Brevet FR2939022A1 — publié le 20100604

Dispositif de commande du déplacement d'un instrument chirurgical La présente invention concerne un dispositif de commande du déplacement d'un instrument chirurgical, du type comprenant un bras de support de l'instrument et au moins un capteur de mouvement, ledit bras étant apte à se déplacer selon au moins un degré de liberté, ledit capteur de mouvement étant destiné à être positionné sur l'opérateur du dispositif de commande et étant agencé pour capter les mouvements dudit opérateur selon le degré de liberté du bras de support, ledit dispositif comprenant des moyens de traitement des signaux émis par le capteur de mouvement, lesdits moyens étant agencés pour traiter les signaux émis par le capteur de mouvement et pour transmettre des signaux de commande correspondants au bras de support de sorte que les mouvements captés par le capteur de mouvement commandent des mouvements correspondants du bras de support. L'invention s'applique plus particulièrement à la chirurgie mini-invasive, telle que l'arthroscopie, la laparoscopie ou coelioscopie ou encore la thoracoscopie. Dans ce type d'interventions, des incisions de 5 à 10 mm de longueur sont pratiquées dans le corps du patient et des trocarts sont introduits dans les incisions afin de permettre le passage d'instruments chirurgicaux dans le corps du patient. Un appareil d'imagerie, telle qu'une caméra, est également introduit dans le corps du patient afin de permettre au chirurgien de visualiser la zone d'intervention. Afin d'avoir un confort visuel satisfaisant, le chirurgien doit manipuler lui-même la caméra pour suivre, voire anticiper, les mouvements qu'il imprime aux instruments. Cependant, cette manipulation de la caméra oblige le chirurgien à n'utiliser qu'une main pour manipuler les instruments chirurgicaux proprement dits. Pour pallier cet inconvénient, la manipulation de la caméra peut être confiée à un assistant. Cet assistant est alors en charge de centrer l'image sur l'action chirurgicale, ce qui implique une grande connaissance de l'acte opératoire et des habitudes du chirurgien. Un temps très important d'apprentissage est donc nécessaire pour que l'assistant positionne correctement la caméra et anticipe les mouvements du chirurgien au cours de l'opération. Afin de pallier cet inconvénient, des systèmes automatisés de commande des mouvements de la caméra ont été proposés, permettant au chirurgien de déplacer la caméra en tenant des instruments chirurgicaux dans ses deux mains. De tels systèmes comprennent généralement un bras de support robotisé de la caméra et des moyens de commande du déplacement de ce bras selon des instructions du chirurgien. Le document WO-96/09587 décrit par exemple un système de commande à reconnaissance vocale permettant de piloter un bras robotisé. Un microphone est utilisé pour recueillir les instructions vocales du chirurgien. Ces instructions sont analysées et transformées en signaux de commande du déplacement du bras robotisé. Dans un tel système, un grand nombre d'instructions doit être prévu pour permettre et commander le déplacement de la caméra selon toutes les directions souhaitées et pour régler d'autres paramètres du déplacement, tels que la vitesse et/ou l'amplitude de mouvement du bras robotisé. Ce grand nombre d'instructions est problématique. Techniquement, il complique le logiciel de commande vocale utilisé, qui doit mémoriser un grand nombre de possibilités en relation avec l'empreinte vocale de chaque chirurgien utilisant le système. De fait, lors de l'utilisation d'un tel système, on constate des erreurs fréquentes de l'interprétation des instructions données par le chirurgien par le logiciel de reconnaissance vocale, ce qui oblige le chirurgien à répéter ses instructions. De plus, l'utilisation d'un grand nombre d'instructions peut être gênante pour le chirurgien, qui a besoin d'une grande concentration pour la manipulation des instruments chirurgicaux. Enfin, le bruit ambiant dans la salle d'opération peut gêner l'acquisition des instructions du chirurgien, lesquelles instructions peuvent alors ne pas être prises en compte par le logiciel. D'autres systèmes de commande utilisent une détection des mouvements du