Brevet FR2660185A1 — publié le 19911004

SYSTEME ET PROCEDE DESTINES A INDIQUER UNE POSITION DEVANT ETRE OPEREE DANS LE CORPS D'UN PATIENT. La présente invention se rapporte à un système de guidage en direct destiné à guider une position dans le corps d'un patient, où une opération va être réalisée. Une utilisation particulière du système de guidage consiste à afficher une position dans le cerveau d'un patient où une opération doit être réalisée. L'affichage est réalisé, par exemple, sur un dispositif d'affichage à tube à rayon cathodique. Des développements récents dans les procédures de diagnostic en neurochirurgie permettent à la position exacte d'une partie affectée d'être affichée au moyen d'une technologie d'imagerie par résonance magnétique ou de tomographie par ordinateur. Un problème dans les opérations neurochirurgicales est la difficulté de trouver les positions exactes des néoplasmes qui sont représentés sur les images tomographiques. Pendant une procédure neurochiruAgicale en cours, même pour des neurochirurgiens bien entraînés, trouver la position exacte dans le cerveau qui correspond aux images par résonance magnétique ou tomographiques est un travail qui prend du temps. Il y a également comme problème le fait que des dommages aux tissus normaux peuvent se produire au cours de procédures de recherche incertaines. L'objet de la présente invention est de prévoir un système qui puisse représenter exactement une position où une opération doit être réalisée. Ceci est fait avec des images tomographiques affichées sur un tube à rayon cathodique. Selon la présente invention, il est prévu un système destiné à indiquer une position dans le corps d'un patient où une opération doit être réalisée et qui comporte un bras articulé comprenant une base et plusieurs segments de bras, un de ces segments de bras étant un segment de bras avant, plusieurs segments de bras et la base étant reliés l'un à l'autre par une articulation, plusieurs segments de bras étant prévus pour se déplacer, une sonde reliée à l'extrémité du segment de bras avant afin de pointer des positions chirurgicales, des moyens de détection de déplacement angulaire prévus au niveau de chacune des articulations afin de produire des signaux angulaires représentant un déplacement angulaire d'un segment de bras adjacent, un dispositif d'affichage destiné à afficher plusieurs images tomographiques du corps d'un patient combinées avec les coordonnées associées aux images tomographiques, des moyens de calcul destinés à répondre aux signaux angulaires et à produire un signal de position de bras représentant la position de la pointe de la sonde par rapport aux coordonnées bras-base, des moyens de conversion de coordonnées destinés à convertir les signaux de position de bras basés sur les coordonnées bras-base en signaux de position tomographiques correspondant aux images tomographiques sur l'affichage par rapport aux coordonnées, des moyens sensibles aux signaux de position tomographiques et à la position de la pointe afin de produire un signal vidéo de repère, des moyens d'affichage sensibles au signal vidéo de repère afin d'afficher la position de la pointe de la sonde sur le dispositif d'affichage sous forme d'un repère superposé aux images tomographiques développées sur le dispositif d'affichage. Selon un aspect de l'invention, la sonde est réalisée de façon à être rétractée axialement. Selon la présente invention, il est également prévu un procédé destiné à indiquer une position dans le corps d'un patient où une opération doit être réalisée en utilisant un bras articulé ayant plusieurs segments de bras comprenant une base, et un segment de bras avant, le procédé comportant le développement d'images tomographiques du corps du patient comprenant une partie affectée; le touché d'une sonde à l'extrémité du segment de bras avant sur le corps du patient; l'obtention de la position d'une pointe de la sonde, par rapport aux coordonnées bras-base connues; l'affichage des images tomographiques captées sur un dispositif d'affichage; et l'affichage de la position de la pointe de la sonde sur le dispositif d'affichage avec un repère et la superposition du repère sur les images tomographiques sur le dispositif d'affichage. Ces objets ainsi que d'autres et les caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée suivante en se référant aux dessins. La figure 1 est une vue de côté d'un bras articulé; La figure 2 est une vue en plan du bras articulé lorsque le bras est avancé vers le corps d'un patient; La figure 3 est un schéma de principe représentant un système selon la présente invention; La figure 4 est une vue de coté agrandie d'une partie d'extrémité du bras; La figure 5 est une illustration des images tomographiques affichées sur un tube à rayon cathodique; La figure 6 est un schéma de principe représentant une deuxième forme de réalisation de la présente invention; La figure 7 est une illustration destinée à expliquer la deuxième forme de réalisation de la présente invention; et La figure 8 est un ordinogramme représentant le fonctionnement de la deuxième forme de réalisation. Si l'on se réfère à la figure 1, un bras articulé comporte une base de bras 2 fixée à un bâti 1 d'une table d'opération, un premier segment de bras 2a, un deuxième segment de bras 2b, un troisième segment de bras 2c, un quatrième segment de bras 2d, un