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Dispositif stéréotaxique et procédé de réalisation d'un dispositif
stéréotaxique
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte à un dispositif stéréotaxique pour la
chirurgie au niveau de la tête
d'un patient, humain ou animal, ainsi qu'au procédé de réalisation du
dispositif stéréotaxique. La
chirurgie au niveau de la tête d'un patient vise notamment les interventions
intracrâniennes, oculaires,
de l'oreille interne et des sinus.
La stéréotaxie est l'ensemble des méthodes permettant un repérage
tridimensionnel par rapport à
l'anatomie d'un patient. Plus clairement, un dispositif stéréotaxique permet
de faire correspondre un
repère extérieur et une ou plusieurs zones à traiter ou à préserver à
l'intérieur du corps du patient.
Généralement, ces zones n'apparaissent que lorsqu'une imagerie médicale est
effectuée.
L'invention vise plus particulièrement à obtenir un guide pour des outils
chirurgicaux avec un repère
présentant une résolution et une précision inférieure au millimètre.
Ainsi, l'invention trouve des applications thérapeutiques ou chirurgicales. La
chirurgie à stéréotaxie est
par exemple utilisée pour le traitement de tumeurs intracrâniennes, la pose
d'électrodes pour la maladie
de Parkinson, la prévention et le traitement d'accidents vasculaires cérébraux
par dissolution de caillots
ou traitement d'anévrismes et la pose d'implants cochléaires.
Les applications thérapeutiques concernent l'injection localisée de produits
thérapeutiques, tels que des
produits de chimiothérapie. Pour l'utilisation sur les animaux, la stéréotaxie
a en outre une application
pour l'expérimentation sur animaux, notamment lors de l'injection ciblée de
médicaments.
ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE
Dans les expérimentations animales, des rats sont classiquement utilisés par
les laboratoires afin de
tester des médicaments. Ces médicaments sont injectés par voie intracrânienne
dans une zone cible
du cerveau des rats. Avec la précision actuelle, environ les deux-tiers des
injections sont réalisées à
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côté de la zone cible. Ce sont alors autant d'échantillons qui doivent être
écartés après vérification post-
nnortem par dissection.
De manière générale, pour intervenir au niveau cérébral ou plus généralement
de la tête d'un patient,
humain ou animal, une grande précision est requise afin d'éviter autant que
possible les dommages
pouvant survenir au niveau du cerveau et autres structures anatomiques (yeux,
oreille interne, voies
respiratoires, etc.) du patient.
Les dispositifs stéréotaxiques sont alors utilisés pour guider les
interventions physiques ou
radiologiques.
Dans le cas d'une intervention physique, les dispositifs stéréotaxiques sont
utilisés pour guider les
déplacements d'instruments chirurgicaux tels que des forêts, des aiguilles de
biopsie, des électrodes,
des dispositifs de cautérisation...
Pour ce faire, ces dispositifs stéréotaxiques intègrent un guide
d'intervention destiné à guider et
éventuellement à maintenir les instruments chirurgicaux.
Le dispositif stéréotaxique le plus utilisé pour les interventions physiques
est le cadre stéréotaxique. Tel
qu'illustré sur la figure 1, ce cadre 100 est vissé sur la boite crânienne C
du patient et il sert de repère
et de guidage pour les instruments chirurgicaux 105.
Plus précisément, la figure 1 illustre de manière simplifiée un exemple de
chirurgie stéréotaxique. Dans
cet exemple, une zone d'intervention cible est une tumeur située au niveau du
point P1. A partir d'une
première imagerie médicale, le chirurgien détermine la position de la zone
d'intervention, c'est-à-dire
les coordonnées (xl , yl , zl) de la tumeur sur le référentiel de l'imagerie
médicale, et il détermine ensuite
l'axe d'intervention rectiligne optimal A. Cet axe d'intervention A passe par
le point P1 et un point P2
situé à la surface du crâne C, appelé point d'entrée. L'imagerie médicale
permet également de
déterminer les coordonnées (x2, y2, z2) du point P2 sur le référentiel de
l'imagerie médicale. Dans
l'exemple simplifié de la figure 1, la face du patient correspond à l'axe z du
référentiel de l'imagerie
médicale si bien qu'il parait simple d'aligner les points P1 et P2. En
pratique, l'alignement de ces points
P1 et P2 nécessite un alignement tridimensionnel.
