Brevet FR2867376A1 — publié le 20050916

k La présente invention concerne un dispositif de détermination de la position d'une partie d'un corps humain, ainsi qu'un ensemble de détermination de la 5 position d'une partie d'un corps humain comprenant au moins un tel dispositif. L'invention vise notamment la chirurgie assistée ordinateur, encore dénommée GMCAO, qui nécessite de suivre en temps réel la mobilité d'un membre ou d'une partie de membre du corps humain. Elle trouve son application à tous les domaines de l'orthopédie, ainsi qu'à tout type de mouvements intervenant lors d'une opération chirurgicale, en particulier d'amplitude importante. Dans le cadre de la chirurgie assistée par ordinateur, il est connu de placer, lors de l'opération, un dispositif de détermination de position sur la partie du corps humain considérée. A cet effet, un tel dispositif est équipé de capteurs, dont chacun est pourvu d'un film réfléchissant associé à une caméra de type infra-rouge. Enfin, un ordinateur permet d'accéder en temps réel aux différentes positions de la partie précitée. Un dispositif de ce type est tout d'abord connu de USAI-2002/0068942. Selon l'enseignement de ce document, il est prévu trois capteurs, qui sont agencés sous la forme d'une sphère. Cette solution présente cependant certains inconvénients. En effet, les capteurs sphériques auxquels il est fait appel sont d'un prix particulièrement élevé, ce qui obère l'intérêt économique global d'un tel dispositif. Une solution alternative a été proposée par FR-A-2 799 361. Ce document divulgue un dispositif de détermination de position, qui comprend un support, un film réfléchissant, une plaque métallique ajourée placée sur ce film, ainsi qu'un aimant destiné à attirer la plaque métallique contre un support. Quand bien même cette seconde solution est plus avantageuse, en termes économiques, elle ne se révèle cependant pas totalement satisfaisante. En effet, un tel dispositif ne permet pas d'assurer une détermination fiable de position, en particulier lorsque le membre du corps humain considéré est soumis à des mouvements d'amplitude importante. Ceci étant précisé, l'invention se propose de remédier aux différents inconvénients de l'art antérieur évoqués ci-dessus. En particulier, elle vise à proposer un dispositif qui, tout en présentant un prix de revient raisonnable, permet de déterminer de façon fiable et sûre la position d'une partie du corps humain, en particulier lorsque celle-ci est soumise à des mouvements de grande amplitude. A cet effet, elle a pour objet un dispositif de détermination de la position d'une partie d'un corps humain, comprenant un support pourvu de moyens de fixation sur ladite partie du corps humain, un premier organe de détermination de position, monté sur le support, qui comprend au moins trois premiers capteurs, dont chacun est muni d'un premier film réfléchissant plan, les trois premiers capteurs définissant un premier plan, ainsi qu'un second organe de détermination de position, monté sur le support, qui comprend au moins trois seconds capteurs, dont chacun est muni d'un second film réfléchissant plan, ces trois seconds capteurs définissant un second plan, ces premier et second plans n'étant pas parallèles en service. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - les premier et second plans sont propres à former, en service, un angle compris entre 220 et 300 , de préférence entre 240 et 280 , notamment voisin de 260 - les premier et second plans sont perpendiculaires à un même plan; - les premier et second plans ne sont pas perpendiculaires à un même plan; - les premier et second organes de détermination de position sont solidaires en translation par rapport au support mais possèdent au moins un degré de liberté en rotation, en particulier trois degrés de liberté en rotation, par rapport à ce support; - il est prévu des moyens permettant d'empêcher une rotation du support par rapport à la partie du corps humain, notamment une pièce de liaison solidaire de ce support, ainsi qu'une broche auxiliaire apte à pénétrer dans ladite partie, à distance du support; - il est prévu des moyens de positionnement angulaire des deux organes de