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WO2025074245A1 - Procédé de recalage d'une représentation tridimensionnelle d'un objet sur l'objet lui-même et dispositif d'aide à la navigation dans un objet - Google Patents

Procédé de recalage d'une représentation tridimensionnelle d'un objet sur l'objet lui-même et dispositif d'aide à la navigation dans un objet Download PDF

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Publication number
WO2025074245A1
WO2025074245A1 PCT/IB2024/059597 IB2024059597W WO2025074245A1 WO 2025074245 A1 WO2025074245 A1 WO 2025074245A1 IB 2024059597 W IB2024059597 W IB 2024059597W WO 2025074245 A1 WO2025074245 A1 WO 2025074245A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
dimensional
dimensional representation
registration
point
referencing
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.)
Pending
Application number
PCT/IB2024/059597
Other languages
English (en)
Inventor
Stéphane MAZALAIGUE
Guillaume KAZMITCHEFF
Fabrice LAGRANDIE
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Publication of WO2025074245A1 publication Critical patent/WO2025074245A1/fr
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/10—Segmentation; Edge detection
    • G06T7/136—Segmentation; Edge detection involving thresholding
    • 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
    • A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A61B2034/101—Computer-aided simulation of surgical operations
    • A61B2034/105—Modelling of the patient, e.g. for ligaments or bones
    • 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
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2068—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis using pointers, e.g. pointers having reference marks for determining coordinates of body points

Definitions

  • the three-dimensional surface registration of the three-dimensional representation on the object includes the recording of the locations of several hundred surface points on the surface of the object in the three-dimensional reference system linked to the referencing ancillary, preferably between 200 and 1000 surface points, more preferably between 500 and 600 surface points.
  • a resetting pointer 28 taking the form of a stylus, for example a push-button stylus.
  • This configuration is particularly advantageous for easily collecting surface points.
  • other configurations are possible and known, such as, for example, the use of any tip associated with a pedal or with a voice or touch control of the device 10. More generally, any device making it possible to point precisely and quickly at a plurality of surface points and to easily control the collection of their locations is suitable.
  • the way in which the distal tip 30 of the resetting stylet 28 can be located in the three-dimensional reference frame linked to the referencing ancillary 24 is well known, so that the electromagnetic or optical technology implemented for such localization will not be detailed. And it is according to this same technology that the surgical instrument 20 can also be located (also using an optical or electromagnetic sensor with a receiving function for example) in the three-dimensional reference frame linked to the referencing ancillary 24 (also using an optical or electromagnetic sensor with a transmitting function for example).
  • a calibration of the surgical instrument 20 may be necessary.
  • This calibration carried out using a calibration plot, for example, attached to the referencing ancillary 24, or using the recalibration stylus 28, is also well known, so it will not be detailed either.
  • the distal tip 30 of the resetting stylet 28 is advantageously very fine, in particular in the form of a tip whose end is of submillimeter radius, rather than a ball end of millimeter radius (i.e. generally about 1.5 mm) as is generally the case in rhinology where the resetting is done on the skin. It must indeed advantageously be able to be directly in contact with the rock or the mastoid part of the temporal bone to grasp very precisely its complex external surface without being traumatic.
  • the main box 16 is provided with a spatial localization interface 32 with electromagnetic field creation.
  • This is an electronic element making it possible to determine the three-dimensional spatial coordinates of a specific sensor, such as those embedded in the referencing ancillary 24, the resetting stylet 28 and the surgical instrument 20.
  • a spatial localization interface 32 is well known, so it will not be detailed.
  • the main box 16 further comprises a software module 52, intended to be executed by the processing unit 44, for extracting a surface of the object 12 in each three-dimensional representation of the object 12 recorded in the data storage area 48.
  • a software module 52 intended to be executed by the processing unit 44, for extracting a surface of the object 12 in each three-dimensional representation of the object 12 recorded in the data storage area 48.
  • a non-limiting example of functional configuration of this surface extraction software module 52 will be detailed with reference to the This can usually be done automatically if known good acquisition conditions for each three-dimensional representation have been met.
  • Reference points should be chosen that are as little aligned as possible to make the angular resetting effective and precise.
  • the referencing ancillary 24 is a pellet screwed laterally into the patient's skull in direct contact with the bony surface of the petrous bone or the mastoid part of the temporal bone of one of his ears, for an otological intervention, for example, by suprapetrous, translabyrinthine, retrolabyrinthine, retrosigmoid route, or any other route suitable for lateral surgery
  • the reference points generally chosen are distributed around the area of interest or operative area quite far apart in the temporal bone. They can conventionally indicate the main north, south, west and/or east orientations and are generally three in number. Any other reference point can be freely chosen depending on the location where the referencing ancillary 24 is fixed, the intended application, and even more generally the nature of the object 12.
  • a surface registration protocol advantageously implemented but not limiting, if it is a question of registering a first three-dimensional representation, it is first of all necessary to locate a plurality of surface points, in particular other than the reference points, on the surface of the object 12 in the three-dimensional reference frame linked to the referencing ancillary 24 using the tip 30 of the stylus 28 and to record them in the data storage area 48. It is then a question of calculating the three-dimensional surface registration from this recording of locations of surface points and the surface of the object 12 as extracted by the software module 52.
  • the three-dimensional surface registration of a three-dimensional representation on the object 12 comprises the calculation of a transition matrix between the locations of the surface points recorded previously and their locations on the surface of the object 12 as extracted in the three-dimensional representation.
  • the prior angular registration makes it possible to facilitate the calculation of this transition matrix by limiting the possible solutions.
  • the three-dimensional surface registration of the second or subsequent three-dimensional representation on the object 12 comprises the calculation of a second transition matrix between the locations of the surface points previously recorded for the surface registration of the first three-dimensional representation and their locations on the surface of the object 12 as extracted in the second or subsequent three-dimensional representation.
  • the prior angular registration of the second or subsequent three-dimensional representation makes it possible to facilitate the calculation of this second transition matrix by limiting the possible solutions.
  • many surface points can be located using the tip 30 of the stylet 28 by moving it over the patient's head 12, in particular on the temporal bone in otology or otoneurosurgery, all around and/or in the vicinity of the reference points.
  • several hundred surface points are advantageously located in the three-dimensional reference system linked to the referencing ancillary 24 for the most precise surface registration possible in ENT surgery or (oto)neurosurgery, preferably between 200 and 1000 surface points, more preferably between 500 and 600 surface points.
  • the software module 52 thus comprises functional means 52-1 (i.e., computer program instruction lines) configured for a preliminary processing of each three-dimensional representation of the object 12 recorded in the data storage area 48 to distinguish at least one internal surface and one external surface of the object 12.
  • This preliminary processing comprises, for example, a thresholding of each three-dimensional representation on the basis of a predetermined gray level threshold value, which can be determined automatically or adjustable, knowing that the threshold value can be different from one three-dimensional representation to another.
  • a thresholding of each three-dimensional representation on the basis of a predetermined gray level threshold value, which can be determined automatically or adjustable, knowing that the threshold value can be different from one three-dimensional representation to another.
  • a thresholding of each three-dimensional representation on the basis of a predetermined gray level threshold value, which can be determined automatically or adjustable, knowing that the threshold value can be different from one three-dimensional representation to another.
  • ENT imaging and in particular in imaging of the temporal bone part of a human or animal being, each three-dimensional representation generally has gray levels that are quite discrimin
  • a planar section of a three-dimensional representation of a temporal bone portion of a human being is illustrated as an example in the .
  • a threshold as defined above, we very easily obtain the representation of the which now only includes the bony parts 68.
  • the thresholding carried out by executing the functional means 52-1 may consist of simply setting to zero all the gray levels lower than the threshold value. It may also, as a variant, consist of binarizing each three-dimensional representation of the object 12 around the threshold value.
  • An axis orthogonal to the plane geometric figure and passing through a remarkable point, for example an isobarycenter, of this plane geometric figure can also be determined automatically.
  • At least one first viewpoint defined as belonging to this orthogonal axis, external to the object 12 and located at least a first predefined distance from the remarkable point can then be automatically selected.
  • This first distance can be defined as a predetermined constant, as a variable proportional to the surface area of the plane geometric figure, or as a variable proportional to at least one dimension of the object 12 such as its volume, its surface area or its size.
  • viewpoints can then be automatically selected from the first viewpoint(s) by defining one or more reference surfaces from the first viewpoint(s) and by defining the other viewpoints as belonging to this or these reference surfaces and located at least a second predefined distance from the first viewpoint(s) in at least one direction.
  • Each reference surface is for example a plane or a three-dimensional conical surface, of the ellipsoid, paraboloid, hyperboloid type, passing through the or one of the first viewpoint(s).
  • the second distance can also be defined as a predetermined constant, as a variable proportional to the surface of the plane geometric figure, or as a variable proportional to at least one dimension of the object 12 such as its volume, its surface or its size. More simply, the second distance can be defined as a ratio of the first distance.
  • the remarkable point RQ is one of the elements of the set consisting of the center of gravity of this triangle T, the center of the circle inscribed in this triangle T, the center of the circle circumscribed to this triangle T and the orthocenter of this triangle T.
  • a first possible point of view PV1 is defined as belonging to the axis orthogonal to T passing through RQ, external to the object 12 and located at a first predefined distance d1 from the remarkable point RQ.
  • this distance d1 is a predetermined constant.
  • it is equal to k.S, where k is a strictly positive constant and S is the surface area of the triangle T.
  • it could be proportional to at least one dimension of the object 12 such as its volume, its surface area or its size.
  • a rectangle with PV1 as its center is defined in the plane passing through PV1 and parallel to triangle T.
  • Four other possible viewpoints PV2, PV3, PV4, PV5 are then defined as the four vertices of this rectangle. In other words, they are defined from the first viewpoint PV1 according to two different directions which are those of the two diagonals of the rectangle considered.
  • Another example of automatic viewpoint selection could be to define the remarkable point RQ as the isobarycenter of the object 12 as defined in its three-dimensional representation, and then to define at least three possible viewpoints as belonging respectively to the axes (RQ, REF1), (RQ, REF2) and (RQ, REF3), external to the object 12 and at certain predefined distances from REF1, REF2 and REF3.
  • the deletion of the internal surface(s) of the object 12 in any three-dimensional representation of the object 12 comprises obtaining a rendering of the object 12 in this three-dimensional representation previously processed by thresholding from each selected viewpoint, then a selection of the visible parts of this rendering of the object from each selected viewpoint by a color buffer selection method, such as for example the method defined in the class "vtkHardwareSelector" of the VTK free software library.
