Brevet FR2852226A1 — publié le 20040917

INSTRUMENT MÉDICAL LOCALISÉ À ÉCRAN ORIENTABLE La présente invention concerne des instruments médicaux utilisés pour la réalisation d'actes médicaux assistés par ordinateur. Lors de la réalisation d'un acte chirurgical assisté 5 par ordinateur, par exemple une opération chirurgicale, un acte thérapeutique ou un diagnostic, la position de l'instrument médical utilisé par le médecin est généralement déterminée en temps réel par rapport à un référentiel absolu. A partir de la position ainsi déterminée, une unité de traitement fournit des 10 données "utiles" au médecin par l'intermédiaire d'une interface homme/machine. Lorsque l'instrument médical est maintenu directement par le médecin, sa position est généralement déterminée par un système de localisation optique, magnétique, etc. Lorsque 15 l'instrument est maintenu par un robot porteur assistant le médecin, sa position est généralement déterminée directement à partir d'un modèle de fonctionnement du robot porteur. De façon générale, l'unité de traitement est un ordinateur et l'interface homme/machine correspond à l'écran de visualisation de 20 l'ordinateur. Selon la nature de l'instrument médical et de l'acte médical à effectuer, les données utiles correspondent par exemple à la trajectoire optimale que doit suivre l'instrument. Un inconvénient de l'utilisation d'un écran de visualisation d'ordinateur pour l'affichage des données utiles est que le médecin doit détourner son regard de l'instrument médical pour consulter les données affichées sur l'écran de 5 visualisation. De tels mouvements répétés risquent de gêner la concentration du médecin. L'écran de visualisation peut être maintenu à l'extrémité d'un bras porteur à proximité de l'instrument pour faciliter la rapidité de lecture des données. Toutefois, l'écran de visualisation ne peut pas être rapproché 10 excessivement de l'instrument médical pour ne pas gêner les mouvements et le champ de vision du médecin. Le médecin doit donc toujours détourner son regard de l'instrument pour consulter les données utiles affichées. Il existe des systèmes d'affichage comprenant un écran 15 transparent placé entre un utilisateur et un outil manipulé par l'utilisateur. Des données utiles sont affichées directement sur l'écran transparent. L'utilisateur peut alors sans détourner son regard surveiller l'outil au travers de l'écran transparent ou consulter les données affichées sur l'écran. L'écran transparent 20 est constitué par exemple d'une visière transparente associée à un casque porté par le médecin. De tels systèmes d'affichage "par transparence" sont néanmoins complexes et ont un coût élevé. En outre, ils sont peu adaptés à la réalisation d'actes médicaux. En effet, de tels 25 systèmes étant nécessairement placés à proximité du patient, et éventuellement directement en contact avec le médecin, ils doivent répondre à des contraintes de stérilisation propres au domaine médical. Toutefois, les systèmes d'affichage par transparence actuels sont peu adaptés aux techniques classiques 30 de stérilisation. La présente invention propose un instrument médical, pour la réalisation d'un acte médical assisté par ordinateur, dont la position est déterminée pour l'affichage de données pouvant être consultées par le médecin pratiquant l'acte médical sans nécessiter que ce dernier détourne excessivement son regard de l'instrument médical. Dans ce but, elle prévoit un instrument médical comportant un outil médical destiné, pendant la réalisation d'un 5 acte médical, à être maintenu par un utilisateur et/ou par un robot et dont la position est destinée à être déterminée par un système de localisation. L'instrument médical comprend un système d'affichage ayant un écran de visualisation, un élément de liaison reliant le système d'affichage à l'outil et 10 maintenant la distance minimale entre l'écran de visualisation et l'outil inférieure à 15 centimètres et étant adapté à orienter l'écran de visualisation par rapport à l'outil, un moyen de transmission au système d'affichage de données à afficher sur l'écran de visualisation qui dépendent de la 15 position déterminée de l'outil, un moyen d'alimentation du système d'affichage, et une enceinte stérile contenant l'écran de visualisation, le moyen de transmission et le moyen d'alimentation. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément 20 de liaison est stérilisable. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enceinte comprend un boîtier stérile, rigide et transparent contenant le système d'affichage. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen 25 d'alimentation et le moyen de transmission comprennent un câble d'alimentation relié au système d'affichage, l'enceinte comprenant une gaine stérile entourant au moins partiellement le câble d'alimentation. Selon un mode de réalisation de l'invention, 30 l'enceinte comprend une housse stérile, souple et transparente contenant le système d'affichage. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système d'affichage est stérile. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément de liaison est adapté à orienter l'écran de visualisation par rapport à l'outil selon des positions discrètes. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'écran de visualisation est un écran tactile. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément de liaison est adapté à être séparé de l'outil et/ou du système d'affichage. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen 10 de transmission est un moyen de transmission de données à distance intégré au système d'affichage. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen d'alimentation est une batterie intégrée au système d'affichage. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que 15 d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'exemples de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: les figures 1, 2 et 3 représentent des vues en 20 perspective schématiques respectivement de premier, deuxième et troisième exemples de réalisation d'un instrument selon l'invention. La figure 1 représente un premier exemple de réalisation d'un instrument médical 10 selon l'invention utilisé 25 pour la réalisation d'un acte médical assisté par ordinateur. L'instrument 10 comprend un outil médical classique 12 représenté schématiquement par un corps cylindrique. Des exemples d'outils médicaux classiquement utilisés pour la réalisation d'actes médicaux assistés par ordinateur 30 sont les suivants: - guide de coupe osseuse ou bloc de guides de coupe osseuse; - scie oscillante moteur comportant une mèche, du type perceuse, par 35 exemple pour le rachis ou pour effectuer des opérations telles que les visées de col fémoral, ou les visées sacro-iliaques, guide d'un tel moteur; - fraise, guide de fraise - aiguille, par exemple aiguille de ponction ou 5 aiguille de placement de grains en curiethérapie, guide d'aiguille; - trocart à biopsie, guide de trocart - électrode, par exemple électrode de stimulation ou de mesure, guide d'électrode; - pointeur, guide de pointeur - endoscope souple ou rigide; et - sonde échographique. Selon le premier exemple de réalisation, l'outil 12 est destiné à être maintenu par le médecin pendant la 15 réalisation de l'acte médical. L'instrument médical 10 comprend également un moyen de localisation 14 fixé à l'outil 12 et constitué par exemple d'un corps rigide sur lequel sont disposées des pastilles rétro- réfléchissantes 16. Le corps rigide 14 est utilisé pour la détermination de la position de 20 l'instrument 10 par un système de localisation du type optique non représenté. Un système d'affichage 18 comprenant un écran de visualisation 19 est relié au corps cylindrique 12 par un élément de liaison mécanique articulé 20, formé par exemple par 25 deux bras reliés par une rotule. Le système d'affichage 18 est de petites dimensions, l'écran de visualisation 19 étant de préférence le plus grand possible. Le système d'affichage 18 est par exemple inclus dans un cube dont le côté est inférieur à 20 cm. L'élément de liaison 20 est adapté à maintenir la distance 30 minimale entre l'écran de visualisation 19 et l'outil inférieure à 15 centimètres. L'élément de liaison mécanique 20 permet au médecin de changer l'orientation du système d'affichage 18 par rapport à l'outil 12 de façon continue ou selon des positions d'orientation discrètes prédéfinies. Un câble d'alimentation 22 35 est connecté au système d'affichage 18 et lui transmet l'énergie d'alimentation et les données utiles à afficher sur l'écran de visualisation 19. La nature des données utiles dépend notamment du type d'instrument utilisé et de l'acte médical à effectuer. Certaines 5 données utiles dépendent de la position de l'instrument médical 10 et évoluent en temps réel en fonction