WO2007010330A1 - Device and method for a computer-assisted internal bone digitising for orthopaedic surgery and traumatology - Google Patents

Device and method for a computer-assisted internal bone digitising for orthopaedic surgery and traumatology Download PDF

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bone
internal
bone structure
structure according
digitization
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Patrick Pittet
Hervé Toggwiler
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Gulhivair Holding Sa
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    • A61B5/6878—Bone

Definitions

  • the invention relates to devices and methods for locating in the context of computer-assisted orthopedic and / or traumatological surgery by characterizing the internal structure of the bone.
  • the main objective of computer or robot assisted surgical intervention is to increase the precision and repeatability of this gesture while offering good
  • CT tomodensimetric scanner MRI magnetic resonance imaging, X-rays, for example
  • perioperatively fluoroscopy, ultrasound imaging, intraoperative CT, open MRI, for example.
  • the imaging means available for the surgical procedure can be implemented to locate the anatomical structure of interest as described in the Sofamor Danek Holdings Inc. (US-6,477,400) patents, Surgical Navigation Technologies Inc. (US-6470207). and Varian Medical Systems Inc. (US-6,549,802).
  • the mapping is performed taking into account information available on the images whether it is artificial landmarks previously positioned on the anatomical structure of interest, landmarks or anatomical contours located on the outer part or internal structure of the structure of interest, or of all the information contained in the examinations by maximizing mutual information.
  • Other techniques utilize optical locating systems, as described, for example, in Northern Digital Inc.
  • US-5,806,518 A discloses a system for determining bone segment tax. It is based on the centering of the end of the terminal element of a robotic arm in the medullary canal.
  • This invention is an extension for robot-assisted surgery of centromedullary pins commonly used in conventional orthopedic and traumatological surgery.
  • the system proposed in this patent uses actuators embedded on the invasive part of the terminal element of the robotic arm. These actuators stress the end of this end element and a stress cancellation technique is used to center this end in the channel.
  • no measuring element is embedded on the invasive part of the device.
  • a single virtual point is determined per channel section, while the digitizing device of the present invention provides access to several discriminating points of the bone structure.
  • the patent application of Goodwin et al. discloses a system using ultrasound measurements during a surgical procedure to facilitate and make implant placement easier. The measurements are made by moving an ultrasound probe (transmitter / receiver) inside the bone cavity and in particular allow to locate the interface between the cancellous bone and the cortical bone. In some embodiments of the patent, this probe is directly mounted on the cutting tool used to drill the cavity.
  • the system envisaged does not include a localization system that allows real-time tracking in space with respect to an external repository.
  • the proposed device constitutes an exteroceptive sensor of the robotic system and is not intended to provide direct feedback to the user. 'user,
  • OCT optical coherence tomography
  • the invention relates to a device for the internal digitization of a bone structure and its implementation in the context of orthopedic and traumatological surgery assisted by computer and / or robot.
  • This device and its implementation are compatible with the approaches used in minimally invasive surgery.
  • the digitizing device consists of a rigid or semi-rigid invasive part introduced into the medullary canal or any other natural or artificial cavity of the bone structure of interest.
  • This invasive part is equipped with one or more measuring elements allowing locating points on the wall of the cavity, and / or other internal interfaces of the structure of interest.
  • the scanning device is also equipped with a space location system such as those commonly used in computer assisted surgery. After introduction into the cavity, the device is moved manually or using a motorized or robotic system to collect several measuring points. Throughout the collection period of these points, the bone is assumed immobilized or failing equipped with a system for monitoring its movements.
  • this scanning device By associating at each measurement point its coordinates in space calculated from the information provided by the location system, a three-dimensional digitization of the internal structure of the bone is obtained allowing a 3D reconstruction of this structure.
  • the implementation of this scanning device during the surgical procedure makes it possible to plan the placement of the implant and / or the other materials used, to map the spatial information of pre or intraoperative examinations with the current position. of the bone structure of interest, or even to match a robot assisting surgery with this bone structure.
  • the device described above can also be used to digitize the inner and outer surfaces of flat bones and short bones.
  • the measurement elements integrated into the device are used to locate, as appropriate, the interface between the cartilage and the subchondral bone or the interface between the tissues and the cortical bone.
  • these digitized data can be used to plan the surgical procedure or for the matching of pre or intraoperative examinations with the current position of the bone structure of interest, or even to match a surgical assistance robot.
  • the present invention aims to provide a device for digitizing the internal structure of the bone in order to simplify the implementation of assistance systems for orthopedic and traumatological surgery assisted by computer and / or robot.
  • An object of the invention is to provide a device and an internal three-dimensional scanning method of a bone structure in which the scanning device is partially inserted into the medullary canal or any other natural or artificial cavity of the bone structure of interest and allows to locate points on the wall of the cavity and / or other internal interfaces of the structure of interest.
  • Another object of the invention is to provide such a device and method of scanning the internal structure of the bone to the resetting of examinations carried out before or during surgery with the current position and orientation of the structure bone of interest.
  • Another object of the invention is to provide such a device and method of digitizing the internal structure of the bone for the mapping of a navigation system or assistance to surgery with the position and orientation common features of the bone structure of interest.
  • Another object of the invention is to provide such a device and method for digitizing the internal structure of the bone for the mapping of a surgical robot with the current position and orientation of the bone structure of interest. .
  • Another object of the invention is to provide such a device and method for digitizing the internal structure of the bone to provide the surgeon with relevant information for defining and planning his surgical procedure.
  • Another object of the invention is to provide such a device and location method for mapping statistical data and atlas with the morphology, position and orientation of the current bone structure of interest.
  • Another object of the invention is to propose such a device and location method for digitizing the inner and outer surfaces of the flat bones and short bones, the measuring elements making it possible, for example, to locate the interface between the tissues and the tissue. cortical bone or the interface between subchondral bone and cartilage.
  • An advantage of the invention for long bones is that it relates to the internal structure of the bone which is, in general, less affected by pathological deformities than its outer surface.
  • the invention facilitates and makes reliable the identification of the bone structure and the determination of the various associated geometrical parameters.
  • Another advantage of the invention is that it does not require pre or intraoperative imaging. Also on this point, the invention makes it possible to simplify the procedure for assisting surgery, to avoid expensive superfluous examinations and to reduce the exposure of the patient and the surgical team to ionizing radiation (CT scanner, X-rays). , fluoroscopy).
  • Another advantage of the invention is that it makes it possible to simultaneously acquire, on the one hand, the current position and orientation of the bone structure and on the other hand relevant biomechanical data for planning the surgical procedure.
  • the acquired data can be used to define the size of the implant and / or other materials to be used, plan their positions and orientations on the bone, identify and quantify the bearing areas on the cortical bone, and finally
  • the implementation of the surgical procedure is simplified and accelerated, which helps to reduce the risk of complications.
  • Another advantage of the invention specific to robot-assisted orthopedic and traumatological surgery lies in the possible automation of the matching of the bone structure of interest with the robot and / or the pre or intraoperative examinations thanks to the exteroceptive sensors embedded on the invasive part of the device:
  • the invention eliminates the long and tedious steps of matching required on current robotic orthopedic surgery assistance systems.
  • this automation contributes to reducing the possible sources of error and the overall time of the surgical procedure.
  • Another advantage of the invention is that it is compatible with minimally invasive approaches.
  • the present invention provides an invasive digitizing device within the first pathways used, introduced and moved into the medullary canal or any other natural or artificial cavity of the bone structure of interest, device whose Position and orientation are detected in real time in a repository, called a basic repository.
  • the invasive part incorporates probes and / or sensors to measure certain superficial or internal physical properties of the bone structure of interest allowing, for example, the localization of the interface between the cancellous bone and the cortical bone.
  • the digitizing device is moved manually, its position and its orientation being followed as are the different surgical instruments known as "navigated" during the procedure.
  • the technologies commonly used in computer-assisted surgery whether optical, electromagnetic or electromechanical can be used to perform this monitoring.
  • the digitizing device is moved by a robotic arm, its position and its orientation being known at each moment in a repository associated with the robot.
  • the robot allows the three-dimensional location of the device and it is not necessary to use an additional three-dimensional positioning device.
  • the on-board measurement elements on the invasive part of the device constitute exteroceptive sensors for the robotic system.
  • a position and orientation sensor is used to compensate for the movements of the bone structure of interest being digitized and to thus be able to evaluate at all times the position and orientation of the bone structure of interest. scanning device with respect to this bone structure.
  • the digitizing device incorporates into its invasive part one or more mechanical probes equipped with strain gauges or associated with a three-dimensional force sensor.
  • the digitizing device is introduced into the medullary canal or any other natural or artificial cavity of the bone structure of interest, and then translated laterally to move the probe in the cancellous bone to bring the end of the probe into contact with the bone. cortical bone.
  • the information provided by the strain gauges or the force sensor makes it possible to detect a discontinuity on the stress profiles encountered during translation and thus to detect the interface between the cancellous bone and the cortical bone.
  • retractable feelers into the device.
  • the digitizing device incorporates in its invasive part ultrasonic probes allowing, for example, to locate the interface between the cortical bone and the cancellous bone by ultrasound.
  • the scanning device incorporates in its invasive part infrared transmitters / receivers to locate the interface between the cancellous bone and the cortical bone.
  • the digitizing device incorporates in its invasive part an optical fiber to locate the interface between cancellous bone and cortical bone, for example by optical coherence tomography.
  • the Device can be introduced into the medullary canal or any other natural or artificial cavity of the bone structure of interest, using conventional techniques of endoscopy and arthroscopy.
  • the digitizing device incorporates measurement elements making it possible to locate the interface between the subchondral bone and the cartilage, or even the interface between the tissues and the cortical bone. .