  • This image processing, or any other equivalent of deletion of hidden surfaces is known per se so that it will not be detailed. For each selected viewpoint, it amounts to following each direction of the viewpoint towards the object 12 in its three-dimensional representation previously processed by thresholding until encountering a first brightness gradient representative of the external surface, then deleting any subsequent brightness gradient.
  • planar sectional reconstructions of the object 12 generally concern sagittal, axial and coronal sections. They are obtained by a calculation known per se, in particular by interpolation, from real sections acquired according to the imaging mode considered.
  • a lower left window displays a three-dimensional representation, obtained by scanner, in side view of a bony part of a patient's ear.
  • An upper left window displays a sagittal plane reconstruction by scanner including a positioning of the functional end 22 of the surgical instrument 20.
  • An upper right window displays a coronal plane reconstruction by scanner including a positioning of the functional end 22 of the surgical instrument 20.
  • a lower right window displays an axial plane reconstruction by scanner including a positioning of the functional end 22 of the surgical instrument 20.
  • the aforementioned displays are interchangeable.
  • the functional extremity 22 is precisely located at the intersection of two axes, one horizontal and the other vertical.
  • Visualizing and tracking the functional extremity 22 simultaneously in the three sagittal, coronal and axial slices and in one or more imaging modes (e.g. CT and/or MRI) is a valuable aid for the practitioner.
  • a first three-dimensional representation of the object 12 according to a first three-dimensional imaging mode is recorded in the data storage area 48.
  • At least three predetermined reference points of the object 12 are located in the first three-dimensional representation and recorded in the data storage area 48.
  • these are three reference points REF1, REF2, REF3 which are predetermined and located in a triangle around an area of interest.
  • an extraction of a surface of the object 12 in the first three-dimensional representation begins with a preliminary processing of this three-dimensional representation to distinguish at least one internal surface and one external surface of the object 12. As indicated previously, this can be done by thresholding, for example by binarization, of the three-dimensional representation on the basis of a predetermined gray level threshold value, automatically determinable or adjustable. In this way, a “raw” three-dimensional representation is obtained such as that illustrated in the upper part of the (top view taken on the ).
  • the surface extraction of the object 12 in the first three-dimensional representation continues by selecting at least one viewpoint external to the object 12 in its three-dimensional representation, preferably several viewpoints.
  • Step 110 consists of determining a first point of view defined as belonging to this orthogonal axis, external to the object 12 and located at a first predefined distance from the remarkable point, for example the point of view PV1 at distance d1 from RQ as illustrated in the .
  • Step 112 consists of defining a reference surface from the first viewpoint PV1, for example the plane passing through PV1 and parallel to triangle T.
  • the surface extraction of the object 12 in the first three-dimensional representation ends with the deletion of the internal surface(s) of the object 12 in the three-dimensional representation after thresholding 104 on an invisibility criterion of this or these internal surface(s) from each selected point of view. For example, a result similar to that illustrated by the and the lower part of the in which only the external surface of the object 12 remains taken into account in the first three-dimensional representation (taken from above on the ). This external surface is recorded in data storage area 48.
  • the reference points REF1, REF2 and REF3 previously identified in the first three-dimensional representation of the object 12 are located in the three-dimensional reference frame linked to the referencing ancillary 24 using the tip 30 of the stylus 28 in a manner known per se and they are also recorded in the data storage area 48.
  • this step can only take place after incision, local removal of the skin and fixing of the referencing ancillary 24 on the bone part by which an intervention is planned.
  • the reference points REF1, REF2 and REF3 can again be located more finely in the three-dimensional representation of the external surface of the object 12 as obtained at the end of steps 106 to 116.
  • the angular resetting of the first three-dimensional representation of the object 12 on the object 12 itself can then be calculated in a manner known per se.
  • the three-dimensional surface registration of the first three-dimensional representation is calculated from this recording of locations of surface points Ps.
  • the calculation of the first passage matrix that it involves is facilitated by the prior angular registration carried out by executing step 118.
  • the registration obtained from the first three-dimensional representation of the object 12 on the object 12 itself can be improved using the stylus 28 according to a counter-registration protocol known per se, so that this step will not be detailed.
  • the three-dimensional surface registration of the second three-dimensional representation is advantageously calculated by exploiting the recording of the locations of the surface points Ps carried out in step 120.
  • the calculation of the second passage matrix that it involves is facilitated by the prior angular registration carried out by executing step 128.
  • step 134 the registration obtained from the second three-dimensional representation of the object 12 on the object 12 itself can also be improved using the stylus 28 according to a counter-registration protocol identical to that of step 124.
  • a three-dimensional registration method has been described in a navigation aid device such as the surgical navigation device "Collin Navigation Solutions”.
  • the same three-dimensional registration method could be implemented in a robotic device for ENT or neurosurgical intervention such as the device marketed under the registered trademark "RobOtol” and also intended primarily for otorhinolaryngology interventions.
  • the robotic device has the advantage of comprising a robotic arm at the end of which a surgical instrument with a functional end can be attached, so that the movement of the latter can be controlled remotely by the practitioner.

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Abstract

Ce procédé de recalage comporte un enregistrement (100, 126) d'une représentation tridimensionnelle d'un objet (12), une extraction (104-116, 130) d'une surface de l'objet dans cette représentation et un recalage surfacique (120, 122, 132) de cette représentation sur l'objet. Le recalage surfacique comporte un enregistrement (120) de localisations de points surfaciques (Ps) sur la surface de l'objet dans un référentiel lié à un ancillaire de référencement (24) et un calcul (122, 132) du recalage surfacique à partir de la surface de l'objet extraite et de cet enregistrement (120) de localisations de points surfaciques. L'extraction de surface comporte un traitement préalable (104, 130) pour distinguer au moins une surface interne et une surface externe de l'objet, une sélection (106-114, 130) d'au moins un point de vue extérieur à l'objet, et une suppression (116, 130) de ladite au moins une surface interne sur un critère d'invisibilité depuis chaque point de vue sélectionné.

Description

Procédé de recalage d’une représentation tridimensionnelle d’un objet sur l’objet lui-même et dispositif d’aide à la navigation dans un objet
La présente invention concerne un procédé de recalage tridimensionnel d’une représentation tridimensionnelle d’un objet sur l’objet lui-même, à l’aide d’un ancillaire de référencement solidaire de l’objet sans degré de liberté et d’un pointeur dont une pointe est localisable dans un référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement. Elle concerne également un programme d’ordinateur comprenant des instructions pour l’exécution des étapes d’un tel procédé, ainsi qu’un dispositif d’aide à la navigation dans un objet mettant en œuvre ce procédé de recalage.
L'invention s’applique plus particulièrement à un procédé de ce type comportant :
  • un enregistrement en mémoire d’une représentation tridimensionnelle de l’objet ;
  • une extraction, par une unité de calcul, d’une surface de l’objet dans la représentation tridimensionnelle ; et
  • un recalage tridimensionnel surfacique de cette représentation tridimensionnelle sur l’objet comportant :
    • un enregistrement, à l’aide de la pointe du pointeur, de localisations d’une pluralité de points surfaciques sur la surface de l’objet dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement, et
    • un calcul, par l’unité de calcul, du recalage tridimensionnel surfacique à partir de la surface de l’objet extraite dans la représentation tridimensionnelle et de l’enregistrement de localisations de points surfaciques.
Un tel procédé de recalage tridimensionnel est par exemple mis en œuvre dans un dispositif d’aide à la navigation dans un objet à l’aide d’un instrument à extrémité fonctionnelle tel que le dispositif de navigation chirurgicale commercialisé sous la marque déposée « Collin Navigation Solutions » et prévu principalement pour des interventions en otorhinolaryngologie, mais aussi accessoirement en neurochirurgie ou à la frontière de ces deux disciplines chirurgicales. Il comporte généralement un recalage tridimensionnel angulaire préalable réalisé à l’aide de points de référence de l’objet pour faciliter et accélérer le recalage surfacique. L’objet est alors la tête d’un patient humain ou animal à l’intérieur de laquelle une intervention, à l’aide d’un instrument chirurgical à extrémité fonctionnelle quelconque, doit être envisagée par voie auditive, nasale, buccale, neurochirurgicale ou latérale. Il s’agit d’un exemple d’application industrielle non limitatif de la présente invention.
En rhinologie par exemple, l’ancillaire de référencement est de préférence un bandeau ou une pastille fixé(e) de façon stable sur le front d’un patient, humain ou animal. Les points de référence généralement choisis sont un point de localisation du nasion, un point de localisation de la jonction naso-labiale et un point de localisation de rebord orbitaire externe gauche et/ou droit. Ils indiquent par convention des orientations principales nord, sud et ouest et/ou est sur le visage du patient. Sur la base d’un bon recalage angulaire réalisé par un praticien, les méthodes de recalage surfacique connues permettent d’obtenir un recalage tout à fait satisfaisant de la représentation tridimensionnelle sur la tête du patient.
Mais en otologie, les dimensions de l’objet d’étude ou d’intervention sont bien plus réduites et sa surface généralement plus complexe. Notamment la partie osseuse d’une oreille d’un être humain ou animal est constituée d’alternances de tissus mous et parois osseuses complexes, en particulier des parois osseuses denses, aérées ou poreuses, des alvéoles, qui gênent une segmentation simple et rendent tout recalage surfacique difficile à réaliser. Il en résulte que même lorsqu’un bon recalage angulaire est préalablement réalisé par un praticien, les méthodes de recalage surfacique connues en otorhinolaryngologie ne permettent pas d’obtenir un recalage final satisfaisant de la représentation tridimensionnelle sur la zone d’intérêt otologique de la tête du patient.
Dans d’autres applications où les dimensions de l’objet d’étude sont également réduites et sa surface complexe, même en dehors des applications médicales, le résultat est de même insatisfaisant.
Il peut ainsi être souhaité de prévoir un procédé de recalage tridimensionnel qui permette de s’affranchir d’au moins une partie des problèmes et contraintes précités.
Il est donc proposé un procédé de recalage tridimensionnel d’une représentation tridimensionnelle d’un objet sur l’objet lui-même, à l’aide d’un ancillaire de référencement solidaire de l’objet sans degré de liberté et d’un pointeur dont une pointe est localisable dans un référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement, comportant :
  • un enregistrement en mémoire d’une représentation tridimensionnelle de l’objet ;
  • une extraction, par une unité de calcul, d’une surface de l’objet dans la représentation tridimensionnelle ; et
  • un recalage tridimensionnel surfacique de cette représentation tridimensionnelle sur l’objet comportant :
    • un enregistrement, à l’aide de la pointe du pointeur, de localisations d’une pluralité de points surfaciques sur la surface de l’objet dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement, et
    • un calcul, par l’unité de calcul, du recalage tridimensionnel surfacique à partir de la surface de l’objet extraite dans la représentation tridimensionnelle et de l’enregistrement de localisations de points surfaciques ;
dans lequel l’extraction de surface comporte :
  • un traitement préalable de la représentation tridimensionnelle pour y distinguer au moins une surface interne et une surface externe de l’objet ;
  • une sélection d’au moins un point de vue extérieur à l’objet dans la représentation tridimensionnelle ; et
  • une suppression de ladite au moins une surface interne dans la représentation tridimensionnelle sur un critère d’invisibilité de cette au moins une surface interne depuis chaque point de vue sélectionné.