de la position de l'instrument médical 10. Les données affichées sur l'écran de visualisation 19 peuvent consister en des images, des graphiques, du texte, etc., c'est-à-dire toutes données adaptées 10 à apporter une assistance au médecin ou une information pertinente pendant la réalisation de l'acte médical. Des exemples de données utiles affichées sur l'écran de visualisation 19 sont les suivants: - viseur matérialisant la trajectoire idéale que 15 l'instrument médical 10 doit suivre, la trajectoire réellement suivie par l'instrument 10 étant également représentée. Une telle donnée facilite notamment les gestes chirurgicaux comportant des mouvements linéaires tels qu'un perçage, une ponction, une biopsie, un placement d'électrodes ou 20 d'aiguilles; - plan de coupe idéal par rapport à un plan de coupe réellement suivi; - coupe de différents organes provenant d'un moyen d'imagerie anatomique ou fonctionnelle perpendiculaire à la 25 trajectoire de l'instrument 10; - modèles d'organes définis au préalable et représentés sur l'écran de visualisation 19 en fonction de la position de l'instrument 10; - paramètres adaptés à un acte médical donné, par 30 exemple, angles d'antéversion et d'inclinaison d'organes comme par exemple dans le cas de l'arthroplastie du genou et/ou de la hanche, cartes d'anisométrie comme par exemple dans le cas de la reconstruction du ligament croisé antérieur, ou profondeur atteinte pour un geste de visée linéaire; - image acquise par l'instrument 10 dans le cas o l'instrument 10 est une sonde échographique ou une sonde endoscopique, éventuellement avec la position d'une cible prévue au préalable. Les données affichées sur l'écran de visualisation 19 peuvent consister en une combinaison de plusieurs données, notamment parmi les exemples précédemment mentionnés. Le système d'affichage 18 est contenu dans un boîtier transparent 24 qui ne gène pas la vision de l'écran de 10 visualisation 19 par le médecin. La portion du câble d'alimentation 22 du système d'affichage 18 à l'extérieur du boîtier transparent 24 est contenue dans une gaine 26. La gaine 26, le boîtier transparent 24 et l'élément de liaison mécanique 20 sont réalisés dans des matériaux pouvant facilement être 15 stérilisés. Une stérilisation est par exemple effectuée entre deux utilisations successives. Le boîtier transparent 24, la gaine 26 et l'élément de liaison 20 peuvent également être remplacés par de nouveaux éléments stériles si leur coût de revient le permet. L'élément de liaison 20 est démontable et peut se détacher de l'outil 12 et du système d'affichage 18. Le boîtier transparent 24, la gaine 26 et l'élément de liaison 20 peuvent donc être stérilisés séparément en vue d'une prochaine utilisation. En outre, un même système d'affichage 18 peut ainsi 25 être fixé à des outils 12 différents. L'instrument médical 10 selon le premier exemple de réalisation de l'invention est avantageusement adapté à être maintenu directement par un médecin. Pour ce faire, le poids du système d'affichage 18 est aussi faible que possible pour ne pas 30 fatiguer excessivement le médecin. Selon une variante du premier exemple de réalisation, le boîtier 24 comprend une zone transparente uniquement au niveau de l'écran de visualisation 19. L'élément de liaison mécanique 20 est tel que la 35 distance moyenne entre l'écran de visualisation 19 et l'outil 12 reste inférieure à 50 centimètres. L'écran de visualisation 19 demeure pendant la réalisation de l'acte médical à proximité de l'outil 12 et est donc en permanence dans le champ de vision du médecin. Le médecin peut donc consulter les données affichées 5 sur l'écran de visualisation 19 en détournant au minimum le regard. La figure 2 représente un deuxième exemple de réalisation d'un instrument médical 10 selon l'invention comportant, comme pour le premier exemple de réalisation, un 10 outil classique 12 relié à un système d'affichage 18 ayant un écran de visualisation 19 par un élément de liaison mécanique orientable 20. Dans le deuxième exemple de réalisation, l'instrument est maintenu pendant l'acte médical par un robot porteur 28. 