Brevet FR2850268A1 — publié le 20040730

i SYSTEME DE GUIDAGE DENTAIRE ET IMPLANTAIRE PAR CONTROLE EN IMAGERIE D'EMISSION ET DETECTION D'ONDES SPECIFIQUES. La présente invention se rapporte à un système de guidage dentaire et implantaire à partir de la détection et du contrôle par imagerie d'ondes appartenant à des gammes de longueurs d'onde spécifiques. L'invention s'applique en particulier aux forages en implantologie dentaire et aux pénétrations canalaires des dents en endodontie. Elle s'applique également en chirurgie maxillo-faciale, ou en ORL -neurochirurgie ou en chirurgie orthopédique. Pour guider le praticien, il est par exemple connu du document WO 99/32045 de déterminer le forage d'implant par superposition de repères placés sur un modèle de guidage radiographique, formé à partir d'un modèle de la mâchoire du patient muni de la denture à implanter, et de repères correspondants formés sur l'image numérique d'une mâchoire du 15 patient, afin de définir les axes de forage. Ce type de solutions ne permet pas de guider à chaque instant le praticien, en temps réel. Dans ces conditions, la fiabilité du forage n'est pas satisfaisante. De plus, les cots engendrés par la nécessité de réaliser des modèles de guidage sont pénalisants. Par ailleurs, cette approche 20 s'applique à l'implantation de prothèse dentaire complète, et ne convient pas lorsqu'il s'agit d'implanter une prothèse d'une ou deux dents ou lorsqu'il s'agit de forer un canal dans une dent. Selon d'autres sources, par exemple selon le document US 5,967,777, le guidage est foré par un robot dans une prothèse dentaire est 25 commandé, le robot étant commandé par une unité informatique en liaison avec une simulation numérique de l'implant dentaire à réaliser et d'une image numérique de la mâchoire du patient. Ce type de solutions souffre des mêmes inconvénients que précédemment, en particulier des cots engendrés. L'invention vise à s'affranchir de ces inconvénients, en 30 proposant de suivre par imagerie la progression d'un instrument de forage à partir d'une émission d'ondes et d'une réception de ces ondes dans des repères liés à l'instrument et au maxillaire à forer. Plus précisément, la présente invention a pour objet un système de guidage d'un instrument de traitement dentaire et implantaire par 35 contrôle en imagerie d'émission et détection d'ondes spécifiques, ce système comportant au moins un émetteur d'ondes, dans une gamme de longueurs d'onde spécifique, l'émetteur étant positionné sur l'instrument, ainsi qu'au moins trois récepteurs fixés à proximité du traitement à réaliser, ces récepteurs étant sensibles à la gamme de longueurs d'onde spécifique, et au moins un moyen d'imagerie numérique couplé aux récepteurs permettant de repérer les émetteurs et récepteurs et de suivre la progression du traitement. Selon différents modes de réalisation, la gamme de longueurs d'ondes concerne une gamme d'ondes ultrasonore, une gamme d'ondes infrarouge, une gamme d'ondes courtes radio, une gamme propre aux rayonnements de type laser, ou d'autres gammes, par exemple de type radar 10 ou hyperfréquences. Avantageusement, le guidage est réalisé à partir d'un émetteur ultrasonore disposé à la base de l'instrument de traitement, opposée à son extrémité active et, en option, d'au moins un émetteur secondaire à trois antennes disposé au niveau intra- et/ou extra - buccal, ainsi qu'au moins trois 15 récepteurs ultrasonores, disposés au niveau mandibulaire ou maxillaire, à proximité du lieu de l'intervention, directement implantés dans l'os au travers de la gencive, ou en liaison avec une gouttière de recouvrement. Les récepteurs sont conformes sous une forme sphérique ou en anneau, fixés à l'environnement dentaire ou par une colle biologique 20 composite, ou en forme de " clou " ou " d'épingle "fixé(e) sur la gencive ou directement dans l'os. Le suivi dynamique par traitement informatique permet de guider l'instrument, de préférence en trois dimensions. Pour ce faire, un moyen d'imagerie numérique appartenant à une unité centrale d'un ordinateur 25 muni d'un écran de visualisation reçoit le signal provenant des récepteurs. Le signal est numérisé par un convertisseur analogique / numérique de données en liaison avec au moins une radiographie, de type rétro-alvéolaire, panoramique