FR2891451A1 - Navigation system for orthopedic surgery, has operational area observation unit provided as box connected to telescopic column via ball and socket joint type articulation and oriented with respect to column using adjusting handles - Google Patents
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Abstract
Description
La chirurgie assistée par ordinateur consiste à proposer au chirurgien auComputer-assisted surgery consists of proposing to the surgeon to
fil de l'intervention, un certain nombre d'informations, données, suggestions, au moyen d'un dispositif d'affichage (le plus souvent un thread of the intervention, a number of information, data, suggestions, by means of a display device (most often a
écran), cette proposition étant le résultat du traitement par une unité informatique d'une situation réelle acquise par cette unité à l'aide d'un logiciel d'assistance à l'intervention. screen), this proposal being the result of the processing by a computer unit of a real situation acquired by this unit with the help of a software of intervention assistance.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Afin de rendre opérationnel un tel système, il convient de placer le champ opératoire (la situation réelle) dans un repère de référence. Un dispositif d'acquisition de données (par télémétrie infrarouge notamment) est associé à ce repère et permet d'identifier la forme et la position du membre à traiter dans le repère. Des marqueurs sont utilisés pour procéder à cette identification. Certains sont solidaires du membre tandis que d'autres sont solidaires d'instruments tels que des pal-peurs permettant de relever les coordonnées d'une multi- tude de points dans le repère de référence. Ainsi sont acquises par le système, la position et la forme du membre à traiter et le chirurgien dispose alors d'une image tridimensionnelle de ce membre, résultant du traitement des données acquises par l'unité informatique. Le logi- ciel d'assistance fournit au chirurgien des indications relatives à l'intervention en fonction des données acquises et de la prothèse à poser et/ou qui prend en considération les indications que le chirurgien souhaite imposer au système, résultant de sa pratique et de ses choix cli-niques. BACKGROUND OF THE INVENTION In order to make such a system operational, the operating field (the actual situation) should be placed in a reference frame. A data acquisition device (including infrared telemetry) is associated with this marker and identifies the shape and position of the member to be treated in the marker. Markers are used to make this identification. Some are integral with the limb while others are integral with instruments such as pal-fears to record the coordinates of a plurality of points in the reference frame. Thus are acquired by the system, the position and shape of the member to be treated and the surgeon then has a three-dimensional image of this member, resulting from the processing of data acquired by the computer unit. The assistance software provides the surgeon with indications relating to the intervention based on the data acquired and the prosthesis to be placed and / or which takes into consideration the indications that the surgeon wishes to impose on the system, resulting from his practice and of his clinical choices.
Le système est alors capable de fournir en temps réel des indications ou des consignes au chirurgien pour la réalisation de certains actes tels que les résections osseuses qu'il convient de réaliser pour l'implantation d'une prothèse. The system is then able to provide real-time indications or instructions to the surgeon for performing certain acts such as bone resections that should be performed for the implantation of a prosthesis.
2891451 2 Au cours de ces opérations, le chirurgien doit dialoguer avec le système informatique. Il dispose à cet effet, en plus des instruments équipés de marqueurs, soit d'une pédale, soit d'un émetteur d'un signal lui permet- tant de valider une acquisition. En outre, il faut au chirurgien pouvoir disposer d'un moyen pour conduire de manière interactive l'assistance proposée par le système informatique à la manière d'une télécommande à laquelle se substitue quelquefois un personnel assistant situé au voisinage de l'unité informatique. En effet cette unité est le plus souvent placée en dehors du champ stérile de l'intervention et le chirurgien ne peut pas y accéder par lui-même. During these operations, the surgeon must dialogue with the computer system. For this purpose, it has, in addition to the instruments equipped with markers, either a pedal or a transmitter with a signal enabling it to validate an acquisition. In addition, it is necessary for the surgeon to have a means for interactively conducting the assistance offered by the computer system in the manner of a remote control which is sometimes substituted assistant personnel located in the vicinity of the computer unit. Indeed, this unit is most often placed outside the sterile field of intervention and the surgeon can not access it by itself.
