Brevet FR2839440A1 — publié le 20031114

du retard, avec PL(n) PO(n+ T). SYSTEME DE POSITIONNEENT SUR UN PATIENT D'UN DISPOSITIF D'OBSRVATION ET/OU D' INTERVENTION La presente invention concerne un systeme de positionnement sur un patient d'un- dispositif d'observation et/ou d' intervention dont une portion penetre dans le corps du patient. I1 s' applique par exemple a des systemes d'analyse medicale, tels que des systemes endoscopiques et il sera plus particulierement decrit dans le cas d'une utilisation d'un endoscope lors d'une laparoscopie. Dans un tel type d' operation, un endoscope constitue d'un tube optique fin est insere dans l' abdomen du patient a lo travers une incision de faible dimension realisee au niveau de l' abdomen du patient. Le tube optique est generalement relic a une camera video externe. D'autres incisions peuvent etre realisees pour 1' introduction d' instruments d'lntervention manipules par un chirurgien. L'endoscope est utilise pour visualiser les organes internee du patient et les instruments d' intervention. Puisque le chirurgien a generalement les deux mains occupees pour les instruments d/intervention, un assistant est necessaire pour maintenir l'endoscope dans une position souhaitee. Des systemes robotiques ont ete developpes pour manipuler l'endoscope a la place de l' assistant. De tels systemes vent generalement constitues de robots massifs, complexes et chers comprenant une base fixee au sol et un bras manipulant ltendoscope. Dans liespace limite diune salle d'ope- ration, la base d'un tel robot occupe une place considerable a cote du patient. En outre, le bras du robot maintenant ltendos- cope peut gener l'acces a l' abdomen du patient. I1 est done souhaitable de prevoir un systeme de posi- tionnement sur un patient d'un instrument d' observation et/ou d' intervention occupant un faible volume de facon a limiter l'encombrement de la salle d' operation et liberer au maximum l'acces au patient. Le demande internationale WO0105319 au nom de l'Universite Joseph Fourier decrit, dans un mode de realisation, un systeme de positionnement d'un dispositif d' observation et/ou d' intervention, par exemple un endoscope. Le systeme comprend une monture placee sur le corps du patient supportant un trocart dans lequel coulisse le dispositif d' observation et/ou d' inter- vention, le trocart etant susceptible de pivoter par rapport a la monture. Un ensemble d'actionneurs controle les debattements du trocart par rapport a la monture. I1 peut s'agir d'action- neurs pneumatiques ou hydrauliques, chaque actionneur etant relic directement a la monture et au trocart. Il peut egalement s'agir de cables. Chaque cable stetend alors entre le trocart et un guide fixe sur la monture, et est entrane a son extremite libre par un actionneur place a distance du patient. Un inconvenient d'un tel systeme est la difficulte dtimposer au trocart des debattements importants. En effet, dans le cas ou les actionneurs vent places directement sur la mon- ture, le volume occupe par les actionneurs limite les debat tements du trocart. Dans le cas ou les actionneurs vent places a distance du patient, les mouvements du trocart vent obtenus par l' application de tractions damplitudes differentes sur les cables relies au trocart. Une difficulte provient alors, lors de debattements importants, des angles de flexion eleves mposes aux cables au niveau des guides. Ceci peut entralner une deterioration rapide des cables. En outre, avec un tel systeme, les force s exercee s par les cable s ou le s act ionneurs sur le trocart vent a l'origine d'une pression exercee par le trocart sur l' abdomen du patient qui peut etre indesirable. La presente invention propose un systeme, occupant un faible volume, de positionnement sur le corps dun patient d'un dispositif d' observation et/ou d' intervention dont une portion penetre dans le corps du patient permettant d'obtenir des debat tements importants du dispositif d' observation. La presente invention propose egalement un systeme de positionnement limitant l 'application de forces de pression sur l' abdomen du patient. Pour atteindre ces objets, la presente invention pre voit un systeme de positionnement par rapport au corps d'un patient d'un dispositif d' observation et/ou d' intervention dont une portion penetre dans le corps du patient comprenant une base posee sur le corps du patient; un moyen de support du dispo sitif constitue d'au moins une premiere partie montee mobile sur la base selon une liaison a un degre de liberte, et