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WO2004098428A1 - Determination de la position d'un element anatomique - Google Patents

Determination de la position d'un element anatomique Download PDF

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Publication number
WO2004098428A1
WO2004098428A1 PCT/FR2004/050180 FR2004050180W WO2004098428A1 WO 2004098428 A1 WO2004098428 A1 WO 2004098428A1 FR 2004050180 W FR2004050180 W FR 2004050180W WO 2004098428 A1 WO2004098428 A1 WO 2004098428A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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patient
points
locating device
locating
imprints
Prior art date
Application number
PCT/FR2004/050180
Other languages
English (en)
Inventor
Stéphane Lavallee
Original Assignee
Perception Raisonnement Action En Medecine
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 Perception Raisonnement Action En Medecine filed Critical Perception Raisonnement Action En Medecine
Priority to US10/554,981 priority Critical patent/US20070106282A1/en
Publication of WO2004098428A1 publication Critical patent/WO2004098428A1/fr

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Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for determining the position of an anatomical element.
  • FIG. 1 represents, schematically, the body of a patient 10 placed in lateral decubitus position for a computer-assisted hip arthroplasty operation.
  • the pelvis 12 of patient 10 has been shown.
  • the position of the pelvis 12 can be defined from the positions of the following three characteristic anatomical points, represented by crosses: the two anteroposterior iliac spines 14, 16 and the pubic symphysis 18.
  • the positions of the anatomical points 14, 16, 18 are determined, at an initial instant, by means of a probe (not shown), the position of which is determined by a localization system 19. It can be an optical, magnetic localization system, ultrasonic, fiber optic, etc.
  • a calculation module (not shown), connected to the location system 19, is adapted to determine the position of the pelvis 12 from the position of the probe in a reference coordinate system Rp associated with the location system 19.
  • a rigid body 20 is fixed to the pelvis 12, for example on the iliac crest 22.
  • the localization system permanently provides the position of the rigid body 20 in the reference coordinate system Rp.
  • the location system 19 comprises, for example, means (not shown) for emitting infrared radiation which is reflected by reflective portions 22 of the rigid body 20, the reflected radiation being captured by cameras (not shown) calibrated together and carried by the localization system 19.
  • the pelvis 12 being fixed relative to the rigid body 20, the position is deduced throughout the surgical operation of the pelvis 12 in the reference coordinate system Rp from the position of the rigid body 20 in the reference coordinate system Rp.
  • the position of the pelvis 12 in the reference coordinate system Rp can be determined according to the following steps:
  • a disadvantage of such a method is that the rigid body 20 is placed on the pelvis 12 to determine the relative position between the pelvis 12 and the rigid body 20 before the preparation of the patient 10. This presents an additional risk of infection of the patient 10.
  • the rigid body 20 being temporarily withdrawn for the preparation of the patient 10, it is difficult to replace it on the iliac crest 22 exactly in the position which it occupied before the preparation of the patient 10.
  • Another conventional method for determining the determination of the position of the pelvis 12 in the reference coordinate system Rp comprises the following steps:
  • the present invention provides a device for determining the position of an anatomical element of a patient without the drawbacks mentioned above.
  • the present invention also provides a method for determining the position of an anatomical element of a patient that can be implemented prior to the patient's surgical operation and in the presence of the operating drapes.
  • a locating device intended to be pressed against the skin of a patient during a computer-assisted surgical operation, comprising at least three non-aligned impressions intended to be palpated through at least an operating field and each defining a reference point.
  • At least one imprint is a conical recess surrounded by a projecting annular rim.
  • the device comprises at least two separate mechanical parts intended to be supported on the patient's skin, each separate mechanical part comprising at least one imprint.
  • the device comprises a parallelepiped block, the three cavities being arranged on three distinct faces of the block.
  • two indentations are arranged on two parallel faces, symmetrically with respect to one another in a plane equidistant from the two parallel faces, the third indentation being arranged on a face perpendicular to the two parallel faces. , closer to one of the parallel faces.
  • the present invention also provides a method for determining the position of an anatomical element of a patient, comprising determining, at an initial instant, the position of the anatomical element from the positions of anatomical points characteristic of the patient; have, on the patient's skin, a fixed positioning device with respect to the anatomical element; determining the position of the tracking device, the anatomical element being substantially at the position determined at the initial instant; determining the relative position of the anatomical element with respect to the locating device; covering, at least partially, the locating device with at least one operating field; and determining the position of the locating device at least partially covered by said at least one operating field and deducing therefrom the position of the anatomical element.
  • the positions of anatomical points characteristic of the patient are obtained by palpation of at least three anatomical points of the patient.
  • the positions of anatomical points characteristic of the patient are obtained from ultrasound scans of the patient.
  • the positions of the tracking device are obtained by palpation of fingerprints of the tracking device.
  • the imprints of the locating device are palpated for determining the position of the locating device in the absence of said at least one operating field by means of a first probe comprising a spherical end having a first ray and the indentations of the locating device are palpated for the determination of the position of the locating device covered at least partially by said at least one operating field by means of a second probe comprising a spherical end having a second radius less than the first radius .
  • the impressions are conical recesses.
  • the positions of the imprints of the locating device determined in the absence of said at least one operating field are displayed on a display screen to facilitate palpation of the imprints of the locating device for the determination of the position of the tracking device at least partially covered by said at least one operating drape.
  • the displayed positions of the imprints of the locating device determined in the absence of said at least one operating field are corrected from the determined position of a first imprint of the locating device covered at least partially said at least one operating field.
  • FIG. 1 previously described, schematically illustrates a conventional method for determining the position of an anatomical element of a patient
  • FIG. 2 schematically illustrates an example of a method according to the invention for determining the position of the anatomical element of a patient
  • Figures 3A to 3C show views of an exemplary embodiment of a tracking device according to the invention
  • FIG. 4A is a perspective view of a variant of the locating device in FIGS.
  • FIG. 4B is a perspective view of an element of the device of Figure 4A; Figures 5A and 5B show in more detail two steps of the method illustrated in Figure 2; FIG. 6 schematically illustrates another example of a method according to the invention; Figure 7 is a perspective view of another embodiment of the device 1 according to the invention; Figures 8A and 8B show in more detail two steps of the process illustrated in Figure 6; and FIGS. 9A and 9B represent information displayed on a display screen during the implementation of the method according to the invention.
  • the same elements are designated by the same references.
  • Figure 2 shows the patient's body 10 arranged in lateral dec ⁇ bitus on an operating table (not shown).
  • a locating device 30 is applied to the skin of the patient 10.
  • the device 30 comprises a base 32 and a block 34 fixed to the base 32.
  • the block 34 comprises at least three indentations 36A, 36C .
  • a probe with a spherical tip (not shown), it is possible to obtain the position of the locating device 30 in the reference coordinate system Rp from the palpation of the imprints 36A, 36C.
  • the palpation of the imprints 36A, 36C of the locating device 30 is possible even when the latter is covered with operating drapes.
  • the locating device 30 is fixed to the patient 10 by applying the base 32 to the patient's pubis.
  • the locating device 30 is then substantially fixed relative to the basin 12.
  • An example of a method according to the invention for determining the position of the pelvis 12 comprises the following steps: placing on the patient 10 the locating device 30 according to the invention;
  • FIGS. 3A, 3B and 3C are respectively a side view, a front view, and a top section of the locating device 30 of FIG. 2.
  • the base 32 has substantially the shape of a parallelepiped plate.
  • the block 34 substantially parallelepiped, is disposed along one side of the base 32.
  • the block 34 comprises an imprint 36A, 36B, 36C in the form of a conical recess.
  • Each conical cavity 36A, 36B, 36C is surrounded by a rounded annular protruding rim 40A, 40B, 40C with respect to the corresponding face 41A, 41B, 41C of the block 34.
  • angles at the top of the cavities conical 36A, 36B, 36C are identical and equal to about 120 ° and the rounded edges 40A, 40B, 40C have a diameter of about 20 mm and a height of about 3 mm.
  • Two conical impressions 36A, 36B are produced on two parallel and opposite faces 41A, 41B of the block 34.
