgical dans une structure osseuse comme première structure anatomique, la partie de corps comportant en outre une structure de tissu mou comme deuxième structure anatomique, le dispositif de mesure de localisation peut être adapté pour émettre une onde ultrasonore de fréquence comprise entre 100 kHz et 10 MHz.
Le dispositif de mesure de localisation peut comprendre au moins un transducteur ultrasonore agencé sur le corps, le corps présentant une surface d'émission-réception en contact avec le transducteur ultrasonore et adaptée pour émettre le signal ultrasonore de localisation et pour recevoir le signal réfléchi de localisation, la surface d'émission- réception étant agencée à l'extrémité distale du corps sur la surface extérieure du corps.
En particulier, le transducteur ultrasonore peut être agencé à distance de l'extrémité distale du corps, le corps présentant un organe de transmission adapté pour transmettre le signal ultrasonore de localisation et le signal réfléchi de localisation, l'organe de transmission étant en contact avec le transducteur ultrasonore et portant la surface d'émission-réception.
Dans un mode de réalisation, l'outil peut comprendre en outre :
- au moins une première électrode comportant une première surface de contact agencée à l'extrémité distale du corps sur la surface extérieure du corps pour venir en contact avec la première structure anatomique,
- au moins une deuxième électrode comportant une deuxième surface de contact agencée à l'extrémité distale du corps sur la surface extérieure du corps pour venir en contact avec la première structure anatomique à distance de la première surface de contact,
- une couche de matériau électriquement isolant interposée entre les première et deuxième électrodes,
- un dispositif de mesure électrique adapté pour mesurer en continu et en temps réel une caractéristique électrique représentative de la capacité de la première structure anatomique à conduire un courant électrique entre les première et deuxième surfaces de contact, dans lequel la couche de matériau électriquement isolant forme l'organe de transmission, la surface d'émission-réception étant agencée entre les première et deuxième surfaces de contact.
La première électrode peut être cylindrique et s'étendre selon l'axe central, la deuxième électrode peut être annulaire et s'étendre selon l'axe central autour de la première électrode, la couche de matériau électriquement isolant étant annulaire et s'étendant selon l'axe central autour de la première électrode et à l'intérieur de la deuxième électrode.
De façon complémentaire ou alternative, le corps peut comporter un organe de corps interne et un organe de corps externe adapté pour recevoir l'organe de corps interne, le corps présentant un état assemblé dans lequel l'organe de corps interne est disposé à l'intérieur de l'organe de corps externe, et un état dissocié dans lequel les organes de corps interne et externe sont séparés l'un de l'autre, le transducteur ultrasonore étant monté sur au moins l'un des organes de corps interne et externe.
L'outil peut comprendre en outre une poignée adaptée pour être tenue par la main d'un utilisateur et depuis laquelle s'étend le corps, la poignée comportant un logement adapté pour recevoir au moins une partie d'au moins l'un des dispositifs choisis parmi le dispositif de mesure de localisation et le dispositif de traitement de localisation.
Selon un deuxième aspect, l'invention propose un ensemble comprenant un système médical tel que défini précédemment et un instrument chirurgical adapté pour pénétrer dans une première structure anatomique, telle qu'une structure osseuse, d'une partie de corps d'un patient.
Lorsque le système médical permet de localiser le point d'entrée et d'identifier la trajectoire de l'instrument chirurgical dans la première structure anatomique, le corps de l'outil peut être adapté pour pénétrer dans la première structure anatomique, l'outil formant l'instrument chirurgical.
Selon un troisième aspect, l'invention propose un procédé pour visualiser un point d'entrée d'un instrument chirurgical dans une première structure anatomique d'une partie de corps d'un patient, la partie de corps comportant en outre une deuxième structure anatomique dont une partie recouvre la première structure anatomique, les première et deuxième structures anatomiques présentant respectivement des surfaces en contact définissant au moins une interface, la première structure anatomique présentant une surface externe, la deuxième structure anatomique présentant une surface interne en contact avec la surface externe de la première structure anatomique, et une surface externe opposée à la première structure anatomique, les première et deuxième structures anatomiques présentant respectivement des première et deuxième impédances acoustiques, la première impédance acoustique étant supérieure à la deuxième impédance acoustique, le procédé mettant en œuvre le système médical tel que défini précédemment et comprenant les étapes consistant à :
- en une pluralité d'emplacements d'une zone de visualisation de la surface externe de la deuxième structure anatomique, émettre au moins un signal ultrasonore de visualisation adapté pour se propager dans la partie de corps et pour être au moins en partie réfléchi à l'interface entre les première et deuxième structures anatomiques, et recevoir au moins un signal réfléchi de visualisation correspondant à une réflexion d'une partie du signal ultrasonore de visualisation, le signal réfléchi de visualisation se présentant sous la forme d'une pluralité d'échos d'amplitudes variables au cours du temps,
- à chaque emplacement, détecter, dans le signal réfléchi de visualisation, un écho de visualisation cible correspondant à l'interface entre les première et deuxième structures anatomiques située en regard de la zone de visualisation, l'écho de visualisation cible ayant une amplitude qui dépasse un seuil de visualisation déterminé, mesurer un temps de vol entre une émission du signal ultrasonore de visualisation et une détection de l'écho de visualisation cible, et déterminer une profondeur à laquelle se trouve l'interface à partir du temps de vol mesuré,
- représenter une partie de la surface externe de la première structure anatomique située en regard de la zone de visualisation à partir des profondeurs déterminées pour la pluralité d'emplacements.
Pour visualiser le point d'entrée de l'instrument chirurgical présentant une extrémité de pénétration et une surface extérieure, le procédé peut comprendre en outre les étapes consistant à :
- détecter, dans le signal réfléchi de visualisation, un écho instrument correspondant à la surface extérieure de l'instrument chirurgical, l'écho instrument ayant une amplitude qui dépasse un seuil instrument déterminé,
- mesurer un temps de vol entre l'émission du signal ultrasonore de visualisation et une détection de l'écho instrument,
- représenter au moins une portion de la surface extérieure de l'instrument chirurgical au voisinage de l'extrémité de pénétration sur la surface externe de la première structure anatomique à partir des temps de vol mesurés.
La première structure anatomique peut être une structure osseuse et la deuxième structure anatomique peut être une structure de tissu mou.
