La présente invention appartient au domaine des dispositifs robotisés pour assister un praticien lors d’une intervention médicale. Notamment, l’invention concerne un robot médical collaboratif pour guider l’insertion d’un instrument médical lors d’une intervention médicale mini-invasive.The present invention belongs to the field of robotic devices for assisting a practitioner during a medical procedure. In particular, the invention relates to a collaborative medical robot for guiding the insertion of a medical instrument during a minimally invasive medical procedure.
Les interventions médicales effectuées par voie mini-invasive ou percutanée peuvent nécessiter l’insertion par un praticien d’un ou plusieurs instruments médicaux (par exemple une aiguille, une sonde, un cathéter, etc.) dans le corps d’un patient jusqu’à une certaine profondeur pour atteindre une zone anatomique cible (par exemple une tumeur dans le foie, un poumon, un rein ou un os).Minimally invasive or percutaneous medical procedures may require a practitioner to insert one or more medical instruments (e.g., a needle, probe, catheter, etc.) into a patient's body to a certain depth to reach a target anatomical area (e.g., a tumor in the liver, lung, kidney, or bone).
Afin d’améliorer la précision du geste d’insertion et de limiter les doses d’irradiation sur le patient, il est possible d’utiliser des bras robotisés commandés automatiquement. Le bras robotisé peut être équipé d’un guide-outil pour guider un instrument médical. Le praticien indique par exemple sur une image médicale pré-interventionnelle une trajectoire que l’instrument médical doit suivre pour atteindre une zone cible de l’anatomie d’intérêt du patient, et le bras robotisé se déplace automatiquement dans une position telle que le guide-outil permette de guider l’instrument médical selon la trajectoire planifiée.To improve the accuracy of the insertion procedure and limit the radiation doses to the patient, it is possible to use automatically controlled robotic arms. The robotic arm can be equipped with a tool guide to guide a medical instrument. For example, the practitioner indicates on a pre-interventional medical image a trajectory that the medical instrument must follow to reach a target area of the patient's anatomy of interest, and the robotic arm automatically moves into a position such that the tool guide allows the medical instrument to be guided along the planned trajectory.
Afin de contrôler que l’instrument médical suit la trajectoire telle que planifiée, il peut être nécessaire d’acquérir une ou plusieurs images médicales de contrôle en cours d’insertion. En effet, il arrive que la trajectoire de l’instrument médical soit déviée lorsqu’il perce la peau du patient au niveau du point d’entrée ou la surface d’un des organes (par exemple la capsule du foie) ou lorsqu’il traverse l’os cortical.In order to check that the medical instrument follows the planned trajectory, it may be necessary to acquire one or more control medical images during insertion. Indeed, the trajectory of the medical instrument may be deviated when it pierces the patient's skin at the entry point or the surface of one of the organs (for example, the liver capsule) or when it crosses the cortical bone.
Lorsque l’instrument médical est inséré, il est maintenu par le guide-outil. Pour acquérir les images médicales de contrôle, il est nécessaire de libérer l’instrument médical du guide. Après l’acquisition des images de contrôle, dans le cas où l’instrument suit la trajectoire telle que planifiée, ou dans le cas où la déviation de l’instrument par rapport à la trajectoire planifiée peut être corrigée en modifiant légèrement la trajectoire planifiée, l’insertion peut être poursuivie, ce qui nécessite de repositionner l’instrument médical dans le guide-outil. Pour effectuer ce repositionnement, il est possible d’envoyer le bras robotisé automatiquement à la position d’insertion tout en écartant manuellement l’instrument médical afin d’éviter une collision entre le guide-outil et l’instrument médical. Cette solution n’est pas optimale car elle peut entrainer une déviation de l’instrument médical par rapport à la trajectoire planifiée.When the medical instrument is inserted, it is held by the tool guide. To acquire the control medical images, it is necessary to release the medical instrument from the guide. After acquiring the control images, in the case where the instrument follows the trajectory as planned, or in the case where the deviation of the instrument from the planned trajectory can be corrected by slightly modifying the planned trajectory, the insertion can be continued, which requires repositioning the medical instrument in the tool guide. To perform this repositioning, it is possible to send the robotic arm automatically to the insertion position while manually moving the medical instrument away to avoid a collision between the tool guide and the medical instrument. This solution is not optimal because it can cause the medical instrument to deviate from the planned trajectory.
Une autre solution pourrait consister à utiliser un mode de déplacement manuel libre du bras robotisé pour repositionner l’instrument médical dans le guide-outil. Cette solution n’est pas optimale non plus car elle nécessite une très grande facilité (transparence) dans le déplacement manuel du bras robotisé (notamment pour ajuster l’orientation du guide-outil) et elle ne garantit pas une précision suffisante de positionnement du guide-outil.Another solution could be to use a free manual movement mode of the robotic arm to reposition the medical instrument in the tool guide. This solution is not optimal either because it requires great ease (transparency) in the manual movement of the robotic arm (in particular to adjust the orientation of the tool guide) and it does not guarantee sufficient precision in the positioning of the tool guide.
La demande de brevet FR3120777A1 décrit différents modes de contrôle d’un bras robotisé, dont un mode de contrôle manuel coopératif de dégagement et de retour du guide-outil vis-à-vis d’une position d’insertion prédéterminée. Dans ce mode de contrôle, il est nécessaire que le patient soit ramené exactement à la position à laquelle il était par rapport au robot avant le dégagement du guide-outil. En cas de déplacement du robot ou du patient entre le dégagement et le repositionnement du guide-outil, il n’est pas possible de ramener le guide à une position d’insertion correcte par rapport au patient. De plus, il n’est pas non plus possible de replanifier un nouveau trajet en cas de déviation de la trajectoire.Patent application FR3120777A1 describes various modes of control of a robotic arm, including a cooperative manual control mode for disengaging and returning the tool guide to a predetermined insertion position. In this control mode, it is necessary for the patient to be returned exactly to the position in which they were relative to the robot before the tool guide was disengaged. If the robot or the patient moves between the disengaging and repositioning of the tool guide, it is not possible to return the guide to a correct insertion position relative to the patient. Furthermore, it is also not possible to replan a new path in the event of a deviation from the trajectory.
La solution présentée dans la présente demande a pour objectif de remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur, notamment ceux exposés ci-avant.The solution presented in the present application aims to remedy all or part of the drawbacks of the prior art, in particular those set out above.