chirurgien pour déplacer la caméra. Ainsi, on connaît un système dans lequel le chirurgien porte un casque muni de capteurs infrarouge, les mouvements de la tête du chirurgien étant détectés et transformés en mouvements correspondants du bras robotisé. Un tel système nécessite des moyens de déclenchement de l'acquisition des mouvements du chirurgien afin que seuls les mouvements destinés à déplacer la caméra soient pris en compte. De tels moyens de déclenchement sont par exemple formés par une pédale actionnée par le chirurgien. Le déclenchement peut être problématique pour le chirurgien, qui doit alors coordonner les mouvements complexes de ses mains pratiquant l'opération et celui de son pied pour actionner la pédale. De plus, d'autres instruments chirurgicaux utilisent une pédale pour leur actionnement, par exemple un bistouri électrique. L'intégration de la pédale de déclenchement avec d'autres pédales peut amener à des confusions de la part du chirurgien, qui est susceptible d'actionner la mauvaise pédale, et augmente l'encombrement dans la salle d'opération. L'un des buts de l'invention est de pallier ces inconvénients en proposant un dispositif de commande du déplacement d'un instrument chirurgical, facilitant le positionnement de l'instrument par le chirurgien tout en laissant ses mains libres pour manoeuvrer d'autres instruments et assurant un déplacement précis de l'instrument selon les souhaits du chirurgien. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de commande du type précité, dans lequel le dispositif comprend en outre des moyens de commande vocale, lesdits moyens étant agencés pour déclencher la détection des mouvements de l'opérateur par le capteur et le déplacement correspondant du bras de support lorsque lesdits moyens de commande vocale reçoivent une première instruction vocale prédéfinie et pour arrêter la détection des mouvements de l'opérateur et le déplacement correspondant du bras de support lorsque lesdits moyens de commande vocale reçoivent une deuxième instruction vocale prédéfinie. La combinaison de la détection de mouvement et d'une commande vocale de déclenchement permet d'obtenir un dispositif de commande efficace. En effet, la détection de mouvement permet de positionner précisément et simplement l'instrument à l'endroit souhaité. La commande vocale permet de déclencher la détection de mouvement de façon simple, sans ajout de matériel encombrant dans la salle d'opération. En outre, le nombre d'instructions vocales est réduit car la commande vocale ne sert qu'à un nombre limité d'actions, telles que le déclenchement et l'arrêt de la détection des mouvements de chirurgien. Ainsi, la reconnaissance vocale peut être facilement mise en oeuvre et le risque d'erreurs dans l'interprétation des commandes est diminué. Selon d'autres caractéristiques du dispositif de commande : - le bras de support est apte à se déplacer selon quatre degrés de liberté, le capteur étant agencé pour capter les mouvements de l'opérateur selon au moins lesdits quatre degrés de liberté ; - le capteur est un capteur électromagnétique à six degrés de liberté apte à détecter les mouvements selon trois axes de translation et selon trois axes de rotation ; - les moyens de traitement sont agencés pour transmettre des signaux de commande identiques aux signaux émis par le capteur, le bras de support reproduisant à l'identique les mouvements captés par le capteur ; - les moyens de traitement sont en outre agencés pour transmettre des signaux de commande amplifiés ou réduits par rapport aux signaux émis par le capteur, le bras de commande effectuant des mouvements d'une amplitude proportionnelle à l'amplitude des mouvements captés par le capteur selon un rapport de proportionnalité prédéfini ; - la sélection entre la transmission de signaux de commande identiques et la transmission de signaux de commande amplifiés ou réduits se fait au moyen d'au moins une instruction vocale prédéfinie ; - le bras de support se déplace à une vitesse identique à la vitesse des mouvements captés par le capteur ou à une vitesse modulée par rapport auxdits mouvements ; - la sélection entre vitesse identique ou vitesse modulée se fait au moyen d'une commande vocale prédéfinie ; - les moyens