d'une seconde partie montee mobile sur la premiere partie selon une liaison a un degre de liberte et reliee au dispositif; et des moyens d'actionnement de la premiere partie par rapport a la base, et de la deuxieme partie par rapport a la premiere partie. Selon un mode de realisation de l' invention, la pre miere partie est un anneau mobile d' axe sensiblement perpen- diculaire au corps du patient, monte libre en rotation sur la base autour de son axe. Selon un mode de realisation de ltinvention, la seconde partie comprend une tete reliee au dispositif se prolongeant au moins par un bras monte a pivot sur l'anneau mobile selon un axe sensiblement tangent au corps du patient. Selon un mode de realisation de linvention, la pre- miere partie comporte un rail en demi-cercle dont les extremites vent montees a pivot sur la base selon un axe sensiblement tangent au corps du patient. Selon un mode de realisation de linvention, la seconde partie comprend un chariot monte mobile en coulissement sur le rail et relic au dispositif. Selon un mode de realisation de l' invention, le dispo sitif est monte mobile sur la seconde partie selon une liaison a un degre de liberte. Selon un mode de realisation de l' invention, les mou- vements des premiere et seconde parties vent commandes par des cables entralnes par des actionneurs situes a distance du patient. Selon un mode de realisation de l' invention, les mou- vements des premiere et seconde parties vent commandes par des actionneurs montes sur la base. Selon un mode de realisation de l' invention, le dispo sitif comprend un endoscope. Selon un mode de realisation de l' invention, le dispo- sitif penetre dans le corps par une incision, la base entourant au moins partiellement l' incision. Ces objets, caracteristiques et avantages, ainsi que d'autres de la presente invention seront exposes en detail dans la description suivante de modes de realisation particuliers faite a titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1A represente une vue en perspective d'un premier mode de realisation dun systeme de-positionnement selon l' invention; la figure 1B represente une vue de dessus partielle, avec coupe partielle, du systeme de la figure 1A; la figure 1C represente une coupe laterale partielle du systeme de la figure 1A; la figure 2A represente une vue de dessus partielle, avec coupe partielle, d'une variante du systeme selon le premier mode de realisation; la figure 2B represente une coupe laterale partielle du systeme de la figure 2A; s la figure 3A repr6ente une vue de c3LA LrAs sc ^ L1que d'un second mode de rdalisation du sysL selon 1 ' 1nLi; la figure 3B repr6senLe une vue de face du sysLme de la figure 3A; et la figure 3C ccpr6sente une vue de dessus du sysL de la figure 3. Ees figures 1A 1C reprAsentenL un premier mode de rdalisaLion d'un sysL 10 de posiLionnemenL d'un endoscope 12 placd daas un LrocarL 14, 1'endoscope 12 eL le Lrocart 14 p66LranL dans 1' abdomen d'ua paLienL par une incision 16 de fathle dimension. ['endoscope 12 a l'aspecL d'un Lube cylindrique d'axe d'une quarantaine de centim@Lres de longueur et de quelques cenL1mAtres de di tre. Sur la [igure 1P, Geule une partie du LocarL 14 est reprdsenL6e. Sur la figure 1C, seul 1'axe de 1'endoscope 12 est reprsenL6. One c ra, non reprAsente, esL fixe 1'ext tA de 1'eodoscope 12 exL6rieure 1' abdomen. [e syst 10 comprend une base sensibl _ nL plane 18 coporLant une parLie cenLrale plane eL annulaire 20, enLourant 1' incision 16, de laquelle s'6LendenL quaLre bras 21. [ne ouverLue cylindrique 22 esL rdalisde 1'exLrmiL de chaque bras 21. Les ouverLures 22 pcuvenL gLre uLilises pour le in- Lien de la base 18 sur le cops du patient par 1'inLe=mdiaire de sangles, de cbles, etc., attacbAs la table sur laqueIle le paLienL est allongA ou directement attacb au patient. [a base 18 peut dgal _ nL ALre collde sur 1' abdomen du patient. [a parLie cenLrale annulaire 20 supporLe un anneau mobile 24 d'axe sensibl _ nt perpeodiculaire au plan Langent 1' abdomen au niveau de 1' incision 15. ['anneau mobile 24 est montA mbbile en rotation auLour de 1'axe sur la parLie centrale 20 par 1'inLe=mAdiaire d'un roulement 25. n ALrier 26 esL mcnLd pivot sur 1'anneau mobile 24 selon un axe r sensiblemcnL pependiculaire 1'axe 8, eL sensib1 _ nL 1nclus dans le plan tangent 1' abdomen au niveau de l' incision 16. L'etrier 26 comprend une tete 28 sur laquelle est fixe le trocart 14 par tout moyen de fixation connu qui permet une liaison et une separation simple et rapide du trocart 