  • the third conical impression 36C is produced on a face 41C of the block 34 perpendicular to the faces 41A, 41B and is closer to one of the two conical impressions 36A, 36B.
  • the side 42 of the base 32 can be aligned along the pubic symphysis 18 of the patient 10 so as to facilitate palpation of the pubic symphysis when palpating the anatomical points characteristic of the patient 10 to obtain the position of the pelvis 12 in the reference coordinate system Rp at the initial instant.
  • the base 32 is not aligned with the pubic symphysis and comprises an opening by which the pubic symphysis is palpated during the determination of the position of the pelvis 12 at the initial instant.
  • the base 32 can be applied against the patient's pubis by means of a device usually used to keep the patient 10 on the operating table in lateral decubitus.
  • the locating device 30 is directly integrated into the apparatus keeping the patient in lateral decubitus.
  • the tracking device is fixed to the patient's body by an adhesive film.
  • FIG. 4A is a perspective view of a variant of the locating device 30 which is particularly advantageous when the device is integrated into an apparatus keeping the patient in lateral decubitus.
  • the locating device 30 comprises a rigid frame 44, connected to the holding device, and on which the conical impressions 36A, 36B, 36C are produced.
  • a block of foam 45 is placed on the framework 44 and is compressed against the pubic area of the patient 10 by the holding device.
  • the foam block 45 allows a uniform distribution on the pubis of the forces exerted by the holding device.
  • the frame 44 defines an opening 46 allowing the surgeon to access the foam block 45.
  • FIG. 4B is a perspective view of the foam block 45.
  • the foam block 45 is crossed by a slot 47 at which the surgeon has access through the opening 46 of the locating device 30.
  • FIG. 5A illustrates a step in the method of determining the position of the device marking 30 illustrated in FIG. 2.
  • a probe of which only one end 42 is represented by a sphere in FIG. 5A, is successively placed at the level of each conical imprint 36A, 36B, 36C.
  • the probe is equipped with a rigid body, similar to the rigid body 20 shown in FIG.
  • the points Cl, C2, C3, represented by crosses in FIG. 5A, correspond to the positions occupied by the center of the spherical end 42 of the probe when it is successively placed in the indentations 36A , 36B, 36C.
  • the two conical impressions 36A, 36B are arranged symmetrically with respect to each other so that the points C1 and C2 define a line Dl perpendicular to the faces 41A and 41B.
  • the point C3 projects onto the line Dl at a point H and the line connecting Cl to H defines a line D2 perpendicular to Dl.
  • the set of lines D1 and D2 completely defines a three-dimensional reference characteristic of the position of the locating device. So from the straight lines
  • the calculation module connected to the location system 19 defines the position of the tracking device in the reference coordinate system Rp.
  • the calculation module can number the points C1, C2, C3.
  • the conical imprint 36C is not placed at equal distance from the conical imprints 36A, 36B but is closer, for example, to the conical imprint 36B.
  • FIG. 5B illustrates a subsequent step in the method for determining the position of the tracking device 30 when operating drapes 44 cover the patient 10, and in particular the locating device 30.
  • a feeler is then used comprising a spherical end 46, represented by a sphere in FIG. 5B.
  • the hollow conical shape of the indentations 36A, 36B, 36C and the projecting shape of the rounded edges 40A, 40B, 40C define characteristic surfaces which allow the surgeon to easily identify when the probe is in a correct position on the axis of the cone of a conical impression 36A, 36B, 36C. Indeed, by sliding the probe sphere along the walls of the cone as deeply as possible, the center of the sphere is found on the axis of the cone.
  • the conical shape of the imprints 36A, 36B, 36C and the presence of the flanges 40A, 40B, 40C makes it possible, despite the presence of the operating fields 44, to define the points Cl ', C2', C3 ', represented by crosses in FIG. 5B , occupied by the center of the spherical end 46 of the probe when it is placed at the level of the conical impressions 36A, 36B, 36C.
  • the conical impressions 36A, 36B being arranged on opposite faces 41A, 41B symmetrically with respect to each other, the line Dl 'defined by the two points Cl', C2 'is identical to the line Dl in FIG. 5A .
  • the symmetry of revolution of the imprint 36C ensures that the line D2 ', defined from the point C2' and the line Dl ', is identical to the line D2.
  • the calculation module therefore determines the same position of the tracking device in the reference coordinate system Rp as that obtained in FIG. 5A if the tracking device has not moved.
  • the spherical end 46 is shown, by way of example, with a radius less than the radius of the spherical end 42 of the probe of FIG. 5A.
  • the block 34 instead of the conical imprints 36A, 36B, 36C, imprints made up of raised zones which project from the faces 41A, 41B, 41C of the locating device 30. It s 'Acts for example of pyramidal, conical, truncated surfaces, etc., distributed over the block 34 and whose position is determined by a probe of complementary shape. Compared to the previously described locating device, this amounts to inverting the geometric shapes of the impression and of the probe. According to a variant of the present invention, the block
  • 34 comprises more than three conical imprints so that at least three conical imprints are permanently accessible to the probe.
  • FIG. 6 illustrates another example of a method according to the invention for determining the position of the pelvis 12 in the reference coordinate system Rp.
  • a locating device 50 is provided, consisting of a set of tags 52, three beacons being represented in FIG. 5.
  • Each beacon comprises a conical imprint 54 which has substantially the same shape as the conical imprints 36A, 36B, 36C of the device 30 of FIGS. 3A to 3C.
  • the locating device 50 comprises at least three tags 52 and preferably five to six tags.
  • the tags 52 are distributed over the patient in locations such that the relative positions between the tags remain unchanged even if the patient 10 makes slight movements.
  • the relative position between the locating device 50 and the pelvis 12 is determined from the palpation of the tags 52.
  • FIG. 7 shows a perspective view of an exemplary embodiment of a tag 52 of Figure 6.
  • the tag 52 comprises a base 56 parallelepiped or circular. At the center of one face of the base is formed the conical imprint 54.
  • an annular border 58 surrounding the conical imprint 54 projects in relation to the base 56 and facilitates palpation of a point located on the axis of the cone of the impression 54 when the tag 52 is covered with an operating drape.
  • the base 56 includes an adhesive film 60 on the face opposite the conical impression 54 for fixing the tag 52 to the patient 10, in a similar manner to a cardiology electrode.
  • FIG. 8A illustrates a step in the method for determining the position of the locating device 50 illustrated in FIG. 6.
  • a probe of which only one end 62 is represented by a sphere of radius R in FIG. 8A, is successively placed on the axis of the cone of the impression 54 of each tag 52.
  • the conical hollow shape of the impression 54 and the projecting shape of the rounded rim surrounding the impression 54 define characteristic surfaces which allow the surgeon to easily identify when the probe is in a correct position at the conical imprint 54.
  • the location system 19 is adapted to determine the position of the center C of the spherical end 62 placed in the conical imprint 54. From the positions of the centers determined for all the tags 52, the calculation module determines the position of the tracking device 50 in the reference coordinate system Rp.
  • FIG. 8B illustrates a subsequent step in the method for determining the position of the tracking device 30 when operating drapes 44 cover the patient 10 and, more particularly, the tags 52. A feeler is then used comprising a spherical end 64, shown in FIG. 8B by a sphere of radius R 'less than R.
  • the difference between the rays R and R' corresponds substantially to the thickness of the operating field 44 covering the tag 52 so that the position of the center C of the spherical end 64 by relative to the base 56 is identical to the position determined for the center C of the spherical end 62 relative to the base 56 in FIG. 8A.
  • a thickness can be determined empirically once and for all and be memorized by the calculation module.
  • the thickness may also correspond to a parameter supplied to the calculation module before the preparation of the patient 10 and which depends on the type of operating field and probe used. From the positions of the centers determined for all the tags 52, the calculation module determines the position of the tracking device 50 in the reference coordinate system Rp.
