Brevet FR2948596A1 — publié le 20110204

47PDFP.d, c 2948596 1 La présente invention concerne les dispositifs de manipulation permettant de commander, depuis l'extérieur d'une zone d'intervention, les mouvements d'un instrument de manipulation situé à l'intérieur de la zone d'intervention. En particulier, ces dispositifs de manipulation permettent de placer et commander un outil chirurgical dans les applications de chirurgie mini-invasive pratiquées sous endoscopie. Dans ces applications, il est nécessaire de pouvoir déplacer et commander un outil chirurgical pour effectuer diverses opérations telles qu'une suture, le serrage d'un noeud, une fine dissection de tissus. Il s'agit alors d'opérations délicates, précises, dans lesquelles les mouvements à réaliser sont complexes. L'invention concerne plus spécialement les dispositifs chirurgicaux articulés portables de manipulation, dans lesquels un outil chirurgical est placé en bout d'un manipulateur portable ayant essentiellement un bras de liaison à extrémité proximale et extrémité distale. Une extrémité proximale de bras de liaison porte une unité de commande ayant une poignée apte à être tenue par une main. Une unité de travail est montée sur l'extrémité distale du bras de liaison et comporte un support d'outils apte à supporter un outil ou portant l'outil. Les instruments chirurgicaux articulés portables simples comportent, dans l'unité de commande, un organe de commande dont la sollicitation provoque l'inclinaison du support d'outils et de l'outil selon un degré de liberté d'orientation distale autour d'un axe transversal. Or, les opérations à exécuter nécessitent généralement de faire décrire à l'outil l'ensemble de l'angle solide constitué par un cône coiffant l'extrémité distale du bras de liaison, afin d'orienter l'outil dans la bonne position pour l'opération à exécuter, ou d'entraîner l'outil pendant cette opération. Dans la plupart des manipulateurs articulés portables existants, la position de la main de l'opérateur est fixe sur la poignée du manipulateur, et on prévoit généralement plusieurs moyens mécaniques ou motorisés pour commander l'inclinaison de l'outil par rapport à l'axe longitudinal du bras de liaison et l'orientation de la direction de cette inclinaison autour de l'axe longitudinal du bras de liaison. Cela nécessite toutefois de compliquer le dispositif, en prévoyant un moteur ou autre système mécanique, des moyens de liaison mécanique, des articulations. 5547PDEP.doc 2948596 2 Avec les poignées existantes, l'opérateur ne peut pas modifier la préhension de sa main sur la poignée, et la capacité de rotation de la poignée est alors limitée à une valeur de quelques dizaines de degrés correspondant à l'amplitude de mouvements possibles de l'articulation du poignet de la main tenant 5 le manipulateur. L'amplitude du mouvement de l'articulation du poignet est d'ailleurs dépendante de la position initiale du poignet qui tient le manipulateur. Cette capacité de mouvement est nettement insuffisante pour que l'outil exécute en bout du manipulateur toutes les opérations généralement envisagées. Le problème proposé par la présente invention est de concevoir un 10 manipulateur dans lequel l'opérateur peut aisément et manuellement appliquer au manipulateur un mouvement de rotation axiale relative autour de l'axe longitudinal du bras de liaison par rapport à la main qui tient le manipulateur, sans pour autant perdre la capacité permanente de sollicitation du ou des organes de commande montés sur la poignée et qui permettent de commander les mouvements relatifs du 15 support d'outils et/ou de l'outil à l'extrémité distale du bras de liaison. Pour atteindre ces buts ainsi que d'autres, l'invention propose un manipulateur comprenant : - une unité de commande, ayant une poignée apte à être tenue par une main, - au moins un organe de commande, monté sur la poignée, et apte à être sollicité 20 par au moins un doigt de la main tenant la poignée, - un bras de liaison, se développant le long d'un axe longitudinal de bras, ayant une extrémité proximale dans laquelle est montée l'unité de commande à poignée, et ayant une extrémité distale, - une unité de travail, montée sur l'extrémité distale du bras de liaison, comportant 25 un support d'outils portant ou apte à recevoir un outil, et actionnable par ledit au moins un organe de commande selon au moins un degré de liberté de mouvement, et dans lequel : - la poignée comporte un tronçon de préhension ayant une surface de préhension, autour d'un axe longitudinal de poignée, conformée de façon à autoriser une même 30 préhension par la main selon toutes orientations angulaires autour de l'axe longitudinal de poignée et à autoriser une rotation régulière de la poignée dans la main ou entre les doigts, - la poignée est fixe sur l'extrémité proximale du bras de