WO2001026574A1 - Dispositif passif de localisation d'objet - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a device contributing to the location of a computer-assisted object.
- the object is for example an instrument for medical or surgical use such as forceps, knife, forceps, scalpel, scalpel, dissector, premium link generator, forceps, or needle.
- Each device includes at least one reference point whose coordinates are recorded by one or more control cameras.
- a first localization device is fixed on a part of the patient at the level of the operating area and serves as a localization reference with respect to a reference linked to the patient.
- a second device palpates the anatomical shapes and lines characteristic of the patient located in the operating area.
- a third localization device is attached to an instrument operated by the surgeon in order to follow the movements of the latter in the operating area relative to the first device and to the anatomical shapes and lines recorded following the displacement of the second device.
- each device has three or four reference points which are light spots each constituted by a light-emitting diode (LED) supplied by a current source which may be a battery, or an external source. with a power cable. Diode and battery or cable increase the weight and cost of the device and must be removed before each sterilization of the device which can reach approximately 150 ° C.
- LED light-emitting diode
- each location device comprises a support having three branches at the end of each of which is fixed a small ball on which is fixed a self-adhesive reflective film so as to constitute a reference point.
- the fixing of the reflective film on a spherical surface generates folds which do not make it possible to perfectly return an incident light beam towards its source. In addition, removing the film on each ball is tedious and leads to tears.
- the invention mainly aims to remedy the drawbacks of the preceding object location devices by facilitating the removal of a simple and economical locating part before sterilization of the device, while improving the reflection of incident light at points of mark.
- a device helping to locate an object in space comprises in superposition a support, a reflective film and a thin perforated metal plate disposed on the film, as well as a magnet to attract the metal plate against the support.
- the film is easily laid flat in a shallow recess in the support and is easily removed from the device by lifting the metal plate against the magnetic attraction exerted by the magnet.
- the metal plate generally comprises at least one hole, preferably three or four holes for marking by triangulation allowing calculation of error or defect in shape, through which the reflective film is visible, or else pellets of reflective film are visible.
- the support it is preferable for the support to have a flat portion having three branches at the ends of which, or having a triangular contour in the tops of which housings are provided for receiving the reflective film in the form of tape or pellets which are partially visible at through holes in the metal plate having a contour similar to said flat portion.
- the support may include at least two centering pins to facilitate positioning of the metal plate on the support.
- the magnet is contained in a housing made in the support under the film, the housing being preferably sealed and / or closed by a plug attached to the support.
- the device serves as a clamp to fix the support to the object, such as a medical instrument
- it comprises a second magnet contained in the support to attract a metal part against the support, and a clamping means integral with the metal part to clamp the object.
- the metal part can be a metal centering device which is fixed to the clamping means and around which the support is rotatably mounted.
- An orientation of the support is selected by virtue of the fact that one of the clamping means and support includes a positioning index built into one of the positioning holes in the other of the clamping means and support. More specifically, it is provided that a means can rotate a carrier plate of the thin metal plate with the reflective film and secured to the support around an axis of the support in order to orient the carrier plate at variable angular positions between two limits predetermined with respect to a reference surface of a clamping means to which the support is removably attached to clamp the object.
- the device serving as a clamp is such that the support comprises a carrier plate supporting the thin metal plate partially covering the reflective film, and a truncated cylindrical body having an oblique base at the level of which is housed the magnet and on which is fixed the carrier plate and a straight base removably fixed around a metal centering device and containing a second magnet to attract the metal centering device.
- the device then comprises a clamping means integral with the metal part to clamp the object.
- the clamping means can be a vice, preferably made of plastic, having a first jaw to which the support is removably attached and a second jaw movable relative to the other jaw, preferably by sliding, and locked by a eccentric locking lever against the first jaw.
- the clamping means advantageously provides a clamping without deformation or marking of the part.
- the support comprises two dihedral wings each having an external face supporting a reflective film and a thin metal plate having holes through which the film is visible, and a magnet attracting the metal plate against the 'wing.
- the dihedral can be attached to the end of a wing of a square console having another wing in the shape of a fork.
- the support can be a plate having a contour similar to that of a pistol, comprising a face supporting the reflective film and the thin metal plate which has holes through which the film is visible and which is attracted by the magnet housed in a hole in the support, the support comprising a feeler rod with a blunt point.
- FIG. 1 and 2 are respectively top views and in diametral section of an elementary object location device according to the invention
- FIGS 3, 4 and 5 are respectively perspective, side and axial section views of a universal clamp constituting a location device according to the invention
- - Figure 6 is a sectional view taken along line VI-VI of Figure 3 in a branch of a carrier plate of the clamp;
- FIGS. 7 and 8 are respectively detailed views at the end of a branch and the center of the carrier plate with reference to Figure 6;
- FIGS. 9 and 10 are front and side views of a nasal support constituting another object location device according to the invention r
- FIG. 11 is a sectional view taken along the broken line XI-XI of Figure 10;
- FIG. 12 and 13 are respectively schematic top and side views showing the positioning of the nasal support.
- FIGS. 14 and 15 are respectively longitudinal views in median section along the line XIV-XIV of Figure 15 and side of a probe constituting yet another object location device according to the invention.
- an object location device essentially comprises a stack of three separate parts, namely a support 1, a reflective film 2 and a thin perforated metal plate 3, and a magnet 4 disposed under the stack.
- the different parts making up the device are cylindrical around a common axis.
- the perforated plate 3 is a washer embedded in a counterbore 5 formed in the upper face of the cylindrical support 1.
- a circular patch of reflective film 2 constituting a benchmark is embedded in a small circular housing 7 at the bottom of the counterbore 5 and is visible through a hole 6 flared outwards.
- the visible surface of the reflective film thus constitutes a non-diffuse and perfectly defined reference point, in this case by the small circular outline of the hole 6.
- the flared hole 6 in the metal washer 3 has a small base in contact with the patch. film 2 and has a smaller diameter than this; the flaring of the hole 6 enlarges the angle of field of view of the reflective film pellet 2.