A cet effet, et selon un premier aspect, il est proposé un robot médical pour assister un praticien lors d’une intervention médicale mini-invasive sur une anatomie d’intérêt d’un patient. Le robot médical comporte un bras robotisé dont une extrémité distale est équipée d’un guide-outil destiné à guider l’insertion d’une partie au moins d’un instrument médical dans le corps du patient selon une trajectoire planifiée. Le guide-outil est couplé à un capteur d’effort. Le robot médical comporte une unité de contrôle configurée pour contrôler le bras robotisé afin de déplacer le guide-outil. L’unité de contrôle est configurée pour déterminer, à partir de la trajectoire planifiée, une pose d’insertion et une pose déportée du guide-outil, et pour effectuer une séquence de mouvements du bras robotisé comprenant successivement :
Le mouvement manuel coopératif est asservi pour contraindre le déplacement du guide-outil sur un plan orthogonal à la trajectoire planifiée et passant par la pose d’insertion, de telle sorte que les seuls mouvements possibles du guide-outil pendant le mouvement manuel coopératif sont une translation selon un axe principal du guide-outil et optionnellement une rotation autour de l’axe de la trajectoire planifiée, la vitesse de déplacement du guide-outil pendant le mouvement manuel coopératif étant déterminée en fonction d’un effort exercé par le praticien sur le guide-outil, ledit effort étant mesuré par le capteur d’effort.The cooperative manual movement is controlled to constrain the movement of the tool guide on a plane orthogonal to the planned trajectory and passing through the insertion pose, such that the only possible movements of the tool guide during the cooperative manual movement are a translation along a main axis of the tool guide and optionally a rotation around the axis of the planned trajectory, the speed of movement of the tool guide during the cooperative manual movement being determined as a function of a force exerted by the practitioner on the tool guide, said force being measured by the force sensor.
Cette séquence particulière de mouvements permet de repositionner le guide-outil, de façon précise et avec sécurité, pour ressaisir un instrument médical déjà partiellement inséré dans le corps du patient (par exemple après la capture d’images de contrôle). Le mouvement automatique maintient le guide-outil à une certaine distance de l’instrument médical, pour limiter les risques de collision entre le guide-outil et l’instrument. L’approche finale du guide-outil pour ressaisir l’instrument médical partiellement inséré est assurée par l’utilisateur, grâce à un mode de déplacement manuel coopératif. La précision de positionnement en orientation selon l’axe de la trajectoire planifiée est garantie par le robot. L’axe du guide-outil est contraint pendant le mouvement manuel coopératif.This particular sequence of movements allows the tool guide to be repositioned, precisely and safely, to re-grip a medical instrument already partially inserted into the patient's body (for example after capturing control images). The automatic movement keeps the tool guide at a certain distance from the medical instrument, to limit the risk of collision between the tool guide and the instrument. The final approach of the tool guide to re-grip the partially inserted medical instrument is ensured by the user, thanks to a cooperative manual movement mode. The positioning accuracy in orientation along the axis of the planned trajectory is guaranteed by the robot. The axis of the tool guide is constrained during the cooperative manual movement.
Dans des modes particuliers de réalisation, l’unité de contrôle est configurée pour déterminer une pose d’approche, et le mouvement automatique comprend successivement :
La décomposition du mouvement automatique en un mouvement libre et un mouvement prévisible permet d’apporter de la sécurité. Par son aspect répétable, l’utilisateur peut intuiter le mouvement automatique prévisible qui sera effectué entre la pose d’approche et la pose déportée. A la fin du mouvement libre (lorsque le guide-outil est à la pose d’approche), le praticien peut imaginer le mouvement prévisible qui va suivre, et s’il se rend compte qu’un obstacle l’empêche, il peut décider de ne pas le déclencher.The decomposition of the automatic movement into a free movement and a predictable movement provides security. Due to its repeatable aspect, the user can intuit the predictable automatic movement that will be performed between the approach pose and the offset pose. At the end of the free movement (when the tool guide is at the approach pose), the practitioner can imagine the predictable movement that will follow, and if he realizes that an obstacle is preventing it, he can decide not to trigger it.
Dans des modes particuliers de réalisation, l’invention peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.In particular embodiments, the invention may further comprise one or more of the following features, taken individually or in any technically possible combination.
Dans des modes particuliers de réalisation, le mouvement automatique prévisible comprend un mouvement linéaire contenu dans un plan comprenant la trajectoire planifiée et la pose d’approche.In particular embodiments, the predictable automatic motion comprises linear motion contained within a plane comprising the planned trajectory and the approach pose.
Dans des modes particuliers de réalisation, le mouvement automatique prévisible est un mouvement linéaire parallèle à la trajectoire planifiée.In particular embodiments, the predictable automatic motion is a linear motion parallel to the planned path.
Dans des modes particuliers de réalisation, le mouvement automatique prévisible comprend un mouvement linéaire contenu dans un plan orthogonal à l’axe de la trajectoire planifiée et passant par la pose d’insertion.In particular embodiments, the predictable automatic motion comprises linear motion contained in a plane orthogonal to the axis of the planned trajectory and passing through the insertion pose.
Dans des modes particuliers de réalisation, pendant le mouvement manuel coopératif, la vitesse de déplacement du guide-outil est déterminée en fonction d’un facteur de gain appliqué à l’effort exercé par le praticien, et le facteur de gain est lui aussi calculé en fonction de l’effort exercé par le praticien.In particular embodiments, during the cooperative manual movement, the speed of movement of the tool guide is determined as a function of a gain factor applied to the force exerted by the practitioner, and the gain factor is also calculated as a function of the force exerted by the practitioner.
Dans des modes particuliers de réalisation, la valeur du facteur de gain est calculée ainsi :In particular embodiments, the value of the gain factor is calculated as follows:
où G(f) est le facteur de gain, K est une constante, |f| est l’effort exercé par le praticien sur le guide-outil, Eminet Emaxcorrespondent respectivement a une valeur minimale et une valeur maximale pour l’effort exercé par le praticien.where G(f) is the gain factor, K is a constant, |f| is the force exerted by the practitioner on the tool guide, Emin and Emax correspond respectively to a minimum value and a maximum value for the force exerted by the practitioner.
Dans des modes particuliers de réalisation, la vitesse de déplacement du guide-outil est déterminée en fonction d’une distance entre une pose courante du guide-outil et la pose d’insertion.In particular embodiments, the speed of movement of the tool guide is determined based on a distance between a current pose of the tool guide and the insertion pose.
Dans des modes particuliers de réalisation, l’unité de contrôle est configurée pour interdire tout déplacement du guide-outil pendant au moins une durée prédéterminée lorsque la pose d’insertion est atteinte.In particular embodiments, the control unit is configured to prohibit any movement of the tool guide for at least a predetermined duration when the insertion position is reached.
Dans des modes particuliers de réalisation, le bras robotisé est un bras articulé présentant au moins six degrés de liberté.In particular embodiments, the robotic arm is an articulated arm having at least six degrees of freedom.
Dans des modes particuliers de réalisation, la pose d’insertion et/ou la trajectoire planifiée est déterminée à partir d’une image médicale de contrôle sur laquelle est visible l’instrument médical 15 partiellement inséré.In particular embodiments, the insertion pose and/or the planned trajectory is determined from a control medical image on which the partially inserted medical instrument 15 is visible.
Dans des modes particuliers de réalisation, le robot médical comporte une interface utilisateur configurée pour fournir une information indiquant si le guide-outil est correctement positionné pour suivre la trajectoire planifiéeIn particular embodiments, the medical robot includes a user interface configured to provide information indicating whether the tool guide is correctly positioned to follow the planned trajectory.