Lorsque le système médical permet de localiser le point d'entrée et d'identifier la trajectoire de l'instrument chirurgical dans la première structure anatomique, le procédé peut comprendre en outre les étapes consistant à : - en au moins un emplacement de la surface externe de la première structure anatomique, émettre depuis l'extrémité distale du corps un signal ultrasonore de localisation adapté pour se propager dans la première structure anatomique et pour être au moins en partie réfléchi à l'interface entre les première et deuxième structures anatomiques, et recevoir au moins un signal réfléchi de localisation correspondant à une réflexion d'une partie du signal ultrasonore de localisation, le signal réfléchi de localisation se présentant sous la forme d'une pluralité d'échos d'amplitudes variables au cours du temps,
- à chaque emplacement, comparer chacun des échos du signal réfléchi de localisation à un seuil de localisation déterminé,
- émettre un signal d'information si aucun écho de localisation cible correspondant à l'interface entre les première et deuxième structures anatomiques n'a été identifié dans une fenêtre temporelle d'analyse, l'écho de localisation cible ayant une amplitude qui dépasse le seuil de localisation.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers de l'invention donnés à titre d'exemple non limitatif, la description étant faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'une étape d'un procédé pour visualiser un point d'entrée d'un instrument chirurgical dans une première structure anatomique, telle qu'une structure osseuse, selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé mettant en œuvre un système médical comprenant un dispositif de mesure de visualisation adapté pour émettre un signal ultrasonore de visualisation et recevoir un signal réfléchi de visualisation correspondant à une réflexion d'une partie du signal ultrasonore de visualisation, et un dispositif de traitement de visualisation adapté pour représenter une surface de la première structure anatomique à partir de temps de vol mesurés entre une émission du signal ultrasonore de visualisation et une détection d'un écho de visualisation cible du signal réfléchi de visualisation correspondant à l'interface entre la première structure anatomique et une deuxième structure anatomique, telle qu'une structure de tissu mou, recouvrant la structure osseuse,
- la figure 2 est une représentation schématique d'une variante du système médical de la figure 1 ,
- la figure 3 est une représentation schématique d'un instrument chirurgical adapté pour pénétrer dans la première structure anatomique, selon un premier mode de réalisation, l'instrument chirurgical formant un outil adapté pour localiser le point d'entrée et identifier la trajectoire de l'instrument chirurgical dans la première structure anatomique, l'outil comportant un dispositif de mesure de localisation adapté pour émettre un signal ultrasonore de localisation et recevoir un signal réfléchi de localisation, et un dispositif de traitement de localisation adapté pour émettre un signal d'information si aucun deuxième écho de localisation cible du signal réfléchi de localisation correspondant à l'interface entre les première et deuxième structures anatomiques n'a été identifié après qu'une durée seuil depuis une détection d'un premier écho de localisation cible s'est écoulée,
- la figure 4 est une représentation schématique d'un corps de l'instrument chirurgical de la figure 3, illustrant l'agencement d'un transducteur ultrasonore à une extrémité proximale du corps et une couche de matériau électriquement isolant disposée entre des première et deuxième électrodes et adaptée pour transmettre le signal ultrasonore de localisation et le signal réfléchi de localisation vers une surface d'émission- réception agencée à une extrémité distale du corps,
- les figures 5 à 7 sont des représentations schématiques d'étapes d'un procédé pour localiser le point d'entrée et identifier la trajectoire de l'instrument chirurgical dans la première structure anatomique, le procédé mettant en œuvre l'instrument chirurgical des figures 3 et 4,
- la figure 8 est une représentation schématique d'un instrument chirurgical adapté pour pénétrer dans la première structure anatomique, selon un deuxième mode de réalisation, l'instrument chirurgical formant un outil adapté pour localiser le point d'entrée et identifier la trajectoire de l'instrument chirurgical dans la première structure anatomique, - la figure 9 est une représentation schématique d'un instrument chirurgical adapté pour pénétrer dans la première structure anatomique, selon une variante de deuxième mode de réalisation.
Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou analogues.
La figure 1 représente schématiquement un système médical 1 pour déterminer un point d'entrée d'un instrument chirurgical 10 dans une première structure anatomique d'une partie de corps d'un patient.
Dans le mode de réalisation représenté, la première structure anatomique est une structure osseuse 3 d'une vertèbre 2 de la colonne vertébrale d'un patient. La structure osseuse 3 présente une surface externe 4 recouverte par une deuxième structure anatomique, à savoir une structure externe de tissu mou 5 comprenant notamment des muscles, de la graisse et de la peau. La structure externe de tissu mou 5 présente une surface interne en contact avec la surface externe 4 de la structure osseuse 3, et une surface externe 6 opposée à la structure osseuse 3. La surface externe 4 de la structure osseuse 3 et la surface interne de la structure externe de tissu mou 5 définissent une interface externe 7. La vertèbre 2 enferme également en son sein une structure interne de tissu mou 8, visible sur les figures 5 à 6, comprenant notamment la moelle épinière. La structure osseuse 3 et la structure interne de tissu mou 8 présentent alors également respectivement des surfaces interne et externe en contact définissant une interface interne 9.
L'invention décrite en relation avec des première et deuxième structures anatomiques constituées respectivement par une structure osseuse 3 et des structures externe 5 et interne 8 de tissu mou n'est toutefois pas limitée à de telles structures anatomiques et peut être mise en œuvre sur tous types de première et deuxième structures anatomiques telles que la première structure anatomique présente une première impédance acoustique supérieure à une deuxième impédance acoustique de la deuxième structure anatomique.
Par ailleurs, dans un premier mode de réalisation représenté schématiquement sur les figures 3 et 4, l'instrument chirurgical 10 peut être constitué par un outil à main adapté au forage de structure osseuse 3 du type de celui décrit dans la demande de brevet WO 03/068076 et commercialisé sous le nom de PediGuard ®. Bien que décrite en relation avec un tel outil, l'invention n'est pas limitée à ce type d'instrument chirurgical. En particulier, l'invention peut être mise en œuvre avec d'autres types d'instruments chirurgicaux, et notamment une sonde, une pointe carrée, une mèche de perceuse, une spatule, une curette, tout autre outil éventuellement porté par un bras de robot ou un implant tel qu'une vis et, en particulier, une vis pédiculaire.
L'outil 10 comprend un corps 1 1 adapté pour pénétrer dans la structure osseuse 3, et un boîtier 20 formant une poignée solidarisée au corps 1 1 et adaptée pour être tenue par la main d'un utilisateur. Selon les applications, le boîtier 20 peut également être adapté pour être solidarisé à une extrémité d'un bras de robot.
Le corps 1 1 , représenté schématiquement sur la figure 4, présente une surface extérieure 12 et sert de support à des première 16 et deuxième 17 électrodes présentant respectivement des première 16a et deuxième 17a surfaces de contact agencées pour venir en contact avec la structure osseuse 3 à distance l'une de l'autre.
Dans le mode de réalisation représenté, le corps 1 1 est cylindrique de section circulaire selon un axe central A et s'étend depuis une extrémité proximale 13 solidaire de la poignée 20 jusqu'à une extrémité distale 14 définissant une extrémité de pénétration. Le corps 1 1 pourrait, toutefois, présenter toute autre forme, notamment cylindrique de section polygonale ou autre.
La première électrode 16, cylindrique et en matériau conducteur, s'étend à l'intérieur du corps 1 1 parallèlement à l'axe central A. En particulier, la première électrode 16 est disposé dans un alésage central du corps 1 1 et s'étend coaxialement à l'axe central A jusqu'à une extrémité libre présentant la première surface de contact 16a. La première surface de contact 16a affleure la surface extérieure 12 du corps 1 1 à son extrémité distale 14. La deuxième électrode 17, annulaire et en matériau conducteur, s'étend selon l'axe central A autour de la première électrode 16. La deuxième électrode 17 peut, en particulier, être formée par le corps 1 1 lui-même, alors réalisé en un matériau conducteur. La deuxième surface de contact 17a de la deuxième électrode 17 est composée d'une portion cylindrique parallèle à l'axe central A correspondant à une surface latérale du corps 1 1 , et une portion annulaire transversale par rapport à l'axe central A correspondant à une surface distale du corps 1 1 .
Une couche de matériau électriquement isolant 15 est interposée entre les première 16 et deuxième 17 électrodes. La couche de matériau électriquement isolant 15 s'étend le long du corps 1 1 , depuis l'extrémité proximale 13 du corps 1 1 jusqu'à l'extrémité distale 14 du corps 1 1 à laquelle elle affleure par une surface libre d'extrémité 15a. Dans le mode de réalisation représenté, la couche de matériau électriquement isolant 15, annulaire, s'étendant selon l'axe central A autour de la première électrode 16 et à l'intérieur de la deuxième électrode 17.
