WO2020099268A1 - Dispositif de coupe pour la pose d'une prothése de genou - Google Patents

Dispositif de coupe pour la pose d'une prothése de genou Download PDF

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WO2020099268A1
WO2020099268A1 PCT/EP2019/080704 EP2019080704W WO2020099268A1 WO 2020099268 A1 WO2020099268 A1 WO 2020099268A1 EP 2019080704 W EP2019080704 W EP 2019080704W WO 2020099268 A1 WO2020099268 A1 WO 2020099268A1
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WO
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cutting
marker
point
bracket
cutting guide
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/080704
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English (en)
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Sébastien HENRY
Pascal KILIAN
Romain FISSETTE
Original Assignee
Pixee Medical
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Publication date
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Priority to AU2019377964A priority patent/AU2019377964A1/en
Priority to JP2021526437A priority patent/JP2022507471A/ja
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    • A61B17/154—Guides therefor for preparing bone for knee prosthesis
    • A61B17/155—Cutting femur
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    • A61B17/15—Guides therefor
    • A61B17/154—Guides therefor for preparing bone for knee prosthesis
    • A61B17/157—Cutting tibia
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    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3983—Reference marker arrangements for use with image guided surgery

Definitions

  • the invention relates to a cutting device for fitting a knee prosthesis.
  • the invention also relates to a cutting assistance device comprising such a cutting device.
  • the invention also relates to a method of assisting in the fitting of a knee prosthesis and using said device.
  • the invention finally relates to a support system implementing said method, a computer program product for implementing said method, and a recording medium comprising the steps of said method.
  • Bone cutting is delicate, the operator must take care to remove as little bone as possible but must remove enough to have a flat surface and a space large enough to place the prosthesis components. In addition, the angle of the cut is decisive.
  • the lack of precision in the operation leads to a significant risk of pain experienced by the subject, instability, premature wear or dislocation. For this, there are very complex devices using many assistance tools: these systems have the disadvantage of a high cost and of not being able to be widely used.
  • the object of the invention is to provide a device and a method to assist the operator in determining the cutting plane of the tibia or the femur for the fitting of a knee prosthesis.
  • the object of the invention is to simplify the determination of the cutting plane by optimizing the precision.
  • the invention relates to a cutting device for fitting a knee prosthesis comprising a bracket and a cutting guide mounted movably on said bracket, in which the bracket comprises a first marker for its location and an element attachment for attachment to a bone and wherein the cutting guide comprises a second marker for its identification and a slot defining a cutting plane suitable for guiding a cutting tool.
  • the cutting guide is mounted mobile on the stem according to at least one degree of freedom in translation.
  • the cutting guide is mounted mobile on the stem according to at least two degrees of freedom in rotation.
  • the cutting guide is mounted mobile on the stem via an articulated assembly allowing the mobility of the cutting guide relative to the stem.
  • the first marker and the second marker comprise a rectangular planar surface comprising at least one pattern.
  • the cutting guide comprises a fixing element for fixing it to a bone.
  • the invention relates to a cutting assistance device for fitting a knee prosthesis comprising at least one cutting device according to the first aspect of the invention and at least one point reading tool including a positioning point and a third marker for its location.
  • the assistance device comprises a first cutting device according to the first aspect of the invention designed for cutting a tibia and a second cutting device according to the first aspect of the invention designed for cutting section of a femur.
  • the invention relates to a method of assisting with the fitting of a knee prosthesis.
  • the process includes:
  • a first phase of positioning a cutting device comprising a movable cutting guide according to three degrees of freedom relative to the stem of the device,
  • ⁇ a step of transmitting and indicating to an operator the three-dimensional relative positioning of the cutting guide and / or its cutting plane relative to the reference frame.
  • the reference frame comprises two reference axes.
  • the formation of said reference frame comprises the following steps:
  • the method is adapted to the bone cutting of a tibia and the reference point is positioned in the mechanical axis of the tibia.
  • the generation of the reference point is carried out by a step of viewing a third marker of a point reading tool with respect to the first marker for locating said reference point.
  • the method is adapted to the bone cutting of a femur and the reference point is positioned in the mechanical axis of the femur.
  • the generation of the reference point comprises a substep of movement of the patient's leg for determining the center of rotation of said leg and a substep of visualization of several images of the first marker during the movement leg and a third marker fixed relative to the patient's pelvis.
  • the invention relates to a system for assisting with the fitting of a prosthesis.
  • the system comprises a cutting device according to the first aspect of the invention, a mobile monocular camera, in particular mounted on a pair of glasses or on a portable object such as a telephone, a display means and means for implementing the method. assistance according to the third aspect of the invention.
  • the viewing step is performed by said camera and the transmission step is performed by said display means.
  • the invention relates to a computer program product comprising program code instructions recorded on a computer-readable medium for implementing the steps of the method according to the third aspect of the invention when said program is running on a computer or a computer program product downloadable from a communication network and / or recorded on a data medium readable by a computer and / or executable by a computer, comprising instructions which, when the program is executed by a computer, lead the latter to implement the method according to the third aspect of the invention.
  • the invention relates to a data recording medium, readable by a computer, on which is recorded a computer program comprising code instructions for implementing the method according to the third aspect of the invention or a computer-readable recording medium comprising instructions which, when executed by a computer, lead the latter to implement the method according to the third aspect of the invention.
  • Figure 1 shows a perspective view of the cutting device according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 represents a front view of the cutting device according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 represents a front view of the cutting device in which the cutting guide has been moved by a first means of piloting the articulated assembly.
  • FIG. 4 represents a side view of the cutting device according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 5 represents a side view of the device according to an embodiment of the invention in which the cutting guide has been moved by a second means of piloting the articulated assembly.
  • FIG. 6 represents a perspective view of a pointer for the implementation of the method according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 7 represents a perspective view of a clamp for implementing the method according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 8 represents a transparent view of the clamp of FIG. 7.
  • FIG. 9 represents a perspective view of the cutting guide according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 10 represents a diagram of an assistance system according to an embodiment of the invention.
  • Figure 1 1 shows a diagram of the steps performed by the assistance system computer according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 12 represents a profile view of a tibia on which is fixed a cutting device according to an embodiment of the invention.
  • An example of a cutting device 1 for fitting a knee prosthesis according to an embodiment of the invention is described below with reference to FIG. 1.
  • the cutting device 1 comprises a positioning frame 3 and a cutting guide 2.
  • the positioning frame 3 makes it possible to fix the device 1 on the bone to be cut and the movable cutting guide 2 comprises a slot 21 and makes it possible to guide a cutting device through its slot 21 for cutting the bone.
  • the positioning frame 3 comprises a bracket 4 and an articulated assembly 5.
  • the bracket 4 is designed to be mounted on the bone to be cut.
  • the cutting guide 2 is movably mounted on said stem 4.
  • the articulated assembly 5 is designed to be movable relative to the stem 4 and to support the cutting guide 2.
  • the stem 4 includes a fixing 41 making it possible to ensure a stable fixing without degree of freedom between the stem 4 and the bone to be cut.
  • the fixing means 41 can comprise at least a first bore 42 designed to receive a first threaded pin or a nail.
  • the stem 4 is placed against the bone to be cut at a fixing point and the first threaded pin or the nail is inserted into the bone through the first bore 42 of the stem 4.
  • the bracket 4 advantageously makes it possible to fix the positioning frame 3 near the cutting plane of the cutting guide 2 described below.
  • the bracket 4 comprises at least a second bore 44 designed to receive a second threaded pin or a second nail for fixing the bracket 4 to the bone.
  • the longitudinal axis of the at least one second bore 44 is oblique to the longitudinal axis of the first bore 42.
  • the second bore 44 is designed so that the threaded pin or the nail which it receives is in a direction inclined with respect to the direction of the first screw.
  • This at least one second bore 44 in an inclined direction advantageously makes it possible to block the dissociation and / or the play of the stem 4 once mounted on the bone to be cut.
  • the second bore 44 may include a diameter less than the diameter of the first bore 42.
  • the bracket 4 is mechanically linked to the articulated assembly 5 of the positioning frame 3.
  • the mechanical connection between the bracket 4 and the articulated assembly 5 comprises at least one degree of freedom.
  • the mechanical connection between the bracket 4 and the articulated assembly 5 comprises at least one degree of freedom in rotation, preferably two degrees of freedom in rotation and a degree of freedom in translation.
  • the bracket 4 comprises a mast 45.
  • the mast 45 comprises a portion extending longitudinally and designed to receive the articulated assembly 5.
  • the mast 45 may comprise a groove forming a sliding connection with the articulated assembly 5.
  • the mast 45 is designed to receive a carriage 531 of the articulated assembly 5 so that the carriage 531 can slide along the longitudinal axis of the mast 45.
  • the mobility of the cutting guide 2 relative to the bracket 4 advantageously makes it possible to control the movement of the cutting guide 2 relative to the bone concerned in order to optimally position the cutting guide 2 for cutting the bone.
  • the positioning frame 3 comprises at least one means for controlling the articulated assembly with the bracket. Said control means allows the articulated assembly 5 to move relative to the bracket 4 according to at least one degree of freedom.
  • the articulated assembly 5 and the bracket 4 comprise at least two or a plurality of control means each allowing to control the mobility of the articulated assembly 5 or of the cutting guide 2 relative to the bracket 4 according to a degree of freedom.
  • Said at least one control means authorizes the displacement of the articulated assembly 5 relative to the bracket 4 according to at least one degree of freedom in rotation or in translation.
  • the articulated assembly 5 comprises a first control means 51 authorizing the rotation of the articulated assembly along a first axis B, a second control means 52 authorizing the rotation of the articulated assembly according to a second axis C and a third control means 53 allowing the mobility of the articulated assembly 5 relative to the bracket by a translation along a third axis A.
  • Said control means can comprise a clamping mechanism and / or a rack.
  • the first control means 51 comprises a control wheel 510 connected to a screw 514.
  • a movable element 513 is disposed on the thread of said screw 514.
  • the movable element 513 is therefore moved to one side or the other of the screw 514 according to the direction of rotation of the screw 514.
  • the displacement of the movable element 513 causes a rotation illustrated on the Figure 3 of the articulated assembly 5 along the axis B.
  • the movement of the mobile element 513 along the screw 514 is converted into a rotary movement of a drive element 512 of the cutting guide 2 by a sliding link 51 1 between the mobile element 513 and the drive element 512.
  • Said drive element 512 being mechanically connected to the cutting guide 2 via a pivot link 51 6, it causes its rotation along a first axis B (shown in FIG. 4) passing through the pivot link 51 6.
  • the first control means 51 comprises a drive wheel 510 of the screw 514, very preferably two drive wheels 510 of the screw 514, one on each side of the screw.
  • the second control means 52 comprises a control wheel 520 driving a screw 521 secured to said control wheel 520.
  • the distal end 522 of the screw 521 is in contact with the carriage 531.
  • Said end 522 is preferably of spherical shape. The purpose of said spherical shape is to guarantee a point connection between the end of the screw 522 and the carriage 45.
  • the second control means 52 comprises a slope pivot 524.
  • the slope pivot 524 comprises a thread 525.
  • the screw 521 is screwed into the thread 525. More particularly, the thread 525 may comprise a threaded through hole.
  • the slope pivot 524 further comprises a connection with the cutting guide 2 so that the rotation of the slope pivot 524 causes the rotation of the cutting guide 2.
  • the slope pivot 524 also comprises a pivot connection 523 with the jib 4 or with the carriage 531. Said pivot link 523 is preferably disposed between the thread 525 and the connection with the cutting guide.
  • the longitudinal displacement of the thread 525 along the screw 521 thus causes a rotational movement around the pivot 523 of the pivot slope 524, and therefore a rotational movement of the cutting guide 2 along a second axis C illustrated in FIG. 2. Said second axis passing through the pivot 523.
  • the first control means 51 and the second control means 52 are preferably arranged so that the first axis B and the second axis C are perpendicular and / or intersecting at a point on the pivot 523.
  • the third control means 53 comprises a sliding connection between the mast 45 of the bracket 4 and the carriage 531 of the articulated assembly 5.