OBJET DE L'INVENTION Par la présente invention, on propose un ensemble de moyens qui autorise entre le chirurgien et l'unité informatique d'assistance à l'intervention une interactivité souple et fiable. OBJECT OF THE INVENTION By the present invention, there is provided a set of means that authorizes between the surgeon and the computer unit for intervention assistance flexible and reliable interactivity.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTIONBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
A cet effet, l'invention a pour objet une station de navigation pour chirurgie orthopédique comprenant: - une unité informatique de traitement d' informa- tions, - des moyens d'observation d'une partie détermi-25 née de l'espace, - des moyens de marquage d'un ou plusieurs objets logés dans cet espace, reconnus et repérés par les moyens d'observation dans ledit espace pour constituer des moyens d'acquisition de données pour l'unité informati- que, - des moyens d'affichage de données ou d'informations acquises par l'unité informatique et/ou enregistrées dans celle-ci et/ou calculées par celle-ci et des moyens de commande à distance de l'unité informatique. 20 To this end, the subject of the invention is a navigational station for orthopedic surgery comprising: a computer processing unit for information, means for observing a determined part of the space, means for marking one or more objects housed in this space, recognized and identified by the observation means in said space to constitute data acquisition means for the computer unit; display of data or information acquired by the computer unit and / or recorded therein and / or calculated by it and remote control means of the computer unit. 20
2891451 3 Selon l'invention, ces moyens de commande à dis-tance appartiennent à un instrument manuel équipé de moyens de marquage pour son repérage par les moyens d'observation et comprennent au moins un marqueur supplémen- taire déplaçable manuellement par rapport aux moyens de marquage de l'instrument à partir d'une position stable vers et dans laquelle, en l'absence d'action manuelle, le marqueur est rappelé et maintenu. According to the invention, these remote control means belong to a manual instrument equipped with marking means for its identification by the observation means and comprise at least one additional marker which can be moved manually relative to the means of observation. marking the instrument from a stable position to and in which, in the absence of manual action, the marker is recalled and maintained.
Cette disposition constitue une sorte de télécom- mande passive de l'unité informatique. En effet, le dé-placement relatif du marqueur mobile par rapport aux marqueurs rigidement solidaires de l'instrument est enregistré par les moyens d'observation et traité par l'unité informatique comme un top de commande correspondant à par exemple ce qui peut être attendu d'un programme au cours de son exécution. Il pourra s'agir d'un top validant une acquisition de données relatives à un point dans l'es-pace, ou un signal destiné à opérer un choix proposé par l'unité informatique sur l'écran d'affichage. Dans ce dernier cas par exemple, l'instrument portant les marqueurs fixes et mobile pourra être dirigé vers l'écran d'affichage dans une ou plusieurs positions qui peuvent être reconnues par l'unité informatique, un mouvement du marqueur mobile dans l'une de ses positions correspondant à une instruction de validation d'une option parmi plu-sieurs options proposées par l'unité informatique et affichées sur l'écran à destination du chirurgien. This arrangement constitutes a sort of passive remote control of the computer unit. Indeed, the relative displacement of the mobile marker relative to the rigidly integral markers of the instrument is recorded by the observation means and processed by the computer unit as a control top corresponding to for example what can be expected of a program during its execution. It may be a top validating a data acquisition relating to a point in the space, or a signal intended to make a choice proposed by the computer unit on the display screen. In the latter case for example, the instrument bearing the fixed and mobile markers can be directed to the display screen in one or more positions that can be recognized by the computer unit, a movement of the movable marker in one its positions corresponding to a validation instruction of an option among several options offered by the computer unit and displayed on the screen to the surgeon.
Dans un mode préféré de réalisation, le marqueur supplémentaire est solidaire d'un poussoir de commande de son déplacement porté par l'instrument. Le chirurgien se sert ainsi de ce poussoir comme d'une gâchette. In a preferred embodiment, the additional marker is secured to a control pusher of its movement carried by the instrument. The surgeon uses this pusher as a trigger.
L'unité informatique, les moyens d'affichage et les moyens d'observation sont de préférence groupés dans une structure portable, ce qui permet de placer au mieux la station par rapport au champ opératoire. The computer unit, the display means and the observation means are preferably grouped in a portable structure, which makes it possible to better position the station with respect to the operating field.
2891451 4 En particulier, dans cette structure portable, les moyens d'observation sont portés par l'extrémité d'un mât télescopique de cette dernière. On peut ainsi choisir l'angle sous lequel le champ opératoire sera observé. En outre, ces moyens d'observation sont de préférence attachés de manière détachable au mât télescopique, ce qui permet de satisfaire à certaines contraintes d'accessibilité au champ opératoire en dissociant les moyens d'observation des moyens d'affichage. In particular, in this portable structure, the observation means are carried by the end of a telescopic mast of the latter. One can thus choose the angle under which the field of operation will be observed. In addition, these observation means are preferably detachably attached to the telescopic mast, which makes it possible to satisfy certain constraints of accessibility to the operating field by dissociating the observation means from the display means.