- the washer 3 on the housing 7 receiving the film pellet 2 is separated from a cylindrical housing 8 significantly deeper than the counterbore 5 to receive the magnet 4 by a thin wall 9 of the support 1.
- the magnet 4 is thus very close to the washer 3 so as to attract the latter towards the thin wall 9 holding the film pad 2 in the housing 7.
- the perforated plate 3 in thin washer is for example in one of the following stainless steels Z20 C13, Z30 C13, Z40 C13, or APX, in particular specific for medical or surgical instrument.
- the magnet 4 is strong enough to exert an attractive force on the washer 3, even when the device is turned 180 ° relative to FIG. 2.
- the magnetic characteristics of the magnet 4, or of any other magnet contained in the device of the invention, are not altered by sterilization up to 180 ° C to 200 ° C approximately.
- magnet 4 is cobalt samarium or aluminum alloy, nickel and cobalt (Al Ni Co) or in anisotropic ceramic magnetic discs.
- the support 1 When the support 1 is metallic, typically made of titanium or stainless steel, a tight plug 10 closes the housing 8 in which the magnet 4 is embedded, and is laser welded at the mouth of the housing 8.
- the support 1 is made of plastic, the magnet 4 is embedded in the support 1 by ultrasonic welding.
- the perforated plate 3 has a thickness of approximately 0.8 mm
- the film pad 2 has a thickness of 0.2 mm to approximately 0.4 mm
- the thin wall 9 has a thickness of 0.15 mm. about 0.5 mm.
- Three object location devices are described below by way of example and constitute passive rigid bodies intended for ENT (Otorhinolaryngology) computer-assisted surgery. These three devices each contain a stack and a magnet similar to those described above and indicated by identical references respectively followed by the respective letter a, b, c. They are respectively a universal pliers PI which can be fixed on a surgical instrument by clamping it and used to locate the instrument on a screen of an image analyzer, a nasal support SN placed on the nose and against the forehead of a patient and used to identify the faces of the face thereof relative to the bridge of the nose, and a PA probe for repositioning images previously taken on the patient's body during an operation.
- a universal pliers PI which can be fixed on a surgical instrument by clamping it and used to locate the instrument on a screen of an image analyzer
- a nasal support SN placed on the nose and against the forehead of a patient and used to identify the faces of the face thereof relative to the bridge of the nose
- PA probe for
- one or more computer-assisted cameras identify the nasal support SN according to a pair of three points reflective, and various characteristic lines of the patient's face are also identified by means of three reflecting points supported by the probe PA which moves relative to the nasal support so as to define the anatomical parts of the patient's head, such as lips, cheeks , nostrils, eyes, etc.
- the universal pliers PI is fixed on the surgeon's instrument and also includes three reflecting points in order to identify the displacement of the instrument relative to the known position of the nasal support and to the facial lines of the patients detected by the PA probe; the movement of the surgeon's instrument is thus followed on the screen so as to assist the surgeon during the operation.
- the clamp PI essentially comprises a film support 1a and a vice with a "fixed” jaw 11 and a “movable” jaw 12, the support 1a being detachably fixed on the fixed jaw 11.
- the support 1a is composed of a truncated cylindrical body 13 and of a carrier plate 14 with three branches 15 supporting a thin perforated metal plate 3a partially covering a reflective film 2a and forming a hood or mask.
- Two branches 15 of the carrier plate 14 are substantially orthogonal, and the third branch is in line with the bisector of the angle formed by the other two branches.
- the branches are substantially of equal length from the substantially circular central position of the carrier plate.
- the cover 3a has the same contour as the carrier plate so as to cover a groove 7a shallow having three branches formed in the branches of the upper face of the carrier plate 14.
- a ribbon of reflective film 2a having three tabs substantially complementary to the branches of the groove 7a, as detailed in Figures 7 and 8
- the ends of each of the three branches of the cover 3a have three flared holes 6a through which the ends of the tabs of the film 2a are visible and constitute reflective reference points.
- the groove 7a is replaced by three circular housings formed at the ends of the branches 15 of the carrier plate 14, and the reflective film 2a with three tabs is replaced by three pellets of reflective film housed in the three circular housings.
- two centering pins 16a protrude from the upper face of the circular central part of the carrier plate 14 so as to penetrate two complementary drilled holes in the circular central part of the cover 3a.
- an oblique upper base 17 of the cylindrical body 13 has a centering pin 18 for the carrier plate 14 so that, when fixing the plate 14 on the base 17, the barycenter of that -this is located on the axis AA of the cylindrical body.
- a cylindrical housing 8a In the center of the button 18 and in the cylindrical body 13 is formed a cylindrical housing 8a in which a first magnet 4a, equivalent to the magnet 4, is embedded.
- the housing 8a is tightly closed by a thin washer 9a covering the magnet 4a and the macaroon 18 and welded in a thin countersink formed in the center of the carrier plate 14.
- the washer 9a forms a very thin wall between the magnet 4a and the metal cover 3a covering the central part of reflective film 2a.
- the metal cover 3a is easily removable against the attraction force exerted by the first magnet 4a so as to change the reflective film with three tabs 2a after each operation and before sterilization of the PI clamp for a next operation.
- the reflective film 2a is deteriorated if it undergoes several autoclave sterilizations, and is therefore replaced by another sanitized film to be placed in the groove 7a before the next operation.
- the cylindrical body 13 has in the lower part a cylindrical hole 19 in which a second magnet
- the magnet 20 is housed.
- the magnet 20 is made of a material similar to that of the first magnet 4, 4a, and rests on a cylindrical indexing plug 21 laser welded against the lower right base of the cylindrical body 13.
- a blind hole 22 is provided in the center of the plug
- the set of parts 13, 14, 9a and 21 constitutes the cylindrical support 1a which is integral and detachable from the vice 11-12, as shown below.
- the vice 11-12 is made of plastic so as to lighten the PI clamp.
- the "fixed" jaw 11 is a square having a wing 241, in the upper and horizontal position in FIGS. 4 and 5, which supports the cylindrical support 1a, and another wing 242, here in the vertical position and facing the movable jaw 12. Under the wing 241, the movable jaw 12 is slidably mounted by a dovetail tongue and groove assembly 25.