  • Said sliding connection can comprise a means of abutment of said translation.
  • a stop screw 532 arranged at the end of the mast 45.
  • the stop screw 532 is screwed onto the end of the mast 45 so as to be displaced along the translation axis A.
  • the stop screw 532 then makes it possible to block the translation of the carriage 531 in a direction at the height or at the desired position.
  • the third control means 53 may comprise a second stop means for blocking the translation of the carriage 531 in a direction opposite to the stop screw 532,
  • Said slide link preferably authorizes the translational movement of the cutting guide 2 along an axis parallel to the longitudinal axis of the first bore 42.
  • the positioning frame 3 may also include connecting elements forming a rack.
  • the rack includes a sliding link between the articulated assembly and the stem.
  • the slide connection comprises a first threaded branch and a second branch in slide connection with the first branch.
  • the rack comprises, between the first and the second branch, a gear whose rotary movement around the first threaded branch is transformed into a linear movement along said first branch, said linear movement of the gear causing the second branch.
  • the rack can also be designed so that a full revolution of the gear corresponds to a linear displacement of a predefined distance.
  • the mobility of the cutting guide 2 relative to the bracket 4 is controlled to allow the operator to precisely and stably position the cutting guide 2 at the desired position and / or orientation.
  • the articulated assembly 5 and the stem 4 are removable.
  • the articulated assembly 5 can indeed be removed from the bracket 4 once the cutting guide 2 fixed to the bone.
  • the cutting guide 2 comprises a slot 21.
  • the slot 21 is designed to be in contact with the bone to be cut. It forms a through passage designed to allow a sharp tool to pass through the cutting guide 2 to make the bone cut.
  • the slot 21 therefore defines a cutting plane suitable for guiding a cutting tool through said slot 21. In the following description, the plane passing through said slot will be called a “cutting plane”.
  • the articulated assembly 5 comprises at least one connecting element 54 with the cutting guide 2 and the cutting guide 2 comprises at least one connecting element 25 complementary to the at least one connecting element 54 of the articulated assembly 5 , for example, male / female means. This fixed connection allows the cutting guide to be driven by the articulated assembly 5.
  • this connection is removable so as to remove the articulated assembly 5 from the cutting guide 2 when the cutting guide 2 is fixed to the bone concerned.
  • the articulated assembly 5 may include a key of tightening 515.
  • Said tightening key 515 is integral with a screw (not shown) passing through the mast 45 of the bracket 4 to the fixing 54 or to the cutting guide 2.
  • This tightening key 515 has for purpose of securing the cutting guide 2 to its attachment 54.
  • the operator can remove the positioning frame 3 (the bracket 4 and the articulated assembly 5) from the bone before proceeding with the bone cutting by unscrewing the tightening key 515.
  • the pin or pins or nails used for fixing the positioning frame 3 to the bone are removed and will not interfere with the cut.
  • the cutting guide 2 also comprises at least one fixing element 22.
  • the fixing element 22 of the cutting guide allows the cutting guide 2 to be fixed to the bone to be cut. In this way, once the operator has the cutting guide 2 in the desired position via the articulated assembly, he can fix the cutting guide 2 to the bone before cutting the bone.
  • the cutting guide 2 can be removed from the device.
  • the fastener 22 of the cutting guide 2 may include a surface designed to be placed on the surface of the bone and a first bore designed to receive a first screw in the same manner as the bracket fixing element.
  • the fixing element of the cutting guide is arranged so that the screw does not interfere with the bone cutting.
  • the cutting guide comprises at least two fixing elements, each of which comprises a bore for the passage of a screw intended to penetrate into the bone to be cut.
  • Each bore can extend in a different direction to block the return of the cutting guide.
  • the cutting guide 2 is adapted to the morphology of the bone to be cut.
  • the cutting guide may be asymmetrical.
  • the cutting guide may further comprise at least one means for fixing a physical probe 24.
  • bracket 4 comprises at least a first position marker 43 for its identification and the cutting guide 2 comprises a second position marker 23 for its identification.
  • the first marker 43 and the second marker 23 are designed and arranged to be identified by an optical sensor such as a camera.
  • the image obtained by the camera of a position marker makes it possible to detect its position and its orientation by an algorithm.
  • Each marker includes a predefined dimension, shape and pattern.
  • the algorithm knows the shape, size and optionally the pattern of the marker.
  • the algorithm has access to an electronic memory on which are stored the digital data representative of the geometry of the elements it analyzes.
  • the algorithm is able to deduce its positioning and orientation. For example, if a marker comprises a square surface pattern and this same pattern appears trapezoidal on the image, the angles of the trapezoid allow the algorithm to deduce the orientation of said surface.
  • the number of pixels between two opposite sides of a square makes it possible to deduce the distance between the marker and the camera.
  • Each marker can include a different pattern, so the algorithm, by recognizing the pattern, can associate with the position marker a tool, for example, the cutting guide for the second position marker.
  • the markers of position being fixed to tools without degree of freedom, the image obtained from the first marker and the second marker therefore makes it possible to determine the position and orientation of the first and second marker, and therefore respectively of the stem and of the cutting guide.
  • this type of marker makes it possible to improve its position and its three-dimensional orientation in a frame of reference of one or more cameras for each image acquisition.
  • This marker can be of different size and geometry.
  • the pattern can be three-dimensional or two-dimensional.
  • the markers comprise a flat surface capable of receiving, for example by gluing, a label comprising the pattern.
  • the pattern is produced by screen printing on said flat surface.
  • the pattern can be in black and white, but the pattern can also be in color.
  • This pattern differs from those generally used by infrared surgical navigation systems in that it is reusable. Indeed, it can be sterilized by autoclave. This saves consumables.
  • the pattern can include simple or complex geometric shapes. This makes it easier to identify the marker. It also improves the estimation of the position and orientation of the marker by processing images from one or more cameras.
  • the markers according to the embodiment of the invention described here have a rectangular planar surface comprising at least one pattern.
  • the particular shape of the first marker and of the second marker therefore makes it possible to determine the position and the orientation respectively of the bracket and of the cutting guide as indicated above. This simply constitutes positioning and orientation means of the first and second marker, and therefore of the stem and the cutting guide.
  • An advantage of this particular shape of the markers is also that the estimations of the positions and orientations of the stem and of the cutting guide can be made with a single optical sensor such as a camera.
  • the image to be processed can be obtained by a single monocular optical sensor, preferably in the visible field, in particular of the camera type.
  • visible field optical sensor is meant that the optical sensor records images visible to the human eye including so-called “black and white” cameras and so-called “color” cameras. This makes it possible to choose a more economical camera than a system composed of infrared cameras, generally used by surgical navigation devices.
  • the optical sensor can be integrated into various devices such as a phone, a tablet, connected glasses or any other system integrating one or more cameras. All surgical navigation algorithms can be performed on an on-board platform or on a remote computer.
  • the at least one pattern can also be identified by the monocular optical sensor used to identify the shape of the markers.
  • the monocular optical sensor used to identify the shape of the markers By processing the image of the pattern according to a process similar to processing the image of the shape of the marker, it is also possible to determine the position and the orientation of the first and of the second marker, and therefore respectively of the stem and of the guide. chopped off. This simply constitutes additional means for positioning and orienting the first and second markers, and therefore the stem and the cutting guide.
  • An advantage of this or these patterns is that the estimations of the positions and orientations of the first and of the second marker, and therefore of the stem and of the cutting guide, are made by two different means, which further improves the positioning accuracy and orientation of the first and second markers, and therefore of the stem and the cutting guide.
  • a better positioning and orientation of the first and second markers, and therefore of the stem and of the cutting guide are obtained.
  • the invention also relates to a cutting assistance device for fitting a knee prosthesis, characterized in that it comprises at least one cutting device as described above and at least one point reading tool, described below, comprising a positioning point and a third marker for its location.
  • the cutting assist device may include a first cutting device designed to cut a tibia and a second cutting device designed to cut a femur.
  • the assistance device also includes at least one complementary tool making it possible to locate a particular position, in particular anatomical, which we will call "point reading tool”.
  • Said point reading tool also includes a third marker for locating it, similar to the first marker and / or to the second marker.
  • the third marker includes a particular shape and a unique pattern allowing their identification on an image by the algorithm.
  • the point reading tool is a pointer 6.
  • the pointer 6 comprises a rod 61, a contact point 62 and the third position marker 63.
  • the algorithm uses the data representative of the geometry of the pointer 6 so as to know the position of the contact point 62 relative to the third marker position 63. This data can be stored in an electronic memory of the assistance system, which will be described later. For the generation of a point in a given coordinate system, it is therefore sufficient to point with the contact point 62 the point to be recorded, then to take an image of the third marker 63 and of another marker associated with said formed coordinate system.
  • the point reading tool is a clamp 7.
  • the clamp 7 comprises a base 70 and two arms 71 movable relative to the base 70.
  • Each arm 71 of the clamp 7 may include at its end a tab 72 for its positioning.
  • Said tab 72 may include a pivot degree of freedom with the arm 71 of the clamp.
  • the tab 72 is preferably designed to receive a malleolus of an ankle.
  • the base 70 of the clamp 7 includes a third positioning marker 73.
  • Said marker 73 is integral with the base 70.
  • the two arms 71 are connected to each other by a pivot link 74.
  • Said pivot link comprises a central pinion 75 designed to slide inside a central groove 76.
  • Each arm 71 further comprises a lateral groove designed to cooperate with a lateral pinion 78 of the base 70.
  • the lateral pinion 78 slides along the lateral groove 77.
  • the lateral groove 77 and the central groove 76 are designed so that the projection of the tab 72 along an axis x parallel to the longitudinal axis of the central groove 76 is constant during the various movements of the arms 71 of the clamp 7 .
  • the central pivot link 74 imposes on the first arm a similar movement of the second arm.
  • the point located in the middle of the segment between the two tabs 72 is always located in the same position relative to the base and relative to the position marker of the clamp.
  • the clamp 7 comprises a return element (not shown) allowing the central pinion 75 to be held on one of the two ends of the central groove 76, very preferably on the end closest to the tabs.
  • Said element may be a return spring disposed in the groove or an elastic. This return element allows the return of the ends of the clamps towards one another.
  • the algorithm uses the position data of a point O in the middle of the segment between the two legs 72 relative to the third position marker 73. For the generation of a point O in a given marker, it suffices therefore to position the tabs 72 and take an image of the third marker 73 and of another marker associated with said given marker.
  • the point reading tool comprises a marker fixed to a flat surface.
  • the algorithm uses the data of the structure of the survey tool so as to know the position of the points of said planar surface relative to the third position marker.
  • the invention therefore relates to an assistance device comprising a cutting device as described above and a point reading tool as described above.
  • a cutting device as described above
  • a point reading tool as described above.
  • An example of an assistance system 100 comprising a cutting device 1 is described below with reference to FIG. 10.
  • the invention relates to an assistance system 100 comprising a cutting device 1 as described above , an optical capture means 200, in particular a camera, and a means of transmitting information 400.
  • the system advantageously makes it possible, by taking the position markers, to determine the position of the cutting plane relative to the stem or the position of the point to be surveyed O, 62 of the point survey tool.
  • the information transmission means 400 makes it possible to transmit information to an operator on the position and the orientation of the cutting plane.
  • the optical capture means 200 is a video capture means in order to be able to follow in real time the position of the cutting guide.
  • the optical capture means can be a camera or a camera.
  • the assistance system 100 only comprises a single monocular capture means, preferably in the visible field.
  • visible field capture means it is meant that the optical capture means records images visible to the human eye comprising the so-called “black and white” cameras and the so-called “color” cameras.
  • the assistance system 100 also includes an information transmission means 400. Said information transmission means 400 can be a means of transmitting visual or auditory information.
  • the information transmission means 400 can be any means making it possible to communicate to an operator position and / or orientation information of the cutting plane from the image taken by the optical capture means 200.
  • the information transmission means 400 may be a display means and may include a screen, an image projection means, a speaker, an audio earphone.
  • the information transmission means 400 comprises a pair of glasses or a monocle intended to be worn by the operator.