ou scanora , et/ou un scanner, numérisé(e) (s) et préenregistré(e)(s) du maxillaire à traiter et de l'instrument utilisé. Une 30 visualisation informatique en temps réel des récepteurs et émetteurs détectés et préenregistrés permet de guider la progression de l'instrument sur l'écran de l'ordinateur, en particulier l'extrémité de l'instrument. Les émetteurs et récepteurs sont préenregistrés dans leur environnement respectif, instrument chirurgical pour les émetteurs et 35 maxillaire pour les récepteurs, afin de former les images numérisées à visualiser. Sur l'écran de l'ordinateur, les émetteurs et détecteurs détectés sont visualisés par rapport aux émetteurs et récepteurs des images préenregistrés. Un guidage du geste chirurgical est ainsi réalisé par le repérage et la visualisation de la position de l'instrument du chirurgien, le 5 déplacement de l'instrument agit alors sur l'écran à la manière d'une souris d'ordinateur. Une touche contact, fixée sur l'instrument et connectée à l'ordinateur, agit comme un clic de souris pour faire migrer les images du site, en fonction de la position de l'instrument. L'instrument incarne ainsi " la souris du chirurgien ". L'écran peut être avantageusement rendu portatif comme 10 écran auxiliaire et intégré à un casque du chirurgien. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture qui suit concernant un exemple de réalisation détaillé, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement: - la figure 1, une vue en coupe schématique lors de la mesure 15 de longueur d'un canal radiculaire de dent de mandibule dans une phase préliminaire à un traitement d'endodontie, la mandibule étant vue en coupe longitudinale partielle (vue vestibulaire); - la figure 2, une vue similaire à celle de la figure 1 en début du traitement canalaire; - la figure 3, une vue en coupe schématique lors du forage d'un puits dentaire en implantologie mandibulaire, la mandibule étant vue en coupe longitudinale partielle; la figure 4, une vue schématique en coupe transversale lors du forage selon la figure précédente (vue vestibulo-linguale); - la figure 5, un diagramme de traitement numérique d'aide au guidage lors d'un traitement d'endodontie ou d'implantologie, comportant les étapes de transfert d'informations et de commandes; - les figures 6a et 6b, un écran de contrôle d'ordinateur permettant de piloter un forage, respectivement en implantologie et en 30 endodontie, à partir de vues vestibulaire et vestibulo-linguale; et - la figure 7, un équipement portatif équipant le chirurgien pour lui permettre de suivre en temps réel la progression de son intervention en endodontie ou en implantologie. Comme illustré en figure 1, dans une phase préliminaire à un 35 traitement en endodontie radiculaire d'une mandibule 10 (maxillaire inférieur), la longueur du canal radiculaire 20 de la dent à traiter 30 est mesurée. Pour simplifier la représentation, la dent à traiter est monoradiculée dans l'exemple mais l'invention s'applique bien entendu de la même façon à chaque canal de dents pluriradiculées du maxillaire supérieur ou inférieur. La figure 1 illustre schématiquement la présence des autres 5 couronnes dentaires 3, ainsi que la lèvre 11 de l'os mandibulaire 10, la gencive 1 la et le nerf mandibulaire 12. Une lime 40 est entraînée en rotation (flèche F) et translation (flèche T) à partir de son manche 41 et pénètre dans le canal 20 à la recherche de l'apex 21 du canal. La lime est munie d'un émetteur 50 d'ondes 10 ultrasonores ou acoustiques, à environ 40 kHz. Cet émetteur 50 est disposé sur l'extrémité de la lime 40 opposée à son extrémité active 4. Les ondes sont captées par trois récepteurs sphériques 60, 61 et 62, sensibles aux ondes émises à environ la même fréquence. Ils sont répartis autour de la couronne de la dent à traiter 30 et en alignement avec son apex 21. A cet effet, le 15 récepteur 62 est introduit et maintenu sur un emplacement accessible, situé sur la gencive au niveau de son apex 21. Une autre solution consiste à utiliser un localisateur d'apex ultrasonore et de régler l'emplacement du récepteur 62 par rapport aux récepteurs 60 et 61. Les récepteurs sont maintenus grâce à l'environnement immédiat (dents, os, gencive) ou par une colle biologique composite adaptée et connue