- the movable jaw 12 is movable at one end of the lower side of the wing 241 along a stroke limited by a stop 26 fixed to the end of the wing 241 and projecting into an upper groove of the jaw 12.
- a locking lever 27 rotatably mounted in the upper part of the movable jaw 12 has an eccentric 28 which is wedged under the wing 26 so as to lock the jaw 12 in translation under the wing 241 of the fixed jaw 11 when the jaws 29 and 30 of the jaws 11 and 12 are brought close enough to tighten the body of an instrument c hirurgical.
- the jaws 29 and 30 are interchangeable and thus removably mounted on the jaws 11 and 12 so as to adapt them to the shape of the surgical instrument to be clamped, one end of which can be moved, for example in the patient's nose.
- the upper wing 241 of the jaw 11 has a counterbore 31 inclined at a predetermined angle ⁇ equal to approximately 15 ° (FIG. 5) relative to the upper face of the wing 241 parallel to the sliding direction of the movable jaw 12.
- the bottom of the counterbore 31 is pierced with a central hole 32 for receiving the metal centering device 23 and with a smaller lateral hole 33 for receiving a cylindrical insert forming a positioning index 34 fixed to the jaw wing 241 parallel to the axis of the cylindrical body 13 and of the centering device 23, but eccentric of the centering device 23.
- the centering device 23 and the index finger 34 are fixed by ultrasonic welding in the holes 32 and 33.
- the hole 22 at the lower right base of the support formed by the plug 21 is fitted onto the protruding part of the centering device 23 so that the surgeon grasps the body 13 with two fingers at the level of gripping notches 131 and turns the support around it. of the axis AA of the centering device 23 and of the cylindrical body 13 to position it angularly by fitting the index finger 34 into one of the holes 35 distributed axially in the plug 21 around the hole 22.
- the second magnet 20 attracts the metal centering device 23 and thus pushes the plug 21 against the counterbore 31 so that the support is secured to the vice 11-12.
- the attraction exerted by the magnet 20 is sufficient for the support to remain still integral with the vice 11-12 when the latter is overturned.
- the inclined bottom of the counterbore 31 may be the face of an inclined projection on the jaw wing 241.
- the embodiment illustrated increases the compactness of the clamp PI.
- the nasal support SN shown in FIGS. 9 to 11 is essentially composed of a console 40 to be applied against the nose N of the patient PT and of a support trihedron 41 supporting two triplets of reflecting points.
- the console 40 is a bracket, a wing 42 of which is to be positioned substantially perpendicular to the bridge of the nose, as shown in FIG. 13. It comprises at its end a fork 43 which comes to rest on the proper bone of the nose N
- the end of the other wing 44 of the console 40 includes a stop 45 substantially parallel to the wing 42 to be applied against the forehead F of the patient PT, above the eyes.
- the external face of the wing 44 is provided with three notches 46.
- the central notch receives the front part of a retaining frame 47 whose curved ends 48 are applied by their own bending in the ears OR of the patient PT, as shown in FIGS. 12 and 13.
- the two other notches 46 respectively receive the front parts of two elastic links 49 fixed to the ends 48 of the frame 47.
- the support trihedron 41 has three angles at the top substantially at 90 ° and three wings substantially in an isosceles right triangle.
- the carrier trihedron 41 is machined in the mass, or welded by ultrasound to the end of the wing 44 of the console 40, at the level of the hypotenuse of the lower wing 50, in order to obtain a single piece 40-41.
- the support trihedron 41 has a plane of symmetry, generally vertical, which is common with the console 40 and which is substantially to be aligned with the plane of symmetry of the patient's nose N.
- Two lateral wings 1b of the support trihedron 41 constitute a symmetrical support dihedral and have each an outer face with a square groove 7b in which a film 2b in the form of a strip also square is housed.
- the mouth of the housing 8b on the side of the internal face of the wing lb is closed by a tight plug 10b welded by ultrasound to the wing lb.
- Two centering pins 16b project substantially from the vertices at an acute angle to the external face of the wing 1b so as to correctly position the cover 3b thereon.
- each wing 1b Three reflecting reference points on each wing 1b are formed by the visible portions of the film 2b through flared holes 6b made substantially at the three vertices of the triangular cover 3b.
- each of the two films 2b can be replaced by three circular pellets of reflective film housed in circular counterbores formed in the external face of the wing 1b.
- the patient's head PT is divided into two symmetrical spaces in each of which a respective camera can precisely follow the movement of a surgical instrument provided with the PI clamp according to the invention, or of the probe PA according to the invention, with respect to the reference points of the wing lb at the level of the three holes 6a.
- the PA probe essentially comprises a relatively long flat support formed by a plate having a contour similar to that of a pistol, with a stock 60, and a rod 61 embedded in and welded at one end support it. The probe is held by the end of the support in front of the rod 61.
- one face of the support provides it a shallow housing 7c, here with three branches like the housing 7a in the carrier plate 14 of the PI clamp, to receive a ribbon of reflective film 2c also with three branches.
- the housing 7c containing the film 2c is closed by a thin metal cover 3c having a contour similar to that of the support 1c and positioned thereon by positioning pins 16c.
- the metal cover 3c is kept applied against the support by the magnetic attraction exerted by a small magnet 4c contained in a hole 8c formed in the support the substantially under the barycenter of the cover 3c and closed by a magnet cover 10c welded against the other side of the support.
- the cover 3c also includes three circular flared holes 6c drilled at the three vertices of the cover 3c substantially triangular through which the reflective film 2c is visible.
- the ribbon film with three branches 2c is replaced by three circular discs housed under the flared holes 6c in the support 1c.
- the end of the rod 61 is terminated by a blunt point in a spherical cap 62 in order to be able to palpate certain parts of the patient's body without injuring them.
- the face of the support comprising the film 2c and the cover 3c is oriented towards the cameras, taking care not to hide the reflective locating points at the flared holes 6c, when moving the PA probe.