Ce traitement spécifique astucieux réalisé sur la représentation tridimensionnelle de l’objet d’étude permet de simplifier la représentation de sa surface en supprimant toute surface interne, y compris toute structure osseuse plus ou moins complexe ou alvéolaire qu’elle inclut, susceptible de perturber le recalage surfacique. Il en résulte un recalage satisfaisant même dans des conditions difficiles telles que celles relatives à l’imagerie tridimensionnelle en otologie. Il en résulte par ailleurs un recalage amélioré dans des conditions moins difficiles telles que celles relative à la rhinologie ou à la laryngologie. D’autres applications non médicales peuvent également tirer profit de ce traitement spécifique astucieux.
De façon optionnelle :
  • le traitement préalable comporte un seuillage, par exemple une binarisation, de la représentation tridimensionnelle sur la base d’une valeur seuil de niveau de gris prédéterminée, déterminable automatiquement ou réglable ; et/ou
  • la suppression de ladite au moins une surface interne comporte l’obtention d’un rendu de l’objet dans la représentation tridimensionnelle préalablement traitée depuis chaque point de vue sélectionné, puis une sélection des parties visibles de ce rendu de l’objet depuis chaque point de vue sélectionné par une méthode de sélection de tampons de couleur.
De façon optionnelle également, un procédé de recalage selon l’invention peut en outre comporter :
  • un enregistrement en mémoire de localisations d’au moins trois points de référence de l’objet dans la représentation tridimensionnelle ;
  • un recalage tridimensionnel angulaire, par l’unité de calcul, de la représentation tridimensionnelle sur l’objet à partir d’un enregistrement, à l’aide de la pointe du stylet, de localisations des points de référence de l’objet dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement.
De façon optionnelle également, la sélection dudit au moins un point de vue extérieur à l’objet comporte :
  • la détermination d’au moins un axe porteur d’au moins un point de vue à partir des points de référence et/ou d’au moins un point remarquable de l’objet ;
  • la sélection automatique dudit au moins un point de vue défini comme appartenant à cet au moins un axe porteur et extérieur à l’objet.
De façon optionnelle également, la sélection dudit au moins un point de vue extérieur à l’objet comporte :
  • la détermination d’une figure géométrique plane représentative des points de référence ;
  • la détermination d’un axe orthogonal à cette figure géométrique plane passant par un point remarquable, par exemple un isobarycentre, de cette figure géométrique plane ;
  • la sélection automatique d’au moins un premier point de vue défini comme appartenant à cet axe orthogonal, extérieur à l’objet et situé à au moins une première distance prédéfinie du point remarquable ;
  • la définition d’au moins une surface de référence à partir dudit au moins un premier point de vue ; et
  • la sélection automatique d’autres points de vue définis comme appartenant à cette au moins une surface de référence et situés à au moins une deuxième distance prédéfinie dudit au moins un premier point de vue selon au moins une direction.
De façon optionnelle également :
  • trois points de référence sont enregistrés et la figure géométrique plane représentative de ces trois points de référence est le triangle qu’ils forment ;
  • le point remarquable est l’un des éléments de l’ensemble constitué du centre de gravité de ce triangle, du centre du cercle inscrit dans ce triangle, du centre du cercle circonscrit à ce triangle et de l’orthocentre de ce triangle ;
  • un seul premier point de vue est défini, situé à une seule première distance prédéfinie du point remarquable ;
  • cette première distance prédéfinie est soit une constante, soit une variable proportionnelle à la surface de ce triangle ou à au moins une dimension de l’objet ;
  • la surface de référence est un plan ou une surface conique tridimensionnelle, de type ellipsoïde, paraboloïde, hyperboloïde, passant par le premier point de vue ;
  • la deuxième distance prédéfinie est soit une constante, soit une variable proportionnelle à la surface de ce triangle ou à au moins une dimension de l’objet ; et
  • deux autres points de vue, respectivement quatre autres points de vue, sont sélectionnés à partir du premier point de vue selon une direction, respectivement deux directions différentes.
De façon optionnelle également, le recalage tridimensionnel surfacique de la représentation tridimensionnelle sur l’objet comporte l’enregistrement des localisations de plusieurs centaines de points surfaciques sur la surface de l’objet dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement, de préférence entre 200 et 1000 points surfaciques, de préférence encore entre 500 et 600 points surfaciques.
De façon optionnelle également, l’objet est un objet osseux, notamment une portion d’os temporal d’un être humain ou animal.
Il est également proposé un programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, comprenant des instructions pour l’exécution des étapes d’un procédé de recalage tridimensionnel d’une représentation tridimensionnelle d’un objet sur l’objet lui-même selon l’invention, lorsque ledit programme est exécuté par une unité de calcul d’un dispositif d’aide à la navigation dans l’objet à l’aide d’un instrument à extrémité fonctionnelle, et lorsque ce dispositif comporte par ailleurs :
  • une mémoire pour le stockage d’une représentation tridimensionnelle de l’objet ;
  • un ancillaire de référencement destiné à être rendu solidaire de l’objet sans degré de liberté ; et
  • un pointeur, manipulable par un opérateur, dont une pointe est localisable dans un référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement.
Il est également proposé un dispositif d’aide à la navigation dans un objet à l’aide d’un instrument à extrémité fonctionnelle, comportant :
  • une mémoire pour le stockage d’une représentation tridimensionnelle de l’objet ;
  • une unité de calcul conçue pour un recalage tridimensionnel de cette représentation tridimensionnelle de l’objet sur l’objet lui-même ;
  • un ancillaire de référencement destiné à être rendu solidaire de l’objet sans degré de liberté ;
  • un pointeur dont une pointe est localisable dans un référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement ;
dans lequel l’unité de calcul est plus précisément conçue pour exécuter :
  • une extraction d’une surface de l’objet dans la représentation tridimensionnelle ; et
  • un recalage tridimensionnel surfacique de cette représentation tridimensionnelle sur l’objet comportant :
    • un enregistrement, par interaction avec la pointe du pointeur lorsqu’il est manipulé par un opérateur, de localisations d’une pluralité de points surfaciques sur la surface de l’objet dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement, et
    • un calcul du recalage tridimensionnel surfacique à partir de la surface de l’objet extraite dans la représentation tridimensionnelle et de l’enregistrement de localisations de points surfaciques ;
et dans lequel l’unité de calcul est en outre conçue pour que l’extraction de surface comporte :
  • un traitement préalable de la représentation tridimensionnelle pour y distinguer au moins une surface interne et une surface externe de l’objet ;
  • une sélection d’au moins un point de vue extérieur à l’objet dans la représentation tridimensionnelle ; et
  • une suppression de ladite au moins une surface interne dans la représentation tridimensionnelle sur un critère d’invisibilité de cette au moins une surface interne depuis chaque point de vue sélectionné.
L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
  • la représente schématiquement la structure générale d’un dispositif d’aide à la navigation dans un objet, selon un mode de réalisation de l’invention,
  • la représente plus précisément un exemple de configuration fonctionnelle d’un module logiciel d’extraction de surface d’objet du dispositif d’aide à la navigation de la  ;
  • la illustre un exemple de coupe plane de partie osseuse temporale d’un être humain ;
  • la représente la coupe plane de partie osseuse temporale de la après application d’un traitement préalable par exécution du module logiciel de la  ;
  • la illustre schématiquement l’application d’un principe de sélection d’au moins un point de vue extérieur à un objet par exécution du module logiciel de la , selon un mode de réalisation de l’invention ;
  • la illustre schématiquement l’application d’un principe de reconstitution d’une surface externe d’un objet par exécution du module logiciel de la  ;
  • la illustre différentes vues d’une représentation tridimensionnelle d’un objet avant et après suppression d’au moins une surface interne de cet objet par exécution du module logiciel de la  ; et
  • la illustre les étapes successives d’un procédé de recalage tridimensionnel d’une représentation tridimensionnelle de l’objet de la sur lui-même, tel qu’il peut être mis en œuvre par le dispositif d’aide à la navigation de la .
Le dispositif 10 d’aide à la navigation dans un objet 12 représenté schématiquement sur la comporte une unité déplaçable de navigation 14 comprenant un caisson principal 16 à composants électriques, électroniques et logiciels, par exemple monté sur roulettes et muni d’une poignée de préhension (non illustrées) pour être déplacé par un praticien, et un écran d’affichage 18, par exemple un écran tactile, solidaire du caisson principal 16. Dans l’exemple non limitatif illustré sur la , il s’agit plus précisément d’un dispositif de navigation chirurgicale prévu principalement pour des interventions en otorhinolaryngologie (ORL), mais utilisable aussi en neurochirurgie ou à la frontière entre ces deux disciplines chirurgicales (i.e. en otoneurochirurgie par exemple), tel que le dispositif de navigation chirurgicale « Collin Navigation Solutions » précité. L’objet 12 est alors la tête d’un patient humain ou animal à l’intérieur de laquelle une intervention doit être envisagée par voie auditive, nasale, buccale ou même oto- et/ou neuro- chirurgicale lorsqu’il s’agit d’une chirurgie latérale de la base du crâne.
Pour ce faire, le dispositif 10 d’aide à la navigation comporte en outre un instrument 20 à extrémité fonctionnelle 22 quelconque, tel qu’un instrument chirurgical ORL ou neurochirurgical à canule d’aspiration, embout tournant, pince, simple pointe, ou tout autre extrémité fonctionnelle 22 utile pour une intervention en chirurgie ORL et/ou (oto)neurochirurgie par voie auditive, nasale, buccale, neurochirurgicale ou latérale.
Pour la mise en œuvre d’un procédé de recalage tridimensionnel d’une représentation tridimensionnelle de l’objet 12 sur l’objet 12 lui-même, ainsi que d’un procédé de navigation assistée par suivi, sur l’écran d’affichage 18, d’un déplacement de l’extrémité fonctionnelle 22 de l’instrument chirurgical 20 dans des cavités intérieures de la tête 12 du patient, le dispositif 10 d’aide à la navigation comporte en outre :
  • un ancillaire de référencement 24 destiné à être fixé, directement ou indirectement, sur la tête 12 du patient pour en être solidaire sans aucun degré de liberté, et
  • un pointeur de recalage 28 dont une pointe distale 30 est localisable dans un référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement  24, ce référentiel étant donc également lié à la tête 12 du patient lorsque l’ancillaire de référencement  24 y est fixé.