15 Les déplacements du robot porteur 28 sont commandés à distance par le médecin ou accompagnent automatiquement les mouvements de l'instrument 10 guidés manuellement par le médecin. A titre d'exemple, le robot porteur 28 est représenté schématiquement par des premier, deuxième et troisième bras 30A, 30B, 30C montés 20 en série et reliés par des liaisons pivotantes 34A, 34B, 34C. Le premier bras 30A comprend un préhenseur 35 maintenant l'outil 12. Le troisième bras 30D repose sur le sol par l'intermédiaire d'une embase 36. Des moteurs électriques, non représentés, assurent les déplacements des bras les uns par rapport aux 25 autres. Selon le deuxième exemple de réalisation, le système d'affichage 18 est contenu dans une housse souple et transparente 40 constituée d'un matériau pouvant facilement être stérilisé. L'alimentation du système d'affichage 18 et la 30 transmission des données à afficher sur l'écran de visualisation 19 sont pourvues par le câble d'alimentation 22. La portion du câble d'alimentation 22 à l'extérieur de la housse stérile 40 est contenue dans une chaussette souple et stérile 42. Le câble d'alimentation 22 peut directement être connecté au robot 35 porteur 28 qui assure la transmission de l'énergie d'alimentation et des données à afficher. Les signaux de commande des moteurs électriques du robot porteur 28 et les données à afficher sur l'écran de visualisation 19 sont fournis au robot porteur 28 par des moyens non représentés. Comme pour 5 le premier exemple de réalisation, l'élément de liaison mécanique 20 est démontable. Le deuxième exemple de réalisation permet l'utilisation d'un système d'affichage 18 plus lourd que dans le premier exemple de réalisation puisque le poids de l'instrument 10 10 est supporté par le robot porteur 28. On peut en outre prévoir un système d'affichage intégrant des moyens d'échange de données sans fil de façon à supprimer le câble d'alimentation 22. Toutefois, les dimensions du système d'affichage 18 doivent rester suffisamment faibles pour ne pas gêner le médecin pendant 15 la réalisation de l'acte médical. De plus, l'utilisation d'une housse transparente 40 permet au médecin pratiquant l'acte médical de toucher l'écran de visualisation 19. Selon une variante du premier exemple de réalisation, l'écran de visualisation est un écran tactile 20 comprenant des moyens de traitement embarqués. Le médecin choisit alors au moyen de différents menus pour sélectionner la ou les données qu'il souhaite consulter parmi les données disponibles. L'utilisation d'un robot porteur 28 permet également 25 de déterminer la position de l'instrument médical 10 directement à partir d'un modèle représentant le robot porteur 28. Ceci permet d'éviter l'ajout d'un corps rigide sur l'outil 12 et donc réduit l'encombrement de l'instrument 10. La figure 3 représente un troisième exemple de 30 réalisation d'un instrument médical 10 selon l'invention. L'outil médical 12 représenté en figure 3 correspond par exemple à un guide mécanique d'aiguille de ponction. L'outil médical 12 est maintenu dans une bague de réception 44 à laquelle sont fixés le corps rigide 14 et l'élément de liaison mécanique 20. 35 Le corps rigide 14 a, dans cet exemple, une forme triangulaire, une pastille 16 étant disposée dans chaque coin du corps rigide 14. L'élément de liaison mécanique 20 est constitué, par exemple, d'un coude articulé permettant l'orientation du système d'affichage 18. Selon le troisième exemple de réalisation, le système d'affichage 18 est stérilisé directement. L'écran de visualisation 19 et son support forment alors une enceinte stérile. Le boîtier transparent du premier exemple de réalisation et la housse transparente du deuxième exemple de 10 réalisation sont alors supprimés. La stérilisation est par exemple réalisée de façon connue par une exposition du système d'affichage 18 aux rayons gamma. Le système d'affichage 18 peut être utilisé pour la réalisation de plusieurs actes médicaux en étant stérilisé entre chaque acte. Si le coût de revient est 15 suffisamment bas, le système d'affichage 18 stérile est à usage unique. L'alimentation du système d'affichage 18 est obtenue par des batteries directement intégrées au système d'affichage 18. En outre, le système d'affichage 18 comprend un moyen 20 d'échange de données à distance pour recevoir les données utiles à afficher sur l'écran de visualisation. Il n'est alors pas nécessaire de prévoir un câble d'alimentation et une gaine stérile associée comme pour les modes de réalisation précédents. Selon une variante des exemples de réalisation, on 25 prévoit un système de commande distinct pour modifier l'affichage de données utiles sur l'écran de visualisation. Il