Dans des modes particuliers de réalisation, le robot médical comporte une interface utilisateur configurée pour fournir une information indiquant quel mouvement, parmi un ensemble de mouvements prédéfinis, est actuellement en cours ou prêt à être déclenché par une commande utilisateur. L’ensemble de mouvements prédéfinis comporte le mouvement automatique libre, le mouvement automatique prévisible et le mouvement manuel coopératif.In particular embodiments, the medical robot includes a user interface configured to provide information indicating which motion, from a set of predefined motions, is currently in progress or ready to be triggered by a user command. The set of predefined motions includes free automatic motion, predictable automatic motion, and cooperative manual motion.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures 1 à 14 qui représentent :The invention will be better understood by reading the following description, given as a non-limiting example, and made with reference to figures 1 to 14 which represent:
Dans ces figures, des références identiques d’une figure à une autre désignent des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas nécessairement à une même échelle, sauf mention contraire.In these figures, identical references from one figure to another designate identical or similar elements. For reasons of clarity, the elements represented are not necessarily to the same scale, unless otherwise indicated.
La
Tel qu’illustré sur la
L’intervention peut notamment viser à réaliser l’ablation ou la biopsie d’une tumeur dans un organe ou dans un os, à traiter une pathologie osseuse (par exemple par vertébroplastie ou cimentoplastie), ou encore à stimuler une zone anatomique particulière. L’anatomie d’intérêt peut correspondre à un organe (par exemple le foie, un poumon, un rein ou le cerveau) ou à un os (par exemple une vertèbre, un tibia, un fémur, une hanche, un os du pelvis, le bassin, etc.). L’instrument médical 15 peut être une aiguille, une électrode, une sonde, un foret, un trocart, une vis, etc.The intervention may in particular aim to perform the ablation or biopsy of a tumor in an organ or in a bone, to treat a bone pathology (for example by vertebroplasty or cementoplasty), or to stimulate a particular anatomical area. The anatomy of interest may correspond to an organ (for example the liver, a lung, a kidney or the brain) or to a bone (for example a vertebra, a tibia, a femur, a hip, a pelvic bone, the pelvis, etc.). The medical instrument 15 may be a needle, an electrode, a probe, a drill, a trocar, a screw, etc.
Dans l’exemple considéré et illustré à la
Tel qu’illustré sur la
Dans l’exemple considéré, et tel qu’illustré sur la
Lorsque l’instrument médical 15 présente une symétrie axiale pour la partie de l’instrument qui est destinée à pénétrer dans le corps du patient (c’est le cas par exemple pour une aiguille), cinq degrés de liberté sont suffisants pour guider et insérer l’instrument médical. Le degré de liberté supplémentaire permet d’être en situation de redondance et d’avoir une infinité de configurations possibles du bras robotisé permettant au guide-outil de guider l’instrument médical 15 selon la trajectoire 41 souhaitée. Cette situation de redondance est particulièrement utile pour s’adapter à l’enveloppe externe du patient ou pour assurer la visibilité de marqueurs coopérant avec un système de navigation.When the medical instrument 15 has axial symmetry for the part of the instrument that is intended to penetrate the patient's body (this is the case, for example, for a needle), five degrees of freedom are sufficient to guide and insert the medical instrument. The additional degree of freedom allows for a situation of redundancy and to have an infinite number of possible configurations of the robotic arm allowing the tool guide to guide the medical instrument 15 along the desired trajectory 41. This situation of redundancy is particularly useful for adapting to the external envelope of the patient or for ensuring the visibility of markers cooperating with a navigation system.
Les figures 4 à 6 représentent un exemple de réalisation du guide-outil 14. Dans l’exemple considéré, et tel qu’illustré sur la
Tel qu’illustré sur les figures 5 et 6, le guide-outil 14 comporte un corps 141 avec une base 142 destinée à être fixée à la bride 17 à l’aide de vis 143, ainsi qu’un système de maintien 50 comportant deux parties mobiles l’une par rapport à l’autre. Ces deux parties mobiles forment une pince permettant au système de maintien 50 de maintenir l’instrument médical 15 au niveau de l’extrémité du corps 141 du guide-outil 14 opposée à la base 142. Les deux parties mobiles du système de maintien 50 peuvent être actionnées par un système d’entrainement tel qu’un engrenage, une came, une vis à filets inversés et/ou un actionneur linéaire, afin de bloquer ou libérer l’instrument médical 15. Le guide-outil 14 permet par exemple de guider des instruments médicaux de différents diamètres. Par exemple, un tel guide permet de guider des instruments médicaux dont le diamètre est compris entre 8 et 21 gauges (8 gauges correspondent à un diamètre externe de 4.191 mm ; 21 gauges correspondent à un diamètre externe de 0.812 mm). Le système de maintien 50 définit un axe XX’ de guidage orthogonal à un axe principal ZZ’ du guide-outil 14 (l’axe principal du guide outil est dans la direction allant de la base vers le système de maintien 50).As illustrated in Figures 5 and 6, the tool guide 14 comprises a body 141 with a base 142 intended to be fixed to the flange 17 using screws 143, as well as a holding system 50 comprising two parts movable relative to each other. These two movable parts form a clamp allowing the holding system 50 to hold the medical instrument 15 at the end of the body 141 of the tool guide 14 opposite the base 142. The two movable parts of the holding system 50 can be actuated by a drive system such as a gear, a cam, a screw with reverse threads and/or a linear actuator, in order to lock or release the medical instrument 15. The tool guide 14 makes it possible, for example, to guide medical instruments of different diameters. For example, such a guide makes it possible to guide medical instruments whose diameter is between 8 and 21 gauges (8 gauges correspond to an external diameter of 4.191 mm; 21 gauges correspond to an external diameter of 0.812 mm). The holding system 50 defines a guide axis XX' orthogonal to a main axis ZZ' of the tool guide 14 (the main axis of the tool guide is in the direction going from the base towards the holding system 50).
Les figures 7 à 9 illustre un exemple de réalisation du système de maintien 50 du guide-outil 14. Ce mode de réalisation du système de maintien est similaire à celui décrit en référence aux figures 7 et 8 de la demande de brevet FR3094627A1. Dans cet exemple de réalisation, le système de maintien 50 du guide-outil 14 comporte deux mors 51, 55. Les mors 51 et 55 peuvent être entrainés entre une position fermée (telle qu’illustrée sur la
Un système de navigation (non représenté sur les figures) peut être utilisé pour fournir à l’unité de contrôle 12 du robot médical 10 des informations relatives à une pose du guide-outil 14 ou à une pose particulière que le guide-outil 14 doit atteindre. En particulier, une « pose d’insertion » est définie comme étant la pose du guide-outil 14 à laquelle il permet de guider l’instrument médical 15 selon la trajectoire 41 souhaitée et à la profondeur exacte pour atteindre le point cible 44 dans l’anatomie d’intérêt 45. Une pose du guide-outil est par exemple initialement définie dans un référentiel du système de navigation puis transformée en pose dans un référentiel du robot médical 10 par l’unité de contrôle 12.A navigation system (not shown in the figures) may be used to provide the control unit 12 of the medical robot 10 with information relating to a pose of the tool guide 14 or to a particular pose that the tool guide 14 must reach. In particular, an “insertion pose” is defined as being the pose of the tool guide 14 at which it allows the medical instrument 15 to be guided along the desired trajectory 41 and at the exact depth to reach the target point 44 in the anatomy of interest 45. A pose of the tool guide is for example initially defined in a reference frame of the navigation system and then transformed into a pose in a reference frame of the medical robot 10 by the control unit 12.
