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WO2024141744A1 - Commande d'un actionneur de systeme robotise pour l'entrainement d'un instrument medical souple allonge - Google Patents

Commande d'un actionneur de systeme robotise pour l'entrainement d'un instrument medical souple allonge Download PDF

Info

Publication number
WO2024141744A1
WO2024141744A1 PCT/FR2023/052126 FR2023052126W WO2024141744A1 WO 2024141744 A1 WO2024141744 A1 WO 2024141744A1 FR 2023052126 W FR2023052126 W FR 2023052126W WO 2024141744 A1 WO2024141744 A1 WO 2024141744A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
medical instrument
drive member
along
axis
movement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2023/052126
Other languages
English (en)
Inventor
Camille APAMON
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robocath
Original Assignee
Robocath
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robocath filed Critical Robocath
Priority to EP23841618.4A priority Critical patent/EP4642370A1/fr
Priority to CN202380094983.7A priority patent/CN120813314A/zh
Publication of WO2024141744A1 publication Critical patent/WO2024141744A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/301—Surgical robots for introducing or steering flexible instruments inserted into the body, e.g. catheters or endoscopes

Definitions

  • the angiography system 10 comprises a medical imager 30, in particular an X-ray imager, comprising a source 32 and a detector 34 arranged on either side of the patient 7, possibly mobile relative to the patient 7.
  • a medical imager 30 in particular an X-ray imager, comprising a source 32 and a detector 34 arranged on either side of the patient 7, possibly mobile relative to the patient 7.
  • a guide is, in a known manner, a medical instrument configured to guide the catheter to an implantation site in the body of the patient 7.
  • the guide is generally constituted by a cylinder of transverse diameter less than that of the catheter so that the catheter can be placed around the guide and slide along the guide under the effect of a force initiated by the robot 3 or by an operator until its free end reaches the desired implantation site .
  • the guide has a curved end, so as to facilitate its navigation in the blood network of the patient 7.
  • the robotic system 20 is configured to drive the elongated flexible medical instrument 5 so as to give it at least one of these movements, here both.
  • the actuators 62, 65 contribute mainly or exclusively to the movement of the drive members 54, 56 along the axis and the actuators 64, 67 contribute mainly or exclusively to the movement of the drive members 54, 56 along the Z axis.
  • the control unit 90 is also configured to control the actuators 62, 63, 64, 65, 66, 67 so as to cause the translation of the medical instrument 5 along its axis by simultaneous movement, in the same direction, of the organs training 54, 56 of the same pair along the axis 56 of each drive module 50, 50' in the spaced position, their respective drive surfaces 58, 59 not being in contact with the medical instrument 5 ( Figure 4A); bringing together the drive members 54, 56 of a first drive module 50 by translation of said members 54, 56 in opposite directions along the Y axis, until their respective drive surfaces 58, 59 come grip the medical instrument 5, the drive members 54, 56 of the second drive module 50' remaining away from the medical instrument 5 ( Figure 4B); movement of the drive members 54, 56 of the first drive module 50 in translation along the axis first direction, the drive surfaces 58, 59 of the first drive module 50 holding the medical instrument 5 clamped during this movement, while the drive members 54, 56 of the second drive module 50 'remain stationary at the gap
  • control unit 90 comprises, for each sub-drive device 80, 82, a sub-unit 98 for controlling said sub-device 80, 82.
  • this sub-unit control module 98 comprises a module 100 for controlling the actuators 62, 63, 64, 65, 66, 67 in position, a module 102 for controlling the actuators 62, 63, 64, 65, 66, 67 in speed and a module 104 for controlling force control of actuators 62, 63, 64, 65, 66, 67.
  • the force setpoint is strictly lower than the limit threshold. It is for example less than 90% of the limit threshold, preferably between 80 and 90% of the limit threshold.
  • the control subunit 98 also includes a switch 140 for switching the control of the actuators 62, 63, 64, 65, 66, 67 in clamping between position control, speed control and force control.
  • the switch 140 comprises a first input 142 for receiving the position control signal, a second input 143 for receiving the speed control signal, and a third input 144 for receiving the force control signal. It also includes an output 145 for transmitting a tightening control signal to each actuator 62, 63, 64, 65, 66, 67 concerned (that is to say to each actuator acting on the movement of the drive member along the clamping axis Y).
  • the switch 140 further comprises a fourth input 146 to receive a measurement of the force exerted by the medical instrument 5 on said drive member 54, 56 along the clamping axis Y and a fifth input 147 to receive information as to the current movement phase along the clamping axis Y (approaching or moving apart the drive members 54, 56).
  • the switch 140 is configured to connect the output 145 selectively to the first, second or third input 142, 143, 144 depending on the fourth and fifth input 146, 147.
  • the second value of the speed setpoint is preferably less than 90% of the first value, for example less than 60%, advantageously between 60 and 40% of the first value. Furthermore, the second value is preferably lower than the speed of movement attainable by the drive member 54, 56 during its movement from its original position to the position threshold.
  • This method 200 firstly comprises a force measurement step 202, a speed measurement step 204 and a position measurement step 206.
  • the force measuring step 202 includes measuring the force exerted by the medical instrument 5 on the drive member 54 along the clamping axis Y. This force is typically deduced, as described above, from the power supply to the actuators 62, 63, 64. Alternatively, this force is measured directly by a stress sensor.
  • the speed measurement step 204 includes measuring the speed of movement of the drive member 54 along the clamping axis Y. This speed is typically deduced, as described above, from the current speed of at minus one of the actuators 62, 63, 64. For example, the speed of movement of the drive member 54 along the clamping axis Y is deduced from the current speed of the actuator 63 (i.e. say of the actuator contributing mainly or exclusively to the movement of the drive member 54 along the axis Y).
  • the position measurement step 206 includes measuring the position of the drive member 54 along the clamping axis Y. This position is typically deduced, as described above, from the current position of at least one actuators 62, 63, 64. For example, the position of the drive member 54 along the clamping axis Y is deduced from the current position of the actuator 63 (that is to say from the actuator contributing mainly or exclusively to the movement of the drive member 54 along the axis Y).
  • the method 200 then comprises a step 210 of tightening the medical instrument 5.
  • the control unit 90 controls the actuators 62, 63, 64 so as to bring the drive member 54 closer to the drive member 56.
  • This step 210 is typically implemented during the steps illustrated by Figures 3B, 4B, 4D and 4F.
  • This transmission step 214 includes the comparison 217 of the measured position of the drive member 54 along the Y axis with the position threshold. If the measured position is less than or equal to said threshold, this comparison 217 is followed by the allocation 218 of the first value to the speed setpoint; in other words, the generator 150 gives the first value to the speed setpoint. If the measured position is strictly greater than said threshold, this comparison 217 is followed by the allocation 219 of the second value to the speed setpoint; in other words, the generator 150 gives the second value to the speed setpoint.
  • Step 210 begins at a time to.
  • the drive member 54 is still in its initial position along the Y axis; the measured position P has therefore not yet reached the position threshold SP.
  • the drive member 54 is still away from the medical instrument 5; the measured force F is therefore zero. It is therefore the first control law which is transmitted, with a speed reference Cv at the first value Vi.
  • the measured speed V therefore gradually increases, tending to converge towards the speed setpoint Cv.
  • step 210 is followed by a step 220 of holding the medical instrument 5 tight, during which the drive member 54 is substantially immobilized along the Y axis.
  • This step 220 is typically implemented during the steps illustrated in Figures 3C, 4C, 4E and 4G.
  • step 220 also includes the movement 224 of the drive member 54 along the longitudinal axis X and/or the movement 226 of the drive member 54 along the transverse axis Z.
  • This movement is typically obtained by superimposing on the third control signal a control signal in position along the X axis and/or along the Z axis provided by the control module in position 100.
  • Step 220 is itself followed by a step 230 of loosening the medical instrument 5.
  • the control unit 90 controls the actuators 62, 63, 64 so as to move the organ apart. drive 54 of the drive member 56.
  • This step 220 is typically implemented during the steps illustrated by Figures 3D, 4D and 4F.
  • This step 240 includes the transmission 242 to the actuators 62, 63, 64 of a fifth control signal adapted to maintain the position measured along the Y axis substantially equal to the position setpoint.
  • the switch 140 is typically maintained in its first configuration during this step 240.
  • step 240 also includes the movement 244 of the drive member 54 along the longitudinal axis X and/or the movement 246 of the drive member 54 along the transverse axis Z.
  • This movement is typically obtained by superimposing on the fifth control signal a control signal in position along the X axis and/or along the Z axis provided by the control module in position 100.
  • step 240 process 200 finally returns to step 210, steps 210, 220, 230, 240 thus being repeated cyclically one after the other, as described above in connection with Figures 3A to 3E 4A to 4G.