liaison, - l'axe longitudinal de poignée est colinéaire avec l'axe longitudinal de bras, 35 - ledit au moins un organe de commande est conformé pour être accessible autour de la poignée selon une zone annulaire de commande continue proche de 47FDEP.doc 3 l'extrémité distale du tronçon de préhension, quelle que soit l'orientation de la main autour de l'axe longitudinal de la poignée. Grâce à cette disposition, l'opérateur peut déplacer sa main sur la poignée, décoller sa paume de la poignée, et faire rouler le manipulateur dans sa paume de main ou entre son pouce et ses autres doigts, de façon à appliquer au manipulateur un mouvement de rotation axiale relative le long de l'axe longitudinal du bras de liaison. Simultanément, par la disposition particulière du ou des organes de commande qui restent accessibles selon une zone annulaire de commande, l'opérateur peut solliciter en permanence le ou les organes de commande pour l0 provoquer l'actionnement du support d'outils etlou de l'outil. Selon un premier mode de réalisation, le tronçon de préhension a une forme cylindrique de révolution. Il s'agit de la forme la plus simple, aisément réalisable, et adaptée à toutes les tailles de main d'opérateur. Selon un autre mode de réalisation, le tronçon de préhension a une 15 forme de révolution en poire, le diamètre du tronçon de préhension étant progressivement croissant depuis l'extrémité distale vers l'extrémité proximale, avec une extrémité proximale arrondie. On améliore ainsi la préhension, et l'augmentation de diamètre permet d'augmenter également la précision de positionnement angulaire du manipulateur autour de l'axe longitudinal du bras de 20 liaison. En alternative, la surface de préhension de la poignée peut présenter une section transversale polygonale à nombre de côtés suffisant pour une préhension régulière, etlou peut présenter des irrégularités de surface telles qu'un moletage anti-glissement, des cannelures, ... 25 Dans tous les cas, la surface de préhension est contenue dans une enveloppe ayant une forme de révolution autour de l'axe longitudinal de poignée. Selon un mode de réalisation, ledit au moins un organe de commande comprend un anneau que l'on peut solliciter en rotation autour de l'axe longitudinal de poignée et/ou en translation axiale le long de l'axe longitudinal de poignée. 30 En alternative, ledit au moins un organe de commande comprend une série de boutons répartis annulairement et régulièrement autour de l'axe longitudinal de poignée et couplés fonctionnellement les uns aux autres pour produire un même actionnement de l'unité de travail. Selon l'une et l'autre des alternatives, on peut prévoir plusieurs organes 35 de commande, décalés les uns des autres le long de l'axe longitudinal de poignée, au voisinage de l'extrémité distale du tronçon de préhension. 55471•btf'.doc De préférence, les organes de commande présentant des enveloppes annulaires respectives dont les diamètres respectifs vont en croissant en direction de l'extrémité discale de la poignée. En pratique, selon un mode de réalisation avantageux, le support d'outils et l'outil sont actionnables par les organes de commande selon au moins un mouvement d'inclinaison latérale d'amplitude réglable vers une direction d'inclinaison. If s'agit de la capacité de mouvement la plus utile pour les opérations envisagées. En pratique, on peut prévoir que l'actionnement d'un premier organe de commande commande un actionneur d'inclinaison logé dans un corps de commande, qui entraîne le support d'outils en un mouvement d'inclinaison. En alternative ou en complément, on peut prévoir que le support d'outils et l'outil sont actionnables par les organes de commande selon au moins un mouvement de rotation propre de l'outil autour de la direction d'inclinaison, par rotation de type � tournevis �. On peut ainsi aisément réaliser l'ensemble des mouvements nécessaires de l'outil pour les opérations envisagées. De préférence, dans le cas d'un outil de type pince, le manipulateur comprend en outre un organe de commande apte à commander l'ouverture et la fermeture de l'outil. Selon un mode de réalisation avantageux, le manipulateur peut comprendre en outre, sur la surface périphérique de l'unité de commande, un repère de position angulaire autour de l'axe longitudinal du bras de liaison. Par exemple, le repère de position angulaire est une irrégularité de surface de la surface périphérique de poignée, perceptible par la main tenant la poignée. De la sorte, l'opérateur peut repérer l'orientation de l'outil dans la zone opératoire, et vérifier l'information qu'il reçoit de l'endoscope. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'un manipulateur selon un premier mode 30 de réalisation de la présente invention ; - la figure 2 est une vue de face du manipulateur de la figure 1 - la figure 3 est une vue de côté du manipulateur de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue en bout du manipulateur de la figure 1 - la figure 5 est une vue en perspective d'un manipulateur selon un second mode 35 de réalisation de la présente invention ; - la figure 6 est une vue de face du manipulateur de la figure 5 - la figure 7 est une vue de côté du manipulateur de la figure 5 5547mzr.dot 2948596 5 - la figure 8 est une vue en bout du manipulateur de la figure 6 ; - la figure 9 est une vue schématique de côté d'un manipulateur selon un autre mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 10 est une vue en perspective d'une variante du manipulateur de la 5 figure 9 ; et - la figure 11 illustre la section transversale d'une poignée de manipulateur selon trois variantes de l'invention. Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures, un manipulateur selon l'invention comprend une unité de commande 1, ayant une poignée 4 apte à 10 être tenue par une main. La poignée 4 porte au moins un organe de commande, par exemple trois organes de commande 4a, 4b et 4c, les organes de commande étant structurés et disposés de façon à pouvoir être sollicités par au moins un doigt de la main tenant la poignée 4. 15 Le manipulateur comprend un bras de liaison 2, se développant le long d'un axe longitudinal de bras I, ayant une extrémité proximale 2a et une extrémité distale 2b. L'unité de commande 1 est montée dans l'extrémité proximale 2a du bras de liaison 2, et la poignée 4 forme l'extrémité proximale du manipulateur. 20 Sur la figure 9, le manipulateur est illustré en position d'utilisation. Comme dans les dispositifs connus, le bras de liaison 2 passe dans un trocart 7 assurant la liaison et le passage dans une ouverture 8 pratiquée dans la paroi corporelle 9 d'un patient. Une unité de travail 3 est montée sur l'extrémité distale 2b du bras de 25 liaison 2, et comporte un support d'outils 5 portant ou apte à recevoir un outil 6, et actionnable par ledit au moins un organe de commande 4a-4c selon au moins un degré de liberté de mouvement. La poignée 4 comporte un tronçon de préhension 4e ayant une surface de préhension autour d'un axe longitudinal de poignée III. Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 1 à 8, le tronçon de préhension 4e a une forme de révolution en poire, le diamètre D du tronçon de préhension 4e étant progressivement croissant depuis l'extrémité distale 4f vers l'extrémité proximale 4g. L'extrémité proximale 4g est elle-même arrondie, par exemple en calotte sphérique. Dans le mode de réalisation des figures 9 et 10, le tronçon de préhension 4e a une forme cylindrique de révolution. 5547FDEP.dac 2948596 6 Dans les modes de réalisation illustrés à titre d'exemple en coupe transversale sur la figure 11, le tronçon de préhension a une section transversale hexagonale sur la vue de gauche, ou une section transversale octogonale sur la vue du milieu, ou une section transversale circulaire cannelée sur la vue de droite, 5 et on a représenté à chaque fois l'enveloppe 40 en pointillés. Dans tous les modes de réalisation, la surface de préhension du tronçon de préhension 4e a une forme contenue dans une enveloppe, telle que l'enveloppe 40 illustrée en pointillés, qui elle-même présente une forme de révolution autour de l'axe longitudinal de poignée III. Cela autorise une même préhension par la main 10 ou les doigts selon toutes orientations angulaires autour de l'axe longitudinal de poignée III, et autorise une rotation régulière de la poignée 4 dans la main de l'opérateur ou entre ses doigts. Dans tous les modes de réalisation, la poignée 4 est fixe sur l'extrémité proximale 2a du bras de liaison 2, et l'axe longitudinal de poignée III est colinéaire 15 avec l'axe longitudinal de bras I. On considère maintenant la structure des organes de commande 4a-4c. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 4, 9 et 10, les organes de commande 4a-4c comprennent chacun un anneau que l'on peut solliciter en rotation autour de l'axe longitudinal de poignée III ou en translation axiale le long 20 de l'axe longitudinal de poignée III. Les organes de commande sont disposés selon une zone annulaire de commande continue proche de l'extrémité distale 4f du tronçon de préhension 4e. De la sorte, la portion de main qui porte le manipulateur est sur le tronçon de préhension 4e, à l'écart des organes de commande, ces derniers étant aptes à être 25 sollicités par un doigt de main qui ne participe pas à la préhension de la poignée. Dans le mode de réalisation des figures 5 à 8, les organes de commande 4a-4c comprennent chacun une série de boutons répartis annulairement et régulièrement autour de l'axe longitudinal de poignée III et couplés fonctionnellement les uns aux autres pour produire un même actionnement 30 de l'unité de travail 3. Les organes de commande 