Dans la présente demande, le terme « pose » doit être compris comme signifiant « position et orientation ». La pose d’un objet est définie par rapport à un point de référence correspondant à l’origine d’un repère orthonormé (le point de référence définit la position de l’objet et le repère orthonormé définit l’orientation de l’objet).In this application, the term “pose” should be understood to mean “position and orientation”. The pose of an object is defined relative to a reference point corresponding to the origin of an orthonormal reference frame (the reference point defines the position of the object and the orthonormal reference frame defines the orientation of the object).
La « pose d’insertion » correspond à une pose du guide-outil à laquelle le guide-outil 14 présente un conduit de guidage 59 permettant de guider l’instrument médical 15 selon l’axe de la trajectoire 41 planifiée et à la profondeur exacte pour atteindre le point cible 44. Sur la
Lors de l’insertion, l’instrument médical 15 est guidé en translation par le conduit de guidage jusqu’à atteindre une position de butée (une partie de l’instrument médical vient alors en butée contre le guide-outil et empêche de poursuivre l’insertion). La pose d’insertion est définie de telle sorte que lorsque cette position de butée est atteinte, l’extrémité distale de l’instrument médical 15 se trouve au niveau du point cible 44. Dans l’exemple illustré à la
Lorsque la partie de l’instrument médical 15 destinée à pénétrer dans le corps du patient présente une symétrie axiale selon l’axe du conduit de guidage, les différentes poses du guide-outil 14 obtenues par une rotation autour de cet axe correspondent à la même pose d’insertion. Dans la présente demande, l’expression « la pose du guide-outil 14 » doit donc être interprétée comme correspondant à « la pose du conduit de guidage 59 du guide-outil 14 ».When the part of the medical instrument 15 intended to penetrate the patient's body has axial symmetry along the axis of the guide conduit, the different positions of the tool guide 14 obtained by rotation around this axis correspond to the same insertion position. In the present application, the expression "the position of the tool guide 14" must therefore be interpreted as corresponding to "the position of the guide conduit 59 of the tool guide 14".
Le système de navigation et l’unité de contrôle 12 du robot médical 10 peuvent s’échanger des données via des moyens de communication (en filaire ou sans fil). Dans l’exemple considéré, le système de navigation est un système de navigation optique (par exemple une caméra stéréoscopique infrarouge). Tel qu’illustré sur les figures 5 et 6, le guide-outil 14 comporte des plots 144 destinés à accueillir des marqueurs optiques 147. L’ensemble des marqueurs optiques 147 présents sur guide-outil 14 correspondent à une référence robot. L’utilisation d’au moins trois marqueurs optiques permet de définir un plan et donc un référentiel tridimensionnel orthonormé direct. Cela permet ainsi de déterminer la pose du référentiel formé à partir des marqueurs optiques 147 qui représentent guide-outil 14.The navigation system and the control unit 12 of the medical robot 10 can exchange data via communication means (wired or wireless). In the example considered, the navigation system is an optical navigation system (for example an infrared stereoscopic camera). As illustrated in Figures 5 and 6, the tool guide 14 comprises pads 144 intended to accommodate optical markers 147. All of the optical markers 147 present on the tool guide 14 correspond to a robot reference. The use of at least three optical markers makes it possible to define a plane and therefore a direct orthonormal three-dimensional reference frame. This thus makes it possible to determine the pose of the reference frame formed from the optical markers 147 which represent the tool guide 14.
Tel qu’illustré sur la
La pose d’insertion que doit atteindre le guide-outil 14 peut être définie à partir de la pose de la référence patient 22. Dans ce but, la référence patient 22 comprend également des marqueurs radio-opaques qui sont visibles sur une image médicale acquise par un dispositif d’imagerie médicale (par exemple par tomodensitométrie, par résonance magnétique, par ultrasons, par tomographie, par émission de positons, etc.).The insertion position to be reached by the tool guide 14 can be defined from the position of the patient reference 22. For this purpose, the patient reference 22 also includes radiopaque markers which are visible on a medical image acquired by a medical imaging device (for example by computed tomography, magnetic resonance, ultrasound, tomography, positron emission tomography, etc.).
Tel qu’illustré sur la
Les éléments radio-opaques de la référence patient 22 sont visibles sur l’image pré-interventionnelle 40. La pose de la référence patient 22 peut donc être définie dans l’image médicale. La trajectoire 41 planifiée est elle aussi visible sur l’image médicale. La pose d’insertion du guide-outil 14 permettant de suivre la trajectoire 41 peut alors être définie par rapport à la pose de la référence patient 22.The radiopaque elements of the patient reference 22 are visible on the pre-interventional image 40. The position of the patient reference 22 can therefore be defined in the medical image. The planned trajectory 41 is also visible on the medical image. The insertion position of the tool guide 14 allowing the trajectory 41 to be followed can then be defined in relation to the position of the patient reference 22.
A l'aide du système de navigation 30, le robot médical 10 peut déterminer la pose courante du guide-outil 14 et la pose de la référence patient 22. Grâce à l’image pré-interventionnelle 40, le robot médical 10 connaît la pose d’insertion que doit atteindre guide-outil 14 par rapport à la pose de la référence patient 22. L’unité de contrôle 12 peut alors être configurée pour déplacer automatiquement le bras robotisé 13 de telle sorte que le guide-outil 14 atteigne la pose d’insertion.Using the navigation system 30, the medical robot 10 can determine the current pose of the tool guide 14 and the pose of the patient reference 22. Using the pre-intervention image 40, the medical robot 10 knows the insertion pose that the tool guide 14 must reach relative to the pose of the patient reference 22. The control unit 12 can then be configured to automatically move the robotic arm 13 so that the tool guide 14 reaches the insertion pose.
Il est avantageux de contrôler, après une insertion partielle de l’instrument médical, que l’instrument médical suit bien la trajectoire 41 planifiée (il arrive en effet que la trajectoire de l’instrument médical soit déviée lorsqu’il perce la peau du patient au niveau du point d’entrée, ou lorsqu’il traverse une structure anatomique particulière). Pour ce faire, il peut être nécessaire d’acquérir une ou plusieurs images médicales de contrôle en cours d’insertion.It is advantageous to check, after a partial insertion of the medical instrument, that the medical instrument follows the planned trajectory 41 (it happens that the trajectory of the medical instrument is deviated when it pierces the patient's skin at the entry point, or when it crosses a particular anatomical structure). To do this, it may be necessary to acquire one or more control medical images during insertion.
Lorsque l’instrument médical 15 est inséré, il est maintenu par le système de maintien 50 du guide-outil 14. Pour acquérir les images médicales de contrôle, il est donc nécessaire de libérer l’instrument médical du guide. Après l’acquisition des images de contrôle, il est nécessaire de repositionner l’instrument médical 15 dans le système de maintien 50 du guide-outil 14.When the medical instrument 15 is inserted, it is held by the holding system 50 of the tool guide 14. To acquire the control medical images, it is therefore necessary to release the medical instrument from the guide. After acquiring the control images, it is necessary to reposition the medical instrument 15 in the holding system 50 of the tool guide 14.