14 et de la tete 28. Il s'agira, par exemple, de languettes souples 27. Les diametres interieurs de l'anneau mobile 24 et de la partie centrale annulaire 20 vent choisis pour permettre le retrait du systeme 10 pendant une intervention sans deplacer le trocart 14, ou bien permettre le retrait du trocart 14 de l' abdomen du patient sans deplacer le systeme 10. La tete 28 se prolonge par deux bras 30, 31 comportant chacun a une extremite une surface de glissement 32, correspondent a une portion cylindrique, pouvant glisser sur un profil 34, 35 en forme d'un demi cylindre daxe F. Chaque profil 34, 35 est solidaire d'un socle 36, 37 fixe sur l'anneau 24, par exemple par vissage. Chaque bras 30, 31 comprend a son extremite libre un capot 38, 39 (non represente sur la figure 1C) qui forme avec la surface de glissement 32 du bras 30, 31 associe un logement recevant le profil 34, 35. L'anneau mobile 24 comporte sur sa paroi cylindrique exterieure une rainure 42 recevant un cable 43. Un guide 44 monte sur la base 18 recoit les extremites de deux gaines 45, 46 dans lesquelles coulisse le cable 43. Le guide 44 est agence sur la base 18 de facon que le cable 43, en sortie de l'une des gaines 45, 46, soit tangent a la rainure 42 de l'anneau mobile 44. Les extremites du cable 43 vent reliees aux extremites d'une cremaillere (non representee) engrenant avec l'arbre de sortie d'un moteur electrique. Le deplacement du cable 43 par le moteur fait pivoter l'anneau 24 par rapport a la partie centrale annulaire 20 autour de l'axe L. Un secteur de poulie 47, correspondent sensiblement a un secteur cylindrique, est fixe a l'un des bras 31 de l'etrier 26. Une rainure 48 est realisee sur la paroi laterale, correspondent a une portion de cylindre, du secteur de poulie 47. La rainure 48 recoit deux cables 49 et 50, chaque cable 49, 50 etant fixe a une extremite opposee de la rainure 48. Les autres extremites des cables 49, 50 vent reliees aux extremites d'une cremaillere (non representee) engrenant avec l'arbre de sortie d'un moteur electrique. Deux supports 51, 52 vent fixes sur l'anneau mobile 24 et re,colvent chacun l'extremite d'une gaine 53, 54 dans laquelle coulisse l'un des cables 49, 50. Les supports 51, 52 vent agences de facon que les cables 49, 50 en sortie des gaines 53, 54 soient sensiblement tangents au secteur de poulie 47. Loreque le moteur electrique deplace la cremail lere, une traction est exercee sur l'un des cables 49, 50, et lo une poussee est exercee sur l'autre cable 49, 50. Les cables 49, deplacent le secteur de poulie 47 et par consequent lietrier 26. Les surfaces de glissement 32 des bras 30, 31 glissent alors sur les profile 34, 35 de sorte que l'etrier 26 pivote globalement par rapport a l'axe F. L'endoscope 12 est monte mobile libre en translation selon l'axe Q dans le trocart 14. Un element de maintien 55 est fixe sur l'endoscope 12. Un ressort de compression 56 s'appuie a une extremite sur l' clement de maintien 55 et a l'extremite opposee sur le trocart 14. Un cable 57 est relic a une extremite a l' clement de maintien 55 et a l'extremite opposee a une cremaillere (non representee) engrenant avec l'arbre de sortie d'un moteur electrique. Un guide 58 fixe sur la tete 28 de l'etrier 26 recoit l'extremite d'une gaine de protection 59 dans laquelle coulisse le cable 57. Une traction sur le cable 57 fait coulisser l'endoscope 12 dans le trocart 14 selon l'axe Q et comprime le ressort 56. Lorsque le cfible 57 est relfiche, le ressort 56 se defend et ramene ltendoscope 12 dans une position de repos. L' element de maintien 55 peut facilement etre retire de liendoscope 12 pour permettre le retrait de l'endoscope 12 du trocart 14 par exemple pour en nettoyer la lentille, ou pour le remplacer par un autre endoscope ayant une longueur ou un angle de vision differents. Les trots moteurs et les cremailleres vent par exemple disposes dans un boltier a distance du patient. La commande des moteurs peut etre realisee de ntimporte queue fagon connue et ne sera pas decrite en detail par la suite. I1 peut siagir par exemple d'une commande vocale, diune commande manuelle par levier ou par boutons, d'une commande par pedales, etc. La commande des moteurs peut 8tre realisee en boucle ouverte ou fermee. Par exemple, le systeme 10 peut egalement comprendre un moyen de localisation pour detecter la position et l' orientation de l' incision 16, de l'endoscope 12 et d'un instrument d'inter- vention manipule par le chirurgien. Le moyen de localisation peut etre relic a un