Brevet FR3132202A1 — publié le 20230804

L’invention concerne un système de coupe comprenant : une scie motorisée (1) comprenant une lame (2), un bras robotisé (6), un organe de couplage (3) couplant mécaniquement le bras robotisé à la scie, l’organe de couplage étant configuré pour maintenir la lame dans un premier plan de coupe, sans entraver des mouvements de rotation et de translation axiale de la lame, et pour définir une butée (3) distale pour le mouvement de translation axial, des organes de localisation (5, 8) configurés pour fournir des données de localisation d’un objet à couper (4), de la lame et de la butée, un second plan de coupe avec une limite distale étant définis dans l’objet, et une unité de commande (CU) du bras robotisé en fonction des données de localisation, configurée pour faire coïncider les plans de coupe et positionner la butée afin d’empêcher la lame de dépasser la limite distale. Figure 1 Procédé et système de coupe osseuse comportant un asservissement du plan de coupe La présente invention concerne le domaine de la chirurgie du squelette et en particulier les arthroplasties totales ou partielles du genou ou de la hanche. Etat de la technique Afin de pratiquer une arthroplastie totale ou partielle de genou, on réalise une coupe osseuse à l’aide d’une scie chirurgicale actionnant une lame de scie oscillante. Pour contrôler le plan de coupe, on utilise généralement un guide de coupe dans lequel la lame de scie est insérée. Dans ce contexte, il est essentiel de positionner convenablement le guide de coupe. Généralement, le guide de coupe est positionné de manière fixe sur l’os, afin d’éviter tout mouvement relatif du guide de coupe par rapport à l’os durant l’opération. Ce positionnement est effectué à l’aide d’une instrumentation mécanique standard, naviguée, ou robotisée. Dans le cas où le guide de coupe est positionné par un robot, ce positionnement est également effectué de manière statique, en maintenant le guide fixe par rapport à l’os. Les guides de coupe présentent généralement une largeur relativement importante, car une fois le guide positionné de manière fixe à l’os, la lame de scie doit pouvoir atteindre toutes les parties à découper. Les guides de coupe doivent être également les moins encombrants possibles, compte tenu de l’ouverture devant être réalisée dans la peau et les tissus du patient, tout en permettant à la lame de scie d’atteindre l’ensemble de la zone à couper. Il s’avère que la solidarisation du guide à l’os ne permet de pas de gérer la limite de coupe, qui reste à l’appréciation du chirurgien. De plus, sur une instrumentation standard, la lame de scie peut entrer en conflit avec le guide de coupe en limite de coupe, pouvant empêcher la lame de scie d’atteindre toute la zone à couper, et pouvant également entrainer l’usure voire la casse du guide de coupe. Certains fabricants proposent de coupler directement la scie à un bras robotisé programmé pour contraindre la lame de scie dans un plan de coupe prédéfini et pour appliquer une butée de coupe. Il s’avère que les temps de réponse des bras robotisés commercialisés actuellement sont insuffisants pour empêcher la lame de scie d’atteindre des zones à exclure de la coupe. Il est également connu d’utiliser des guides de coupe fabriqués sur mesure ou des guides appelés "mini-abords" qui sont différenciés selon le côté opéré. Cependant, l’usage de tels guides entraine des coûts supplémentaires de conception, fabrication, et stérilisation en routine. Il est donc souhaitable de pouvoir guider une coupe à travers un os d’un patient, afin de ne pas empêcher pas la lame de scie d’atteindre toute la zone à découper. Il est également souhaitable de pouvoir empêcher en temps réel la lame de scie d’atteindre des zones exclues de la coupe à réaliser. Des modes de réalisation concernent un système de coupe comprenant : une scie motorisée comprenant une lame de scie, un bras robotisé, un organe de couplage mécanique couplant mécaniquement le bras robotisé à la scie, l’organe de couplage étant configuré pour maintenir la lame de scie dans un premier plan de coupe, sans entraver des mouvements, dans le premier plan de coupe, de rotation et de translation axiale de la lame de scie suivant un axe longitudinal de la lame de scie, et pour définir une butée mécanique distale pour le mouvement de translation axiale, des organes de localisation configurés pour fournir des données de localisation dans un référentiel spatial, d’un objet à couper, de la lame de scie et de la butée mécanique, un second plan de coupe avec une limite distale de coupe étant définis dans le référentiel spatial, et une unité de commande du bras robotisé en fonction des données de localisation de l’objet à couper, de la lame de scie et de la butée mécanique, l’unité de commande étant configurée pour faire coïncider le premier plan de coupe avec le second