Brevet FR2915873A1 — publié le 20081114

La présente invention a pour objet, dans le domaine de la chirurgie, un dispositif de bras articulé porte-outil destiné à porter un instrument chirurgical. Au cours d'interventions chirurgicales, il est fréquent pour un chirurgien de devoir manipuler plusieurs instruments, parfois de manière simultanée, ce qui nécessite de recourir à une aide extérieure, une autre personne par exemple. Il est également fréquent d'avoir à maintenir un instrument dans une position statique pendant une longue période, ce qui présente de plus l'inconvénient d'être fastidieux. 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. Ces dispositifs de bras comportent essentiellement des éléments liés deux à deux au travers d'une articulation munie de moyens de blocage en position qui peuvent être manoeuvrés 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 manoeuvrables manuellement sont peu pratiques en ce qui concerne leur mise en oeuvre, tandis que ceux équipés de moyens moteurs sont de construction complexe et encombrante, et d'un coût relativement élevé. On connaît aussi, 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. Un autre problème rencontré, consiste en ce que le bras articulé doit être muni en extrémité d'un porte-outil lequel doit pouvoir être rendu indépendant du bras articulé, pour pouvoir resté stérile, car devant être manipulé par le chirurgien, alors que le bras articulé est non stérile, mais recouvert d'une enveloppe qui elle l'est. Un tel porte- outil doit pouvoir maintenir un outil, présenter une certaine mobilité par rapport audit bras, indépendamment des mouvements possibles de celui-ci, et pouvoir être immobilisé dans la position recherchée. Il n'existe pas actuellement de dispositif de bras articulé porte-outil permettant d'atteindre cet objectif, et la présente invention a pour but de remédier à cette carence, tout en remédiant aux inconvénients évoqués précédemment. Le dispositif de bras articulé porte-outil destiné à porter un instrument chirurgical selon l'invention, est du type comprenant un bras articulé constitué de l'aboutement d'une multiplicité d'éléments articulés, 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 tandis qu'à l'extrémité libre sont disposés des moyens d'accouplement d'un porte-outil, et il se caractérise essentiellement en ce que lesdits moyens d'accouplement dudit porte-outil comprennent d'une part des moyens d'immobilisation en translation axiale, et d'autre part des moyens d'immobilisation en rotation axiale conçus aptes à être actifs sous l'effet de la traction axiale sur ledit câble. Selon une caractéristique additionnelle du dispositif de bras articulé selon l'invention, les moyens d'immobilisation en translation axiale comprennent au moins une bille escamotable. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif de bras articulé selon l'invention, les moyens d'immobilisation en rotation axiale comprennent des moyens de pincement d'une partie du porte outil. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif de bras articulé selon l'invention, le porte outil comporte, du côté opposé à celui solidarisable au bras articulé, un système de fixation d'un outil de type à baïonnette, comprenant d'une part en extrémité une partie tubulaire dont le bord libre comporte au moins une encoche en forme de L avec laquelle est prévue apte à coopérer l'extrémité d'accouplement de l'outil, qui se présente sous la forme d'un embout cylindrique muni radialement d'un ergot, ou plusieurs en fonction du nombre d'encoches, et d'autre part une bague de verrouillage , montée mobile axialement, selon une amplitude limitée, sur ladite partie tubulaire, au niveau desdites encoches, et rappelée élastiquement en direction de l'extrémité libre de ladite partie tubulaire, et qui comporte une encoche, ou plusieurs selon le nombre d'encoches de ladite partie tubulaire, également de forme en L, mais disposée symétriquement, en sorte qu'en position de repos, la coopérations des deux encoches crée une cavité rétentrice d'un ergot. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif de bras articulé selon l'invention, les moyens de pincement comprennent une pièce mobile axialement dans un logement et qui comporte centralement une cavité apte à accueillir une partie du porte-outil, ladite pièce étant divisée en plusieurs éléments mobiles dans le sens transversal les uns par rapport aux autres en sorte de pouvoir ou non serrer ladite partie du porte-outil, tandis que ladite pièce présente extérieurement une paroi tronconique et que ledit logement présente une paroi interne également tronconique contre laquelle ladite pièce peut être pressée sous une traction exercée par le câble. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif de bras articulé selon l'invention, les éléments qui constituent le bras, sont 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, chacun desdits éléments venant 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. Les avantages et les caractéristiques du dispositif selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente un mode de réalisation non limitatif. Dans le dessin annexé : - la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'un dispositif de bras articulé porte-outil selon l'invention. - la figure 2a représente une vue schématique en coupe longitudinale de deux parties désassemblées du même bras articulé porte-outil. - la figure 2b représente une vue schématique en coupe longitudinale des deux mêmes parties assemblées. - les figures 3a et 3b représentent des vues en perspective sous des angles différents d'une pièce interne au dispositif de bras articulé porte-outil selon l'invention. - la figure 4 représente une vue schématique en coupe longitudinale d'une partie du même dispositif, ainsi qu'un 35 accessoire de déverrouillage. - la figure 5 représente une vue schématique en perspective de l'accessoire de déverrouillage représenté sur la figure 4. - les figures 6a, 6b et 6c représentent des vues schématiques partielles en perspective d'une autre partie du même dispositif selon l'invention, dans des phases d'utilisation différentes. - la figure 7 représente une vue schématique partielle en coupe longitudinale du dispositif de" bras articulé porte-outil selon l'invention. En référence à la figure 1, on peut voir un dispositif de bras articulé porte-outil selon l'invention, il comprend, un bras articulé 1 constitué de l'aboutement d'éléments 10 traversés par un câble de traction, non représenté, et comprenant à une extrémité un système de commande 11 et à l'autre une poignée porte-outil 2 sur laquelle est monté un outil 3. Chacun des éléments constitutifs de ce bras articulé porte-outil selon l'invention, va maintenant être décrit. En référence aux figures 2a et 2b, on peut ainsi voir les 20 moyens d'accouplement de la poignée porte-outil 2 au bras articulé 1. Le bras articulé 1 comporte à son extrémité libre une tête d'accouplement 12 comprenant en extrémité un moyen 4 d'immobilisation de la poignée porte-outil 2 en translation 25 axiale, et plus en arrière un moyen 5 d'immobilisation en rotation de cette même poignée porte-outil 2. Le moyen 4 d'immobilisation en translation axiale consiste en un système à billes escamotables, il comprend ainsi une bague de commande 40, des billes 41 maintenues entre une bague externe 30 42 et une bague interne 43. Le moyen 5 d'immobilisation en rotation consiste en un système de pincement qui comprend une pièce 50, également visible sur les figures 3a et 3b, réalisée en matériau semi- rigide, présentant extérieurement une paroi 51 de forme 35 tronconique, et intérieurement une cavité 52 de forme cylindrique, et disposée dans un logement 13 que comporte la tête 12 et qui est délimitée par une paroi 14 de forme tronconique. La pièce 50 présente de plus des moyens lui permettant une déformation dans le sens transversal, qui en l'occurrence consistent en des gorges diamétrales 53, et elle est prévue solidarisable au câble de traction, non représenté. L'une des gorges diamétrales 53 est pratiquée à partir du côté de petit diamètre 54, tandis que la seconde gorge diamétrale 53 est pratiquée à partir du côté de plus grand diamètre 55, et selon un plan perpendiculaire à celui de la première. On notera que la pièce 50 pourrait être réalisée en plusieurs parties séparées. La poignée porte-outil 2 comporte à son extrémité d'accouplement 20, d'une part un embout cylindrique 21 destiné à être introduit dans la tête d'accouplement 12 jusque dans la cavité 52 qui est d'un diamètre à peine supérieur, et d'autre part des évidements 22 destinés à constituer les sièges des billes 41. En pratique la poignée porte-outil 2 est assujettie à la tête 12 en introduisant l'embout cylindrique 21 dans la tête 12, dans un premier temps seul le moyen 4 d'immobilisation en translation axiale est utilisé, la bague interne 43 est repoussée en sorte de libérer les billes 41 qui viennent se caler dans les évidements 22, tandis que la bague externe 42 vient les bloquer. On notera que l'embout 21 est tubulaire et présente donc une cavité interne 23, laquelle coopère avec un support de câble 15 de forme cylindrique, disposé axialement dans la cavité 52. Le support de câble 15 consiste en un guide pour l'embout 21, il permet d'éviter qu'en cas d'introduction non axiale de l'embout 21, celui-ci vienne au contact de la bague interne 43 et provoque son déplacement prématuré, et donc la libération des billes 41. Après accouplement, la poignée porte-outil 2 est libre en rotation axiale à l'extrémité du bras articulé 1, l'immobilisation en rotation axiale peut alors être commandée par une traction sur le câble, non représenté, ce qui pour effet de presser la pièce 50 dans le logement 13 et, du fait de la conicité des parois 14 et 41, on provoque la déformation de la pièce 50 et donc le resserrement de la cavité 52, et le pincement de l'embout 21 qui se trouve