  • the drive members 54, 56 quickly along the clamping axis Y, while avoiding that the force exerted by the drive members 54 , 56 on the medical instrument 5 along the Y axis does not exceed the limit threshold F max , which makes it possible to avoid damage to the medical instrument 5.
  • the clamping force is maintained and controlled during step 220 of holding the medical instrument 5 tight, which again makes it possible to avoid damage to the medical instrument 5 and also ensures slip-free driving of the medical instrument 5 by the organs of training 54, 56.
  • the drive members are rotating rollers around the Z axis, the rotation of said rollers around the Z axis making it possible to drive the medical instrument 5 in translation along the axis.
  • these rollers can be movable in translation along the clamping axis in rotation around the axis.

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Abstract

Ce procédé (200) est destiné à la commande d'un actionneur relié cinématiquement à un organe d'entraînement apte à venir en contact avec un instrument médical souple allongé de sorte à commander le mouvement dudit organe d'entraînement suivant un axe. Il comprend la mesure (206) d'une force exercée par l'instrument médical sur l'organe d'entraînement suivant l'axe, la transmission (214) à l'actionneur d'un signal de commande primaire adapté pour faire converger une vitesse de mouvement de l'organe d'entraînement suivant l'axe vers une consigne de vitesse prédéterminée tant que la force mesurée est en-deçà d'un seuil prédéterminé, et la transmission (216) à l'actionneur d'un signal de commande secondaire adapté pour faire converger la force mesurée vers une consigne de force prédéterminée lorsque la force mesurée excède ledit seuil.

Description

DESCRIPTION
COMMANDE D’UN ACTIONNEUR DE SYSTEME ROBOTISE POUR L’ENTRAINEMENT D’UN INSTRUMENT MEDICAL SOUPLE ALLONGE
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne les systèmes robotisés pour l’entraînement d’instruments médicaux souples allongés tels que des guides, des cathéters, etc. utilisés notamment dans les procédures d’angioplastie. Elle concerne plus particulièrement la commande des actionneurs d’un tel système robotisé.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
L'angioplastie avec insertion manuelle d'un instrument médical souple allongé tel qu’un cathéter ou un guide dans un patient est un acte médical relativement classique. Toutefois, cet acte étant suivi par angiographie sous rayons X, le praticien en charge de cet acte est soumis à une irradiation conséquente s'il réalise une telle opération sur de nombreux patients.
Afin de réduire les risques pour le praticien, il a été proposé de robotiser une telle insertion au moyen de systèmes robotisés comprenant des organes de serrage, déplacés par des actionneurs, pouvant se rapprocher et s’éloigner pour respectivement enserrer ou libérer ledit instrument médical, lesdits organes de serrage, une fois rapprochés l’un de l’autre de manière à enserrer l’instrument médical, pouvant effectuer : une translation longitudinale synchrone pour faire avancer ou reculer l’instrument médical, et/ou des translations transversales opposées pour faire tourner l’instrument médical autour de son axe d’élongation.
Un tel robot est connu par exemple de FR 3 044 541 .
La force de serrage appliquée par les organes de serrage de ces systèmes robotisés doit satisfaire à deux contraintes antagonistes. D’une part, elle doit être suffisante pour permettre l’entraînement de l’instrument médical sans glissement. D’autre part, elle ne doit pas être trop élevée pour éviter une ovalisation de l’instrument médical, c’est-à-dire une modification de la section droite dudit instrument médical qui, de circulaire à l’état neuf, deviendrait ovale ou elliptique sous l’effet de la force de pincement. Une telle ovalisation est en effet gênante lors de l’entraînement de l’instrument médical en rotation car elle peut s’opposer à une rotation correcte de l’instrument médical, comme décrit dans WO 2022/219165.
Généralement, pour déplacer les organes de serrage de leur position écartée à leur position rapprochée, les actionneurs sont pilotés au moyen d’une loi de commande visant à déplacer les organes jusqu’à une position prédéterminée, fonction d’un type de l’instrument médical manipulé, lequel doit avoir été préalablement renseigné par l’opérateur du robot. Les organes de serrage sont ensuite maintenus dans cette position tant qu’ils sont dans une phase durant laquelle ils doivent enserrer l’instrument médical. Cela conduit cependant souvent à une ovalisation de l’instrument médical.
Pour résoudre ce problème, il a été proposé dans WO 2022/219165 d’équiper ces systèmes robotisés de capteurs qui mesurent la force de serrage et d’un régulateur qui maintient la force de serrage entre un seuil minimum et un seuil maximum. Ainsi, lorsque les actionneurs sont en position rapprochée, leur force de serrage est régulée.
Néanmoins, cette solution ne donne pas entière satisfaction. En effet, WO 2022/219165 ne détaille pas comment ce pilotage de la force de serrage des organes de serrage s’articule avec le pilotage du déplacement des organes de serrage de leur position écartée à leur position rapprochée. Or, les inventeurs se sont rendus compte qu’il était difficile de piloter ce déplacement des organes de serrage de sorte à concilier respect du seuil maximal de la force de serrage et rapidité de mouvement des organes de serrage.
EXPOSE DE L’INVENTION
Un objectif de l’invention est de permettre un déplacement rapide, suivant une direction de déplacement, d’un organe d’entraînement destiné à venir en contact avec un instrument médical souple allongé tout en évitant que la force exercée par l’organe d’entraînement sur l’instrument médical souple allongé suivant la direction de déplacement n’excède un seuil prédéterminé. D’autres objectifs sont d’éviter l’endommagement de l’instrument médical et de permettre un entraînement sans glissement de l’instrument médical par l’organe d’entraînement.
A cet effet, l’invention a pour objet, selon un premier aspect, un procédé de commande d’un système robotisé pour l’entraînement, en translation et/ou en rotation, d’un instrument médical souple allongé, le système robotisé comprenant un organe d’entraînement apte à venir en contact avec l’instrument médical souple allongé et relié cinématiquement à l’actionneur de sorte que ce dernier commande le mouvement dudit organe d’entraînement suivant un axe dit principal, le procédé de commande étant mis en oeuvre par une unité de traitement de données et comprenant les étapes suivantes : mesure d’une vitesse de mouvement de l’organe d’entraînement suivant l’axe principal, mesure d’une force exercée par l’instrument médical souple allongé sur l’organe d’entraînement suivant l’axe principal, et déplacement de l’organe d’entraînement suivant l’axe principal, dans un premier sens, avec : o transmission à l’actionneur d’un signal de commande primaire adapté pour faire converger la vitesse de mouvement mesurée vers une consigne de vitesse prédéterminée tant que la force mesurée est en- deçà d’un seuil de force prédéterminé non nul, et o transmission à l’actionneur d’un signal de commande secondaire adapté pour faire converger la force mesurée vers une consigne de force prédéterminée lorsque la force mesurée excède ledit seuil de force.
Selon des modes de réalisation particuliers de l’invention, le procédé de commande présente également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) : l’axe principal consiste en un axe de serrage de l’instrument médical souple allongé, le premier sens étant orienté vers l’instrument médical souple allongé ; le procédé comprend les étapes supplémentaires suivantes : o mesure d’une position de l’organe d’entraînement suivant l’axe principal, et o déplacement de l’organe d’entraînement suivant l’axe principal dans un deuxième sens opposé au premier sens, avec transmission à l’actionneur d’un signal de commande tertiaire adapté pour faire converger la position mesurée vers une consigne de position prédéterminée ; le procédé comprend, entre les étapes de déplacement dans le premier sens et dans le deuxième sens, une étape supplémentaire d’immobilisation de l’organe d’entraînement suivant l’axe principal lors de laquelle est transmis à l’actionneur un signal de commande quaternaire adapté pour maintenir la force mesurée sensiblement égale à la consigne de force ; le procédé comprend, lors de l’étape d’immobilisation de l’organe d’entraînement suivant l’axe principal, le déplacement de l’organe d’entraînement suivant au moins un axe orthogonal à l’axe principal ; les étapes de déplacement dans le premier sens et dans le deuxième sens sont mises en œuvre l’une après l’autre, de manière répétée cyclique ; la position mesurée est déduite d’une position courante de l’actionneur ; le procédé comprend une étape supplémentaire de mesure d’une position de l’organe d’entraînement suivant l’axe principal, la consigne de vitesse ayant une première valeur tant que la position mesurée est en-deçà d’un seuil de position prédéterminé et une deuxième valeur, inférieure à la première valeur, lorsque la position mesurée est au-delà dudit seuil de position ; le seuil de position est tel que lorsque la position mesurée est égale audit seuil de position l’organe d’entraînement n’est pas en contact avec l’instrument médical souple allongé ; la consigne de force est supérieure au seuil de force ; la vitesse de déplacement mesurée est déduite d’une vitesse courante de l’actionneur ; la force mesurée est déduite d’une puissance d’alimentation courante de l’actionneur ; la force mesurée est mesurée directement par un capteur de contrainte ; l’instrument médical souple allongé consiste en un cathéter ou un guide de cathéter ; la force exercée par l’organe d’entrainement sur l’instrument médical souple allongé n’excède pas un seuil limite prédéterminé, de préférence inférieur ou égal à 30N ; et le procédé ne comprend pas d’étape de détermination de la distance entre l’organe d’entraînement et l’instrument médical souple allongé.