Dans le contexte opératoire, sans dispositif stéréotaxique, il est impossible
pour le chirurgien de
déterminer la trajectoire requise à partir uniquement de la position du point
P2 puisque la zone
d'intervention n'est pas visible depuis l'extérieur du patient. Il convient
donc d'obtenir un point extérieur
au crâne C et situé sur l'axe d'intervention A. P3 symbolise ce point sur la
figure 1. Ainsi, les points P2
et P3 permettent l'alignement des instruments chirurgicaux 105 le long de
l'axe d'intervention A à
l'extérieur du crâne C du patient.
Pour matérialiser le point P3, un repère cartésien est créé autour du crâne du
patient. Une fois établi,
ce repère permet de localiser de manière univoque n'importe quel point dans
l'espace entourant le
patient, aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur du crâne C. Pour créer le
repère, un dispositif rigide, par
exemple le cadre 100 de la figure 1, est littéralement vissé sur le crâne C du
patient. La solidarisation
sans mouvement du cadre 100 au crâne C permet d'associer un système de
coordonnées à l'espace
tridimensionnel entourant la tête du patient.
Après fixation surie crâne C par vissage, une opération d'alignement du cadre
100 est requise.
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En effet, le cadre 100 est fixé à l'extérieur du patient sans visibilité de
l'anatomie cérébrale. Pour garantir
la trajectoire, il est impératif que les trois points P1, P2 et P3
appartiennent au même repère et qu'ils
aient la même origine. Cette opération est réalisée par alignement
radiologique, ce qui nécessite la
réalisation d'une imagerie supplémentaire du patient portant le cadre
stéréotaxique 100. Sans cet
alignement radiologique, il est impossible d'utiliser le dispositif.
Une fois l'alignement radiologique effectué, le repère cartésien matérialisé
par le cadre stéréotaxique
100 met en correspondance l'intérieur et l'extérieur du crâne C du patient au
travers d'un système de
coordonnées fiables. Le chirurgien peut alors régler le positionnement des
instruments chirurgicaux 105
par rapport au référentiel du cadre 100, au moyen d'un guide d'intervention
103 fixé sur le cadre 100.
Ce guide d'intervention 103 se présente sous la forme d'un tube cylindrique
dont l'axe central est
positionné sur l'axe d'intervention A.
Les instruments chirurgicaux 105 peuvent donc être insérés dans le guide
d'intervention pour atteindre
le crane C du patient au niveau du point P2 et pour continuer leur course
jusqu'au point P1.
Ainsi, pour réaliser une chirurgie stéréotaxique au moyen du cadre 100 de la
figure 1, il est classique
de réaliser les étapes suivantes :
- réalisation d'une première imagerie médicale ;
- détection d'une pathologie intracrânienne dans la première imagerie
médicale ;
- détermination de l'acte chirurgical envisagé et de l'axe d'intervention
A;
- préparation et installation du cadre 100 sur le crâne C du patient ;
- réalisation d'une seconde imagerie médicale permettant l'alignement du guide
d'intervention 103
sur l'axe d'intervention A ; et
- utilisation des instruments chirurgicaux 105 à travers le guide
d'intervention 103 pour réaliser
l'acte chirurgical envisagé.
Le cadre 100 permet un maintien précis des instruments chirurgicaux 105 dans
le guide d'intervention
103 car le cadre 100 est en prise de force directe avec le crâne C du patient,
par l'intermédiaire de vis
101. Ainsi, lorsque la tête du patient bouge, le cadre 100 suit les mouvements
de la tête. Une
immobilisation totale du patient n'est alors pas nécessaire entre les
différentes étapes de préparation
et d'installation du cadre 100, d'alignement du guide d'intervention 103 et
d'utilisation des instruments
chirurgicaux 105 à travers le guide d'intervention 103.