  • the digitized data is used to partially reconstruct the bone cavity and to map pre or per-operative examinations of the patient where this cavity appears. According to one embodiment of the present invention, the digitized data is used to partially reconstruct the bone cavity and to plan the surgical procedure.
  • the proposed digitizing device is used to identify the position and the orientation of the bone structure with respect to the surgical assistance robot thanks to the exteroceptive sensors embedded on the invasive part of the device. .
  • the proposed digitizing device is implemented to scan short bones and flat bones by locating the cortical tissue / bone interface or the subchondral cartilage / bone interface.
  • FIGS. 1A and 1B illustrate a scanning device according to the present invention whose position and orientation are respectively followed by an optical technology or by an electromagnetic technology.
  • FIG. 2 illustrates a device for scanning a long bone (2A) and a short bone (2B) according to the present invention, the device integrating several feelers on its invasive part and being carried and moved by a robotic arm equipped with a three-dimensional force sensor.
  • Figure 3 illustrates the type of information collected with a digitizing device according to the present invention.
  • Figure 4 illustrates the mapping of the digitized data according to the present invention with pre or per-operative data.
  • the device for digitizing the internal structure of the bone may be constituted as appears in FIG. 1 from a small diameter spindle 1 equipped at its end with four small spikes 2 perpendicular to its axis. the tips are also perpendicular to each other.
  • the pin comprises a tracking system associated with a three-dimensional location system 3. It may be a registration element with light-emitting diodes or semi-reflective spheres associated with two cameras 4 as shown in FIG. .
  • the tracking system may also be based on a three-dimensional electromagnetic location system 4 as shown schematically in FIG. 1B. Since this technology does not require an optical line of sight, to increase the accuracy, the identification elements 3 can be integrated into the invasive part of the device.
  • This pin is introduced by the surgeon into the medullary canal from the end of the bone segment.
  • the surgeon then moves the spindle perpendicularly to the axis of the bone segment to introduce a point into the spongy bone until it comes into contact with the cortical bone. It detects this contact by a change in mechanical resistance. It then validates the acquisition of this point by controlling the recording of the current position and orientation of the spindle by the three-dimensional localization system. Since the position and the orientation of the end of the tip are known by manufacture or by calibration with respect to the position and the orientation of the marker elements, it is possible to calculate the position and the orientation of this end in the Base repository of the location system at the time of acquisition.
  • the surgeon then generates a translational movement in a diametrically opposed direction until it comes into contact with the cortical bone with the diametrically opposite tip. It validates the acquisition of this point as before. He then repositioned the pin in the middle position to acquire two other points with the pins not yet used. Depending on the number of points that the surgeon wishes to acquire, he can also add a rotation of the spindle when it is in the middle position and then perform a new iteration of the method described above to acquire four new points. The set of points thus acquired allows the digitization of a section of the internal cavity of the bone made at the current depth perpendicular to the axis of the segment.
  • the surgeon changes the insertion depth of the spindle and repeats the entire process described above.
  • the number of points per section and the number of cuts acquired depend both on the clinical precision sought and the discriminating character of the internal structure of the bone segment under consideration. It should be noted that either the bone segment is kept motionless in the basic reference system of the localization system throughout the acquisition period of the different sections, or it is equipped with a tracking system to monitor and compensate for its movements. in this repository.
  • This embodiment of the device can be declined by changing the number and orientation of the tips, making retractable tips to reduce trauma or by changing the type of mechanical probe used.
  • Another embodiment of a device for digitizing the internal structure of the bone according to the present invention is to use an optical measurement in the infrared instead of the different probes proposed in the previously described embodiments to detect the interface between the cancellous bone and the cortical bone.
  • One of the most suitable techniques for thin bones is optical coherence tomography, a description of this technique can be found in the article "In vivo tissue measurements with low optical coherence tomography" by Lankenau et al. It can be implemented using fiber optics, which makes the device compatible with endoscopic approaches.
  • the device is introduced into the medullary canal, then by rotating it on its axis, one acquires a cut. By axial translation of the device, one changes position to acquire another cut.
  • the digitizing device comprises a permanent or temporary mechanical connection system with indexing allowing a unique, accurate and repeatable assembly on this terminal element.
  • This device also comprises an electrical connection system for supplying the electrical voltages necessary for the polarization of the active elements of the device and for enabling the robot to recover the analog or digital signals corresponding to the measurements.
  • This type of mounting of the device on the robotic arm allows to know at any time the position and orientation of the device in a repository associated with the robot. It is no longer necessary to use an external tracking system, unless the bone segment is not held still in the robot's basic repository. In this sense, it constitutes an exteroceptive sensor for the robotic system.
  • a three-dimensional force sensor 3 inserted between the device and the robotic arm 4 makes it possible to measure and manage, in real time, the forces at the end of the spindle to detect, for example, the changes in the mechanical resistance during displacement when sensors mechanical are used as shown in Figure 2A.
  • An ultrasonic probe 2 can be used as shown in Figure 2B. It is then possible to locate the interface between the cartilage and the subchondral bone and to use the indentation techniques to characterize the mechanical properties of the bone cartilage. All scan tasks of the bone segment can be automated and a large number of measurement points can be acquired in a minimum of time to increase accuracy. In addition, since the points are digitized by the exteroceptive sensor directly in a repository associated with the robot, the scanning procedure also makes it possible to match the robot with the bone segment.
  • Figure 3 shows the information acquired for a cut.
  • Figure 3A symbolizes the results obtained on a femur with eight measurement points per section.
  • Figure 3B With a device using ultrasonic probes or optical coherence tomography, a large number of points are acquired as shown in Figure 3B. If, in parallel, it is possible to acquire densitometric information, the result then becomes much richer, as shown schematically in FIG. 3C. It is also possible to digitize in addition some anatomical landmarks on the outer surface of the bone, accessible landmarks with the considered approach to increase the locating accuracy of the bone structure of interest.
  • Acquired sections whose position and orientation are known in the basic repository of the three-dimensional localization system or in the basic robot reference frame can be used to reconstruct the internal cavity of the bone in three dimensions. Once this cavity has been reconstructed, it is possible to extract certain biomechanical data that are useful for planning the surgical procedure, such as angles or mechanical axes. It is even possible in some cases to plan completely the surgical procedure on the cavity thus rebuilt. For such indications, the system implementing the digitizing device may propose an implant size and its implantation on the bone segment. This planning can be validated or modified by the surgeon. Moreover, since the cavity is reconstructed from a few sections, it may be interesting to use statistical data or atlases to interpolate these data. The statistical data is mapped using elastic processing according to conventional image processing techniques.
  • the sections acquired by the digitizing device can also be used to match pre-operative or intra-operative examinations where the interface between cancellous bone and cortical bone clearly appears.
  • the accuracy of the matching will naturally depend on the quality of these examinations, the discriminating character of the internal cavity of the bone structure of interest, the number of cuts and the number of points acquired by cutting. It may be wise not to use a regular spacing of the cuts but to make these cuts at depths where the contours obtained are very discriminating.
  • FIG. 4 illustrates the mapping of the digitized data with the present invention with radiological examinations of the patient 5, statistical data 6 and the 3D model of the implant 7.

Abstract

The inventive computer-assisted device for internally digitising a bone structure is used in orthopaedic surgery and traumatology and comprises an invasive rigid or semi-rigid part which is introducible and displaceable into a medullary channel or other natural or artificial cavity of a bone structure, wherein said invasive part is provided with one or several measuring elements for localising points on the cavity wall and/or of other internal interfaces of an interesting structure. Said device is also provided with a spatially positioning system for detecting the position and orientation of said measuring elements at any time.

Description

Dispositif et procédé de numérisation interne de l'os pour la chirurgie orthopédique et traumatologique assistée par ordinateur. Device and method for the internal digitization of bone for computer-assisted orthopedic and traumatological surgery
5 Domaine de l'inventionFIELD OF THE INVENTION
L'invention concerne les dispositifs et procédés de repérage dans le cadre de la chirurgie orthopédique et/ou traumatologique assistée par ordinateur par caractérisât] on de la structure interne de l'os. 1.0The invention relates to devices and methods for locating in the context of computer-assisted orthopedic and / or traumatological surgery by characterizing the internal structure of the bone. 1.0
Etat de Ia techniqueState of the art
L'assistance par ordinateur ou par robot du geste chirurgical a pour objectif principal d'augmenter la précision et la répétabilité d'exécution de ce geste tout en offrant une bonneThe main objective of computer or robot assisted surgical intervention is to increase the precision and repeatability of this gesture while offering good
15 traçabilité de l'intervention. Elle autorise également la réalisation de gestes complexes et/ou délicats et l'utilisation de voies d'abord minimalement invasives en donnant les moyens d'éviter ou d'interdire les gestes dangereux. Un autre aspect important lié à la chirurgie assistée par ordinateur et/ou par robot est sa capacité d'exploiter et de présenter de manière synthétique l'ensemble des données disponibles pour définir le geste chirurgical, qu'il15 traceability of the intervention. It also allows the realization of complex and / or delicate gestures and the use of minimally invasive approaches, by providing the means to avoid or prohibit dangerous actions. Another important aspect related to computer assisted surgery and / or robot is its ability to exploit and present synthetically all the data available to define the surgical procedure, which it
20 s'agisse d'examens pré ou per-opératoires du patient, de données statistiques (atlas), de données biomécaniques ou de spécifications sur les implants utilisés.These are pre- or per-operative patient examinations, statistical data (atlas), biomechanical data or implant specifications used.