L’invention a également pour objet, selon un deuxième aspect, un système robotisé pour l’entraînement d’un instrument médical souple allongé, ledit système robotisé comprenant un bâti, un organe d’entraînement apte à venir en contact avec l’instrument médical souple allongé, un actionneur relié cinématiquement à l’organe d’entraînement de sorte à commander le mouvement dudit organe d’entraînement relativement au bâti suivant un axe principal, et une unité de traitement de données pour la mise en œuvre d’un procédé selon le premier aspect.
L’invention a encore pour objet, selon un troisième aspect, un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour la mise en œuvre d’un procédé de commande selon le premier aspect lorsque ledit produit programme d’ordinateur est exécuté par un processeur d’une unité de traitement de données d’un système robotisé pour l’entraînement d’un instrument médical souple allongé. L’invention a enfin pour objet, selon un quatrième aspect, un moyen de stockage lisible par un équipement informatique sur lequel est enregistré un produit programme d’ordinateur selon le troisième aspect.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : la Figure 1 est une vue schématique de côté d’un exemple d’installation d’angioplastie comprenant un système robotisé conforme à un mode de réalisation de l’invention, la Figure 2 est une vue schématique en perspective du système robotisé de l’installation de la Figure 1 , les Figures 3À à 3E représentent schématiquement plusieurs étapes successives d’entraînement en rotation d’un instrument médical souple allongé par le système robotisé de la Figure 2, les Figures 4A à 4G représentent schématiquement plusieurs étapes successives d’entraînement en translation d’un instrument médical souple allongé par le système robotisé de la Figure 2, la Figure 5 est un schéma fonctionnel d’une unité de commande du système robotisé de la Figure 2, la Figure 6 est un diagramme illustrant un procédé de commande d’actionneurs du système robotisé de la Figure 2, et la Figure 7 est un diagramme illustrant l’évolution dans le temps de divers paramètres du système robotisé de la Figure 2 lorsque le procédé de commande de la Figure 6 est appliqué.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN EXEMPLE DE REALISATION
L’installation d’angioplastie 1 représentée sur la Figure 1 comprend un robot 3 pour l’introduction d’un instrument médical souple allongé 5 dans un conduit anatomique d’un patient 7, typiquement dans un vaisseau sanguin dudit patient 7. Il comprend également un système d’angiographie 10 pour suivre le déplacement de l’instrument médical 5 à l’intérieur du corps du patient 7.
L’installation d’angioplastie 1 est ici répartie entre une salle d’opérations 12 et une salle de commande 14. Dans un mode de réalisation, cette salle de commande 14 est proche de la salle d’opérations 12 et est par exemple séparée de celle-ci par une simple paroi 16 opaque aux rayons X. Dans un autre mode de réalisation, la salle de commande 14 est distante de la salle d’opérations 12. En variante (non représentée), l’installation d’angioplastie 1 est intégralement disposée dans la seule salle d’opérations 12.
Le robot 3 comprend un système robotisé 20 d’entraînement de l’instrument médical 5, placé dans la salle d’opérations 12 à proximité du patient 7.
Le robot 3 comprend également un poste de commande 22 pour le pilotage du système robotisé 20 par un opérateur. Ici, ce poste de commande 22 est un poste de commande distant placé dans la salle de commande 1 et communiquant avec le système robotisé 20 via un boîtier de communication 24 relié au système robotisé 20.
Dans l’exemple représenté, le robot 3 comprend encore un boîtier de commande 26 local, disposé dans la salle d’opérations 12, pour le pilotage du système robotisé 20 par un opérateur directement depuis la salle d’opérations 12.
Le système d’angiographie 10 comprend un imageur médical 30, notamment un imageur par rayons X, comportant une source 32 et un détecteur 34 disposés de part et d'autre du patient 7, éventuellement mobiles par rapport au patient 7.
Le système d’angiographie 10 comprend également au moins un écran 36, 38 communiquant avec l’imageur 30 pour l’affichage en temps réel des images acquises par l’imageur 30. Ici, les écrans 36, 38 comprennent un écran distant 36 installé dans la salle de commande 14 et un écran local 38 installé dans la salle d’opérations 12. En variante (non représenté), le système d’angiographie 10 comprend uniquement l’écran distant 36 ou l’écran local 38.
Le système d’angiographie 10 comprend encore au moins une commande 40, 42 communiquant avec l’imageur 30 pour commander la prise d’image par l’imageur 30. Ici, les commandes 40, 42 comprennent une commande distante 40 installée dans la salle de commande 14 et une commande locale 42 installée dans la salle d’opérations 12. En variante (non représenté), le système d’angiographie 10 comprend uniquement la commande distante 40 ou la commande locale 42.
Le système d’angiographie 10 comprend enfin un injecteur 44 de produit de contraste pour l’injection, à l’intérieur de l’instrument médical 5, d’un produit de contraste facilitant l’imagerie dudit instrument médical 5, un raccord 46 reliant l’injecteur 44 à l’instrument médical 5 pour guider le produit de contraste depuis l’injecteur 44 jusqu’à l’intérieur de l’instrument médical 5, et au moins une commande 47, 48 pour commander l’injecteur 44. Ici, les commandes 47, 48 comprennent une commande distante 47 installée dans la salle de commande 14 et une commande locale 48 installée dans la salle d’opérations 12. En variante (non représenté), le système d’angiographie 10 comprend uniquement la commande distante 47 ou la commande locale 48.
L’instrument médical souple allongé 5 est allongé suivant un axe d’élongation. Il est constitué par un instrument médical apte à être inséré dans un conduit anatomique, typiquement un vaisseau sanguin, du patient 7, et à être déplacé dans ledit conduit anatomique à travers un désilet ménageant une ouverture d'accès dans le patient 7. Cet instrument médical souple allongé 5 est typiquement constitué par un cathéter ou par un guide pour cathéter.
Un cathéter est, de manière connue, constitué par un tube souple et allongé, qui est généralement creux sur une portion proche du patient 7, voire sur la totalité de sa longueur. Optionnellement, le cathéter est équipé, au niveau de son extrémité distale (à l’opposé du robot 3), d’un outil médical tel qu’un ballon, une endoprothèse, etc.
Un guide est, de manière connue, un instrument médical configuré pour guider le cathéter jusqu’à un site d’implantation dans le corps du patient 7. À cet effet, le guide est généralement constitué par un cylindre de diamètre transversal inférieur à celui du cathéter de sorte que le cathéter puisse être placé autour du guide et glisser le long du guide sous l’effet d’une force initiée par le robot 3 ou par un opérateur jusqu’à ce que son extrémité libre atteigne le site d’implantation voulu. Optionnellement, le guide comporte une extrémité recourbée, de sorte à faciliter sa navigation dans le réseau sanguin du patient 7.
Pour déplacer l’instrument médical souple allongé 5 à l’intérieur du corps du patient 7, il est souhaitable de pouvoir translater ledit instrument 5 le long de son axe d’élongation et de pouvoir le faire tourner autour dudit axe d’élongation. On pourra se référer au document FR 3 044 541 pour plus de détails quant à l’utilité de ces mouvements.
Le système robotisé 20 est configuré pour entraîner l’instrument médical souple allongé 5 de sorte à lui conférer au moins l’un de ces mouvements, ici les deux.
À cet effet, le système robotisé 20 comprend, en référence à la Figure 2, un bâti 50 et au moins un, ici deux, module(s) d’entraînement 52, 52’ chacun configuré pour entraîner l’instrument médical 5 relativement au bâti 50 : en translation suivant un axe X, X’ d’extension de l’instrument médical 5 au niveau dudit module d’entraînement 52, 52’ ici qualifié d’axe longitudinal, et en rotation autour dudit axe longitudinal X, X’.
On notera que ledit axe longitudinal X, X’ est le plus souvent différent de l’axe d’extension de l’instrument médical 5 au niveau de son extrémité distale ; néanmoins, une translation et/ou une rotation de l'instrument médical 5 selon/autour de l’axe longitudinal X, X’, donc selon/autour de son axe d’élongation au niveau du système robotisé 20 entraînera une translation et/ou une rotation de l’instrument médical 5, respectivement, selon/autour son axe d’élongation au niveau de son extrémité distale.
Dans l’exemple représenté, chaque module d’entraînement 52, 52’ comprend une paire d’organes d’entraînement 54, 56 formant ensemble une pince configurée pour saisir et déplacer l’instrument médical 5 relativement au bâti 50.
