Brevet FR2830743A1 — publié le 20030418

STYLO PALPEUR A ENCLENCHEMENT D'EMISSION AU CONTACT D'UNE SURFACE La présente invention est relative à un stylo palpeur à enclenchement d'émission au contact d'une surface et plus particulièrement au contact d'une surface osseuse lors d'opérations chirurgicales. Les systèmes de localisation tridimensionnelle en chirurgie assistée par ordinateur. Les systèmes de chirurgie assistée par ordinateur , ou chirurgie augmentée , ou chirurgie guidée par l'image , ont pour objectif de proposer au chirurgien une vision précise de son geste chirurgical par rapport aux structures opérées. Cette vision est proposée sous forme d'images 2D ou de reconstitutions 3D en temps réel ou différé, et/ou encore sous forme de données quantifiées. La chirurgie orthopédique est une des disciplines chirurgicales où ces systèmes connaissent un fort développement. On peut également citer la chirurgie O. R. L. endonasale, la neurochirurgie, la chirurgie maxillo-faciale. L'utilisation en chirurgie assistée par ordinateur, et notamment en chirurgie orthopédique, de systèmes de localisation tridimensionnelle est quasi systématique. Ces systèmes, pouvant êtres basés sur différentes technologies (infrarouges, magnétiques, à ultrasoniques, électromécaniques) ont pour fonction la localisation spatiale des structures à opérer et des outils du chirurgien. Ces différents systèmes utilisent tous un signal physique ou une onde de repérage d'une nature donnée. Ces systèmes de localisation sont systématiquement connectés à un calculateur, généralement un micro-ordinateur ou une station de travail. Ce calculateur interprète les signaux délivrés par les localisateurs 3D, et fournit les coordonnées spatiales des différentes structures dont le contrôle de la position peut aider le chirurgien dans son geste. Ainsi, la détermination des positions des différents segments osseux lors de la pose d'une prothèse articulaire, par rapport à celles des outils de perçage et de coupe, permettent au chirurgien orthopédiste d'améliorer le positionnement final de ses implants, en fonction d'un équilibre global et des structures anatomiques environnantes. Les marqueurs tridimensionnels ou "Rigid Bodies" : cibles des systèmes de localisation. Dans tous les cas et quel que soit le type de technologie de localisation spatiale utilisé, la détermination du positionnement spatial d'une structure osseuse ou mécanique, implique qu'une entité reconnaissable par le système de localisation soit attachée solidement à ladite structure. Les systèmes infrarouges, à deux ou trois caméras optoélectroniques fixées sur un support commun, captent les positions des marqueurs solidement fixés aux structures à repérer. Ces marqueurs sont appelés"rigid bodies" (corps rigides) ou tripodes, et comportent au moins trois éléments "quasi-ponctuels" visibles par les caméras infrarouges. Chaque caméra a une vision différente des positions respectives de ces éléments "quasi-ponctuels". Les positions relatives des caméras et de leurs focales étant connues, on en déduit (par triangulation), et en temps réel, la position spatiale et les mouvements tridimensionnels des éléments "quasi-ponctuels", et par conséquent des structures d'intérêt auxquelles ils sont fixés. Les caméras infrarouges, comme leur nom l'indique, ne perçoivent que les rayons infrarouges. Ainsi, les éléments "quasi ponctuels" doivent émettre des rayons infrarouges pour être localisés par les caméras. Cette émission d'infrarouges peut être directe selon des systèmes dits"actifs". Dans ce cas, les éléments "quasi-ponctuels" sont des émetteurs infrarouges fixés sur les marqueurs dits rigid bodies , qui doivent par conséquent être alimentés électriquement. Cette émission d'infrarouges peut être indirecte selon des systèmes dits"passifs". Dans ce cas, les éléments "quasi-ponctuels" sont des sphères ou des disques réfléchissant un rayonnement infrarouge émis par un ensemble de diodes situées en dehors du champ opératoire. Ces diodes sont situées la plupart du temps autour des objectifs des caméras infrarouges. Dans le cas de systèmes de caméras infrarouges avec marqueurs"passifs", les marqueurs osseux réfléchissants ne comportent aucune alimentation électrique, ce qui représente un avantage important en terme de stérilisation et de maniabilité des accessoires. La localisation