La majorité des systèmes d'assistance à la chirurgie repose sur la navigation des instruments et des composants utilisés en cours de procédure chirurgicale, c'est-à-dire sur le suivi en 25 temps réel de leur position et de leur orientation dans un référentiel associé au patient. L'assistance robotisée permet le guidage de ces instruments et composants, l'interdiction des gestes dangereux et dans certains cas, la prise en charge de taches fastidieuses ou délicates comme par exemple les préparations osseuses.The majority of surgical assistance systems rely on the navigation of the instruments and components used during the surgical procedure, that is to say on the real-time monitoring of their position and orientation in a repository. associated with the patient. Robotic assistance allows guiding of these instruments and components, the prohibition of dangerous gestures and in some cases, the management of fastidious or delicate tasks such as bone preparations.
30 Pour la mise en oeuvre de tels systèmes d'assistance à la chirurgie, il est nécessaire en début de procédure chirurgicale de repérer selon les six dimensions de l'espace la position et l'orientation courantes de la structure anatomique d'intérêt dans un référentiel associé au système de navigation et/ou au robot. Cette étape de « mise en correspondance » est critique puisqu'elle conditionne directement la précision clinique accessible pour le geste chirurgical assisté par ordinateur et/ou par robot. De plus, cette étape doit être extrêmement rapide à mettre en œuvre pour limiter les pertes de sang et réduire les risques d'infections.For the implementation of such surgical assistance systems, it is necessary at the beginning of the surgical procedure to identify, according to the six dimensions of the space, the current position and orientation of the anatomical structure of interest in a patient. repository associated with the navigation system and / or the robot. This "mapping" step is critical since it directly conditions the accessible clinical precision for the computer assisted surgical procedure and / or by robot. In addition, this step must be extremely quick to implement to limit blood loss and reduce the risk of infections.
Pour prendre connaissance des principes et techniques fondamentales de la chirurgie assistée par ordinateur ainsi que des principales technologies associées, on pourra se référer à l'ouvrage « Computer Integrated Surgery », MIT press, 1996, R. Taylor éd. La problématique de mise en correspondance des examens préopératoires est largement traitée avec un nombre important de références bibliographiques dans les articles « A survey of médical image registration » de JBA Maints et al., (Médical Tmage Analysis Vol.2 (1) pp 1- 36, 1998) et « An algorithm overview of surface registration techniques for médical imaging » de M. Audette et al, (Médical Image Analysis, Vol. 4(2000) pp. 201-217). Un rapide état de l'art en chirurgie orthopédique et traumatologie assistées par ordinateur est disponible dans l'article « Computer assisted orthopaedic and trauma surgery : State of the art and future perspectives » de NWL Schep et al. (Injury, International journal of the care of the injured, Vol. 34 (2003), pp. 299-306).To learn about the fundamental principles and techniques of computer-assisted surgery and the main associated technologies, reference may be made to the book "Computer Integrated Surgery", MIT Press, 1996, R. Taylor ed. The issue of matching preoperative examinations is widely treated with a large number of bibliographical references in the articles "A survey of medical image registration" by JBA Maints et al., (Medical Tmage Analysis Vol.2 (1) pp 1- 36, 1998) and "An algorithm overview of surface registration techniques for medical imaging" by M. Audette et al, (Medical Image Analysis, Vol 4 (2000) pp. 201-217). A rapid state of the art in computer-assisted orthopedic surgery and traumatology is available in the article "Computer Assisted Orthopedic and Trauma Surgery: State of the Art and Future Perspectives" by NWL Schep et al. (Injury, International Journal of the Care of the injured, Vol 34 (2003), pp. 299-306).
En chirurgie orthopédique et traumatologique assistée par ordinateur, la majorité des systèmes disponibles sur le marché reposent sur la chirurgie guidée par l'image. La planification du geste se fait sur les imageries du patient.In computer-assisted orthopedic and traumatological surgery, the majority of systems available on the market rely on image-guided surgery. The planning of the gesture is done on the images of the patient.
II peut s'agir d'images acquises en pré-opératoire (Scanner tomodensimétrique TDM, imagerie par résonance magnétique IRM, clichés radiologiques par exemple) ou en per- opératoire (fluoroscopie, imagerie échographique, TDM intraopératoire, IRM ouvert par exemple) comme cela est décrit dans les brevets Orthosoft Inc (WO 99/60939), de Scott DeIp et al. (US-A-5682886).It may be images acquired preoperatively (CT tomodensimetric scanner, MRI magnetic resonance imaging, X-rays, for example) or perioperatively (fluoroscopy, ultrasound imaging, intraoperative CT, open MRI, for example). is described in Orthosoft Inc. (WO 99/60939), Scott DeIp et al. (US-A-5,682,886).
Les moyens d'imagerie disponibles pour la procédure chirurgicale peuvent être mis en œuvre pour repérer la structure anatomique d'intérêt comme cela est décrit dans les brevets Sofamor Danek Holdings Inc. (US-6,477,400), Surgical Navigation Technologies Inc. (US-6470207) et Varian Médical Systems Inc. (US-6,549,802). Dans ce cas, la mise en correspondance est réalisée en prenant en compte des informations disponibles sur les images qu'il s'agisse de repères artificiels préalablement positionnés sur la structure anatomique d'intérêt, de repères ou contours anatomiques situés sur la partie externe ou interne de la structure d'intérêt, ou encore de l'ensemble des informations contenues dans les examens par maximisation de l'information mutuelle. D'autres techniques utilisent des systèmes de localisation optique, comme cela est décrit par exemple dans les brevets Northern Digital Inc. (US-6,061,644), Brainlab ΛG (EP- 1142536A1), électromagnétique comme cela est décrit dans le brevet Surgical Navigation Technologies Inc. (US-6,381,485), électromécanique comme cela est décrit dans le brevet Integrated Surgical Systems Inc. (US-5, 806,518 et US-6.033,415) et ultrasonore comme cela est décrit dans le brevet Integrated Surgical Systems SA et Fischer-Schnappauf-Stockmann Gbr (US-6, 167,292). L'ensemble de ces moyens est mis en œuvre soit pour localiser des éléments de repérage préalablement positionnés, soit pour localiser directement des repères anatomiques exposés ou accessibles en percutané comme par exemple la numérisation de la corticale externe de l'os décrite dans le brevet Integrated Surgical Systems Inc. (US-6,033,415). Le brevet Integrated Surgical Systems Inc. (US- 5 806 518 A) décrit un système pour déterminer Taxe d'un segment osseux. Il repose sur le centrage de l'extrémité de l'élément terminal d'un bras robotisé dans le canal médullaire. Cette invention est une extension pour la chirurgie assistée par robot des broches centro-médullaires utilisées couramment en chirurgie orthopédique et traumatologique conventionnelle. Le système proposé dans ce brevet utilise des actionneurs embarqués sur la partie invasive de l'élément terminal du bras robotisé. Ces actionneurs mettent sous contrainte l'extrémité de cet élément terminal et une technique d'annulation de contrainte est utilisée pour centrer cette extrémité dans le canal. A la différence de la présente invention, aucun élément de mesure n'est embarqué sur la partie invasive du dispositif. De plus, un seul point virtuel est déterminé par section de canal, alors que le dispositif de numérisation de la présente invention donne accès à plusieurs points discriminants de la structure osseuse.The imaging means available for the surgical procedure can be implemented to locate the anatomical structure of interest as described in the Sofamor Danek Holdings Inc. (US-6,477,400) patents, Surgical Navigation Technologies Inc. (US-6470207). and Varian Medical Systems Inc. (US-6,549,802). In this case, the mapping is performed taking into account information available on the images whether it is artificial landmarks previously positioned on the anatomical structure of interest, landmarks or anatomical contours located on the outer part or internal structure of the structure of interest, or of all the information contained in the examinations by maximizing mutual information. Other techniques utilize optical locating systems, as described, for example, in Northern Digital Inc. (US-6,061,644), Brainlab ™ (EP-1142536A1), electromagnetic patents as described in Surgical Navigation Technologies Inc. (US-6,381,485), electromechanical as described in the patent Integrated Surgical Systems Inc. (US-5, 806,518 and US-6,033,415) and ultrasound as described in the patent Integrated Surgical Systems SA and Fischer-Schnappauf -Stockmann Gbr (US-6, 167,292). All of these means are implemented either to locate previously positioned positioning elements, or to directly locate anatomical landmarks exposed or accessible percutaneously as for example the digitization of the external cortex of the bone described in the patent Surgical Systems Inc. (US-6,033,415). The patent Integrated Surgical Systems Inc. (US-5,806,518 A) discloses a system for determining bone segment tax. It is based on the centering of the end of the terminal element of a robotic arm in the medullary canal. This invention is an extension for robot-assisted surgery of centromedullary pins commonly used in conventional orthopedic and traumatological surgery. The system proposed in this patent uses actuators embedded on the invasive part of the terminal element of the robotic arm. These actuators stress the end of this end element and a stress cancellation technique is used to center this end in the channel. Unlike the present invention, no measuring element is embedded on the invasive part of the device. In addition, a single virtual point is determined per channel section, while the digitizing device of the present invention provides access to several discriminating points of the bone structure.
Une autre catégorie de systèmes de chirurgie orthopédique et traumatologique assistés par ordinateur, n'utilise pas d'imageries mais se limite à l'acquisition d'informations pour repérer les axes mécaniques et les centres de rotations des articulations comme le décrivent par exemple les brevets Andronic (WO-A-95/00075) et Aesculap (WO-A-98/40037).Another category of orthopedic surgery and trauma systems assisted by computer, do not use any imaging but is limited to the acquisition of information to locate the mechanical axis and joint rotations centers like eg patents describe Andronic (WO-A-95/00075) and Aesculap (WO-A-98/40037).