  • the device consists of two bars. At the ends of each bar are provided conical imprints similar to the conical imprints 36A, 36B, 36C, 54 described above. The two bars are placed independently of one another on the patient. Analogously to what has been described previously for the locating device 30, the calculation module determines a straight line for each pair of symmetrical conical imprints of a bar. The calculation module also determines for each pair of conical imprints of a bar a midpoint equidistant from the conical imprints.
  • the locating device comprises a cylindrical block of axis D, possibly hollow, comprising a cylindrical outer side wall on which are distributed three imprints.
  • the determination of the axis D and of the plane comprising the three locating points associated with the impressions does not depend on the presence or the absence of operating fields and therefore on the thickness such operating fields. From the determination of the axis D and of the plane associated with the imprints, the calculation module can then determine the position of the locating device in the reference coordinate system Rp.
  • the locating device comprises a side wall on which are distributed at least three fingerprints.
  • the shape of the imprints is such that the locating points obtained by palpation of the imprints in the presence or absence of the operating fields are in the same plane and that at least one point determined from the locating points is invariant when it is determined in the presence or absence of operating fields.
  • an invariant point is for example the point corresponding to the projection of C3 (respectively of C3 ') on the right joining the points Cl and C2 (respectively Cl' and C2 ') .
  • an invariant point is for example the point equidistant from the locating points.
  • an intermediate element in the form of a clamp may be used for palpating the locating device.
  • the element in the form of a clamp comprises hooks which can cooperate with the imprints of the locating device to ensure the attachment of the clip-shaped element on the locating device.
  • the clip-shaped element can be fixed to the locating device in the absence of operating fields or with one or more operating fields interposed between the locating device and the clip-shaped element.
  • Such a clip-shaped element itself includes imprints intended to be palpated, for example by a probe having a spherical end.
  • the clip-shaped element is designed so that the indentations of the clip-shaped element are in the same relative positions with respect to the locating device when the clip-shaped element is fixed to the locating device.
  • the clip-shaped element comprises three hooks connected to a base on which the impressions of the clip-shaped element are arranged .
  • An actuating mechanism makes it possible to move the hooks simultaneously and identically so that each end of a hook comes to bear against an imprint of the locating device, possibly with the interposition of operating fields, the cooperation of the three hooks with the imprints of the locating device ensuring the attachment of the clip-shaped element on the locating device.
  • FIG. 9A represents a display screen 70 connected to the calculation module on which the calculation module can display information to help the surgeon find the conical impressions 36A, 36B, 36C, 54 covered with the operating fields.
  • the calculation module displays a image 72 representing a part of the pelvis 12 or of any other anatomical element of the patient on which the positions, represented by circles 74, of the conical imprints 36A, 36B, 36C, 54 are superimposed as determined in the reference coordinate system Rp during palpation of the locating device 30, 50 in the absence of the operating fields.
  • the calculation module also displays an image 76 representing the position of the probe with respect to the conical imprints 36A, 36B, 36C, 54 in the reference coordinate system Rp, at any angle of view.
  • the surgeon can then more easily find the positions of the conical impressions 36A, 36B, 36C, 54 when the locating device 30, 50 is covered with operating drapes. It is assumed that the location system 19 and therefore the reference coordinate system Rp is substantially fixed.
  • the calculation module can assign a number to the conical imprints determined during palpation of the locating device 30, 50 in the absence of the operating fields.
  • the next conical impression to be palpated by the surgeon according to the numbering order can then be represented by a symbol 78 different from the symbol 74 used for the other conical impressions. More detailed information can be displayed in a window 80 inserted on the display screen 70.
  • FIG. 9B illustrates an example of information displayed on window 80.
  • a first symbol 82 for example a circle, placed in the center of window 80 corresponds to the position of the next conical imprint to be palpated by the surgeon according to numbering order.
  • a second symbol 84 for example a cross, corresponds to the position of the projection of the center of the end of the probe on a particular plane, for example the plane perpendicular to the axis of the conical imprint associated with the first symbol 82 and containing the top of the conical footprint.
  • Graduated axes 85, 86 make it possible to assess the distance in this plane between the end of the probe and the conical impression to be probed.
  • the distance separating a cursor 87 from a reference bar 88 is representative of the distance separating the end of the probe and the conical imprint to be probed in the direction perpendicular to the previously defined plane. The surgeon can then more easily find the next conical impression to be palpated.
  • the calculation module can apply a translation to the symbols displayed on the display screen 70 corresponding to the other conical imprints 36, 54 not yet palpated equal to the translation between the position of the first conical impression obtained in the absence of operating fields and the newly determined position of the first impression in the presence of operating fields. This compensates for a possible displacement of the localization system 19 or of the patient 10.
  • the calculation module can implement conventional methods of registering points (for example according to a method least squares) to eliminate the points obtained by palpation of conical impressions whose positions deviate the most from the planned positions or to allow the surgeon to palpate again the conical impressions corresponding to the points judged to be incorrect.
  • the positions of the characteristic anatomical points are obtained with a localized ultrasound probe which transmits two-dimensional images to the calculation module and whose position and orientation are constantly measured in the reference coordinate system Rp using a rigid body attached to the probe and which is similar to the rigid body shown in Figure 2.
  • the images can be displayed on a screen.
  • the positions of the characteristic anatomical points are, for example, obtained in the following way:
  • the surgeon visually analyzes the two-dimensional images provided by the ultrasound probe and designates points using a mouse or a touch screen; - the calculation module analyzes two-dimensional images and automatically locates points with remarkable properties; or
  • the calculation module determines from two-dimensional images a set of points in a three-dimensional space and deforms a three-dimensional basin model from the set of determined points to obtain a three-dimensional surface representative of the patient's pelvis 10.
  • the positions of the characteristic anatomical points can then be obtained by searching for points on the three-dimensional surface having particular geometric properties or simply resulting from the deformation of the corresponding anatomical points on the deformed model.
  • the anatomical characteristic points of the patient 10 are point clouds which can constitute portions of curved lines or surfaces. These points, these lines and these surfaces can be readjusted with three-dimensional images of the patient of the scanner or magnetic resonance type according to conventional registration procedures. By combination, the position of these three-dimensional images will be obtained in the coordinate system linked to the rigid body 20 once the fields have been set up.
  • the present invention has numerous advantages: Firstly, it makes it possible to easily palpate anatomical points or surfaces on a patient in the absence of sterile fields, and to find these points or surfaces in a reference associated with a rigid body fixed to the patient a once the sterile drapes are in place, even if the patient has moved between the two phases. Secondly, it allows the position of an anatomical element of a patient to be determined, a position used during a computer-assisted surgical operation, while limiting the risks of further infection of the patient. Thirdly, it allows the position of the anatomical element to be determined even if the patient is covered with operating drapes.
  • the locating device according to the invention is placed on the patient at a region against which generally supports the device for holding the patient in lateral decubitus so that the device according to the invention does not disturb not the surgeon's movements during the operation.
  • the present invention is susceptible to various variants and modifications which will appear to those skilled in the art.
  • the present invention has been described for a computer-assisted hip replacement. It is clear that the present invention can find an application for any computer-assisted operation in which the position of an anatomical element of the patient must be permanently determined even if the patient is covered with operating drapes.
  • the present invention can be applied to a cranial surgery operation in which anatomical points or surfaces can be located on the patient's skin before the establishment of operating drapes and in which the method and the device according to the present invention for finding these positions after setting up the operating drapes, and thus compensating for any movement of the patient between the two phases.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de détermination de la position d'un élément anatomique (12) d'un patient (10) consis­tant à déterminer, à un instant initial, la position de l'élé­ment anatomique à partir des positions de points anatomiques (14, 16, 18) caractéristiques du patient ; disposer, sur la peau du patient, un dispositif de repérage (30) fixe par rapport à l'élément anatomique ; déterminer la position du dispositif de repérage, l'élément anatomique étant sensiblement à la position déterminée à l'instant initial ; déterminer la position relative de l'élément anatomique par rapport au dispositif de repérage ; recouvrir, au moins partiellement, le dispositif de repérage d'au moins un champ opératoire ; et déterminer la position du dispositif de repérage recouvert au moins partiellement dudit au moins un champ opératoire et en déduire la position de l'élément anatomique.