détermination de position selon un angle variable, en particulier une charnière reliant ces deux organes; - chaque organe de détermination de position est 20 réalisé sous forme d'une plaque ajourée; - chaque organe de détermination de position présente une forme globalement triangulaire, et possède trois capteurs dont chacun est prévu au voisinage d'un coin de ce triangle. L'invention a également pour objet un ensemble de détermination de la position d'une partie d'un corps humain, comprenant au moins un dispositif de détermination de la position de cette partie du corps humain, ce dispositif étant apte à être solidarisé à ladite partie du corps humain, au moins une caméra apte à coopérer avec le ou chaque dispositif, ainsi que des moyens de gestion, tels qu'un ordinateur, caractérisé en ce que le ou chaque dispositif est tel que défini ci- dessus. L'invention a enfin pour objet un procédé de détermination de la position d'une partie d'un corps humain, en particulier lors d'un intervention chirurgicale, comprenant les étapes suivantes: - on solidarise au moins un dispositif de détermination de position, tel que défini ci-dessus, sur cette partie du corps humain; - on oriente le ou chaque dispositif, de manière que les premier et second capteurs puissent être atteints par un faisceau d'une caméra, notamment de type infra-rouge; et - on détecte en continu la position de cette partie du corps humain, en fonction des données provenant de cette caméra et de ces capteurs. Selon une caractéristique de l'invention, on maintient invariante l'orientation relative des deux organes de détermination de position, lors d'une même intervention chirurgicale. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, on modifie l'orientation relative de ces deux organes de détermination de position, entre deux interventions successives. L'invention va être décrite ci-après, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non 25 limitatifs, dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective, illustrant un dispositif de détermination de la position d'une partie d'un corps humain, conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue de dessus, illustrant schématiquement un ensemble de détermination de la position d'une partie d'un corps humain, qui comprend notamment le dispositif de la figure 1; 2867376 5 - la figure 3 est une vue de côté, illustrant une première variante de réalisation du dispositif de détermination de position des figures 1 et 2; et - la figure 4 est une vue de dessus, illustrant 5 une seconde variante de réalisation du dispositif de détermination de position des figures 1 et 2. En référence tout d'abord à la figure 1, le dispositif de détermination de position, conforme à l'invention, comprend une tige 2, formant support. Celle-ci est propre à être fixée, de façon connue en soi, dans une partie d'un corps humain, qui est en l'occurrence un os 4 représenté de façon schématique. Il est en outre prévu une pièce de liaison 6, globalement en forme de L. Cette pièce 6 est pourvue de deux orifices traversants, destinés respectivement au passage de la tige précitée 2, ainsi que d'une broche auxiliaire 8. Cette mesure permet ainsi d'éviter toute rotation intempestive de la tige 2 par rapport à l'os 4, en service. La tige 2 est surmontée d'une articulation de type rotule, désignée dans son ensemble par la référence 10. Cette rotule 10 supporte une embase 12, sur laquelle est monté un premier organe 14 de détermination de position, qui est réalisé sous forme d'une plaque ajourée sensiblement triangulaire. Cette plaque 14 est pourvue, sur l'une 141 de ses faces, de trois capteurs 16, qui sont coplanaires et définissent ainsi un premier plan P1. Ces capteurs 16, qui sont connus en tant que tels, sont pourvus de films réfléchissants plans 161, par exemple conformes à l'enseignement de FR-A2 799 361. Ces différents films réfléchissants 161 sont à même de coopérer avec une caméra infra-rouge, comme cela sera décrit dans ce qui suit. Les capteurs 16 sont ainsi 2867376 6 dénommés de type plan, étant donné la présence des films réfléchissants 161. L'embase 12 supporte un second organe 18 de détermination de position, qui est