Dans le domaine du diagnostic, de nouvelles technologies émergent. Ainsi de nombreux travaux sont en cours pour l'exploitation des ultrasons pour l'analyse densitométrique osseuse comme cela est décrit par exemple dans le brevet de Berger et al. (WO95/26160) et dans les articles « Theoretical and expérimental approach in ultrasonic characterization of cancellous bone » de L. Cardoso et al. (Présenté aux journées OS-Ultrasons, Compiègne France 24-25 janvier 2002) et « Spatial distribution of acoustic and elaslic properties of human fémoral cortical bone » de S. Bensamoun et al. (Journal of biomechanics Vol. 37 (2004), pp. 503- 510). Des techniques de mesure des dimensions interne et externe de la diaphyse osseuse sont décrites dans l'article « Acoustical characterization of bone using a cylindrical model and time of fligth method : edge reconstruction and ultrasound velocity détermination in cortical bone and in medullar marrow » de Detti et Al. (Physiological measurernent vol. 23 (2002) pp. 313-324). D'autres travaux portent sur la réalisation de cathéter pour l'imagerie ultrasonore éehographique intracavitaire comme cela est décrit par exemple dans les brevet Berger et Al. (WO96/23444) et le brevet US-4,794,931.In the field of diagnosis, new technologies are emerging. Thus, numerous works are in progress for the use of ultrasound for bone densitometric analysis as described, for example, in Berger et al. (WO95 / 26160) and in the articles "Theoretical and experimental approach in ultrasonic characterization of cancellous bone "by L. Cardoso et al. (Presented at OS-Ultrasound Days, Compiègne France January 24-25, 2002) and "Spatial distribution of acoustic and elastomeric properties of human femoral cortical bone" by S. Bensamoun et al. (Journal of Biomechanics Vol 37 (2004), pp. 503-510). Techniques for measuring the internal and external dimensions of the bone diaphysis are described in the article "Acoustical characterization of bone using a cylindrical model and time of fligth method: edge reconstruction and ultrasonic velocity determination in cortical bone and in medullar marrow" of Detti and Al. (Physiological measurernent vol 23 (2002) pp. 313-324). Other work relates to the embodiment of a catheter for intracavitary ultrasound imaging as described for example in Berger et al. (WO96 / 23444) and US Pat. No. 4,794,931.
La demande de brevet de Goodwin et al. (US 2003/187348 A1) présente un système utilisant des mesures ultrasonores en cours de procédure chirurgicale pour faciliter et fïabiliser la pose d'implants. Les mesures sont réalisées par déplacement d'une sonde ultrasonore (émetteur/récepteur) à l'intérieur de la cavité osseuse et permettent notamment de repérer l'interface entre l'os spongieux et l'os cortical. Dans certains modes de réalisation du brevet, cette sonde est directement montée sur l'outil de coupe utilisé pour forer la cavité. A la différence de la présente invention, le système envisagé n'intègre pas de système de localisation permettant sont repérage en temps réel dans l'espace par rapport à un référentiel externe. De plus, il est prévu pour fournir un feedback direct à l'utilisateur sous forme graphique ou sonore alors que dans la présente invention, le dispositif proposé constitue un capteur extéroceptif du système robotisé et n'est pas destiné à fournir un feedback direct à l'utilisateur,The patent application of Goodwin et al. (US 2003/187348 A1) discloses a system using ultrasound measurements during a surgical procedure to facilitate and make implant placement easier. The measurements are made by moving an ultrasound probe (transmitter / receiver) inside the bone cavity and in particular allow to locate the interface between the cancellous bone and the cortical bone. In some embodiments of the patent, this probe is directly mounted on the cutting tool used to drill the cavity. In contrast to the present invention, the system envisaged does not include a localization system that allows real-time tracking in space with respect to an external repository. In addition, it is intended to provide a direct feedback to the user in graphical or audible form while in the present invention, the proposed device constitutes an exteroceptive sensor of the robotic system and is not intended to provide direct feedback to the user. 'user,
Les techniques de tomographie par cohérence optique couramment utilisés en ophtalmologie commencent à être déclinées dans d'autres domaines comme par exemple pour la mesure densitométrique osseuse comme cela est décrit dans l'article « Measurement of bone minerai density via light scattering », de Ugryumova Al. (Phys. Med. Biol. 49 (2004) 469-483). Description générale de l'inventionOptical coherence tomography (OCT) techniques commonly used in ophthalmology are beginning to be used in other areas such as for bone densitometry as described in the article "Measuring of bone ore density through light scattering", by Ugryumova Al. (Phys Med Biol 49 (2004) 469-483). General description of the invention
L'invention concerne un dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse et sa mise en œuvre dans le cadre de la chirurgie orthopédique et traumatologique assistée par ordinateur et/ou par robot. Ce dispositif et sa mise en œuvre sont compatibles avec les voies d'abord utilisées en chirurgie minimalement invasive.The invention relates to a device for the internal digitization of a bone structure and its implementation in the context of orthopedic and traumatological surgery assisted by computer and / or robot. This device and its implementation are compatible with the approaches used in minimally invasive surgery.
Le dispositif de numérisation est constitué d'une partie invasive rigide ou semi-rigide introduite dans le canal médullaire ou toute autre cavité naturelle ou artificielle de la structure osseuse d'intérêt Cette partie invasive étant équipée d'un ou de plusieurs éléments de mesure permettant de localiser des points sur la paroi de la cavité, et/ou aux autres interfaces internes de la structure d'intérêt. Le dispositif de numérisation est également équipé d'un système de localisation dans l'espace tel que ceux utilisés couramment en chirurgie assistée par ordinateur. Après introduction dans la cavité, le dispositif est déplacé manuellement ou à l'aide d'un système motorisé ou robotisé pour collecter plusieurs points de mesure. Pendant toute la durée de collecte de ces points, l'os est supposé immobilisé ou à défaut équipé d'un système de suivi de ses mouvements. En associant à chaque point de mesure ses- coordonnées dans l'espace calculées à partir des informations fournies par le système de localisation, on obtient une numérisation tridimensionnelle de la structure interne de l'os permettant une reconstruction 3D de cette structure. La mise en œuvre de ce dispositif de numérisation lors de la procédure chirurgicale permet de planifier la pose de l'implant et/ou des autres matériels utilisés, de mettre en correspondance les informations spatiales d'examens pré ou per-opératoires avec la position courante de la structure osseuse d'intérêt, ou bien encore de mettre en correspondance un robot d'assistance à la chirurgie avec cette structure osseuse.The digitizing device consists of a rigid or semi-rigid invasive part introduced into the medullary canal or any other natural or artificial cavity of the bone structure of interest. This invasive part is equipped with one or more measuring elements allowing locating points on the wall of the cavity, and / or other internal interfaces of the structure of interest. The scanning device is also equipped with a space location system such as those commonly used in computer assisted surgery. After introduction into the cavity, the device is moved manually or using a motorized or robotic system to collect several measuring points. Throughout the collection period of these points, the bone is assumed immobilized or failing equipped with a system for monitoring its movements. By associating at each measurement point its coordinates in space calculated from the information provided by the location system, a three-dimensional digitization of the internal structure of the bone is obtained allowing a 3D reconstruction of this structure. The implementation of this scanning device during the surgical procedure makes it possible to plan the placement of the implant and / or the other materials used, to map the spatial information of pre or intraoperative examinations with the current position. of the bone structure of interest, or even to match a robot assisting surgery with this bone structure.
Le dispositif décrit ci-dessus peut être également mis en œuvre pour numériser les surfaces interne et externe des os plats et des os courts. Dans ce cadre, les éléments de mesure intégrés au dispositif sont utilisés pour localiser selon le cas l'interface entre le cartilage et l'os sous- chondral ou l'interface entre les tissus et l'os cortical. De la même manière que pour les os longs, ces données numérisées pourront être utilisées pour planifier le geste chirurgical ou pour la mise en correspondance d'examens pré ou per-opératoires avec la position courante de la structure osseuse d'intérêt, ou bien encore pour mettre en correspondance un robot d'assistance à la chirurgie. La présente invention vise à réaliser un dispositif de numérisation de la structure interne de l'os dans le but de simplifier la mise en œuvre des systèmes d'assistance à la chirurgie orthopédique et traumatologique assistée par ordinateur et/ou par robot.The device described above can also be used to digitize the inner and outer surfaces of flat bones and short bones. In this context, the measurement elements integrated into the device are used to locate, as appropriate, the interface between the cartilage and the subchondral bone or the interface between the tissues and the cortical bone. In the same way as for long bones, these digitized data can be used to plan the surgical procedure or for the matching of pre or intraoperative examinations with the current position of the bone structure of interest, or even to match a surgical assistance robot. The present invention aims to provide a device for digitizing the internal structure of the bone in order to simplify the implementation of assistance systems for orthopedic and traumatological surgery assisted by computer and / or robot.
Un objet de l'invention est de proposer un dispositif et un procédé de numérisation tridimensionnelle interne d'une structure osseuse où le dispositif de numérisation est partiellement introduit dans le canal médullaire ou toute autre cavité naturelle ou artificielle de la structure osseuse d'intérêt et permet de localiser des points sur la paroi de la cavité et/ou aux autres interfaces internes de la structure d'intérêt. Un autre objet de l'invention est de proposer un tel dispositif et procédé de numérisation de la structure interne de l'os pour le recalage d'examens réalisés avant ou en cours d'intervention avec la position et l'orientation courantes de la structure osseuse d'intérêt.An object of the invention is to provide a device and an internal three-dimensional scanning method of a bone structure in which the scanning device is partially inserted into the medullary canal or any other natural or artificial cavity of the bone structure of interest and allows to locate points on the wall of the cavity and / or other internal interfaces of the structure of interest. Another object of the invention is to provide such a device and method of scanning the internal structure of the bone to the resetting of examinations carried out before or during surgery with the current position and orientation of the structure bone of interest.