À cet effet, au moins l’un desdits organes d’entraînement 54, 56, ici chacun des organes d’entraînement 54, 56, est monté mobile en translation relativement au bâti 50 suivant un axe de serrage Y, Y’ orthogonal à l’axe longitudinal X, X’ et sensiblement sécant à l’axe de l’instrument médical 5. Les organes d’entraînement 54, 56 sont mobiles l’un relativement à l’autre suivant cet axe de serrage Y, Y’ entre une position écartée, dans laquelle les organes d’entraînement 54, 56 sont à distance l’un de l’autre, et une position rapprochée dans laquelle les organes d’entraînement 54, 56 sont proches l’un de l’autre.
Chaque organe d’entraînement 54, 56 d’une paire est en outre mobile en translation relativement au bâti 50 suivant au moins un autre axe sensiblement orthogonal à l’axe de serrage Y, Y’. Chaque organe d’entraînement 54, 56 d’une paire est ainsi mobile en translation relativement au bâti 50 suivant au moins l’un des axes suivants : l’axe longitudinal X, X’, et un axe transversal Z, Z’ sensiblement orthogonal aux axes de serrage Y, Y’ et longitudinal X, X’.
Les deux organes d’entraînement 54, 56 de chaque module d’entraînement 52, 52’ ont en particulier les mêmes degrés de liberté suivant l’axe longitudinal X, X’, c’est-à-dire que pour chaque module d’entraînement 52, 52’ dont l’un des organes d’entraînement 54, 56 est mobile en translation suivant l’axe longitudinal X, X’, l’autre organe d’entraînement 54, 56 dudit module d’entraînement 52, 52’ est également mobile en translation suivant ledit axe longitudinal X, X’. Avantageusement, les deux organes d’entraînement 54, 56 de chaque module d’entraînement 52, 52’ ont également les mêmes degrés de liberté suivant l’axe transversal Z, Z’.
Ici, chaque organe d’entraînement 54, 56 de chaque module d’entraînement 52, 52’ est mobile en translation relativement au bâti 50 suivant chacun des axes longitudinal X, X’ et transversal Z, Z’.
De préférence, les modules d’entraînement 52, 52’ sont agencés de sorte que les axes longitudinaux X, X’ soient, comme représenté, sensiblement confondus. Dans la suite, on fera donc, par simplification, simplement référence à l’axe longitudinal X, l’axe de serrage Y et l’axe transversal Z.
Chaque organe d’entraînement 54, 56 délimite une surface d’entraînement, respectivement 58, 59, configurée pour être à l’écart de l’instrument médical 5 lorsque les organes d’entraînement 54, 56 sont en position écartée et en contact avec l’instrument médical 5 lorsque les organes d’entraînement 54, 56 sont en position rapprochée. Lesdites surfaces d’entraînement 54, 56 se font face et sont espacées l’une de l’autre suivant l’axe Y. Chaque surface d’entraînement 58, 59 a en particulier une normale sensiblement parallèle à l’axe Y.
Chaque organe d’entraînement 54, 56 est typiquement formé d’un porte-touche (non représenté) et d’une touche amovible (non représentée) montée sur le porte-touche et délimitant la surface d’entraînement 58, 59. La surface d’entraînement 58, 59 en contact avec l’instrument médical 5 peut ainsi être changée à chaque utilisation du robot 3, ce qui permet de préserver la stérilité de l’instrument médical 5.
Chaque module d’entraînement 52, 52’ comprend également un dispositif d’entraînement 60 pour commander le déplacement des organes d’entraînement 54, 56 dudit module 52, 52’ suivant l’axe Y et, le cas échéant, l’axe X et/ou Z. Ce dispositif d’entraînement 60 comprend au moins un actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 et, pour le ou chaque actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67, une chaîne cinématique, respectivement 72, 73, 74, 75, 76, 77 reliant cinématiquement ledit actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 à au moins l’un des organes d’entraînement 54, 56 de sorte que ce dernier commande le déplacement dudit organe d’entraînement 54, 56 suivant au moins l’un des axes X, Y, Z.
Selon une variante possible, comme représenté, chaque chaîne cinématique 72, 73, 74, 75, 76, 77 relie cinématiquement un actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 à un seul des organes d’entraînement 54, 56. Chaque actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 commande ainsi le déplacement d’un seul des organes d’entraînements 54, 56. Le dispositif d’entraînement 60 est ainsi formé de deux sous-dispositifs d’entraînement 80, 82, chacun propre à l’un des organes d’entraînement 54, 56.
Ici, chaque sous-dispositif d’entraînement 80, 82 comprend trois actionneurs, respectivement 62, 63, 64 et 65, 66, 67. Chaque actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 contribue au déplacement de l’organe d’entraînement, respectivement 54, 56, suivant au moins un des axes X, Y, Z. Avantageusement, chaque actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 contribue au déplacement de l’organe d’entraînement, respectivement 54, 56, suivant un unique axe, propre audit actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67, parmi les axes X, Y, Z ou, à défaut, a une contribution majoritaire suivant un axe, propre audit actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67, parmi les axes X, Y, Z, c’est-à-dire que la contribution dudit actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 au déplacement de l’organe d’entraînement 54, 56 suivant ledit axe propre est grande devant la contribution de l’actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 au déplacement de l’organe d’entraînement 54, 56 suivant chacun des autres axes. Ainsi, dans l’exemple représenté : les actionneurs 62, 65 contribuent majoritairement ou exclusivement au déplacement des organes d’entraînement 54, 56 suivant l’axe X, les actionneurs 63, 66 contribuent majoritairement ou exclusivement au déplacement des organes d’entraînement 54, 56 suivant l’axe Y, et les actionneurs 64, 67 contribuent majoritairement ou exclusivement au déplacement des organes d’entraînement 54, 56 suivant l’axe Z.
À cet effet, chaque sous-dispositif d’entraînement 80, 82 est typiquement constitué par un dispositif d’entraînement tel que décrit dans WO 2022/144267, dont le contenu est ici incorporé par référence.
Chaque actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 consiste par exemple en un moteur électrique comprenant un rotor et un stator (non représentés), le stator étant fixe relativement au bâti 50 et le rotor formant la partie de l’actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 reliée cinématiquement à l’organe d’entraînement 54, 56.
Le système robotisé 20 comprend également des capteurs 84, 85 pour mesurer une force de serrage, une vitesse de déplacement et une position des organes d’entraînement 54, 56 de chaque module 52, 52’ suivant l’axe Y. Ici, le système robotisé 20 comprend en sus des capteurs 87, 88 pour mesurer également une position des organes d’entraînement 54, 56 de chaque module 52, 52’ suivant chacun des axes X et Z.
Les capteurs 84, 85, 87, 88 sont ici des capteurs indirects, c’est-à-dire qu’ils fournissent des données représentatives de la force de serrage, de la vitesse de déplacement suivant l’axe Y et de la position des organes d’entraînement 54, 56 de chaque module 52, 52’ par des mesures indirectes, ici par des mesures sur les actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67. Ces mesures indirectes sont par exemple une mesure du courant d’alimentation des actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67 et une mesure de la position des actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67 (typiquement, dans le cas de moteurs électriques, de la position du rotor relativement au stator). Il est en effet connu qu’il existe des fonctions de transfert reliant : la puissance électrique consommée par un actionneur à la force exercée par un organe entraîné par ledit actionneur, la vitesse d’un actionneur à la vitesse de déplacement d’un organe entraîné par ledit actionneur, et la position d’un actionneur à la position d’un organe entraîné par ledit actionneur, ces fonctions de transfert dépendant de la chaîne cinématique reliant l’actionneur à l’organe qu’il entraîne. L’homme du métier saura sans peine retrouver ces fonctions de transfert pour déduire la force de serrage, la vitesse de déplacement suivant l’axe Y et la position des organes d’entraînement 54, 56 de chaque module 52, 52’ à partir des mesures fournies par les capteurs 84, 85, 87, 88.
En variante (non représentée), les capteurs 84, 85, 87, 88 sont des capteurs directs, c’est-à-dire qu’ils mesurent directement la force de serrage, la vitesse de déplacement suivant l’axe Y et la position des organes d’entraînement 54, 56 de chaque module 52, 52’.
Le système robotisé 20 comprend encore une unité 90 de commande des actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67 de chaque module d’entraînement 52, 52’, propre à transmettre à chacun desdits actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67 un signal de commande de ce dernier.
Cette unité de commande 90 est ici réalisée sous la forme d’une unité de traitement de données comprenant un processeur ou CPU (« Central Processing Unit » en anglais) 92, une mémoire 94 de type RAM (« Random Access Memory » en anglais) et/ou ROM (« Read Only Memory » en anglais), et un module de stockage 96 de type stockage interne.
Le module de stockage 96 est par exemple de type disque dur HDD (« Hard Disk Drive » en anglais) ou SSD (« Solid-State Drive » en anglais), ou de type lecteur de support de stockage externe, tel un lecteur de cartes SD (« Secure Digital » en anglais).