Description

DETERMINATION DE LA POSITION D'UN ELEMENT ANATOMIQUE
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détermination de la position d'un élément anatomique.
Lors d'une opération chirurgicale assistée par ordinateur, il peut être nécessaire de déterminer la position d'un élément anatomique d'un patient par rapport à un système de coordonnées de référence. A titre d'exemple, dans le cas d'une arthroplastie de la hanche assistée par ordinateur, on a besoin de pouvoir exprimer en permanence, dans le système de coordonnées de référence, les équations de plans caractéristiques associés au bassin du patient.
La figure 1, représente, de façon schématique, le corps d'un patient 10 placé en décubitus latéral pour une opération d' arthroplastie de la hanche assistée par ordinateur. Le bassin 12 du patient 10 a été représenté. A un instant donné, la position du bassin 12 peut être définie à partir des positions des trois points anatomiques caractéristiques suivants, représentés par des croix : les deux épines iliaques antéropostérieures 14, 16 et la symphyse pubienne 18. Les positions des points anatomiques 14, 16, 18 sont déterminées, à un instant initial, au moyen d'un palpeur (non représenté) dont la position est déterminée par un système de localisation 19. Il peut s'agir d'un système de localisation optique, magnétique, à ultrasons, à fibre optique, etc. Un module de calcul (non représenté) , relié au système de localisation 19, est adapté à déterminer la position du bassin 12 à partir de la position du palpeur dans un système de coordonnées de référence Rp associé au système de localisation 19.
Au cours de l'opération, il est nécessaire de suivre en permanence la position du bassin 12. Pour ce faire, un corps rigide 20 est fixé au bassin 12, par exemple sur la crête iliaque 22. Le système de localisation fournit en permanence la position du corps rigide 20 dans le système de coordonnées de référence Rp. Pour ce faire, le système de localisation 19 comprend, par exemple, un moyen (non représenté) pour émettre un rayonnement infrarouge qui est réfléchi par des portions réfléchissantes 22 du corps rigide 20, le rayonnement réfléchi étant capté par des caméras (non représentées) calibrées entre elles et portées par le système de localisation 19. Le bassin 12 étant fixe par rapport au corps rigide 20, on déduit tout au long de l'opération chirurgicale la position du bassin 12 dans le système de coordonnées de référence Rp à partir de la position du corps rigide 20 dans le système de coordonnées de référence Rp.
Pour obtenir la position relative entre le bassin 12 et le corps rigide 20, il est nécessaire de déterminer les positions du bassin 12 et du corps rigide 20 à des instants très proches pour éviter une perturbation des mesures due aux déplacements du patient 10 ou du système de localisation 19. Pour ce faire, la détermination de la position du bassin 12 dans le système de coordonnées de référence Rp peut être effectuée selon les étapes suivantes :
- fixation du corps rigide 20 sur la crête iliaque 22 du bassin 12 du patient 10 mis en décubitus latéral et détermination de la position du corps rigide 20 dans le système de coordonnées de référence Rp ;
- détermination des positions des trois points anatomiques caractéristiques 14, 16, 18 dans le système de coordonnées de référence Rp et détermination de la position relative entre le bassin 12 et le corps rigide 20 ;
- retrait du corps rigide 20 ;
- préparation du patient pour l'opération, notamment mise en place des champs opératoires (non représentés) pour délimiter la zone d'opération ;
- remise en place reproductible du corps rigide 20 ; et
- détermination en permanence de la position du corps rigide 20, et par conséquent de la position du bassin 12 dans le système de coordonnées de référence Rp.
Un inconvénient d'un tel procédé est que le corps rigide 20 est mis en place sur le bassin 12 pour déterminer la position relative entre le bassin 12 et le corps rigide 20 avant la préparation du patient 10. Ceci présente un risque d'infection supplémentaire du patient 10. En outre, le corps rigide 20 étant temporairement retiré pour la préparation du patient 10, il est difficile de le replacer sur la crête iliaque 22 exactement à la position qu'il occupait avant la préparation du patient 10.
Un autre procédé classique de détermination de la détermination de la position du bassin 12 dans le système de coordonnées de référence Rp comprend les étapes suivantes :
- préparation du patient 10, notamment mise du patient 10 en décubitus latéral, et installation des champs opératoires ;
- réalisation d'une incision pour accéder à la zone à opérer ;
- mise en place du corps rigide 20 sur le bassin 12 par l'incision réalisée précédemment et détermination en permanence de la position du corps rigide 20 dans le système de coordonnées de référence Rp ; et
- palpation des trois points anatomiques caractéristiques 14, 16, 18 et détermination de la position relative entre le bassin 12 et le corps rigide 20. Un inconvénient d'un tel procédé est que la palpation des points anatomiques caractéristiques 14, 16, 18 est très délicate car ces derniers sont alors difficilement accessibles, notamment en raison des champs opératoires recouvrant le corps du patient 10.
La présente invention propose un dispositif de détermination de la position d'un élément anatomique d'un patient ne présentant pas les inconvénients précédemment mentionnés .
La présente invention propose également un procédé de détermination de la position d'un élément anatomique d'un patient pouvant être mis en oeuvre préalablement à l'opération chirurgicale du patient et en présence des champs opératoires .
Dans ce but, elle prévoit un dispositif de repérage destiné à être mis en appui sur la peau d'un patient lors d'une opération chirurgicale assistée par ordinateur, comprenant au moins trois empreintes non alignées destinées à être palpées au travers d'au moins un champ opératoire et définissant chacune un point de repérage .
Selon un autre aspect de 1 ' invention, au moins une empreinte est un evidement conique entouré d'un rebord annulaire en saillie .
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif comporte au moins deux pièces mécaniques distinctes destinées à être mises en appui sur la peau du patient, chaque pièce méca- nique distincte comprenant au moins une empreinte.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif comporte un bloc parallélépipédique, les trois empreintes étant disposées sur trois faces distinctes du bloc .
Selon un autre aspect de 1 ' invention, deux empreintes sont disposées sur deux faces parallèles, symétriquement l'une par rapport à 1 ' autre selon un plan équidistant aux deux faces parallèles, la troisième empreinte étant disposée sur une face perpendiculaire aux deux faces parallèles, plus près de l'une des faces parallèles. La présente invention prévoit également un procédé de détermination de la position d'un élément anatomique d'un patient consistant à déterminer, à un instant initial, la position de l'élément anatomique à partir des positions de points anatomiques caractéristiques du patient ; disposer, sur la peau du patient, un dispositif de repérage fixe par rapport à 1 ' élément anatomique ; déterminer la position du dispositif de repérage, l'élément anatomique étant sensiblement à la position déterminée à 1 ' instant initial ; déterminer la position relative de l'élément anatomique par rapport au dispositif de repérage ; recouvrir, au moins partiellement, le dispositif de repérage d ' au moins un champ opératoire ; et à déterminer la position du dispositif de repérage recouvert au moins partiellement dudit au moins un champ opératoire et en déduire la position de 1 ' élément anatomique .
Selon un autre aspect de 1 ' invention, les positions de points anatomiques caractéristiques du patient sont obtenues par palpation d'au moins trois points anatomiques du patient.
Selon un autre aspect de 1 ' invention, les positions de points anatomiques caractéristiques du patient sont obtenues à partir d' échographies du patient.
Selon un autre aspect de 1 ' invention, les positions du dispositif de repérage sont obtenues par palpation d'empreintes du dispositif de repérage. Selon un autre aspect de l'invention, les empreintes du dispositif de repérage sont palpées pour la détermination de la position du dispositif de repérage en l'absence dudit au moins un champ opératoire au moyen d'un premier palpeur comprenant une extrémité sphérique ayant un premier rayon et les empreintes du dispositif de repérage sont palpées pour la détermination de la position du dispositif de repérage recouvert au moins partiellement dudit au moins un champ opératoire au moyen d'un second palpeur comprenant une extrémité sphérique ayant un second rayon inférieur au premier rayon. Selon un autre aspect de 1 ' invention, les empreintes sont des évidements coniques .