tridimensionnelle de points spécifiques ou l'acquisition de nuages de points : Le stylo palpeur. Lors de certaines phases de la chirurgie, le chirurgien est parfois amené à mesurer la position de points particuliers ou de surfaces particulières. Cette opération est réalisée à l'aide d'un accessoire, que l'on appellera"stylo palpeur" comportant une pointe, une zone de préhension, et un ensemble d'au moins trois marqueurs"quasi-ponctuels", permettant au système de localisation de calculer la position spatiale de la pointe du stylo. Le chirurgien peut ainsi réaliser l'acquisition des coordonnées des points (ou nuages de points) de son choix. Dans les cas ou le système utilisé est optoélectronique passif (caméras infrarouges + marqueurs réfléchissants), l'acquisition de la position de la pointe du stylo palpeur ne peut être enclenchée et déclenchée par un bouton situé sur le stylo. Elle ne peut être déclenchée que par action directe sur le calculateur (par le biais d'une éventuelle pédale de commande, ou d'un éventuel clavier par exemple). Dans ce dernier cas, lorsque le chirurgien souhaite "palper" une surface quelconque (osseuse ou articulaire par exemple), il doit successivement : 1 - appliquer la pointe du stylo palpeur sur la surface à palper, 2-enclencher l'acquisition des coordonnées de la pointe du stylo, 3 - faire glisser la pointe du stylo sur la surface en veillant à toujours garder le contact avec cette dernière, 4-stopper l'acquisition des coordonnées de la pointe du stylo, 5 - lever la pointe du stylo de la surface. Le non respect de ces cinq phases, et notamment le lever de la pointe du stylo avant l'interruption de l'acquisition, est susceptible d'entraîner l'acquisition de points situés en dehors de la surface. Ces points risquent alors de parasiter les opérations ultérieures, et par là même de compromettre la précision du geste chirurgical. La coordination de ces gestes n'est pas intuitive et requiert de la part du chirurgien une attention particulière, or ce dernier doit disposer de toute sa concentration. Il s'agit donc de trouver un moyen d'enclencher automatiquement l'acquisition des coordonnées de la pointe du stylo au moment même de l'application du stylo sur la surface, et d'interrompre cette acquisition à l'instant ou l'on écarte la pointe du stylo de la surface. Le stylo palpeur, suivant la présente invention, a pour objet de répondre au problème posé ci-dessus, en contrôlant l'émission d'un des points quasiponctuels du corps rigide lié au stylo. Le stylo palpeur à enclenchement d'émission, suivant la présente invention, comporte un corps principal dans lequel coulisse des moyens de liaison solidaires d'un tripode émetteur et des moyens d'enclenchement contrôlant l'émission du tripode émetteur. Le stylo palpeur à enclenchement d'émission, suivant la présente invention, comporte des moyens de liaison qui sont constitués d'une tige traversant le corps principal et chargée élastiquement par un ressort pour contrôler le déplacement du tripode émetteur par rapport aux moyens d'enclenchement prévus dans le corps principal. Le stylo palpeur à enclenchement d'émission, suivant la présente invention, comporte des moyens d'enclenchement qui sont constitués d'un logement ménagé dans le corps principal pour recevoir l'un au mois des marqueurs du tripode émetteur. Le stylo palpeur à enclenchement d'émission, suivant la présente invention, comporte un corps principal dans lequel coulisse une tige solidaire, d'une part d'une sphère de contact et d'autre part d'un tripode émetteur comportant au moins trois marqueurs d'émission, et des moyens d'enclenchement qui permettent, lorsqu'un effort de pression est appliqué sur la tige, que le tripode puisse émettre des ondes de repérage. Le stylo palpeur à déclenchement d'émission, suivant la présente invention, comporte un corps principal rigide et creux pourvu d'un logement ouvert et d'une chambre de compression dans lequel est logé un ressort permettant de disposer la tige dans une position dite de repos, pour que l'un au moins des marqueurs soit toujours introduit et maintenu dans le logement. Le stylo palpeur à déclenchement d'émission, suivant la présente invention, comporte un corps principal comprenant dans son alésage interne des paliers de guidage qui sont traversés par la tige pour son guidage axial en rotation et en translation