  • Said pair of glasses or the monocle may comprise the optical capture means 200, for example in the form of a single camera integrated in the frame or on a branch, and comprising the information transmission means 400, for example under the form of a means making it possible to project information into the operator's field of vision, at the level of a lens of the pair of glasses.
  • the assistance system 100 also includes a computer 300 connected to a data memory support 301, comprising an algorithm for assisting the fitting of a prosthesis.
  • the computer 300 is connected to the optical capture means for receiving the images taken and is connected to the information transmission means for controlling said information transmission means.
  • the assistance system 100 may also include an interaction means 250 so that the operator can interact with the software.
  • the interaction means 250 can be located on the pair of glasses or on the monocle. This means of interaction can include a microphone, a control button, a tactile surface, a camera for tracking eye movement (called “Eye Tracking” in English).
  • the interaction means 250 can comprise the pointer 6.
  • the pair of glasses or the monocle displays a graphical interface comprising icons or pictograms. The user can manipulate these icons or pictogram and thus interact with the software thanks to a pointing device.
  • the pointing device may include, the pointer 6, a mouse, etc.
  • the user can also interact with the graphical interface thanks to a system for recognizing hand gestures or accelerometers.
  • the assistance system is started by voice command or a movement of the body, for example a movement of the head.
  • the pair of glasses or the monocle displays a graphic interface including icons or pictograms. The user can manipulate these icons or pictogram and thus interact with the assistance system software using a pointing device such as the pointer described above or using a hand gesture recognition system.
  • the graphical interface can include virtual interaction buttons.
  • the graphical interface comprises a rosette on which the virtual interaction buttons are represented around the center of said rosette.
  • the user can manipulate the rosette buttons and thus interact with the software using a pointing device such as the pointer described above or using a hand gesture recognition system.
  • the invention also relates to a method of assisting with the fitting of a knee prosthesis using the use of a cutting device 1 and / or of an assisting system 100 as described above.
  • the method aims to assist an operator, for example by providing him with information on the position and / or the orientation of the cutting plane of the device relative to a mark formed.
  • the assistance method of the invention relates to a phase upstream of the surgical treatment as such. It only concerns the correct positioning of the tools for assisting future surgery. Thus, this process is exclusively linked only to the correct use of the device, without preventing the surgeon from practicing the surgical treatment in a different way without using said device.
  • the method comprises a first phase of positioning a positioning frame 3 of a cutting device 1 as described above.
  • This step includes the attachment of the bracket 4 to a bone to be cut via the at least one attachment as well as the attachment of the cutting guide 2 to the articulated assembly 5.
  • the method then comprises the use of an optical capture means 200 such as a monocular camera in the visible so that said camera can detect the first marker of the stem and the second marker of the cutting guide.
  • An information transmission means 400 is also positioned so as to be able to transmit information to the user.
  • the cutting device 1 is placed against the tibia or the femur.
  • the cutting device can be placed on one of the aforementioned bones on the articular surface of the knee.
  • the cutting device is placed against the tibia or the femur so that the cutting plane allows a cut to be made between 2mm and 20mm thick, preferably between 6mm and 10mm.
  • the stem is thus fixed to the bone and the cutting guide remains movable relative to the stem and relative to the bone on which said stem is fixed.
  • the method then comprises a second phase of assistance in positioning the cutting guide relative to the stem, and therefore relatively to the bone.
  • the method comprises a step of viewing the first marker 43 and the second marker 23 by the optical capture means.
  • the method can implement an algorithm for recognizing a marker in the image taken by the optical capture means.
  • the algorithm makes it possible to define, thanks to the particular shape of the marker and / or the unique pattern affixed to the marker, the position and the orientation in a three-dimensional space of said marker.
  • the method then includes a step of forming a reference.
  • the coordinate system formed is a coordinate system comprising two or three orthogonal axes of references.
  • the coordinate system formed comprises a first reference axis, a second reference axis orthogonal to the first reference axis and optionally a third reference axis orthogonal to the first reference axis and to the second reference axis.
  • the first reference axis N shown in Figure 12, is the mechanical axis of the bone to be cut.
  • mechanical axis is meant the support axis of the mechanical forces of the bone concerned.
  • the mechanical axis differs from the anatomical or longitudinal axis of the bone extending along the diaphysis of the bone concerned.
  • the first reference axis N is formed by the identification of a first point and a second point.
  • the position of the first point is generated relative to the first marker of the cutting device.
  • the stem of the cutting device occupies a reference position, which is visualized by means of its first marker.
  • the algorithm can therefore generate the first point representative of the attachment of the bracket to the bone and whose position is fixed relative to the marker of the bracket.
  • the first point is fixed relative to the gallows.
  • the stem is therefore designed so that the first point, when the stem is fixed to the bone, passes through the mechanical axis of the bone to be cut.
  • the position of the second point can be determined using a point reading tool.
  • the first point K is determined by the position and the orientation of the first marker.
  • the mechanical axis of the tibia 10 passes through a point located equidistant from the outside point of the left malleolus and the right malleolus of the leg concerned.
  • external point we designate here the point of the malleolus surface furthest from the anatomical axis of the tibia.
  • the second point M is generated by raising the external point of each malleolus of the patient, preferably using the pointer 6 described above. From these two points, the algorithm generates the second point M as the point located equidistant from the outside point of each malleolus of the patient.
  • the clamp 7 as described above is used to determine the second point M.
  • the two tabs 72 of the clamp 7 are each placed on the outside point of each malleolus.
  • the second point M then corresponds to the point O equidistant from the two legs 72 of the clamp 7.
  • Such a clamp thus makes it possible to identify in a reliable, easy and automatic manner a central anatomical point (or interior) from two lateral supports respectively on two easily identifiable anatomical areas, and in a single survey.
  • the clamp is designed for two supports respectively on each ankle ankle. Of course, such a clamp could alternatively be used for the location of many other anatomical points.
  • the invention provides a solution to the technical problem of reading an anatomical point inside the body, in a user-friendly and reliable manner.
  • the solution is based on a clamp, characterized by two articulated arms 71 each comprising a tab 72 allowing positioning on an anatomical area of the human body.
  • the clamp is equipped with a fixed marker 73 making it possible to automatically determine its positioning and to deduce therefrom an anatomical interior point, deductible from the two legs 72 of the clamp.
  • the invention relates to a clamp comprising a base, a first arm and a second arm each comprising a lug, the first arm and the second arm being connected together by a movable articulated connection such that the movement of an arm causes the displacement of the movable articulated link along a groove of the base so that the middle of the segment connecting the two legs is stationary relative to the base.
  • the mechanical axis passes through the femoral head of the femur.
  • the femoral head forms the center of rotation of the femur to deduce the position of the second point.
  • the user places a position marker on a fixed support relative to the patient's pelvis.
  • the position marker is placed on the patient's pelvis but can also be placed on a table on which the patient is lying or on another fixed support in the field of vision of the camera.
  • the camera takes different images of the fixed position marker and the first position marker. In each image, the patient's knee is moved to another position.
  • the algorithm On each image, the algorithm generates and records a first point on the mechanical axis of the femur by determining the position of the first position marker 43 relative to the fixed position marker.
  • the algorithm calculates a sphere comprising all the points of the mechanical axis.
  • the sphere can be a sphere which is as close as possible to all the points via a statistical method.
  • the algorithm finally determines the center of this sphere as the second reference point.
  • the position of the second reference point as a function of the first position marker is thus recorded in a memory.
  • the algorithm then generates the first reference axis relative to the first position marker passing through the first point and the second point.
  • the second reference axis is generated by the projection of a known axis of the bracket 4 on the plane perpendicular to the first reference axis N.
  • the second reference axis preferably passes through the center of the knee or through the first point K.
  • the first reference axis N and the second reference axis are thus determined as a function of the first reference marker 43.
  • the algorithm is thus able, from the image taken from the first reference marker, to generate an orthonormal reference frame defined by the first and second reference axes.
  • the intersection of the cutting plane with the first reference axis makes it possible to evaluate the height of the cutting plane relative to the mechanical axis of the bone to be cut.
  • the projected cutting plane on the first axis makes it possible to determine the cutting thickness. For this, the algorithm determines the distance between the intersection of the section plane with the first reference axis and a thickness reference point.
  • the thickness reference point is the point located on the articular surface of the knee, preferably at an extremum of the surface of the bone at the joint.
  • said point is located on the extremum of one of the protruding condyles, that is to say on the most distal point of the protruding curvature of a condyle.
  • said point is the point of the bottom of the cup of the tibial plateau or the most distal point of the convex lateral condyle.
  • the thickness reference point is generated by the point reading tool.
  • the user points with the pointer to the extremum of the condyle while the camera captures an image of the pointer position marker and the first position marker. The position of the thickness reference point relative to the first marker is thus recorded.
  • the cutting guide comprises a physical probe 24.
  • the physical probe 24 is designed so that its end 26 can rest on the extremum of the condyle.
  • the probe can comprise two ends 26, 27. The probe is designed so that the first end can rest on an extremum of a concave portion and so that the second end can rest on an extremum of a convex portion.
  • the cutting guide is preferably designed so that the intersection of the cutting plane with the first reference axis is at a predetermined distance from said distal end of the probe and therefore from the thickness reference point, preferably about 9mm.
  • the cutting guide may include means for varying this distance between 6mm and 10mm.
  • the coordinate system is thus formed from the first position marker.
  • the method makes it possible to determine the position and the orientation of the cutting plane relative to said mark formed or reference mark.
  • the position and orientation of the cutting guide are controlled by the control means 51, 52, 53 of the positioning frame 3.
  • the method comprises a step of taking an image comprising the first position marker and the second position of the cutting guide.
  • this step makes it possible to locate the section plane in the reference frame formed.
  • the algorithm identifies the first marker and deduces the reference mark from it. By identifying the second marker of the cutting guide on the same image, the position and orientation of the cutting guide or the cutting plane in the reference frame are determined.
  • the method is therefore advantageously compatible with a mobile camera or a mobile optical capture means, since the first marker serves as a reference mark for the position and the orientation of the cutting plane.
  • the method generates at least one parameter of position and / or orientation of the plane of the cutting guide relative to said reference mark.
  • the parameter can represent an angle of the section plane with respect to the first reference axis and / or with respect to the second reference axis of the reference frame.
  • the step of generating at least one parameter is preferably carried out by computer.
  • a first parameter generated can for example be the angle or a value depending on the angle between the section plane and the second reference axis, representing the angle of varus / valgus.
  • a second parameter generated can for example be the angle or a function of the angle between the cutting plane and the first reference axis, representing the posterior / anterior slope of the articular surface of the knee for the tibia or the flexion parameter / femoral extension.
  • a third parameter generated can be the cutting thickness.
  • the cutting thickness is determined by the coordinate of the projected cutting plane on the first reference axis or the distance between this coordinate and the thickness reference point described above.
  • the camera records the first position marker and the second position marker. From the image taken and the reference frame, the algorithm calculates in real time the position and orientation parameters of the cutting plane.
  • this display is preferably superimposed on the real image of the knee.
  • This display can be generated with mixed reality glasses.
  • the method comprises a step of transmitting to the operator the above-mentioned parameter (s).
  • the transmission is done by the information transmission means 400 of the assistance system 100 according to the invention.
  • the optical capture means can be mobile. Indeed, the first marker 43 serving as a reference, the camera can move without unduly disrupting the process.
  • the method is compatible with the use of a camera placed in a portable object, such as a mobile phone or on glasses.
  • the invention also relates to a method for monitoring a cutting plane according to the second phase of the method described above.
  • the operator fixes the cutting guide to the bone with the fixing of the cutting guide. He can then separate the positioning frame 3 from the cutting guide 2 and remove the positioning frame 3 from the bone. Thus, only the cutting guide 2 remains fixed to the bone.
  • this step previously comprises a sub-step for transposing the reference frame.
  • said reference mark which has been formed with respect to the first position marker, is then transposed with respect to the second position marker linked to the cutting guide which remains alone positioned.
  • the assistance system makes it possible to keep the reference mark, despite the removal of the bracket and the first marker.