Un autre objet de l'invention est de proposer un tel dispositif et procédé de numérisation de la structure interne de l'os pour la mise en correspondance d'un système de navigation ou d'assistance à la chirurgie avec la position et l'orientation courantes de la structure osseuse d'intérêt.Another object of the invention is to provide such a device and method of digitizing the internal structure of the bone for the mapping of a navigation system or assistance to surgery with the position and orientation common features of the bone structure of interest.
Un autre objet de l'invention est de proposer un tel dispositif et procédé de numérisation de la structure interne de l'os pour la mise en correspondance d'un robot chirurgical avec la position et l'orientation courantes de la structure osseuse d'intérêt.Another object of the invention is to provide such a device and method for digitizing the internal structure of the bone for the mapping of a surgical robot with the current position and orientation of the bone structure of interest. .
Un autre objet de l'invention est de proposer un tel dispositif et procédé de numérisation de la structure interne de l'os pour fournir au chirurgien des informations pertinentes pour définir et planifier son geste chirurgical.Another object of the invention is to provide such a device and method for digitizing the internal structure of the bone to provide the surgeon with relevant information for defining and planning his surgical procedure.
Un autre objet de l'invention est de proposer un tel dispositif et procédé de localisation pour mettre en correspondance des données statistiques et des atlas avec la morphologie, la position et l'orientation courantes de la structure osseuse d'intérêt. Un autre objet de l'invention est de proposer un tel dispositif et procédé de localisation pour numériser les surfaces interne et externe des os plats et des os courts, les éléments de mesure permettant de localiser par exemple l'interface entre les tissus et l'os cortical ou bien encore l'interface entre l'os sous-chondral et le cartilage.Another object of the invention is to provide such a device and location method for mapping statistical data and atlas with the morphology, position and orientation of the current bone structure of interest. Another object of the invention is to propose such a device and location method for digitizing the inner and outer surfaces of the flat bones and short bones, the measuring elements making it possible, for example, to locate the interface between the tissues and the tissue. cortical bone or the interface between subchondral bone and cartilage.
Un avantage de l'invention pour les os longs est qu'elle concerne la structure interne de l'os qui est, en général, moins affectée par les déformations pathologiques que sa surface externe. De ce fait, l'invention facilite et fiabilise le repérage de la structure osseuse et la détermination des différents paramètres géométriques associés. Un autre avantage de l'invention est qu'elle ne requiert pas d'imagerie pré ou per opératoire. Sur ce point également, l'invention permet de simplifier la procédure d'assistance à la chirurgie, d'éviter des examens superflus onéreux et de réduire l'exposition du patient et de l'équipe chirurgicale aux rayonnements ionisants (Scanner tomodensimétrique, clichés radiologiques, fluoroscopie).An advantage of the invention for long bones is that it relates to the internal structure of the bone which is, in general, less affected by pathological deformities than its outer surface. As a result, the invention facilitates and makes reliable the identification of the bone structure and the determination of the various associated geometrical parameters. Another advantage of the invention is that it does not require pre or intraoperative imaging. Also on this point, the invention makes it possible to simplify the procedure for assisting surgery, to avoid expensive superfluous examinations and to reduce the exposure of the patient and the surgical team to ionizing radiation (CT scanner, X-rays). , fluoroscopy).
Un autre avantage de l'invention est qu'elle permet d'acquérir simultanément d'une part la position et l'orientation courantes de la structure osseuse et"d'autre part des données biomécaniques pertinentes pour planifier le geste chirurgical. Par exemple, les données acquises peuvent être utilisées pour définir la taille de l'implant et/ou des autres matériels à utiliser, planifier leurs positions et leurs orientations sur l'os, identifier et quantifier les zones d'appui sur l'os cortical, et enfin réaliser la préparation osseuse associée. La mise en œuvre de la procédure chirurgicale se trouve ainsi simplifiée et accélérée ce qui contribue à réduire les risques de complication.Another advantage of the invention is that it makes it possible to simultaneously acquire, on the one hand, the current position and orientation of the bone structure and on the other hand relevant biomechanical data for planning the surgical procedure. the acquired data can be used to define the size of the implant and / or other materials to be used, plan their positions and orientations on the bone, identify and quantify the bearing areas on the cortical bone, and finally To achieve the associated bone preparation, the implementation of the surgical procedure is simplified and accelerated, which helps to reduce the risk of complications.
Un autre avantage de l'invention spécifique à la chirurgie orthopédique et traumatologique assistée par robot réside dans l'automatisation possible de la mise en correspondance de la structure osseuse d'intérêt avec le robot et/ou les examens pré ou per- opératoires grâce aux capteurs extéroceptifs embarqués sur la partie invasive du dispositif :Another advantage of the invention specific to robot-assisted orthopedic and traumatological surgery lies in the possible automation of the matching of the bone structure of interest with the robot and / or the pre or intraoperative examinations thanks to the exteroceptive sensors embedded on the invasive part of the device:
Ainsi, l'invention permet de s'affranchir des étapes longues et fastidieuses de mise en correspondance requises sur les systèmes actuels robotisés d'assistance à la chirurgie orthopédique. De plus cette automatisation contribue à réduire les sources d'erreur possibles et le temps global de la procédure chirurgicale.Thus, the invention eliminates the long and tedious steps of matching required on current robotic orthopedic surgery assistance systems. In addition, this automation contributes to reducing the possible sources of error and the overall time of the surgical procedure.
Un autre avantage de l'invention est qu'elle est compatible avec les voies d'abord minimalement invasives.Another advantage of the invention is that it is compatible with minimally invasive approaches.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un dispositif de numérisation invasif à l'intérieur des voies d'abord utilisées, introduit et déplacé dans le canal médullaire ou toute autre cavité naturelle ou artificielle de la structure osseuse d'intérêt, dispositif dont la position et l'orientation sont détectés en temps réel dans un référentiel, appelé référentiel de base. La partie invasive intègre des palpeurs et/ou des capteurs pour mesurer certaines propriétés physiques superficielles ou internes de la structure osseuse d'intérêt permettant par exemple la localisation de l'interface entre l'os spongieux et l'os cortical.To achieve these objects, the present invention provides an invasive digitizing device within the first pathways used, introduced and moved into the medullary canal or any other natural or artificial cavity of the bone structure of interest, device whose Position and orientation are detected in real time in a repository, called a basic repository. The invasive part incorporates probes and / or sensors to measure certain superficial or internal physical properties of the bone structure of interest allowing, for example, the localization of the interface between the cancellous bone and the cortical bone.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif de numérisation est déplacé manuellement, sa position et son orientation étant suivies comme le sont les différents instruments chirurgicaux dits « navigues » en cours d'intervention. Ainsi les technologies couramment utilisées en chirurgie assistée par ordinateur qu'elles soient optiques, électromagnétiques ou électromécaniques peuvent être utilisées pour réaliser ce suivi.According to one embodiment of the present invention, the digitizing device is moved manually, its position and its orientation being followed as are the different surgical instruments known as "navigated" during the procedure. Thus the technologies commonly used in computer-assisted surgery whether optical, electromagnetic or electromechanical can be used to perform this monitoring.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif de numérisation est déplacé par un bras robotisé, sa position et son orientation étant connues à chaque instant dans un référentiel associé au robot. Dans ce mode de réalisation, si la structure osseuse est maintenue immobile dans un référentiel associé au bras robotisé, le robot permet la localisation tridimensionnelle du dispositif et il n'est pas nécessaire d'avoir recours à un dispositif de localisation tridimensionnelle supplémentaire. Les éléments de mesures embarqués sur la partie invasive du dispositif constituent des capteurs extéroceptifs pour le système robotisé.According to one embodiment of the present invention, the digitizing device is moved by a robotic arm, its position and its orientation being known at each moment in a repository associated with the robot. In this embodiment, if the bone structure is kept stationary in a reference frame associated with the robotic arm, the robot allows the three-dimensional location of the device and it is not necessary to use an additional three-dimensional positioning device. The on-board measurement elements on the invasive part of the device constitute exteroceptive sensors for the robotic system.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, un capteur de position et d'orientation est utilisé pour compenser les mouvements de la structure osseuse d'intérêt en cours de numérisation et pour pouvoir ainsi évaluer à chaque instant la position et l'orientation du dispositif de numérisation par rapport à cette structure osseuse.According to one embodiment of the present invention, a position and orientation sensor is used to compensate for the movements of the bone structure of interest being digitized and to thus be able to evaluate at all times the position and orientation of the bone structure of interest. scanning device with respect to this bone structure.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif de numérisation intègre dans sa partie invasive un ou plusieurs palpeurs mécaniques équipés de jauges de contraintes ou associés à un capteur d'effort tridimensionnel. Le dispositif de numérisation est introduit dans le canal médullaire ou toute autre cavité naturelle ou artificielle de la structure osseuse d'intérêt, puis translaté latéralement pour déplacer le palpeur dans l'os spongieux jusqu'à mettre en contact l'extrémité du palpeur avec l'os cortical. Les informations fournies par les jauges de contraintes ou par le capteur d'effort permettent de détecter une discontinuité sur les profils d'effort rencontrés en cours de translation et ainsi de détecter l'interface entre l'os spongieux et l'os cortical. Pour faciliter l'introduction du dispositif dans la canal médullaire de l'os, il est possible d'intégrer au dispositif des palpeurs rétractables.According to one embodiment of the present invention, the digitizing device incorporates into its invasive part one or more mechanical probes equipped with strain gauges or associated with a three-dimensional force sensor. The digitizing device is introduced into the medullary canal or any other natural or artificial cavity of the bone structure of interest, and then translated laterally to move the probe in the cancellous bone to bring the end of the probe into contact with the bone. cortical bone. The information provided by the strain gauges or the force sensor makes it possible to detect a discontinuity on the stress profiles encountered during translation and thus to detect the interface between the cancellous bone and the cortical bone. To facilitate the introduction of the device into the medullary canal of the bone, it is possible to integrate retractable feelers into the device.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif de numérisation intègre dans sa partie invasive des palpeurs ultrasonores permettant, par exemple, de localiser l'interface entre l'os cortical et l'os spongieux par échographie.According to one embodiment of the present invention, the digitizing device incorporates in its invasive part ultrasonic probes allowing, for example, to locate the interface between the cortical bone and the cancellous bone by ultrasound.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif de numérisation intègre dans sa partie invasive des émetteurs/récepteurs infrarouge pour localiser l'interface entre l'os spongieux et l'os cortical.According to one embodiment of the present invention, the scanning device incorporates in its invasive part infrared transmitters / receivers to locate the interface between the cancellous bone and the cortical bone.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif de numérisation intègre dans sa partie invasive une fibre optique pour localiser l'interface entre os spongieux et os cortical par exemple par tomographie par cohérence optique. Dans cette configuration, le dispositif peut être introduit dans la canal médullaire ou toute autre cavité naturelle ou artificielle de la structure osseuse d'intérêt, en utilisant les techniques conventionnelles d'endoscopie et d'arthroscopie.According to one embodiment of the present invention, the digitizing device incorporates in its invasive part an optical fiber to locate the interface between cancellous bone and cortical bone, for example by optical coherence tomography. In this configuration, the Device can be introduced into the medullary canal or any other natural or artificial cavity of the bone structure of interest, using conventional techniques of endoscopy and arthroscopy.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif de numérisation intègre des éléments de mesures permettant de localiser l'interface entre l'os sous-chondral et le cartilage, ou bien encore l'interface entre les tissus et l'os cortical.According to one embodiment of the present invention, the digitizing device incorporates measurement elements making it possible to locate the interface between the subchondral bone and the cartilage, or even the interface between the tissues and the cortical bone. .