immobilisé. Sur la figure 4, on peut voir une poignée porte-outil 2 accouplée à une tête 12, lors d'une opération de désaccouplement. Cette opération ne doit pas pouvoir intervenir inopinément au cours d'une intervention, aussi elle nécessite l'emploi d'un outil de déverrouillage 44, également représenté sur la figure 5. Cet outil de déverrouillage 44 comprend deux doigts parallèles 45 destinés à être introduits simultanément dans deux canaux 46 que comporte la bague de commande 40, en sorte de pouvoir repousser la bague externe 42 et permettre le désengagement des billes 41. En référence maintenant aux figures 6a, 6b et 6c, on peut voir le système d'accouplement de l'outil 3 à la poignée porte-20 outil 2. De l'outil 3, n'est représentée que la partie 30 destinée à être accouplée, et qui consiste en un fût cylindrique 31 traversé diamétralement par une broche formant deux doigts 32. La poignée 3 comporte du côté opposé à l'extrémité 25 d'accouplement 20, une partie axiale tubulaire 24 dans laquelle sont pratiquées, à partir du bord, deux encoches 25 diamétralement opposées en forme de L. La coopération de la partie 30 de l'outil 3 avec la poignée porte-outil 2 est réalisée selon le principe de la baïonnette, 30 le fût 31 est introduit dans la parties axiale tubulaire 24 et les doigts 32 sont introduits dans les encoches 25, un pivotement permettant d'engager les doigts 32 dans le fond des encoches 25. Le verrouillage de la partie 30 de l'outil 3 est réalisé au 35 travers d'un bague de verrouillage 26, montée mobile axialement, selon une amplitude limitée, sur la partie axiale tubulaire 24, au niveau des encoches 25, et est rappelée, par un ressort 27 visible sur la figure 2b, en direction de l'extrémité libre de la partie axiale tubulaire 24. La bague de verrouillage 26 est munie de deux encoches 28 de forme inverse de celle des encoches 25, en sorte que l'introduction des doigts 32 dans les encoches 25 et 28 nécessite de repousser la bague 26, laquelle, sous l'effet du ressort 27, vient emprisonner les doigts 32. En référence enfin à la figure 7, on peut voir la constitution du bras articulé 1, et plus particulièrement des éléments 10 assemblés et traversés par un câble de traction C, dans ce mode de réalisation, les éléments 10 comprennent chacun un corps 6, une sphère 7 et une pièce intercalaire 8. Le corps 6 comporte à une extrémité une cavité sphérique 60 apte à loger de manière congruente la sphère 7, et à retenir celle-ci. On notera que la cavité sphérique 60 est réalisée, pour lui donner sa qualité rétentrice, par l'assemblage au corps 6 qui comporte un évidemment hémisphérique 63, d'un couvercle 61 comprenant un évidemment 62 en forme de portion de sphère. Le corps 6 comporte à son autre extrémité un plot 64 se présentant sous la forme d'un cylindre percé d'un canal axial 65 dont l'extrémité comprend un évasement conique 66. La paroi extérieure du plot 64 comporte une succession longitudinale de nervures périphériques 67 qui lui donne un profil de section en dents de scie, chacune des nervures 67 présentant deux pans inclinés 68 et 69, les pans 68, orientés du côté de l'évasement conique 66, ayant une pente d'angle plus petit que les pans 69. La sphère 7, qui est d'un diamètre correspondant à celui de la cavité 60, comporte un canal diamétral 70, et est fendue partiellement de deux fentes, non visibles, opposées diamétralement permettant de séparer la sphère 7 en deux portions hémisphériques rattachées l'une à l'autre par l'intermédiaire uniquement de deux ponts de matière disposés à proximité de la même extrémité du canal 70, en sorte d'autoriser une certaine élasticité en écartement en rapprochement des deux portions. La pièce intercalaire 8 consiste en un tube d'un diamètre extérieur correspondant à celui interne du canal diamétral 70 de la sphère 7, comprenant un canal axial dont la paroi interne présente un profil complémentaire de celui de la paroi extérieure du plot 64, et comporte ainsi une succession longitudinale de gorges périphériques 82 présentant deux pans inclinés 83 et 84 qui lui donne un profil de section en dents de scie. La pièce intercalaire 8 est fendue partiellement de deux fentes 85 réalisées selon deux génératrices opposees diamétralement, permettant de la séparer en deux portions 86 rattachées l'une à l'autre par l'intermédiaire uniquement de deux ponts de matière 87 disposés à proximité de la même extrémité du canal 80, en sorte d'autoriser une certaine élasticité en écartement en rapprochement des deux portions 86. La pièce intercalaire 68 est destinée à être introduite dans le canal 70 de la sphère 7, et à y être solidarisée, à cet effet elle comporte extérieurement une nervure périphérique 88 apte à coopérer avec une gorge périphérique 74, pratiquée dans la paroi interne 75 de la sphère 7. La pièce intercalaire 8 est destinée également à être emmanchée sur le plot 64, les nervures 67 prenant place intimement dans les gorges 82, les pans 68 contre les pans 84 et les pans 69 contre les pans 83. Après leur montage, les éléments 10 sont assemblés deux à deux, c'est-à-dire que la sphère 7 de l'un est logée dans la cavité sphérique 60 d'un autre élément 10. 