4a-4c à boutons sont également disposés au voisinage de l'extrémité distale 4f du tronçon de préhension 4e. L'ensemble des boutons de chaque organe de commande est contenu dans une enveloppe annulaire respective. Par cette conformation et cette disposition, les organes de commande 35 sont accessibles autour de la poignée 4 quelle que soit l'orientation de la main autour de l'axe longitudinal de poignée III. 5547FDEP.doc 2948596 7 Dans les modes de réalisation illustrés sur [es figures, comportant trois organes de commande, les organes de commande 4a-4c sont décalés les uns des autres le long de l'axe longitudinal de poignée III, tout en restant au voisinage de l'extrémité distale 4f du tronçon de préhension 4e. 5 Pour faciliter la discrimination des organes de commande l'un par rapport à l'autre, afin que l'opérateur puisse actionner de façon distincte l'un ou l'autre des organes de commande, les enveloppes respectives des organes de commande 4a-4c présentent des diamètres respectifs différents, par exemple des diamètres respectifs qui vont en croissant en direction de l'extrémité distale de la 10 poignée 4, comme illustré sur les figures. En alternative ou en complément, on peut donner aux organes de commande une forme ou un état de surface distinctif que l'opérateur pourra reconnaître au toucher : surface lisse, surface striée en longueur, surface striée en largeur, surface large, surface étroite, ... 15 On considère maintenant la figure 9, qui illustre de façon plus complète une structure de manipulateur selon un mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, le support d'outils 5 et ['outil 6 sont actionnables par les organes de commande 4a-4c selon au moins un mouvement 20 d'inclinaison latérale 12 d'amplitude réglable vers une direction d'inclinaison II, et un mouvement de rotation propre 14 de l'outil 6 autour de la direction d'inclinaison II, par rotation de type � tournevis �. Par exemple, la sollicitation du premier organe de commande 4a de la poignée 4 commande un actionneur d'inclinaison logé dans le corps de commande 25 10 qui lui-même entraîne le support d'outils 5 en un mouvement d'inclinaison 12 autour d'un axe transversal d'inclinaison 11. Ainsi, le support d'outils 5 et l'outil 6 peuvent prendre une inclinaison dans laquelle ils sont orientés selon une direction d'inclinaison II. Par la sollicitation du second organe de commande 4b de la poignée 4, 30 on commande un actionneur de rotation propre logé dans le corps de commande 10, qui entraîne le support d'outils 5 en un mouvement de rotation propre 14 autour de la direction d'inclinaison II. Par l'actionnement de l'organe de commande de pince 4c de la poignée 4, on pilote un actionneur de pince pour obtenir soit l'ouverture soit la fermeture de 35 la pince 6. Chacun des actionneurs peut être de type moteur électrique, vérin hydraulique ou pneumatique, transmission mécanique par exemple. 55471uEP.doc 2948596 8 On notera que, selon l'invention, l'opérateur peut aisément appliquer au manipulateur un mouvement de rotation axiale autour de l'axe longitudinal I du bras de liaison 2 par rotation de la poignée 4 dans la main de l'utilisateur, par exemple entre le pouce et les autres doigts, à la manière d'un tournevis. Ce mouvement de 5 rotation axiale permet d'orienter à volonté la direction d'inclinaison II autour de l'axe longitudinal de bras I, de sorte que l'on peut aisément donner à l'outil 6 toutes orientations dans le cône qui coiffe l'extrémité distale 2b du bras longitudinal 2. Dans le cas où l'outil 6 est une pince, le troisième organe de commande 4c peut avantageusement commander l'ouverture et la fermeture de la pince. 10 En alternative, l'ouverture et la fermeture de la pince peuvent être commandées par l'actionnement d'un levier longitudinal articulé sur la poignée, qui est escamoté en position de serrage de pince en permettant alors la capacité de rotation de la poignée dans la main ou entre les doigts de l'opérateur. Du fait de la capacité de rotation autour de l'axe longitudinal I d'un tel 15 manipulateur, il peut s'avérer avantageux de donner à l'opérateur un moyen de repérer la position angulaire du manipulateur. Pour cela, comme illustré sur les figures 6 à 8, on peut prévoir un repère de position angulaire autour de l'axe longitudinal I du bras de liaison 2. En pratique, dans le mode de réalisation illustré, le repère de position 20 angulaire est une irrégularité de surface de la surface périphérique de poignée 4, perceptible par la main tenant la poignée. Par exemple, cette irrégularité de surface peut être une nervure longitudinale 4h, ou un levier de serrage de pince. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et 25 généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. 