  • the operator can then perform the actual surgical treatment, and make the section of the bone according to the cutting plane thanks to the cutting guide, positioned beforehand.
  • the method comprises a step of controlling the cut surface made.
  • the control step includes the provision of a point reading tool comprising a marker fixed to a flat surface as described above.
  • the surface of the tool is arranged on the cutting surface produced.
  • the position and the orientation of the tool marker relative to the second position marker makes it possible to compare the cutting surface with the mark formed.
  • the algorithm can then calculate the parameters as above. The operator can thus advantageously validate that the cutting surface is indeed similar to the cutting plane, as expected.
  • the assistance system comprises hardware and / or software elements implementing or governing a method of assistance with the fitting of a knee prosthesis.
  • the system comprises the hardware and / or software elements making it possible to implement the steps of the method of assistance with the fitting of a knee prosthesis. These different elements can include software modules.
  • the hardware and / or software elements may include all or part of the following elements:
  • optical capture means 200 such as a camera; at least one cutting device 1 according to the invention; an interaction device 250;
  • At least one point reading tool such as a pointer 6 or pliers 7.
  • the data recording medium 301 includes the instructions 1000 for performing the following steps, represented by FIG. 11:
  • the transmission 1600 by means of transmission of the information of at least one determined parameter.
  • the step of forming a reference 1200 includes the following sub-steps:
  • the sub-step of determining a second point comprises the following phases:
  • the sub-step of determining a second point comprises the following phases:

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de coupe (1) pour la pose d'une prothèse de genou comprenant une potence (4) et un guide de coupe (2) monté mobile sur ladite potence (4), dans lequel la potence (4) comprend un premier marqueur (43) pour son repérage et un élément de fixation (42) pour sa fixation sur un os et dans lequel le guide de coupe (2) comprend un deuxième marqueur (23) pour son repérage et une fente (21) définissant un plan de coupe adaptée pour le guidage d'un outil de coupe. L'invention concerne également un dispositif d'assistance et un système comprenant ledit dispositif de coupe. L'invention concerne enfin un procédé d'assistance ainsi qu'un produit programme d'ordinateur et un support d'enregistrement de données pour l'exécution du procédé.

Description

DESCRIPTION
DISPOSITIF DE COUPE POUR LA POSE D’UNE PROTHÈSE DE
GENOU
L’invention concerne un dispositif de coupe pour la pose d’une prothèse de genou. L’invention concerne également un dispositif d’assistance à la coupe comprenant un tel dispositif de coupe. L’invention concerne aussi un procédé d’assistance à la pose d’une prothèse de genou et utilisant ledit dispositif. L’invention concerne enfin un système d’assistance mettant en oeuvre ledit procédé, un produit programme d’ordinateur pour mettre en oeuvre ledit procédé, et un support d’enregistrement comprenant les étapes dudit procédé.
Pour la pose d’une prothèse de genou sur un sujet, il est nécessaire d’effectuer d’abord une coupe du tibia et du fémur sur leur extrémité proche du genou.
La coupe osseuse est délicate, l’opérateur doit veiller à enlever le moins d’os possible mais doit suffisamment en enlever pour avoir une surface plane et un espace suffisamment important pour poser les composants de la prothèse. De plus, l’angle de la coupe est déterminant. Le manque de précision de l’opération induit un risque important de douleurs ressenties par le sujet, d’instabilité, d’usure prématurée ou de luxation. Pour cela, il existe des dispositifs très complexes mettant en oeuvre de nombreux outils d’assistance : ces systèmes présentent l’inconvénient d’un coût élevé et de ne pas pouvoir être largement répandus.
Le but de l’invention est de fournir un dispositif et un procédé pour assister l’opérateur dans la détermination du plan de coupe du tibia ou du fémur pour la pose d’une prothèse de genou. Particulièrement, le but de l’invention est de simplifier la détermination du plan de coupe en optimisant la précision. Selon un premier aspect, l’invention concerne un dispositif de coupe pour la pose d’une prothèse de genou comprenant une potence et un guide de coupe monté mobile sur ladite potence, dans lequel la potence comprend un premier marqueur pour son repérage et un élément de fixation pour sa fixation sur un os et dans lequel le guide de coupe comprend un deuxième marqueur pour son repérage et une fente définissant un plan de coupe adaptée pour le guidage d’un outil de coupe. Dans un mode de réalisation, le guide de coupe est monté mobile sur la potence selon au moins un degré de liberté en translation.
Dans un mode de réalisation, le guide de coupe est monté mobile sur la potence selon au moins deux degrés de libertés en rotation.
Dans un mode de réalisation, le guide de coupe est monté mobile sur la potence via un assemblage articulé autorisant la mobilité du guide de coupe par rapport à la potence. Dans un mode de réalisation, le premier marqueur et le deuxième marqueur comprennent une surface plane rectangulaire comprenant au moins un motif.
Dans un mode de réalisation, le guide de coupe comprend un élément de fixation pour sa fixation sur un os.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un dispositif d’assistance à la coupe pour la pose d’une prothèse de genou comprenant au moins un dispositif de coupe selon le premier aspect de l’invention et au moins un outil de relevé de point comprenant un point de positionnement et un troisième marqueur pour son repérage. Dans un mode de réalisation, le dispositif d’assistance comprend un premier dispositif de coupe selon le premier aspect de l’invention conçu pour la coupe d’un tibia et un deuxième dispositif de coupe selon le premier aspect de l’invention conçu pour la coupe d’un fémur.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un procédé d’assistance à la pose d’une prothèse de genou.
Le procédé comprend :
- une première phase de positionnement d’un dispositif de coupe selon le premier aspect de l’invention, comprenant un guide de coupe mobile selon trois degrés de libertés par rapport à la potence du dispositif,
- une deuxième phase d’assistance au positionnement du guide de coupe relativement à la potence, comprenant
■ une étape de visualisation par une unique caméra du premier marqueur de la potence et la formation d’un repère de référence défini par rapport au premier marqueur,
■ une étape de visualisation du premier marqueur et du deuxième marqueur, et
■ une étape de transmission et d’indication à un opérateur du positionnement relatif tridimensionnel du guide de coupe et/ou de son plan de coupe relativement au repère de référence.
Dans un mode de réalisation, le repère de référence comprend deux axes de référence.
Dans un mode de réalisation, la formation dudit repère de référence comprend les étapes suivantes :
- la génération d’un point de référence ; - la formation d’un premier axe de référence passant par le point de référence et un point prédéterminé par rapport au premier marqueur
- la formation d’un deuxième axe de référence déterminé par la projection d’un axe connu de la potence sur le plan perpendiculaire au premier axe de référence.
Dans un mode de réalisation, le procédé est adapté à la coupe osseuse d’un tibia et le point de référence est positionné dans l’axe mécanique du tibia. Dans un mode de réalisation, la génération du point de référence est réalisée par une étape de visualisation d’un troisième marqueur d’un outil de relevé de point par rapport au premier marqueur pour le repérage dudit point de référence.
Dans un mode de réalisation, le procédé est adapté à la coupe osseuse d’un fémur et le point de référence est positionné dans l’axe mécanique du fémur. Dans un mode de réalisation, la génération du point de référence comprend une sous-étape de mouvement de la jambe du patient pour la détermination du centre de rotation de ladite jambe et une sous-étape de visualisation de plusieurs images du premier marqueur pendant le mouvement de la jambe et d’un troisième marqueur fixe par rapport au bassin du patient.
Selon un quatrième aspect, l’invention concerne un système d’assistance à la pose d’une prothèse. Le système comprend un dispositif de coupe selon le premier aspect de l’invention une caméra monoculaire mobile, notamment montée sur une paire de lunettes ou sur un objet portable comme un téléphone, un moyen d’affichage et des moyens de mise en oeuvre du procédé d’assistance selon le troisième aspect de l’invention. Dans un mode de réalisation, l’étape de visualisation est réalisée par ladite caméra et l’étape de transmission est réalisée par ledit moyen d’affichage. Selon un cinquième aspect, l’invention concerne un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme enregistrées sur un support lisible par ordinateur pour mettre en oeuvre les étapes du procédé selon le troisième aspect de l’invention lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur ou un produit programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support de données lisible par un calculateur et/ou exécutable par un calculateur, comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé selon le troisième aspect de l’invention.
Selon un sixième aspect, l’invention concerne un support d’enregistrement de données, lisible par un calculateur, sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme de mise en œuvre du procédé selon le troisième aspect de l’invention ou un support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé selon le troisième aspect de l’invention.
Les dessins annexés représentent, à titre d’exemple, un mode de réalisation d’un dispositif de coupe selon l’invention et d’un mode de réalisation d’un système selon l’invention.
La figure 1 représente une vue en perspective du dispositif de coupe selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 2 représente une vue de face du dispositif de coupe selon un mode de réalisation de l’invention. La figure 3 représente une vue de face du dispositif de coupe dans lequel le guide de coupe a été déplacé par un premier moyen de pilotage de l’assemblage articulé.
La figure 4 représente une vue latérale du dispositif de coupe selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 5 représente une vue latérale du dispositif selon un mode de réalisation de l’invention dans lequel le guide de coupe a été déplacé par un deuxième moyen de pilotage de l’assemblage articulé.
La figure 6 représente une vue en perspective d’un pointeur pour la mise en oeuvre du procédé selon un mode d’exécution de l’invention.
La figure 7 représente une vue en perspective d’une pince pour la mise en oeuvre du procédé selon un mode d’exécution de l’invention.
La figure 8 représente une vue en transparence de la pince de la figure 7.
La figure 9 représente une vue en perspective du guide de coupe selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 10 représente un schéma d’un système d’assistance selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 1 1 représente un schéma des étapes exécutées par le calculateur du système d’assistance selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 12 représente une vue de profil d’un tibia sur lequel est fixé un dispositif de coupe selon un mode de réalisation de l’invention. Un exemple d’un dispositif de coupe 1 pour la pose d’une prothèse de genou selon un mode de réalisation de l’invention est décrit ci-après en référence à la figure 1 .
Le dispositif de coupe 1 comprend un châssis de positionnement 3 et un guide de coupe 2. Le châssis de positionnement 3 permet de fixer le dispositif 1 sur l’os à couper et le guide de coupe 2 mobile comprend une fente 21 et permet de guider un appareil de coupe à travers sa fente 21 pour effectuer la coupe de l’os.
Le châssis de positionnement 3 comprend une potence 4 et un assemblage articulé 5. La potence 4 est conçue pour être montée sur l’os à couper. Le guide de coupe 2 est monté mobile sur ladite potence 4. L’assemblage articulé 5 est conçu pour être mobile par rapport à la potence 4 et pour supporter le guide de coupe 2.
La potence 4 comprend une fixation 41 permettant d’assurer une fixation stable sans degré de liberté entre la potence 4 et l’os à couper.
Comme illustré sur la figure 1 , le moyen de fixation 41 peut comprendre au moins un premier alésage 42 conçu pour recevoir une première broche filetée ou un clou. La potence 4 est placée contre l’os à couper au niveau d’un point de fixation et la première broche fileté ou le clou est inséré dans l’os à travers le premier alésage 42 de la potence 4.
La potence 4 permet avantageusement de fixer le châssis de positionnement 3 à proximité du plan de coupe du guide de coupe 2 décrit ci-après.
Dans un mode de réalisation, la potence 4 comprend au moins un deuxième alésage 44 conçu pour recevoir une deuxième broche filetée ou un deuxième clou pour la fixation de la potence 4 à l’os. L’axe longitudinal du au moins un deuxième alésage 44 est oblique par rapport à l’axe longitudinal du premier alésage 42. Autrement dit, le deuxième alésage 44 est conçu pour que la broche filetée ou le clou qu’il reçoit soit dans une direction inclinée par rapport à la direction de la première vis. Ce au moins un deuxième alésage 44 dans une direction inclinée permet avantageusement de bloquer la dissociation et/ou le jeu de la potence 4 une fois montée sur l’os à couper. Le deuxième alésage 44 peut comprendre un diamètre inférieur au diamètre du premier alésage 42.
