Brevet FR2896402A1 — publié le 20070727

La présente invention a pour objet, dans le domaine de la chirurgie, un dispositif de bras articulé destiné à porter un instrument chirurgical. Durant de nombreuses interventions chirurgicales, le chirurgien doit manipuler plusieurs instruments, et parfois il doit le faire simultanément, ce qui nécessite de recourir à une aide extérieure, d'une autre personne par exemple. Par ailleurs, il est fréquent d'avoir à maintenir un instrument dans une position statique pendant une longue période, ce qui peut être fastidieux. Le développement des techniques modernes, l'endoscopie notamment, a accru cet inconvénient puisque le maintien de la caméra mobilise une main du chirurgien. Pour pallier cet inconvénient, il a été proposé des dispositifs de bras articulés permettant de remplacer un bras humain, et ainsi de maintenir en position une caméra, un aspirateur, ou un écarteur par exemple. De tels dispositifs sont décrits dans les documents, US 4 491 435, US 4 531 855, US 4 807 618 et US 5 104 103. Ils comportent essentiellement des éléments liés deux à deux au travers d'une articulation munie de moyens de blocage en position qui peuvent être manœuvrés soit manuellement directement au niveau de chacune des articulations, soit par l'intermédiaire de moyens moteurs, mécaniques, magnétiques, électriques ou pneumatiques, susceptibles d'être actionnés soit au niveau de l'extrémité qui porte l'instrument, soit au travers d'une commande au pied. Les dispositifs manœuvrables manuellement sont peu pratiques en ce qui concerne leur mise en œuvre, tandis que ceux équipés de moyens moteurs sont de construction complexe et encombrante, et d'un coût relativement élevé. On connaît également par le document US 3 858 578 un bras articulé constitué d'une multiplicité d'éléments aboutés et articulés l'un à l'autre, deux à deux pour former un bras annelé, lequel est traversé axialement par un câble de blocage qui, lorsqu'on exerce sur celui-ci une traction, contribue à comprimer ledit bras, et ainsi à presser lesdits éléments les uns contre les autres pour les figer dans leur position relative, et ainsi figer la forme du bras. A cet effet, chacun des éléments comprend une extrémité convexe partiellement hémisphérique, et une extrémité concave, en l'occurrence une cavité conique, destinée à recevoir l'extrémité convexe partiellement hémisphérique d'un autre élément qui peut ainsi s'y mouvoir en pivotement. Le câble axial permet de relier les éléments entre eux, et selon la tension exercée, de presser les extrémités convexes partiellement hémisphériques dans les cavités coniques. Un tel dispositif de bras est de construction simple et peu encombrante, par contre il est très limité dans son utilisation du fait de sa faible résistance à la déformation, et de sa capacité limitée de portage en extrémité. Ces inconvénients sont essentiellement liés au fait que la traction du câble de blocage ne permet qu'une pression dans un sens axial, et que le contact entre l'extrémité convexe et la cavité conique est très limité puisqu'il n'est réalisé que selon une ligne. La présente invention a pour but de proposer un dispositif de bras articulé permettant de remédier à ces divers inconvénients. Le dispositif de bras articulé destiné à porter un instrument chirurgical selon l'invention, est du type comprenant un bras associé à des moyens de commande, où ledit bras est constitué de l'aboutement d'une multiplicité d'éléments, articulés deux à deux au travers d'une articulation, de type sphérique, constituée d'une partie convexe qui coopère en pivotement avec une partie concave, et traversés axialement par un câble de blocage apte, sous l'effet d'une traction axiale, à presser lesdits éléments les uns contre les autres pour en figer les positions relatives, et il se caractérise essentiellement en ce que chacun desdits éléments vient de l'association d'au moins deux pièces dont l'une comporte ou consiste en ladite partie convexe, conçues aptes à se déplacer l'une par rapport à l'autre, et dont l'une est apte, sous l'effet de son déplacement qui est généré par la pression d'un élément contre un autre, à provoquer l'expansion de ladite partie convexe dans ladite partie concave. L'expansion de la partie convexe permet de réaliser un blocage total de chacune des articulations, contrairement aux dispositifs existants où le blocage n'est réalisé que par pression axiale. De plus, les surfaces en contact entre la partie convexe et la partie concave sont bien plus importantes ce qui favorise le blocage. Selon une caractéristique additionnelle du dispositif de bras selon l'invention, la partie convexe est divisée en plusieurs portions aptes à se déplacer dans des directions opposées lors de l'expansion de ladite partie convexe. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif de bras selon l'invention, la pièce mobile comprend au moins un élément apte à coopérer avec un élément de la partie convexe selon un plan de contact non parallèle à l'axe de déplacement de ladite partie mobile. Ainsi, lors du déplacement axial de la pièce mobile, le 20 glissement de ces éléments l'un sur l'autre provoque l'expansion de la de la partie convexe. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif de bras selon l'invention, les surfaces en contact de la pièce mobile avec la partie convexe comprennent une succession de 25 gorges ou nervures coaxiales, en sorte de présenter un profil de section en dents de scie. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif de bras selon l'invention, la partie convexe est conçue apte d'une part à présenter au niveau de sa surface de contact avec 30 la partie concave, un coefficient de frottement élevé, et d'autre part au niveau de sa surface en contact avec la partie mobile, un coefficient de frottement faible. Selon un mode de réalisation particulier du dispositif de bras selon l'invention, la partie convexe comporte d'une part 35 une sphère, ou partie de sphère, congruente avec la partie concave, présentant au moins une fente, totale ou partielle, disposée en sorte de diviser ladite sphère, ou partie sphère, en plusieurs portions, et d'autre part une pièce mobile par rapport à ladite sphère, apte à s'insérer entre lesdites portions, tandis que les surfaces en contact de ladite pièce mobile avec lesdites portions sont conformées pour générer l'écartement desdites portions lors de l'enfoncement de ladite pièce mobile entre lesdites portions. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif de bras selon l'invention, il comporte une pièce intercalaire, disposée entre la pièce mobile et la partie convexe, conçue apte à coopérer, au travers de surfaces de contact adaptées, avec ladite partie mobile afin de s'élargir lors du déplacement de celle-ci, en sorte de provoquer l'expansion de ladite partie convexe. Selon une forme particulière de réalisation du dispositif de bras selon l'invention, la partie convexe comporte d'une part une sphère, ou partie de sphère, congruente avec la partie concave, présentant au moins une fente, totale ou partielle, disposée en sorte de diviser ladite sphère, ou partie sphère, en plusieurs portions, tandis que la pièce intercalaire se présente sous la forme d'un tube comportant au moins une fente longitudinale, totale ou partielle, lui autorisant une déformation dans le sens transversal, et comportant extérieurement des moyens de solidarisation à ladite sphère ou partie de sphère, et intérieurement une surface de contact conformée pour coopérer avec celle extérieure de la partie mobile, et pour générer l'écartement desdites portions lors de l'enfoncement de ladite pièce mobile entre lesdites portions. Selon une caractéristique additionnelle du dispositif de bras selon l'invention, la pièce intercalaire est conçue apte à présenter, au niveau de sa partie en contact avec la partie mobile, un coefficient de frottement faible. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif de bras selon l'invention, les moyens de commande comprennent un élément ressort apte à tirer sur le câble, associé à un moyen moteur apte à permettre la compression dudit ressort en sorte de faire se relâcher la tension exercée sur ledit câble. Les avantages et les caractéristiques du dispositif de bras selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente plusieurs modes de réalisation non limitatifs. Dans le dessin annexé : - la figure 1 représente une vue schématique en élévation d'un dispositif de bras articulé selon l'invention. - la figure 2 représente une vue schématique en éclaté et en perspective d'une parie du même dispositif de bras. - la figure 3 représente une vue schématique en coupe selon l'un plan longitudinal médian d'une partie du même dispositif de bras. - la figure 4 représente une vue schématique en perspective et en éclaté d'une variante du même dispositif. En référence