Enfin, pour faciliter le réglage et la visée des moyens d'observation, ceux-ci sont contenus dans un boîtier qui est équipé d'un pointeur à faisceau laser. Finally, to facilitate the adjustment and sighting of the observation means, these are contained in a housing which is equipped with a laser beam pointer.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description d'un mode de sa réalisation donné ci-après à titre d'exemple non limita- tif. Other features and advantages of the invention will emerge from the description of a mode of its implementation given below by way of non-limiting example.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est une représentation d'une station de navigation conforme à l'invention dans une position de service, - la figure 2 représente cette même station dans une position de rangement, - la figure 3 représente un palpeur équipé de moyens de télécommande passive de l'unité informatique de la station de navigation. Reference will be made to the appended drawings in which: FIG. 1 is a representation of a navigation station according to the invention in a service position; FIG. 2 represents this same station in a storage position; FIG. 3 represents a probe equipped with passive remote control means of the computer unit of the navigation station.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
La station de navigation représentée aux figures 1 et 2 comporte une unité informatique 1 en façade de laquelle est disposé un écran d'affichage 2. Cette unité est solidaire d'un bâti 3 qui, dans le cas de la figure, comporte deux cadres latéraux 3a et 3b formant en partie inférieure, les pieds de la station et en partie supé- rieure, des poignées pour son transport. Ces cadres laté- 2891451 5 raux sont reliés entre eux et à une colonne 4 télescopique située à l'arrière de l'unité informatique 1, représentée dans son état de service à la figure 1, la colonne étant étendue et, dans son état de rangement à la figure 2, la colonne étant rétractée. The navigation station represented in FIGS. 1 and 2 comprises a computer unit 1 on the front of which a display screen 2 is arranged. This unit is secured to a frame 3 which, in the case of the figure, comprises two lateral frames. 3a and 3b forming in the lower part, the feet of the station and in the upper part, handles for its transport. These lateral frames are connected to each other and to a telescopic column 4 located at the rear of the computer unit 1, shown in its state of service in FIG. 1, the column being extended and, in its storage in Figure 2, the column being retracted.
Au sommet de cette colonne, la station de navigation comporte une unité 5 d'observation d'un champ opératoire sous la forme d'un boîtier 6 relié à la colonne 4 par une articulation du genre rotule. L'orientation du boîtier 6 par rapport à la colonne 4 est effectuée au moyen de poignées 7 de réglage qui permettent au chirurgien d'orienter le boîtier 6 dans la direction qui l'intéresse et, au moyen d'organes appropriés 8, qui actionnés permettent de déverrouiller l'articulation et qui, au repos, la verrouille l'orientation du boîtier une fois réglée. Pour aider à cette orientation, le boîtier 6 comporte un émetteur 9 de faisceau laser formant pointeur. At the top of this column, the navigation station comprises a unit 5 for observing an operating field in the form of a housing 6 connected to the column 4 by a hinge of the ball-and-socket type. The orientation of the housing 6 with respect to the column 4 is effected by means of adjustment handles 7 which enable the surgeon to orient the housing 6 in the direction of interest and, by means of appropriate members 8, which are actuated allow to unlock the joint and that, at rest, locks the orientation of the housing once set. To assist in this orientation, the housing 6 includes a laser beam emitter 9 forming a pointer.
Aux extrémités latérales du boîtier 6, les moyens d'observation du champ opératoire possèdent des émetteurs récepteurs de télémétrie infrarouge 10 grâce auxquels tout objet placé dans le champ d'observation est reconnu et repéré. At the lateral ends of the housing 6, the observation field of the operating field has infrared telemetry transmitters 10 by which any object placed in the field of observation is recognized and spotted.
Cette reconnaissance et ce repérage sont obtenus de manière connue grâce à des marqueurs qui sont sondai- res de l'objet, ces marqueurs étant constitués par exemple par des réflecteurs sphériques des signaux infrarouges émis par les moyens d'observation 5. This recognition and this identification are obtained in a known manner by means of markers which are probes of the object, these markers being constituted for example by spherical reflectors of the infrared signals emitted by the observation means 5.