de l'homme de l'art. Le traitement numérique, qui sera décrit en détail plus loin, permet de suivre l'extrémité active 4 de la lime 40, la longueur de cette lime, 25 par exemple 21 ou 25 mm, ayant été présélectionnée ou saisie dans le logiciel de traitement numérique. Lorsque l'extrémité de la lime 40 atteint l'apex 21 du canal, la longueur du canal et la position de l'apex sont déterminées par calcul élémentaire à partir de la longueur totale de la lime et des positions de l'émetteur et des récepteurs. Le traitement rotatif intra-canalaire proprement dit, illustré en figure 2, utilise une lime 40a en alliage nickel-titane et un contre-angle 45. La lime 40a comporte à sa base l'émetteur principal 50, complété par deux émetteurs secondaires 51 et 52, disposés sur des bagues surmoulées 451 et 452 du contre-angle 45, respectivement à un niveau intra35 buccal et à un niveau extra-buccal. Ces émetteurs sont à triple antennes, respectivement 51a, 51b, 51c et 52a, 52b, 52c, afin de réaliser un repérage en trois dimensions (3D). Chaque antenne couvre en effet un angle solide d'amplitude limitée et un ensemble de trois antennes permet une couverture 3D. En endodontie (figure 2), l'émetteur 50 et les récepteurs 60 à 5 62 sont les mêmes que ceux utilisés lors de la phase préliminaire pour chaque canal. En implantologie (figure 3), le nombre de puits à forer se multipliant, le nombre de récepteurs se multiplie également. Par exemple, le guidage du foret 44 illustré en figure 3 multiplie le nombre de récepteurs 10 sphériques, 63 à 66 et 67 à 70 disposés respectivement en niveau supérieur et inférieur, en fonction du nombre de puits à forer. Les récepteurs 63 à 66, sont pris dans des gouttières de recouvrement 80 servant alors de guide chirurgical. Les gouttières sont constituées en résine autopolymérisante et plastique. Les récepteurs de niveau supérieur, inférieur ou latéral peuvent 15 aussi bien être directement collés sur la gencive et/ou implantés dans l'os maxillaire ou mandibulaire, à travers la gencive. La figure 4 illustre le forage d'un puits d'implant dentaire en coupe transversale, encore appelée vestibulo-linguale. Sur cette figure, les mêmes signes de référence que sur les figures précédentes ont été utilisés 20 pour indiquer les mêmes éléments. Il apparaît que, pour chaque implant, avantageusement trois récepteurs 60, 61 et 62, sont collés autour de l'os mandibulaire 10, dans une gouttière 80. Alternativement, les récepteurs peuvent être introduits dans l'os 10 ou dans la gencive l1 a. De cette façon, le suivi de la progression du foret 44 est rendu 25 plus sr, notamment par rapport au nerf mandibulaire 12 qui doit être évité, et la superposition du traitement informatique dénuée de toute ambiguté, comme décrit ci-après. Le traitement informatique est maintenant explicité en référence au diagramme de la figure 5. Que ce soit en endodontie ou en 30 implantologie, les données de position relative des émetteurs E (émetteurs 50, 51 ou 52) par rapport aux récepteurs R (récepteurs 60 à 70) sont fournies au processeur P de l'unité centrale d'un ordinateur à l'étape de détection 100 par les signaux captés par les récepteurs. Ces signaux sont transmis au processeur par l'intermédiaire d'un convertisseur C analogique / numérique de 35 données. L'unité centrale possède un programme spécialisé qui détermine les positions relatives des émetteurs et récepteurs. A l'étape de superposition 110, les positions des récepteurs R et des émetteurs E sont mises en relation avec des données d'images numérisées de l'environnement mandibulaire ou maxillaire, soit dans une radiographie rétroalvéolaire numérisée, soit dans une radiographie 5 panoramique numérisée, soit dans un scanner 3D suivant l'application. Un logiciel suiveur S, de type "tracking " (poursuite en dénomination anglosaxonne), permet à chaque instant une telle commande de superposition. La position des émetteurs E est ainsi numérisée à chaque instant par le traitement des positions relatives à l'étape d'imagerie 120. A 10 cette étape, une image numérisée de l'instrument de traitement 40a ou de forage 44 étant également intégrée dans le processeur de l'unité centrale de l'ordinateur, l'instrument est également visualisé à chaque instant à cette même étape en fonction de