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les données numérisées sont utilisées pour reconstruire partiellement la cavité osseuse et mettre en correspondance des examens pré ou per-opératoire du patient où apparaît cette cavité. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les données numérisées sont utilisées pour reconstruire partiellement la cavité osseuse et pour planifier le geste chirurgical.According to one embodiment of the present invention, the digitized data is used to partially reconstruct the bone cavity and to map pre or per-operative examinations of the patient where this cavity appears. According to one embodiment of the present invention, the digitized data is used to partially reconstruct the bone cavity and to plan the surgical procedure.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif de numérisation proposé est utilisé pour repérer la position et l'orientation de la structure osseuse par rapport au robot d'assistance à la chirurgie grâce aux capteurs extéroceptifs embarqués sur la partie invasive du dispositif.According to one embodiment of the present invention, the proposed digitizing device is used to identify the position and the orientation of the bone structure with respect to the surgical assistance robot thanks to the exteroceptive sensors embedded on the invasive part of the device. .
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif de numérisation proposé est mis en œuvre pour numériser des os courts et des os plats par localisation de l'interface tissus/os cortical ou de l'interface cartilage/os sous-chondral.According to one embodiment of the present invention, the proposed digitizing device is implemented to scan short bones and flat bones by locating the cortical tissue / bone interface or the subchondral cartilage / bone interface.
Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention
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 :These and other objects, features, and advantages of the present invention will be set forth in detail in the following description of particular embodiments in a non-limiting manner with reference to the accompanying figures:
Les figures IA et IB illustrent un dispositif de numérisation selon le présente invention dont la position et l'orientation sont suivies respectivement par une technologie optique ou par une technologie électromagnétique.FIGS. 1A and 1B illustrate a scanning device according to the present invention whose position and orientation are respectively followed by an optical technology or by an electromagnetic technology.
La figure 2 illustre un dispositif de numérisation d'un os long (2A) et d'un os court (2B) selon la présente invention, le dispositif intégrant plusieurs palpeurs sur sa partie invasive et étant porté et déplacé par un bras robotisé équipé d'un capteur d'effort tridimensionnel.FIG. 2 illustrates a device for scanning a long bone (2A) and a short bone (2B) according to the present invention, the device integrating several feelers on its invasive part and being carried and moved by a robotic arm equipped with a three-dimensional force sensor.
La figure 3 illustre le type d'informations recueillies avec un dispositif de numérisation selon la présente invention. La figure 4 illustre la mise en correspondance des données numérisées selon la présente invention, avec des données pré ou per-opératoires.Figure 3 illustrates the type of information collected with a digitizing device according to the present invention. Figure 4 illustrates the mapping of the digitized data according to the present invention with pre or per-operative data.
Le dispositif de numérisation de la structure interne de l'os selon la présente invention, peut être constitué comme cela apparaît sur la figure 1 à partir d'une broche de faible diamètre 1 équipée à son extrémité de quatre petites pointes 2 perpendiculaires à son axe, les pointes étant également perpendiculaires entre elles. La broche comprend un système de repérage associé à un système de localisation tridimensionnel 3. Il peut s'agir d'un élément de repérage avec des diodes électroluminescentes ou des sphères semi-réfléchissantes associées à deux caméras 4 comme cela est représenté sur la figure IA. Le système de repérage peut également reposer sur un système de localisation tridimensionnel électromagnétique 4 comme cela est schématisé sur la figure IB. Cette technologie ne nécessitant pas de ligne de visée optique, pour augmenter la précision, les éléments de repérages 3 peuvent être intégrés à la partie invasive du dispositif.The device for digitizing the internal structure of the bone according to the present invention may be constituted as appears in FIG. 1 from a small diameter spindle 1 equipped at its end with four small spikes 2 perpendicular to its axis. the tips are also perpendicular to each other. The pin comprises a tracking system associated with a three-dimensional location system 3. It may be a registration element with light-emitting diodes or semi-reflective spheres associated with two cameras 4 as shown in FIG. . The tracking system may also be based on a three-dimensional electromagnetic location system 4 as shown schematically in FIG. 1B. Since this technology does not require an optical line of sight, to increase the accuracy, the identification elements 3 can be integrated into the invasive part of the device.
Cette broche est introduite par le chirurgien dans le canal médullaire à partir de l'extrémité du segment osseux. Le chirurgien va ensuite par un mouvement de translation de la broche perpendiculairement à l'axe du segment osseux introduire une pointe dans l'os spongieux jusqu'à l'amener au contact de l'os cortical. Il détecte ce contact par un changement de résistance mécanique. 11 valide ensuite l'acquisition de ce point en commandant l'enregistrement de la position et de Forientation courantes de la broche par le système de localisation tridimensionnel. La position et l'orientation de l'extrémité de la pointe étant connues par fabrication ou par calibrage par rapport à la position et l'orientation des éléments de repérage, il est possible de calculer la position et l'orientation de cette extrémité dans le référentiel de base du système de localisation au moment de l'acquisition. Le chirurgien génère alors un mouvement de translation dans une direction diamétralement opposée jusqu'à venir au contact de l'os cortical avec la pointe diamétralement opposée. Il valide l'acquisition de ce point comme précédemment. Il repositionne ensuite la broche en position médiane pour aller acquérir deux autres points avec les broches non encore utilisées. Selon le nombre de points que le chirurgien souhaite acquérir, il peut également ajouter une rotation de la broche lorsqu'elle est en position médiane puis réaliser une nouvelle itération du procédé décrit ci-dessus pour acquérir quatre nouveaux points. L'ensemble des points ainsi acquis permet la numérisation d'une coupe de la cavité interne de l'os réalisée à la profondeur courante perpendiculairement à l'axe du segment. Pour acquérir une nouvelle coupe, le chirurgien modifie la profondeur d'insertion de la broche et réitère l'ensemble du processus décrit ci-dessus. Le nombre de points par coupe et le nombre de coupes acquises dépendent à la fois de la précision clinique recherchée et du caractère discriminant de la structure interne du segment osseux considéré. 11 est à noter que soit le segment osseux est maintenu immobile dans le référentiel de base du système de localisation pendant toute la durée d'acquisition des différentes coupes, soit il est équipé d'un système de repérage permettant de suivre et de compenser ses mouvements dans ce référentiel.This pin is introduced by the surgeon into the medullary canal from the end of the bone segment. The surgeon then moves the spindle perpendicularly to the axis of the bone segment to introduce a point into the spongy bone until it comes into contact with the cortical bone. It detects this contact by a change in mechanical resistance. It then validates the acquisition of this point by controlling the recording of the current position and orientation of the spindle by the three-dimensional localization system. Since the position and the orientation of the end of the tip are known by manufacture or by calibration with respect to the position and the orientation of the marker elements, it is possible to calculate the position and the orientation of this end in the Base repository of the location system at the time of acquisition. The surgeon then generates a translational movement in a diametrically opposed direction until it comes into contact with the cortical bone with the diametrically opposite tip. It validates the acquisition of this point as before. He then repositioned the pin in the middle position to acquire two other points with the pins not yet used. Depending on the number of points that the surgeon wishes to acquire, he can also add a rotation of the spindle when it is in the middle position and then perform a new iteration of the method described above to acquire four new points. The set of points thus acquired allows the digitization of a section of the internal cavity of the bone made at the current depth perpendicular to the axis of the segment. To acquire a new cup, the surgeon changes the insertion depth of the spindle and repeats the entire process described above. The number of points per section and the number of cuts acquired depend both on the clinical precision sought and the discriminating character of the internal structure of the bone segment under consideration. It should be noted that either the bone segment is kept motionless in the basic reference system of the localization system throughout the acquisition period of the different sections, or it is equipped with a tracking system to monitor and compensate for its movements. in this repository.