également réalisé sous forme d'une plaque ajourée, analogue à celle 14 évoquée ci-dessus. Cette seconde plaque 18 est pourvue, sur l'une 181 de ses faces, de trois capteurs 20, qui sont analogues à ceux 16 décrits ci-dessus. Ces trois capteurs 20 coplanaires, qui sont pourvus de films réfléchissants plans 201, définissent un second plan noté P2. La figure 2 illustre un ensemble de détermination de position, qui comprend notamment le dispositif décrit sur la figure 1. Il est également prévu une caméra infra-rouge 22, de type connu en soi, qui est apte à coopérer de façon classique avec les différents capteurs 16 et 20. Enfin, un ordinateur 24, représenté de façon schématique, est propre à analyser et à gérer les données provenant, en temps réel, de la caméra 22 et des différents capteurs 16 et 20. Comme le montre cette figure 2, les plans P1 et P2, définis respectivement par les plaques 14 et 18, sont perpendiculaires à un même plan, qui est en l'occurrence le plan de la feuille. Cependant, ces deux plans P1 et P2 ne sont pas parallèles, étant donné qu'ils forment un angle a référencé sur cette figure 2. Dans un but de clarté de la présentation de l'invention, il est à noter que cet angle a s'étend entre les faces 141 et 181 des plaques 14 et 18, qui sont pourvues des capteurs 16 et 20. De manière avantageuse, cet angle a est compris entre 220 et 300 , de préférence entre 240 et 280 , en particulier égal à 260 . En service, il s'agit tout d'abord de disposer l'ensemble formé par les plaques 14 et 18, de sorte que les capteurs 16 et 20 soient globalement placés en direction de la caméra 22. Dans cette optique, il convient de noter que ces plaques possèdent trois degrés de liberté en rotation par rapport à la tige 2, grâce à la présence de la rotule 10, ce qui autorise un ajustement précis de leur position. Puis, on actionne la caméra 22, de sorte que son faisceau 221 se trouve dirigé vers ces capteurs 16 et 20, qui réfléchissent alors ce faisceau grâce à la présence des films 161 et 201. Enfin, l'ordinateur 24 analyse et gère, en temps réel, les données instantanées provenant de la caméra et des différents capteurs. Etant donné que les plans P1 et P2 ne sont pas parallèles, ceci garantit en permanence une visibilité satisfaisante des capteurs 16 et 20 par le faisceau infra-rouge 221, quel que soit le mouvement de l'os 4 durant l'opération. La présence des faces 141 et 181, pourvues des capteurs précités, autorise ainsi un suivi de tous les mouvements possibles de la partie du corps humain considérée, quelle que soit leur amplitude physiologique. Ceci est à comparer avec la solution décrite dans FR-A-2 799 361, qui ne garantit pas un tel suivi de façon satisfaisante. De plus, le dispositif de détermination de position conforme à l'invention est avantageux en termes économiques, en particulier par comparaison avec l'enseignement de US-Al- 2002/0068942. En effet, l'utilisation de capteurs plans, dans la présente invention, implique un coût de réalisation notablement inférieur à celui entraîné par l'emploi d'autres sortes de capteurs, en particulier de type sphérique. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté en référence aux figures 1 et 2. On trouve ainsi, aux figures 3 et 4, deux autres variantes non limitatives de réalisation de l'invention. Sur la figure 3, les éléments mécaniques analogues à ceux des figures 1 et 2 y sont affectés des mêmes numéros de référence, augmentés de 100. On retrouve ainsi notamment deux plaques 114 et 118, qui définissent deux plans respectifs P' l et P'2. Ces plaques diffèrent de celles 14 et 18 de l'exemple des figures 1 et 2, qui sont perpendiculaires à un même plan. En effet, ces plaques 114 et 118, tout en n'étant pas parallèles entre elles, ne sont pas non plus perpendiculaires à un même plan. De façon plus précise, en supposant que le plan P'1 de la première plaque 114 est vertical, le plan P'2 de la seconde plaque 118 se trouve incliné par rapport à cette même verticale. L'angle d'inclinaison, noté a' sur la figure 3, est par exemple compris entre - 20 et + 20 . Sur la figure 4, les éléments mécaniques analogues à ceux des figures 1 et 2 y sont affectés des mêmes numéros de référence, augmentés de 200. On retrouve ainsi notamment deux plaques 214 et 218, qui définissent deux plans respectifs P" I et P"2. Ces plaques diffèrent de celles 14 et 18 de l'exemple des figures 1 et 2, qui forment un angle a fixé au préalable. En effet, ces plaques 214 et 218 sont réunies par une charnière 217, de type connu en soi, alors qu'il est en outre prévu des moyens, non représentés, permettant d'immobiliser mutuellement ces deux plaques 214 et 218, dans une position donnée. Ainsi, il est possible de faire varier l'angle, noté a " , formé par les deux plaques 214 et 218. 