calculateur adapte a commander les moteurs. L'endoscope est alors deplace de facon, par exemple, a trans- mettre une image suivant en permanence l'extremite de l'instru- ment d' intervention. Les moteurs vent de preference debrayables pour permettre au chirurgien de deplacer manuellement le systeme 10 de positionnement. Les cables 43, 57 et l' ensemble de cables 49, 50 contr81ent chacun un degre de liberte de l'endoscope 12. Les cables 43, 49, 50, 57 vent agences de facon a ne pas subir d 'angles de flexion importants. En particulier, le secteur de poulie 47 a un rayon suffisamment important, de preference superieur a 50 mm, pour limiter la courbure des cables 49, 50. Ceci permet de prevenir une deterioration rapide des cables 43, 49, 50, 57. La base 18 et l'etrier 26 peuvent etre constitues d'acier pour en augmenter la durabilite et en faciliter la sterilisation. Les cables 43, 49, 50, 57 peuvent etre constitues d'un materiau recouvert de teflon et places dans des gaines 45, 46, 53, 54, 59 en teflon. Les figures 2A et 2B vent semblables respectivement aux figures 1B et 1C et representent une variante du systeme 10 de positionnement selon le premier mode de realisation. Seuls seront decrits les differences par rapport au premier mode de realisation. Selon cette variante, les moteurs electriques entral nant les cables d'actionnement vent agences directement au niveau du systeme 10 de positionnement. Les moteurs vent disposes pour gener au minimum les debattements de l'endoscope 12. Par exemple, un premier moteur 60, comportant un boltier cylindrique 61 et un arbre de sortie 62, est monte sur un support 63 relic a la base 18 de sorte que l'arbre de sortie 62 s'etende sensiblement selon un axe parallele a l'axe A. L'arbre de sortie 62 entralne une poulie 64 en rotation. La poulie 64 est reliee a l'anneau mobile 24 par un cable 65 pour entralner l'anneau mobile 24 de fa,con analogue au premier mode de lo realisation. Un second moteur 66, comportant un boltier cylindrique 67 et un arbre de sortie 68, est monte sur un support 69 relic a l'anneau mobile 24 de sorte que l'arbre de sortie 68 s'etende sensiblement selon un axe perpendiculaire aux axes et Q. L'arbre de sortie 68 entralne une poulie 70 en rotation. La poulie 70 est reliee au secteur de poulie 47 par un cable 71 pour entralner le secteur de poulie 47 de fa,con analogue au premier mode de realisation. Les moyens d'alimentation et de commande des moteurs 60, 66 ne vent pas representes. Les moteurs 60 et 66 peuvent etre commandes par tout dispositif classique. En particulier, les boitiers 61, 67 peuvent inclure des moyens d'alimentation et des moyens de commande a distance. Le coulis- sement de l'endoscope 12 dans le trocart 14 peut etre egalement commande par un troisieme moteur (non represente) place direc tement au niveau de l' clement de maintien 55. La presente variante du premier mode de realisation permet de liberer completement l' abdomen du patient lors de l' intervention chirurgicale. Les figures 3A a 3C representent, de fagon tres schematique, un second mode de realisation du systeme 10 de positionnement du trocart 14 dans lequel coulisse 1'endoscope (non represente), le trocart et l'endoscope penetrant dans l' abdomen du patient par ['incision 89. Selon le second mode, le systeme 10 comprend une base 80 en forme de "C" reposant sur l' abdomen du patient. Un rail 82 en forme d'un demi cercle est monte a pivot sur la base 80 autour d'un axe sensiblement tangent a l' abdomen du patient. Les deux extremites du rail 82 vent reliees sensiblement au deux extremite de la base 80 par deux liaisons de pivot 84, 86. Un chariot 88 est monte libre en coulissement sur le rail 82. Le chariot 88 porte le trocart 14. Les moyens de commande du coulissement de l'endoscope dans le trocart 14 ne vent pas representes sur les figures 3A a 3C et peuvent etre identiques a ceux du premier mode de realisation. Le coulissement du chariot 88 sur le rail 82, et le pivotement du rail 82 par rapport a la base 80 peuvent etre commandes par des cable s entraines par de s act ionneurs places a distance du patient comme pour le premier mode de realisation, ou en disposant directement les actionneurs au niveau du systeme de positionnement comme pour la variante precedemment decrite du premier mode. Selon une variante de l' invention, les mouvements de rotation de ltendoscope 12 dans le trocart 14 autour de son axe Q peuvent egalement etre commandes par un actionneur. Le systeme selon l' invention comporte de nombreux