Selon un autre aspect de 1 ' invention, les positions des empreintes du dispositif de repérage déterminées en 1 ' absence dudit au moins un champ opératoire sont affichées sur un écran d'affichage pour faciliter la palpation des empreintes du dispositif de repérage pour la détermination de la position du dispositif de repérage recouvert au moins partiellement dudit au moins un champ opératoire. Selon un autre aspect de l'invention, les positions affichées des empreintes du dispositif de repérage déterminées en 1 ' absence dudit au moins un champ opératoire sont corrigées à partir de la position déterminée d'une première empreinte du dispositif de repérage recouvert au moins partiellement dudit au moins un champ opératoire.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, précédemment décrite, illustre, de façon schématique, un procédé classique de détermination de la position d'un élément anatomique d'un patient ; la figure 2 illustre, de façon schématique, un exemple de procédé selon l'invention de détermination de la position de l'élément anatomique d'un patient ; les figures 3A à 3C représentent des vues d'un exemple de réalisation d'un dispositif de repérage selon l'invention ; la figure 4A est une vue en perspective d'une variante du dispositif de repérage des figures 3A à 3C ; la figure 4B est une vue en perspective d'un élément du dispositif de la figure 4A ; les figures 5A et 5B représentent plus en détail deux étapes du procédé illustré en figure 2 ; la figure 6 illustre, de façon schématique, un autre exemple de procédé selon 1 ' invention ; la figure 7 est une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation du dispositif selon 1 ' invention ; les figures 8A et 8B représentent plus en détail deux étapes du procédé illustré en figure 6 ; et les figures 9A et 9B représentent des informations affichées sur un écran d'affichage lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Sur les différentes figures, de mêmes éléments sont désignés par de mêmes références .
La figure 2 représente le corps du patient 10 disposé en décύbitus latéral sur une table d'opération (non représentée) . Un dispositif de repérage 30 est appliqué sur la peau du patient 10. Selon le présent exemple de réalisation, le dispositif 30 comprend une embase 32 et un bloc 34 fixé à l'embase 32. Le bloc 34 comprend au moins trois empreintes 36A, 36C. Au moyen d'un palpeur à embout sphérique (non représenté) , il est possible d'obtenir la position du dispositif de repérage 30 dans le système de coordonnées de référence Rp à partir de la palpation des empreintes 36A, 36C. Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, la palpation des empreintes 36A, 36C du dispositif de repérage 30 est réalisable même lorsque ce dernier est recouvert de champs opératoires. Le dispositif de repérage 30 est fixé au patient 10 en appliquant l'embase 32 sur le pubis du patient. Le dispositif de repérage 30 est alors sensiblement fixe par rapport au bassin 12.
Un exemple de procédé selon 1 ' invention de détermination de la position du bassin 12 comprend les étapes suivantes : - mise en place sur le patient 10 du dispositif de repérage 30 selon l'invention ;
- détermination de la position du dispositif de repérage par rapport au système de coordonnées de référence Rp' ;
- détermination de la position à un instant initial du bassin 12 dans le système de coordonnées de référence Rp, par exemple par palpation de points anatomiques caractéristiques du patient 10 ; détermination de la position relative entre le bassin 12 et le dispositif de repérage 30 ; - préparation du patient 10 pour l'opération, notamment mise en place des champs opératoires (non représentés) pour délimiter la zone stérile d'opération ;
- mise en place du corps rigide 20 sur le bassin 12 du patient 10 et détermination en permanence de la position du corps rigide 12 dans le système de coordonnées de référence Rp ;
- détermination à nouveau de la position du dispositif de repérage 30 au travers des champs opératoires dans le système de coordonnées de référence Rp, et détermination de la position relative entre le dispositif de repérage 30 et le corps rigide 20 ; et
- détermination en permanence de la position du bassin 12 dans le système de coordonnées référence Rp.
Les figures 3A, 3B et 3C sont respectivement une vue de côté, une vue de face, et une coupe de dessus du dispositif de repérage 30 de la figure 2. L'embase 32 a sensiblement la forme d'une plaque parallélépipédique. Le bloc 34, sensiblement parallélépipédique, est disposé le long d'un côté de l'embase 32. Sur trois faces, le bloc 34 comprend une empreinte 36A, 36B, 36C sous la forme d'un evidement conique. Chaque empreinte conique 36A, 36B, 36C est entourée d'un rebord arrondi annulaire en saillie 40A, 40B, 40C par rapport à la face correspondante 41A, 41B, 41C du bloc 34. A titre d'exemple, les angles au sommet des empreintes coniques 36A, 36B, 36C sont identiques et égaux à environ 120° et les rebords arrondis 40A, 40B, 40C ont un diamètre d'environ 20 mm et une hauteur d'environ 3 mm. Deux empreintes coniques 36A, 36B sont réalisées sur deux faces parallèles et opposées 41A, 41B du bloc 34. La troisième empreinte conique 36C est réalisée sur une face 41C du bloc 34 perpendiculaire aux faces 41A, 41B et est plus proche de l'une des deux empreintes coniques 36A, 36B. Le côté 42 de l'embase 32 peut être aligné le long de la symphyse pubienne 18 du patient 10 de façon à faciliter la palpation de la symphyse pubienne lors de la palpation des points anatomiques caractéristiques du patient 10 pour obtenir la position du bassin 12 dans le système de coordonnées de référence Rp à l'instant initial. Selon une variante, l'embase 32 n'est pas alignée avec la symphyse pubienne et comprend une ouverture par laquelle la symphyse pubienne est palpée lors de la détermination de la position du bassin 12 à 1 ' instant initial . L'embase 32 peut être appliquée contre le pubis du patient par l'intermédiaire d'un appareil habituellement utilisé pour maintenir le patient 10 sur la table d'opération en décubitus latéral . Selon une variante de 1 ' invention, le dispositif de repérage 30 est directement intégré à l'appareil maintenant le patient en décubitus latéral. Selon une autre variante, le dispositif de repérage est fixé sur le corps du patient par un film adhésif.
La figure 4A est une vue en perspective d'une variante du dispositif de repérage 30 particulièrement avantageuse lorsque le dispositif est intégré à un appareil maintenant le patient en décubitus latéral. Le dispositif de repérage 30 comprend une ossature rigide 44, reliée à l'appareil de maintien, et sur laquelle sont réalisées les empreintes coniques 36A, 36B, 36C. Un bloc de mousse 45 est disposé sur l'ossature 44 et est comprimé contre le pubis du patient 10 par l'appareil de maintien. Le bloc de mousse 45 permet une répartition uniforme sur le pubis des efforts exercés par l'appareil de maintien. L'ossature 44 définit une ouverture 46 permettant au chirurgien d'accéder au bloc de mousse 45. La figure 4B est une vue en perspective du bloc de mousse 45. Le bloc de mousse 45 est traversée par une fente 47 à laquelle le chirurgien a accès au travers de l'ouverture 46 du dispositif de repérage 30. Avec un outil adapté, le chirurgien peut écarter les parois de la fente 47 pour libérer un passage jusqu'au pubis. Le chirurgien peut alors palper le pubis, au travers du passage ainsi libéré, pour déterminer la position de la symphyse pubienne, soit directement avec un palpeur, soit avec une sonde échographique localisée dans le système de coordonnées référence Rp. La figure 5A illustre une étape du procédé de détermination de la position du dispositif de repérage 30 illustré en figure 2. Un palpeur, dont seule une extrémité 42 est représentée par une sphère en figure 5A, est placé successivement au niveau de chaque empreinte conique 36A, 36B, 36C. Le palpeur est équipé d'un corps rigide, semblable au corps rigide 20 représenté en figure 2, de sorte que le système de localisation 19 détermine la position du palpeur et par conséquent la position du centre de l'extrémité sphérique 42 du palpeur dans le système de coordonnées de référence Rp. Les points Cl, C2, C3, représen- tés par des croix en figure 5A, correspondent aux positions occupées par le centre de 1 ' extrémité sphérique 42 du palpeur lorsqu'elle est placée successivement dans les empreintes 36A, 36B, 36C. Les deux empreintes coniques 36A, 36B sont disposées symétriquement l'une par rapport à l'autre de façon que les points Cl et C2 définissent une droite Dl perpendiculaire aux faces 41A et 41B. Le point C3 se projette sur la droite Dl en un point H et la droite reliant Cl à H définit une droite D2 perpendiculaire à Dl . L ' ensemble des droites Dl et D2 définit complètement un repère tridimensionnel caractéristique de la position du dispositif de repérage. Ainsi, à partir des droites
Dl et D2, le module de calcul relié au système de localisation 19 définit la position du dispositif de repérage dans le système de coordonnées de référence Rp.