Cependant, ces étapes d'intervention sont longues car, avant le démarrage de
l'intervention réelle, le
patient doit être anesthésié pour l'installation du cadre 100, puis le patient
doit être déplacé jusqu'au
dispositif d'imagerie médicale, et l'imagerie médicale doit être analysée pour
aligner le guide
d'intervention 103. Il s'ensuit qu'une telle intervention est complexe à
mettre en place car le patient doit
être endormi un long moment, souvent plusieurs heures, pour effectuer ces
différentes opérations.
Par ailleurs, dans le cas d'une intervention radiologique, c'est-à-dire une
intervention par rayonnements
ionisants, également appelée radiothérapie, les traitements sont réalisés sans
instrument physique et
donc sans ouverture du crâne C. Pour ce type d'intervention radiologique, il
n'est donc pas recherché
de guider les déplacements d'un instrument chirurgical mais il est nécessaire
d'obtenir un
positionnement précis du patient par rapport aux moyens d'émission des
rayonnements ionisants pour
s'assurer que l'ensemble des faisceaux de rayonnement convergent vers la zone
d'intervention.
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Pour garantir le positionnement précis du patient, plusieurs approches sont
envisageables, parfois
combinées, et d'autres moyens de stéréotaxie peuvent être utilisés.
Un filet peut être moulé sur le visage du patient pour immobiliser la tête du
patient sur une table
d'opération, directement ou indirectement. Ce dispositif est parfois complété
par un point de fixation au
niveau des maxillaires supérieurs du patient. En effet, les maxillaires
supérieurs sont solidaires du crâne
et garantissent, à ce titre, une liaison fiable entre un dispositif de
maintien, fixé sur la table d'opération,
et le crâne du patient.
Certaines unités de radio-chirurgie utilisent également un dispositif
maxillaire pour effectuer un repérage
spatial. Une gouttière dentaire est créée sur mesure à partir de la mâchoire
du patient.
Cette gouttière est reliée à un dispositif composé de cibles détectables dans
l'espace par un système
de capteurs. Le patient est immobilisé grâce à un filet thernnoformé, avec la
gouttière en place. Ainsi, la
position des capteurs est détectée dans l'espace pour réaligner le point de
focalisation des moyens
d'émission des rayonnements lors d'une étape de calibration.
Cependant, ces moyens d'immobilisation du patient pour les interventions
radiologiques ne permettent
pas de réaliser des interventions physiques car ils ne permettent pas de
guider des instruments
chirurgicaux.
On connait par ailleurs de CN112603474A1 un dispositif de guidage médical qui
ne surmonte pas les
difficultés des dispositifs précités car il implique une colonne de fixation
du dispositif sur le nez du
patient. Cette approche est imprécise puisque le nez est relativement
élastique et ne peut donc pas
garantir un positionnement précis De même, EP2538856 A2 est un dispositif
stéréotaxique qui impose
le recours à une imagerie médicale après sa pose, avec les inconvénients
mentionnés précédemment.
En plus de l'inconvénient de l'imagerie multiple, ce procédé induit de
l'imprécision car un gabarit de
perçage est fabriqué en apport du guide et il vient se fixer par après sur le
guide. La combinaison de
ces contraintes est un facteur important d'imprécision par ajouts successifs
d'éléments.
Le problème technique de l'invention est donc d'obtenir un dispositif
stéréotaxique permettant de limiter
la complexité d'une intervention utilisant un dispositif stéréotaxique tout en
guidant des instruments
chirurgicaux selon un axe d'intervention prédéterminé.
EXPOSE DE L'INVENTION
Pour répondre à ce problème technique, un aspect est ici de proposer
d'utiliser un guide stéréotaxique
relié avec un support dentaire fixé sur les maxillaires du patient.
En effet, on a observé que l'utilisation des maxillaires comme support du
guide stéréotaxique permet
d'obtenir une résistance mécanique suffisante pour supporter et/ou guider les
instruments de chirurgie
avec une grande précision si bien qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser un
dispositif vissé sur le crâne du
patient.
Par ailleurs, l'arcade maxillaire est solidaire du crâne. Ainsi, un ancrage
sur le maxillaire permet de créer
un repère tridimensionnel autour de l'anatomie crânienne du patient.