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Abstract
Le dispositif comprend en superposition un support (1), un film réfléchissant (29) et une plaque métallique mince ajourée (3) recouvrant partiellement le film afin de former des points de repère, ainsi qu'un aimant (4) de préférence contenu dans un logement étanche (8) du support pour attirer la plaque métallique contre le support. Le film est ainsi aisément retiré avant toute stérilisation du dispositif lorsque celui-ci sert à la localisation d'un instrument médical ou chirurgical assistée par ordinateur. Par exemple, le dispositif est une pince fixée sur un instrument, un support nasal ou un palpeur dont le positionnement est contrôlé sur un écran.
Description
Dispositif passif de localisation d'objet
La présente invention concerne un dispositif contribuant à la localisation d'un objet assistée par ordinateur. L'objet est par exemple un instrument à usage médical ou chirurgical tel que pince, couteau, davier, scalpel, bistouri, dissecteur, débrideur, forceps, ou aiguille.
II est connu d'utiliser trois dispositifs de localisation d'objet pour contrôler sur un écran le déplacement d'un instrument chirurgical, par exemple en chirurgie endonasale. Chaque dispositif comporte au moins un point de repère dont les coordonnées sont relevées par une ou plusieurs caméras de contrôle.
Un premier dispositif de localisation est fixé sur une partie du patient au niveau de la zone opératoire et sert de référence de localisation par rapport à un repère lié au patient. Un deuxième dispositif palpe des formes et lignes anatomiques caractéristiques du patient situées dans la zone opératoire. Un troisième dispositif de localisation est fixé sur un instrument manié par le chirurgien afin de suivre les déplacements de celui-ci dans la zone opératoire par rapport au premier dispositif et aux formes et lignes anatomiques enregistrées à la suite du déplacement du deuxième dispositif.
Dans une première catégorie de dispositif de localisation dite active, chaque dispositif présente trois ou quatre points de repère qui sont des spots lumineux constitués chacun par une diode électroluminescente (LED) alimentée par une source de courant qui peut être une pile, ou une source externe avec un câble d'alimentation. La diode et la pile ou le câble augmentent le poids et le coût du dispositif
de localisation et doivent être retirées avant chaque stérilisation du dispositif pouvant atteindre 150 °C environ.
Dans une deuxième catégorie de dispositif de localisation dite passive, chaque dispositif de localisation comporte un support ayant trois branches à l'extrémité de chacune desquelles est fixée une petite boule sur laquelle est fixée un film réfléchissant autocollant de manière à constituer un point de repère. La fixation du film réfléchissant sur une surface sphérique engendre des plis qui ne permettent pas de renvoyer parfaitement un faisceau lumineux incident vers sa source. En outre, le retrait du film sur chaque boule est fastidieux et entraîne des déchirures.
L'invention vise principalement à remédier aux inconvénients des dispositifs de localisation d'objet précédents en facilitant le retrait d'une partie de repérage simple et économique avant la stérilisation du dispositif, tout en améliorant la réflexion d'une lumière incidente en des points de repère.
A cette fin, un dispositif contribuant à localiser un objet dans l'espace est caractérisé en ce qu'il comprend en superposition un support, un film réfléchissant et une plaque métallique mince ajourée disposée sur le film, ainsi qu'un aimant pour attirer la plaque métallique contre le support. Le film est facilement posé à plat dans un logement peu profond du support et est facilement retiré du dispositif en soulevant la plaque métallique à l' encontre de l'attraction magnétique exercée par l'aimant.
La plaque métallique comporte en général au moins un trou, de préférence trois ou quatre trous pour un repérage par triangulation permettant un calcul d'erreur ou de défaut de forme, à travers lesquels le film réfléchissant est visible, ou bien des pastilles de film réfléchissant sont visibles. En pratique, il est préférable que le support comporte une portion plate ayant trois branches dans les extrémités desquelles, ou ayant un contour triangulaire dans les sommets duquel des logements sont ménagés pour recevoir le film réfléchissant sous forme de ruban ou pastilles qui sont partiellement visibles à travers des trous de la plaque métallique ayant un contour analogue à ladite portion plate. Le support peut comprendre au moins deux tétons de centrage pour faciliter le positionnement de la plaque métallique sur le support.
Afin de protéger l'aimant lors de l'utilisation du dispositif ou de sa stérilisation, il est recommandé que l'aimant soit contenu dans un logement pratiqué dans le support sous le film, le logement étant de préférence étanche et/ou fermé par un bouchon fixé au support.
Lorsque le dispositif sert de pince pour fixer le support sur l'objet, tel qu'un instrument médical, il comprend un deuxième aimant contenu dans le support pour attirer une pièce métallique contre le support, et un moyen de serrage solidaire de la pièce métallique pour serrer l'objet.
La pièce métallique peut être un centreur métallique qui est fixé au moyen de serrage et autour duquel le support est monté à rotation.
Une orientation du support est sélectionnée grâce au fait que l'un des moyen de serrage et
support comprend un index de positionnement encastrable dans l'un de trous de positionnement ménagés dans l'autre des moyen de serrage et support. Plus précisément, il est prévu qu'un moyen puisse tourner une plaque porteuse de la plaque métallique mince avec le film réfléchissant et solidaire du support autour d'un axe du support afin d'orienter la plaque porteuse à des positions angulaires variables entre deux limites prédéterminées par rapport à une surface de référence d'un moyen de serrage auquel est fixé de manière amovible le support pour serrer l'objet.
Selon une réalisation préférée, le dispositif servant de pince est tel que le support comprend une plaque porteuse supportant la plaque métallique mince recouvrant partiellement le film réfléchissant, et un corps cylindrique tronqué ayant une base oblique au niveau de laquelle est logé l'aimant et sur laquelle est fixée la plaque porteuse et une base droite fixée de manière amovible autour d'un centreur métallique et renfermant un deuxième aimant pour attirer le centreur métallique. Le dispositif comprend alors un moyen de serrage solidaire de la pièce métallique pour serrer l'objet. Le moyen de serrage peut être un étau, de préférence en matière plastique, ayant une première mâchoire à laquelle le support est fixé de manière amovible et une deuxième mâchoire mobile par rapport à l'autre mâchoire, de préférence par coulissement, et bloquée par un levier de blocage à excentrique contre la première mâchoire. Le moyen de serrage procure avantageusement un serrage sans déformation ou marquage de pièce.