la position de ces émetteurs E, par l'intervention du logiciel de commande de superposition. Il s'en déduit que les informations de positions relatives de l'instrument " naviguent " dans l'image radiographique ou de scanner numérisée et fournissent donc une aide au guidage du geste chirurgical. Sur la figure 6a, illustrant le pilotage par ordinateur en implantologie, l'image de l'écran d'ordinateur 200 montre le guidage 20 dynamique du forage à l'aide du foret 44. L'écran étant équipé de deux tuners, des vues en coupe mandibulaire longitudinale ou vestibulaire (du type illustré en figure 3) et en coupe transversale ou vestibulo-linguale (du type illustré à la figure 4) apparaissent sur deux moitiés d'écran, respectivement 201 et 202. L'utilisateur voit ainsi, par incrustation, la face vestibulaire du maxillaire ou de 25 la mandibule du patient sur une première moitié d'écran 201, et la coupe transversale sur l'autre moitié d'écran 202. Le déplacement de l'instrument de traitement pilote sur l'écran 200 le déplacement de l'extrémité de l'image du foret 44 indiquée par une croix X, à la manière du déplacement d'une souris commandant le déplacement de l'index d'un écran d'ordinateur. Lorsque l'instrument de traitement est activé, l'utilisateur sélectionne automatiquement des coupes au sein de l'image numérisée 3D (radiographie ou scanner), offrant ainsi une vision " en tranches " du site opératoire dans sa profondeur. Sur la figure 6b, illustrant le pilotage en endodontie, l'image de 35 l'écran d'ordinateur 200 montre le guidage dynamique de la pénétration à l'aide d'une lime 40 ou 40a. Les vues en coupe mandibulaire longitudinale ou vestibulaire (du type illustrée en figure 1 ou 2) et en coupe transversale ou vestibulo-linguale apparaissent sur les deux moitiés d'écran, respectivement 201 et 202. L'émetteur 50 et les récepteurs 60 à 62 sont visualisés sous forme de sphères, l'émetteur 50 pénétrant dans le triangle formé par les récepteurs disposés aux trois sommets. Afin de suivre au plus près le forage de l'instrument de traitement, la figure 7 illustre l'utilisation d'un écran à cristaux liquides équipant les lunettes 210 du chirurgien 220, ou un casque adapté. Cet écran permet de suivre en temps réel la progression de l'intervention en endodontie ou en 10 implantologie. Par exemple, par incrustation sur son écran, le chirurgien " voit " les coupes vestibulaire 201 (figures 1, 2 ou 6b en endodontie; figures 3 ou 6a en implantologie) et vestibulo-linguale 202 (figures 6b en endodontie; figures 4 ou 6a en implantologie), ou l'une de ces coupes sur son écran et l'autre sur l'écran de contrôle de l'ordinateur. Il peut ainsi observer la coupe 15 SCANORA ou d'un scanner, à travers son écran situé sur un casque de " navigation virtuelle ", ou sur l'écran de contrôle de l'ordinateur. Un assistant peut "également ou alternativement observer sur l'écran de contrôle de l'ordinateur afin de modérer ou co-piloter le geste du chirurgien. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ou 20 représentés. Par exemple, dans une autre gamme de longueurs d'onde, des ondes courtes radio, des ultrasons ou des ondes hyperfréquences (radar), des ondes infrarouges ou laser, émises par des émetteurs situés sur l'instrument de traitement sont détectés par des récepteurs CCD (Dispositif à Couplage de Charges), un récepteur étant situé au droit de l'apex du forage à 25 réaliser. Le signal de chaque récepteur est alors également traité par un logiciel informatique adapté en liaison avec une radiographie numérisée, préenregistrée et personnalisée. Alternativement aux récepteurs répartis au niveau de la couronne, un récepteur annulaire peut être disposé au collet de la couronne 30 de la dent à traiter. De plus, les récepteurs R peuvent avoir une forme de barreau, à section carrée ou triangulaire, ou de " clou " ou " d'épingle " à tête aplatie, cylindrique ou sphérique, de manière à effectuer un meilleur repérage radiologique. REVENDICATIONS 1. Système de guidage d'un instrument de traitement dentaire et implantaire (40, 40a, 44), par contrôle en imagerie d'émission et détection d'ondes spécifiques, caractérisé en ce que ce système comporte au moins un 5 émetteur d'ondes (50), dans une gamme de longueurs d'onde spécifique, l'émetteur étant positionné sur l'instrument de traitement, ainsi qu'au moins trois récepteurs (60 à 70) fixés à proximité du traitement à réaliser, ces récepteurs étant sensibles à la gamme de longueurs d'onde spécifique et au moins un moyen d'imagerie numérique (P) couplé aux récepteurs permettant 1o de repérer les émetteurs et récepteurs et de suivre la progression du traitement. 