L'invention n'est toutefois pas limitée à la réalisation et à l'agencement précédemment décrits du corps 1 1 , des première 16 et deuxième 17 électrodes et de la couche de matériau électriquement isolant 15. De manière plus générale, les première 16 et deuxième 17 électrodes ne sont pas nécessairement agencées de manière coaxiale. En particulier, ces première 16 et deuxième 17 électrodes peuvent chacune être réalisées par une tige en matériau conducteur plongée dans le corps 1 1 . Par ailleurs, la première électrode 16 et la deuxième électrode 17 peuvent chacune présenter une surface de contact 16a, 17a ponctuelle affleurant la surface latérale ou la surface distale du corps 1 1 . Le corps 1 1 peut en outre supporter deux ou plus de deux premières électrodes 16 et deux ou plus de deux deuxièmes électrodes 17.
La poignée 20, cylindrique de révolution, s'étend sensiblement coaxialement à l'axe central A du corps 1 1 . La poignée 20 présente une forme facilitant la prise en main et la manipulation de l'outil 10. La poignée 20 réalisée en matériau plastique est solidaire d'un manchon 18 de matière plastique s'étendant sur une partie de la surface extérieure 12 du corps 1 1 .
La poignée 20 comporte un logement 21 adapté pour recevoir un générateur électrique 22, un dispositif de mesure électrique 23 et un dispositif d'alimentation 24 alimentant en énergie électrique le générateur électrique 22 et le dispositif de mesure 23. Le générateur électrique 22, le dispositif de mesure électrique 23 et le dispositif d'alimentation 24 sont, par exemple, placés sur une carte électronique 25 insérée dans le logement 21 au travers d'une ouverture prévue à une extrémité de la poignée 20 opposée au corps 1 1 . Un capot 26 amovible permet de fermer le logement 21 . Le dispositif de mesure électrique 23 est adapté pour mesurer en continu et en temps réel une caractéristique électrique, telle que l'impédance ou la conductance, représentative de la capacité d'une structure anatomique, et en particulier de la structure osseuse 3, à conduire un courant électrique entre les première 16a et deuxième 17a surfaces de contact. Un tel dispositif de mesure électrique 23 connecté à un dispositif de traitement approprié permet notamment de recevoir, de manière relative, un changement de tissu à partir d'une variation de la caractéristique électrique mesurée, voire d'identifier, de manière absolue, un tissu à partir d'une valeur de la caractéristique électrique mesurée.
Sur la figure 1 , le système médical 1 comprend un dispositif de mesure de visualisation 30 qui comporte un ou plusieurs transducteurs ultrasonores 31 agencés sur un support 32 et adaptés chacun pour émettre un ou plusieurs signaux ultrasonores de visualisation USV. Chaque signal ultrasonore de visualisation USV est adapté pour se propager dans la partie de corps et pour être au moins en partie réfléchi à l'interface externe 7 entre la structure osseuse 3 et la structure externe de tissu mou 5. Chaque transducteur ultrasonore 31 est, par ailleurs, adapté pour recevoir un ou plusieurs signaux réfléchis de visualisation SRV correspondant à une réflexion d'une partie du signal ultrasonore de visualisation USV sur des structures anatomiques d'impédances acoustiques différentes.
Dans le mode de réalisation particulier représenté, chaque signal ultrasonore de visualisation USV est une onde longitudinale ultrasonore, sinusoïdale ou carrée, de fréquence comprise entre 100 kHz et 10 MHz et d'amplitude appropriée. Chaque transducteur ultrasonore 31 peut alors être connecté à un générateur électrique délivrant une tension comprise entre 1 V et 10000 V crête-crête.
Dans le mode de réalisation particulier représenté, sans y être limité, une pluralité de transducteurs ultrasonores 31 , dont deux sont visibles sur la figure 1 , sont agencés sur le support 31 pour définir une surface émettrice-réceptrice 33 destinée à être placée en contact avec la surface externe 6 de structure externe de tissu mou 5. Sur la figure 1 , la surface émettrice-réceptrice 33 est en contact direct avec ou constituée par l'ensemble des surfaces émettrices-réceptrices des transducteurs ultrasonores 31 . Le support 32 comporte une ouverture 35 qui s'étend entre la surface émettrice-réceptrice 33 et une surface extérieure 34 opposée à la surface émettrice-réceptrice 33 de manière à permettre, comme il apparaîtra de la suite de la description, le passage du corps 1 1 de l'outil 10.
La surface émettrice-réceptrice 33 permet ainsi, en une pluralité d'emplacements de la surface externe 6 de la structure externe de tissu mou 5, de :
- transmettre chaque onde ultrasonore USV, et - recevoir chaque signal réfléchi de visualisation SRV.
Comme représenté sur la figure 1 , chaque signal réfléchi de visualisation SRV se présente sous la forme d'une pluralité d'échos d'amplitudes variables au cours du temps. En effet, de nombreux échos peuvent apparaître au cours du trajet de l'onde ultrasonore USv parce que les structures traversées ne sont pas parfaitement homogènes. L'inhomogénéité est néanmoins plus importante à l'interface externe 7 entre la structure osseuse 3 et la structure externe de tissu mou 5 du fait de l'impédance acoustique nettement plus élevée de la structure osseuse 3 que celle de la structure externe de tissu mou 5. Pour identifier l'interface externe 7, il s'agira donc de détecter un écho de visualisation cible Ev correspondant.
Pour exploiter chaque signal réfléchi de visualisation SRV, le système médical 1 comprend également un dispositif de traitement de visualisation 40 connecté au dispositif de mesure de visualisation 30. Le dispositif de traitement de visualisation 40 comprend un processeur électronique adapté pour détecter, parmi l'ensemble des échos du signal réfléchi de visualisation SRV à chaque emplacement, l'écho de visualisation cible Ev correspondant à l'interface externe 7 entre la structure osseuse 3 et la structure externe de tissu mou 5. Pour ce faire, le processeur du dispositif de traitement de visualisation 40 détecte l'écho de visualisation cible Ev qui a une amplitude supérieure à un seuil de visualisation Sv déterminé. Le seuil de visualisation Sv peut être ajustable automatiquement ou manuellement en fonction des impédances acoustiques des différentes structures anatomiques traversées et pour tenir compte de l'atténuation de l'onde ultrasonore USV au cours de son trajet dans les différentes structures anatomiques et compenser cette atténuation.
Le processeur du dispositif de traitement de visualisation 40 est également adapté pour mesurer un temps de vol entre une émission du signal ultrasonore de visualisation USv et une détection de l'écho de visualisation cible Ev. En particulier, un front montant de l'onde ultrasonore USV émise active une horloge qui sera arrêtée par le front montant du signal l'écho de visualisation cible Ev. Le temps de vol ainsi mesuré reflète la distance entre le transducteur ultrasonore 31 et l'interface externe 7 entre la structure osseuse 3 et la structure externe de tissu mou 5. Il correspond ainsi à une profondeur à laquelle se trouve l'interface externe 7 par rapport à la surface émettrice-réceptrice 33 et, de là, par rapport à la surface externe 6 de la structure externe de tissu mou 5 depuis laquelle la mesure est réalisée. Ce temps de vol pourra être moyenné sur plusieurs mesures pour améliorer la précision. Il est possible aussi d'effectuer des mesures des variations de ce temps de vol (mesures relatives).