La potence 4 est mécaniquement liée à l’assemblage articulé 5 du châssis de positionnement 3. La liaison mécanique entre la potence 4 et l’assemblage articulé 5 comprend au moins un degré de liberté. Préférentiellement, la liaison mécanique entre la potence 4 et l’assemblage articulé 5 comprend au moins un degré de liberté en rotation, de préférence deux degrés de liberté en rotation et un degré de liberté en translation.
Préférentiellement, la potence 4 comprend un mât 45. Le mât 45 comprend une portion s’étendant longitudinalement et conçue pour recevoir l’assemblage articulé 5. Le mât 45 peut comprendre une rainure formant une liaison glissière avec l’assemblage articulé 5. Préférentiellement, le mât 45 est conçu pour recevoir un chariot 531 de l’assemblage articulé 5 de manière à ce que le chariot 531 puisse coulisser le long de l’axe longitudinal du mât 45.
La mobilité du guide de coupe 2 par rapport à la potence 4 permet avantageusement de piloter le déplacement du guide de coupe 2 par rapport à l’os concerné pour positionner de manière optimale le guide de coupe 2 pour la coupe de l’os.
Dans un mode de réalisation, le châssis de positionnement 3 comprend au moins un moyen de pilotage de l’assemblage articulé avec la potence. Ledit moyen de pilotage autorise le déplacement de l’assemblage articulé 5 par rapport à la potence 4 selon au moins un degré de liberté.
Plus généralement, l’assemblage articulé 5 et la potence 4 comprennent au moins deux ou une pluralité de moyens de pilotage permettant chacun de piloter la mobilité de l’assemblage articulé 5 ou du guide de coupe 2 par rapport à la potence 4 selon un degré de liberté.
Ledit au moins un moyen de pilotage autorise le déplacement de l’assemblage articulé 5 par rapport à la potence 4 selon au moins un degré de liberté en rotation ou en translation.
Comme illustré sur les figures 1 à 5, l’assemblage articulé 5 comprend un premier moyen de pilotage 51 autorisant la rotation de l’assemblage articulé selon un premier axe B, un deuxième moyen de pilotage 52 autorisant la rotation de l’assemblage articulé selon un deuxième axe C et un troisième moyen de pilotage 53 autorisant la mobilité de l’assemblage articulé 5 par rapport à la potence par une translation selon un troisième axe A.
Lesdits moyens de pilotage peuvent comprendre un mécanisme de serrage et/ou une crémaillère.
Comme illustré plus particulièrement sur la figure 2 et la figure 3, le premier moyen de pilotage 51 comprend une molette de pilotage 510 reliée à une vis 514. Un élément mobile 513 est disposé sur le filetage de ladite vis 514. Lors de la rotation de la vis 514, l’élément mobile 513 est donc déplacé d’un côté ou de l’autre de la vis 514 en fonction du sens de rotation de la vis 514. Le déplacement de l’élément mobile 513 entraîne une rotation illustrée sur la figure 3 de l’assemblage articulé 5 selon l’axe B. Préférentiellement, le déplacement de l’élément mobile 513 le long de la vis 514 est converti en un déplacement rotatif d’un élément d’entrainement 512 du guide de coupe 2 par une liaison glissière 51 1 entre l’élément mobile 513 et l’élément d’entrainement 512. Ledit élément d’entrainement 512 étant relié mécaniquement au guide de coupe 2 via une liaison pivot 51 6, il entraine sa rotation selon un premier axe B (représenté figure 4) passant par la liaison pivot 51 6.
Préférentiellement, le premier moyen de pilotage 51 comprend une molette d’entrainement 510 de la vis 514, très préférentiellement deux molettes d’entrainement 510 de la vis 514, une de chaque côté de la vis.
Comme illustré plus particulièrement sur les figures 4 et 5, le deuxième moyen de pilotage 52 comprend une molette de pilotage 520 entraînant une vis 521 solidaire de ladite molette de pilotage 520. L’extrémité distale 522 de la vis 521 est en contact avec le charriot 531 . Ladite extrémité 522 est préférentiellement de forme sphérique. Ladite forme sphérique a pour but de garantir une liaison ponctuelle entre l’extrémité de la vis 522 et le charriot 45.
Le deuxième moyen de pilotage 52 comprend un pivot de pente 524. Le pivot de pente 524 comprend un filetage 525. La vis 521 est vissée dans le filetage 525. Plus particulièrement, le filetage 525 peut comprendre un trou débouchant fileté. Ainsi, la rotation de la vis 521 provoque un déplacement longitudinal du filetage 525 le long de la vis 521 . Le pivot de pente 524 comprend en outre une liaison avec le guide de coupe 2 de manière à ce que la rotation du pivot de pente 524 entraine la rotation du guide de coupe 2. Le pivot de pente 524 comprend également une liaison pivot 523 avec la potence 4 ou avec le chariot 531 . Ladite liaison pivot 523 est préférablement disposée entre le filetage 525 et la liaison avec le guide de coupe. Le déplacement longitudinal du filetage 525 le long de la vis 521 entraine ainsi un mouvement en rotation autour du pivot 523 du pivot de pente 524, et donc un mouvement en rotation du guide de coupe 2 selon un deuxième axe C illustré figure 2. Ledit deuxième axe passant par le pivot 523.
Le premier moyen de pilotage 51 et le deuxième moyen de pilotage 52 sont préférentiellement agencés pour que le premier axe B et le deuxième axe C soient perpendiculaires et/ou sécants en un point du pivot 523.
Le troisième moyen de pilotage 53 comprend une liaison glissière entre le mât 45 de la potence 4 et le charriot 531 de l’assemblage articulé 5. Ladite liaison glissière peut comprendre un moyen de butée de ladite translation. Par exemple, une vis de butée 532 agencée à l’extrémité du mât 45.
La vis de butée 532 se visse sur l’extrémité du mât 45 de manière à être déplacée selon l’axe de translation A. La vis de butée 532 permet alors de bloquer la translation du charriot 531 dans une direction à la hauteur ou à la position voulue. Dans un mode de réalisation non représenté, le troisième moyen de pilotage 53 peut comprendre un deuxième moyen de butée pour bloquer la translation du charriot 531 dans un sens opposé à la vis de butée 532,
Ladite liaison glissière autorise préférentiellement le déplacement en translation du guide de coupe 2 selon un axe parallèle à l’axe longitudinal du premier alésage 42.
Dans un mode de réalisation non représenté, le châssis de positionnement 3 peut comprendre également des éléments de liaison formant une crémaillère. La crémaillère comprend une liaison glissière entre l’assemblage articulé et la potence. La liaison glissière comprend une première branche filetée et une seconde branche en liaison glissière avec la première branche. La crémaillère comprend, entre la première et la seconde branche, un engrenage dont le mouvement rotatif autour de la première branche filetée est transformé en un mouvement linéaire le long de ladite première branche, ledit mouvement linéaire de l’engrenage entraînant la deuxième branche. La crémaillère peut également être conçue pour qu’un tour complet de l’engrenage corresponde à un déplacement linéaire d’une distance prédéfinie.
Ainsi, la mobilité du guide de coupe 2 par rapport à la potence 4 est contrôlée pour permettre à l’opérateur de positionner de manière précise et stable le guide de coupe 2 à la position et/ou l’orientation souhaitée.
Préférentiellement, l’assemblage articulé 5 et la potence 4 sont amovibles. L’assemblage articulé 5 peut en effet être démonté de la potence 4 une fois le guide de coupe 2 fixé à l’os.
Comme illustré sur la figure 9, le guide de coupe 2 comprend une fente 21 . La fente 21 est conçue pour être au contact de l’os à couper. Elle forme un passage traversant conçu pour laisser passer un outil tranchant à travers le guide de coupe 2 pour effectuer la coupe osseuse. La fente 21 définit donc un plan de coupe adapté pour le guidage d’un outil de coupe à travers ladite fente 21 . Dans la suite de la description, on appellera « plan de coupe » le plan passant par ladite fente.
L’assemblage articulé 5 comprend au moins un élément de liaison 54 avec le guide de coupe 2 et le guide de coupe 2 comprend au moins un élément de liaison 25 complémentaire de l’au moins un élément de liaison 54 de l’assemblage articulé 5, par exemple, des moyens mâles/femelles. Cette liaison fixe permet au guide de coupe d’être entraîné par l’assemblage articulé 5.
Préférentiellement, cette liaison est amovible de manière à retirer l’assemblage articulé 5 du guide de coupe 2 lorsque le guide de coupe 2 est fixé à l’os concerné. L’assemblage articulé 5 peut comprendre une clé de serrage 515. Ladite clé de serrage 515 est solidaire d’une vis (non- représentée) traversant le mât 45 de la potence 4 jusqu’à la fixation 54 ou jusqu’au guide de coupe 2. Cette clé de serrage 515 a pour but de solidariser le guide de coupe 2 à sa fixation 54.
Ainsi, l’opérateur peut retirer le châssis de positionnement 3 (la potence 4 et l’assemblage articulé 5) de l’os avant de procéder à la coupe osseuse en dévissant la clé de serrage 515. Ainsi, la ou les broches ou clous utilisés pour la fixation du châssis de positionnement 3 à l’os sont retirés et ne gêneront pas la coupe.
Dans un mode de réalisation, le guide de coupe 2 comprend également au moins un élément de fixation 22. L’élément de fixation 22 du guide de coupe permet au guide de coupe 2 d’être fixé à l’os à couper. De cette manière, une fois que l’opérateur dispose le guide de coupe 2 à la position voulue via l’assemblage articulé, il peut fixer le guide de coupe 2 à l’os avant de réaliser la coupe de l’os.
Dans un mode de réalisation, le guide de coupe 2 peut être démonté du dispositif.
L’élément de fixation 22 du guide de coupe 2 peut comprendre une surface conçue pour être placée sur la surface de l’os et un premier alésage conçu pour recevoir une première vis de la même manière que l’élément de fixation de la potence. De préférence, l’élément de fixation du guide de coupe est disposé de manière à ce que la vis ne gêne pas la coupe osseuse.
Préférentiellement, le guide de coupe comprend au moins deux éléments de fixation dont chacun comprend un alésage pour le passage d’une vis destinée pénétrer dans l’os à couper. Chaque alésage peut s’étendre dans une direction différente afin de bloquer le retour du guide de coupe. Dans un mode de réalisation, le guide de coupe 2 est adapté à la morphologie de l’os à couper. Dans le cas d’un guide de coupe adapté à la coupe d’un tibia, le guide de coupe peut être asymétrique.
Le guide de coupe peut comprendre, en outre, au moins un moyen de fixation d’un palpeur physique 24.
En outre, la potence 4 comprend au moins un premier marqueur de position 43 pour son repérage et le guide de coupe 2 comprend un deuxième marqueur de position 23 pour son repérage.
Le premier marqueur 43 et le deuxième marqueur 23 sont conçus et disposés pour être repérés par un capteur optique tel une caméra.
L’image obtenue par la caméra d’un marqueur de position permet de détecter sa position et son orientation par un algorithme. Chaque marqueur comprend une dimension, une forme et un motif prédéfini. L’algorithme connaît la forme, la taille et optionnellement le motif du marqueur. Pour cela, l’algorithme a accès à une mémoire électronique sur laquelle sont stockées les données numériques représentatives de la géométrie des éléments qu’il analyse. Notamment en les comparants à la forme, la taille et le motif du marqueur sur l’image, l’algorithme est capable d’en déduire son positionnement et son orientation. Par exemple, si un marqueur comprend un motif surfacique carré et que ce même motif apparaît trapézoïdal sur l’image, les angles du trapèze permettent à l’algorithme d’en déduire l’orientation de ladite surface. De plus, le nombre de pixels entre deux côtés opposés d’un carré permet d’en déduire la distance entre le marqueur et la caméra. Chaque marqueur peut comprendre un motif différent, ainsi, l’algorithme, par reconnaissance du motif, peut associer au marqueur de position un outil, par exemple, le guide de coupe pour le deuxième marqueur de position. Les marqueurs de position étant fixés aux outils sans degré de liberté, l’image obtenue du premier marqueur et du deuxième marqueur permet donc de déterminer la position et l’orientation du premier et du deuxième marqueur, et donc respectivement de la potence et du guide de coupe.