Le processeur 92 est configuré pour enregistrer des données, ou informations, dans la mémoire 94 ou dans le module de stockage 96 et/ou lire des données enregistrées dans la mémoire 94 ou dans le module de stockage 96.
Le processeur 92 est configuré pour exécuter des instructions chargées dans la mémoire 94, par exemple à partir du module de stockage 96. Lorsque le système robotisé 20 est mis sous tension, le processeur 92 est capable de lire dans la mémoire 94 des instructions et de les exécuter. Ces instructions forment un programme d'ordinateur causant la mise en oeuvre, par le processeur 92, de tout ou partie d’un procédé 200 de commande des actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67 qui sera décrit plus loin. Ainsi, tout ou partie du procédé 200 peut être implémenté sous forme logicielle par exécution d'un ensemble d'instructions par une machine programmable, tel qu'un DSP (« Digital Signal Processor » en anglais) ou un microcontrôleur.
En variante (non représentée), l’unité de commande 90 est réalisée sous la forme d’une unité de traitement de données constituée au moins pour partie d’une machine ou un composant dédié, tel qu'un FPGA (« Field- Programmable Gate Array » en anglais) ou un ASIC (« Application-Specific Integrated Circuit » en anglais), pour implémenter tout ou partie du procédé 200.
On notera que, bien que représentée ici sous la forme d’une seule unité commune à tous les actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67, l’unité de commande 90 peut en variante être réalisée sous la forme de plusieurs unités distribuées au niveau de chaque dispositif d’entraînement 60 ou au niveau de chaque sous-dispositif 80, 82, voire au niveau de chaque actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67, lesdites unités distribuées étant alors synchronisées au moyen d’un signal de synchronisation partagé.
L’unité de commande 90 est en particulier configurée pour commander les actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67 de sorte à entraîner la rotation de l’instrument médical 5 autour de son axe d’élongation par déplacement simultané, en sens inverse, des organes d’entraînement 54, 56 d’une même paire suivant l’axe Z. À cet effet, l’unité de commande 90 est typiquement configurée pour commander la mise en oeuvre des étapes suivantes, illustrées sur les Figures 3À à 3E : positionnement des organes d’entraînement 54, 56 en position écartée, leurs surfaces d’entraînement 58, 59 respectives n’étant pas en contact avec l’instrument médical 5 (Figure 3À) ; rapprochement des organes d’entraînement 54, 56 par translation desdits organes 54, 56 dans des sens opposés suivant l’axe Y, jusqu’à ce que leurs surfaces d’entraînement 58, 59 respectives viennent enserrer l’instrument médical 5 (Figure 3B) ; déplacement des organes d’entraînement 54, 56 en translation suivant l’axe Z, dans des sens opposés l’un à l’autre, de sorte à faire tourner l’instrument médical 5 autour de son axe dans un sens ou dans l’autre, les surfaces d’entraînement 58, 59 maintenant l’instrument médical 5 enserré durant ce déplacement (Figure 3C) ; éloignement des organes d’entraînement 54, 56 de l’instrument médical 5 par translation desdits organes 54, 56 dans des sens opposés suivant l’axe Y, jusqu’à atteindre une position prédéterminée dans laquelle les surfaces d’entraînement 58, 59 relâchent l’instrument médical 5 et cessent alors d’être en contact avec l’instrument médical 5 (Figure 3D) ; et repositionnement des organes d’entraînement 54, 56 par translation desdits organes 54, 56 dans des sens opposés suivant l’axe Z, leurs surfaces d’entraînement 58, 59 respectives restant éloignées de l’instrument médical 5 de sorte à ne pas entraîner l’instrument médical 5 en rotation, jusqu’à ce que les organes d’entraînement 54, 56 retrouvent leur position d’origine (Figure 3E). L’unité de commande 90 est en particulier configurée pour commander la répétition cyclique de ces étapes, de manière à permettre une rotation complète de l’instrument médical 5 dans un sens comme dans l’autre.
L’unité de commande 90 est également configurée pour commander les actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67 de sorte à entraîner la translation de l’instrument médical 5 suivant son axe par déplacement simultané, dans le même sens, des organes d’entraînement 54, 56 d’une même paire suivant l’axe X. À cet effet, l’unité de commande 90 est typiquement configurée pour commander la mise en oeuvre des étapes suivantes, illustrées sur les Figures 4A à 4G : positionnement des organes d’entraînement 54, 56 de chaque module d’entraînement 50, 50' en position écartée, leurs surfaces d’entraînement 58, 59 respectives n’étant pas en contact avec l’instrument médical 5 (Figure 4À) ; rapprochement des organes d’entraînement 54, 56 d’un premier module d’entraînement 50 par translation desdits organes 54, 56 dans des sens opposés suivant l’axe Y, jusqu’à ce que leurs surfaces d’entraînement 58, 59 respectives viennent enserrer l’instrument médical 5, les organes d’entraînement 54, 56 du deuxième module d’entraînement 50’ restant à l’écart de l’instrument médical 5 (Figure 4B) ; déplacement des organes d’entraînement 54, 56 du premier module d’entraînement 50 en translation suivant l’axe X, de manière synchrone et dans un même premier sens, de sorte à entraîner l’instrument médical 5 en translation suivant son axe dans ledit premier sens, les surfaces d’entraînement 58, 59 du premier module d’entraînement 50 maintenant l’instrument médical 5 enserré durant ce déplacement, pendant que les organes d’entraînement 54, 56 du deuxième module d’entraînement 50’ restent immobiles à l’écart de l’instrument médical 5 (Figure 4G) ; éloignement des organes d’entraînement 54, 56 du premier module d’entraînement 50 vis-à-vis de l’instrument médical 5 par translation desdits organes 54, 56 dans des sens opposés suivant l’axe Y, jusqu’à atteindre une position prédéterminée dans laquelle les surfaces d’entraînement 58, 59 desdits organes 54, 56 relâchent l’instrument médical 5 et cessent alors d’être en contact avec l’instrument médical 5, et rapprochement simultané des organes d’entraînement 54, 56 du deuxième module d’entraînement 50’ par translation desdits organes 54, 56 dans des sens opposés suivant l’axe Y, jusqu’à ce que leurs surfaces d’entraînement 58, 59 respectives viennent enserrer l’instrument médical 5 (Figure 4D) ; déplacement des organes d’entraînement 54, 56 du deuxième module d’entraînement 50’ en translation suivant l’axe X, de manière synchrone et dans le premier sens, de sorte à entraîner l’instrument médical 5 en translation suivant son axe dans le premier sens, les surfaces d’entraînement 58, 59 du deuxième module d’entraînement 50’ maintenant l’instrument médical 5 enserré durant ce déplacement, et déplacement simultané des organes d’entraînement 54, 56 du premier module d’entraînement 50 en translation suivant l’axe X, de manière synchrone et dans le deuxième sens, leurs surfaces d’entraînement 58, 59 respectives restant éloignées de l’instrument médical 5 de sorte à ne pas entraîner l’instrument médical 5, jusqu’à ce que les organes d’entraînement 54, 56 du premier module d’entraînement 50 retrouvent leur position d’origine (Figure 4E) ; éloignement des organes d’entraînement 54, 56 du deuxième module d’entraînement 50’ vis-à-vis de l’instrument médical 5 par translation desdits organes 54, 56 dans des sens opposés suivant l’axe Y, jusqu’à atteindre une position prédéterminée dans laquelle les surfaces d’entraînement 58, 59 desdits organes 54, 56 relâchent l’instrument médical 5 et cessent alors d’être en contact avec l’instrument médical 5, et rapprochement simultané des organes d’entraînement 54, 56 du premier module d’entraînement 50 par translation desdits organes 54, 56 dans des sens opposés suivant l’axe Y, jusqu’à ce que leurs surfaces d’entraînement 58, 59 respectives viennent enserrer l’instrument médical 5 (Figure 4F) ; déplacement des organes d’entraînement 54, 56 du premier module d’entraînement 50 en translation suivant l’axe X, de manière synchrone et dans le premier sens, de sorte à entraîner l’instrument médical 5 en translation suivant son axe dans le premier sens, les surfaces d’entraînement 58, 59 du premier module d’entraînement 50 maintenant l’instrument médical 5 enserré durant ce déplacement, et déplacement simultané des organes d’entraînement 54, 56 du deuxième module d’entraînement 50’ en translation suivant l’axe X, de manière synchrone et dans le deuxième sens, leurs surfaces d’entraînement 58, 59 respectives restant éloignées de l’instrument médical 5 de sorte à ne pas entraîner l’instrument médical 5, jusqu’à ce que les organes d’entraînement 54, 56 du deuxième module d’entraînement 50’ retrouvent leur position d’origine (Figure 4G).
L’unité de commande 90 est de préférence configurée pour commander la répétition cyclique des étapes des Figures 4D à 4G, de manière à permettre l’allongement de la course de déplacement de l’instrument médical 5 suivant l’axe X.