Pour déterminer les droites Dl, D2, le module de cal- cul peut numéroter les points Cl, C2, C3. Pour éviter certaines ambiguïtés dans la numérotation, l'empreinte conique 36C n'est pas placée à égale distance des empreintes coniques 36A, 36B mais est plus proche, par exemple, de l'empreinte conique 36B.
La figure 5B illustre une étape ultérieure du procédé de détermination de la position du dispositif de repérage 30 lorsque des champs opératoires 44 recouvrent le patient 10, et notamment le dispositif de repérage 30. On utilise alors un palpeur comportant une extrémité sphérique 46, représentée par une sphère en figure 5B. La forme conique en creux des empreintes 36A, 36B, 36C et la forme en saillie des rebords arrondis 40A, 40B, 40C définissent des surfaces caractéristiques qui permettent au chirurgien d'identifier facilement quand le palpeur est dans une position correcte sur l'axe du cône d'une empreinte conique 36A, 36B, 36C. En effet, en glissant la sphère du palpeur le long des parois du cône le plus profondément possible, le centre de la sphère se retrouve sur l'axe du cône.
La forme conique des empreintes 36A, 36B, 36C et la présence des rebords 40A, 40B, 40C permet, malgré la présence des champs opératoires 44, de définir les points Cl', C2 ' , C3 ' , représentés par des croix en figure 5B, occupés par le centre de l'extrémité sphérique 46 du palpeur lorsqu'elle est placée au niveau des empreintes coniques 36A, 36B, 36C. Les empreintes coniques 36A, 36B étant disposées sur des faces opposées 41A, 41B symétriquement l'une par rapport à l'autre, la droite Dl' définie par les deux points Cl ' , C2 ' est identique à la droite Dl de la figure 5A. De même, la symétrie de révolution de l'empreinte 36C assure que la droite D2 ' , définie à partir du point C2 ' et de la droite Dl ' , est identique à la droite D2. Le module de calcul détermine donc une même position du dispositif de repérage dans le système de coordonnées de référence Rp que celle obtenue à la figure 5A si le dispositif de repérage n'a pas bougé. Dans le présent exemple de réalisation, l'extrémité sphérique 46 est représentée, à titre d'exemple, avec un rayon inférieur au rayon de l'extrémité sphérique 42 du palpeur de la figure 5A. Un avantage du dispositif de repérage 30 selon le présent exemple de réalisation est qu'il permet une détermination correcte de la position du dispositif de repérage 30 indépendamment du rayon de 1 ' extrémité du palpeur et de 1 ' épaisseur des champs opératoires 44. Selon une variante de la présente invention, on prévoit, à la place des empreintes coniques 36A, 36B, 36C, des empreintes constituées de zones en relief qui se projettent en saillie des faces 41A, 41B, 41C du dispositif de repérage 30. Il s'agit par exemple de surfaces pyramidales, coniques, tron- coniques, etc., réparties sur le bloc 34 et dont la position est déterminée par un palpeur de forme complémentaire. Par rapport au dispositif de repérage précédemment décrit, ceci revient à inverser les formes géométriques de 1 ' empreinte et du palpeur. Selon une variante de la présente invention, le bloc
34 comprend plus de trois empreintes coniques de façon qu'au moins trois empreintes coniques soient en permanence accessibles au palpeur.
La figure 6 illustre un autre exemple de procédé selon l'invention de détermination de la position du bassin 12 dans le système de coordonnées de référence Rp. Selon cet exemple, on prévoit un dispositif de repérage 50 constitué d'un ensemble de balises 52, trois balises étant représentées en figure 5. Chaque balise comprend une empreinte conique 54 qui a sensiblement la même forme que les empreintes coniques 36A, 36B, 36C du dispositif 30 des figures 3A à 3C. Le dispositif de repérage 50 comprend au moins trois balises 52 et de préférence cinq à six balises . Les balises 52 sont réparties sur le patient en des emplacements tels que les positions relatives entre les balises demeurent inchangées même si le patient 10 effectue de légers mouvements . De façon analogue à ce qui a été décrit précédemment, on détermine à partir de la palpation des balises 52 la position relative entre le dispositif de repérage 50 et le bassin 12. Après préparation du patient 10 et mise en place du corps rigide 20, on détermine la position du dispositif de repérage 50 dans le système de coordonnées de référence Rp, par palpation des balises 52 en présence des champs opératoires recouvrant le patient 10. On peut alors déterminer la position relative du dispositif de repérage 50 par rapport au corps rigide 12, la position relative du bassin 12 par rapport au corps rigide 20, et donc déterminer la position du bassin 12 dans le système de coordonnées de référence Rp.
La figure 7 représente une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'une balise 52 de la figure 6. La balise 52 comprend une embase 56 parallélépipédique ou circulaire . Au centre d'une face de l'embase est réalisée l'empreinte conique 54. Comme pour le dispositif de repérage 30 des figures 3A à 3C, une bordure 58 annulaire entourant l'empreinte conique 54 se projette en saillie par rapport à l'embase 56 et facilite la palpation d'un point situé sur l'axe du cône de l'empreinte 54 lorsque la balise 52 est recouverte d'un champ opératoire. L'embase 56 comprend un film adhésif 60 sur la face opposée à l'empreinte conique 54 pour la fixation de la balise 52 au patient 10, de façon analogue à une électrode de cardiologie. Selon une variante de la présente invention, on prévoit, à la place l'empreinte conique 54, une empreinte constituée d'une zone en relief qui se projette en saillie de l'embase 56. Il s'agit par exemple de surfaces pyramidales, coniques, tron- coniques, etc. La figure 8A illustre une étape du procédé de détermination de la position du dispositif de repérage 50 illustré en figure 6. Un palpeur, dont seule une extrémité 62 est représentée par une sphère de rayon R en figure 8A, est placé successivement sur l'axe du cône de l'empreinte 54 de chaque balise 52. La forme conique en creux de l'empreinte 54 et la forme en saillie du rebord arrondi entourant 1 ' empreinte 54 définissent des surfaces caractéristiques qui permettent au chirurgien d'identifier facilement quand le palpeur est dans une position correcte au niveau de 1 ' empreinte conique 54. Le système de localisation 19 est adapté à déterminer la position du centre C de 1 ' extrémité sphérique 62 placé dans 1 ' empreinte conique 54. A partir des positions des centres déterminées pour toutes les balises 52, le module de calcul détermine la position du dispositif de repérage 50 dans le système de coordonnées de référence Rp. La figure 8B illustre une étape ultérieure du procédé de détermination de la position du dispositif de repérage 30 lorsque des champs opératoires 44 recouvrent le patient 10 et, plus particulièrement les balises 52. On utilise alors un palpeur comportant une extrémité sphérique 64, représentée en figure 8B par une sphère de rayon R' inférieur à R. La différence entre les rayons R et R' correspond sensiblement à 1 ' épaisseur du champs opératoire 44 recouvrant la balise 52 de sorte que la position du centre C de l'extrémité sphérique 64 par rapport à l'embase 56 est identique à la position déterminée pour le centre C de 1 ' extrémité sphérique 62 par rapport à 1 ' embase 56 en figure 8A. Une telle épaisseur peut être déterminée de façon empirique une fois pour toute et être mémorisée par le module de calcul. L'épaisseur peut également correspondre à un paramètre fourni au module de calcul avant la préparation du patient 10 et qui dépend du type de champ opératoire et de palpeur utilisé. A partir des positions des centres déterminées pour toutes les balises 52, le module de calcul détermine la position du dispositif de repérage 50 dans le système de coordonnées de référence Rp.