Le temps de vol, une fois mesuré, pourra être représenté pour permettre d'obtenir une « vue anatomique » de l'interface externe 7 entre la structure osseuse 3 et la structure externe de tissu mou 5 et ainsi pouvoir obtenir une représentation avec un rendu tridimensionnel de la surface externe 4 de la structure osseuse 3 à partir des temps de vol mesurés. En particulier, le dispositif de traitement de visualisation 40 est adapté pour affecter à chaque emplacement des coordonnées dans un référentiel. Les coordonnées peuvent notamment comprendre une abscisse et une ordonnée selon des première et deuxième directions perpendiculaires entre elles d'un repère cartésien comme référentiel, la profondeur donnant une nouvelle coordonnée selon une troisième direction perpendiculaire aux première et deuxième directions. A partir des coordonnées de chaque emplacement et de la profondeur déterminée à cet emplacement, le dispositif de traitement de visualisation 40 peut définir et enregistrer un point d'interface dans le référentiel correspondant à l'emplacement. La partie de la surface externe 4 de la première structure anatomique 3 située en regard d'une zone de visualisation comprenant l'ensemble des emplacements auxquels la mesure a été faite peut être représentée dans le référentiel à partir de l'ensemble des points d'interface définis.
En particulier, le processeur du dispositif de traitement de visualisation 40 est adapté pour associer chacun des temps de vol mesurés à une valeur d'un paramètre de visualisation, tel qu'une couleur ou un contraste. Le dispositif de traitement de visualisation 40 comprend alors également un dispositif d'affichage relié au processeur et adapté pour représenter la surface externe 4 de la structure osseuse 3 en affichant la valeur du paramètre de visualisation correspondant au temps de vol mesuré à chacun des emplacements. Toute forme de représentation avec un rendu tridimensionnel est possible : couleur, contrastes, en altitude, etc..
En relation avec la figure 1 , un procédé pour visualiser le point d'entrée de l'instrument chirurgical 10 mettant en œuvre le système médical décrit ci-dessus est maintenant décrit. Le procédé est décrit en relation avec les deux transducteurs 31 ultrasonores du dispositif de mesure de visualisation 30 représentés, étant entendu que ce procédé est transposable à un dispositif de mesure de visualisation 30 comprenant plus de deux transducteurs ultrasonores 31 .
La surface émettrice-réceptrice 33 de la matrice de transducteurs ultrasonores 31 est placée en contact avec une zone de visualisation de la peau d'un patient située au voisinage de la vertèbre 2 à imager. En chacun des emplacements auxquels se trouvent les transducteurs ultrasonores 31 , une ou plusieurs ondes ultrasonores USV sont émises en direction de la vertèbre. Les ondes ultrasonores USV peuvent notamment être émises sous la forme d'impulsions générées à des intervalles de temps suffisants pour qu'il n'y ait pas de superposition entre signal ultrasonore de visualisation USV et le signal réfléchi de visualisation SRV. Chacune des ondes ultrasonores USV se propage dans la partie de corps et rencontre des inhomogénéités sur lesquelles elle est en partie réfléchie donnant ainsi lieu à des échos revenant vers le transducteur ultrasonore 31 correspondant. Le transducteur ultrasonore 31 les reçoit et transmet le signal réfléchi de visualisation SRV correspondant au processeur du dispositif de traitement de visualisation 40.
En particulier, un premier transducteur ultrasonore 31 a est positionné en regard d'un emplacement où la structure externe de tissu mou 5 présente une première épaisseur. Parmi l'ensemble des échos reçus par le premier transducteur ultrasonore 31 a et transmis au processeur, le processeur détecte l'écho de visualisation cible Ev1 qui dépasse le seuil de visualisation Sv après un premier temps de vol t1 . Un deuxième transducteur ultrasonore 31 b est positionné en regard d'un emplacement où la structure externe de tissu mou 5 présente une deuxième épaisseur, plus grande que la première épaisseur. Parmi l'ensemble des échos reçus par le deuxième transducteur ultrasonore 31 b et transmis au processeur, le processeur détecte l'écho de visualisation cible Ev2 qui dépasse le seuil de visualisation Sv après un deuxième temps de vol t2, supérieur au premier temps de vol t1 . Il est à noter que sur la figure 1 , le seuil de visualisation Sv est représenté avec une valeur constante, l'amplitude des échos du signal réfléchi de visualisation pouvant alors être représentée avec une valeur ajustée pour compenser la possible atténuation de l'onde ultrasonore USV au cours de son trajet dans les différentes structures anatomiques. En variante, l'amplitude des échos du signal réfléchi de visualisation pourrait être représentée avec une valeur réelle détectée, le seuil de visualisation Sv étant alors représenté avec une valeur ajustée, décroissante, pour compenser la possible atténuation de l'onde ultrasonore USV au cours de son trajet dans les différentes structures anatomiques.
Les première et deuxième profondeurs correspondant respectivement aux premier t1 et deuxième t2 temps de vol peuvent alors être déterminées et associées respectivement à des premières et deuxièmes coordonnées pour définir des premier et deuxième points d'interface représentés sur le dispositif d'affichage par deux valeurs distinctes du paramètre de visualisation.
La matrice de transducteurs ultrasonores 31 peut être déplacée sur une zone de visualisation voisine de la peau du patient.
A partir de la représentation de la surface externe 4 de la structure osseuse 3 ainsi obtenue, un praticien peut identifier le point d'entrée approprié pour appliquer l'extrémité de pénétration 14 du corps 1 1 de l'instrument chirurgical 10 et initier la pénétration de l'instrument chirurgical 10.
Pour améliorer le positionnement effectif de l'extrémité de pénétration 14 sur le point d'entrée identifié, le dispositif de traitement de visualisation 40 peut, en outre, être adapté pour représenter, sur la surface externe 4 de la structure osseuse 3, au moins une portion de la surface extérieure 12 de l'instrument chirurgical 10 au voisinage de l'extrémité de pénétration 14. Cette représentation de l'instrument chirurgical 10 peut, en particulier, être réalisée comme décrit précédemment à partir de temps de vol mesurés entre l'émission d'un signal ultrasonore de visualisation USV et une détection, dans le signal réfléchi de visualisation SRV, d'un écho instrument E, correspondant à la surface extérieure de l'instrument chirurgical 10. L'écho instrument E, peut être identifié comme l'écho signal réfléchi de visualisation SRV qui dépasse un seuil instrument S, déterminé, par exemple égal au seuil de visualisation Sv. Le corps 1 1 peut, par exemple, porter un repère identifiable au moyen du signal ultrasonore de visualisation USV et du signal réfléchi de visualisation SRV. Ce repère par exemple réalisé en un matériau différent du reste du corps 1 1 peut être placé au niveau de l'extrémité de pénétration 14 ou sur une portion dont l'agencement par rapport à l'extrémité de pénétration 14 est connu.
L'extrémité de pénétration 14 de l'instrument chirurgical 10 peut ainsi être placée sous la surface émettrice-réceptrice 33 en faisant passer le corps 1 1 sous la surface émettrice-réceptrice 33 au travers de l'ouverture 35 ou depuis l'extérieur d'un bord périphérique du support 32. L'extrémité de pénétration 14 superposée à la surface externe 4 de la structure osseuse 3 peut être visualisée sur le dispositif d'affichage et déplacée jusqu'au point d'entrée identifié.