cinquième segment de bras 2e, un sixième segment de bras 2f, et une sonde 3 prévue sur une extrémité du bras articulé. Ces segments de bras 2a à 2f sont reliés de manière successive l'un à l'autre par des articulations 4a à 4f. Ces articulations 4a à 4f sont disposées de telle sorte que la sonde 3 peut être déplacée de façon universelle. A chacune des articulations 4a à 4f sont prévus des capteurs de déplacement angulaire (non représentés), chacun d'entre eux étant prévus pour produire de façon respective un signal de sortie analogique représentant un déplacement angulaire d'un segment de bras latéral avant. Si l'on se réfère à la figure 4, la sonde 3 est montée de façon coulissante dans le segment de bras 2f et possède plusieurs encoches d'encliquetage S servant d'étalonnages. Chacune des encoches S est structurée de façon à recevoir une bille chargée par ressort (non représentée) prévue dans le support afin d'être positionnée au niveau de l'encoche. La sonde 3 est fixée au segment de bras 2f par un écrou 5. Si l'on se réfère à la figure 3 qui représente un système de la présente invention, le système comporte un convertisseur analogique/numérique 7. Le convertisseur analogique/numérique 7 reçoit des signaux de sortie (signaux de déplacement angulaire) provenant des capteurs de déplacement angulaire au niveau des articulations 4a à 4f. Le système possède par ailleurs un convertisseur de coordonnées 8 sur lequel est appliqué la sortie du convertisseur analogique/numérique. Le convertisseur de coordonnées 8 procure une matrice de transformation entre les coordonnées bras-base et les coordonnées tomographiques sur l'affichage tomographique qui proviennent d'une base de données d'image tomographique 9.Le convertisseur de coordonnées 8 convertit la position de la pointe de la sonde 3 en une position sur une image tomographique au moyen de la matrice de transformation. La sortie du convertisseur de coordonnées 8 est envoyée à un dispositif d'affichage (tube à rayon cathodique) 10. Le dispositif d'affichage 10 affiche six images tomographiques de la tête d'un patient comme cela est représenté sur la figure 5. Ainsi, la position de la pointe de la sonde 3 est affichée sur une image tomographique sélectionnée au moyen d'un curseur 13. La figure 2 représente une position imaginaire P de la pointe de la sonde 3, en supposant que la sonde est insérée dans la tête du patient jusqu'à la partie affectée T. La référence L est la distance entre la position imaginaire P et la surface du crane 12. Si la sonde 3 est insérée dans le segment de bras 2f de la distance L sans insérer la sonde 3 dans le crane, en faisant buter la pointe de la sonde sur la tête, les positions des segments de bras 2a à 2f sont les mêmes que les positions des segments de bras sur la figure 2. Ainsi, en insérant la sonde 3 de la distance L, la position imaginaire P peut être affichée sur le dispositif d'affichage 10 comme cela est représenté sur la figure 5. Si les deux curseurs 13 sont représentés sur deux images tomographiques comme cela est représenté sur la figure 5, le curseur le plus grand indique que le repère est à proximité de la partie affectée comparé au curseur le plus petit. Un indicateur I sur la figure 5 représente la distance L entre la position réelle de la pointe de la sonde et la position imaginaire P. En tant que modification du système, un calculateur de position d'extrémité de sonde imaginaire 11 peut être prévu entre le convertisseur analogique/numérique 7 et le convertisseur de coordonnées 8 comme cela est représenté sur la figure 3. Le calculateur 11 calcule la distance L, et la position d'extrémité de sonde imaginaire peut donc être affichée sur le dispositif d'affichage 10 en allongeant la position d'extrémité réelle de la sonde par calcul sans insérer la sonde dans le segment de bras 2f. Si l'on se réfère à la figure 6 représentant la deuxième forme de réalisation, le système possède un calculateur de conversion de coordonnées 14 destiné à corriger le déplacement de la partie affectée. Si le patient bouge au cours de l'opération après la détermination de la position de la pointe de la sonde, le système de la première forme de réalisation ne peut calculer la relation entre les coordonnées bras-base et les coordonnées tomographiques. Le calculateur 14 est prévu entre le convertisseur analogique/numérique 7 et le convertisseur de coordonnées 8 de façon à calculer la conversion de coordonnées lors du déplacement du patient. Le bras articulé est prévu pour se déplacer avec le déplacement du corps du patient, en gardant le contact de la sonde avec le corps du patient. Si l'on se réfère à la figure 7, trois points arbitraires A, B, C, qui ne sont pas alignés, sont prévus sur la surface du crane 12. Des points A', B', C' sont positionnés après déplacement du patient. Si des vecteurs de position sont représentés par UA, UB, Uc, UA1, UB1, et UC1, le produit vectoriel V du vecteur (UB - UA) du point A au point B et du vecteur (UC - UA) du point A au point C est V = (UB - UA) x (Uc - UA) Si le point terminal des vecteurs est D et le vecteur de position est UD UD = UA + V (1) De manière similaire, les vecteurs de position après les déplacements sont V' = (UB, - UA') x (UC' - UA'), UD, = UA, + V' (1') Le vecteur de position Up de la position de pointe de la sonde 3 avant le déplacement est exprimé comme suit, Up = [ S ] (Upi - UD1) (2) où Up, est le vecteur de position de la position P après le déplacement. (S ] est la matrice de transformation pour le déplacement et est exprimée comme suit, [ S ] = [ U1, U2, U3 ] (U1,, U2 " U31 ] #1 (3) U1 = -V, U1' = -V' U2 = UB - UD, U21 = UBI - UDI U3 = UC - UD, U3, = UC' -UD' (4) V et UD sont obtenus à partir de l'équation (1) basée sur les vecteurs de position UA, UB et UC, et V' et UD, sont obtenus à partir de l'équation (1') basée sur les vecteurs de position après le déplacement. Les équations (4) sont remplacées par les V, UD, V' et UDI obtenus.De plus, après que l'équation (3) ait été remplacée par les équations (4), [ S ] est obtenue en calculant la matrice inverse. Si l'équation (2) est remplacée par l'équation de résultat (3) et l'équation (1), le vecteur de position Up, après le déplacement peut être pris en considération par le vecteur de position Up avant le déplacement. Le calculateur de conversion de coordonnées 14 réalise les calculs décrits ci-dessus et produit un signal de position corrigé. La figure 8 représente le fonctionnement du système. Le programme I est exécuté une première fois avant l'apparition du déplacement - lecture des coordonnées des points A, B, C avant affichage (étape S1) et calcul de V, UD (étape S2) -, et le programme Il est exécuté à chaque apparition du déplacement (en S3) - lecture des coordonnées des points A', B', C' après déplacement (étape S4), calcul de V', U' (étape S5) et calcul de [ S ] (étape S6) -.En général, la correction est réalisée par les parties de programme III à IV - après entrée en provenance du convertisseur analogique-numérique en III, lecture de la position de la sonde Up' à intervalles réguliers (étape S7), exécution de Up = [S] (Upi - UDI) (étape S8) et sortie de la position de sonde corrigée Up (étape S9) -. Selon la présente invention, du fait que la position exacte de la partie affectée peut être indiquée par le repère sur l'image tomographique, la chirurgie peut être réalisée exactement. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des formes de réalisation spécifiques préférées, il est évident que cette description est prévue pour illustrer et non limiter la portée de l'invention. REVENDICATIONS. 1. Système destiné à indiquer une position dans le corps d'un patient où une opération doit être réalisée, caractérisé en ce qu'il comporte un bras articulé comprenant une base (2) et plusieurs segments de bras (2a à 2f), un de ces segments de bras étant un segment de bras avant (2f); les dits segments de bras (2a à 2f) et la base (2) étant reliés l'un à l'autre par une articulation (4a à 4f), les dits segments de bras étant prévus pour se déplacer; une sonde (3) reliée à l'extrémité du segment de bras avant (2f) afin de pointer des positions chirurgicales; des moyens de détection de déplacement angulaire prévus au niveau de chacune des articulations (4a à 4f) afin de produire des signaux angulaires représentant un déplacement angulaire d'un segment de bras adjacent;; un dispositif a'affichage (10) destiné à afficher plusieurs images tomographiques du corps d'un patient combinées avec les coordonnées associées aux images tomographiques; des moyens de calcul destinés à répondre aux signaux angulaires et à produire un signal de position de bras représentant la position de la pointe de la sonde (3) par rapport aux coordonnées bras-base; des moyens de conversion de coordonnées (8) destinés à convertir les signaux de position de bras, basés sur les coordonnées bras-base, en signaux de position tomographiques correspondant aux images tomographiques sur l'affichage par rapport aux coordonnées; des moyens sensibles aux signaux de position tomographiques et à la position de la pointe afin de produire un signal vidéo de repère;; des moyens d'affichage sensibles au signal vidéo de repère afin d'afficher la position de la pointe de la sonde sur le dispositif d'affichage (10) sous forme d'un repère (13) superposé aux images tomographiques développées sur le dispositif d'affichage (10). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde (3) peut être rétractée axialement dans le segment de bras avant (2f). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de calcul (11) prévus pour répondre à la distance de rétraction de la sonde (3) afin de calculer une position imaginaire de la pointe de la sonde. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de calcul (14) destinés à corriger une position de la pointe de la sonde (3) après déplacement du corps du patient. 5. procédé destiné à indiquer une position dans le corps d'un patient où une opération doit être réalisée en utilisant un bras articulé ayant plusieurs segments de bras (2a à 2f) comprenant une base (2), et un segment de bras avant (2f), caractérisé en ce qu'il comporte le développement d'images tomographiques du corps du patient comprenant une partie affectée; le touché d'une sonde (3) à l'extrémité du segment de bras avant (2f) sur le corps du patient; l'obtention de la position d'une pointe de la sonde (3), par rapport aux coordonnées bras-base connues; l'affichage des images tomographiques captées sur un dispositif d'affichage (10); et l'affichage de la position de la pointe de la sonde (3) sur le dispositif d'affichage (10) avec un repère (13) et la superposition du repère (13) sur les images tomographiques sur le dispositif d'affichage (10).