Selon un autre exemple (non représenté) de réalisation du dispositif de repérage selon 1 ' invention, le dispositif est constitué de deux barres . Aux extrémités de chaque barre sont prévues des empreintes coniques semblables aux empreintes coniques 36A, 36B, 36C, 54 décrites précédemment. Les deux barres sont placées indépendamment 1 'une de 1 ' autre sur le patient . De façon analogue à ce qui a été décrit précédemment pour le dispositif de repérage 30, le module de calcul détermine une droite pour chaque paire d' empreintes coniques symétriques d'une barre. Le module de calcul détermine également pour chaque paire d'empreintes coniques d'une barre un point milieu équidis- tant des empreintes coniques. Un avantage d'un tel dispositif de repérage est que pour chaque barre, la détermination de la droite et du point milieu ne dépend pas de la présence ou de 1 ' absence des champs opératoires et donc de leur éventuelle épaisseur. A partir des deux droites et des deux points milieux, le module de calcul peut alors déterminer la position du dispositif de repérage dans le système de coordonnées de référence Rp. Selon un autre exemple (non représenté) de réalisation du dispositif de repérage selon 1 ' invention, le dispositif de repérage comprend un bloc cylindrique d'axe D, éventuellement creux, comprenant une paroi latérale extérieure cylindrique sur laquelle sont réparties trois empreintes. Un avantage d'un tel dispositif de repérage est que la détermination de l'axe D et du plan comprenant les trois points de repérage associés aux empreintes ne dépend pas de la présence ou de 1 ' absence de champs opératoires et donc de 1 ' épaisseur de tels champs opératoires . A partir de la détermination de 1 ' axe D et du plan associé aux empreintes, le module de calcul peut alors déterminer la position du dispositif de repérage dans le système de coordonnées de référence Rp.
De façon plus générale, le dispositif de repérage comprend une paroi latérale sur laquelle sont réparties au moins trois empreintes. La forme des empreintes est telle que les points de repérage obtenus par palpation des empreintes en présence ou en 1 ' absence des champs opératoires soient dans un même plan et qu'au moins un point déterminé à partir des points de repérage soit invariant lorsqu' il est déterminé en présence ou en l'absence de champs opératoires. Pour le dispositif de repérage représenté aux figures 5A et 5B, un tel point invariant est par exemple le point correspondant à la projection de C3 (respectivement de C3 ' ) sur la droite joignant les points Cl et C2 (respectivement Cl' et C2 ' ) . Pour un dispositif de repérage cylindrique, un point invariant est par exemple le point équidistant des points de repérage.
Dans les exemples de réalisation précédemment décrits, on a utilisé un palpeur comportant une extrémité sphérique.
Toutefois, un élément intermédiaire en forme de pince peut être utilisé pour la palpation du dispositif de repérage. L'élément en forme de pince comprend des crochets qui peuvent coopérer avec les empreintes du dispositif de repérage pour assurer la fixation de 1 ' élément en forme de pince sur le dispositif de repérage . L' élément en forme de pince peut se fixer sur le dispositif de repérage en l'absence de champs opératoires ou avec un ou plusieurs champs opératoires interposés entre le dispositif de repérage et 1 ' élément en forme de pince . Un tel élément en forme de pince comporte lui-même des empreintes destinées à -être palpées, par exemple par un palpeur comportant une extrémité sphérique. L'élément en forme de pince est conçu de façon que les empreintes de 1 ' élément en forme de pince se trouvent aux mêmes positions relatives par rapport au dispositif de repérage lorsque 1 ' élément en forme de pince est fixé sur le dispositif de repérage en présence ou en 1 ' absence de champs opératoires. La position du dispositif de repérage dans le système de coordonnées de référence Rp obtenue à partir de la position de 1 ' élément en forme de pince est alors identique en 1 ' absence ou en présence de champs opératoires . A titre d'exemple, pour un dispositif de repérage cylindrique comportant trois empreintes sur la paroi latérale cylindrique extérieure, 1 ' élément en forme de pince comprend trois crochets reliés à une base sur laquelle sont disposées les empreintes de 1 ' élément en forme de pince. Un mécanisme d'actionnement permet de déplacer simultanément et de façon identique les crochets de façon que chaque extrémité d'un crochet vienne en appui contre une empreinte du dispositif de repérage, éventuellement avec interposition de champs opératoires, la coopération des trois crochets avec les empreintes du dispositif de repérage assurant la fixation de 1 ' élément en forme de pince sur le dispositif de repérage .
La figure 9A représente un écran d'affichage 70 relié au module de calcul sur lequel le module de calcul peut afficher des informations pour aider le chirurgien à retrouver les empreintes coniques 36A, 36B, 36C, 54 recouvertes des champs opératoires. A titre d'exemple, le module de calcul affiche une image 72 représentant une partie du bassin 12 ou de tout autre élément anatomique du patient sur laquelle sont superposées les positions, représentées par des cercles 74, des empreintes coniques 36A, 36B, 36C, 54 telles que déterminées dans le système de coordonnées de référence Rp lors de la palpation du dispositif de repérage 30, 50 en l'absence des champs opératoires. Le module de calcul affiche également une image 76 représentant la position du palpeur par rapport aux empreintes coniques 36A, 36B, 36C, 54 dans le système de coordonnées de référence Rp, selon un angle de vue quelconque. Le chirurgien peut alors retrouver plus facilement les positions des empreintes coniques 36A, 36B, 36C, 54 lorsque le dispositif de repérage 30, 50 est recouvert de champs opératoires. On suppose que le système de localisation 19 et donc le système de coordon- nées de référence Rp est sensiblement fixe. En outre, le module de calcul peut attribuer un numéro aux empreintes coniques déterminées lors de la palpation du dispositif de repérage 30, 50 en l'absence des champs opératoires. La prochaine empreinte conique devant être palpée par le chirurgien selon 1 ' ordre de numérotation peut alors être représentée par un symbole 78 différent du symbole 74 utilisé pour les autres empreintes coniques . Des informations plus détaillées peuvent être affichées dans une fenêtre 80 insérée sur l'écran d'affichage 70.
La figure 9B illustre un exemple d'informations affi- chées sur la fenêtre 80. Un premier symbole 82, par exemple un cercle, placé au centre de la fenêtre 80 correspond à la position de la prochaine empreinte conique devant être palpée par le chirurgien selon l'ordre de numérotation. Un second symbole 84, par exemple une croix, correspond à la position de la projection du centre de 1 ' extrémité du palpeur sur un plan particulier, par exemple le plan perpendiculaire à l'axe de 1 ' empreinte conique associé au premier symbole 82 et contenant le sommet de l'empreinte conique. Des axes gradués 85, 86 permettent d'apprécier la distance dans ce plan entre l'extrémité du palpeur et l'empreinte conique à palper. La distance séparant un curseur 87 d'une barre de référence 88 est représentative de la distance séparant 1 ' extrémité du palpeur et 1 ' empreinte conique à palper selon la direction perpendiculaire au plan précédemment défini . Le chirurgien peut alors retrouver plus facilement la prochaine empreinte conique à palper.
Après avoir trouvé la première empreinte conique 36A, 36B, 36C, 54, le module de calcul peut appliquer une translation aux symboles affichées sur l'écran d'affichage 70 correspondant aux autres empreintes coniques 36, 54 non encore palpées égale à la translation entre la position de la première empreinte conique obtenue en l'absence de champs opératoires et la position nouvellement déterminée de la première empreinte en présence des champs opératoires . Ceci compense un éventuel déplacement du système de localisation 19 ou du patient 10. Lorsqu'on utilise un nombre d'empreintes coniques supérieur à trois, le module de calcul peut mettre en oeuvre des méthodes classiques de recalage de points (par exemple selon une méthode des moindres carrées) pour éliminer les points obtenus par palpation d'empreintes coniques dont les positions s ' écartent le plus des positions prévues ou pour permettre au chirurgien de palper à nouveau les empreintes coniques correspondant aux points jugés incorrects.