Le système médical 1 et le procédé ont été décrits en relation avec un dispositif de mesure de visualisation 30 comprenant une matrice de transducteurs ultrasonores 31 capables chacun, simultanément ou successivement, d'émettre le signal ultrasonore de visualisation USV et de recevoir le signal réfléchi de visualisation SRV en une pluralité d'emplacements distincts de la surface externe 6 de la structure externe de tissu mou 5. Ces dispositions permettent d'obtenir directement une cartographie de la zone observée.
L'invention n'est toutefois pas limitée à un tel système médical 1 et à un tel procédé.
En variante, le dispositif de mesure de visualisation 30 du système médical 1 peut comprendre un seul transducteur ultrasonore 31 capable d'émettre le signal ultrasonore de visualisation USV et de recevoir le signal réfléchi de visualisation SRV en un emplacement de la surface externe 6 de la structure externe de tissu mou 5. Le transducteur ultrasonore 31 peut ensuite balayer la surface externe 6 de la structure externe de tissu mou 5 pour réaliser successivement une mesure sur plusieurs emplacements distincts. La surface émettrice-réceptrice 33 du support 32 est en contact direct avec ou constituée par la surface émettrice-réceptrice du transducteur ultrasonore 31 lui-même. Avec cette variante, la figure 1 pourrait alors illustrer deux positions distinctes du même transducteur ultrasonore. Selon une autre variante représentée sur la figure 2, le dispositif de mesure de visualisation 30 du système médical 1 peut comprendre une ou plusieurs paires de transducteurs ultrasonores 31 , l'un des transducteurs ultrasonores 31 a' de chacune des paires étant adapté pour émettre le signal ultrasonore de visualisation USV et l'autre transducteur ultrasonore 31 b' de chacune des paires étant adapté pour recevoir le signal réfléchi de visualisation SRV. La surface émettrice-réceptrice 33 du support 32 en contact direct avec ou constituée par une pluralité de surfaces émettrices et une pluralité de surfaces réceptrices séparées les unes des autres.
Selon d'autres variantes, la surface émettrice-réceptrice 33 du support 32 pourrait être une surface continue ou discontinue placée indirectement, c'est-à-dire par l'intermédiaire d'un ou plusieurs organes adaptés pour transmettre une onde ultrasonore, en contact avec la surface émettrice et/ou réceptrice d'un ou plusieurs transducteurs ultrasonores 31 agencés à distance de la surface émettrice-réceptrice 33 du support 32.
Des dispositions particulières de l'outil 10 décrit précédemment lui permettant de localiser le point d'entrée et d'identifier la trajectoire du corps dans la structure osseuse 3 vont à présent être décrites. Bien que décrites de façon complémentaire aux dispositions précédentes concernant la visualisation du point d'entrée au moyen du dispositif de mesure de visualisation 30 et du dispositif de traitement de visualisation 40, ces dispositions particulières de l'outil 10 pourraient être prévues de façon indépendante.
Sur les figures 3 et 4, l'outil 10 comprend un dispositif de mesure de localisation
50 qui comporte un ou plusieurs transducteurs ultrasonores 51 agencés sur le corps et adaptés chacun pour émettre un ou plusieurs signaux ultrasonores de localisation USL. Chaque signal ultrasonore de localisation USL est adapté pour se propager dans la structure osseuse 3 et pour être au moins en partie réfléchi à chacune des interfaces externe 7 et interne 9 entre la structure osseuse 3 et les structures externe 5 et interne 8 de tissu mou. Chaque transducteur ultrasonore est, par ailleurs, adapté pour recevoir un ou plusieurs signaux réfléchis de localisation SRL correspondant à une réflexion d'une partie du signal ultrasonore de localisation USL sur des structures anatomiques d'impédances acoustiques différentes.
Dans le mode de réalisation particulier représenté, chaque signal ultrasonore de localisation USL est une onde longitudinale ultrasonore, sinusoïdale ou carrée, de fréquence comprise entre 100 kHz et 10 MHz et d'amplitude appropriée. Chaque transducteur ultrasonore 51 peut alors être connecté à un générateur électrique 52, par exemple disposé dans le logement 21 de la poignée 20, délivrant une tension comprise entre 1 V et 10000 V crête-crête.
Dans le mode de réalisation représenté, sans y être limité, le transducteur ultrasonore 51 est agencé à distance de l'extrémité distale, par exemple au voisinage de l'extrémité proximale 13, du corps 1 1 . La couche de matériau électriquement isolant 15 forme un organe de transmission adaptée pour transmettre chaque signal ultrasonore de localisation USL et chaque signal réfléchi de localisation SRL. La couche de matériau électriquement isolant 15 est alors en contact avec le transducteur ultrasonore 51 à l'extrémité proximale 13 du corps 1 1 et peut successivement, par l'intermédiaire de sa surface libre d'extrémité 15a constituant une surface d'émission-réception, en un ou plusieurs emplacements de la surface externe 4 de la structure osseuse 3 :
- transmettre chaque onde ultrasonore USL, et
- recevoir chaque signal réfléchi de localisation SRL.
Pour ce faire, la couche de matériau électriquement isolant 15 peut être réalisée en tout matériau adapté pour isoler électriquement les première 16 et deuxième 17 électrodes tout en présentant une impédance acoustique adaptée pour transmettre les ultrasons, par exemple en céramique, en verre, en polymère éventuellement chargé, tel que du PEEK. Le choix du matériau et de ses caractéristiques pourront notamment dépendre de la géométrie de la couche de matériau électriquement isolant 15, des caractéristiques acoustiques du transducteur ultrasonore 51 ainsi que de la structure anatomique avec laquelle l'extrémité de pénétration 14 de l'instrument chirurgical 10, et en particulier la surface d'émission-réception 15a de la couche de matériau électriquement isolant 15, est en contact.
Bien que représentée avec une surface tronconique, la surface d'émission- réception 15a pourrait être constituée par une surface présentant toute autre orientation appropriée et, en particulier, par une surface plane transversale par rapport à l'axe central A présentant une orientation selon l'axe central A, de manière à simplifier l'émission de manière axiale du signal ultrasonore de localisation USL.
Comme représenté sur les figures 5 à 7, chaque signal réfléchi de localisation SRL se présente sous la forme d'une pluralité d'échos d'amplitudes variables au cours du temps. En effet, de nombreux échos peuvent apparaître au cours du trajet de l'onde ultrasonore USL parce que les structures traversées ne sont pas parfaitement homogènes.
Pour exploiter chaque signal réfléchi de localisation SRL, le système médical 1 comprend également un dispositif de traitement de localisation 55 connecté au dispositif de mesure de localisation 50. Le dispositif de traitement de visualisation 55 comprend un processeur électronique adapté pour détecter, parmi l'ensemble des échos du signal réfléchi de localisation SRL de chaque emplacement, l'écho de localisation cible EL correspondant à l'une des interfaces externe 7 et interne 9 entre la structure osseuse 3 et les structures externe 5 et interne 8 de tissu mou. Pour ce faire, le processeur du dispositif de traitement de localisation 55 détecte l'écho de localisation cible EL qui a une amplitude supérieure à un seuil de localisation SL déterminé. En effet, l'écho de localisation cible EL présente une amplitude plus importante que d'autres échos du fait de l'inhomogénéité plus importante aux interfaces externe 7 et interne 9 entre la structure osseuse 3 et les structures externe 5 et interne 8 de tissu mou. Dans la détection de l'écho de localisation cible EL, le processeur du dispositif de traitement de localisation 55 est adapté pour tenir compte d'échos adjacents pouvant présenter une amplitude importante, voisine de celle de l'écho de localisation cible EL, et notamment d'un écho adjacent correspondant à une interface entre l'os spongieux et l'os cortical au sein de la structure osseuse. Le seuil de localisation SL peut être ajustable automatiquement ou manuellement en fonction des impédances acoustiques des différentes structures anatomiques traversées et pour tenir compte de l'atténuation de l'onde ultrasonore USL au cours de son trajet dans les différentes structures anatomiques et compenser cette atténuation.