de commande vocale comprennent un microphone recevant les instructions vocales et un logiciel de reconnaissance vocale ; et - le dispositif de commande comprend des moyens de fixation du capteur à une partie du corps de l'opérateur, notamment sur un poignet de l'opérateur, le capteur étant agencé pour capter les mouvements de ladite partie du corps. D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la Fig. 1 est une représentation schématique en perspective d'une salle d'opération dans laquelle le dispositif de commande selon l'invention est mis en place, - la Fig. 2 est une représentation schématique d'un repère figurant les degrés de liberté de déplacement de l'instrument chirurgical commandé par le dispositif de commande selon l'invention, - la Fig. 3 est un diagramme représentant la chaîne de commande du dispositif de commande de l'invention. Sur la Fig. 1, on a représenté une salle d'opération 1 dans laquelle un chirurgien 2, ou opérateur, effectue une intervention en chirurgie mini-invasive sur un patient 4. A cet effet, le chirurgien 2 manipule de ses deux mains des instruments chirurgicaux 6 introduits dans le corps du patient 4 au moyen de trocarts 8 passant par des incisions (non représentées) pratiquées sur le patient 4. Afin de visualiser la zone d'intervention dans laquelle les instruments chirurgicaux agissent, une caméra (non représentée) est également introduite dans le corps du patient par l'intermédiaire d'un trocart 8. La caméra projette des images de la zone d'intervention sur un moniteur 10, ce qui permet au chirurgien 2 de visualiser l'action de ses instruments dans la zone d'intervention. Les deux mains du chirurgien 2 étant prises par les instruments chirurgicaux 6, la caméra est portée par un bras de support 12 robotisé dont les déplacements sont commandés par le chirurgien 2, comme cela sera décrit ultérieurement. Le bras de support 12, ou robot porte-optique, est connu en soi et ne sera pas décrit en détail ici. Il est articulé de manière à permettre le déplacement de la caméra selon plusieurs degrés de liberté, comme représenté sur la Fig. 2. Sur cette figure, on a représenté un repère X, Y, Z dont l'origine O est le point d'introduction d'un instrument chirurgical auxiliaire 14 dans le corps du patient. Le plan défini par les axes X-Z représente sensiblement la surface du corps du patient, et l'axe Y est un axe sensiblement perpendiculaire au corps du patient au point d'introduction O. L'instrument 14 est par exemple une caméra. La Fig. 2 représente les possibilités de déplacement de l'instrument 14 dans le repère X, Y, Z. L'instrument 14 est susceptible de se déplacer selon quatre degrés de libertés. Le premier degré de liberté est représenté par la double flèche F de la Fig. 2 et est un déplacement en translation selon l'axe de l'instrument 14, c'est-à-dire un enfoncement ou un retrait de l'instrument 14 par rapport au point d'origine O. Le deuxième degré de liberté est représenté par l'angle a de la Fig. 2 et est une inclinaison de l'instrument 14 par rapport à l'axe Y. En inclinant plus ou moins l'instrument 14, la partie extrême de cet instrument se trouve à une hauteur plus ou moins importante dans le corps du patient. Ce degré de liberté représente donc un déplacement en ascension ou descente de l'instrument 14 par rapport au corps du patient 4. Le troisième degré de liberté est représenté par l'angle R de la Fig. 2 et est un déplacement en rotation autour de l'axe Y. Le quatrième degré de liberté est représenté par la flèche F' de la Fig. 2 et est une rotation de l'instrument 14 autour de son propre axe, c'est-à-dire une rotation de l'instrument sur lui-même. Le bras de support 12 est donc agencé et articulé pour permettre le déplacement de la caméra selon les quatre degrés de liberté décrits ci-dessus. On décrit à présent le dispositif de commande du déplacement de la caméra utilisant le bras de support 12 décrit ci-dessus. Ce dispositif comprend, outre le bras de support 12, au moins un capteur de mouvement 16 et des moyens de commande vocale 18, ainsi que des moyens de traitement 20 des signaux émis par le capteur de mouvement 16 et les moyens de commande vocale 18. Le capteur de mouvement 16 est agencé pour capter