L’unité de commande 90 est en particulier configurée pour que, lors du rapprochement des organes d’entraînement 54, 56, c’est-à-dire lors des étapes illustrées par les Figures 3B, 4B, 4D et 4F, la force de serrage exercée par les organes d’entraînement 54, 56 n’excède pas un seuil limite prédéterminé. De manière préférentielle, le seuil limite est inférieur ou égal à 3ON, réduisant ainsi le risque d’endommager l’instrument médical 5, notamment lorsque l’instrument médical 5 est un cathéter.
À cet effet, l’unité de commande 90 comporte, pour chaque sous-dispositif d’entraînement 80, 82, une sous-unité 98 de commande dudit sous-dispositif 80, 82. En référence à la Figure 5, cette sous-unité de commande 98 comprend un module 100 de commande des actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67 en position, un module 102 de commande des actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67 en vitesse et un module 104 de commande des actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67 en force.
Le module de commande en position 100 comprend une première entrée 110 pour recevoir une consigne de position prédéterminée suivant chacun des axes de déplacement de l’organe d’entraînement 54, 56 entraîné par le sous-dispositif 80, 82 (donc ici suivant chacun des axes X, Y et Z) et une deuxième entrée 112 pour recevoir une mesure de la position dudit organe d’entraînement 54, 56 suivant chacun de ses axes de déplacement (donc ici suivant chacun des axes X, Y et Z). Le module de commande en position 100 est configuré pour générer, en fonction de ces entrées, pour chacun des axes de déplacement de l’organe d’entraînement 54, 56, un signal de commande en position adapté pour faire converger la position mesurée suivant ledit axe de déplacement vers la consigne de position correspondante. Il comprend par ailleurs, pour chaque axe de déplacement de l’organe d’entraînement 54, 56, une sortie 114, 116, 188 respective pour transmettre à chaque actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 concerné (c’est-à-dire à chaque actionneur agissant sur le déplacement de l’organe d’entraînement suivant ledit axe de déplacement) ce signal de commande en position. Ainsi, dans l’exemple représenté, lesdites sorties 114, 116, 118 comprennent : une première sortie 114 pour la transmission à chaque à chaque actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 concerné d’un signal de commande en position adapté pour faire converger la position mesurée suivant l’axe X vers la consigne de position suivant l’axe X, une deuxième sortie 116 pour la transmission à chaque à chaque actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 concerné d’un signal de commande en position adapté pour faire converger la position mesurée suivant l’axe Y vers la consigne de position suivant l’axe Y, et une troisième sortie 118 pour la transmission à chaque à chaque actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 concerné d’un signal de commande en position adapté pour faire converger la position mesurée suivant l’axe Z vers la consigne de position suivant l’axe Z. Le module de commande en vitesse 102 comprend une première entrée 120 pour recevoir une consigne de vitesse suivant l’axe de serrage Y et une deuxième entrée 122 pour recevoir une mesure de la vitesse de l’organe d’entraînement 54, 56 entraîné par le sous- dispositif 80, 82 suivant l’axe de serrage Y. Le module de commande en vitesse 102 est configuré pour générer, en fonction de ces entrées, un signal de commande en vitesse adapté pour faire converger la vitesse mesurée vers la consigne de vitesse. Il comprend par ailleurs une sortie 124 pour transmettre à chaque actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 concerné (c’est- à-dire à chaque actionneur agissant sur le déplacement de l’organe d’entraînement suivant l’axe de serrage Y) ce signal de commande en vitesse.
Le module de commande en force 104 comprend une première entrée 130 pour recevoir une consigne de force prédéterminée suivant l’axe de serrage Y et une deuxième entrée 132 pour recevoir une mesure de la force exercée par l’instrument médical 5 sur l’organe d’entraînement 54, 56 entraîné par le sous-dispositif 80, 82 suivant l’axe de serrage Y. Le module de commande en force 104 est configuré pour générer, en fonction de ces entrées, un signal de commande en force adapté pour faire converger la force mesurée vers la consigne de force. Il comprend par ailleurs une sortie 134 pour transmettre à chaque actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 concerné (c’est-à-dire à chaque actionneur agissant sur le déplacement de l’organe d’entraînement suivant l’axe de serrage Y) ce signal de commande en force.
La consigne de force est strictement inférieure au seuil limite. Elle est par exemple inférieure à 90% du seuil limite, de préférence comprise entre 80 et 90% du seuil limite.
La sous-unité de commande 98 comprend également un commutateur 140 pour commuter la commande des actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67 en serrage entre la commande en position, la commande en vitesse et la commande en force. À cet effet, le commutateur 140 comprend une première entrée 142 pour recevoir le signal de commande en position, une deuxième entrée 143 pour recevoir le signal de commande en vitesse, et une troisième entrée 144 pour recevoir le signal de commande en force. Il comprend par ailleurs une sortie 145 pour la transmission d’un signal de commande en serrage à chaque actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 concerné (c’est-à-dire à chaque actionneur agissant sur le déplacement de l’organe d’entraînement suivant l’axe de serrage Y). Le commutateur 140 comprend encore une quatrième entrée 146 pour recevoir une mesure de la force exercée par l’instrument médical 5 sur ledit organe d’entraînement 54, 56 suivant l’axe de serrage Y et une cinquième entrée 147 pour recevoir une information quant à la phase de déplacement courante suivant l’axe de serrage Y (rapprochement ou écartement des organes d’entraînement 54, 56). Le commutateur 140 est configuré pour raccorder la sortie 145 sélectivement à la première, deuxième ou troisième entrée 142, 143, 144 en fonction des quatrième et cinquième entrée 146, 147. En particulier, le commutateur 140 est configuré pour commuter entre trois configurations : une première configuration dans lequel il raccorde la sortie 145 à la première entrée 142, c’est-à-dire il transmet comme signal de serrage le signal de commande en position aux actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67 concernés, lorsque la cinquième entrée 147 indique que la phase de déplacement courante suivant l’axe de serrage Y est une phase d’écartement des organes d’entraînement 54, 56 (c’est-à-dire typiquement lors des étapes illustrées par les Figures 3D, 4D et 4F), quelle que soit la valeur de la quatrième entrée 146 ; une deuxième configuration dans lequel il raccorde la sortie 145 à la deuxième entrée 143, c’est-à-dire il transmet comme signal de serrage le signal de commande en vitesse aux actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67 concernés, lorsque la cinquième entrée 147 indique que la phase de déplacement courante suivant l’axe de serrage Y est une phase de rapprochement des organes d’entraînement 54, 56 et que la force de serrage mesurée reçue sur la quatrième entrée 146 est inférieure ou égale à un seuil de commutation prédéterminé ; et une troisième configuration dans lequel il raccorde la sortie 145 à la troisième entrée 144, c’est-à-dire il transmet comme signal de serrage le signal de commande en force aux actionneurs 62, 63, 64, 65, 66, 67 concernés, lorsque la cinquième entrée 147 indique que la phase de déplacement courante suivant l’axe de serrage Y est une phase de rapprochement des organes d’entraînement 54, 56 et que la force de serrage mesurée reçue sur la quatrième entrée 146 est strictement supérieure au seuil de commutation prédéterminé.
Le seuil de commutation prédéterminé est strictement inférieur à la consigne de force.
Le signal de serrage est typiquement constitué par un signal électrique commandant, pour chaque actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67 concerné, la commutation des commutateurs de puissance d’un organe d’alimentation en courant dudit actionneur 62, 63, 64, 65, 66, 67.
La sous-unité de commande 98 comprend encore un générateur 150 de consigne de vitesse. Ce générateur 150 comprend une entrée 152 pour recevoir une mesure de la position de l’organe d’entraînement 54, 56 entraîné par le sous-dispositif 80, 82 suivant l’axe de serrage Y et une sortie 154 pour la transmission de la consigne de vitesse au module de commande en vitesse 102. La générateur 150 est configuré pour comparer la position mesurée à un seuil de position prédéterminé et pour conférer à la consigne de vitesse une première valeur prédéterminée lorsque la position mesurée est inférieure ou égale au seuil de position et une deuxième valeur prédéterminée, strictement inférieure à la première valeur, lorsque la position mesurée est strictement supérieure au seuil de position.
La deuxième valeur de la consigne de vitesse est de préférence inférieure à 90% de la première valeur, par exemple inférieure à 60%, avantageusement comprise entre 60 et 40% de la première valeur. Par ailleurs, la deuxième valeur est de préférence inférieure à la vitesse de déplacement atteignable par l’organe d’entraînement 54, 56 lors de son déplacement de sa position d’origine jusqu’au seuil de position.