La figure 3 représente un palpeur 20 avec une poignée de manipulation 21 et une pointe active 22, équi- pé de trois réflecteurs infrarouges fixes 23, 24 et 25. Lorsque ces réflecteurs 23, 24 et 25 sont dans le champ d'observation de la station de navigation, l'unité informatique connaît les coordonnées de la pointe 22 dans le repère de ce champ. FIG. 3 shows a feeler 20 with a manipulating handle 21 and an active tip 22, equipped with three fixed infrared reflectors 23, 24 and 25. When these reflectors 23, 24 and 25 are in the field of view of FIG. navigation station, the computer unit knows the coordinates of the tip 22 in the reference of this field.
S'il s'agit, dans le programme de navigation, d'une routine d'acquisition des coordonnées d'un certain nombre de points pour par exemple définir la forme et la position d'un os ou d'un membre dans le champ observé, il convient lorsque chacun de ces points sont contactés par le pointe 22, d'en relever les coordonnées. If it concerns, in the navigation program, a routine for acquiring the coordinates of a certain number of points, for example to define the shape and position of a bone or limb in the field observed, it is appropriate when each of these points are contacted by the tip 22, to find the coordinates.
A cet effet, le palpeur selon l'invention est équipé d'un quatrième réflecteur infrarouge ou marqueur 26 dont on peut commander le mouvement grâce à un levier 27 duquel le marqueur 26 est solidaire. On peut rapprocher ce levier 27 de la poignée 21 par pression à l'en-contre de l'effet du ressort 28 qui tend à l'écarter. Ainsi, lorsque ce mouvement est commandé par l'opérateur qui tient en main le palpeur 20, l'unité informatique le repère et l'interprète comme un ordre d'enregistrement des coordonnées du point palpé. For this purpose, the probe according to the invention is equipped with a fourth infrared reflector or marker 26 which can be controlled by a lever 27 which the marker 26 is integral. This lever 27 can be brought closer to the handle 21 by pressing against the effect of the spring 28 which tends to move it away. Thus, when this movement is controlled by the operator who holds the probe 20 in his hand, the computer unit locates it and interprets it as a command to record the coordinates of the probed point.
Il est possible que l'unité informatique, lors de l'exécution d'un programme, propose par l'écran d'affichage 2 au chirurgien soit de commander le déroulement d'une étape supplémentaire du programme, soit de procéder à un choix parmi deux ou plusieurs options qui lui sont proposées. A cet effet, l'instrument, par exemple le pal-peur, que le chirurgien tient en main, constitue une télécommande passive de l'unité informatique. Le signal de télécommande est constitué par le repérage du mouvement du marqueur 26 par rapport aux autres marqueurs 23, 24 et 25. Les logiciels de la station de navigation peuvent être raffinés au point que dans une certaine orientation de l'instrument 20, le mouvement soit interprété comme le choix d'une première option alors que dans une autre orientation, ce mouvement soit interprété comme étant le choix d'une deuxième option. It is possible for the computer unit, when executing a program, to provide the surgeon with the display screen 2 either to control the progress of an additional stage of the program or to make a choice among two or more options that are proposed to him. For this purpose, the instrument, for example the pal-fear, which the surgeon holds in his hand, constitutes a passive remote control of the computer unit. The remote control signal is constituted by the marking of the movement of the marker 26 relative to the other markers 23, 24 and 25. The software of the navigation station can be refined to the point that in a certain orientation of the instrument 20, the movement be interpreted as the choice of a first option while in another orientation, this movement is interpreted as the choice of a second option.
L'exemple ci-dessus concerne un instrument à main du type palpeur. D'autres instruments nécessaires à l'in- tervention du chirurgien peuvent également être équipés de marqueurs fixes (de manière connue) et mobiles (con- formément à l'invention), permettant au chirurgien de communiquer de manière interactive avec l'unité informa-tique à n'importe quel stade de l'opération. Plusieurs marqueurs peuvent être déplacés et ainsi constituer plu- sieurs géométries distinctes repérables par le système de navigation, et donc correspondre à plusieurs ordres de télécommande si cela peut être utile ou nécessaire. The example above is for a hand instrument of the probe type. Other instruments required for the surgeon's intervention may also be equipped with fixed (in known manner) and movable markers (in accordance with the invention), allowing the surgeon to interactively communicate with the informatics unit. at any stage of the operation. Several markers can be moved and thus constitute several distinct geometries identifiable by the navigation system, and thus correspond to several remote control commands if it may be useful or necessary.
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