Lorsque le dispositif sert notamment de support nasal, le support comporte deux ailes de dièdre ayant chacune une face externe supportant un film réfléchissant et une plaque métallique mince ayant des trous à travers lesquels le film est visible, et un aimant attirant la plaque métallique contre l'aile.
Le dièdre peut être fixé à l'extrémité d'une aile d'une console en équerre ayant une autre aile en forme de fourche.
Lorsque le dispositif sert de palpeur, le support peut être une plaque ayant un contour analogue à celui d'un pistolet, comportant une face supportant le film réfléchissant et la plaque métallique mince qui a des trous à travers lesquels le film est visible et qui est attirée par l'aimant logé dans un trou du support, le support comprenant une tige palpeur à pointe émoussée.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels :
- les figures 1 et 2 sont respectivement des vues de dessus et en coupe diamétrale d'un dispositif de localisation d'objet élémentaire selon l'invention
- les figures 3, 4 et 5 sont respectivement des vues en perspective, de côté et en coupe axiale d'une pince universelle constituant un dispositif de localisation selon l'invention ;
- la figure 6 est une vue en coupe prise le long de la ligne VI-VI de la figure 3 dans une branche d'une plaque porteuse de la pince ;
- les figures 7 et 8 sont respectivement des vues de détail au niveau d'une extrémité de branche et du centre de la plaque porteuse en référence à la figure 6 ;
- les figures 9 et 10 sont des vues de face et de côté d'un support nasal constituant un autre dispositif de localisation d'objet selon l'invention r
- la figure 11 est une vue en coupe prise le long de la ligne brisée XI-XI de la figure 10 ;
- les figures 12 et 13 sont respectivement des vues de dessus et de côté schématiques montrant le positionnement du support nasal ; et
- les figures 14 et 15 sont respectivement des vues longitudinales en coupe médiane le long de la ligne XIV-XIV de la figure 15 et de côté d'un palpeur constituant encore un autre dispositif de localisation d'objet selon l'invention.
En référence aux figures 1 et 2, la structure générale d'un dispositif de localisation d'objet selon l'invention, ici sous la forme d'un jeton, comprend essentiellement un empilage de trois pièces distinctes, à savoir un support 1, un film réfléchissant 2 et une plaque métallique mince ajourée 3, et un aimant 4 disposé sous l'empilage. Selon l'exemple illustré aux figures 1 et 2, les différentes pièces composant le dispositif sont cylindriques autour d'un axe commun. La plaque ajourée 3 est une rondelle encastrée dans un lamage 5 ménagé dans la face supérieure du support cylindrique 1. Une pastille circulaire de film réfléchissant 2
constituant un point de repère est encastrée dans un petit logement circulaire 7 central au fond du lamage 5 et est visible à travers un trou 6 évasé vers l'extérieur. Grâce à ce montage, des rayons lumineux incidents sont parfaitement réfléchis sans diffraction vers la source d'émission des rayons. La surface visible du film réfléchissant constitue ainsi un point de repère non diffus et parfaitement défini, en l'occurrence par le petit contour circulaire du trou 6. Le trou évasé 6 dans la rondelle métallique 3 a une petite base en contact avec la pastille de film 2 et a un plus petit diamètre que celle-ci ; l'évasement du trou 6 agrandit l'angle de champ de visibilité de la pastille de film réfléchissant 2. La rondelle 3 sur le logement 7 recevant la pastille de film 2 est séparée d'un logement cylindrique 8 nettement plus profond que le lamage 5 pour recevoir l'aimant 4 par une paroi mince 9 du support 1. L'aimant 4 est ainsi très proche de la rondelle 3 de manière à attirer celle-ci vers la paroi mince 9 maintenant la pastille de film 2 dans le logement 7. La plaque ajourée 3 en rondelle de faible épaisseur est par exemple en l'un des aciers inoxydables suivants Z20 C13, Z30 C13, Z40 C13, ou APX, notamment spécifiques pour instrument médical ou chirurgical. L'aimant 4 est assez puissant pour exercer une force attractive sur la rondelle 3, même lorsque le dispositif est retourné de 180° par rapport à la figure 2. Les caractéristiques magnétiques de l'aimant 4, ou de tout autre aimant contenu dans le dispositif de l'invention, ne sont pas altérées par une stérilisation pouvant atteindre 180 °C à 200 °C environ. Par exemple, l'aimant 4 est au cobalt samarium ou en alliage d'aluminium, nickel
et cobalt (Al Ni Co) ou en disques magnétiques céramiques anisotropes.
Lorsque le support 1 est métallique, typiquement en titane ou en acier inoxydable, un bouchon étanche 10 ferme le logement 8 dans lequel est encastré l'aimant 4, et est soudé au laser à l'embouchure du logement 8. Lorsque le support 1 est en matière plastique, l'aimant 4 est noyé dans le support 1 par soudage par ultrasons. En pratique, la plaque ajourée 3 a une épaisseur de 0,8 mm environ, la pastille de film 2 a une épaisseur de 0,2 mm à 0,4 mm environ, et la paroi mince 9 a une épaisseur de 0,15 mm à 0,5 mm environ.
Trois dispositifs de localisation d'objet selon l'invention sont décrits ci-après à titre d'exemple et constituent des corps rigides passifs destinés à la chirurgie ORL (Oto-Rhino-Laryngologie) assistée par ordinateur. Ces trois dispositifs contiennent chacune un empilage et un aimant analogues à ceux décrits ci-dessus et indiqués par des repères identiques respectivement suivis par la lettre respective a, b, c. Ils sont respectivement une pince universelle PI qui peut être fixée sur un instrument chirurgical par serrage de celui-ci et servant à localiser l'instrument sur un écran d'un analyseur d'image, un support nasal SN posé sur le nez et contre le front d'un patient et servant à repérer les faces du visage de celui-ci par rapport à l'arête du nez, et un palpeur PA permettant de repositionner des images prises auparavant sur le corps du patient lors d'une opération.