Le seuil de position est tel que lorsque la position mesurée est égale audit seuil de position l’organe d’entraînement 54, 56 n’est pas en contact avec l’instrument médical 5. Le seuil de position est de préférence obtenu à partir du diamètre maximal des différents instruments médicaux qu’est susceptible de manipuler l’organe d’entrainement 54, 56. En effet, connaissant le diamètre maximal de l’instrument médical 5 que peut recevoir l’organe d’entraînement 54, 56, il est possible de déterminer qu’avant une position donnée il n’est pas possible à l’organe d’entraînement 54, 56 de rentrer en contact avec l’instrument médical 5. Cela permet notamment de se passer de la mesure de la distance séparant l’organe d’entraînement 54, 56 et l’instrument médical 5, mesure pouvant nécessiter un dispositif de contrôle visuel.
Le procédé 200 mis en oeuvre par l’unité de commande 90 va maintenant être décrit, en référence aux Figures 6 et 7. Par simplification, la description donnée ici concerne la commande des seuls actionneurs 62, 63, 64 d’un même sous-dispositif d’entraînement 80 entraînant un seul organe d’entraînement 54. L’homme du métier saura sans peine en déduire la commande des autres actionneurs.
Ce procédé 200 comprend tout d’abord une étape de mesure de force 202, une étape de mesure de vitesse 204 et une étape de mesure de position 206.
L’étape de mesure de force 202 comprend la mesure de la force exercée par l’instrument médical 5 sur l’organe d’entraînement 54 suivant l’axe de serrage Y. Cette force est typiquement déduite, comme décrit plus haut, de la puissance d’alimentation des actionneurs 62, 63, 64. En variante, cette force est mesurée directement par un capteur de contrainte.
L’étape de mesure de vitesse 204 comprend la mesure de la vitesse de déplacement de l’organe d’entraînement 54 suivant l’axe de serrage Y. Cette vitesse est typiquement déduite, comme décrit plus haut, de la vitesse courante d’au moins un des actionneurs 62, 63, 64. Par exemple, la vitesse de déplacement de l’organe d’entraînement 54 suivant l’axe de serrage Y est déduite de la vitesse courante de l’actionneur 63 (c’est-à-dire de l’actionneur contribuant majoritairement ou exclusivement au déplacement de l’organe d’entraînement 54 suivant l’axe Y). L’étape de mesure de position 206 comprend la mesure de la position de l’organe d’entraînement 54 suivant l’axe de serrage Y. Cette position est typiquement déduite, comme décrit plus haut, de la position courante d’au moins un des actionneurs 62, 63, 64. Par exemple, la position de l’organe d’entraînement 54 suivant l’axe de serrage Y est déduite de la position courante de l’actionneur 63 (c’est-à-dire de l’actionneur contribuant majoritairement ou exclusivement au déplacement de l’organe d’entraînement 54 suivant l’axe Y).
Ces étapes 202, 204, 206 sont répétées tout au long de la mise en oeuvre du procédé 200, à une fréquence d’échantillonnage prédéterminée, éventuellement variable mais de préférence constante.
Le procédé 200 comprend ensuite une étape 210 de serrage de l’instrument médical 5. Lors de cette étape 210, l’unité de commande 90 commande les actionneurs 62, 63, 64 de sorte à rapprocher l’organe d’entraînement 54 de l’organe d’entraînement 56. Cette étape 210 est typiquement mise en oeuvre lors des étapes illustrées par les Figures 3B, 4B, 4D et 4F.
L’étape 210 comprend tout d’abord la comparaison 212 de la force mesurée au seuil de commutation. Si la force mesurée est inférieure ou égale audit seuil, cette comparaison 212 est suivie de la transmission 214 aux actionneurs 62, 63, 64 d’un premier signal de commande. Si la force mesurée est strictement supérieure audit seuil, cette comparaison 212 est suivie de la transmission 216 aux actionneurs 62, 63, 64 d’un deuxième signal de commande.
Lors de l’étape de transmission 214, le commutateur 140 est dans la deuxième configuration : le premier signal de commande est donc constitué par le signal de commande en vitesse. Le premier signal de commande est ainsi adapté pour faire converger la vitesse de déplacement mesurée vers la consigne de vitesse fournie par le générateur 150.
Cette étape de transmission 214 comprend la comparaison 217 de la position mesurée de l’organe d’entraînement 54 suivant l’axe Y avec le seuil de position. Si la position mesurée est inférieure ou égale audit seuil, cette comparaison 217 est suivie de l’attribution 218 de la première valeur à la consigne de vitesse ; en d’autres termes, le générateur 150 confère la première valeur à la consigne de vitesse. Si la position mesurée est strictement supérieure audit seuil, cette comparaison 217 est suivie de l’attribution 219 de la deuxième valeur à la consigne de vitesse ; en d’autres termes, le générateur 150 confère la deuxième valeur à la consigne de vitesse.
Après la mise en oeuvre de l’étape de transmission 214, le procédé 200 revient à la comparaison de force 212. Lors de l’étape de transmission 216, le commutateur 140 est dans la troisième configuration : le deuxième signal de commande est donc constitué par le signal de commande en force. Le deuxième signal de commande est ainsi adapté pour faire converger la force mesurée vers la consigne de force.
La mise en oeuvre temporelle de cette étape de serrage 210 est illustrée par la Figure 7. L’étape 210 débute à un instant to. À cet instant, l’organe d’entraînement 54 est encore à sa position initiale suivant l’axe Y ; la position mesurée P n’a donc pas encore atteint le seuil de position SP. De plus, l’organe d’entraînement 54 est encore à l’écart de l’instrument médical 5 ; la force mesuré F est donc nulle. C’est donc la première loi de commande qui est transmise, avec une consigne de vitesse Cv à la première valeur Vi. La vitesse mesurée V augmente donc progressivement en tendant à converger vers la consigne de vitesse Cv.
Néanmoins, à l’instant ti, ici avant même que la vitesse V n’ait atteint la consigne Cv, la position mesurée P atteint le seuil SP. L’organe d’entraînement 54 est alors encore à l’écart de l’instrument médical 5, de sorte que la force mesuré F est toujours nulle. La première loi de commande reste donc transmise, mais la valeur de la consigne de vitesse Cv est réduite à la deuxième valeur V2. Celle-ci étant ici inférieure à la valeur atteinte par la vitesse mesurée V à l’instant ti, la vitesse V diminue progressivement de manière à tendre vers la nouvelle valeur de la consigne de vitesse Cv. Il s’amorce ainsi un freinage de l’organe d’entraînement 54.
C’est lors de cette phase de ralentissement que l’organe d’entraînement 54 entre en contact avec l’instrument médical 5, ce qui entraîne une augmentation de la force mesurée F qui atteint alors le seuil de commutation SF à un instant tz. Cela a pour effet d’arrêter la transmission de la première loi de commande aux actionneurs 62, 63, 64, et c’est alors la deuxième loi de commande qui est transmise, avec une consigne en force CF égale à une valeur Fc qui, comme on le voit sur cette Figure 7, est strictement inférieure à un seuil limite Fmax que l’on ne souhaite pas dépasser. Sous l’effet de cette nouvelle loi de commande, la force mesurée F dépasse brièvement la valeur Fc mais sans franchir le seuil Fmax puis se stabilise à la valeur de consigne en force CF.
La mise en oeuvre de l’étape 210 permet ainsi un déplacement rapide de l’organe d’entraînement suivant l’axe de serrage Y, sans franchissement du seuil limite Fmax.
De retour à la Figure 6, l’étape 210 est suivie d’une étape 220 de maintien de l’instrument médical 5 serré, lors de laquelle l’organe d’entraînement 54 est sensiblement immobilisé suivant l’axe Y. Cette étape 220 est typiquement mise en oeuvre lors des étapes illustrées aux Figures 3C, 4C, 4E et 4G.
Cette étape 220 comprend la transmission 222 aux actionneurs 62, 63, 64 d’un troisième signal de commande adapté pour maintenir la force mesurée sensiblement égale à la consigne de force. À cet effet, le commutateur 140 est typiquement maintenu dans sa troisième configuration lors de cette étape 220.
Optionnellement, l’étape 220 comprend également le déplacement 224 de l’organe d’entraînement 54 suivant l’axe longitudinal X et/ou le déplacement 226 de l’organe d’entraînement 54 suivant l’axe transversal Z. Ce déplacement est typiquement obtenu en superposant au troisième signal de commande un signal de commande en position suivant l’axe X et/ou suivant l’axe Z fourni par le module de commande en position 100.
L’étape 220 est elle-même suivie d’une étape 230 de desserrage de l’instrument médical 5. Lors de cette étape 220, l’unité de commande 90 commande les actionneurs 62, 63, 64 de sorte à écarter l’organe d’entraînement 54 de l’organe d’entraînement 56. Cette étape 220 est typiquement mise en oeuvre lors des étapes illustrées par les Figures 3D, 4D et 4F.