En fait, l’utilisation de ce type de marqueur permet d’améliorer sa position et son orientation tridimensionnelle dans un référentiel d’une ou plusieurs caméras pour chaque acquisition d’image. Ce marqueur peut être de dimension et de géométrie différentes.
Le motif peut être en trois dimensions ou en deux dimensions. Préférentiellement, les marqueurs comprennent une surface plane apte à recevoir, par exemple par collage, une étiquette comprenant le motif. Dans un autre exemple, le motif est réalisé par sérigraphie sur ladite surface plane. Le motif peut être en noir et blanc, mais le motif peut également être en couleur.
Ce motif diffère de ceux généralement utilisés par les systèmes infrarouges de navigation chirurgicale par le fait qu’il est réutilisable. En effet, il est stérilisable par autoclave. Cela permet une économie de consommables.
Le motif peut comporter des formes géométriques simples ou complexes. Cela permet de faciliter l’identification du marqueur. Cela permet aussi d’améliorer l’estimation de la position et de l’orientation du marqueur par le traitement des images d’une ou de plusieurs caméras.
En fait, les marqueurs selon le mode de réalisation de l’invention décrit ici présentent une surface plane rectangulaire comprenant au moins un motif. La forme particulière du premier marqueur et du deuxième marqueur permet donc de déterminer la position et l’orientation respectivement de la potence et du guide de coupe comme indiqué ci-dessus. On constitue ainsi simplement des moyens de positionnement et d’orientation du premier et du deuxième marqueur, et donc de la potence et du guide de coupe. Un avantage de cette forme particulière des marqueurs est aussi que les estimations des positionnements et des orientations de la potence et du guide de coupe peuvent se faire avec un unique capteur optique tel qu’une caméra.
Un autre avantage est que l’image à traiter peut être obtenue par un seul capteur optique monoculaire, préférentiellement dans le champ visible, notamment de type caméra. Par « capteur optique dans le champ visible », on entend que le capteur optique enregistre des images visibles par l’œil humain comprenant les caméras dites « noir et blanc » et les caméras dîtes « couleurs ». Cela permet de pouvoir choisir une caméra plus économique qu’un système composé de caméras infrarouges, généralement utilisé par les dispositifs de navigation chirurgicale.
Le capteur optique peut être intégré dans différents dispositifs tels qu’un téléphone, une tablette, des lunettes connectées ou tout autre système intégrant une ou plusieurs caméras. L’ensemble des algorithmes de navigation chirurgicale peut être réalisé sur une plateforme embarquée ou sur un ordinateur déporté.
Mais, le au moins un motif peut être repéré également par le capteur optique monoculaire utilisé pour repérer la forme des marqueurs. En traitant l’image du motif selon un procédé similaire au traitement de l’image de la forme du marqueur, on peut aussi déterminer la position et l’orientation du premier et du deuxième marqueur, et donc respectivement de la potence et du guide de coupe. On constitue ainsi simplement des moyens complémentaires de positionnement et d’orientation du premier et du deuxième marqueur, et donc de la potence et du guide de coupe.
Un avantage de ce ou ces motifs est que les estimations des positionnements et des orientations du premier et du deuxième marqueur, et donc de la potence et du guide de coupe, se font par deux moyens différents, ce qui améliore encore la précision de positionnement et d’orientation du premier et du deuxième marqueur, et donc de la potence et du guide de coupe. Ainsi, avec une seule caméra filmant dans le champ visible, on obtient un meilleur positionnement et orientation du premier et du deuxième marqueur, et donc de la potence et du guide de coupe.
L’invention concerne aussi un dispositif d’assistance à la coupe pour la pose d’une prothèse de genou, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un dispositif de coupe tel que décrit précédemment et au moins un outil de relevé de point, décrit ci-après, comprenant un point de positionnement et un troisième marqueur pour son repérage. Ce dispositif d’assistance à la coupe peut comprendre un premier dispositif de coupe conçu pour la coupe d’un tibia et un deuxième dispositif de coupe conçu pour la coupe d’un fémur. Le dispositif d’assistance comprend également au moins un outil complémentaire permettant de repérer une position particulière, notamment anatomique, que nous appellerons « outil de relevé de point ». Ledit outil de relevé de point comprend également un troisième marqueur pour son repérage, similaire au premier marqueur et/ou au deuxième marqueur. Le troisième marqueur comprend une forme particulière et un motif unique permettant leur identification sur une image par l’algorithme.
Dans un premier mode de réalisation illustré figure 6, l’outil de relevé de point est un pointeur 6.
Le pointeur 6 comprend une tige 61 , un point de contact 62 et le troisième marqueur de position 63. L’algorithme utilise les données représentatives de la géométrie du pointeur 6 de manière à connaître la position du point de contact 62 par rapport au troisième marqueur de position 63. Ces données peuvent être stockées dans une mémoire électronique du système d’assistance, qui sera décrit plus loin. Pour la génération d’un point dans un repère donné, il suffit donc de pointer avec le point de contact 62 le point à enregistrer, puis de prendre une image du troisième marqueur 63 et d’un autre marqueur associé audit repère formé. Dans un deuxième mode de réalisation illustré sur les figures 7 et 8, l’outil de relevé de point est une pince 7. La pince 7 comprend un socle 70 et deux bras 71 mobiles par rapport au socle 70. Chaque bras 71 de la pince 7 peut comprendre à son extrémité une patte 72 pour son positionnement. Ladite patte 72 peut comprendre un degré de liberté pivot avec le bras 71 de la pince. Dans le mode de réalisation, la patte 72 est préférentiellement conçue pour recevoir une malléole d’une cheville.
Le socle 70 de la pince 7 comprend un troisième marqueur 73 de positionnement. Ledit marqueur 73 est solidaire du socle 70. Les deux bras 71 sont reliés l’un à l’autre par une liaison pivot 74. Ladite liaison pivot comprend un pignon central 75 conçu pour coulisser à l’intérieur d’une rainure centrale 76.
Chaque bras 71 comprend en outre une rainure latérale conçue pour coopérer avec un pignon latéral 78 du socle 70. Lors du déplacement du bras 71 par rapport au socle 70 le pignon latéral 78 coulisse le long de la rainure latérale 77.
La rainure latérale 77 et la rainure centrale 76 sont conçue de manière à ce que le projeté de la patte 72 selon un axe x parallèle à l’axe longitudinal de la rainure centrale 76 soit constant lors des différents mouvements des bras 71 de la pince 7.
De plus, la liaison pivot centrale 74 impose au premier bras un mouvement similaire du deuxième bras. Ainsi, le point situé au milieu du segment entre les deux pattes 72 est toujours situé à la même position par rapport au socle et par rapport au marqueur de position de la pince. Lorsqu’un bras 71 est déplacé pour raccourcir la distance entre les deux pattes 72, le mouvement de rotation des bras 71 autour de la liaison pivot 74 provoque le déplacement des pignons latéraux 78 le long des rainures latérales 77 et le déplacement linéaire du pignon central 75 le long de la rainure centrale 76 linéaire de manière à ce que le point O au milieu du segment entre les deux pattes soit immobile par rapport au socle 70 et donc au troisième marqueur 73. Préférentiellement, la pince 7 comprend un élément de rappel (non- représenté) permettant le maintien du pignon central 75 sur une des deux extrémités de la rainure centrale 76, très préférentiellement sur l’extrémité la plus proche des pattes. Ledit élément peut être un ressort de rappel disposé dans la rainure ou un élastique. Cet élément de rappel permet le rappel des extrémités des pinces l’une vers l’autre.
L’algorithme utilise les données de position d’un point O milieu du segment entre les deux pattes 72 par rapport au troisième marqueur 73 de position. Pour la génération d’un point O dans un repère donné, il suffit donc de positionner les pattes 72 et prendre une image du troisième marqueur 73 et d’un autre marqueur associé audit repère donné.
Dans un troisième mode de réalisation non représenté, l’outil de relevé de point comprend un marqueur fixé à une surface plane.
L’algorithme utilise les données de la structure de l’outil de relevé de manière à connaître la position des points de ladite surface plane par rapport au troisième marqueur de position. L’invention concerne donc un dispositif d’assistance comprenant un dispositif de coupe tel que décrit ci-avant et un outil de relevé de point tel que décrit ci-avant. Pour la génération d’un plan dans un repère donné de l’algorithme, il suffit donc de poser la surface plane de l’outil de relevé sur le plan à enregistrer puis de prendre une image du troisième marqueur et d’un autre marqueur associé audit repère donné.
Un exemple d’un système d’assistance 100 comprenant un dispositif de coupe 1 est décrit ci-après en référence à la figure 10. L’invention concerne un système d’assistance 100 comprenant un dispositif de coupe 1 tel que décrit ci-dessus, un moyen de capture optique 200, notamment une caméra, et un moyen de transmission d’information 400. Le système permet avantageusement, par la prise de vue des marqueurs de position, de déterminer la position du plan de coupe par rapport à la potence ou la position du point à relever O, 62 de l’outil de relevé de point.
Le moyen de transmission d’informations 400 permet de transmettre à un opérateur des informations sur la position et l’orientation du plan de coupe.
Préférentiellement, le moyen de capture optique 200 est un moyen de capture vidéo afin de pouvoir suivre en temps réel la position du guide de coupe. Le moyen de capture optique peut être un appareil photo ou une caméra.
Dans un mode de réalisation, le système d’assistance 100 ne comprend qu’un seul moyen de capture monoculaire, préférentiellement dans le champ visible. Par « moyen de capture dans le champs visible », on entend que le moyen de capture optique enregistre des images visibles par l’œil humain comprenant les caméras dites « noir et blanc » et les caméras dîtes « couleurs ». Le système d’assistance 100 comprend également un moyen de transmission d’information 400. Ledit moyen de transmission d’information 400 peut être un moyen de transmission d’information visuel ou auditif.
Le moyen de transmission d’information 400 peut être tout moyen permettant de communiquer à un opérateur des informations de position et/ou d’orientation du plan de coupe à partir de l’image prise par le moyen de capture optique 200.
Le moyen de transmission d’information 400 peut être un moyen d’affichage et peut comprendre un écran, un moyen de projection d’une image, une enceinte, un écouteur audio.
Préférentiellement, le moyen de transmission d’information 400 comprend une paire de lunettes ou un monocle destiné à être portée par l’opérateur. Ladite paire de lunettes ou le monocle peut comprendre le moyen de capture optique 200, par exemple sous la forme d’une seule caméra intégrée dans la monture ou sur une branche, et comprenant le moyen de transmission d’information 400, par exemple sous la forme d’un moyen permettant de projeter des informations dans le champ de vision de l’opérateur, au niveau d’un verre de la paire de lunette.
Le système d’assistance 100 comprend également un calculateur 300 relié à un support mémoire de données 301 , comprenant un algorithme pour l’assistance de la pose d’une prothèse. Le calculateur 300 est connecté au moyen de capture optique pour recevoir les images prises et est connecté au moyen de transmission d’informations pour commander ledit moyen de transmission d’informations.
Le système d’assistance 100 peut également comprendre un moyen d’interaction 250 pour que l’opérateur puisse interagir avec le logiciel. Le moyen d’interaction 250 peut être localisé sur la paire de lunette ou sur le monocle. Ce moyen d’interaction peut comprendre un microphone, un bouton de commande, une surface tactile, une caméra de suivi du mouvement des yeux (appelée « Eye Tracking » en anglais).
Le moyen d’interaction 250 peut comprendre le pointeur 6. Dans un mode de réalisation, la paire de lunettes ou le monocle affiche une interface graphique comprennent des icônes ou des pictogrammes. L’utilisateur peut manipuler ces icônes ou pictogramme et ainsi interagir avec le logiciel grâce à un dispositif de pointage. Le dispositif de pointage peut comprendre, le pointeur 6, une souris, etc. L’utilisateur peut également interagir avec l’interface graphique grâce à un système de reconnaissance des gestes de la main ou des accéléromètres.