Cet exemple de réalisation du dispositif peut être décliné en modifiant le nombre et l'orientation des pointes, en réalisant des pointes rétractables pour réduire le traumatisme ou encore en changeant de type de palpeur mécanique utilisé.This embodiment of the device can be declined by changing the number and orientation of the tips, making retractable tips to reduce trauma or by changing the type of mechanical probe used.
Un autre exemple de réalisation d'un dispositif de numérisation de la structure interne de l'os selon la présente invention consiste à utiliser une mesure optique dans l'infrarouge en lieu et place des différents palpeurs proposés dans les exemples de réalisation précédemment décrits pour détecter l'interface entre l'os spongieux et l'os cortical. Une des techniques les mieux adaptées pour les os fins est la tomograhie par cohérence optique, on trouvera une description de cette technique dans l'article « In vivo tissue measurements with optical low cohérence tomography » de Lankenau et al. Elle peut être mise en œuvre en utilisant des fibres optiques, ce qui rend le dispositif compatible avec les voies d'abord endoscopiques. Le dispositif est introduit dans le canal médullaire, puis en le faisant pivoter sur son axe, on acquiert une coupe. Par translation axiale du dispositif, on change de position pour acquérir une autre coupe. Outre la miniaturisation possible pour la numérisation de petits segments osseux, la réduction du traumatisme, cette réalisation permet d'obtenir une excellente précision de numérisation. De plus, en utilisant la technique décrite dans l'article « Measurement of bone minerai density via light scattering », de Ugryumova , (Phys. Med. Biol. 49 (2004) 46SM-83), il est possible d'acquérir en parallèle des informations sur la densité minérale de l'os.Another embodiment of a device for digitizing the internal structure of the bone according to the present invention is to use an optical measurement in the infrared instead of the different probes proposed in the previously described embodiments to detect the interface between the cancellous bone and the cortical bone. One of the most suitable techniques for thin bones is optical coherence tomography, a description of this technique can be found in the article "In vivo tissue measurements with low optical coherence tomography" by Lankenau et al. It can be implemented using fiber optics, which makes the device compatible with endoscopic approaches. The device is introduced into the medullary canal, then by rotating it on its axis, one acquires a cut. By axial translation of the device, one changes position to acquire another cut. In addition to the miniaturization possible for the digitization of small bone segments, the reduction of the trauma, this achievement makes it possible to obtain an excellent digitization accuracy. In addition, using the technique described in the article "Measuring of Bone Mineral Density via Light Scattering", by Ugryumova, (Phys Med Biol 49 (2004) 46SM-83), it is possible to acquire in parallel information on the mineral density of the bone.
Un autre exemple de réalisation de la présente invention est l'intégration du dispositif de numérisation de la structure interne de l'os sur l'élément terminal du bras robotisé comme cela apparaît sur les figures 2A et 2B. Dans cette configuration, le dispositif de numérisation comprend un système de connexion mécanique permanent ou temporaire avec indexage permettant un montage unique, précis et répétable sur cet élément terminal. Ce dispositif comprend également un système de connexion électrique pour fournir les tensions électriques nécessaires à la polarisation des éléments actifs du dispositif et pour permettre au robot de récupérer les signaux analogiques ou numériques correspondant aux mesures. Ce type de montage du dispositif sur le bras robotisé permet de connaître à tout instant la position et l'orientation du dispositif dans un référentiel associé au robot. Il n'est plus nécessaire d'avoir recours à un système de repérage externe, sauf si le segment osseux n'est pas maintenu immobile dans le référentiel de base du robot. Dans ce sens, il constitue un capteur extéroceptif pour le système robotisé.Another embodiment of the present invention is the integration of the digitizing device of the internal structure of the bone on the end element of the robotic arm as shown in FIGS. 2A and 2B. In this configuration, the digitizing device comprises a permanent or temporary mechanical connection system with indexing allowing a unique, accurate and repeatable assembly on this terminal element. This device also comprises an electrical connection system for supplying the electrical voltages necessary for the polarization of the active elements of the device and for enabling the robot to recover the analog or digital signals corresponding to the measurements. This type of mounting of the device on the robotic arm allows to know at any time the position and orientation of the device in a repository associated with the robot. It is no longer necessary to use an external tracking system, unless the bone segment is not held still in the robot's basic repository. In this sense, it constitutes an exteroceptive sensor for the robotic system.
Un capteur d'effort tridimensionnel 3 inséré entre le dispositif et le bras robotisé 4 permet de mesurer et de gérer en temps réel les efforts en bout de broche pour détecter, par exemple, les modifications de la résistance mécanique en cours de déplacement lorsque des palpeurs mécaniques sont utilisés comme cela apparaît sur la figure 2A. Un palpeur ultrasonore 2 peut être utilisé comme cela apparaît sur la figure 2B. 11 est alors possible de réaliser une localisation de l'interface entre le cartilage et l'os sous-chondral et d'utiliser les techniques d'indentation pour caractériser les propriétés mécaniques du cartilage osseux. L'ensemble des taches de numérisation du segment osseux peut être automatisé et un grand nombre de points de mesure peut être acquis en un minimum de temps pour augmenter la précision. De plus, les points étant numérisés par le capteur extéroceptif directement dans un référentiel associé au robot, la procédure de numérisation permet également de mettre en correspondance le robot avec le segment osseux.A three-dimensional force sensor 3 inserted between the device and the robotic arm 4 makes it possible to measure and manage, in real time, the forces at the end of the spindle to detect, for example, the changes in the mechanical resistance during displacement when sensors mechanical are used as shown in Figure 2A. An ultrasonic probe 2 can be used as shown in Figure 2B. It is then possible to locate the interface between the cartilage and the subchondral bone and to use the indentation techniques to characterize the mechanical properties of the bone cartilage. All scan tasks of the bone segment can be automated and a large number of measurement points can be acquired in a minimum of time to increase accuracy. In addition, since the points are digitized by the exteroceptive sensor directly in a repository associated with the robot, the scanning procedure also makes it possible to match the robot with the bone segment.
La figure 3 montre les informations acquises pour une coupe. La figure 3A symbolise les résultats obtenus sur un fémur avec huit points de mesure par coupe. Avec un dispositif utilisant des palpeurs ultrasonores ou une tomographie par cohérence optique, un grand nombre de points est acquis comme le représente la figure 3B. Si, en parallèle, il est possible d'acquérir des informations densitométriques, le résultat devient alors beaucoup plus riche comme le schématise la figure 3C. Il est aussi possible de numériser en complément quelques repères anatomiques sur la surface externe de l'os, repères accessibles avec la voie d'abord considérée pour augmenter la précision de repérage de la structure osseuse d'intérêt.Figure 3 shows the information acquired for a cut. Figure 3A symbolizes the results obtained on a femur with eight measurement points per section. With a device using ultrasonic probes or optical coherence tomography, a large number of points are acquired as shown in Figure 3B. If, in parallel, it is possible to acquire densitometric information, the result then becomes much richer, as shown schematically in FIG. 3C. It is also possible to digitize in addition some anatomical landmarks on the outer surface of the bone, accessible landmarks with the considered approach to increase the locating accuracy of the bone structure of interest.
Les coupes acquises dont la position et l'orientation sont connues dans le référentiel de base du système de localisation tridimensionnelle ou dans le référentiel de base du robot peuvent être utilisées pour reconstruire en trois dimensions la cavité interne de l'os. Une fois cette cavité reconstruite, il est possible d'extraire certaines données biomécaniques utiles pour planifier le geste chirurgical comme par exemple des angles ou des axes mécaniques. Tl est même possible dans certains cas, de planifier complètement le geste chirurgical sur la cavité ainsi reconstruite. Pour de telles indications, le système mettant en œuvre le dispositif de numérisation pourra proposer une taille d'implant et son implantation sur le segment osseux. Cette planification peut être validée ou modifiée par le chirurgien. Par ailleurs, la cavité étant reconstruite à partir de quelques coupes, il peut être intéressant d'utiliser des données statistiques ou des atlas pour interpoler ces données. Les données statistiques sont mises en correspondance au moyen d'une transformation élastique selon les techniques conventionnelles de traitement d'images.Acquired sections whose position and orientation are known in the basic repository of the three-dimensional localization system or in the basic robot reference frame can be used to reconstruct the internal cavity of the bone in three dimensions. Once this cavity has been reconstructed, it is possible to extract certain biomechanical data that are useful for planning the surgical procedure, such as angles or mechanical axes. It is even possible in some cases to plan completely the surgical procedure on the cavity thus rebuilt. For such indications, the system implementing the digitizing device may propose an implant size and its implantation on the bone segment. This planning can be validated or modified by the surgeon. Moreover, since the cavity is reconstructed from a few sections, it may be interesting to use statistical data or atlases to interpolate these data. The statistical data is mapped using elastic processing according to conventional image processing techniques.