à l'intérieur dudit corps. Le stylo palpeur à déclenchement d'émission, suivant la présente invention, comporte un palier qui est fixé dans l'alésage à une certaine distance de l'extrémité libre du corps principal afin de déterminer un logement ouvert vers l'extérieur. Le stylo palpeur à déclenchement d'émission, suivant la présente invention, comporte un corps principal comprenant à l'extrémité opposée à celle comportant le palier, un second palier déterminant, avec un autre palier disposé dans l'alésage, une chambre de compression. Le stylo palpeur à déclenchement d'émission, suivant la présente invention, comporte une tige pourvue d'une butée en forme de collerette qui est logée dans la chambre afin de maintenir entre le palier et ladite butée un ressort de compression. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer : Figures 1 et 2 sont des vues illustrant le stylo palpeur, suivant la présente invention, en position repos. Figures 3 et 4 sont des vues représentant le stylo palpeur, suivant la présente invention, en position active pour permettre sa localisation dans l'espace. On a montré en figures 1 et 2 un stylo palpeur 1 qui permet l'acquisition de points anatomiques lorsqu'il est mis en contact pressé avec la surface d'un os. Le stylo palpeur 1 comporte un corps principal 2 qui est conformé selon un profil ergonomique afin que le chirurgien puisse parfaitement le maintenir dans une main. Le corps principal 2 est rigide et creux afin de recevoir des moyens de liaison qui sont constitués d'une tige 3 solidaire à l'une de ses extrémités d'une pointe ou d'une sphère de contact 4, tandis que l'autre extrémité comporte un tripode émetteur 5 constitué de trois marqueurs émetteurs 6,7 et 8. Le corps principal 2 comporte dans son alésage interne 9 des paliers de guidage 10,11, 12 et 13 qui sont traversés par la tige 3 pour son guidage axial en rotation et en translation à l'intérieur dudit corps. Le palier 10 est fixé dans l'alésage 9 et à une certaine distance de l'extrémité libre du corps principal 2 afin de déterminer des moyens d'enclenchement qui sont constitués d'un logement 14 ouvert vers l'extérieur. Le palier 11 est également fixé dans l'alésage 9 à une certaine distance du palier 10 pour constituer un guidage en translation de la tige 3 à l'intérieur du corps principal 2. A l'extrémité opposée à celle comportant le palier 10, le corps principal 2 est fermé par le palier 13 afin de déterminer avec un autre palier 12, disposé dans l'alésage 9, une chambre de compression 15. La tige 3 comporte une butée en forme de collerette 16 qui est logée dans la chambre 15, afin de maintenir entre le palier 12 et ladite butée un ressort de compression 17. Le ressort de compression 17 est prévu autour de la tige 3 pour ne pas contrainre les translations de ladite tige par rapport au corps principal 2. Le ressort de compression 17 permet de maintenir par défaut, c'est à dire, lorsque le stylo palpeur 1 est au repos, la tige 3 dans une même et unique position qui consiste à cacher l'un des marqueurs du tripode émetteur 5. On note que dans cette position dite de repos le ressort 17 maintient la tige 3 de manière que le marqueur 8 du tripode émetteur 5 soit toujours positionné à l'intérieur du logement 14. Dans cette position, les caméras à infrarouge disposées dans le bloc opératoire ne peuvent repérer le stylo palpeur 1 car l'un des marqueurs 8 est placé dans le logement 14 empêchant les autres 6,7 du tripode 5 d'émettre des ondes en direction desdites caméras. En figures 3 et 4 on a montré le stylo palpeur 1 en position active pour permettre sa localisation dans l'espace par les caméras à infrarouge disposées dans le bloc opératoire. Cette position active est obtenue lorsque la tige 3 se déplace en translation par rapport au corps principal 2 du stylo palpeur 1. Le chirurgien maintient le corps principal 2 dans sa main et vient appliquer la sphère de contact 4 contre l'os 18 d'un patient, pour matérialiser un point anatomique dans le système informatique. Cette position, qui consiste à appliquer la sphère de contact 4 en appui contre l'os 18 n'est toujours pas suffisante pour que les caméras à infrarouge repèrent les marqueurs 6,7, 8 du tripode émetteur 5, car le marqueur 8 est toujours dans le logement 14 du corps principal 2. Il est donc nécessaire et impératif que le chirurgien