Le processeur du dispositif de traitement de localisation 55 est également adapté pour comparer chacun des échos du signal réfléchi de localisation SRL au seuil de localisation SL, et émettre un signal d'information si aucun écho de localisation cible EL correspondant à l'une des interfaces externe 7 et interne 9 entre la structure osseuse 3 et les structures externe 5 et interne 8 de tissu mou n'a été identifié dans une fenêtre temporelle d'analyse F, l'écho de localisation cible EL ayant une amplitude qui dépasse le seuil de localisation SL.
La localisation du point d'entrée approprié et l'identification de la trajectoire appropriée reposent ainsi sur une « disparition », en dessous d'un certain seuil, le seuil de localisation SL, et dans la fenêtre temporelle d'analyse F, des signaux ultrasonores de localisation USL. Cette disparition est caractérisée par l'absence d'échos représentatifs de l'une des interfaces externe 7 et interne 9 entre la structure osseuse 3 et les structures externe 5 et interne 8 de tissu mou dans la fenêtre temporelle d'analyse. Cette fenêtre temporelle d'analyse F est définie par un point de départ et une durée. Elle peut être ajustable selon la dimension de la structure osseuse 3 (vertèbres cervicales, thoraciques ou lombaires) et la qualité, en particulier la densité, de la structure osseuse 3. La fenêtre temporelle d'analyse F est déterminée de manière à pouvoir être représentative d'une épaisseur dans la structure osseuse 3 qui soit suffisante pour permettre la pénétration de l'instrument chirurgical sans risquer de traverser une interface et, en particulier l'interface située au niveau du foramen vertébral. L'épaisseur suffisante peut dépendre de la qualité, et notamment de la densité, de la structure osseuse 3. Une fois déterminée, la fenêtre temporelle d'analyse F ainsi que le seuil de localisation SL peuvent être enregistrés dans une mémoire connectée au processeur du dispositif de traitement de localisation 55. La position du point de départ peut notamment dépendre des caractéristiques du transducteur ultrasonore 31 . Ce point de départ peut être l'émission du signal ultrasonore de localisation. En variante, ce point de départ peut être choisi pour éviter un éblouissement dû à l'onde ultrasonore USL émise. Par exemple, le point de départ peut être défini par le front descendant d'un premier écho de localisation cible EL correspondant à l'éblouissement à l'interface externe 7 entre la surface externe 4 de la structure osseuse 3 et la surface interne de la structure externe de tissu mou 5. La durée peut notamment être comprise entre 1 με à 100 με, ce qui correspond à une profondeur d'environ 3 mm à 150 mm, par exemple de l'ordre d'une vingtaine de microsecondes. Le signal d'information informant le praticien de la présence ou l'absence d'un écho de localisation cible EL dans la fenêtre temporelle d'analyse F peut avoir toute forme appropriée : oscillogramme, courbes de couleur en contrastes sur un dispositif d'affichage, signal sonore ou autre.
En relation avec les figures 5 à 7, un procédé pour localiser le point d'entrée de l'instrument chirurgical 10 et identifier la trajectoire du corps 1 1 de l'instrument chirurgical 10 est maintenant décrit.
La surface d'émission-réception 15a agencée à l'extrémité distale 14 du corps 1 1 et connectée au transducteur ultrasonore 51 est placée successivement en regard de la surface externe 4 de la vertèbre 2 à traiter en divers emplacements. En chacun des emplacements auxquels se trouve la surface d'émission-réception 15a, une ou plusieurs ondes ultrasonores USL sont émises. Les ondes ultrasonores USL peuvent notamment être émises sous la forme d'impulsions générées à des intervalles de temps suffisants pour qu'il n'y ait pas de superposition entre signal ultrasonore de localisation USL et le signal réfléchi de localisation SRL.
Chacune des ondes ultrasonores USL se propage dans la vertèbre 2 et rencontre des inhomogénéités sur lesquelles elle est en partie réfléchie donnant ainsi lieu à des échos revenant vers la surface d'émission-réception 15a et transmis au transducteur ultrasonore 51 . Le transducteur ultrasonore 51 les reçoit et transmet à son tour le signal réfléchi de localisation SRL correspondant au processeur du dispositif de traitement de localisation 55.
Sur la figure 5, la surface d'émission-réception 15a est positionnée en un premier emplacement en regard du foramen vertébral logeant la moelle épinière 7. Parmi l'ensemble des échos reçus par le transducteur ultrasonore 51 et transmis au processeur, le processeur détecte l'écho de localisation cible EL1 qui dépasse le seuil de localisation SL dans la fenêtre temporelle d'analyse F du fait de l'interface interne 9 entre la structure osseuse 3 et la structure interne de tissu mou 8. De la même manière, sur la figure 6, la surface d'émission-réception 15a positionnée en un deuxième emplacement en regard de l'une des épineuses transverses reçoit un signal réfléchi de localisation SRL2 comportant, dans la fenêtre temporelle d'analyse F, un écho de visualisation cible EL2 détecté par le processeur, du fait de l'interface externe 7 entre la structure osseuse 3 et la structure externe de tissu mou 5 sur la surface externe 4 de la vertèbre 2 à l'opposé du deuxième emplacement.
En revanche, sur la figure 7, la surface d'émission-réception 15a est positionnée en un troisième emplacement en regard de l'un des pédicules vertébraux. L'écho de localisation cible EL3 du signal réfléchi de localisation SRL3 dû à l'interface externe 7 entre la structure osseuse 3 et la structure externe de tissu mou 5 sur la surface externe 4 de la vertèbre 2 à l'opposé du troisième emplacement est reçu en dehors de la fenêtre temporelle d'analyse F. L'absence d'écho de localisation cible EL dans la fenêtre temporelle d'analyse F et le signal d'information correspondant indiquent au praticien que l'instrument chirurgical 10 est aligné avec le pédicule vertébral et, de ce fait, qu'un point d'entrée et une trajectoire appropriés ont été identifiés.
Sur les figures 5 à 7, le seuil de localisation SL est représenté avec une valeur constante, l'amplitude des échos du signal réfléchi de localisation pouvant alors être représentée avec une valeur ajustée pour compenser la possible atténuation de l'onde ultrasonore USL au cours de son trajet dans la structure osseuse 3. En variante, l'amplitude des échos du signal réfléchi de localisation pourrait être représentée avec une valeur réelle détectée, le seuil de localisation SL étant alors représenté avec une valeur ajustée, décroissante, pour compenser la possible atténuation de l'onde ultrasonore USL au cours de son trajet dans la structure osseuse 3.
L'instrument chirurgical 10 et le procédé ont été décrits en relation avec un unique transducteur ultrasonore 51 capable d'émettre le signal ultrasonore de localisation USL et de recevoir le signal réfléchi de localisation SRL, l'instrument chirurgical 10 balayant la surface externe 4 de la structure osseuse 3 pour réaliser successivement une mesure sur plusieurs emplacements distincts.