Préalablement à une opération, une ou plusieurs caméras assistées par ordinateur repèrent le support nasal SN en fonction d'une paire de trois points
réfléchissants, et diverses lignes caractéristiques du visage du patient sont repérées également au moyen de trois points réfléchissants supportés par le palpeur PA qui se déplace par rapport au support nasal de manière à définir les parties anatomiques de la tête du patient, tels que lèvres, joues, narines, yeux, etc. Puis lors de l'opération, la pince universelle PI est fixée sur l'instrument du chirurgien et comporte elle aussi trois points réfléchissants afin de repérer le déplacement de l'instrument par rapport à la position connue du support nasal et aux lignes du visage du patient détectées par le palpeur PA ; le déplacement de l'instrument du chirurgien est ainsi suivi sur l'écran de manière à assister le chirurgien au cours de l'opération.
En référence aux figures 3 à 5, la pince PI comprend essentiellement un support de film la et un étau à mâchoire "fixe" 11 et mâchoire "mobile" 12, le support la étant fixé de manière amovible sur la mâchoire fixe 11.
Le support la est composé d'un corps cylindrique tronqué 13 et d'une plaque porteuse 14 à trois branches 15 supportant une plaque métallique mince ajourée 3a recouvrant partiellement un film réfléchissant 2a et formant un capot ou masque.
Deux branches 15 de la plaque porteuse 14 sont sensiblement orthogonales, et la troisième branche est dans le prolongement de la bissectrice de l'angle formé par les deux autres branches. Les branches sont sensiblement d'égale longueur depuis la position centrale sensiblement circulaire de la plaque porteuse. Le capot 3a présente le même contour que la plaque porteuse de manière à recouvrir une rainure 7a
peu profonde ayant trois branches ménagées dans les branches de la face supérieure de la plaque porteuse 14. Dans la rainure 7a est logé un ruban de film réfléchissant 2a ayant trois languettes sensiblement complémentaires des branches de la rainure 7a, comme détaillé aux figures 7 et 8. Les extrémités de chacune des trois branches du capot 3a présentent trois trous évasés 6a à travers lesquels les extrémités des languettes du film 2a sont visibles et constituent des points de repère réfléchissants. En variante, d'une manière analogue au dispositif de la figure 2, la rainure 7a est remplacée par trois logements circulaires pratiqués aux extrémités des branches 15 de la plaque porteuse 14, et le film réfléchissant 2a à trois languettes est remplacé par trois pastilles de film réfléchissant logées dans les trois logements circulaires. De manière à positionner rapidement le capot métallique 3a sur les bords de la rainure 7a dans la plaque porteuse 14, deux tétons de centrage 16a saillent de la face supérieure de la partie centrale circulaire de la plaque porteuse 14 afin de pénétrer dans deux trous complémentaires percés dans la partie centrale circulaire du capot 3a. Comme montré en détail aux figures 6 et 8, une base supérieure oblique 17 du corps cylindrique 13 présente un macaron de centrage 18 pour la plaque porteuse 14 afin que, lors de la fixation de la plaque 14 sur la base 17, le barycentre de celle-ci soit situé sur l'axe AA du corps cylindrique. Au centre du macaron 18 et dans le corps cylindrique 13 est ménagé un logement cylindrique 8a dans lequel un premier aimant 4a, équivalent à l'aimant 4, est encastré. Le logement 8a est fermé de manière étanche par une rondelle mince 9a recouvrant l'aimant 4a et
le macaron 18 et soudée dans un lamage de faible épaisseur ménagé au centre de la plaque porteuse 14. Comme montré particulièrement à la figure 8, la rondelle 9a forme une paroi très mince entre l'aimant 4a et le capot métallique 3a recouvrant la partie centrale du film réfléchissant 2a.
Sur la face supérieure du support la, le capot métallique 3a est facilement retirable à l' encontre de la force d'attraction exercée par le premier aimant 4a de manière à changer le film réfléchissant à trois languettes 2a après chaque opération et avant la stérilisation de la pince PI pour une prochaine opération. Le film réfléchissant 2a est détérioré s'il subit plusieurs stérilisations à l'autoclave, et est par conséquent remplacé par un autre film aseptisé à poser dans la rainure 7a avant la prochaine opération.
En se reportant de nouveau aux figures 4 et 5, le corps cylindrique 13 comporte en partie inférieure un trou cylindrique 19 dans lequel un deuxième aimant
20 est logé. L'aimant 20 est en une matière analogue à celle du premier aimant 4, 4a, et repose sur un bouchon d'indexage cylindrique 21 soudé au laser contre la base droite inférieure du corps cylindrique 13. Un trou borgne 22 est prévu au centre du bouchon
21 pour recevoir un centreur cylindrique métallique 23, par exemple en acier inoxydable, saillant de la mâchoire fixe 11, afin de positionner le support la autour de son axe AA. L'ensemble des pièces 13, 14, 9a et 21 constitue le support cylindrique la qui est monobloc et détachable de l'étau 11-12, comme montré ci-après. De préférence, l'étau 11-12 est en matière plastique de manière à alléger la pince PI.
La mâchoire "fixe" 11 est une équerre ayant une aile 241, en position supérieure et horizontale dans les figures 4 et 5, qui supporte le support cylindrique la, et une autre aile 242, ici en position verticale et faisant face à la mâchoire mobile 12. Sous l'aile 241, la mâchoire mobile 12 est montée à coulissement par un assemblage à rainure et languette en queue d'aronde 25. La mâchoire mobile 12 est déplaçable à une extrémité du côté inférieur de l'aile 241 suivant une course limitée par une butée 26 fixée à l'extrémité de l'aile 241 et saillant dans une rainure supérieure de la mâchoire 12. Un levier de blocage 27 monté à rotation dans la partie supérieure de la mâchoire mobile 12 comporte un excentrique 28 qui est coincé sous l'aile 26 de manière à bloquer la mâchoire 12 en translation sous l'aile 241 de la mâchoire fixe 11 lorsque des mors en vé 29 et 30 des mâchoires 11 et 12 sont rapprochés suffisamment pour serrer le corps d'un instrument chirurgical. Les mors 29 et 30 sont interchangeables et ainsi montés de manière amovible sur les mâchoires 11 et 12 de manière à les adapter à la forme de l'instrument chirurgical à pincer dont une extrémité est déplaçable par exemple dans le nez du patient. L'aile supérieure 241 de la mâchoire 11 présente un lamage 31 incliné d'un angle prédéterminé α égal à environ 15° (figure 5) par rapport à la face supérieure de l'aile 241 parallèle à la direction de coulissement de la mâchoire mobile 12. Le fond du lamage 31 est percé d'un trou central 32 pour recevoir le centreur métallique 23 et d'un trou latéral plus petit 33 pour recevoir un insert cylindrique formant un index de positionnement 34 fixé à l'aile de mâchoire 241 parallèlement à l'axe du corps cylindrique 13 et du centreur 23, mais
excentré du centreur 23. Le centreur 23 et l'index 34 sont fixés par soudage à ultrasons dans les trous 32 et 33.