Les coupes acquises par le dispositif de numérisation peuvent également servir à mettre en correspondance des examens pré-opératoires ou per-opératoires où l'interface entre os spongieux et os cortical apparaît nettement. La précision de la mise en correspondance dépendra naturellement de la qualité de ces examens, du caractère discriminant de la cavité interne de la structure osseuse d'intérêt, du nombre de coupes et du nombre de points acquis par coupe. 11 pourra être judicieux de ne pas utiliser un espacement régulier des coupes mais de réaliser ces coupes à des profondeurs où les contours obtenus sont très discriminants.The sections acquired by the digitizing device can also be used to match pre-operative or intra-operative examinations where the interface between cancellous bone and cortical bone clearly appears. The accuracy of the matching will naturally depend on the quality of these examinations, the discriminating character of the internal cavity of the bone structure of interest, the number of cuts and the number of points acquired by cutting. It may be wise not to use a regular spacing of the cuts but to make these cuts at depths where the contours obtained are very discriminating.
La figure 4 illustre la mise en correspondance les données numérisées avec la présente invention avec des examens radiologiques du patient 5, des données statistiques 6 et le modèle 3D de l'implant 7. FIG. 4 illustrates the mapping of the digitized data with the present invention with radiological examinations of the patient 5, statistical data 6 and the 3D model of the implant 7.

Claims

Revendications claims
1. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse, mis en œuvre dans le cadre de la chirurgie orthopédique et de la traumatologie assistées par ordinateur, constitué d'une partie invasive rigide ou semi-rigide destinée à être introduite et déplacée dans le canal médullaire ou toute autre cavité naturelle ou artificielle d'une structure osseuse, cette partie invasive étant équipée d'un ou de plusieurs éléments de mesure permettant de localiser des points sur la paroi de la cavité et/ou aux autres interfaces internes de la structure d'intérêt, ledit dispositif étant en outre également équipé d'un système de localisation dans l'espace pour repérer, à chaque instant, par rapport à un référentiel externe, la position et l'orientation desdits éléments de mesure.1. Device for the internal digitization of a bone structure, implemented in the context of computer-assisted orthopedic surgery and traumatology, consisting of a rigid or semi-rigid invasive part intended to be introduced and moved in the canal medullary or any other natural or artificial cavity of a bone structure, this invasive part being equipped with one or more measuring elements making it possible to locate points on the wall of the cavity and / or at the other internal interfaces of the structure of the bone structure. interest, said device being furthermore also equipped with a location system in space to locate, at each instant, with respect to an external reference system, the position and the orientation of said measurement elements.
2. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon la revendication 1 intégrant sur sa partie invasive un ou plusieurs palpeurs mécaniques instrumentés2. Device for internal digitization of a bone structure according to claim 1 incorporating on its invasive part one or more instrumented mechanical probes.
, embarqués comme éléments de mesure., embedded as measuring elements.
3. Dispositif de numérisation de la structure interne d'un os selon la revendication 2, où le ou les palpeurs sont rétractables pour faciliter l'introduction du dispositif dans la cavité.3. Device for digitizing the internal structure of a bone according to claim 2, wherein the probe or probes are retractable to facilitate the introduction of the device into the cavity.
4. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon la revendication 1 intégrant sur sa partie invasive des émetteurs/récepteurs optoélectroniques comme éléments de mesure.4. Device for internal digitization of a bone structure according to claim 1 integrating on its invasive part optoelectronic emitters / receivers as measuring elements.
5. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon la revendication 1 intégrant sur sa partie invasive des émetteurs/récepteurs fibres comme éléments de mesure.5. A device for internal digitization of a bone structure according to claim 1 integrating on its invasive part of the fiber transceivers as measuring elements.
6. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon la revendication i intégrant sur sa partie invasive des émetteurs/récepteurs ultrasonores comme éléments de mesure. 6. Device for internal digitization of a bone structure according to claim i integrating on its invasive part ultrasonic transmitters / receivers as measuring elements.
7. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon la revendication 1 intégrant sur sa partie invasive des composants d'impédancemétrie électrique.7. A device for internal digitization of a bone structure according to claim 1 incorporating on its invasive portion of the electrical impedance measurement components.
8. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon Tune quelconque des revendications précédentes, où les éléments de mesure fournissent le profil densitométrique de la structure interne de l'os.An internal digitization device of a bone structure according to any one of the preceding claims, wherein the measuring elements provide the densitometric profile of the internal structure of the bone.
9. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse mis en œuvre dans le cadre de la chirurgie orthopédique et de la traumatologie assistées par robot et faisant partie intégrante d'un bras robotisé ou de l'élément terminal de ce bras et constitué d'une partie invasive rigide ou semi-rigide destinée à être introduite et déplacée dans le canal médullaire ou toute autre cavité naturelle ou artificielle d'une structure osseuse ; cette partie invasive étant équipée d'un ou de plusieurs capteurs extéroceptifs permettant de localiser des points sur la paroi de la cavité, et/ou aux autres interfaces internes de la structure d'intérêt.9. A device for internal digitization of a bone structure implemented in the context of robot-assisted orthopedic surgery and traumatology and forming an integral part of a robotic arm or the terminal element of this arm and consisting of a rigid or semi-rigid invasive part intended to be introduced and moved into the medullary canal or any other natural or artificial cavity of a bone structure; this invasive part being equipped with one or more exteroceptive sensors for locating points on the wall of the cavity, and / or other internal interfaces of the structure of interest.
10. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon la revendication 9 où un ou plusieurs palpeurs mécaniques instrumentés sont utilisés comme capteurs extéroceptifs embarqués sur la partie invasive du dispositif.10. A device for internal digitization of a bone structure according to claim 9 wherein one or more instrumented mechanical probes are used as exteroceptive sensors embedded on the invasive part of the device.
11. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon la revendication 9 où un ou plusieurs émetteurs/récepteurs optoélectroniques sont utilisés comme capteurs extéroceptifs embarqués sur la partie invasive du dispositif.11. A device for internal digitization of a bone structure according to claim 9 wherein one or more optoelectronic emitters / receivers are used as exteroceptive sensors embedded on the invasive part of the device.
12. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon la revendication 9 où un ou plusieurs émetteurs/récepteurs ultrasonores sont utilisés comme capteurs extéroceptifs embarqués sur la partie invasive du dispositif.12. A device for internal digitization of a bone structure according to claim 9, wherein one or more ultrasonic transmitters / receptors are used as exteroceptive sensors embedded on the invasive part of the device.
13. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon la revendication 9 où des capteurs extéroceptifs impédancemétriques sont embarqués sur la partie invasive du dispositif. 13. A device for internal digitization of a bone structure according to claim 9 wherein exteroceptive impedancemetric sensors are embedded on the invasive part of the device.
14. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon la revendication 9 où des capteurs extéroceptifs optiques sont embarqués sur la partie invasive du dispositif.14. A device for internal digitization of a bone structure according to claim 9 wherein optical exteroceptive sensors are embedded on the invasive part of the device.
15. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon la revendication 9 où des capteurs extéroceptifs fibres sont embarqués sur la partie invasive du dispositif.15. A device for internal digitization of a bone structure according to claim 9, wherein exteroceptive fiber sensors are embedded on the invasive part of the device.
16. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon l'une des revendications précédentes, où le ou les capteurs extéroceptifs comprennent un ou plusieurs palpeurs mécaniques associés à un capteur d'effort 3D ou à une ou des jauges de contrainte.16. A device for internal digitization of a bone structure according to one of the preceding claims, wherein the one or more exteroceptive sensors comprise one or more mechanical feelers associated with a 3D force sensor or one or strain gauges.
17. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon la revendication 9, où le ou les capteurs extéroceptifs fournissent le profil densitométrique de la structure interne de l'os.17. A device for internal digitization of a bone structure according to claim 9, wherein the exteroceptive sensor or sensors provide the densitometric profile of the internal structure of the bone.
18. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, utilisé pour mettre en correspondance les informations spatiales d'examens pré ou per-opératoires du patient avec la position courante de l'os numérisé.18. A device for internal digitization of a bone structure according to any one of the preceding claims, used to match the spatial information pre or intraoperative examination of the patient with the current position of the digitized bone.
19. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, utilisé pour mettre en correspondance des informations morphologiques statistiques avec les données morphologiques de T os numérisé19. The device of internal scan of a bone structure according to any one of the preceding claims, used for mapping statistical morphological information with morphological data T bone digitized
20. Dispositif de numérisation interne d'une structure osseuse selon l'une quelconque des revendications précédentes utilisé pour mettre en correspondance un robot d'assistance à la chirurgie avec la position courante de l'os numérisé.The internal digitization device of a bone structure according to any one of the preceding claims used to map a surgical assistance robot to the current position of the digitized bone.
21. Dispositif de numérisation de la structure interne d'un os selon l'une quelconques des revendications précédentes utilisé pour planifier la pose d'un implant et des autres matériels à partir des données numérisées reconstruites.21. A device for digitizing the internal structure of a bone according to any one of the preceding claims used for planning the placement of an implant and other materials from the reconstructed digitized data.
22. Dispositif de numérisation de l'os selon l'une quelconque des revendications précédentes mis en œuvre pour la numérisation des surfaces interne et externe des os plats et courts par localisation de l'interface tissus/os cortical ou de l'interface cartilage/os sous-chondral et utilisé pour mettre en correspondance les informations spatiales d'examens pré ou per-opératoires du patient avec la position courante de l'os numérisé, pour mettre en correspondance un robot d'assistance à la chirurgie avec la position courante de l'os numérisé et/ou pour planifier la pose d'un implant et des autres matériels à partir des données numérisées reconstruites. 22. Device for digitizing the bone according to any one of the preceding claims implemented for digitizing the internal and external surfaces of the bones. flat and short by locating the cortical tissue / bone interface or the subchondral cartilage / bone interface and used to map spatial information from the patient's pre- or intra-operative examinations to the current position of the patient digitized bone, for mapping a surgical assistance robot to the current position of the digitized bone and / or for planning the placement of an implant and other materials from the reconstructed digitized data.
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