procède à un contact pressé de la sphère de contact 4 contre l'os 18, de manière que l'effort de pression soit suffisant pour comprimer le ressort 17 entre le palier 12 et la butée 16. Ainsi l'effort de pression appliqué sur la sphère 4 et obtenu par une combinaison de mouvements qui provient d'une translation du corps principal 2 et de la tige 3, l'un par rapport à l'autre, afin de sortir le marqueur 8 du tripode émetteur 5 du logement 14. En effet, le chirurgien déplacera le corps principal 2 du stylo palpeur 1 en direction de l'os 18 selon les flèches F, permettant simultanément, du fait que la sphère 4 soit en appui contre l'os 18, la compression du ressort 17 et la remontée selon la flèche F1 de la tige 3 pour le dégagement du marqueur 8. Lorsque le marqueur 8 du tripode 5 est dégagé du logement 14 du corps principal 2, l'ensemble des marqueurs 6,7 et 8 peut émettre automatiquement des ondes qui sont repérées par les caméras à infrarouges afin que le système informatique puisse déterminer la position du point anatomique choisi par le chirurgien. Le stylo palpeur 1 revient automatiquement en position de repos au moyen du ressort 17. En effet, dès que l'effort de pression est supprimé, le ressort 17 permet de déplacer la tige 3 en sens inverse à l'intérieur du corps 2 pour que le marqueur 8 vienne à l'intérieur du logement 14. Dans cette position de repos, le stylo palpeur 1 ne transmet plus d'ondes repérables par les caméras à infrarouges. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tout autre équivalent. REVENDICATIONS 1. Stylo palpeur à enclenchement d'émission au contact d'une surface et plus particulièrement d'une surface osseuse lors d'opérations chirurgicales assistées par ordinateur, caractérisé en ce qu'il comporte un corps principal (2) dans lequel coulisse des moyens de liaison (3) solidaires d'un tripode émetteur (5), et des moyens d'enclenchement contrôlant l'émission du tripode émetteur (5). 2. Stylo palpeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison sont constitués d'une tige (3) traversant le corps principal (2) et chargée élastiquement par un ressort (17) pour contrôler le déplacement du tripode émetteur (5) par rapport aux moyens d'enclenchement prévus dans le corps principal (2). 3. Stylo palpeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'enclenchement sont constitués d'un logement (14) ménagé dans le corps principal (2) pour recevoir l'un au mois des marqueurs (6,7, 8) du tripode émetteur (5). 4. Stylo palpeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un corps principal (2) dans lequel coulisse une tige (3) solidaire, d'une part d'une sphère de contact (4) et d'autre part d'un tripode émetteur (5), comportant au moins trois marqueurs d'émission (6,7, 8) et des moyens d'enclenchement qui permettent lorsqu'un effort de pression est appliqué sur la tige (3), que le tripode (5) puisse émettre des ondes de repérage. 5. Stylo palpeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un corps principal (2) rigide et creux pourvu d'un logement ouvert (14) et d'une chambre de compression (15), dans lequel est logé un ressort (17) permettant de disposer la tige (3) dans une position dite de repos pour que l'un au moins des marqueurs (6,7, 8) soit toujours introduit et maintenu dans le logement (14). 6. Stylo palpeur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le corps principal (2) comporte dans son alésage interne (9) des paliers de guidage (10, 11,12 et 13) qui sont traversés par la tige (3) pour son guidage axial en rotation et en translation à l'intérieur dudit corps. 7. Stylo palpeur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le palier (10) est fixé dans l'alésage (9) à une certaine distance de l'extrémité libre du corps principal (2) afin de déterminer un logement (14) ouvert vers l'extérieur. 8. Stylo palpeur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le corps principal (2) comporte à l'extrémité opposée à celle comportant le palier (10), un palier (13) déterminant avec un autre palier (12) disposé dans l'alésage (9) une chambre de compression (15). 9. Stylo palpeur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la tige (3) comporte une butée en forme de collerette (16) qui est logée dans la chambre (15) afin de maintenir, entre le palier (12) et ladite butée, le ressort de compression (17).