Les modalités de fixation de l’ancillaire de référencement 24 sur la tête 12 sont connues en soi et ne seront pas détaillées. Elles sont par exemple avantageusement définies de manière à assurer une stabilité de la fixation apte à induire une erreur de recalage, et donc une erreur de suivi de navigation, submillimétrique.
Selon une pratique connue simple et avantageuse illustrée de façon non limitative sur la , l’ancillaire de référencement 24 comporte au moins un élément de localisation 26 électromagnétique ou optique et le pointeur de recalage 28 comporte au moins un élément électromagnétique ou optique correspondant apte à interagir directement avec l’élément de localisation 26 de l’ancillaire de référencement 24 ou, en variante, indirectement par l’intermédiaire d’un autre élément de localisation électromagnétique ou optique déporté de l’objet 12 et/ou du pointeur de recalage 28. Quels que soient la technologie et l’agencement choisis, l’essentiel est de disposer d’un ancillaire de référencement 24 solidaire de l’objet 12 sans degré de liberté, remplissant ainsi sa fonction de référentiel lié à l’objet 12, et d’un pointeur de recalage 28 dont la pointe distale 30 est localisable dans ce référentiel par interaction directe ou indirecte.
La illustre plus précisément un ancillaire de référencement 24 prenant la forme d’une pastille électromagnétiquement émettrice vissée latéralement dans le crâne du patient au contact direct de la surface osseuse du rocher ou de la partie mastoïdienne de l’os temporal d’une de ses oreilles, pour une intervention otologique par exemple par voie sus-pétreuse, trans-labyrinthique, rétro-labyrinthique, rétro-sigmoïde, ou toute autre voie convenant pour une intervention en chirurgie latérale, notamment en chirurgie latérale de la base du crâne. Dans ce cas, une incision est réalisée par le praticien et la peau est localement repliée ou repoussée pour placer et fixer la pastille au contact de l’os. Dans ce cas également, la zone d’intérêt est de taille réduite, généralement bien plus réduite que l’objet d’étude en rhinologie ou laryngologie. De même, la surface osseuse est particulièrement complexe et délicate à appréhender pour un recalage tridimensionnel.
Mais tout autre ancillaire de référencement bien connu convient également, comme par exemple :
  • un bandeau frontal fixé de façon stable sur le front du patient ou une pastille frontale fixée de façon stable par ruban adhésif double face sur le front du patient, notamment pour une intervention en rhinologie ;
  • un dispositif buccal enserré dans la bouche du patient entre ses dents, notamment pour une intervention en laryngologie ; ou
  • tout autre forme d’ancillaire de référencement convenant plus généralement pour une intervention en chirurgie ORL ou en (oto)neurochirurgie.
La illustre plus précisément également un pointeur de recalage 28 prenant la forme d’un stylet, par exemple un stylet à bouton poussoir. Cette configuration est particulièrement avantageuse pour collecter facilement des points de surface. Mais d’autres configurations sont possibles et connues comme par exemple l’utilisation d’une pointe quelconque associée à une pédale ou à une commande vocale ou tactile du dispositif 10. Plus généralement, tout dispositif permettant de pointer précisément et rapidement sur une pluralité de points de surface et de commander aisément la collecte de leurs localisations convient.
On notera que la façon dont la pointe distale 30 du stylet de recalage 28 est localisable dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement 24 (à l’aide d’un capteur optique ou électromagnétique à fonction de réception par exemple) est bien connue, de sorte que la technologie électromagnétique ou optique mise en œuvre pour une telle localisation ne sera pas détaillée. Et c’est selon cette même technologie que l’instrument chirurgical 20 est lui aussi localisable (à l’aide également d’un capteur optique ou électromagnétique à fonction réceptrice par exemple) dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement 24 (à l’aide également d’un capteur optique ou électromagnétique à fonction émettrice par exemple). Plus précisément, pour que ce soit son extrémité fonctionnelle 22, potentiellement interchangeable, qui soit elle-même directement localisable dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement 24, un étalonnage de l’instrument chirurgical 20 peut être nécessaire. Cet étalonnage, réalisé à l’aide d’un plot d’étalonnage par exemple solidaire de l’ancillaire de référencement 24, ou à l’aide du stylet de recalage 28, est lui aussi bien connu, de sorte qu’il ne sera pas non plus détaillé.
On notera juste que dans le cas d’une application en otologie telle qu’illustrée sur la , la pointe distale 30 du stylet de recalage 28 est avantageusement très fine, notamment sous la forme d’une pointe dont l’extrémité est de rayon submillimétrique, plutôt qu’une extrémité à bille de rayon millimétrique (i.e. généralement environ 1,5 mm) comme c’est généralement le cas en rhinologie où le recalage se fait sur la peau. Elle doit en effet avantageusement pouvoir être directement au contact du rocher ou de la partie mastoïdienne de l’os temporal pour appréhender de façon très précise sa surface externe complexe sans pour autant être traumatique. Elle présente ainsi optionnellement mais avantageusement les caractéristiques suivantes : elle est vissable sur une embase du stylet de recalage 28 et de hauteur telle que son extrémité coïncide avec le point virtuel calibré du stylet (par exemple 11 mm +/- 0,05 mm) ; sa base est usinée pour être compatible avec l’embase du stylet (par exemple selon un filetage métrique M3) ; son matériau est résistant à un autoclavage d’au moins 134 °C pendant au moins 18 mn et est biocompatible, par exemple le polyétheréthercétone ou PEEK (de l’anglais « PolyEtherEtherKetone ») ; le rayon de son extrémité est de 0,3 mm +/- 10%.
On notera également qu’en cours d’intervention mettant en œuvre le recalage tridimensionnel d’une représentation tridimensionnelle de l’objet 12 sur l’objet 12 lui-même, l’étalonnage de l’instrument chirurgical 20 ou la navigation assistée précités, il convient d’isoler la tête 12 du patient sur laquelle est fixé l’ancillaire de référencement 24, le stylet de recalage 28 et l’instrument chirurgical 20 de toute perturbation, notamment de toute perturbation due à une trop grande proximité de l’unité déplaçable de navigation 14. C’est la raison pour laquelle le champ opératoire Z1 dans lequel se trouvent la tête 12 du patient, l’ancillaire de référencement 24, le stylet de recalage 28 et l’instrument chirurgical 20 est éloigné et bien isolé du champ Z2 d’aide à la navigation dans lequel se trouve l’unité déplaçable de navigation 14. Cet éloignement, ou cet isolement, est marqué dans la par le trait horizontal T en traits interrompus. Il est notamment pertinent lorsqu’un référencement est pratiqué par technologie électromagnétique, ce qui est à titre d’exemple non limitatif supposé être le cas de l’installation de la .
Pour interagir avec l’ancillaire de référencement 24, le stylet de recalage 28 et l’instrument chirurgical 20, le caisson principal 16 est muni d’une interface de localisation spatiale 32 à création de champ électromagnétique. Il s’agit d’un élément électronique permettant de déterminer les coordonnées spatiales tridimensionnelles d’un capteur spécifique, tel que ceux embarqués dans l’ancillaire de référencement 24, le stylet de recalage 28 et l’instrument chirurgical 20. Une telle interface de localisation spatiale 32 est bien connue, de sorte qu’elle ne sera pas détaillée.
Le caisson principal 16 est en outre muni d’une interface 34 pour la connexion à d’autres périphériques éventuels : notamment un clavier 36, une souris 38 et/ou une télécommande 40. La télécommande 40 est par exemple connectée par une liaison sans fil IR de type infrarouge, ce qui lui permet d’être utilisée dans le champ opératoire Z1. L’interface 34 peut en outre comporter un port USB, un lecteur de CD-ROM, ou tout autre entrée vidéo permettant d’enregistrer une représentation tridimensionnelle de l’objet 12 acquise préalablement selon un mode d’imagerie tridimensionnelle quelconque.
Le caisson principal 16 comporte en outre plusieurs modules fonctionnels qui vont être décrits ci-dessous. Dans l’exemple décrit, ces modules sont de nature logicielle. Ainsi, le caisson principal 16 comporte un élément de type ordinateur 42 comportant une unité de traitement 44, interagissant avec l’interface de localisation spatiale 32, l’interface 34 et l’écran d’affichage 18, et une zone de mémoire associée 46 dans laquelle une zone de stockage de données 48 et plusieurs programmes d’ordinateurs 50 à 62 ou plusieurs fonctions d’un même programme d’ordinateur sont enregistrés. Ces programmes d’ordinateurs comportent des instructions conçues pour être exécutées par l’unité de traitement 44 afin de réaliser les fonctions des modules logiciels. Ils sont présentés comme distincts, mais cette distinction est purement fonctionnelle. Ils pourraient tout aussi bien être regroupés selon toutes les combinaisons possibles en un ou plusieurs logiciels. Leurs fonctions pourraient aussi être au moins en partie micro programmées ou micro câblées dans des circuits intégrés dédiés, tels que des circuits numériques. Ainsi, en variante, l’ordinateur 42 pourrait être remplacé par un dispositif électronique composé uniquement de circuits numériques (sans programme d’ordinateur) pour la réalisation des mêmes fonctions. En variante également, les programmes d’ordinateurs précités pourraient être distants et accessibles par l’ordinateur 42 via Internet. D’une façon générale, même si tous les composants logiciels et de mémoire précités sont présentés comme rassemblés dans le même caisson principal 16, ils pourraient tout aussi bien être dispersés dans des éléments matériels distincts, voire éloignés les uns des autres, mais interconnectés en réseau (bus de transmission de données, réseau local, réseau étendu, Internet, etc.).
Le caisson principal 16 comporte ainsi tout d’abord un module logiciel 50, destiné à être exécuté par l’unité de traitement 44, d’enregistrement en mémoire 46, plus précisément en zone de stockage de données 48 (quelle que soit la nature de cette zone de stockage de données : mémoire vive, morte, volatile, flash, virtuelle, etc.), d’au moins une représentation tridimensionnelle de l’objet 12, autrement généralement appelée « série », selon au moins un mode d’imagerie tridimensionnelle quelconque, de préférence selon un ou plusieurs modes d’imagerie par scanner (i.e. par tomodensitométrie) ou IRM (i.e. pour « Imagerie par Résonance Magnétique ») avec injection de produit(s) de contraste ou sans. De façon générale, tout mode d’imagerie tridimensionnelle permettant une extraction d’une surface de l’objet 12 convient, sachant que les séries obtenues par scanner sont principalement utilisées en chirurgie ORL.