Préférentiellement, le système d’assistance est mis en route par une commande vocale ou un mouvement du corps, par exemple un mouvement de la tête. Une fois le système activé, la paire de lunettes ou le monocle affiche une interface graphique comprenant des icônes ou des pictogrammes. L’utilisateur peut manipuler ces icônes ou pictogramme et ainsi interagir avec le logiciel du système d’assistance grâce à un dispositif de pointage tel que le pointeur décrit ci-avant ou grâce à un système de reconnaissance de gestes de la main.
L’interface graphique peut comprendre des boutons d’interactions virtuels. Préférentiellement l’interface graphique comprend une rosace sur laquelle les boutons d’interactions virtuels sont représentés autour du centre de ladite rosace. L’utilisateur peut manipuler les boutons de la rosace et ainsi interagir avec le logiciel grâce à un dispositif de pointage tel que le pointeur décrit ci-avant ou grâce à un système de reconnaissance de gestes de la main. L’invention concerne également un procédé d’assistance à la pose d’une prothèse de genou mettant en oeuvre l’utilisation d’un dispositif de coupe 1 et/ou d’un système d’assistance 100 tel que décrit ci-avant.
Le procédé vise à assister un opérateur, par exemple en lui fournissant des informations sur la position et/ou l’orientation du plan de coupe du dispositif relativement à un repère formé. En remarque, le procédé d’assistance de l’invention concerne une phase en amont du traitement chirurgical en tant que tel. Elle ne concerne que le bon positionnement des outils d’assistance à la future chirurgie. Ainsi ce procédé n’est lié exclusivement qu’à la bonne utilisation du dispositif, sans empêcher le chirurgien de pratiquer d’une manière différente le traitement chirurgical sans utiliser ledit dispositif.
Le procédé comprend une première phase de positionnement d’un châssis de positionnement 3 d’un dispositif de coupe 1 tel que décrit ci-dessus. Cette étape comprend la fixation de la potence 4 à un os à couper via la au moins une fixation ainsi que la fixation du guide de coupe 2 à l’assemblage articulé 5.
Le procédé comprend ensuite l’utilisation d’un moyen de capture optique 200 tel qu’une caméra monoculaire dans le visible de manière à ce que ladite caméra puisse détecter le premier marqueur de la potence et le deuxième marqueur du guide de coupe. Un moyen de transmission d’information 400 est également positionné de manière à pouvoir transmettre des informations à l’utilisateur.
Le dispositif de coupe 1 est placé contre le tibia ou le fémur. Le dispositif de coupe peut être placé sur un des os précités sur la surface articulaire du genou. Le dispositif de coupe est placé contre le tibia ou le fémur de manière à ce que le plan de coupe permette de réaliser une coupe d’une épaisseur comprise entre 2mm et 20mm, préférentiellement entre 6mm et 10mm.
La potence est ainsi fixée à l’os et le guide de coupe reste mobile par rapport à la potence et par rapport à l’os sur lequel est fixé ladite potence.
Le procédé comprend ensuite une deuxième phase d’assistance au positionnement du guide de coupe relativement à la potence, et donc relativement à l’os.
Pour cela, la méthode comprend une étape de visualisation du premier marqueur 43 et du deuxième marqueur 23 par le moyen de capture optique.
Le procédé peut mettre en oeuvre un algorithme de reconnaissance d’un marqueur dans l’image prise par le moyen de capture optique. L’algorithme permet de définir, grâce à la forme particulière du marqueur et /ou au motif unique apposé sur le marqueur, la position et l’orientation dans un espace en trois dimensions dudit marqueur.
A partir de l’étape de visualisation, la méthode comprend ensuite une étape de formation d’un repère.
Le repère formé est un repère comprenant deux ou trois axes orthogonaux de références.
Le repère formé comprend un premier axe de référence, un deuxième axe de référence orthogonal au premier axe de référence et optionnellement un troisième axe de référence orthogonal au premier axe de référence et au deuxième axe de référence. Le premier axe de référence N, représenté sur la figure 12, est l’axe mécanique de l’os à couper. Par axe mécanique, on entend l’axe de support des efforts mécaniques de l’os concerné. L’axe mécanique se différencie de l’axe anatomique ou longitudinal de l’os s’étendant le long de la diaphyse de l’os concerné.
Le premier axe de référence N est formé par le repérage d’un premier point et d’un deuxième point.
La position du premier point est générée par rapport au premier marqueur du dispositif de coupe. En effet, la potence du dispositif de coupe occupe une position de référence, qui est visualisée par l’intermédiaire de son premier marqueur. L’algorithme peut donc générer le premier point représentatif de la fixation de la potence à l’os et dont la position est fixe par rapport au marqueur de la potence. Le premier point est fixe par rapport à la potence. La potence est donc conçue de manière à ce que le premier point, quand la potence est fixée à l’os, passe par l’axe mécanique de l’os à couper.
Dans le cas du tibia, la position du deuxième point peut être déterminée à l’aide d’un outil de relevé de point. Comme illustré sur la figure 12 sur l’exemple d’un tibia 10, le premier point K est déterminé par la position et l’orientation du premier marqueur.
L’axe mécanique du tibia 10 passe par un point situé à équidistance du point extérieur de la malléole gauche et de la malléole droite de la jambe concernée. Par point extérieur, on désigne ici le point de la surface de la malléole le plus éloigné de l’axe anatomique du tibia.
Dans un mode de réalisation, le deuxième point M est généré en relevant le point extérieur de chaque malléole du patient, préférentiellement à l’aide du pointeur 6 décrit ci-avant. A partir de ces deux points, l’algorithme génère le deuxième point M comme le point situé à égale distance du point extérieur de chaque malléole du patient.
Dans un mode de réalisation alternatif, la pince 7 telle que décrite précédemment est utilisée pour déterminer le deuxième point M. Les deux pattes 72 de la pince 7 sont chacune placées sur le point extérieur de chaque malléole. Le deuxième point M correspond alors au point O équidistant des deux pattes 72 de la pince 7. Une telle pince permet ainsi d’identifier de manière fiable, facile et automatique un point anatomique central (ou intérieur) à partir de deux appuis latéraux respectivement sur deux zones anatomiques facilement repérables, et en un seul relevé. Dans le mode de réalisation décrit, la pince est conçue pour deux appuis sur respectivement chaque malléole de la cheville. Naturellement, une telle pince pourrait en variante être utilisée pour le repérage de nombreux autres points anatomiques.
Ainsi, l’invention apporte une solution au problème technique de relevé d’un point anatomique intérieur au corps, de manière conviviale et fiable.
La solution repose sur une pince, caractérisée par deux bras 71 articulés comprenant chacun une patte 72 permettant un positionnement sur une zone anatomique du corps humain. La pince est équipée d’un marqueur 73 fixe permettant de déterminer automatiquement son positionnement et d’en déduire un point intérieur anatomique, déductible des deux pattes 72 de la pince. Particulièrement, l’invention concerne une pince comprenant un socle, un premier bras et un second bras comprenant chacun une patte, le premier bras et le second bras étant reliés entre eux par une liaison articulée mobile telle que le mouvement d’un bras provoque le déplacement de la liaison articulée mobile le long d’une rainure du socle de manière à ce que le milieu du segment reliant les deux pattes soit immobile par rapport au socle. Dans le cas du fémur, l’axe mécanique passe par la tête fémorale du fémur. Afin de générer le deuxième point, on utilise le fait que la tête fémorale forme le centre de rotation du fémur pour en déduire la position du deuxième point.
Dans une première étape l’utilisateur pose un marqueur de position sur un support fixe par rapport au bassin du patient. Préférentiellement, le marqueur de position est disposé sur le bassin du patient mais peut aussi être disposé sur une table sur laquelle est allongé le patient ou sur un autre support fixe dans le champ de vision de la caméra.
Dans une deuxième étape, la caméra prend différentes images du marqueur de position fixe et du premier marqueur de position. Sur chaque image, on déplace le genou du patient à une autre position.
Sur chaque image, l’algorithme génère et enregistre un premier point de l’axe mécanique du fémur en déterminant la position du premier marqueur 43 de position par rapport au marqueur de position fixe.
Ensuite, l’algorithme calcule une sphère comprenant l’ensemble des points de l’axe mécanique. La sphère peut être une sphère se rapprochant le plus possible de tous les points via une méthode statistique.
L’algorithme détermine enfin le centre de cette sphère comme le deuxième point de référence.
La position du deuxième point de référence en fonction du premier marqueur de position est ainsi enregistrée dans une mémoire.
L’algorithme génère alors le premier axe de référence relatif au premier marqueur de position passant par le premier point et le deuxième point. Le deuxième axe de référence est généré par la projection d’un axe connu de la potence 4 sur le plan perpendiculaire au premier axe de référence N. Le deuxième axe de référence passe préférentiellement par le centre du genou ou par le premier point K.
Le premier axe de référence N et le deuxième axe de référence sont ainsi déterminés en fonction du premier marqueur 43 de référence. Sur chaque image prise par la caméra à partir de cette étape, l’algorithme est ainsi capable, à partir de l’image prise du premier marqueur de référence, de générer un repère orthonormé défini par le premier et deuxième axe de référence.
L’intersection du plan de coupe avec le premier axe de référence permet d’évaluer la hauteur du plan de coupe par rapport à l’axe mécanique de l’os à couper. Le projeté du plan de coupe sur le premier axe permet de déterminer l’épaisseur de coupe. Pour cela, l’algorithme détermine la distance entre l’intersection du plan de coupe avec le premier axe de référence et un point de référence d’épaisseur.
Le point de référence d’épaisseur est le point situé sur la surface articulaire du genou, préférentiellement à un extremum de la surface de l’os au niveau de l’articulation. Dans l’exemple du fémur, ledit point se situe sur l’extremum de l’un des condyles saillants, c’est-à-dire sur le point le plus distal de la courbure saillante d’un condyle. Dans l’exemple du tibia ledit point est le point du fond de cupule du plateau tibial ou le point le plus distal du condyle latéral convexe.
Dans un premier mode de réalisation, le point de référence d’épaisseur est généré par l’outil de relevé de point. L’utilisateur pointe avec le pointeur l’extremum du condyle pendant que la caméra capture une image du marqueur de position du pointeur et du premier marqueur de position. La position du point de référence d’épaisseur relatif au premier marqueur est ainsi enregistrée.
Dans un deuxième mode de réalisation, le guide de coupe comprend un palpeur physique 24. Le palpeur physique 24 est conçu pour que son extrémité 26 puisse reposer sur l’extremum du condyle. Par exemple, quand l’assemblage articulé 5 est déplacé par rapport à la potence 4 via une liaison glissière, le projeté du plan de coupe sur l’axe mécanique N varie, jusqu’à ce que l’extrémité 26 du palpeur atteigne l’extremum du condyle. Comme illustré sur la figure 4, le palpeur peut comprendre deux extrémités 26, 27. Le palpeur est conçu pour que la première extrémité puisse reposer sur un extremum d’une portion concave et pour que la deuxième extrémité puisse reposer sur un extremum d’une portion convexe.
Le guide de coupe est préférentiellement conçu pour que l’intersection du plan de coupe avec le premier axe de référence soit à une distance prédéterminée de ladite extrémité distale du palpeur et donc du point de référence d’épaisseur, préférentiellement environ 9mm. Le guide de coupe peut comprendre un moyen permettant de faire varier cette distance entre 6mm et 10mm.
Le repère est ainsi formé à partir du premier marqueur de position.
Une fois le repère formé, le procédé permet de déterminer la position et l’orientation du plan de coupe par rapport audit repère formé ou repère de référence. Préférentiellement, la position et l’orientation du guide de coupe sont pilotées par les moyens de pilotage 51 , 52, 53 du châssis de positionnement 3. Le procédé comprend une étape de prise d’une image comprenant le premier marqueur de position et le deuxième de position du guide de coupe.
A partir d’une telle image et de l’orientation des deux marqueurs, cette étape permet de localiser le plan de coupe dans le repère formé, de référence.