plan de coupe et positionner la butée mécanique de manière à empêcher la lame de scie de dépasser la limite distale de coupe. Grâce à ces dispositions, la position de la butée mécanique peut être ajustée en temps réel en fonction de l’orientation de la lame de scie dans le plan de coupe. En outre, la butée n’a pas besoin d’être ajustée avec un temps de réponse très court. Selon un mode de réalisation, l’organe de couplage mécanique comprend un guide de coupe couplé à la lame de scie et au bras robotisé, le guide de coupe coopérant avec une extrémité proximale de la lame de scie pour former la butée mécanique pour le mouvement de translation de la lame de scie. Ainsi, un guide de coupe standard et peu coûteux peut être utilisé pour coupler la lame de scie au bras robotisé. Selon un mode de réalisation: le guide de coupe comprend un passage dans lequel coulisse la lame de scie et maintenant la lame de scie dans le second plan de coupe, le passage étant plus large que la lame de scie, dans le second plan de coupe, et l’unité de commande est configurée pour déplacer le guide de coupe en temps réel afin d’empêcher des bords latéraux opposés du passage d’entrer en contact avec la lame de scie. Selon un mode de réalisation, l’unité de commande est configurée pour déplacer le guide de coupe en temps réel afin de faire coïncider un axe longitudinal du passage du guide de coupe avec l’axe longitudinal de la lame de scie. De cette manière, il n’est pas nécessaire de prévoir un passage très large dans le guide de coupe pour autoriser une grande amplitude de rotation de la lame de scie dans le plan de coupe. Ces asservissements permettent également de limiter l’usure du guide de coupe et ainsi la projection de poussières liées à l’usure du guide dans une salle d’opération. Selon un mode de réalisation, l’organe de couplage mécanique comprend une tige solidaire du bras robotisé et couplée directement à un bloc moteur de la scie par une liaison à la fois pivotante maintenant la lame de scie dans le premier plan de coupe, et coulissante suivant l’axe longitudinal de la lame de scie. L’absence de guide de coupe permet d’éviter les frottements entre la lame de scie et le guide de coupe. Cette disposition permet également d’utiliser si nécessaire une lame de scie plus épaisse, pour éviter tout risque de flexion de la lame de scie, qui placerait le bord de coupe de la lame en dehors du plan de coupe requis. Selon un mode de réalisation, la liaison est configurée pour permettre une translation de la scie suivant un axe parallèle à la liaison. Selon un mode de réalisation, l’unité de commande est configurée pour asservir le bras robotisé afin de maintenir l’organe de couplage dans une configuration permettant une translation axiale de la lame de scie dans le premier plan de coupe, et/ou afin de maintenir l’organe de couplage dans une configuration laissant une liberté de mouvement en translation axiale et/ou latérale de la lame de scie dans le premier plan de coupe. Selon un mode de réalisation, les organes de localisation sont configurés pour fournir à l’unité de commande une position de l’organe de couplage dans le référentiel spatial, ou bien le bras robotisé comprend un circuit de rétroaction pour fournir à l’unité de commande la position de l’organe de couplage dans le référentiel spatial. Selon un mode de réalisation, les organes de localisation sont configurés pour fournir à l’unité de commande une position de la scie dans le référentiel spatial, l’unité de commande étant configurée pour positionner le l’organe de couplage mécanique en fonction de la position de la scie dans le référentiel spatial. Selon un mode de réalisation, les organes de localisation comprennent un capteur d’image coopérant avec des repères visuels solidaires d’un des éléments à localiser, les éléments à localiser comprenant l’objet à couper, et/ou l’organe de couplage, et/ou la scie. Selon un mode de réalisation, la lame de scie est de type oscillant avec un bord de coupe distal oscillant dans le second plan de coupe. Selon un mode de réalisation, l’organe de couplage est configuré pour laisser visible une distance de translation axiale de la scie avant d’atteindre la butée mécanique. Selon un mode de réalisation, l’objet à couper est un os dans un squelette, la scie étant configurée pour couper un os. Des modes de réalisations peuvent également concerner un procédé de coupe comprenant des étapes consistant à : prendre une scie motorisée comprenant une lame de scie, associer la scie à un bras robotisé par l’intermédiaire d’un organe de couplage mécanique, maintenir, par l’organe de couplage mécanique, la lame de scie dans un premier plan de coupe, sans entraver des mouvements de rotation et de translation axiale de la scie suivant un axe longitudinal de la lame de scie, dans le premier plan de coupe, former, par l’organe de couplage, une butée mécanique distale pour le mouvement de translation axiale, définir dans un objet à couper, un second plan de coupe avec une limite distale de coupe, dans un référentiel spatial lié à l’objet à couper, fournir, par des organes de localisation, dans le référentiel spatial, des données de localisation de l’objet à couper, de la lame de scie et de la butée mécanique, et commander le bras robotisé par une unité de commande, en fonction des données de localisation, afin de faire coïncider le premier plan de coupe avec le second plan de coupe et positionner la butée mécanique de manière à empêcher la lame de scie de dépasser la limite distale de coupe. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des étapes de déplacement en temps réel d’un guide de coupe appartenant à l’organe de couplage afin d’empêcher des bords latéraux opposés d’un passage formé dans le guide de coupe, d’entrer en contact avec la lame de scie. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des étapes de déplacement en temps réel d’un guide de coupe appartenant à l’organe de couplage afin de faire coïncider un axe longitudinal d’un passage formé dans un guide de coupe de l’organe mécanique, avec l’axe longitudinal de la lame de scie. Brève description des figures La présente invention sera bien comprise à l’aide de la description qui suit en référence aux figures annexées, dans lesquelles des signes de références identiques correspondent à des éléments structurellement et/ou fonctionnellement identiques ou similaires. La f igure 1 est une vue schématique générale en perspective d’un système de coupe, selon un mode de réalisation, La f igure 2 est une vue schématique latérale détaillée d’une partie du système de coupe, selon un mode de réalisation, La f igure 3 est une vue schématique en perspective détaillée d’une partie du système de coupe, selon un mode de réalisation, Les f igures 4A, 4B, 4C sont des vues schématiques de dessus d’un plan de coupe montrant une lame de scie associée à un guide de coupe, selon un mode de réalisation, La f igure 5 est une vue schématique en coupe d’une lame de scie dans un guide de coupe du système de coupe, selon un mode de réalisation, La f igure 6 est une vue schématique en perspective détaillée d’un système de coupe, selon un autre mode de réalisation, La f igure 7 est une vue schématique de dessus du système de coupe de la f igure 6, selon un mode de réalisation, La f igure 8 est une vue schématique de face du système de coupe de la f igure 6, selon un mode de réalisation, La f igure 9 est une vue schématique en perspective détaillée d’un système de coupe, selon un autre mode de réalisation, La f igure 10 est une vue schématique détaillée de face d’une partie du système de coupe de la f igure 9, selon un mode de réalisation. Système de coupe comprenant : une scie motorisée (1) comprenant une lame de scie (2), un bras robotisé (6), un organe de couplage mécanique (3, 13) couplant mécaniquement le bras robotisé à la scie, l’organe de couplage étant configuré pour maintenir la lame de scie dans un premier plan de coupe, sans entraver des mouvements, dans le premier plan de coupe, de rotation et de translation axiale de la lame de scie suivant un axe longitudinal (X) de la lame de scie, et pour définir une butée mécanique (3-1a, 13-14a) distale pour le mouvement de translation axiale, des organes de localisation (5, 7, 8, 9) configurés pour fournir des données de localisation dans un référentiel spatial, d’un objet à couper (4), de la lame de scie et de la butée mécanique, un second plan de coupe (4a) avec une limite distale de coupe (4b) étant définis dans le référentiel spatial, et une unité de commande (CU) du bras robotisé en fonction des données de localisation de l’objet à couper, de la lame de scie et de la butée mécanique, l’unité de commande étant configurée pour faire coïncider le premier plan de coupe avec le second plan de coupe et positionner la butée mécanique de manière à empêcher la lame de scie de dépasser la limite distale de coupe. Système selon la revendication 1, dans lequel l’organe de couplage mécanique comprend un guide de coupe (3) couplé à la lame de scie (2) et au bras robotisé (6), le guide de coupe coopérant avec une extrémité proximale (1a) de la lame de scie pour former la butée mécanique pour le mouvement de translation de la lame de scie. Système selon la revendication 2, dans lequel : le guide de coupe (3) comprend un passage (3a) dans lequel coulisse la lame de scie (2) et maintenant la lame de scie dans le second plan de coupe, le passage étant plus large que la lame de scie, dans le second plan de coupe, et l’unité de commande (CU) est configurée pour déplacer le guide de coupe (3) en temps réel afin d’empêcher des bords latéraux opposés du passage d’entrer en contact avec la lame de scie. Système selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l’unité de commande (CU) est configurée pour déplacer le guide de coupe (3) en temps réel afin de faire coïncider un axe longitudinal du passage (3a) du guide de coupe avec l’axe longitudinal (X) de la lame de scie. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’organe de couplage mécanique (13, 14, 14a) comprend une tige (13a, 23a) solidaire du bras robotisé (6) et couplée directement à un bloc moteur (1b) de la scie (1) par une liaison (13-14, 23-24, 24a) à la fois pivotante maintenant la lame de scie dans le premier plan de coupe, et coulissante suivant l’axe longitudinal (X) de la lame de scie (2). 6. Système selon la revendication 5, dans lequel la liaison (13a, 23a) est configurée pour permettre une translation de la scie (1) suivant un axe parallèle à la liaison. 7. Système selon la revendication 5 ou 6, dans lequel l’unité de commande (CU) est configurée pour asservir le bras robotisé (6) afin de maintenir l’organe de couplage dans une configuration permettant une translation axiale de la lame de scie (2) dans le premier plan de coupe, et/ou afin de maintenir l’organe de couplage dans une configuration laissant une liberté de mouvement en translation axiale et/ou latérale de la lame de scie (2) dans le premier plan de coupe. 8. Système selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel les organes de localisation (5, 7, 8, 9) sont configurés pour fournir à l’unité de commande (CU) une position de l’organe de couplage (3, 13) dans le référentiel spatial, ou bien le bras robotisé (6) comprend un circuit de rétroaction pour fournir à l’unité de commande la position de l’organe de couplage dans le référentiel spatial. 9. Système selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel les organes de localisation (5, 7, 8, 9) sont configurés pour fournir à l’unité de commande (CU) une position de la scie (1) dans le référentiel spatial, l’unité de commande étant configurée pour positionner le l’organe de couplage mécanique (3, 13) en fonction de la position de la scie dans le référentiel spatial. 10. Système selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel les organes de localisation (5, 7, 8, 9) comprennent un capteur d’image (5a, 5b) coopérant avec des repères visuels (7, 8, 9) solidaires d’un des éléments à localiser, les éléments à localiser comprenant l’objet à couper (4), et/ou l’organe de couplage (3, 13), et/ou la scie (1). 11. Système selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel la lame de scie (2) est de type oscillant avec un bord de coupe distal (2a) oscillant dans le second plan de coupe. 12. Système selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel l’organe de couplage est configuré pour laisser visible une distance de translation axiale de la scie (1) avant d’atteindre la butée mécanique (3-1a, 13-14a). 13. Système selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel l’objet à couper est un os (4) dans un squelette, la scie étant configurée pour couper un os. 14. Procédé de commande de déplacements d’une scie motorisée, comprenant des étapes consistant à : associer une scie motorisée comprenant une lame de scie, à un bras robotisé par l’intermédiaire d’un organe de couplage mécanique, l’organe de couplage mécanique maintenant la lame de scie dans un premier plan, sans entraver des mouvements de rotation et de translation axiale de la scie suivant un axe longitudinal (X) de la lame de scie, dans le premier plan, l’organe de couplage mécanique formant une butée mécanique distale (1a-3, 13-14a) pour le mouvement de translation axiale, mémoriser par une unité de commande (CU) une définition d’un second plan avec une limite distale, dans un référentiel spatial lié à un objet (4), fournir à l’unité de commande, par des organes de localisation (5, 7, 8, 9), des données de localisation dans le référentiel spatial de l’objet, de la lame de scie et de la butée mécanique, et commander le bras robotisé par l’unité de commande en fonction des données de localisation, afin de faire coïncider le premier plan avec le second plan et de positionner la butée mécanique de manière à empêcher la lame de scie de dépasser la limite distale. Procédé de commande selon la revendication 14, comprenant des étapes de commande du bras robotisé par l’unité de commande (CU) pour déplacer en temps réel un guide de coupe (3) appartenant à l’organe de couplage afin d’empêcher des bords latéraux opposés d’un passage (3a) formé dans le guide de coupe, d’entrer en contact avec la lame de scie (2). Procédé de commande selon la revendication 14 ou 15, comprenant des étapes de commande du bras robotisé par l’unité de commande (CU) pour déplacer en temps réel un guide de coupe (3) appartenant à l’organe de couplage afin de faire coïncider un axe longitudinal d’un passage (3a) formé dans un guide de coupe (3) de l’organe mécanique, avec l’axe longitudinal (X) de la lame de scie (2).