L'invention n'est toutefois pas limitée à un tel système médical 1 et à un tel procédé.
En particulier, le dispositif de mesure de localisation 50 pourrait comprendre plusieurs transducteurs ultrasonores 51 capables chacun, simultanément ou successivement, d'émettre le signal ultrasonore de localisation USL et de recevoir le signal réfléchi de localisation SRL en une pluralité d'emplacements distincts de la surface externe 4 de la structure osseuse 3.
Selon une autre variante, le dispositif de mesure de localisation peut comprendre une ou plusieurs paires de transducteurs ultrasonores 51 , l'un des transducteurs ultrasonores 51 de chacune des paires étant adapté pour émettre le signal ultrasonore de localisation USL et l'autre transducteur ultrasonore de chacune des paires étant adapté pour recevoir le signal réfléchi de localisation SRL.
Par ailleurs, l'instrument chirurgical pourrait être constitué par un implant ou tout autre outil approprié.
Ainsi, dans un deuxième mode de réalisation schématiquement représenté sur la figure 8, l'instrument chirurgical est un outil de forage 10' comprenant un corps 1 1 ' qui comporte un organe de corps interne 1 1 a' et un organe de corps externe 1 1 b' adapté pour recevoir de manière amovible l'organe de corps interne 1 1 a'. Chacun des organes des corps interne 1 1 a' et externe 1 1 b' s'étend selon l'axe central A du corps entre deux extrémités. Dans le mode de réalisation représenté, l'organe de corps interne 1 1 a' est adapté pour forer la structure osseuse 3.
Sur la figure 8, le corps 1 1 ' est dans un état assemblé dans lequel l'organe de corps interne 1 1 a' est disposé à l'intérieur de l'organe de corps externe 1 1 b'. Les extrémités opposées de l'organe de corps interne 1 1 a' et de l'organe de corps externe 1 1 b' peuvent être placés en correspondance deux à deux pour définir les extrémités proximale 13' et distale 14' du corps 1 1 '. L'organe de corps interne 1 1 a' et l'organe de corps externe 1 1 b' peuvent assemblés l'un à l'autre par tout dispositif d'assemblage réversible approprié, tel que par emmanchement, vissage ou par l'intermédiaire d'un organe d'assemblage, notamment une poignée, agencée à l'extrémité proximale 13' du corps 1 1 '. Sur la figure 8, l'organe de corps interne 1 1 a' présente une surface extérieure en regard d'une surface intérieure de l'organe de corps externe 1 1 b'. La surface extérieure de l'organe de corps interne 1 1 a' est représentée à distance de la surface intérieure de l'organe de corps externe 1 1 b' étant entendu que ces surfaces peuvent être en contact l'une avec l'autre. En actionnant de manière appropriée le dispositif d'assemblage, le corps 1 1 ' peut passer dans un état dissocié dans lequel les organes de corps interne 1 1 a' et externe 1 1 b' sont séparés l'un de l'autre.
Sur la figure 8, un transducteur ultrasonore 51 ' est agencé sur l'organe de corps externe 1 1 b', à l'extrémité correspondant à l'extrémité distale 14' du corps 1 1 ' dans l'état assemblé. Le transducteur ultrasonore 51 ' peut alors présenter une surface d'émission- réception 51 a' agencée directement à l'extrémité distale 14' du corps 1 1 ' sur la surface extérieure 12' du corps 1 1 '.
Dans l'état assemblé du corps 1 1 ', l'organe de corps externe 1 1 b' permet de localiser le point d'entrée approprié dans la structure osseuse 3 et de déterminer la trajectoire appropriée de l'instrument chirurgical 10' comme décrit précédemment. L'organe de corps interne 1 1 a' permet ensuite de forer la structure osseuse 3 à l'endroit et selon l'orientation appropriés. Une fois qu'un trou a été formé dans la structure osseuse 3, l'organe interne 1 1 a' peut être retiré pour laisser uniquement en place l'organe de corps externe 1 1 b' servant alors de tube guide pour le passage d'un autre instrument chirurgical.
En variante illustrée sur la figure 9, un transducteur ultrasonore 51 " est agencé sur l'organe de corps interne 1 1 a', à l'extrémité correspondant à l'extrémité distale 14' du corps 1 1 ' dans l'état assemblé. Comme décrit précédemment, les organes de corps interne 1 1 a' et externe 1 1 b' peuvent être séparés l'un de l'autre une fois l'organe de corps externe 1 1 b' placé à l'endroit et selon l'orientation appropriés de telle manière que l'organe de corps externe 1 1 b' puisse servir de tube guide pour le passage d'un autre instrument chirurgical.
Dans le deuxième mode de réalisation, le transducteur 51 ', 51 " peut, comme dans le premier mode de réalisation être agencé à distance de l'extrémité distale 14' du corps 1 1 '. Le corps 1 1 ' peut alors présenter un organe de transmission adapté pour transmettre le signal ultrasonore de localisation USL et le signal réfléchi de localisation SRL. L'organe de transmission est alors connecté au transducteur ultrasonore et s'étend le long du corps 1 1 ' vers une surface d'émission-réception agencée à l'extrémité distale 14' du corps 1 1 ' sur la surface extérieure 12' du corps 1 1 '.
L'instrument chirurgical pouvant être inséré dans le tube guide constitué par l'organe de corps externe 1 1 b' peut être celui illustré sur la figure 3, le cas échéant alors dépourvu lui-même de transducteur ultrasonore.
En variante, les organes de corps interne 1 1 a' et externe 1 1 b' peuvent comprendre respectivement des première et deuxième électrodes de l'instrument chirurgical décrit précédemment.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système médical (1 ) pour visualiser un point d'entrée d'un instrument chirurgical (10) dans une première structure anatomique (3) d'une partie de corps d'un patient, la partie de corps comportant en outre une deuxième structure anatomique (5, 8) dont une partie recouvre la première structure anatomique (3), les première (3) et deuxième (5, 8) structures anatomiques présentant respectivement des surfaces en contact définissant au moins une interface (7, 9), la première structure anatomique (3) présentant une surface externe (4), la deuxième structure anatomique (5) présentant une surface interne en contact avec la surface externe (4) de la première structure anatomique (3), et une surface externe (6) opposée à la première structure anatomique (3), les première (3) et deuxième (5, 8) structures anatomiques présentant respectivement des première et deuxième impédances acoustiques, la première impédance acoustique étant supérieure à la deuxième impédance acoustique, le système médical (1 ) comprenant :
- un dispositif de mesure de visualisation (30) adapté pour, en une pluralité d'emplacements d'une zone de visualisation de la surface externe (6) de la deuxième structure anatomique (5) :
émettre au moins un signal ultrasonore de visualisation (USV) adapté pour se propager dans la partie de corps et pour être au moins en partie réfléchi à l'interface (7) entre les première (3) et deuxième (5) structures anatomiques, et
recevoir au moins un signal réfléchi de visualisation (SRV) correspondant à une réflexion d'une partie du signal ultrasonore de visualisation (USV), le signal réfléchi de visualisation (SRV) se présentant sous la forme d'une pluralité d'échos d'amplitudes variables au cours du temps,
- un dispositif de traitement de visualisation (40) connecté au dispositif de mesure de visualisation (30),
le système médical étant caractérisé en ce que le dispositif de traitement de visualisation est adapté pour à chaque emplacement :
détecter, dans le signal réfléchi de visualisation (SRV), un écho de visualisation cible (Ev) correspondant à l'interface (7) entre les première (3) et deuxième (5) structures anatomiques située en regard de la zone de visualisation, l'écho de visualisation cible (Ev) ayant une amplitude qui dépasse un seuil de visualisation (Sv) déterminé,
mesurer un temps de vol entre une émission du signal ultrasonore de visualisation (USV) et une détection de l'écho de visualisation cible (Ev),
déterminer une profondeur à laquelle se trouve l'interface (7) à partir du temps de vol mesuré, et pour représenter une partie de la surface externe (4) de la première structure anatomique (3) située en regard de la zone de visualisation à partir des profondeurs déterminées pour la pluralité d'emplacements.