les mouvements du chirurgien selon les degrés de liberté du bras de support 12 dans un repère x, y, z relatif au chirurgien (Fig. 3). Le capteur de mouvement 16 est placé sur une partie du corps du chirurgien permettant de produire les mouvements selon les degrés de liberté du bras de support 12. A cet effet, le capteur de mouvement 16 est par exemple positionné sur le poignet du chirurgien, comme représenté sur la Fig. 1. Le positionnement du capteur 16 sur le poignet permet au chirurgien d'effectuer des mouvements intuitifs lorsqu'il manipule ses instruments 6 pour piloter le déplacement de la caméra, comme cela sera décrit ultérieurement. Le capteur de mouvement 16 est par exemple un capteur électromagnétique à six degrés de liberté apte à détecter les mouvements selon trois axes de translation et selon trois axes de rotation. Ce capteur 16 est par exemple un capteur � Flock of Birds � commercialisé par la société Ascension Technology Corporation. Le capteur 16 est fixé au poignet du chirurgien 2 par des moyens de fixation 19, par exemple du type bracelet de montre ou bracelet scratch. Selon d'autres modes de réalisation, le capteur de mouvement 16 est placé sur d'autres parties du corps du chirurgien, telles que la tête ou autre. Les moyens de commande vocale 18 comprennent un microphone 22 et un logiciel de reconnaissance vocale programmé pour reconnaître des instructions vocales prédéfinies prononcées dans le microphone 22 par le chirurgien 2. Le microphone 22 est par exemple disposé sur un casque 24 porté par le chirurgien et agencé pour placer le microphone à proximité de la bouche de celui-ci. Les moyens de traitement 20 sont par exemple formés par des moyens électroniques et un logiciel informatique programmé de façon adéquate pour réaliser les transmissions de signaux et les différentes étapes de traitement décrites ci-dessous. Le fonctionnement du dispositif de commande va à présent être décrit en relation avec la Fig. 3. Lorsque le chirurgien 2 souhaite déplacer la caméra et donc actionner le déplacement du bras de support, il énonce une première instruction vocale prédéfinie dans le microphone 22. Cette première instruction vocale, par exemple � go � ou � start �, est reconnue par le logiciel de reconnaissance vocale qui transmet un signal correspondant aux moyens de traitement 20. Au cours d'une étape A, la détection des mouvements du chirurgien par le capteur 16 est alors déclenchée. Il convient de noter que la détection par le capteur 16 n'est déclenchée que par l'énonciation de la première instruction vocale prédéfinie, c'est-à-dire que les mouvements du chirurgien ne sont pris en compte que lorsque celui-ci le souhaite, ce qui évite un déplacement permanent de la caméra lors des mouvements du chirurgien. Le chirurgien effectue des mouvements du poignet comme représenté par la flèche f de la Fig. 3. Ces mouvements sont captés par le capteur 16 au cours d'une étape B. Les mouvements sont captés par rapport à un repère x, y, z relatif au chirurgien. Le point d'origine de ce repère est par exemple le point où se trouve le capteur 16 au moment de l'énonciation de la première instruction vocale, ou un point fixe choisi dans le périmètre de l'opération et fixé préalablement à l'opération, tel que le point d'entrée du trocart 8 de l'instrument chirurgical 6 tenu par le chirurgien. Le capteur 16 émet des signaux de trajectoire correspondants vers les moyens de traitement 20. On notera que le positionnement du capteur 16 sur le poignet est plus intuitif, car le chirurgien 2 peut manipuler les instruments chirurgicaux qu'il tient tout en assurant un déplacement de la caméra par les mouvements du poignet assurant la manipulation de la caméra. Ainsi, la caméra vient se placer � naturellement � à l'endroit souhaité sans que le chirurgien ait besoin d'effectuer un effort conscient pour assurer ce positionnement. Au cours d'une étape C, les signaux émis au cours de l'étape B sont analysés et convertis en coordonnées dans le repère x, y, z du capteur 16. Au cours d'une étape D, les coordonnées ainsi obtenues sont associées à, ou transformées en, des coordonnées de déplacement correspondantes du bras de support 12 par rapport à son propre repère X, Y, Z. Au cours