Pour une application en otologie, on notera qu’une imagerie à forte définition peut s’avérer nécessaire compte tenu des dimensions faibles et des complexités de surfaces de la zone d’intervention. Par exemple, on pourra opter pour une imagerie scanner ou IRM à incrément de 0,1 à 0,5 mm et épaisseur de 0,1 à 0,5 mm.
Le caisson principal 16 comporte en outre un module logiciel 52, destiné à être exécuté par l’unité de traitement 44, d’extraction d’une surface de l’objet 12 dans chaque représentation tridimensionnelle de l’objet 12 enregistrée en zone de stockage de données 48. Un exemple non limitatif de configuration fonctionnelle de ce module logiciel 52 d’extraction de surface sera détaillé en référence à la . Ceci peut généralement se faire automatiquement si de bonnes conditions connues d’acquisition de chaque représentation tridimensionnelle ont été respectées.
Le caisson principal 16 comporte en outre un module logiciel 54, destiné à être exécuté par l’unité de traitement 44, de recalage tridimensionnel angulaire de chaque représentation tridimensionnelle de l’objet 12 enregistrée en zone de stockage de données 48 sur l’objet 12 lui-même.
Selon un exemple de protocole de recalage angulaire avantageusement mis en œuvre mais non limitatif, notamment s’il s’agit de recaler angulairement une première représentation tridimensionnelle, il convient de localiser au moins trois points de référence anatomique prédéterminés de l’objet 12 dans la représentation tridimensionnelle concernée et de les enregistrer en zone de stockage de données 48, puis de localiser ces mêmes points de référence dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement 24 à l’aide de la pointe 30 du stylet 28 de façon connue en soi et de les enregistrer également en zone de stockage de données 48. S’il s’agit de recaler angulairement une deuxième représentation tridimensionnelle ou ultérieure, alors que la première représentation tridimensionnelle a déjà été angulairement recalée, on peut se contenter de localiser les points de référence de l’objet 12 dans la représentation tridimensionnelle concernée et de les enregistrer en zone de stockage de données 48 sans avoir besoin de localiser de nouveau ces mêmes points de référence dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement 24 à l’aide du stylet 28, puisque le recalage angulaire peut avantageusement tirer profit des localisations enregistrées à l’aide du stylet 28 pour la première représentation tridimensionnelle étant donné qu’elles n’ont a priori aucune raison d’être différentes. Le recalage angulaire se fait alors de façon connue en soi par une mise en correspondance deux à deux des points de référence respectivement localisés dans la représentation tridimensionnelle concernée et dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement 24.
Il convient de choisir des points de référence qui sont le moins alignés possible pour rendre opérant et précis le recalage angulaire. Par exemple lorsque l’ancillaire de référencement 24 est une pastille vissée latéralement dans le crâne du patient au contact direct de la surface osseuse du rocher ou de la partie mastoïdienne de l’os temporal d’une de ses oreilles, pour une intervention otologique par exemple par voie sus-pétreuse, trans-labyrinthique, rétro-labyrinthique, rétro-sigmoïde, ou toute autre voie convenant pour une intervention en chirurgie latérale, les points de référence généralement choisis sont répartis autour de la zone d’intérêt ou zone opératoire de manière assez éloignée dans l’os temporal. Ils peuvent par convention indiquer des orientations principales nord, sud, ouest et/ou est et sont généralement au nombre de trois. Tout autre point de référence peut être librement choisi en fonction de l’endroit où est fixé l’ancillaire de référencement 24, de l’application visée, et même plus généralement de la nature de l’objet 12.
En otologie au moins, étant donné que la localisation des points de référence dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement 24 se fait à l’aide de la pointe 30 du stylet 28 au contact direct de l’os temporal, il peut être avantageux de localiser les points de référence sur la surface osseuse externe de l’objet 12 telle qu’extraite dans la représentation tridimensionnelle par exécution du module logiciel 52 pour une meilleure précision du recalage angulaire.
Le caisson principal 16 comporte en outre un module logiciel 56, destiné à être exécuté par l’unité de traitement 44, de recalage tridimensionnel surfacique de chaque représentation tridimensionnelle de l’objet 12 enregistrée en zone de stockage de données 48 sur l’objet 12 lui-même.
Selon un exemple de protocole de recalage surfacique avantageusement mis en œuvre mais non limitatif, s’il s’agit de recaler une première représentation tridimensionnelle, il convient tout d’abord de localiser une pluralité de points surfaciques, notamment autres que les points de référence, sur la surface de l’objet 12 dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement 24 à l’aide de la pointe 30 du stylet 28 et de les enregistrer en zone de stockage de données 48. Il s’agit ensuite de calculer le recalage tridimensionnel surfacique à partir de cet enregistrement de localisations de points surfaciques et de la surface de l’objet 12 telle qu’extraite par le module logiciel 52.
Plus précisément, le recalage tridimensionnel surfacique d’une représentation tridimensionnelle sur l’objet 12 comporte le calcul d’une matrice de passage entre les localisations des points surfaciques enregistrées précédemment et leurs localisations sur la surface de l’objet 12 telle qu’extraite dans la représentation tridimensionnelle. Le recalage angulaire préalable permet de faciliter le calcul de cette matrice de passage en limitant les solutions possibles.
S’il s’agit de recaler une deuxième représentation tridimensionnelle ou ultérieure, alors qu’une première représentation tridimensionnelle a déjà été recalée selon le protocole de recalage surfacique précité, on peut se contenter d’extraire une surface de l’objet 12 dans la représentation tridimensionnelle concernée par exécution du module logiciel 52 et de l’enregistrer en zone de stockage de données 48, puis d’opérer directement un recalage tridimensionnel surfacique de cette deuxième représentation tridimensionnelle ou ultérieure à partir de l’enregistrement des localisations de points surfaciques réalisé pour le recalage surfacique de la première représentation tridimensionnelle. Cette façon de procéder est très avantageuse parce que l’enregistrement des localisations de points surfaciques peut être fastidieux et chronophage.
Plus précisément, le recalage tridimensionnel surfacique de la deuxième représentation tridimensionnelle ou ultérieure sur l’objet 12 comporte le calcul d’une deuxième matrice de passage entre les localisations des points surfaciques enregistrées précédemment pour le recalage surfacique de la première représentation tridimensionnelle et leurs localisations sur la surface de l’objet 12 telle qu’extraite dans la deuxième représentation tridimensionnelle ou ultérieure. De même, le recalage angulaire préalable de la deuxième représentation tridimensionnelle ou ultérieure permet de faciliter le calcul de cette deuxième matrice de passage en limitant les solutions possibles.
D’autres méthodes connues, notamment par recalage de séries entre elles permettant d’utiliser une même matrice de passage, par ailleurs largement abordées dans la littérature scientifique, sont également applicables mais ne seront pas détaillées.
Concrètement, de nombreux points surfaciques peuvent être localisés à l’aide de la pointe 30 du stylet 28 en la promenant sur la tête 12 du patient, notamment sur l’os temporal en otologie ou otoneurochirurgie, tout autour et/ou au voisinage des points de référence. Il n’y a pas vraiment de limite. Par exemple, plusieurs centaines de points surfaciques sont avantageusement localisés dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement 24 pour un recalage surfacique le plus précis possible en chirurgie ORL ou en (oto)neurochirurgie, de préférence entre 200 et 1000 points surfaciques, de préférence encore entre 500 et 600 points surfaciques.
Conformément aux principes généraux de la présente invention, une configuration fonctionnelle du module logiciel 52 d’extraction de surface va maintenant être détaillée selon un mode de réalisation possible illustré sur la .
Le module logiciel 52 comporte ainsi des moyens fonctionnels 52-1 (i.e., des lignes d’instructions de programme d’ordinateur) configurés pour un traitement préalable de chaque représentation tridimensionnelle de l’objet 12 enregistrée en zone de stockage de données 48 pour y distinguer au moins une surface interne et une surface externe de l’objet 12. Ce traitement préalable comporte par exemple un seuillage de chaque représentation tridimensionnelle sur la base d’une valeur seuil de niveau de gris prédéterminée, déterminable automatiquement ou réglable, sachant que la valeur seuil peut être différente d’une représentation tridimensionnelle à l’autre. En imagerie ORL, et notamment en imagerie de la partie osseuse temporale d’un être humain ou animal, chaque représentation tridimensionnelle présente généralement des niveaux de gris assez discriminants entre les parties vides de très faibles niveaux de gris, les parties osseuses de niveaux de gris élevés et les tissus mous de niveaux de gris intermédiaires. Il est donc assez facile, par une analyse d’histogramme, de déterminer automatiquement la valeur seuil qui convient pour ne conserver par seuillage que les parties osseuses de chaque représentation tridimensionnelle. Ces parties osseuses comportent la surface externe de l’objet 12 ainsi que des alvéoles ou des parois internes, plus généralement des structures internes plus ou moins complexes et/ou alvéolaires, qui constituent ladite au moins une surface interne de l’objet 12. En variante, la valeur seuil peut être choisie par interaction à l’aide des périphériques 36, 38 et/ou 40.
Une coupe plane d’une représentation tridimensionnelle de partie osseuse temporale d’un être humain est illustrée à titre d’exemple sur la . On y distingue clairement les trois niveaux de gris qui distinguent les parties vides 64, les tissus mous 66 et les parties osseuses 68. Par application d’un seuillage tel que défini ci-dessus, on obtient très facilement la représentation de la qui ne comporte plus que les parties osseuses 68. On notera que le seuillage réalisé par exécution des moyens fonctionnels 52-1 peut consister à simplement mettre à zéro tous les niveaux de gris inférieurs à la valeur seuil. Il peut aussi en variante consister à binariser chaque représentation tridimensionnelle de l’objet 12 autour de la valeur seuil.
De retour à la , le module logiciel 52 comporte en outre des moyens fonctionnels 52-2 (i.e., des lignes d’instructions de programme d’ordinateur) configurés pour sélectionner au moins un point de vue extérieur à l’objet 12 dans sa représentation tridimensionnelle.
Chaque point de vue peut être sélectionné par interaction à l’aide des périphériques 36, 38 et/ou 40. Mais il est aussi possible avantageusement de le ou les définir et sélectionner automatiquement à partir des points de référence choisis pour réaliser le recalage angulaire et/ou à partir d’un ou plusieurs autre(s) point(s) remarquable(s) de l’objet 12, tel que son isobarycentre par exemple. Cette sélection automatique comporte alors par exemple la détermination d’au moins un axe porteur d’au moins un point de vue à partir des points de référence REF1, REF2, REF3 et/ou d’un autre point remarquable de l’objet 12, ainsi que la sélection automatique dudit au moins un point de vue défini comme appartenant à cet au moins un axe porteur et extérieur à l’objet 12.