9 REVENDICATIONS 1. Dispositif de détermination de la position d'une partie (4) d'un corps humain, comprenant un support (2) pourvu de moyens de fixation sur ladite partie (4) du corps humain, un premier organe (14; 114; 214) de détermination de position, monté sur le support (2), qui comprend au moins trois premiers capteurs (16; 116; 216), dont chacun est muni d'un premier film réfléchissant plan (161; 1161; 2161), les trois premiers capteurs définissant un premier plan (P1; P' l; P''1), ainsi qu'un second organe (18; 118; 218) de détermination de position, monté sur le support (2), qui comprend au moins trois seconds capteurs (20; 120; 220), dont chacun est muni d'un second film réfléchissant plan (201; 1201; 2201), ces trois seconds capteurs définissant un second plan (P2; P'2; P"2), ces premier et second plans n'étant pas parallèles en service. 2. Dispositif de détermination de position selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second plans (P1i P2; P' l; P12; P" I, , P"2) 2) sont propres à former, en service, un angle (a; a") compris entre 220 et 300 , de préférence entre 240 et 280 , notamment voisin de 260 . 3. Dispositif de détermination de position selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les premier et second plans (P1, P2; P"1, 1, P"2) 2) sont perpendiculaires à un même plan. 4. Dispositif de détermination de position selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les premier et second plans (P'1, P'2) ne sont pas perpendiculaires à un même plan. 5. Dispositif de détermination de position selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier et second organes de détermination de position (14, 18; 114, 118; 214, 218) sont solidaires en translation par rapport au support (2) mais possèdent au moins un degré de liberté en rotation, en particulier trois degrés de liberté en rotation, par rapport à ce support (2). 6. Dispositif de détermination de position selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens (6, 8) permettant d'empêcher une rotation du support (2) par rapport à la partie (4) du corps humain, notamment une pièce de liaison (6) solidaire de ce support, ainsi qu'une broche auxiliaire (8) apte à pénétrer dans ladite partie (4), à distance du support (2). 7. Dispositif de détermination de position selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens (217) de positionnement angulaire des deux organes de détermination de position (214, 218) selon un angle variable (a"), en particulier une charnière (217) reliant ces deux organes. 8. Dispositif de détermination selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque organe de détermination de position est réalisé sous forme d'une plaque ajourée (14, 18; 114, 118; 214, 218). 9. Dispositif de détermination de position selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque organe de détermination de position (14, 18; 114, 118; 214, 218) présente une forme globalement triangulaire, et possède trois capteurs (16, 20; 116, 120; 216, 220) dont chacun est prévu au voisinage d'un coin de ce triangle. 10. Ensemble de détermination de la position d'une partie (4) d'un corps humain, comprenant au moins un dispositif de détermination de la position de cette partie du corps humain, ce dispositif étant apte à être solidarisé à ladite partie du corps humain, au moins une caméra (22) apte à coopérer avec le ou chaque dispositif, ainsi que des moyens de gestion, tels qu'un ordinateur (24), caractérisé en ce que le ou chaque dispositif de détermination de position est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.