à la figure 1, on peut voir un dispositif de bras articulé 1 selon l'invention, il comprend, outre un bras articulé 2 constitué de l'aboutement d'éléments 20 traversés par un câble 21, représenté en trait discontinu, un support 10 destiné à la fixation d'une extrémité du bras 2 sur un plan tel qu'une table, un porte-outil 22 solidarisé à l'autre extrémité du bras 2, et un système de commande 3 qui sera décrit en détail plus loin. La figure 2 représente un élément 20, tandis que la figure 3 représente deux éléments 20 assemblés. Sur ces figures on peut voir que chacun des éléments 20 est constitué de trois pièces, à savoir un corps 4, une sphère, ou analogue, 5 et une pièce intercalaire 6. Le corps 4 comporte à une extrémité une cavité sphérique 40 apte à loger de manière congruente la sphère 5, et à retenir celle-ci. On notera que la cavité sphérique 40 est réalisée, pour lui donner sa qualité rétentrice, par l'assemblage au corps 4 qui comporte un évidemment hémisphérique 43, d'un couvercle 41 comprenant un évidemment 42 en forme de portion de sphère. Le corps 4 comporte à son autre extrémité un plot 44 se présentant sous la forme d'un cylindre percé d'un canal axial 45 dont l'extrémité comprend un évasement conique 46. La paroi extérieure du plot 44 comporte une succession longitudinale de nervures périphériques 47 qui lui donne un profil de section en dents de scie, chacune des nervures 47 présentant deux pans inclinés 48 et 49, les pans 48, orientés du côté de l'évasement conique 46, ayant une pente d'angle plus petit que les pans 49. La sphère 5, qui est d'un diamètre correspondant à celui de la cavité 40, comporte un canal diamétral 50, et est fendue partiellement de deux fentes 51 opposées diamétralement permettant de séparer la sphère 5 en deux portions 52 hémisphériques rattachées l'une à l'autre par l'intermédiaire uniquement de deux ponts de matière 53 disposés à proximité de la même extrémité du canal 50, en sorte d'autoriser une certaine élasticité en écartement en rapprochement des deux portions 52. On notera qu'il est parfaitement possible que les deux portions 52 ne soient pas reliées entre elles par des ponts 53, et également que la sphère 5 soit divisée en plus de deux portions. La pièce intercalaire 6 consiste en un tube d'un diamètre extérieur correspondant à celui interne du canal diamétral 50 de la sphère 5, comprenant un canal axial 60 dont la paroi interne 61 présente un profil complémentaire de celui de la paroi extérieure du plot 44, et comporte ainsi une succession longitudinale de gorges périphériques 62 présentant deux pans inclinés 63 et 64 qui lui donne un profil de section en dents de scie. La pièce intercalaire 6 est fendue partiellement de deux fentes 65 réalisées selon deux génératrices opposees diamétralement, permettant de la séparer en deux portions 66 rattachées l'une à l'autre par l'intermédiaire uniquement de deux ponts de matière 67, dont un seul est visible sur la figure 2, disposés à proximité de la même extrémité du canal 60, en sorte d'autoriser une certaine élasticité en écartement en rapprochement des deux portions 66. On notera que, tout comme la sphère 5, il est parfaitement possible que les deux portions 66 ne soient pas reliées entre elles par des ponts 67, et qu'il est parfaitement possible que la pièce intercalaire 6 soit divisée en plus de deux portions. La pièce intercalaire 6 est destinée à être introduite dans le canal 50 de la sphère 5, et à y être solidarisée, à cet effet elle comporte extérieurement une nervure périphérique 68 apte à coopérer avec une gorge périphérique 54, visible sur la figure 3, pratiquée dans la paroi interne 55 de la sphère 5. La pièce intercalaire 6 est destinée également à être emmanchée sur le plot 44, les nervures 47 prenant place intimement dans les gorges 62, les pans 48 contre les pans 64 et les pans 49 contre les pans 63, comme cela est visible sur la figure 3. On notera que le canal 60 présente, à son extrémité opposée à celle comportant les ponts 67, un évasement conique 69, se plaçant dans le prolongement de l'évasement conique 46, lorsque la pièce intercalaire 6 est emmanchée sur le plot 44. Après leur montage, les éléments 20 sont assemblés deux à deux, c'est-à-dire que la sphère 5 de l'un est logée dans la cavité sphérique 40 d'un autre élément 20. En pratique, l'assemblage des éléments 20 est réalisé simultanément à leur l'assemblage, en effet, le couvercle 