2. Système de guidage selon la revendication 1, dans lequel l'émetteur (50) est disposé à la base de l'instrument de traitement (40, 40a, 44), opposée à son extrémité active (4). 3. Système de guidage selon les revendications 1 ou 2, dans lequel les récepteurs (60 à 70) sont choisis parmi la forme sphérique, en anneau, en forme de clou et d'épingle à tête aplatie, cylindrique ou sphérique. 4. Système de guidage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un émetteur secondaire 20 (51, 52) est disposé sur l'instrument de traitement, au niveau intra et/ou extrabuccal, cet émetteur ayant trois antennes (51a, 51b, 51c; 52a, 52b, 52c). 5. Système de guidage selon la revendication 1, dans lequel le moyen d'imagerie numérique (P) appartient à une unité centrale d'ordinateur muni d'un écran de visualisation (200), le signal provenant des récepteurs (60 25 à 70) étant numérisé par un convertisseur en liaison avec au moins une radiographie et/ou un scanner numérisé(e)(s) et préenregistré(e)(s) du maxillaire à traiter et de l'instrument utilisé pour superposer en temps réel les récepteurs et émetteurs et guider la progression de l'instrument sur l'écran de visualisation, en particulier l'extrémité (4) de l'instrument. 6. Système de guidage selon la revendication précédente, dans lequel les données de position relative des émetteurs (50, 51 ou 52) par rapport aux récepteurs (60 à 70) sont fournies au processeur (P) de l'unité centrale d'un ordinateur par les signaux captés par les récepteurs et transmis au processeur (P) par des moyens de transmission, par l'intermédiaire d'un 35 convertisseur (C) analogique / numérique de données. 7. Système de guidage selon la revendication 5, dans lequel les positions des récepteurs (60 à 70) sont visualisés par rapport aux positions prédéfinies de ces récepteurs dans l'image numérisée de l'environnement mandibulaire ou maxillaire par des moyens de numérisation, soit dans une 5 radiographie rétroalvéolaire numérisée, soit dans une radiographie panoramique scanora numérisée, soit dans un scanner 3D, par l'intervention d'une commande de superposition. 8. Système de guidage selon les revendications 5 et 7, dans lequel la position des émetteurs est également numérisée à chaque instant îo par le traitement des positions relatives dans des moyens de numérisation, une image numérisée de l'instrument de forage ou de traitement étant également intégrée dans le processeur de l'unité centrale de l'ordinateur, l'instrument étant également visualisé à chaque instant à cette même étape en fonction de la position des émetteurs par l'intervention d'une commande de 1 5 superposition. 9. Système de guidage selon la revendication précédente, dans lequel l'image de l'écran d'ordinateur (200) montre le guidage dynamique de l'instrument par des moyens de visualisation, la lime (40, 40a) en endodontie, respectivement, le foret (44) en implantologie dans une coupe 20 mandibulaire ou maxillaire transversale ou vestibulo-linguale, le déplacement de l'instrument de traitement (40, 40a, 44) pilote sur l'écran (200) le déplacement de l'extrémité (X) de l'instrument (44, 44a), à la manière du déplacement d'une souris. 10. Système de guidage selon la revendication précédente, 25 dans lequel l'écran de visualisation est un écran portatif intégré à un casque ou aux lunettes (210) du chirurgien (220). 11. Système de guidage selon la revendication 9 ou 10, dans lequel l'écran présente en incrustation au moins une vue en coupe longitudinale ou vestibulaire des maxillaires ou de la mandibule, et une vue en 30 coupe transversale ou vestibulo-linguale du maxillaire ou de la mandibule. 12. Système de guidage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la gamme de longueurs d'ondes se rapporte au choix à une gamme d'ondes ultrasonore, d'ondes infrarouge, d'ondes courtes radio, d'ondes hyperfréquences et une gamme propre aux 35 rayonnements de type laser.