Selon une variante de la présente invention, les positions des points anatomiques caractéristiques sont obtenues avec une sonde echographique localisée qui transmet des images à deux dimensions au module de calcul et dont la position et l'orientation sont constamment mesurées dans le système de coordonnées de référence Rp à l'aide d'un corps rigide adjoint à la sonde et qui est semblable au corps rigide représenté en figure 2. Les images peuvent être affichées sur un écran. Les positions des points anatomiques caractéristiques sont, par exemple, obtenues de la façon suivante :
- le chirurgien analyse visuellement les images à deux dimensions fournies par la sonde echographique et désigne des points à l'aide d'une souris ou d'un écran tactile ; - le module de calcul analyse les images à deux dimensions et repère automatiquement des points ayant des propriétés remarquables; ou
- le module de calcul détermine à partir des images à deux dimensions un ensemble de points dans un espace à trois dimensions et déforme un modèle à trois dimensions de bassin à partir de 1 ' ensemble de points déterminés pour obtenir une surface à trois dimensions représentative du bassin du patient 10. Les positions des points anatomiques caractéristiques peuvent alors être obtenues en recherchant des points de la surface à trois dimensions ayant des propriétés géométriques particulières ou simplement résultant de la déformation des points anatomiques correspondants sur le modèle déformé.
Selon une autre variante de l'invention, les points caractéristiques anatomiques du patient 10 sont des nuages de points qui peuvent constituer des portions de lignes courbes ou de surfaces. Ces points, ces lignes et ces surfaces peuvent être recalées avec des images tridimensionnelles du patient de type scanner ou résonance magnétique selon des procédés de recalage classiques. Par combinaison on obtiendra la position de ces images tridimensionnelles dans le système de coordonnées lié au corps rigide 20 une fois les champs mis en place.
La présente invention présente de nombreux avantages : Premièrement, elle permet de palper facilement des points ou surfaces anatomiques sur un patient en l'absence des champs stériles, et de retrouver ces points ou surfaces dans un repère associé à un corps rigide fixé au patient une fois les champs stériles mis en place, même si le patient a bougé entre les deux phases . Deuxièmement, elle permet la détermination de la position d'un élément anatomique d'un patient, position utilisée au cours d'une opération chirurgicale assistée par ordinateur, tout en limitant les risques d'infection supplémentaire du patient. Troisièmement, elle permet la détermination de la position de 1 ' élément anatomique même si le patient est recouvert de champs opératoires .
Quatrièmement, le dispositif de repérage selon l'invention est mis en place sur le patient au niveau d'une région contre laquelle vient généralement en appui 1 ' appareil de maintien du patient en décubitus latéral si bien que le dispositif selon 1 ' invention ne perturbe pas les mouvements du chirurgien lors de l'opération. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, la présente invention a été décrite pour une arthroplastie de la hanche assistée par ordinateur. Il est clair que la présente invention peut trouver une application pour toute opération assistée par ordinateur dans laquelle la position d'un élément anatomique du patient doit être déterminée en permanence même si le patient est recouvert de champs opératoires. A titre d'exemple, la présente invention peut s'appliquer à une opération de chirurgie crânienne dans laquelle on peut repérer des points ou des surfaces anatomiques sur la peau du patient avant mise en place de champs opératoires et dans laquelle on utilise le procédé et le dispositif selon la présente invention pour retrouver ces positions après mise en place des champs opératoires, et compenser ainsi un mouvement éventuel du patient entre les deux phases.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de repérage (30) destiné à être mis en appui sur la peau d'un patient (10) lors d'une opération chirurgicale assistée par ordinateur, comprenant au moins trois empreintes (36A, 36B, 36C) non alignées susceptibles d'être palpées au travers d'au moins un champ opératoire (44) et définissant des premiers points de repérage (Cl, C2, C3) en 1 ' absence du au moins un champ opératoire et des seconds points de repérage (Cl ' , C2 ' , C3 ' ) , distincts des premiers points de repérage, en présence du champ opératoire, le dispositif comprenant une pièce mécanique (30) comportant une paroi latérale (41A, 41B, 41C) , les trois empreintes (36A, 36B, 36C) étant disposées sur la paroi latérale de sorte que les premiers points de repérage et les seconds points de repérage sont coplanaires .
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel au moins une empreinte (36A, 36B, 36C, 54) est un evidement conique entouré d'un rebord (40A, 40B, 40C, 58) annulaire en saillie.
3. Dispositif selon la revendication 1, comportant un bloc cylindrique, les trois empreintes étant disposées sur la paroi cylindrique extérieure du bloc.
4. Dispositif selon la revendication 1 , comportant un bloc parallélépipédique (34) , les trois empreintes (36A, 36B, 36C) étant disposées sur trois faces distinctes (41A, 41B, 41C) du bloc.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel deux empreintes (36A, 36B) sont disposées sur deux faces parallèles (41A, 41B) , symétriquement l'une par rapport à l'autre selon un plan équidistant aux deux faces parallèles, la troisième empreinte (36C) étant disposée sur une face (36C) perpendiculaire aux deux faces parallèles, plus près de l'une des faces parallèles .
6. Procédé de détermination de la position d'un élément anatomique (12) d'un patient (10) comprenant les étapes suivantes : - déterminer, à un instant initial, la position de l'élément anatomique à partir des positions de points anatomiques (14, 16, 18) caractéristiques du patient ;
- disposer, sur la peau du patient, un dispositif de repérage (30, 50) fixe par rapport à l'élément anatomique ;
- déterminer la position du dispositif de repérage, 1 ' élément anatomique étant sensiblement à la position déterminée à 1 ' instant initial ; déterminer la position relative de l'élément anatomique par rapport au dispositif de repérage ;
- recouvrir, au moins partiellement, le dispositif de repérage d'au moins un champ opératoire (44) ; et
- déterminer la position du dispositif de repérage recouvert au moins partiellement dudit au moins un champ opératoire et en déduire la position de l'élément anatomique.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel les positions de points anatomiques (14, 16, 18) caractéristiques du patient sont obtenues par palpation d'au moins trois points anatomiques (14, 16, 18) du patient (10) .
8. Procédé selon la revendication 6, dans lequel les positions de points anatomiques (14, 16, 18) caractéristiques du patient sont obtenues à partir d' échographies localisées du patient (10) .
9. Procédé selon la revendication 6, dans lequel les positions du dispositif de repérage (30, 50) sont obtenues par palpation d'empreintes (36A, 36B, 36D, 54) du dispositif de repérage (30, 50) .
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel les empreintes (36A, 36B, 36D, 54) du dispositif de repérage (30, 50) sont palpées pour la détermination de la position du dispositif de repérage en l'absence dudit au moins un champ opératoire (44) au moyen d'un premier palpeur comprenant une extrémité sphérique (62, 64) ayant un premier rayon et les empreintes (36A, 36B, 36D, 54) du dispositif de repérage (30, 50) sont palpées pour la détermination de la position du dispositif de repérage recouvert au moins partiellement dudit au moins un champ opératoire au moyen d'un second palpeur comprenant une extrémité sphérique (62, 64) ayant un second rayon inférieur au premier rayon de 1 ' épaisseur présumée des champs .
11. Procédé selon la revendication 6, dans lequel les empreintes (36A, 36B, 36D, 54) sont des évidements coniques.
12. Procédé selon la revendication 9, dans lequel les positions des empreintes (36A, 36B, 36D, 54) du dispositif de repérage (30, 50) déterminées en l'absence dudit au moins un champ opératoire (44) !Sont affichées sur un écran d'affichage (70) pour faciliter la palpation des empreintes (36A, 36B, 36D, 54) du dispositif de repérage (30, 50) pour la détermination de la position du dispositif de repérage recouvert au moins partiellement dudit au moins un champ opératoire.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel les positions affichées des empreintes (36A, 36B, 36D, 54) du dispositif de repérage (30, 50) déterminées en l'absence dudit au moins un champ opératoire (44) sont corrigées à partir de la position déterminée d'une première empreinte (36A, 36B, 36D, 54) du dispositif de repérage (30, 50) recouvert au moins partiellement dudit au moins un champ opératoire.
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