Pour repositionner l’instrument médical 15 dans le guide-outil 14 de façon précise et avec sécurité, l’unité de contrôle 12 est configurée pour déterminer, à partir de la trajectoire 41 planifiée, au moins deux poses particulières du guide-outil 14 : une pose d’insertion et une pose déportée. L’unité de contrôle 12 est également configurée pour mettre en œuvre une séquence spécifique de mouvements du bras robotisé 13 comprenant successivement :
De façon avantageuse, l’unité de contrôle peut être configurée pour déterminer une troisième pose particulière, à savoir une pose d’approche, et le mouvement automatique peut comprendre successivement :
Les figures 10 à 13 illustrent les trois poses particulières (la pose d’insertion 103, la pose déportée 102, et la pose d’approche 101), ainsi que les mouvements successifs permettant au guide-outil 14 d’atteindre la pose d’insertion 103 depuis une position initiale 100 quelconque en passant successivement par la pose d’approche 101 et la pose déportée 102.Figures 10 to 13 illustrate the three particular poses (the insertion pose 103, the offset pose 102, and the approach pose 101), as well as the successive movements allowing the tool guide 14 to reach the insertion pose 103 from any initial position 100 by successively passing through the approach pose 101 and the offset pose 102.
Plus particulièrement, la
Comme indiqué précédemment, la pose d’insertion 103 correspond à une pose du guide-outil 14 à laquelle le guide-outil 14 présente un conduit de guidage 59 permettant de guider l’instrument médical 15 selon l’axe de la trajectoire 41 planifiée et à la profondeur exacte pour atteindre le point cible 44 (à la pose d’insertion, l’axe XX’ de guidage est confondu avec l’axe TT’ de la trajectoire planifiée).As indicated previously, the insertion position 103 corresponds to a position of the tool guide 14 in which the tool guide 14 has a guide conduit 59 making it possible to guide the medical instrument 15 along the axis of the planned trajectory 41 and at the exact depth to reach the target point 44 (at the insertion position, the guide axis XX' coincides with the axis TT' of the planned trajectory).
La pose d’insertion 103 peut être exactement identique à la pose d’insertion initiale qui a été utilisée pour effectuer l’insertion partielle de l’instrument médical 15 avant de faire les images de contrôle. C’est le cas s’il apparaît sur les images de contrôle que l’instrument médical 15 suit bien la trajectoire 41 planifiée. La pose d’insertion 103 peut toutefois également correspondre à une correction de la pose d’insertion initiale. C’est le cas par exemple s’il apparaît sur les images de contrôle que l’instrument médical 15 a légèrement dévié de la trajectoire initialement planifiée, et qu’il convient de corriger légèrement la trajectoire planifiée pour poursuivre l’intervention. La pose d’insertion 103 correspond à la pose à laquelle le guide-outil 14 va ressaisir l’instrument médical 15 partiellement inséré dans le corps du patient. C’est également la pose à laquelle le guide-outil 14 permet de finaliser l’insertion de l’instrument médical 15 jusqu’au point cible (jusqu’à la position de butée). Comme détaillé précédemment, la pose d’insertion 103 peut être déterminée par l’unité de contrôle 12 à partir d’une image médicale sur laquelle la référence patient 22 est visible et sur laquelle la trajectoire 41 peut être définie.The insertion pose 103 may be exactly identical to the initial insertion pose that was used to perform the partial insertion of the medical instrument 15 before taking the control images. This is the case if it appears on the control images that the medical instrument 15 is indeed following the planned trajectory 41. The insertion pose 103 may, however, also correspond to a correction of the initial insertion pose. This is the case, for example, if it appears on the control images that the medical instrument 15 has slightly deviated from the initially planned trajectory, and that the planned trajectory should be slightly corrected to continue the intervention. The insertion pose 103 corresponds to the pose at which the tool guide 14 will recapture the medical instrument 15 partially inserted into the patient's body. This is also the position at which the tool guide 14 allows the insertion of the medical instrument 15 to be finalized up to the target point (up to the stop position). As detailed previously, the insertion position 103 can be determined by the control unit 12 from a medical image on which the patient reference 22 is visible and on which the trajectory 41 can be defined.
La pose déportée 102 peut être définie à partir de la pose d’insertion 103. Tel qu’illustré sur la
La pose d’approche 101 peut être définie à partir de la pose déportée 102. Dans l’exemple considéré, et tel qu’illustré sur la
L’expression « mouvement automatique » signifie que le mouvement du bras robotisé 13 est réalisé de façon autonome par le robot médical 10, sans intervention du praticien pendant le mouvement (éventuellement le praticien peut déclencher le début du mouvement, mais il n’intervient pas pendant le mouvement). C’est le cas pour le mouvement automatique libre qui permet de déplacer le guide-outil 14 d’une pose initiale 100 quelconque jusqu’à la pose d’approche 101 (voir
L’expression « mouvement prévisible » signifie que le mouvement est répétable. En particulier, le mouvement permettant de déplacer le guide-outil 14 de la pose d’approche 101 à la pose déportée 102 (comme sur la
Par son aspect répétable, l’utilisateur peut intuiter le mouvement automatique prévisible qui sera effectué entre la pose d’approche 101 et la pose déportée 102. A la fin du mouvement libre (lorsque le guide-outil est à la pose d’approche 101), le praticien peut imaginer le mouvement prévisible qui va suivre, et s’il se rend compte qu’un obstacle l’empêche, il peut décider de ne pas le déclencher.By its repeatable aspect, the user can intuit the predictable automatic movement that will be carried out between the approach pose 101 and the offset pose 102. At the end of the free movement (when the tool guide is at the approach pose 101), the practitioner can imagine the predictable movement that will follow, and if he realizes that an obstacle is preventing it, he can decide not to trigger it.
Avantageusement, le mouvement automatique prévisible peut être défini de telle sorte que l’orientation de l’axe de guidage XX’ du guide-outil 14 est conservée tout au long du mouvement du guide-outil 14 entre la pose d’approche 101 et la pose déportée 102.Advantageously, the predictable automatic movement can be defined such that the orientation of the guide axis XX' of the tool guide 14 is maintained throughout the movement of the tool guide 14 between the approach position 101 and the offset position 102.
Le mouvement automatique prévisible comprend par exemple un mouvement linéaire contenu dans un plan comprenant la trajectoire planifiée 41 et la pose d’approche 101. Dans l’exemple considéré et illustré sur la
Selon un autre exemple, le mouvement automatique prévisible peut comprendre un mouvement linéaire contenu dans un plan orthogonal à l’axe TT’ de la trajectoire 41 planifiée, et passant par la pose d’insertion 103. Dans ce cas, cela correspond à une approche « par le côté ».According to another example, the predictable automatic movement may comprise a linear movement contained in a plane orthogonal to the axis TT' of the planned trajectory 41, and passing through the insertion pose 103. In this case, this corresponds to an approach "from the side".