41 doit être emmanché sur le plot 44 avant la mise en pace de la sphère 5 sur celui-ci. Après assemblage des éléments 20, le câble 21 est introduit longitudinalement dans le canal 45. On comprendra qu'un déplacement axial de la pièce intercalaire 6 par rapport au plot 44, génère, du fait du glissement relatif des pans 48 sur les pans 64, un écartement des portions 66 de la pièce intercalaire, et donc un écartement des portions 52 de la sphère 5, qui vont se plaquer contre la paroi de la cavité 40. Ce déplacement axial est obtenu par la compression des éléments 20 les uns en direction des autres, par une traction 35 sur le câble 21. On notera qu'afin d'obtenir un fonctionnement optimum, et surtout un serrage sensiblement égal au niveau de chacune des articulations, il est prévu, pour chacune de ces dernières, d'indexer la position de la sphère 5 par rapport à la pièce intercalaire 6, en sorte que les portions 66 soient parfaitement au droit des portions 52. Cet indexage est réalisé par l'intermédiaire d'un moyen d'entretoisement, non représenté, qui peut consister en une broche, goupille ou analogue, introduit dans les deux fentes 51 et 65 en regard, et engagé dans un trou T pratiqué dans le plot 44. Lors du relâchement de la traction sur le câble 21, les sphères 5 peuvent tourner dans les cavités 40, dans les limites permises par la conicité des évasements 46 et 69 qui sont dimensionnés pour éviter un blocage, il est alors possible de donner au bras 2 une certaine forme, puis de figer celle-ci en exerçant une traction sur le câble 21. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, le système de commande 3 comprend d'une part un ressort 30 relié au câble 21, et qui est configuré pour tirer sur ce dernier, et d'autre part un vérin 31, qui est apte à comprimer le ressort 30 en sorte de faire relâcher la traction sur le câble 21. Ainsi, au repos le ressort 30 agit sur le câble 21 et le bras 2 est figé, il n'y a donc pas de risque de relâchement non souhaité du bras en cas de dysfonctionnement du vérin 31. En référence maintenant à la figure 4, on peut voir une variante du dispositif de bras selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, il n'y a pas de pièce intercalaire 6, la sphère 5 est directement assemblée au plot 44 du corps 4. A cet effet, la paroi interne 56 de la sphère 5 présente un profil identique à celui de la pièce intercalaire 6 du mode de réalisation décrit précédemment, c'est-à-dire qu'elle comporte une succession longitudinale de gorges périphériques 57 présentant deux pans inclinés 58 et 59 qui lui donne un profil de section en dents de scie. On notera que la sphère 5 de ce mode de réalisation est également séparée, non limitativement, en deux portions 52 par une fente 51, et qu'en l'occurrence, les deux portions 52 sont entièrement indépendantes, mais que bien entendu elles pourraient être reliées par un ou plusieurs ponts de matière. Le fonctionnement est identique à celui du mode de réalisation des figures 2 et 3, mais si sa conception est plus simple, il est aussi moins performant. En effet, quel que soit le mode de réalisation, les surfaces en contact doivent présenter préférentiellement certaines caractéristiques, et notamment le coefficient de frottement entre la sphère 5 et la cavité 40 doit être- élevé pour assurer un parfait accrochage, par contre ce coefficient de frottement doit être faible entre les nervures 47 et les gorges 56 ou 66 pour permettre le déplacement axial. Il convient donc, dans le mode de réalisation de la figure 4, de trouver un compromis, la sphère 5 étant un matériau permettant l'accrochage dans la cavité 40 mais également le glissement dans un sens comme dans l'autre, sur le plot 44. Par contre, dans le cas du mode de réalisation des figures 2 et 3, la sphère 5 peut être réalisée dans un matériau tel que du caoutchouc, assurant ainsi un accrochage performant, tandis que le contact avec le plot 44 est réalisé au travers de la pièce intercalaire 6 indépendamment de la sphère 5, en sorte que le corps 4, et éventuellement la pièce intercalaire 6, peuvent être réalisés en métal, les surfaces en contact étant de préférence polies. REVENDICATIONS 1) Dispositif de bras articulé destiné à porter un instrument chirurgical, du type comprenant un bras (2) associé à des moyens de commande (3), où ledit bras (2) est constitué de l'aboutement d'une multiplicité d'éléments (20), articulés deux à deux au travers