L’algorithme identifie le premier marqueur et en déduit le repère de référence. En identifiant le deuxième marqueur du guide de coupe sur la même image, la position et l’orientation du guide de coupe ou du plan de coupe dans le repère de référence sont déterminées.
Le procédé est donc avantageusement compatible avec une caméra mobile ou un moyen de capture optique mobile, du fait que le premier marqueur sert de repère de référence pour la position et l’orientation du plan de coupe.
Une fois le repère de référence déterminé, et la position et l’orientation du plan de coupe déterminé dans ledit repère de référence, le procédé génère au moins un paramètre de position et/ou d’orientation du plan du guide de coupe par rapport audit repère de référence.
Le paramètre peut représenter un angle du plan de coupe par rapport au premier axe de référence et/ou par rapport au deuxième axe de référence du repère de référence. L’étape de génération d’au moins un paramètre est préférentiellement mise en oeuvre par ordinateur.
Un premier paramètre généré peut par exemple être l’angle ou une valeur fonction de l’angle entre le plan de coupe et le deuxième axe de référence, représentant l’angle de varus/valgus. Un deuxième paramètre généré peut par exemple être l’angle ou une fonction de l’angle entre le plan de coupe et le premier axe de référence, représentant la pente postérieure/antérieure de la surface articulaire du genou pour le tibia ou le paramètre de flexion/extension du fémur.
Un troisième paramètre généré peut être l’épaisseur de coupe. L’épaisseur de coupe est déterminée par la coordonné du projeté du plan de coupe sur le premier axe de référence ou la distance entre cette coordonné et le point de référence d’épaisseur décrit ci-avant.
Ainsi, lorsque l’opérateur déplace le guide de coupe grâce à l’assemblage articulé et grâce aux moyens de pilotage, la caméra enregistre le premier marqueur de position et le deuxième marqueur de position. A partir de l’image prise et du repère de référence, l’algorithme calcul en temps réel les paramètres de position et d’orientation du plan de coupe.
Dans un mode de réalisation où le moyen de transmission de l’information comprend l’affichage des axes formant le repère de référence, cet affichage est de préférence superposé à l’image réelle du genou. Cet affichage peut être généré avec des lunettes de réalité mixte.
Enfin, le procédé comprend une étape de transmission à un opérateur du ou des paramètres précités. La transmission se fait par le moyen de transmission d’informations 400 du système d’assistance 100 selon l’invention.
Le moyen de capture optique peut être mobile. En effet, le premier marqueur 43 servant de référence, la caméra peut bouger sans perturber outre mesure le procédé. Ainsi, le procédé est compatible avec l’utilisation d’une caméra disposée dans un objet portable, comme un téléphone portable ou sur des lunettes. L’invention concerne également un procédé de suivi d’un plan de coupe selon la deuxième phase du procédé décrit ci-dessus.
Une fois le plan de coupe placé à l’endroit voulu par l’opérateur, l’opérateur fixe le guide de coupe à l’os avec la fixation du guide de coupe. Il peut ensuite séparer le châssis de positionnement 3 du guide de coupe 2 et retirer le châssis de positionnement 3 de l’os. Ainsi, seul le guide de coupe 2 reste fixé à l’os.
Dans un mode de réalisation, cette étape comprend préalablement une sous-étape de transposition du repère de référence. Pour cela, ledit repère de référence, qui a été formé par rapport au premier marqueur de position, est alors transposé par rapport au deuxième marqueur de position lié au guide de coupe qui reste seul positionné. De cette manière, le système d’assistance permet de conserver le repère de référence, malgré le retrait de la potence et du premier marqueur.
Après mise en oeuvre du procédé, l’opérateur peut alors pratiquer le traitement chirurgical proprement dit, et réaliser la section de l’os selon le plan de coupe grâce au guide de coupe, positionné préalablement.
Dans un mode de réalisation, une fois la coupe de l’os réalisée, le procédé comprend une étape de contrôle de la surface de coupe réalisée.
L’étape de contrôle comprend la disposition d’un outil de relevé de point comprenant un marqueur fixé à une surface plane tel que décrit ci-avant. La surface de l’outil est disposée sur la surface de coupe réalisée. La position et l’orientation du marqueur de l’outil par rapport au deuxième marqueur de position permet de comparer la surface de coupe au repère formé. L’algorithme peut alors calculer les paramètres tel que précédemment. L’opérateur peut ainsi avantageusement valider que la surface de coupe est bien similaire au plan de coupe, tel que prévu. Le système d’assistance comprend des éléments matériels et/ou logiciels mettant en œuvre ou régissant un procédé d’assistance à la pose d’une prothèse de genou. En particulier, le système comprend les éléments matériels et/ou logiciels permettant de mettre en œuvre les étapes du procédé d’assistance à la pose d’une prothèse de genou. Ces différents éléments peuvent comprendre des modules logiciels.
Par exemple, les éléments matériels et/ou logiciels peuvent comprendre tout ou partie des éléments suivants :
un moyen de capture optique 200 tel une caméra ; au moins un dispositif de coupe 1 selon l’invention ; un dispositif d’interaction 250 ;
un calculateur 300 ;
- un moyen de transmission d’information 400 ;
une mémoire ou un support d’enregistrement des données 301 ;
au moins un outil de relevé de point tel qu’un pointeur 6 ou une pince 7.
Dans un mode de réalisation, le support d’enregistrement de données 301 comprend les instructions 1000 pour effectuer les étapes suivantes, représentées par la figure 1 1 :
- la réception 1100 d’une première image comprenant le premier marqueur ;
- la formation 1200 d’un repère orthogonal à partir de l’image du premier marqueur ;
- la réception 1300 d’une deuxième image comprenant le premier marqueur et le deuxième marqueur ;
- la détermination 1400 d’un plan de coupe dans l’espace du repère formé à partir de la position et l’orientation du deuxième marqueur par rapport au premier marqueur sur la deuxième image ;
- la détermination 1500 d’au moins un paramètre de position et/ou d’orientation du plan de coupe par rapport au repère formé ; et
- la transmission 1 600 au moyen de transmission de l’information du au moins un paramètre déterminé.
Dans un mode de réalisation, l’étape de formation d’un repère 1200 comprend les sous-étapes suivantes :
- la détermination 1210 d’un premier point dans l’espace par rapport au premier marqueur ;
- la détermination 1220 d’un deuxième point dans l’espace sur l’axe mécanique de l’os à couper ;
- la création 1230 d’un premier axe passant par le premier point et le deuxième point ;
- la formation 1240 d’un repère comprenant le premier axe et un deuxième axe perpendiculaire, notamment formé par la projection d’un axe connu de la potence sur le plan perpendiculaire au premier axe de référence.
Dans un premier mode de réalisation adapté au tibia, la sous-étape de détermination d’un deuxième point comprend les phases suivantes :
- la réception d’au moins une image comprenant le premier marqueur et un troisième marqueur ;
- la détermination de la position du deuxième point dans l’espace par rapport à la position du troisième marqueur par rapport au premier marqueur sur l’image.
Dans un deuxième mode de réalisation adapté au fémur, la sous-étape de détermination d’un deuxième point comprend les phases suivantes :
- la réception de plusieurs images comprenant chacune le premier marqueur et un autre marqueur ; - la détermination, à partir des images, d’un centre de rotation du premier marqueur relativement à l’autre marqueur ;
- la détermination du deuxième point comme le centre de rotation du premier marqueur.

Claims

Revendications :
1 . Dispositif de coupe (1 ) pour la pose d’une prothèse de genou comprenant une potence (4) et un guide de coupe (2) monté mobile sur ladite potence (4),
la potence (4) comprenant :
- un premier marqueur (43) pour son repérage ;
- un élément de fixation (42) pour sa fixation sur un os ; et le guide de coupe (2) comprenant :
- un deuxième marqueur (23) pour son repérage ;
- une fente (21 ) définissant un plan de coupe adaptée pour le guidage d’un outil de coupe,
caractérisé en ce que le premier marqueur (43) et le deuxième marqueur (23) comprennent une surface plane rectangulaire comprenant au moins un motif.
2. Dispositif de coupe (1 ) selon la revendication précédente, dans lequel le guide de coupe (2) est monté mobile sur la potence (4) selon au moins un degré de liberté en translation.
3. Dispositif de coupe (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le guide de coupe (2) est monté mobile sur la potence (4) selon au moins deux degrés de libertés en rotation.
4. Dispositif de coupe (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le guide de coupe (2) est monté mobile sur la potence (4) via un assemblage articulé (5) autorisant la mobilité du guide de coupe (2) par rapport à la potence (4).
5. Dispositif de coupe (1 ) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le guide de coupe (2) comprend un élément de fixation (22) pour sa fixation sur un os.
6. Dispositif d’assistance à la coupe pour la pose d’une prothèse de genou, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un dispositif de coupe (1 ) selon l’une des revendications précédentes et au moins un outil de relevé de point (6, 7) comprenant un point de positionnement et un troisième marqueur pour son repérage.
7. Dispositif d’assistance à la coupe selon la revendication précédente, comprenant un premier dispositif de coupe (1 ) selon l’une des revendications 1 à 5 conçu pour la coupe d’un tibia et un deuxième dispositif de coupe selon l’une des revendications 1 à 5 conçu pour la coupe d’un fémur.
8. Procédé d’assistance (1000) à la pose d’une prothèse de genou caractérisé en ce qu’il comprend :
- une première phase de positionnement d’un dispositif de coupe (1 ) selon l’une des revendications 1 à 5, comprenant un guide de coupe (2) mobile selon trois degrés de libertés par rapport à la potence (4) du dispositif (1 ),
- une deuxième phase d’assistance au positionnement du guide de coupe (2) relativement à la potence (4), comprenant i. une étape de visualisation par une unique caméra du premier marqueur de la potence et la formation d’un repère de référence défini par rapport au premier marqueur,
ii. une étape de visualisation du premier marqueur et du deuxième marqueur, et
iii. une étape de transmission et d’indication à un opérateur du positionnement relatif tridimensionnel du guide de coupe et/ou de son plan de coupe relativement au repère de référence.
9. Procédé d’assistance (1000) selon la revendication précédente, dans lequel le repère de référence comprend deux axes de référence et en ce que la formation dudit repère de référence comprend les étapes suivantes :
- la génération d’un point de référence ;
- la formation d’un premier axe de référence passant par le point de référence et un point prédéterminé par rapport au premier marqueur ;
- la formation d’un deuxième axe de référence déterminé par la projection d’un axe connu de la potence sur le plan perpendiculaire au premier axe de référence.
10. Procédé d’assistance (1000) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il est adapté à la coupe osseuse d’un tibia et dans lequel le point de référence est positionné dans l’axe mécanique du tibia et en ce que la génération du point de référence est réalisée par une étape de visualisation d’un troisième marqueur d’un outil de relevé de point par rapport au premier marqueur pour le repérage dudit point de référence.
1 1. Procédé d’assistance selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il est adapté à la coupe osseuse d’un fémur et dans lequel le point de référence est positionné dans l’axe mécanique du fémur et en ce que la génération du point de référence comprend une sous- étape de mouvement de la jambe du patient pour la détermination du centre de rotation de ladite jambe et une sous-étape de visualisation de plusieurs images du premier marqueur pendant le mouvement de la jambe et d’un troisième marqueur fixe par rapport au bassin du patient.
12. Système d’assistance (100) à la pose d’une prothèse comprenant un dispositif de coupe (1 ) selon l’une des revendications 1 à 5, une caméra monoculaire mobile, notamment montée sur une paire de lunettes ou sur un objet portable comme un téléphone, un moyen d’affichage et des moyens de mise en oeuvre du procédé d’assistance selon l’une des revendications 8 à 1 1 , dans lequel l’étape de visualisation est réalisée par ladite caméra et l’étape de transmission est réalisée par ledit moyen d’affichage.
13. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme, enregistrées sur un support lisible par ordinateur ou téléchargeables par un ordinateur depuis un réseau de communication, pour mettre en oeuvre les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 1 1 lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.
14. Support d’enregistrement de données, lisible par un calculateur ou un ordinateur, sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme de mise en oeuvre du procédé selon l’une des revendications 8 à 1 1.
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