Le mouvement manuel coopératif permettant de déplacer le guide-outil 14 de la pose déportée 102 jusqu’à la pose d’insertion 103 (voir
En particulier, la vitesse de déplacement du guide-outil 14 pendant le mouvement manuel coopératif est contrôlée par l’unité de contrôle 12 en fonction d’un effort exercé par le praticien sur le guide-outil 14. L’effort exercé par le praticien est mesuré par le capteur d’effort 16 (il correspond à la résultante des forces et des couples appliqués au niveau du guide-outil 14).In particular, the speed of movement of the tool guide 14 during the cooperative manual movement is controlled by the control unit 12 as a function of a force exerted by the practitioner on the tool guide 14. The force exerted by the practitioner is measured by the force sensor 16 (it corresponds to the resultant of the forces and torques applied to the tool guide 14).
En outre, le mouvement manuel coopératif est asservi pour contraindre le déplacement du guide-outil 14 sur un plan 104 orthogonal à la trajectoire 41 planifiée et passant par la pose d’insertion 103 (voir figures 10 et 13). Les seuls mouvements autorisés pour le guide-outil 14 pendant le mouvement manuel coopératif sont une translation selon l’axe principal ZZ’ du guide-outil 14 et optionnellement une rotation autour de l’axe TT’ de la trajectoire 41 planifiée (dans un premier exemple de réalisation, seule la translation est autorisée ; dans un autre exemple de réalisation, seules la translation et la rotation sont autorisées).Furthermore, the cooperative manual movement is controlled to constrain the movement of the tool guide 14 on a plane 104 orthogonal to the planned trajectory 41 and passing through the insertion pose 103 (see figures 10 and 13). The only movements authorized for the tool guide 14 during the cooperative manual movement are a translation along the main axis ZZ' of the tool guide 14 and optionally a rotation around the axis TT' of the planned trajectory 41 (in a first exemplary embodiment, only translation is authorized; in another exemplary embodiment, only translation and rotation are authorized).
La rotation autour de l’axe TT’ de la trajectoire 41 planifiée peut permettre d’éviter des collisions, d’optimiser la visibilité des marqueurs du guide-outil 14 pour le système de navigation, ou de satisfaire tout autre critère à la discrétion du praticien lors du déplacement manuel coopératif.Rotation around the TT’ axis of the planned trajectory 41 may allow collision avoidance, optimization of the visibility of the tool guide markers 14 for the navigation system, or satisfaction of any other criteria at the discretion of the practitioner during cooperative manual movement.
La
Dans l’exemple considéré et illustré à la figure 14, l’effort mesuré par le capteur d’effort 16 et la position du guide-outil 14 sont des données d’entrée de la boucle d’asservissement. La boucle d’asservissement est par exemple cadencée à une fréquence de 125 Hz. La boucle d’asservissement fournie en sortie une vitesse cartésienne
Pour obtenir un guidage manuel coopératif libre qui permettrait un déplacement libre dans les six dimensions de l’espace, l’algorithme calcule une vitesse de déplacement du bras robotisé permettant d’annuler l’effort ressenti par le capteur d’effort 16. Autrement dit, la différence (également appelée erreur) entre la valeur de l’effort à un instant courant (c’est-à-dire l’effort mesuré par le capteur d’effort 16 à chaque itération de la boucle d’asservissement) et la valeur de l’effort souhaité doit tendre vers zéro. L’objectif de l’algorithme est de calculer une vitesse
La vitesse de déplacement du guide-outil 14 est déterminée en fonction d’un facteur de gain appliqué à l’effort mesuré par le capteur d’effort 16. Lorsque le praticien exerce des efforts de basse amplitude, des mouvements saccadés (tremblements) sont produits. Pour éviter que le bras robotisé 13 ne reproduise ces mouvements saccadés, il est avantageux que le facteur de gain soit lui aussi calculé en fonction de l’effort exercé par le praticien. Pour cela, le correcteur PID possède une composante proportionnelle constante ainsi qu’une composante proportionnelle variable. Les valeurs de ces deux composantes sont déterminées par l’homme du métier et en fonction du matériel. La composante variable varie proportionnellement en fonction de l’effort exercé par le praticien sur le bras robotisé dans une certaine plage de valeurs et en fonction de la composante proportionnelle constante. Les efforts dus au bruit variable du capteur d’effort en fonction de sa pose courante ne sont pas considérés car la prise en compte de ces efforts conduirait à déplacer le robot même lorsqu’aucun effort n’est réellement exercé par le praticien. La valeur du facteur de gain est par exemple calculée ainsi :The speed of movement of the tool guide 14 is determined as a function of a gain factor applied to the force measured by the force sensor 16. When the practitioner exerts low amplitude forces, jerky movements (tremors) are produced. To prevent the robotic arm 13 from reproducing these jerky movements, it is advantageous for the gain factor to also be calculated as a function of the force exerted by the practitioner. For this, the PID corrector has a constant proportional component as well as a variable proportional component. The values of these two components are determined by a person skilled in the art and as a function of the equipment. The variable component varies proportionally as a function of the force exerted by the practitioner on the robotic arm within a certain range of values and as a function of the constant proportional component. The forces due to the variable noise of the force sensor as a function of its current position are not considered because taking these forces into account would lead to moving the robot even when no force is actually exerted by the practitioner. The value of the gain factor is calculated for example as follows:
où G(f) est le facteur de gain, K est une constante, |f| est l’effort exercé par le praticien sur le guide-outil (14), Eminet Emaxcorrespondent respectivement a une valeur minimale et une valeur maximale pour l’effort exercé par le praticien.where G(f) is the gain factor, K is a constant, |f| is the force exerted by the practitioner on the tool guide (14), Emin and Emax correspond respectively to a minimum value and a maximum value for the force exerted by the practitioner.
La valeur de la vitesse
La vitesse
où
Des règles de comportement haptiques peuvent ensuite être appliquées sur la vitesse
Par exemple, pour un effort constant du praticien, lorsque la distance entre la pose courante du guide-outil 14 et la pose d’insertion 103 est inférieure à un seuil, on peut envisager de faire décroître le facteur de gain décroît proportionnellement avec la distance.For example, for a constant effort from the practitioner, when the distance between the current position of the tool guide 14 and the insertion position 103 is less than a threshold, it is possible to consider decreasing the gain factor proportionally with the distance.
Selon un autre exemple, lorsque la distance entre la pose courante du guide-outil 14 et la pose d’insertion 103 est inférieure à un seuil, on peut simuler un comportement de ressort attractif en forçant la vitesse à être proportionnelle à la distance, indépendamment de l’effort exercé par le praticien. Par exemple, lorsque la distance
Selon un autre exemple, lorsque la distance entre la pose courante du guide-outil et la pose d’insertion est inférieure à un seuil, la vitesse devient constante (indépendamment de l’effort exercé par le praticien, et indépendamment de la distance entre la pose courante du guide-outil et la pose d’insertion).According to another example, when the distance between the current pose of the tool guide and the insertion pose is less than a threshold, the speed becomes constant (independently of the effort exerted by the practitioner, and independently of the distance between the current pose of the tool guide and the insertion pose).