d'une articulation, de type sphérique, constituée d'une partie convexe (5) qui coopère en pivotement avec une partie concave (40), et traversés axialement par un câble de blocage (21) apte, sous l'effet d'une traction axiale, à presser lesdits éléments (20) les uns contre les autres pour en figer les positions relatives, caractérisé en ce que chacun desdits éléments (20) vient de l'association d'au moins deux pièces (4, 5, 6) dont l'une comporte ou consiste en ladite partie convexe (5 ; 6), conçues aptes à se déplacer l'une par rapport à l'autre, et dont l'une (4) est apte, sous l'effet de son déplacement qui est généré par la pression d'un élément (20) contre un autre, à provoquer l'expansion de ladite partie convexe (5 ; 6) dans ladite partie concave (40). 2) Dispositif de bras selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie convexe (5 ; 6) est divisée en plusieurs portions (52 ; 66) aptes à se déplacer dans des directions opposées lors de l'expansion de ladite partie convexe (5 ; 6). 3) Dispositif de bras selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce mobile (4) comprend au moins un élément (47) apte à coopérer avec un élément (64 ; 58) de la partie convexe (5) selon un plan de contact non parallèle à l'axe de déplacement de ladite partie mobile (4). 4) Dispositif de bras selon la revendication 3, caractérisé en ce que les surfaces en contact de la pièce mobile (4) avec la partie convexe (5), comprennent une succession de gorges ou nervures coaxiales (47 ; 57 ; 62), en sorte de présenter un profil de section en dents de scie.) Dispositif de bras selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie convexe (5) est conçue apte d'une part à présenter au niveau de sa surface de contact avec la partie concave (40), un coefficient de frottement élevé, et d'autre part au niveau de sa surface en contact avec la partie mobile (4), un coefficient de frottement faible. 6) Dispositif de bras selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie convexe comporte d'une part une sphère (5), ou partie de sphère, congruente avec la partie concave (40), présentant au moins une fente (51), totale ou partielle, disposée en sorte de diviser ladite sphère (5), ou partie sphère, en plusieurs portions (52), et d'autre part une pièce mobile (4) par rapport à ladite sphère (5), apte à s'insérer entre lesdites portions (52), tandis que les surfaces en contact (56, 44) de ladite pièce mobile (4) avec lesdites portions (52) sont conformées pour générer l'écartement desdites portions (52) lors de l'enfoncement de ladite pièce mobile (4) entre lesdites portions (52). 7) Dispositif de bras selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une pièce intercalaire (6), disposée entre la pièce mobile (4) et la partie convexe (5), conçue apte à coopérer, au travers de surfaces de contact (61) adaptées, avec ladite partie mobile (4) afin de s'élargir lors du déplacement de celle-ci, en sorte de provoquer l'expansion de ladite partie convexe (5). 8) Dispositif de bras selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie convexe comporte d'une part une sphère (5), ou partie de sphère, congruente avec la partie concave (40), présentant au moins une fente (51), totale ou partielle, disposée en sorte de diviser ladite sphère (5), ou partie sphère, en plusieurs portions (52), tandis que la pièce intercalaire (6) se présente sous la forme d'un tube comportant au moins une fente longitudinale (65), totale ou partielle, lui autorisant une déformation dans le sens transversal, et comportant extérieurement des moyens (68) de solidarisation àladite sphère (5), ou partie de sphère, et intérieurement une surface de contact (61) conformée pour coopérer avec celle extérieure de la partie mobile (44), et pour générer l'écartement desdites portions (66) lors de l'enfoncement de ladite pièce mobile (44) entre lesdites portions (66). 9) Dispositif de bras selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que la pièce intercalaire (6) est conçue apte à présenter, au niveau de sa partie en contact avec la partie mobile (44), un coefficient de frottement faible. 10) Dispositif de bras selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande (3) comprennent un élément ressort (30) apte à tirer sur le câble (21), associé à un moyen moteur (31) apte à permettre la compression dudit ressort (30) en sorte de faire se relâcher la tension exercée sur ledit câble (21).