avantages. Premierement, le systeme de positionnement selon l' invention occupe un falble volume, est constitue d'une struc ture relativement simple, et a un faible poids. A titre d'exemple, la demanderesse a realise un systeme de position- nement selon l' invention inclus dans un cylindre de 70 mm de diametre et de 75 mm de hauteur, avec un poids inferieur a 400 g (auquel doivent etre ajoutes les poids de l'endoscope, du trocart, et eventuellement de la camera). Plusieurs systemes de positionnement selon l' invention peuvent done etre places simul- tanement sur le corps dun patient, chaque systeme permettant de positionner un dispositif d' observation et/ou d' intervention. Deuxiemement, l'axe de pivot de l'endoscope par rapport au corps du patient est sensiblement tangent au corps du patient, ce qui permet de reduire au maximum les dimensions de l' incision a realiser pour l' introduction du trocart et de l'endoscope dans le corps du patient. Troisiemement, le systeme de positionnement selon l' invention permet d'obtenir des angles de debattement de l'endoscope entre les axes Q et superieurs a 70 , avec une precision de 2 et une vitesse de pivotement superieure a 75 /s, et un coulissement de l'endoscope 12 dans le trocart 14 selon l'axe Q superieur a 200 mm, avec une precision de 10 mm et une vitesse de coulissement de ltordre de 80 mm/s. Quatriemement, le systeme permet de ne pas appliquer de force sur l' abdomen du patient au niveau de l' incision par laquelle ltendoscope penetre dans l' abdomen. Cinquiemement, seuls trots actionneurs vent neces saires pour controler les deplacements de l'endoscope. Ceci permet une commande simple et precise des actionneurs. Sixiemement, le systeme selon l' invention peut facile- ment etre mis en place sur le corps du patient et retire du corps du patient tout en maintenant en place le trocart et l'endoscope. Plus particulierement, selon le second mode de rea- lisation, le retrait du systeme de positionnement est facilite par le fait que la base est en forme de "C". Bien entendu, la presente invention est susceptible de diverges variantes et modifications qui apparaltront a l'homme de ['art. En particulier, les moteurs electriques peuvent etre remplaces par tout type dactionneurs. De plus, le systeme selon l' invention permet de positionner des dispositifs autres qu'un endoscope. I1 pourra s'agir, par exemple, dun ecarteur, diune piece, etc. r I REVENDI Q TIONS 1. Systeme (10) de positionnement par rapport au corps d'un patient d'un dispositif (12) d' observation et/ou d' inter vention dont une portion penetre dans le corps du patient comprenant: - une base (18, 80) posee sur le corps du patient; - un moyen de support du dispositif constitue d'au moins une premiere partie (24, 82) montee mobile sur la base selon une liaison a un degre de liberte, et d'une seconde partie (26, 88) montee mobile sur la premiere partie selon une liaison a un degre de liberte et reliee au dispositif; et - des moyens d'actionnement (43, 49, 50, 60, 66) de la premiere partie par rapport a la base, et de la deuxieme partie par rapport a la premiere partie. 2. Systeme selon la revendication 1, dans laquel la premiere partie (24) est un anneau mobile d'axe () sensiblement perpendiculaire au corps du patient, monte libre en rotation sur la base (18) autour de son axe. 3. Systeme selon la revendication 2, dans lequel la seconde partie (26) comprend une tete (28) reliee au dispositif (12) se prolongeant au moins par un bras (30, 31) monte a pivot sur l'anneau mobile (24) selon un axe (r) sensiblement tangent au corps du patient. 4. Systeme selon la revendication 1, dans lequel la premiere partie (82) comporte un rail en demi-cercle dont les extremites vent montees a pivot sur la base (80) selon un axe sensiblement tangent au corps du patient. 5. Systeme selon la revendication 4, dans loquel la seconde partie (88) comprend un chariot monte mobile en coulis sement sur le rail (82) et relic au dispositif (12). 6. Systeme selon la revendication 1, dans lequel le dispositif (12) est monte mobile sur la seconde partie (28, 88) selon une liaison a un degre de liberte. 7. Systeme selon la revendication 1, dans lequel les mouvements des premiere (24, 82) et seconde (26, 88) parties vent commandos par den cables (43, 49, 50) enLrain6s par des actionncurs siCuAs distance du patient. 8. 1, mouvemenLs des premiere (24, 82) at seconds (25, 88) parties gong commandos par des acLionneurs (60, 66) monL6s fug la base (18, 80). 9. SysL salon la revendicaLion 1, Mans laquel le