d'une étape E, les coordonnées de déplacement du bras de support 12 sont transformées en données de trajectoire afin d'adapter ces déplacements aux capacités motrices du bras de support. Au cours d'une étape F, les ordres de déplacements adaptés aux capacités motrices du bras de support lui sont transmis par l'intermédiaire de signaux de commande. Le bras de support 12 effectue alors les mouvements correspondant aux mouvements du chirurgien comme représenté par la flèche f' de la Fig. 3. Lorsque le placement de la caméra est satisfaisant pour le chirurgien, celui-ci énonce une deuxième instruction vocale prédéfinie, par exemple � stop �, dans le microphone 22, ce qui interrompt la détection des mouvements du chirurgien 2 et immobilise la caméra. On notera que les instructions vocales sont de préférence simples et concises, ce qui facilite la programmation du logiciel de reconnaissance vocale et évite les erreurs d'interprétation. Afin d'éviter la programmation complexe de ce logiciel et de limiter le risque d'erreurs, le nombre d'instructions vocales prédéfinies est en outre réduit. Toutefois, d'autres instructions vocales peuvent être prévues afin de régler le comportement du bras de support 12 en fonction des mouvements du chirurgien 2. Ainsi, la vitesse et l'amplitude de déplacement du bras de support 12 peuvent être modulées en associant divers degrés d'amplification aux mouvements du chirurgien. Par exemple, les moyens de traitement 20 sont agencés pour transmettre des signaux de commande identiques aux signaux émis par le capteur 16, le bras de support 12 reproduisant alors à l'identique les mouvements captés par le capteur 16, ou pour transmettre des signaux de commande amplifiés ou réduits, et/ou accélérés ou ralentis, par rapport aux signaux émis par le capteur 16, le bras de commande 12 effectuant alors des mouvements d'une amplitude et/ou d'une vitesse proportionnelles à l'amplitude et/ou à la vitesse des mouvements captés par le capteur 16 selon un rapport de proportionnalité prédéfini. La sélection du degré d'amplification des mouvements captés par le capteur 16 se fait au moyen d'instructions vocales prédéfinies, par exemple � profil 1 �, � profil 2 �, etc., chaque profil, préalablement enregistré dans les moyens de traitement 20, correspondant à un degré d'amplification permettant de moduler l'amplitude et/ou la vitesse des déplacements du bras de support. Selon un autre mode de réalisation, des degrés d'amplification différents selon les degrés de liberté sont prévus afin de moduler l'amplitude et/ou la vitesse de déplacement du bras de support 12 selon ces degrés de liberté. Par exemple, on prévoit que la vitesse de rotation de la caméra autour de son axe soit supérieure à la vitesse de translation de la caméra selon son axe. Ces degrés d'amplification sont sélectionnés au moyen d'instructions vocales prédéfinies. En variante, le choix des degrés d'amplification se fait par des entrées dans le logiciel informatique, par exemple au moyen d'un clavier, ce qui limite le nombre d'instructions vocales à prendre en compte. D'autres instructions vocales peuvent être prévues, telles que des instructions relatives à la focale de la caméra, ce qui permet d'effectuer des zooms sur la zone d'intervention. En variante, le mouvement du chirurgien correspondant au degré de liberté de la translation de la caméra selon son axe est interprété comme étant une demande de changement de focale. C'est-à-dire qu'un mouvement du chirurgien selon ce degré de liberté n'entraîne pas un déplacement de la caméra selon ce degré de liberté mais entraîne un changement de focale de la caméra. Ainsi, plus le bras du chirurgien avance vers le point d'origine du repère, plus la caméra zoome sur la zone d'intervention et inversement plus le bras du chirurgien s'éloigne du point d'origine, plus la caméra offre un champ large de la zone d'intervention. Le dispositif décrit ci-dessus est particulièrement simple à mettre en oeuvre et permet un positionnement précis de la caméra par le chirurgien sans que celui-ci n'ait à lâcher ses instruments 6 ou à interrompre son opération. De plus, la commande vocale du déclenchement de la prise en compte des mouvements du chirurgien et la simplification des instructions transmises permettent de limiter les éléments dans la salle d'opération et de simplifier le travail du chirurgien en ce qui concerne le placement de la caméra, celui-ci pouvant alors se concentrer uniquement sur l'opération qu'il effectue. Bien que la description ait été faite en relation avec le positionnement d'une caméra, on comprendra qu'elle peut s'appliquer à la commande du déplacement de tout type d'instrument chirurgical porté par un bras de support robotisé. REVENDICATIONS1.