Le trou 22 à la base droite inférieure du support la formée par le bouchon 21 est emboîté sur la partie saillante du centreur 23 afin que le chirurgien saisisse avec deux doigts le corps 13 au niveau d'encoches de préhension 131 et tourne le support la autour de l'axe AA du centreur 23 et du corps cylindrique 13 pour le positionner angulairement en emboîtant l'index 34 dans l'un des trous 35 équirépartis axialement dans le bouchon 21 autour du trou 22. Le fond du lamage 31 formant un angle α à 15° environ par rapport à la face supérieure de la mâchoire fixe 11 et la base oblique 17 du corps cylindrique tronqué 13 étant inclinée d'un angle β égal à 45° environ par rapport à l'axe de celui-ci, la base oblique 17 et par conséquent la plaque porteuse 14 avec le film 2a peuvent présenter une inclinaison comprise entre β ± α, soit entre 45° - 15° = 30° et 45° + 15° = 60° lors d'une demi- rotation du support cylindrique la autour du centreur 23. Lors du positionnement du support la sur la mâchoire 11, le deuxième aimant 20 attire le centreur métallique 23 et ainsi pousse le bouchon 21 contre le lamage 31 afin que le support la soit solidaire de l'étau 11-12. L'attraction exercée par l'aimant 20 est suffisante pour que le support la demeure encore solidaire de l'étau 11-12 lorsque celui-ci est renversé.
En variante, le fond incliné du lamage 31 peut être la face d'une saillie inclinée sur l'aile de mâchoire 241. Toutefois, la réalisation illustrée augmente la compacité de la pince PI .
Le support nasal SN montré aux figures 9 à 11 est composé essentiellement d'une console 40 à appliquer contre le nez N du patient PT et d'un trièdre porteur 41 supportant deux triplets de points réfléchissants.
La console 40 est une équerre dont une aile 42 est à positionner sensiblement perpendiculairement à l'arête du nez, comme montré à la figure 13. Elle comporte à son extrémité une fourche 43 qui vient s'appuyer sur l'os propre du nez N. L'extrémité de l'autre aile 44 de la console 40 comporte une butée 45 sensiblement parallèle à l'aile 42 pour être appliquée contre le front F du patient PT, au-dessus des yeux. La face externe de l'aile 44 est munie de trois encoches 46. L'encoche centrale reçoit la partie frontale d'un cadre de maintien 47 dont les extrémités recourbées 48 sont appliquées par leur flexion propre dans les oreilles OR du patient PT, comme montré aux figures 12 et 13. Les deux autres encoches 46 reçoivent respectivement les parties frontales de deux liens élastiques 49 fixés aux extrémités 48 du cadre 47.
Le trièdre porteur 41 présente trois angles au sommet sensiblement à 90° et trois ailes sensiblement en triangle rectangle isocèle. Le trièdre porteur 41 est usiné dans la masse, ou soudé par ultrasons à l'extrémité de l'aile 44 de la console 40, au niveau de l'hypoténuse de l'aile inférieure 50, pour obtenir une pièce monobloc 40-41. Le trièdre porteur 41 présente un plan de symétrie, généralement vertical, qui est commun avec la console 40 et qui est sensiblement à aligner avec le plan de symétrie du nez N du patient.
Deux ailes latérales lb du trièdre porteur 41 constituent un dièdre support symétrique et ont
chacune une face externe avec une rainure en équerre 7b dans laquelle un film 2b sous la forme d'un ruban également en équerre est logé. Un capot métallique 3b présentant un contour sensiblement triangulaire, similaire à celui de l'aile lb, recouvre celle-ci en maintenant le film 2b dans la rainure 7b grâce à l'attraction d'un aimant 4b contenu dans un logement cylindrique 8b ménagé sensiblement au centre de l'aile lb et sous le barycentre du capot 3b. L'embouchure du logement 8b du côté de la face interne de l'aile lb est fermée par un bouchon étanche 10b soudé par ultrasons à l'aile lb. Deux tétons de centrage 16b saillent sensiblement aux sommets à angle aigu de la face externe de l'aile lb de manière à positionner correctement le capot 3b sur celle-ci.
Trois points de repère réfléchissants sur chaque aile lb sont constitués par les portions visibles du film 2b à travers des trous évasés 6b pratiqués sensiblement aux trois sommets du capot triangulaire 3b. Comme pour la pince PI, chacun des deux films 2b peut être remplacé par trois pastilles circulaires de film réfléchissant logées dans des lamages circulaires ménagés dans la face externe de l'aile lb.
Grâce aux faces externes de repérage des ailes latérales lb du trièdre porteur 41, la tête du patient PT est partagée en deux espaces symétriques dans chacune desquels une caméra respective peut suivre précisément le déplacement d'un instrument chirurgical muni de la pince PI selon l'invention, ou du palpeur PA selon l'invention, par rapport aux points de repère de l'aile lb au niveau des trois trous 6a.
Comme montré aux figures 14 et 15, le palpeur PA comprend essentiellement un support plat le relativement long formé par une plaque ayant un contour analogue à celui d'un pistolet, avec une crosse 60, et une tige 61 encastrée dans et soudée à une extrémité du support le. Le palpeur est tenu par l'extrémité du support le devant la tige 61.