L’étape 230 comprend la transmission 232 d’un quatrième signal de commande aux actionneurs 62, 63, 64. Lors de l’étape 230, le commutateur 140 est informé par sa cinquième entrée 147 que l’on est dans une phase d’écartement des organes d’entraînement 54, 56 et est donc basculé dans sa première configuration. Ainsi, le quatrième signal de commande est constitué par le signal de commande en position. En d’autres termes, le quatrième signal de commande est adapté pour faire converger la position mesurée vers la consigne de position.
L’étape 230 est quant à elle suivie d’une étape 240 de maintien de l’instrument médical 5 desserré, lors de laquelle l’organe d’entraînement 54 est sensiblement immobilisé suivant l’axe Y. Cette étape 240 est typiquement mise en oeuvre lors des étapes illustrées aux Figures 3E, 4E et 4G.
Cette étape 240 comprend la transmission 242 aux actionneurs 62, 63, 64 d’un cinquième signal de commande adapté pour maintenir la position mesurée suivant l’axe Y sensiblement égale à la consigne de position. A cet effet, le commutateur 140 est typiquement maintenu dans sa première configuration lors de cette étape 240.
Optionnellement, l’étape 240 comprend également le déplacement 244 de l’organe d’entraînement 54 suivant l’axe longitudinal X et/ou le déplacement 246 de l’organe d’entraînement 54 suivant l’axe transversal Z. Ce déplacement est typiquement obtenu en superposant au cinquième signal de commande un signal de commande en position suivant l’axe X et/ou suivant l’axe Z fourni par le module de commande en position 100.
Après l’étape 240, le procédé 200 revient finalement à l’étape 210, les étapes 210, 220, 230, 240 étant ainsi répétées cycliquement les unes à la suite des autres, comme décrit plus haut en lien avec les Figures 3A à 3E 4A à 4G. Ainsi, grâce à l’exemple de réalisation décrit ci-dessus, il est possible de déplacer les organes d’entraînement 54, 56 rapidement suivant l’axe de serrage Y, tout en évitant que la force exercée par les organes d’entraînements 54, 56 sur l’instrument médical 5 suivant l’axe Y n’excède le seuil limite Fmax, ce qui permet d’éviter l’endommagement de l’instrument médical 5. En outre, la force de serrage est maintenue et contrôlée durant l’étape 220 de maintien de l’instrument médical 5 serré, ce qui permet là encore d’éviter l’endommagement de l’instrument médical 5 et assure en outre un entraînement sans glissement de l’instrument médical 5 par les organes d’entraînement 54, 56.
Selon une variante de réalisation supplémentaire, les organes d’entraînement sont des galets rotatifs autour de l’axe Z, la rotation desdits galets autour de l’axe Z permettant d’entrainer en translation l’instrument médical 5 le long de l’axe X. En outre, ces galets sont mobiles en translation selon l’axe de serrage Y afin d’enserrer ou de libérer l’instrument médical 5. En outre, les galets peuvent être mobiles en translation selon l’axe Z afin d’entrainer en rotation autour de l’axe X l’instrument médical 5. Une telle solution pour les organes d’entrainement est par exemple décrite dans la demande de brevet déposée le 26 avril 2022 sous le numéro FR2203874. La gestion du serrage décrite précédemment lorsque les organes d’entraînement sont des porte-touches sur lesquels des touches à usage unique sont rapportées peut être appliquée de manière similaire lorsque les organes d’entrainement sont des galets rotatifs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé (200) de commande d’un actionneur (62, 63, 64, 65, 66, 67) d’un système robotisé (20) pour l’entraînement, en translation et/ou en rotation, d’un instrument médical souple allongé (5), le système robotisé (20) comprenant un organe d’entraînement (54, 56) apte à venir en contact avec l’instrument médical souple allongé (5) et relié cinématiquement à l’actionneur (62, 63, 64, 65, 66, 67) de sorte que ce dernier commande le mouvement dudit organe d’entraînement (54, 56) suivant un axe (Y) dit principal, le procédé de commande (200) étant mis en oeuvre par une unité de traitement de données (90) et comprenant les étapes suivantes : mesure (204) d’une vitesse de mouvement (V) de l’organe d’entraînement (54, 56) suivant l’axe principal (Y), mesure (206) d’une force (F) exercée par l’instrument médical souple allongé (5) sur l’organe d’entraînement (54, 56) suivant l’axe principal (Y), et déplacement (210) de l’organe d’entraînement (54, 56) suivant l’axe principal (Y), dans un premier sens, avec :
• transmission (214) à l’actionneur (62, 63, 64, 65, 66, 67) d’un signal de commande primaire adapté pour faire converger la vitesse de mouvement mesurée (V) vers une consigne de vitesse (Cv) prédéterminée tant que la force mesurée (F) est en-deçà d’un seuil de force (SF) prédéterminé non nul, et
• transmission (216) à l’actionneur (62, 63, 64, 65, 66, 67) d’un signal de commande secondaire adapté pour faire converger la force mesurée (F) vers une consigne de force (CF) prédéterminée lorsque la force mesurée (F) excède ledit seuil de force (SF).
2. Procédé de commande (200) selon la revendication 1 , dans lequel l’axe principal (Y) consiste en un axe de serrage de l’instrument médical souple allongé (5), le premier sens étant orienté vers l’instrument médical souple allongé (5).
3. Procédé de commande (200) selon la revendication 1 ou 2, comprenant les étapes supplémentaires suivantes : mesure (202) d’une position (P) de l’organe d’entraînement (54, 56) suivant l’axe principal (Y), et déplacement (230) de l’organe d’entraînement (54, 56) suivant l’axe principal (Y) dans un deuxième sens opposé au premier sens, avec transmission (232) à l’actionneur (62, 63, 64, 65, 66, 67) d’un signal de commande tertiaire adapté pour faire converger la position mesurée (P) vers une consigne de position prédéterminée.
4. Procédé de commande (200) selon la revendication 3, comprenant entre les étapes de déplacement dans le premier sens et dans le deuxième sens (210, 230) une étape supplémentaire (220) d’immobilisation de l’organe d’entraînement (54, 56) suivant l’axe principal (Y) lors de laquelle est transmis à l’actionneur (62, 63, 64, 65, 66, 67) un signal de commande quaternaire adapté pour maintenir la force mesurée (F) sensiblement égale à la consigne de force (CF).
5. Procédé de commande (200) selon la revendication 4, comprenant lors de l’étape d’immobilisation (220) de l’organe d’entraînement (54, 56) suivant l’axe principal (Y) le déplacement (224, 226) de l’organe d’entraînement (54, 56) suivant au moins un axe (X, Z) orthogonal à l’axe principal (Y).
6. Procédé de commande (200) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel les étapes de déplacement dans le premier sens et dans le deuxième sens (210, 230) sont mises en oeuvre l’une après l’autre, de manière répétée cyclique.
7. Procédé de commande (200) selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel la position mesurée (P) est déduite d’une position courante de l’actionneur (62, 63, 64, 65, 66, 67).
8. Procédé de commande (200) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape supplémentaire (202) de mesure d’une position (P) de l’organe d’entraînement (54, 56) suivant l’axe principal (Y), la consigne de vitesse (Cv) ayant une première valeur (Vi) tant que la position mesurée (P) est en- deçà d’un seuil de position (SP) prédéterminé et une deuxième valeur (V2), inférieure à la première valeur (V1), lorsque la position mesurée (P) est au-delà dudit seuil de position (SP).
9. Procédé de commande (200) selon la revendication 8, dans lequel le seuil de position (SP) est tel que lorsque la position mesurée (P) est égale audit seuil de position (SP) l’organe d’entraînement (54, 56) n’est pas en contact avec l’instrument médical souple allongé (5).
10. Procédé de commande (200) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la consigne de force (CF) est supérieure au seuil de force (SF).
11. Procédé de commande (200) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la vitesse de déplacement mesurée (V) est déduite d’une vitesse courante de l’actionneur (62, 63, 64, 65, 66, 67).
12. Procédé de commande (200) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la force mesurée (F) est déduite d’une puissance d’alimentation courante de l’actionneur (62, 63, 64, 65, 66, 67).
13. Procédé de commande (200) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’instrument médical souple allongé (5) consiste en un cathéter ou un guide de cathéter.
14. Système robotisé (20) pour l’entraînement d’un instrument médical souple allongé (5), ledit système robotisé (200) comprenant un bâti (50), un organe d’entraînement (54, 56) apte à venir en contact avec l’instrument médical souple allongé (5), un actionneur (62, 63, 64, 65, 66, 67) relié cinématiquement à l’organe d’entraînement (5) de sorte à commander le mouvement dudit organe d’entraînement (54, 56) relativement au bâti (5) suivant un axe principal (Y), et une unité de traitement de données (90) pour la mise en oeuvre d’un procédé (200) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
15. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour la mise en oeuvre d’un procédé de commande (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13 lorsque ledit produit programme d’ordinateur est exécuté par un processeur (92) d’une unité de traitement de données (90) d’un système robotisé (20) pour l’entraînement d’un instrument médical souple allongé (5).
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