s'agit par exemple d'un système de commande à pédales, ou d'un système à commande vocale actionné par le médecin au cours de l'opération. La présente invention comporte de nombreux avantages Premièrement, en prévoyant un écran de visualisation directement au niveau de l'instrument médical utilisé pour réaliser un acte médical assisté par ordinateur, la présente invention permet au médecin de consulter des données utiles 1l affichées sur l'écran de visualisation sans détourner le regard de l'instrument médical. Deuxièmement, la présente invention gêne au minimum le champ de vision et les mouvements du médecin lors de la 5 réalisation de l'acte médical, le système d'affichage étant de dimensions réduites et pouvant être orienté par rapport à l'outil constituant l'instrument médical. Troisièmement, la présente invention est particulièrement adaptée au domaine médical puisque les éléments 10 qui constituent l'instrument médical peuvent facilement être stérilisés. En outre, lesdits éléments étant démontables, on peut donc prévoir une stérilisation séparée de chaque élément selon une technique de stérilisation adaptée à chacun. Bien entendu, la présente invention est susceptible 15 de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, des caractéristiques du troisième exemple de réalisation peuvent être adaptées au premier ou au deuxième exemples de réalisation. Par exemple, dans le premier exemple de réalisation, le système d'affichage 20 18 peut intégrer une batterie d'alimentation et, éventuellement, un moyen d'échange de données à distance. Ceci permet de supprimer le câble d'alimentation 22 et donc de simplifier la structure du boîtier transparent 24 ainsi que le retrait et le montage du boîtier transparent 24 entre deux utilisations 25 successives. Il en est de même pour le deuxième mode de réalisation. REVENDICATIONS 1. Instrument médical (10) comportant un outil médical (12) destiné, pendant la réalisation d'un acte médical, à être maintenu par un utilisateur et/ou par un robot (28) et dont la position est destinée à être déterminée par un système de localisation (14, 16), caractérisé en ce qu'il comporte: - un système d'affichage (18) ayant un écran de visualisation (19) ; - un élément de liaison (20) reliant le système d'affichage à l'outil et maintenant la distance minimale entre 10 l'écran de visualisation et l'outil inférieure à 15 centimètres et étant adapté à orienter l'écran de visualisation par rapport à l'outil; - un moyen de transmission (22) au système d'affichage de données à afficher sur l'écran de visualisation 15 qui dépendent de la position déterminée de l'outil; un moyen d'alimentation (22) du système d'affichage; et - une enceinte stérile (24, 26, 40, 42) contenant l'écran de visualisation, le moyen de transmission et le moyen 20 d'alimentation. 2. Instrument (10) selon la revendication 1, dans lequel l'élément de liaison (20) est stérilisable. 3. Instrument (10) selon la revendication 1, dans lequel l'enceinte comprend un boîtier (24) stérile, rigide et 25 transparent contenant le système d'affichage (18). 4. Instrument (10) selon la revendication 1, dans lequel le moyen d'alimentation et le moyen de transmission comprennent un câble d'alimentation (22) relié au système d'affichage (18), l'enceinte comprenant une gaine stérile (26) 30 entourant au moins partiellement le câble d'alimentation. 5. Instrument (10) selon la revendication 1, dans lequel l'enceinte comprend une housse (40) stérile, souple et transparente contenant le système d'affichage (18). 6. Instrument (10) selon la revendication 1, dans lequel le système d'affichage (18) est stérile. 7. Instrument (10) selon la revendication 1, dans lequel l'élément de liaison (20) est adapté à orienter l'écran 5 de visualisation (19) par rapport à l'outil (12) selon des positions discrètes. 8. Instrument (10) selon la revendication 1, dans lequel l'écran de visualisation (19) est un écran tactile. 9. Instrument (10) selon la revendication 1, dans 10 lequel l'élément de liaison (20) est adapté à être séparé de l'outil (12) et/ou du système d'affichage (18). 10. Instrument (10) selon la revendication 1, dans lequel le moyen de transmission est un moyen de transmission de données à distance intégré au système d'affichage (18). 11. Instrument (10) selon la revendication 1, dans lequel le moyen d'alimentation est une batterie intégrée au système d'affichage (18).