Comme dans les dispositifs de localisation d'objet précédents selon l'invention, une face du support le offre un logement peu profond 7c, ici à trois branches comme le logement 7a dans la plaque porteuse 14 de la pince PI, pour recevoir un ruban de film réfléchissant 2c également à trois branches. Le logement 7c contenant le film 2c est fermé par un capot mince métallique 3c ayant un contour similaire à celui du support le et positionné sur celui-ci grâce à des tétons de positionnement 16c. Le capot métallique 3c est maintenu appliqué contre le support le par l'attraction magnétique exercée par un petit aimant 4c contenu dans un trou 8c ménagé dans le support le sensiblement sous le barycentre du capot 3c et fermé par un cache-aimant 10c soudé contre l'autre face du support le. Le capot 3c comporte également trois trous circulaires évasés 6c percés aux trois sommets du capot 3c sensiblement triangulaire à travers lesquels le film réfléchissant 2c est visible. En variante, le film en ruban à trois branches 2c est remplacé par trois pastilles circulaires logées sous les trous évasés 6c dans le support le.
L'extrémité de la tige 61 est terminée par une pointe émoussée en calotte spherique 62 afin de pouvoir palper certaines parties du corps du patient sans les blesser. La face du support le comportant le film 2c et le capot 3c est orientée vers la ou les
caméras, en prenant soin de ne pas cacher les points de repérage réfléchissants au niveau des trous évasés 6c, lors du déplacement du palpeur PA.
Claims
REVENDICATIONS
1 - Dispositif contribuant à localiser un objet dans l'espace, caractérisé en ce qu'il comprend en superposition un support (1), un film réfléchissant (2) et une plaque métallique mince ajourée (3) disposée sur le film, ainsi qu'un aimant (4) pour attirer la plaque métallique contre le support.
2 - Dispositif conforme à la revendication 1, dans lequel la plaque métallique (3) comporte au moins un trou (6), de préférence trois ou quatre trous, à travers lesquels le film réfléchissant (2) est visible, ou bien des pastilles de film réfléchissant sont visibles.
3 - Dispositif conforme à la revendication 1 ou 2, dans lequel le support comporte une portion plate (la, lb, le) ayant trois branches (15) dans les extrémités desquelles, ou ayant un contour triangulaire dans les sommets duquel des logements (7a, 7b, 7c) sont ménagés pour recevoir le film réfléchissant sous forme de ruban ou pastilles qui sont partiellement visibles à travers des trous (6a, 6b, 6c) de la plaque métallique (3a, 3b, 3c) ayant un contour analogue à ladite portion plate.
4 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le support (la, lb, le) comprend au moins deux tétons de centrage (16a, 16b, 16c) pour positionner la plaque métallique (3a, 3b, 3c) .
5 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'aimant (4) est
contenu dans un logement (8) pratiqué dans le support (1) sous le film (2), le logement étant de préférence étanche et/ou fermé par un bouchon (10) fixé au support.
6 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'aimant (4a, 4b, 4c) est au cobalt samarium, ou en alliage d'aluminium, nickel et cobalt ou en disques magnétiques céramiques anisotropes.
7 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant un deuxième aimant (20) contenu dans le support (la) pour attirer une pièce métallique (23) contre le support, et un moyen de serrage (11, 12) solidaire de la pièce métallique pour serrer l'objet.
8 - Dispositif conforme à la revendication 7, dans lequel la pièce métallique est un centreur métallique (23) qui est fixé au moyen de serrage (11, 12) et autour duquel le support (la) est monté à rotation.
9 - Dispositif conforme à la revendication 8, dans lequel l'un des moyen de serrage (11, 12) et support (la) comprend un index de positionnement (34) encastrable dans l'un de trous de positionnement (35) ménagés dans l'autre des moyen de serrage et support.
10 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant un moyen (17, 23,
31, 34) pour tourner une plaque (15) porteuse de la plaque métallique mince (3a) avec le film réfléchissant (2a) et solidaire du support (la)
autour d'un axe (AA) du support (la) afin d'orienter la plaque porteuse à des positions angulaires variables entre deux limites prédéterminées par rapport à une surface de référence (241) d'un moyen de serrage (11, 12) auquel est fixé de manière amovible le support (la) pour serrer l'objet.
11 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le support (la) comprend une plaque porteuse (14) supportant la plaque métallique mince (3a) recouvrant partiellement le film réfléchissant (2a) , et un corps cylindrique tronqué (13) ayant une base oblique (17) au niveau de laquelle est logé l'aimant (4a) et sur laquelle est fixée la plaque porteuse (14) et une base droite (21) fixée de manière amovible autour d'un centreur métallique (23) et renfermant un deuxième aimant (20) pour attirer le centreur métallique (23), et en ce qu'il comprend un moyen de serrage (11, 12) solidaire de la pièce métallique pour serrer l'objet.
12 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 11, dans lequel le moyen de serrage est un étau, de préférence en matière plastique, ayant une première mâchoire (11) à laquelle le support (la) est fixé de manière amovible et une deuxième mâchoire (12) mobile par rapport à l'autre mâchoire, de préférence par coulissement, et bloquée par un levier de blocage (27) à excentrique (28) contre la première mâchoire.
13 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le support comporte deux ailes de dièdre (lb) ayant chacune une face
externe supportant un film réfléchissant (2b) et une plaque métallique mince (3b) ayant des trous (6b) à travers lesquels le film est visible, et un aimant
(4b) attirant la plaque métallique (3b) contre l'aile (lb) .
14 - Dispositif conforme à la revendication 13, dans lequel le dièdre (lb) est fixé à l'extrémité d'une aile (44) d'une console en équerre (40) ayant une autre aile (42) en forme de fourche (43) .
15 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le support (le) est une plaque ayant un contour analogue à celui d'un pistolet, comportant une face supportant le film réfléchissant (2c) et la plaque métallique mince (3c) qui a des trous à travers lesquels le film est visible et qui est attirée par l'aimant (8c) logé dans un trou (8c) du support, le support comprenant une tige palpeur (61) à pointe émoussée (62).
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