Ainsi par exemple, une figure géométrique plane représentative des points de référence est tout d’abord déterminée. Avec trois points de référence, cette figure géométrique plane est de préférence le triangle qu’ils forment. Avec plus de trois points de référence, cette figure géométrique plane est par exemple le polygone qui résulte d’une projection orthogonale dans le plan minimisant une somme de distances par rapport aux points de référence. D’autres figures géométriques représentatives des points de référence et déterminables automatiquement peuvent être envisagées, même non planes.
Un axe orthogonal à la figure géométrique plane et passant par un point remarquable, par exemple un isobarycentre, de cette figure géométrique plane peut lui aussi être déterminé automatiquement. Au moins un premier point de vue défini comme appartenant à cet axe orthogonal, extérieur à l’objet 12 et situé à au moins une première distance prédéfinie du point remarquable peut alors être automatiquement sélectionné. Cette première distance peut être définie comme une constante prédéterminée, comme une variable proportionnelle à la surface de la figure géométrique plane, ou comme une variable proportionnelle à au moins une dimension de l’objet 12 telle que son volume, sa surface ou sa taille.
D’autres points de vue peuvent être ensuite sélectionnés automatiquement à partir du ou des premier(s) en définissant une ou des surface(s) de référence à partir du ou des premier(s) point(s) de vue et en définissant les autres points de vue comme appartenant à cette ou ces surface(s) de référence et situés à au moins une deuxième distance prédéfinie du ou des premier(s) point(s) de vue selon au moins une direction. Chaque surface de référence est par exemple un plan ou une surface conique tridimensionnelle, de type ellipsoïde, paraboloïde, hyperboloïde, passant par le ou l’un des premier(s) point de vue. La deuxième distance peut elle aussi être définie comme une constante prédéterminée, comme une variable proportionnelle à la surface de la figure géométrique plane, ou comme une variable proportionnelle à au moins une dimension de l’objet 12 telle que son volume, sa surface ou sa taille. Plus simplement, la deuxième distance peut être définie comme un ratio de la première distance.
La illustre un exemple non limitatif de sélection automatique de points de vue.
Dans cet exemple, trois points de référence REF1, REF2, REF3 sont enregistrés et la figure géométrique plane représentative de ces trois points de référence est le triangle T qu’ils forment. Le point remarquable RQ est l’un des éléments de l’ensemble constitué du centre de gravité de ce triangle T, du centre du cercle inscrit dans ce triangle T, du centre du cercle circonscrit à ce triangle T et de l’orthocentre de ce triangle T.
Un premier point de vue possible PV1 est défini comme appartenant l’axe orthogonal à T passant par RQ, extérieur à l’objet 12 et situé à une première distance prédéfinie d1 du point remarquable RQ. Selon une première variante, cette distance d1 est une constante prédéterminée. Selon une deuxième variante non limitative, elle est égale à k.S, où k est une constante strictement positive et S est la surface du triangle T. Selon d’autres variantes, elle pourrait être proportionnelle à au moins une dimension de l’objet 12 telle que son volume, sa surface ou sa taille.
A partir du premier point de vue PV1, un rectangle dont PV1 est le centre est défini dans le plan passant par PV1 et parallèle au triangle T. Quatre autres points de vue possibles PV2, PV3, PV4, PV5 sont alors définis comme étant les quatre sommets de ce rectangle. En d’autres termes, ils sont définis à partir du premier point de vue PV1 selon deux directions différentes qui sont celles des deux diagonales du rectangle considéré.
Enfin, à partir des cinq points de vue possibles PV1, PV2, PV3, PV4, PV5, une partie seulement (par exemple les quatre points de vue PV2, PV3, PV4, PV5) ou les cinq peuvent être sélectionnés.
Un autre exemple de sélection automatique de points de vue pourrait être de définir le point remarquable RQ comme étant l’isobarycentre de l’objet 12 tel que défini dans sa représentation tridimensionnelle, puis de définir au moins trois points de vue possibles comme appartenant respectivement aux axes (RQ, REF1), (RQ, REF2) et (RQ, REF3), extérieurs à l’objet 12 et à certaines distances prédéfinies de REF1, REF2 et REF3.
De retour à la , le module logiciel 52 comporte en outre des moyens fonctionnels 52-3 (i.e., des lignes d’instructions de programme d’ordinateur) configurés pour une suppression de la ou des surface(s) interne(s) de l’objet 12 dans chaque représentation tridimensionnelle, sur un critère d’invisibilité de cette ou de ces surface(s) interne(s) depuis chaque point de vue sélectionné, de sorte qu’il ne reste plus que sa surface externe pour le recalage surfacique.
Selon un mode de réalisation préféré, la suppression de la ou des surface(s) interne(s) de l’objet 12 dans une représentation tridimensionnelle quelconque de l’objet 12 comporte l’obtention d’un rendu de l’objet 12 dans cette représentation tridimensionnelle préalablement traitée par seuillage depuis chaque point de vue sélectionné, puis une sélection des parties visibles de ce rendu de l’objet depuis chaque point de vue sélectionné par une méthode de sélection de tampons de couleur (de l’anglais « color buffer selection »), telle que par exemple la méthode définie dans la classe « vtkHardwareSelector » de la bibliothèque logicielle libre VTK. Ce traitement d’image, ou tout autre équivalent de suppression de surfaces cachées, est connu en soi de sorte qu’il ne sera pas détaillé. Pour chaque point de vue sélectionné, il revient à longer chaque direction du point de vue vers l’objet 12 dans sa représentation tridimensionnelle préalablement traitée par seuillage jusqu’à rencontrer un premier gradient de luminosité représentatif de la surface externe, puis à supprimer tout gradient de luminosité ultérieur.
Un exemple de résultat de suppression de la ou des surface(s) interne(s) de l’objet 12 dans sa représentation tridimensionnelle sur un critère d’invisibilité de cette ou de ces surface(s) interne(s) depuis chaque point de vue sélectionné est illustré sur la pour les points de vue PV2, PV3, PV4 et PV5 précités. Chaque point de vue PV2, PV3, PV4 ou PV5 permet d’obtenir la reconstitution d’une partie seulement de la surface externe de l’objet 12. En multipliant les points de vue, on peut fusionner les reconstitutions partielles et obtenir une reconstitution finale 70 la plus complète possible de cette surface externe d’objet 12.
La illustre ainsi en partie supérieure et de gauche à droite des vues de côté, dessus et arrière d’une représentation tridimensionnelle « brute » de partie osseuse mastoïdienne d’un os temporal d’être humain, c’est-à-dire après seuillage pour supprimer les tissus mous, mais avant suppression des structures sous-jacentes que constituent les surfaces autres que la surface externe de l’objet 12. Des vues équivalentes de côté, dessus et arrière sont illustrées de gauche à droite en partie inférieure de la , mais après sélection de points de vue et suppression de la ou des surface(s) interne(s) de l’objet 12 à partir de ces points de vue. On constate une représentation tridimensionnelle de la surface externe de l’objet 12 nettement simplifiée et donc plus exploitable que la représentation tridimensionnelle « brute » pour réaliser un recalage surfacique amélioré, voire même un recalage angulaire lui aussi amélioré.
De retour à la , le caisson principal 16 comporte en outre un module logiciel 58, destiné à être exécuté par l’unité de traitement 44, de sélection d’un affichage pour assister une navigation réalisée à l’aide de l’instrument chirurgical 20 lorsque l’une ou plusieurs des représentations tridimensionnelles enregistrées en zone de stockage de données 48 a été recalée par exécution des modules logiciels 52, 54 et 56.
Notamment lorsque deux représentations tridimensionnelles recalées sont à disposition en mémoire 46, par exemple l’une sous la forme d’une image volumique de l’objet 12 par scanner, l’autre sous la forme d’une image volumique de l’objet 12 par résonance magnétique, le module logiciel 58 gère la sélection possible d’un affichage simultané de plusieurs reconstructions planes en coupe de l’objet 12, y compris la possibilité d’afficher deux reconstructions planes d’une même coupe de l’objet 12 obtenues respectivement à partir de l’une et l’autre des première et deuxième représentations tridimensionnelles.
En chirurgie ORL, les reconstructions planes en coupe de l’objet 12 portent généralement sur des coupes sagittales, axiales et coronales. Elles sont obtenues par un calcul connu en soi, notamment par interpolation, à partir de coupes réelles acquises selon le mode d’imagerie considéré. Dans l’exemple illustré sur l’écran d’affichage 18 de la , une fenêtre inférieure gauche affiche une représentation tridimensionnelle, obtenue par scanner, en vue de côté d’une partie osseuse d’une oreille d’un patient. Une fenêtre supérieure gauche affiche une reconstruction plane sagittale par scanner incluant un positionnement de l’extrémité fonctionnelle 22 de l’instrument chirurgical 20. Une fenêtre supérieure droite affiche une reconstruction plane coronale par scanner incluant un positionnement de l’extrémité fonctionnelle 22 de l’instrument chirurgical 20. Enfin, une fenêtre inférieure droite affiche une reconstruction plane axiale par scanner incluant un positionnement de l’extrémité fonctionnelle 22 de l’instrument chirurgical 20. Bien entendu, les affichages précités sont interchangeables. Dans chaque fenêtre incluant un positionnement de l’extrémité fonctionnelle 22 de l’instrument chirurgical 20, celle-ci est précisément localisée à l’intersection de deux axes, l’un horizontal et l’autre vertical. Le fait de visualiser et suivre l’extrémité fonctionnelle 22 simultanément dans les trois coupes sagittale, coronale et axiale et dans un ou plusieurs modes d’imagerie (par exemple scanner et/ou IRM) est une aide précieuse pour le praticien.
Le caisson principal 16 comporte en outre un module logiciel 60, destiné à être exécuté par l’unité de traitement 44, de suivi par localisation en temps réel de l’extrémité fonctionnelle 22 de l’instrument chirurgical 20 et de mise à jour à chaque instant de chacune des reconstructions planes affichées simultanément à l’écran 18 qui la comportent.