Il est également envisageable de configurer l’unité de contrôle 12 pour interdire tout déplacement du guide-outil 14 pendant au moins une durée prédéterminée lorsque la pose d’insertion 103 est atteinte (c’est-à-dire lorsque la distance entre la pose courante du guide-outil 14 et la pose d’insertion 103 est suffisamment faible pour considérer que la pose d’insertion 103 est atteinte).It is also possible to configure the control unit 12 to prohibit any movement of the tool guide 14 for at least a predetermined duration when the insertion position 103 is reached (i.e. when the distance between the current position of the tool guide 14 and the insertion position 103 is sufficiently small to consider that the insertion position 103 is reached).
Une ou plusieurs des règles citées ci-dessus peuvent être utilisées pour fournir une ou plusieurs indications haptiques permettant au praticien de ressentir l’approche et l’atteinte de la pose d’insertion 103. En particulier, le fait d’interdire tout déplacement du guide-outil 14 pendant au moins une durée prédéterminée lorsque la pose d’insertion 103 est atteinte fournie au praticien un effet « d’encoche virtuelle ».One or more of the rules cited above may be used to provide one or more haptic indications allowing the practitioner to feel the approach and reaching of the insertion pose 103. In particular, the fact of prohibiting any movement of the tool guide 14 for at least a predetermined duration when the insertion pose 103 is reached provides the practitioner with a “virtual notch” effect.
Les différents mouvements du bras robot 13 peuvent être conditionnés par la sélection d’un mode de contrôle particulier sur une interface utilisateur (par exemple sur un écran d’affichage tactile du robot médical 10) et par l’activation du mode sélectionné à l’aide d’une pédale 19 de commande.The various movements of the robot arm 13 can be conditioned by the selection of a particular control mode on a user interface (for example on a touch display screen of the medical robot 10) and by the activation of the selected mode using a control pedal 19.
L’unité de contrôle 12 peut éventuellement être configurée pour passer automatiquement d’un mode de contrôle à l’autre, à la fin d’un mouvement particulier (par exemple, passage automatique en « mode automatique prévisible » à la fin du « mode automatique libre », ou passage automatique en « mode manuel coopératif » à la fin du « mode automatique prévisible »). Dans ce cas, l’utilisateur peut se contenter d’activer les différents mouvements successivement à l’aide de la pédale 19. L’unité de contrôle 12 peut être configurée pour quitter automatiquement le « mode manuel coopératif » lorsque la pose d’insertion 103 est atteinte par le guide-outil 14.The control unit 12 may optionally be configured to automatically switch from one control mode to another, at the end of a particular movement (for example, automatic switch to “predictable automatic mode” at the end of the “free automatic mode”, or automatic switch to “cooperative manual mode” at the end of the “predictable automatic mode”). In this case, the user may simply activate the different movements successively using the pedal 19. The control unit 12 may be configured to automatically exit the “cooperative manual mode” when the insertion position 103 is reached by the tool guide 14.
L’unité de contrôle 12 peut être configurée pour afficher (par exemple sur un écran d’affichage tactile du robot médical 10 ou sur un casque de réalité augmentée connecté au robot médical 10) une information sur la pose du guide-outil 14. En particulier, l’information affichée peut indiquer si la pose du guide-outil 14 ne peut pas être vérifiée (par exemple si un ou plusieurs marqueurs optiques 147 du guide-outil 14 ne sont pas visibles par le système de navigation). L’information affichée peut également indiquer si le guide-outil a atteint une pose particulière (pose d’approche 101, pose déportée 102 ou pose d’insertion 103).The control unit 12 may be configured to display (for example on a touch display screen of the medical robot 10 or on an augmented reality headset connected to the medical robot 10) information on the pose of the tool guide 14. In particular, the displayed information may indicate whether the pose of the tool guide 14 cannot be verified (for example if one or more optical markers 147 of the tool guide 14 are not visible by the navigation system). The displayed information may also indicate whether the tool guide has reached a particular pose (approach pose 101, offset pose 102 or insertion pose 103).
Lorsque le guide-outil 14 a atteint la pose d’insertion 103, le praticien peut finaliser l’insertion de l’instrument médical 15 dans l’anatomie d’intérêt.When the tool guide 14 has reached the insertion position 103, the practitioner can finalize the insertion of the medical instrument 15 into the anatomy of interest.
Un exemple de mise en œuvre du robot médical 10 va maintenant être décrit.An example implementation of the medical robot 10 will now be described.
Dans un premier temps, sur commande du praticien, l’unité de contrôle 12 du robot médical 10 met en œuvre un déplacement du bras robotisé 13 pour positionner automatiquement le guide-outil 14 à une pose d’insertion initiale. La pose d’insertion initiale correspond à une pose du guide-outil 14 à laquelle le guide-outil 14 présente un conduit de guidage 59 permettant de guider l’instrument médical 15 selon une trajectoire initiale planifiée sur une image médicale pré-interventionnelle. Le praticien peut alors placer l’instrument médical 15 dans le guide-outil 14 et procéder à une insertion partielle de l’instrument médical 15 dans le corps du patient.Initially, at the command of the practitioner, the control unit 12 of the medical robot 10 implements a movement of the robotic arm 13 to automatically position the tool guide 14 at an initial insertion position. The initial insertion position corresponds to a position of the tool guide 14 at which the tool guide 14 has a guide conduit 59 making it possible to guide the medical instrument 15 along an initial trajectory planned on a pre-interventional medical image. The practitioner can then place the medical instrument 15 in the tool guide 14 and proceed with a partial insertion of the medical instrument 15 into the patient's body.
Dans un deuxième temps, le praticien ouvre la pince du guide-outil 14 pour libérer l’instrument médical 15. Sur commande du praticien, le robot médical 10 passe dans un mode de contrôle manuel coopératif de dégagement pour éloigner le guide-outil 14 de l’instrument médical.In a second step, the practitioner opens the clamp of the tool guide 14 to release the medical instrument 15. At the command of the practitioner, the medical robot 10 switches to a cooperative manual release control mode to move the tool guide 14 away from the medical instrument.
Dans un troisième temps, une ou plusieurs images médicales de contrôle sont réalisées pour vérifier que l’instrument médical 15 partiellement inséré n’a pas dévié de la trajectoire planifiée. La table d’intervention sur laquelle est positionné le patient peut éventuellement être déplacée pour effectuer ces images de contrôle, puis replacée dans la zone de travail du robot médical 10.In a third step, one or more medical control images are produced to verify that the partially inserted medical instrument 15 has not deviated from the planned trajectory. The operating table on which the patient is positioned may possibly be moved to produce these control images, then replaced in the working area of the medical robot 10.
Si nécessaire, la pose d’insertion et/ou la trajectoire planifiée peut être corrigée à partir des images de contrôle (autrement dit, une nouvelle pose d’insertion différente de la pose d’insertion initiale et/ou une nouvelle trajectoire différente de la trajectoire initiale peut être déterminée). La position réelle de l’instrument médical partiellement inséré peut être prise en compte pour le calcul de la pose d’insertion, ce qui permet de ressaisir précisément l’instrument médical après une éventuelle mise à jour des données de planification à l’aide des images de contrôle.If necessary, the planned insertion pose and/or trajectory can be corrected from the control images (i.e., a new insertion pose different from the initial insertion pose and/or a new trajectory different from the initial trajectory can be determined). The actual position of the partially inserted medical instrument can be taken into account for the calculation of the insertion pose, which allows the medical instrument to be accurately recaptured after a possible update of the planning data using the control images.