5547FDEP.dac REVENDICATIONS1 û Manipulateur comprenant : - une unité de commande (1), ayant une poignée (4) apte à être tenue par une main, - au moins un organe de commande (4a-4c), monté sur la poignée (4), et apte à être sollicité par au moins un doigt de la main tenant la poignée (4), - un bras de liaison (2), se développant le long d'un axe longitudinal de bras (I), ayant une extrémité proximale (2a) dans laquelle est montée l'unité de commande (1) à poignée (4), et ayant une extrémité distale (2b), - une unité de travail (3), montée sur l'extrémité distale (2b) du bras de liaison (2), comportant un support d'outils (5) portant ou apte à recevoir un outil (6), et actionnable par ledit au moins un organe de commande (4a-4c) selon au moins un degré de liberté de mouvement, caractérisé en ce que : - la poignée (4) comporte un tronçon de préhension (4e) ayant une surface de préhension, autour d'un axe longitudinal de poignée (III), conformée de façon à autoriser une même préhension par la main selon toutes orientations angulaires autour de l'axe longitudinal de poignée (III) et à autoriser une rotation régulière de la poignée (4) dans la main ou entre les doigts, - la poignée (4) est fixe sur l'extrémité proximale (2b) du bras de liaison (2), - l'axe longitudinal de poignée (III) est colinéaire avec l'axe longitudinal de bras (I), - ledit au moins un organe de commande (4a-4c) est conformé pour être accessible autour de la poignée (4) selon une zone annulaire de commande continue proche de l'extrémité distale (4f) du tronçon de préhension (4e), quelle que soit l'orientation de la main autour de l'axe longitudinal (III) de la poignée (4). 2 û Manipulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon de préhension (4e) a une forme cylindrique de révolution. 3 û Manipulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon de préhension (4e) a une forme de révolution en poire, le diamètre (D) du tronçon de préhension (4e) étant progressivement croissant depuis l'extrémité distale (4f) vers l'extrémité proximale (4g), avec une extrémité proximale (4g) arrondie. 4 û Manipulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit au moins un organe de commande (4a-4c) comprend un anneau que l'on peut solliciter en rotation autour de l'axe longitudinal de poignée (III) et/ou en translation axiale le long de l'axe longitudinal de poignée (III). 5547FD13P.doc 2948596 10 5 û Manipulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit au moins un organe de commande (4a-4c) comprend une série de boutons répartis annulairement et régulièrement autour de l'axe longitudinal de poignée (III) et couplés fonctionnellement les uns aux autres pour 5 produire un même actionnement de l'unité de travail (3). 6 û Manipulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs organes de commande (4a-4c) décalés les uns des autres le long de l'axe longitudinal de poignée (III), au voisinage de l'extrémité distale (4f) du tronçon de préhension (4e). 10 7 û Manipulateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les organes de commande (4a-4c) présentent des enveloppes annulaires respectives dont les diamètres respectifs vont en croissant en direction de l'extrémité distale (4f) de la poignée (4). 8 û Manipulateur selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en 15 ce que les organes de commande (4a-4c) ont une forme ou un état de surface distinctif que l'opérateur pourra reconnaître au toucher. 9 û Manipulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le support d'outils (5) et l'outil (6) sont actionnables par les organes de commande (4a-4c) selon au moins un mouvement d'inclinaison latérale 20 (12) d'amplitude réglable vers une direction d'inclinaison (II). 10 û Manipulateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'actionnement d'un premier organe de commande (4a) commande un actionneur d'inclinaison logé dans un corps de commande (10), qui entraîne le support d'outils (5) en un mouvement d'inclinaison (12). 25 11 û Manipulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le support d'outils (5) et l'outil (6) sont actionnables par les organes de commande (4a-4c) selon au moins un mouvement de rotation propre (14) de l'outil (6) autour de la direction d'inclinaison (II), par rotation de type � tournevis �. 30 12 û Manipulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de commande (4c) apte à commander l'ouverture et la fermeture d'un outil (6) de type pince. 13 û Manipulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, sur la surface périphérique de l'unité de 35 commande (1), un repère de position angulaire (4h) autour de l'axe longitudinal (I) du bras de liaison. 5547FDEP.doc 2948596 11 14 -- Manipulateur selon la revendication 13, caractérisé en ce que le repère de position angulaire (4h) est une irrégularité de surface de la surface périphérique de poignée, perceptible par la main tenant la poignée (4).