- Dispositif de commande du déplacement d'un instrument chirurgical, du type comprenant un bras de support (12) de l'instrument et au moins un capteur de mouvement (16), ledit bras (12) étant apte à se déplacer selon au moins un degré de liberté, ledit capteur de mouvement (16) étant destiné à être positionné sur l'opérateur (2) du dispositif de commande et étant agencé pour capter les mouvements dudit opérateur selon le degré de liberté du bras de support (12), ledit dispositif comprenant des moyens de traitement (20) des signaux émis par le capteur de mouvement (16), lesdits moyens (20) étant agencés pour traiter les signaux émis par le capteur de mouvement (16) et pour transmettre des signaux de commande correspondants au bras de support (12) de sorte que les mouvements captés par le capteur de mouvement (16) commandent des mouvements correspondants du bras de support (12), caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de commande vocale (18), lesdits moyens (18) étant agencés pour déclencher la détection des mouvements de l'opérateur par le capteur (16) et le déplacement correspondant du bras de support (12) lorsque lesdits moyens de commande vocale (18) reçoivent une première instruction vocale prédéfinie et pour arrêter la détection des mouvements de l'opérateur et le déplacement correspondant du bras de support (12) lorsque lesdits moyens de commande vocale reçoivent une deuxième instruction vocale prédéfinie. 2.- Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bras de support (12) est apte à se déplacer selon quatre degrés de liberté, le capteur (16) étant agencé pour capter les mouvements de l'opérateur (2) selon au moins lesdits quatre degrés de liberté. 3.- Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur (16) est un capteur électromagnétique à six degrés de liberté apte à détecter les mouvements selon trois axes de translation et selon trois axes de rotation. 4.- Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de traitement (20) sont agencés pour transmettre des signaux de commande identiques aux signaux émis par le capteur (16), le bras de support (12) reproduisant à l'identique les mouvements captés par le capteur (16). 5.- Dispositif de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de traitement (20) sont en outre agencés pour transmettre des signaux de commande amplifiés ou réduits par rapport aux signaux émis par le capteur (16), le bras de commande (16) effectuant des mouvements d'une amplitude proportionnelle à l'amplitude des mouvements captés par le capteur (16) selon un rapport de proportionnalité prédéfini. 6.- Dispositif de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que la sélection entre la transmission de signaux de commande identiques et la transmission de signaux de commande amplifiés ou réduits se fait au moyen d'au moins une instruction vocale prédéfinie. 7.- Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le bras de support (12) se déplace à une vitesse identique à la vitesse des mouvements captés par le capteur (16) ou à une vitesse modulée par rapport auxdits mouvements. 8.- Dispositif de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce que la sélection entre vitesse identique ou vitesse modulée se fait au moyen d'une commande vocale prédéfinie. 9.- Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de commande vocale (18) comprennent un microphone (22) recevant les instructions vocales et un logiciel de reconnaissance vocale. 10.- Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de fixation (19) du capteur (16) à une partie du corps de l'opérateur (2), notamment sur un poignet de l'opérateur (2), le capteur (16) étant agencé pour capter les mouvements de ladite partie du corps.