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 10, le câble C est introduit longitudinalement dans le canal 65. On comprendra qu'un déplacement axial de la pièce intercalaire 8 par rapport au plot 64, génère, du fait du glissement relatif des pans 68 sur les pans 84, un écartement des portions 86 de la pièce intercalaire, et donc un écartement des portions 72 de la sphère 7, qui vont se plaquer contre la paroi de la cavité 60. Ce déplacement axial est obtenu par la compression des éléments 10 les uns en direction des autres, par une traction 5 sur le câble C. On notera que d'autres constructions sont possibles, ainsi la coopération des plans inclinés 68, 69 et 83, 84, peuvent être remplacées par la coopération de deux parois tronconiques, tout comme il est possible de lubrifier les contact ou d'intercaler 10 des billes. Le dispositif de bras articulé porte-outil selon l'invention permet qu'après positionnement de l'outil 3, la traction sur le câble C provoque non seulement le figeage de la position du bras articulé 1, mais aussi l'immobilisation en 15 rotation de la poignée porte-outil 2 et donc de l'outil 3. REVENDICATIONS 1) Dispositif de bras articulé porte-outil destiné à porter un instrument chirurgical, du type comprenant un bras articulé (1) constitué de l'aboutement d'une multiplicité d'éléments articulés (10), traversés axialement par un câble (C) de blocage apte, sous l'effet d'une traction axiale, à presser lesdits éléments (10) les uns contre les autres pour en figer les positions relatives tandis qu'à l'extrémité libre sont disposés des moyens (12) d'accouplement d'un porte-outil (2), caractérisé en ce que lesdits moyens (12) d'accouplement dudit porte-outil (2) comprennent d'une part des moyens d'immobilisation en translation axiale (4), et d'autre part des moyens (5) d'immobilisation en rotation axiale conçus aptes à être actifs sous l'effet de la traction axiale sur ledit câble (C). 2) Dispositif de bras articulé porte-outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'immobilisation en translation axiale (4) comprennent au moins une bille escamotable (41). 3) Dispositif de bras articulé porte-outil selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (5) d'immobilisation en rotation axiale comprennent des moyens (50) de pincement d'une partie (21) du porte outil (2). 4) Dispositif de bras articulé porte-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le porte outil (2) comporte, du côté opposé à celui solidarisable au bras articulé (1), un système de fixation d'un outil de type à baïonnette, comprenant d'une part en extrémité une partie tubulaire (24) dont le bord libre comporte au moins une encoche (25) en forme de L avec laquelle est prévue apte à coopérer l'extrémité d'accouplement (30) de l'outil (3), qui se présente sous la forme d'un embout cylindrique (31) muni radialement d'un ergot (32), ou plusieurs en fonction du nombre d'encoches (25), et d'autre part une bague de verrouillage (26),montée mobile axialement, selon une amplitude limitée, sur ladite partie tubulaire (24), au niveau desdites encoches (25), et rappelée élastiquement en direction de l'extrémité libre de ladite partie tubulaire, et qui comporte une encoche (28), ou plusieurs selon le nombre d'encoches (25) de ladite partie tubulaire (24), également de forme en L, mais disposée symétriquement, en sorte qu'en position de repos, la coopérations des deux encoches (25, 28) crée une cavité rétentrice d'un ergot (32). 5) Dispositif de bras articulé porte-outil selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de pincement (5) comprennent une pièce (50) mobile axialement dans un logement (13) et qui comporte centralement une cavité (52) apte à accueillir une partie (21) du porte-outil (2), ladite pièce (50) étant divisée en plusieurs éléments mobiles dans le sens transversal les uns par rapport aux autres en sorte de pouvoir ou non serrer ladite partie (21) du porte-outil (2), tandis que ladite pièce (50) présente extérieurement une paroi tronconique (51) et que ledit logement (13) présente une paroi interne (14) également tronconique contre laquelle ladite pièce (50) peut être pressée sous une traction exercée par le câble (C). 6) Dispositif de bras articulé porte-outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments (10) qui constituent le bras (1), sont articulés deux à deux au travers d'une articulation, de type sphérique, constituée d'une partie convexe (7) qui coopère en pivotement avec une partie concave (60), chacun desdits éléments (10) venant de l'association d'au moins deux pièces (6, 7, 8) dont l'une (6) comporte ou consiste en ladite partie convexe (60), 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 (6, 8) dans ladite partie concave (60).