Le caisson principal 16 comporte en outre un module logiciel 62, destiné à être exécuté par l’unité de traitement 44, de commutation de l’affichage sur l’écran 18 entre plusieurs reconstructions planes en coupe de l’objet 12 selon une première représentation tridimensionnelle (par exemple par scanner), plusieurs reconstructions planes en coupe de l’objet 12 selon une deuxième représentation tridimensionnelle (par exemple par IRM) et plusieurs reconstructions planes en coupe de l’objet 12 selon plusieurs représentations tridimensionnelles (par exemple par scanner et IRM), cette commutation étant notamment activable par un rapprochement prédéterminé entre l’extrémité fonctionnelle 22 de l’instrument chirurgical 20 et un récepteur spécifique de l’ancillaire de référencement 24, par exemple son plot d’étalonnage. Cette commutation peut en outre être activable par interaction directe avec l’écran d’affichage 18 lorsqu’il est tactile. Chaque fenêtre affichée à l’écran 18 et présentant une reconstruction plane en coupe sagittale, axiale ou coronale de l’objet 12 peut en outre éventuellement être commutée individuellement, par exemple par interaction tactile ou autre, pour changer de coupe et/ou de mode d’imagerie.
Les modules logiciels 58, 60 et 62 sont exécutables indépendamment par l’unité de traitement 44, pas nécessairement dans l’ordre de leur présentation ci-dessus. Ils peuvent aussi être exécutés en même temps.
Un procédé de recalage tridimensionnel d’au moins une représentation tridimensionnelle de l’objet 12 sur l’objet 12 lui-même tel qu’il peut être mis en œuvre par le dispositif d’aide à la navigation de la , correspondant à l’exécution des modules logiciels 50, 52, 54 et 56, va maintenant être détaillé conformément à la succession d’étapes de la .
Au cours d’une étape 100 réalisée par exécution du module logiciel 50, une première représentation tridimensionnelle de l’objet 12 selon un premier mode d’imagerie tridimensionnelle, par exemple selon un mode d’acquisition par scanner, est enregistrée en zone de stockage de données 48.
Au cours d’une étape suivante 102 réalisée par exécution du module logiciel 54 et/ou par interaction, au moins trois points de référence prédéterminés de l’objet 12 sont localisés dans la première représentation tridimensionnelle et enregistrés en zone de stockage de données 48. Dans l’exemple de la , qui reprend celui de la , ce sont trois points de référence REF1, REF2, REF3 qui sont prédéterminés et localisés en triangle autour d’une zone d’intérêt.
Au cours d’une étape suivante 104 réalisée par exécution du module fonctionnel 52-1 du module logiciel 52, une extraction d’une surface de l’objet 12 dans la première représentation tridimensionnelle commence par un traitement préalable de cette représentation tridimensionnelle pour y distinguer au moins une surface interne et une surface externe de l’objet 12. Comme indiqué précédemment, cela peut se faire par seuillage, par exemple par binarisation, de la représentation tridimensionnelle sur la base d’une valeur seuil de niveau de gris prédéterminée, déterminable automatiquement ou réglable. On obtient de la sorte une représentation tridimensionnelle « brute » telle que celle illustrée en partie supérieure de la (reprise en vue de dessus sur la ).
Au cours d’étapes suivantes 106 à 114 réalisées par exécution du module fonctionnel 52-2 du module logiciel 52, l’extraction de surface de l’objet 12 dans la première représentation tridimensionnelle se poursuit par la sélection d’au moins un point de vue extérieur à l’objet 12 dans sa représentation tridimensionnelle, de préférence plusieurs points de vue.
A titre d’exemple non limitatif, l’étape 106 consiste à déterminer une figure géométrique plane représentative des points de référence, par exemple le triangle T qu’ils constituent dans le cas des points de référence REF1, REF2 et REF3 (cf. ).
L’étape 108 consiste à déterminer un axe orthogonal à cette figure géométrique plane passant par un point remarquable, par exemple un isobarycentre, de cette figure géométrique plane. Dans le cas du triangle T défini par les points REF1, REF2 et REF3, il peut s’agir de l’axe orthogonal passant par son centre de gravité.
L’étape 110 consiste à déterminer un premier point de vue défini comme appartenant à cet axe orthogonal, extérieur à l’objet 12 et situé à une première distance prédéfinie du point remarquable, par exemple le point de vue PV1 à distance d1 de RQ tel qu’illustré sur la .
L’étape 112 consiste à définir une surface de référence à partir du premier point de vue PV1, par exemple le plan passant par PV1 et parallèle au triangle T.
Enfin, l’étape 114 consiste à sélectionner automatiquement d’autres points de vue définis comme appartenant à cette surface de référence et situés à une deuxième distance prédéfinie du premier point de vue selon au moins une direction, par exemple les points de vue PV2, PV3, PV4 et PV5 à distance d2 de PV1 tels qu’illustrés sur la .
Au cours d’une étape suivante 116 réalisée par exécution du module fonctionnel 52-3 du module logiciel 52, l’extraction de surface de l’objet 12 dans la première représentation tridimensionnelle se termine par la suppression de la ou des surface(s) interne(s) de l’objet 12 dans la représentation tridimensionnelle après seuillage 104 sur un critère d’invisibilité de cette ou de ces surface(s) interne(s) depuis chaque point de vue sélectionné. On obtient par exemple un résultat similaire à celui illustré par la et la partie inférieure de la dans lequel seule la surface externe de l’objet 12 reste prise en compte dans la première représentation tridimensionnelle (reprise en vue de dessus sur la ). Cette surface externe est enregistrée en zone de stockage de données 48.
Au cours d’une étape suivante 118 réalisée par exécution du module logiciel 54 et par interaction, les points de référence REF1, REF2 et REF3 préalablement repérés dans la première représentation tridimensionnelle de l’objet 12 sont localisés dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement 24 à l’aide de la pointe 30 du stylet 28 de façon connue en soi et ils sont également enregistrés en zone de stockage de données 48. En otologie, cette étape ne peut avoir lieu qu’après incision, retrait local de la peau et fixation de l’ancillaire de référencement 24 sur la partie osseuse par laquelle une intervention est prévue. A cette occasion, les points de référence REF1, REF2 et REF3 peuvent de nouveau être localisés plus finement dans la représentation tridimensionnelle de la surface externe de l’objet 12 telle qu’obtenue à l’issue des étapes 106 à 116. Le recalage angulaire de la première représentation tridimensionnelle de l’objet 12 sur l’objet 12 lui-même peut alors être calculé de façon connue en soi.
Au cours d’une étape suivante 120 réalisée par exécution du module logiciel 56 et par interaction, plusieurs points surfaciques Ps (représentés en grisé à l’intérieur du cercle représenté en traits interrompus courts), notamment autres que les points de référence REF1, REF2, REF3, sont localisés sur la surface de l’objet 12 dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement 24 à l’aide de la pointe 30 du stylet 28 et sont enregistrés en zone de stockage de données 48. Là encore, la localisation des points surfaciques Ps se fait directement au contact de la partie osseuse d’intérêt après retrait local de la peau.
Au cours d’une étape suivante 122 réalisée par exécution du module logiciel 56, le recalage tridimensionnel surfacique de la première représentation tridimensionnelle est calculé à partir de cet enregistrement de localisations de points surfaciques Ps. Le calcul de la première matrice de passage qu’il implique est facilité par le recalage angulaire préalable réalisé par exécution de l’étape 118.
Au cours d’une étape suivante 124, le recalage obtenu de la première représentation tridimensionnelle de l’objet 12 sur l’objet 12 lui-même peut être amélioré à l’aide du stylet 28 selon un protocole de contre-recalage connu en soi, de sorte que cette étape ne sera pas détaillée.
Au cours d’une étape optionnelle suivante 126 réalisée par exécution du module logiciel 50 et équivalente à l’étape 100, une deuxième représentation tridimensionnelle de l’objet 12 selon un deuxième mode d’imagerie tridimensionnelle, par exemple selon un mode d’acquisition par IRM, est enregistrée en zone de stockage de données 48.
Au cours d’une étape optionnelle suivante 128 réalisée par exécution du module logiciel 54 et équivalente à l’étape 102, les points de référence prédéterminés REF1, REF2, REF3 de l’objet 12 sont localisés dans la deuxième représentation tridimensionnelle et enregistrés en zone de stockage de données 48. Un recalage angulaire similaire à celui de l’étape 118 peut alors être calculé en exploitant éventuellement de nouveau les localisations des points de référence REF1, REF2, REF3 déterminées à l’aide de la pointe 30 du stylet 28 à l’étape 118.
Au cours d’une étape optionnelle suivante 130 réalisée par exécution du module logiciel 52, similaire à la succession d’étapes 104 à 116 précédemment détaillées, une surface externe de l’objet 12 est extraite dans la deuxième représentation tridimensionnelle et est enregistrée en zone de stockage de données 48. Au cours de cette étape, les positions respectives des différents points de vue PV1, PV2, PV3, PV4 et PV5 obtenus à l’issue de l’étape 114 peuvent être recalculées en effectuant un recalage entre les points de référence REF1, REF2, REF3 localisés à l’étape 102 dans la première représentation tridimensionnelle et les mêmes points de référence REF1, REF2, REF3 localisés à l’étape 128 dans la deuxième représentation tridimensionnelle.
Au cours d’une étape optionnelle suivante 132 réalisée par exécution du module logiciel 56, le recalage tridimensionnel surfacique de la deuxième représentation tridimensionnelle est avantageusement calculé en exploitant l’enregistrement des localisations des points surfaciques Ps réalisé à l’étape 120. Le calcul de la deuxième matrice de passage qu’il implique est facilité par le recalage angulaire préalable réalisé par exécution de l’étape 128.
Enfin, au cours d’une étape suivante 134, le recalage obtenu de la deuxième représentation tridimensionnelle de l’objet 12 sur l’objet 12 lui-même peut lui aussi être amélioré à l’aide du stylet 28 selon un protocole de contre-recalage identique à celui de l’étape 124.
Il apparaît clairement qu’un procédé de recalage tridimensionnel d’une représentation tridimensionnelle d’un objet sur l’objet lui-même tel que celui décrit précédemment permet d’obtenir un résultat tout à fait satisfaisant même dans des contextes applicatifs difficiles liés à une certaine complexité de la surface de l’objet, notamment lorsque la représentation tridimensionnelle comporte au moins une surface interne de l’objet, y compris toute structure interne complexe, en plus de sa surface externe.
On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit précédemment.
Il a notamment été décrit l’implémentation d’un procédé de recalage tridimensionnel selon l’invention dans un dispositif d’aide à la navigation tel que le dispositif de navigation chirurgicale « Collin Navigation Solutions ». Mais selon un autre mode de réalisation, le même procédé de recalage tridimensionnel pourrait être implémenté dans un dispositif robotisé d’intervention chirurgicale ORL ou neurochirurgicale tel que le dispositif commercialisé sous la marque déposée « RobOtol » et prévu lui aussi principalement pour des interventions en otorhinolaryngologie.