2. Système médical (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif de traitement de visualisation (40) est adapté pour :
- affecter à chaque emplacement des coordonnées dans un référentiel,
- définir, à chaque emplacement, un point d'interface dans le référentiel à partir des coordonnées de l'emplacement et de la profondeur déterminée,
- représenter dans le référentiel la partie de la surface externe (4) de la première structure anatomique (3) située en regard de la zone de visualisation à partir des points d'interface définis.
3. Système médical (1 ) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le dispositif de traitement de visualisation (40) comprend un processeur adapté pour associer chacun des temps de vol mesurés à une valeur d'un paramètre de visualisation, et un dispositif d'affichage adapté pour représenter la surface externe (4) de la première structure anatomique (3) en affichant la valeur du paramètre de visualisation correspondant au temps de vol mesuré à chacun des emplacements.
4. Système médical (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif de mesure de visualisation (30) comprend un support (32) et au moins un transducteur ultrasonore (31 ) agencé sur le support (32), le support présentant une surface émettrice-réceptrice (33) en contact avec le transducteur ultrasonore et adaptée pour émettre le signal ultrasonore de visualisation (USV) et pour recevoir le signal réfléchi de visualisation (SRV), la surface émettrice-réceptrice (33) étant destinée à être placée en contact avec la surface externe (6) de la deuxième structure anatomique (5).
5. Système médical (1 ) selon la revendication 4, dans lequel le dispositif de mesure de visualisation (30) comprend une matrice de transducteurs ultrasonores (31 ) et le support (32) comporte une ouverture (35) qui s'étend entre la surface émettrice- réceptrice (33) et une surface extérieure (34) opposée à la surface émettrice-réceptrice (33), l'ouverture (35) étant adaptée pour permettre le passage d'une partie de l'instrument chirurgical (10).
6. Système médical (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 pour visualiser le point d'entrée de l'instrument chirurgical (10) dans une structure osseuse (3) comme première structure anatomique, la partie de corps comportant en outre une structure de tissu mou (5) comme deuxième structure anatomique, dans lequel le dispositif de mesure de visualisation (30) est adapté pour émettre une onde ultrasonore de fréquence comprise entre 100 kHz et 10 MHz.
7. Système médical (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 pour visualiser le point d'entrée de l'instrument chirurgical (10) présentant une extrémité de pénétration (14) et une surface extérieure (12), dans lequel le dispositif de traitement de visualisation (40) est adapté pour :
- détecter, dans le signal réfléchi de visualisation (SRV), un écho instrument (E,) correspondant à la surface extérieure (12) de l'instrument chirurgical (10), l'écho instrument (E,) ayant une amplitude qui dépasse un seuil instrument (S,) déterminé,
- mesurer un temps de vol entre l'émission du signal ultrasonore de visualisation (USv) et une détection de l'écho instrument (E,),
- représenter au moins une portion de la surface extérieure (12) de l'instrument chirurgical (10) au voisinage de l'extrémité de pénétration (14) sur la surface externe (4) de la première structure anatomique (3) à partir des temps de vol mesurés.
8. Système médical selon la revendication 7, dans lequel le seuil instrument (S,) est égal au seuil de visualisation (Sv).
9. Ensemble comprenant un système médical (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 et un instrument chirurgical (10) adapté pour pénétrer dans une première structure anatomique (3), telle qu'une structure osseuse, d'une partie de corps d'un patient.
10. Procédé pour visualiser un point d'entrée d'un instrument chirurgical (10) dans une première structure anatomique (3) d'une partie de corps d'un patient, la partie de corps comportant en outre une deuxième structure anatomique (5, 8) dont une partie recouvre la première structure anatomique (3), les première (3) et deuxième (5, 8) structures anatomiques présentant respectivement des surfaces en contact définissant au moins une interface (7, 9), la première structure anatomique (3) présentant une surface externe (4), la deuxième structure anatomique (5) présentant une surface interne en contact avec la surface externe (4) de la première structure anatomique (3), et une surface externe (6) opposée à la première structure anatomique (3), les première (3) et deuxième (5, 8) structures anatomiques présentant respectivement des première et deuxième impédances acoustiques, la première impédance acoustique étant supérieure à la deuxième impédance acoustique, le procédé mettant en œuvre le système médical (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 et comprenant les étapes consistant à :
- en une pluralité d'emplacements d'une zone de visualisation de la surface externe (6) de la deuxième structure anatomique (5), émettre au moins un signal ultrasonore de visualisation (USV) adapté pour se propager dans la partie de corps et pour être au moins en partie réfléchi à l'interface (7) entre les première (3) et deuxième (5) structures anatomiques, et recevoir au moins un signal réfléchi de visualisation (SRV) correspondant à une réflexion d'une partie du signal ultrasonore de visualisation (USV), le signal réfléchi de visualisation (SRV) se présentant sous la forme d'une pluralité d'échos d'amplitudes variables au cours du temps,
- à chaque emplacement, détecter, dans le signal réfléchi de visualisation (SRV), un écho de visualisation cible (Ev) correspondant à l'interface (7) entre les première (3) et deuxième (5) structures anatomiques située en regard de la zone de visualisation, l'écho de visualisation cible (Ev) ayant une amplitude qui dépasse un seuil de visualisation (Sv) déterminé, mesurer un temps de vol entre une émission du signal ultrasonore de visualisation (USV) et une détection de l'écho de visualisation cible (Ev), et déterminer une profondeur à laquelle se trouve l'interface (7) à partir du temps de vol mesuré,
- représenter une partie de la surface externe (4) de la première structure anatomique (3) située en regard de la zone de visualisation à partir des profondeurs déterminées pour la pluralité d'emplacements.
10. Procédé selon la revendication 9 pour visualiser le point d'entrée de l'instrument chirurgical (10) présentant une extrémité de pénétration (14) et une surface extérieure (12), le procédé comprenant en outre les étapes consistant à :
- détecter, dans le signal réfléchi de visualisation (SRV), un écho instrument (E,) correspondant à la surface extérieure (12) de l'instrument chirurgical (10), l'écho instrument (E,) ayant une amplitude qui dépasse un seuil instrument (S,) déterminé,
- mesurer un temps de vol entre l'émission du signal ultrasonore de visualisation (USv) et une détection de l'écho instrument (E,),
- représenter au moins une portion de la surface extérieure (12) de l'instrument chirurgical (10) au voisinage de l'extrémité de pénétration (14) sur la surface externe (4) de la première structure anatomique (3) à partir des temps de vol mesurés.
1 1 . Procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel la première structure anatomique est une structure osseuse (3) et la deuxième structure anatomique est une structure de tissu mou (5).
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