La réalisation de l’image de contrôle est ainsi facilitée et permet de détecter et corriger de façon précoce une éventuelle déviation de l’instrument médical.This makes it easier to produce the control image and allows for early detection and correction of any deviation of the medical instrument.
Dans un quatrième temps, le bras robotisé 13 est contrôlé pour déplacer le guide-outil 14 selon la séquence particulière de mouvements proposée par l’invention. Cette séquence particulière de mouvements permet au guide-outil 14 de ressaisir l’instrument médical 15 partiellement inséré avec précision et sécurité. La séquence de mouvements comprend successivement un mouvement automatique libre pour déplacer le guide-outil 14 jusqu’à la pose d’approche 101, un mouvement automatique prévisible pour déplacer le guide-outil 14 de la pose d’approche 101 jusqu’à la pose déportée 102, et un mouvement manuel coopératif pour déplacer le guide-outil 14 de la pose déportée 102 jusqu’à la pose d’insertion 103.In a fourth step, the robotic arm 13 is controlled to move the tool guide 14 according to the particular sequence of movements proposed by the invention. This particular sequence of movements allows the tool guide 14 to re-grip the partially inserted medical instrument 15 with precision and safety. The sequence of movements successively comprises a free automatic movement to move the tool guide 14 to the approach position 101, a predictable automatic movement to move the tool guide 14 from the approach position 101 to the offset position 102, and a cooperative manual movement to move the tool guide 14 from the offset position 102 to the insertion position 103.
Pendant le mouvement manuel coopératif, le déplacement du guide-outil 14 est contraint sur un plan orthogonal à l’axe de l’instrument médical 15 et l’axe principal ZZ’ du guide-outil 14 est contraint dans la direction de l’instrument médical (il est seulement possible de se rapprocher ou de s’éloigner de l’instrument médical et de tourner autour de celui-ci). Lorsque le guide-outil 14 est à une certaine distance de l’instrument médical (par exemple une distance inférieure ou égale à 30 mm), le déplacement du guide-outil 14 est ralenti pour faire ressentir au praticien l’approche de la pose d’insertion et limiter le risque de collision entre le guide-outil et l’instrument médical. Le praticien peut alors ouvrir la pince du guide-outil 14 et continuer de rapprocher le guide-outil de l’instrument médical. Le comportement manuel contraint est suffisamment stable et intuitif pour qu’une seule main du praticien suffise à déplacer le guide-outil tout en maintenant la pince ouverte. Si l’alignement n’est pas parfait, le praticien peut ajuster la position de l’instrument médical en utilisant son autre main (celle qui ne manipule pas le guide instrument).During the cooperative manual movement, the movement of the tool guide 14 is constrained on a plane orthogonal to the axis of the medical instrument 15 and the main axis ZZ' of the tool guide 14 is constrained in the direction of the medical instrument (it is only possible to move closer to or further from the medical instrument and to rotate around it). When the tool guide 14 is at a certain distance from the medical instrument (for example a distance less than or equal to 30 mm), the movement of the tool guide 14 is slowed down to make the practitioner feel the approach of the insertion position and limit the risk of collision between the tool guide and the medical instrument. The practitioner can then open the clamp of the tool guide 14 and continue to move the tool guide closer to the medical instrument. The constrained manual behavior is sufficiently stable and intuitive so that a single hand of the practitioner is sufficient to move the tool guide while keeping the clamp open. If the alignment is not perfect, the practitioner can adjust the position of the medical instrument using his other hand (the one not manipulating the instrument guide).
Optionnellement, une fois arrivé à très petite distance de la pose d’insertion (par exemple à une distance inférieure ou égale à 3 mm), le déplacement du guide-outil 14 se termine de façon automatique jusqu’à la pose d’insertion et le mouvement manuel coopératif s’arrête. Le praticien peut alors relâcher la pince de sorte que l’instrument médical 15 se retrouve à nouveau maintenu par le guide-outil 14. Le praticien peut alors procéder à la suite de l’insertion de l’instrument médical 15 jusqu’au point cible.Optionally, once a very small distance from the insertion position has been reached (for example, a distance less than or equal to 3 mm), the movement of the tool guide 14 ends automatically until the insertion position and the cooperative manual movement stops. The practitioner can then release the clamp so that the medical instrument 15 is again held by the tool guide 14. The practitioner can then proceed with the insertion of the medical instrument 15 up to the target point.
Tout au long de l’intervention, le système de navigation permet de suivre la pose courante du guide-outil 14 et/ou de la référence patient 20. Une information indiquant si le guide-outil 14 est correctement positionné pour suivre la trajectoire planifiée 41 peut notamment être délivrée par une interface utilisateur. Cette indication peut être visuelle (par exemple une information affichée sur un écran du robot médical ou sur un casque de réalité augmentée connecté au robot médical), sonore (par exemple via un son ou un message énoncé par un haut-parleur du robot médical 10) ou haptique (par exemple via une vibration du guide-outil 14). L’interface utilisateur peut également indiquer à l’utilisateur quel mouvement particulier (mouvement automatique libre, mouvement automatique prévisible ou mouvement manuel coopératif) est actuellement en cours ou prêt à être déclenché par une commande utilisateur (par exemple par une pression sur la pédale 19). En particulier, à la fin du mouvement automatique prévisible, l’interface utilisateur peut indiquer au praticien que c’est à lui de déplacer le guide-outil 14 pour aller saisir l’instrument médical 15 partiellement inséré.Throughout the procedure, the navigation system makes it possible to track the current position of the tool guide 14 and/or the patient reference 20. Information indicating whether the tool guide 14 is correctly positioned to follow the planned trajectory 41 may in particular be provided by a user interface. This indication may be visual (for example, information displayed on a screen of the medical robot or on an augmented reality headset connected to the medical robot), audible (for example, via a sound or a message spoken by a loudspeaker of the medical robot 10) or haptic (for example, via a vibration of the tool guide 14). The user interface may also indicate to the user which particular movement (free automatic movement, predictable automatic movement, or cooperative manual movement) is currently in progress or ready to be triggered by a user command (for example, by pressing the pedal 19). In particular, at the end of the predictable automatic movement, the user interface can indicate to the practitioner that it is up to him to move the tool guide 14 to grasp the partially inserted medical instrument 15.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2400797AFR3158628A1 (en) | 2024-01-26 | 2024-01-26 | Collaborative medical robot to guide instrument insertion |
| PCT/EP2025/051268WO2025157723A1 (en) | 2024-01-26 | 2025-01-20 | Collaborative medical robot for guiding instrument insertion |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| FR2400797AFR3158628A1 (en) | 2024-01-26 | 2024-01-26 | Collaborative medical robot to guide instrument insertion |
| FR2400797 | 2024-01-26 |
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| FR3158628A1true FR3158628A1 (en) | 2025-08-01 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PLSC | Publication of the preliminary search report | Effective date:20250801 |