En effet, un tel dispositif robotisé peut inclure un dispositif d’aide à la navigation équipé des éléments essentiels à la mise en œuvre de la présente invention, à savoir :
  • une mémoire pour le stockage d’au moins une représentation tridimensionnelle de l’objet ;
  • une unité de calcul conçue pour un recalage tridimensionnel de cette représentation tridimensionnelle de l’objet sur l’objet lui-même ;
  • un ancillaire de référencement destiné à être solidaire de l’objet sans degré de liberté ; et
  • un pointeur, manipulable par un praticien pour réaliser le recalage, dont une pointe est localisable dans un référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement.
En outre, le dispositif robotisé présente l’avantage de comporter un bras robotisé à l’extrémité duquel un instrument chirurgical à extrémité fonctionnelle peut être fixé, de sorte que le déplacement de ce dernier peut être commandé à distance par le praticien.
Il apparaîtra plus généralement à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention au mode de réalisation exposé dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims (10)

  1. Procédé de recalage tridimensionnel d’une représentation tridimensionnelle d’un objet (12) sur l’objet (12) lui-même, à l’aide d’un ancillaire de référencement (24) solidaire de l’objet (12) sans degré de liberté et d’un pointeur (28) dont une pointe (30) est localisable dans un référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement (24), comportant :
    • un enregistrement (100, 126) en mémoire (48) d’une représentation tridimensionnelle de l’objet (12) ;
    • une extraction (104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 130), par une unité de calcul (44), d’une surface de l’objet (12) dans la représentation tridimensionnelle ; et
    • un recalage tridimensionnel surfacique (120, 122, 132) de cette représentation tridimensionnelle sur l’objet (12) comportant :
      • un enregistrement (120), à l’aide de la pointe (30) du pointeur (28), de localisations d’une pluralité de points surfaciques (Ps) sur la surface de l’objet (12) dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement (24), et
      • un calcul (122, 132), par l’unité de calcul (44), du recalage tridimensionnel surfacique à partir de la surface de l’objet extraite (104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 130) dans la représentation tridimensionnelle et de l’enregistrement (120) de localisations de points surfaciques ;
    caractérisé en ce que l’extraction de surface (104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 130) comporte :
    • un traitement préalable (104, 130) de la représentation tridimensionnelle pour y distinguer au moins une surface interne et une surface externe de l’objet (12) ;
    • une sélection (106, 108, 110, 112, 114, 130) d’au moins un point de vue (PV1, PV2, PV3, PV4, PV5) extérieur à l’objet (12) dans la représentation tridimensionnelle ; et
    • une suppression (116, 130) de ladite au moins une surface interne dans la représentation tridimensionnelle sur un critère d’invisibilité de cette au moins une surface interne depuis chaque point de vue sélectionné (PV1, PV2, PV3, PV4, PV5).
  2. Procédé de recalage tridimensionnel selon la revendication 1, dans lequel :
    • le traitement préalable (104, 130) comporte un seuillage (104), par exemple une binarisation, de la représentation tridimensionnelle sur la base d’une valeur seuil de niveau de gris prédéterminée, déterminable automatiquement ou réglable ; et/ou
    • la suppression (116, 130) de ladite au moins une surface interne comporte l’obtention d’un rendu de l’objet (12) dans la représentation tridimensionnelle préalablement traitée (104, 130) depuis chaque point de vue sélectionné (PV1, PV2, PV3, PV4, PV5), puis une sélection des parties visibles de ce rendu de l’objet (12) depuis chaque point de vue sélectionné par une méthode de sélection de tampons de couleur.
  3. Procédé de recalage tridimensionnel selon la revendication 1 ou 2, comportant en outre :
    • un enregistrement (102, 128) en mémoire (48) de localisations d’au moins trois points de référence (REF1, REF2, REF3) de l’objet (12) dans la représentation tridimensionnelle ;
    • un recalage tridimensionnel angulaire (118, 128), par l’unité de calcul (44), de la représentation tridimensionnelle sur l’objet (12) à partir d’un enregistrement (118), à l’aide de la pointe (30) du stylet (28), de localisations des points de référence (REF1, REF2, REF3) de l’objet (12) dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement (24).
  4. Procédé de recalage tridimensionnel selon la revendication 3, dans lequel la sélection (106, 108, 110, 112, 114, 130) dudit au moins un point de vue (PV1, PV2, PV3, PV4, PV5) extérieur à l’objet (12) comporte :
    • la détermination (108) d’au moins un axe porteur d’au moins un point de vue à partir des points de référence (REF1, REF2, REF3) et/ou d’au moins un autre point remarquable de l’objet (12) ; et
    • la sélection automatique (110) dudit au moins un point de vue (PV1) défini comme appartenant à cet au moins un axe porteur et extérieur à l’objet (12).
  5. Procédé de recalage tridimensionnel selon la revendication 4, dans lequel la sélection (106, 108, 110, 112, 114, 130) dudit au moins un point de vue (PV1, PV2, PV3, PV4, PV5) extérieur à l’objet (12) comporte :
    • la détermination (106) d’une figure géométrique plane (T) représentative des points de référence (REF1, REF2, REF3) ;
    • la détermination (108) d’un axe orthogonal à cette figure géométrique plane (T) passant par un point remarquable (RQ), par exemple un isobarycentre, de cette figure géométrique plane ;
    • la sélection automatique (110) d’au moins un premier point de vue (PV1) défini comme appartenant à cet axe orthogonal, extérieur à l’objet (12) et situé à au moins une première distance prédéfinie (d1) du point remarquable (RQ) ;
    • la définition (112) d’au moins une surface de référence à partir dudit au moins un premier point de vue (PV1) ; et
    • la sélection automatique (114) d’autres points de vue (PV2, PV3, PV4, PV5) définis comme appartenant à cette au moins une surface de référence et situés à au moins une deuxième distance prédéfinie (d2) dudit au moins un premier point de vue (PV1) selon au moins une direction.
  6. Procédé de recalage tridimensionnel selon la revendication 5, dans lequel :
    • trois points de référence (REF1, REF2, REF3) sont enregistrés (102, 128) et la figure géométrique plane (T) représentative de ces trois points de référence est le triangle qu’ils forment ;
    • le point remarquable (RQ) est l’un des éléments de l’ensemble constitué du centre de gravité de ce triangle, du centre du cercle inscrit dans ce triangle, du centre du cercle circonscrit à ce triangle et de l’orthocentre de ce triangle ;
    • un seul premier point de vue (PV1) est défini, situé à une seule première distance prédéfinie (d1) du point remarquable (RQ) ;
    • cette première distance prédéfinie (d1) est soit une constante, soit une variable proportionnelle à la surface de ce triangle ou à au moins une dimension de l’objet (12) ;
    • la surface de référence est un plan ou une surface conique tridimensionnelle, de type ellipsoïde, paraboloïde, hyperboloïde, passant par le premier point de vue ;
    • la deuxième distance prédéfinie (d2) est soit une constante, soit une variable proportionnelle à la surface de ce triangle ou à au moins une dimension de l’objet (12) ; et
    • deux autres points de vue (PV2, PV4 ; PV3, PV5), respectivement quatre autres points de vue (PV2, PV3, PV4, PV5), sont sélectionnés (114) à partir du premier point de vue (PV1) selon une direction, respectivement deux directions différentes.
  7. Procédé de recalage tridimensionnel selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel le recalage tridimensionnel surfacique (120, 122, 132) de la représentation tridimensionnelle sur l’objet (12) comporte l’enregistrement (120) des localisations de plusieurs centaines de points surfaciques (Ps) sur la surface de l’objet (12) dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement (24), de préférence entre 200 et 1000 points surfaciques, de préférence encore entre 500 et 600 points surfaciques.
  8. Procédé de recalage tridimensionnel selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’objet (12) est un objet osseux, notamment une portion d’os temporal d’un être humain ou animal.
  9. Programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, comprenant des instructions (50, 52, 54, 56) pour l’exécution des étapes d’un procédé de recalage tridimensionnel d’une représentation tridimensionnelle d’un objet (12) sur l’objet (12) lui-même selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, lorsque ledit programme est exécuté par une unité de calcul (44) d’un dispositif (10) d’aide à la navigation dans l’objet (12) à l’aide d’un instrument (20) à extrémité fonctionnelle (22), et lorsque ce dispositif (10) comporte par ailleurs :
    • une mémoire (48) pour le stockage d’une représentation tridimensionnelle de l’objet (12) ;
    • un ancillaire de référencement (24) destiné à être rendu solidaire de l’objet (12) sans degré de liberté ; et
    • un pointeur (28), manipulable par un opérateur, dont une pointe (30) est localisable dans un référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement (24).
  10. Dispositif (10) d’aide à la navigation dans un objet (12) à l’aide d’un instrument (20) à extrémité fonctionnelle (22), comportant :
    • une mémoire (48) pour le stockage d’une représentation tridimensionnelle de l’objet (12) ;
    • une unité de calcul (44) conçue pour un recalage tridimensionnel de cette représentation tridimensionnelle de l’objet (12) sur l’objet (12) lui-même ;
    • un ancillaire de référencement (24) destiné à être rendu solidaire de l’objet (12) sans degré de liberté ;
    • un pointeur (28) dont une pointe (30) est localisable dans un référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement (24) ;
    dans lequel l’unité de calcul (44) est plus précisément conçue (50, 52, 54, 56) pour exécuter :
    • une extraction (52) d’une surface de l’objet (12) dans la représentation tridimensionnelle ; et
    • un recalage tridimensionnel surfacique (56) de cette représentation tridimensionnelle sur l’objet (12) comportant :
      • un enregistrement, par interaction avec la pointe (30) du pointeur (28) lorsqu’il est manipulé par un opérateur, de localisations d’une pluralité de points surfaciques (Ps) sur la surface de l’objet (12) dans le référentiel tridimensionnel lié à l’ancillaire de référencement (24), et
      • un calcul du recalage tridimensionnel surfacique à partir de la surface de l’objet extraite (102) dans la représentation tridimensionnelle et de l’enregistrement de localisations de points surfaciques ;
    caractérisé en ce que l’unité de calcul (44) est en outre conçue (52) pour que l’extraction de surface comporte :
    • un traitement préalable (52-1) de la représentation tridimensionnelle pour y distinguer au moins une surface interne et une surface externe de l’objet (12) ;
    • une sélection (52-2) d’au moins un point de vue (PV1, PV2, PV3, PV4, PV5) extérieur à l’objet (12) dans la représentation tridimensionnelle ; et
    • une suppression (52-3) de ladite au moins une surface interne dans la représentation tridimensionnelle sur un critère d’invisibilité de cette au moins une surface interne depuis chaque point de vue sélectionné (PV1, PV2, PV3, PV4, PV5).
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