Contrairement à la position d'un
cadre rapporté sur le crâne du patient, la géométrie de l'arcade maxillaire
peut être extraite
numériquement de l'imagerie préopératoire de diagnostic. Il s'ensuit que le
dispositif stéréotaxique peut
être créé sur mesure directement à partir de l'imagerie préopératoire et il
n'est plus nécessaire
d'effectuer une seconde imagerie médicale pour obtenir l'alignement du
dispositif stéréotaxique.
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Ainsi, selon un premier aspect, est présenté un dispositif stéréotaxique, pour
intervention au niveau de
la tête d'un patient, comportant :
- au moins un guide d'intervention configuré pour guider, lors de
l'intervention, un instrument
chirurgical jusqu'à une zone d'intervention ; et
- au moins une structure de positionnement relativement au crâne du patient
dudit au moins un
guide d'intervention.
Le dispositif se caractérise en ce que le dispositif stéréotaxique comporte
également un support dentaire
configuré pour ancrer la structure de positionnement sur des maxillaires
supérieurs du patient, ladite au
moins une structure de positionnement étant fixée d'une part au support
dentaire et d'autre part à l'au
moins un guide d'intervention.
On obtient ainsi un dispositif stéréotaxique sur mesure dont les dimensions
peuvent être déterminées
uniquement à partir de la première imagerie préopératoire de diagnostic. Lors
de l'intervention, il suffit
désormais de fixer le support dentaire sur des maxillaires supérieurs du
patient pour obtenir un dispositif
stéréotaxique dont le guide d'intervention est directement positionné sur
l'axe d'intervention.
On parvient à limiter la complexité d'une intervention intracrânienne pour
laquelle il est nécessaire de
guider des instruments chirurgicaux selon un axe d'intervention prédéterminé
car la durée d'anesthésie
du patient est raccourcie, et la charge du personnel médical est allégée.
La forme du support dentaire et de la structure de positionnement peut varier.
Selon un mode de réalisation, le support dentaire comporte une gouttière
réalisée sur mesure par
rapport à l'arcade maxillaire du patient de sorte que le dispositif de
positionnement soit hyperstatique
lorsque la gouttière est montée sur les dents du patient.
En effet, la géométrie de l'arcade maxillaire, détectée sur l'imagerie
préopératoire de diagnostic, permet
la création d'une gouttière dentaire sur mesure, assimilable à la prise d'une
empreinte dentaire effectuée
par les dentistes. Cette gouttière dentaire sur mesure, une fois usinée ou
imprimée, peut être montée
sur les dents maxillaires du patient. De par la forme en U de l'arcade
dentaire et de par la forme des
dents, le positionnement de la gouttière est dit hyperstatique c'est à dire
avec plus de contraintes que
nécessaires pour le maintien. Le caractère hyperstatique de la liaison assure
la continuité géométrique
entre le crâne et l'extérieur du crâne au travers de la gouttière. Cette
interface garantit donc un repérage
univoque des structures anatomiques du patient.
Cette gouttière peut être fixée solidairement avec la structure de
positionnement ou de manière
amovible, par exemple au moyen d'un système vis/écrou.
L'utilisation de moyens de fixation amovibles permet de réaliser
indépendamment la gouttière et la
structure de positionnement. Il est alors possible d'utiliser des matériaux
différents pour obtenir des
propriétés mécaniques différentes entre ces deux éléments. La gouttière peut
également être réutilisée
pour plusieurs interventions distinctes associées au même patient avec des
structures mécaniques de
positionnement matérialisant des axes d'intervention différents ou portant des
guides d'intervention
distincts.
En outre, il est possible de réaliser la gouttière sur mesure et de réutiliser
une structure de
positionnement réglable pour plusieurs patients.
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A cet effet, la structure de positionnement peut comporter au moins deux
poutres articulées entre elles
autour d'une articulation, et des moyens de réglage de la position angulaire
relative des deux poutres
et de réglage de la distance entre l'articulation et le guide d'intervention.
Ainsi, en réglant la position angulaire de l'articulation et la longueur des
deux poutres en fonction de
réglages déterminés sur mesure pour chaque patient, il est possible de
réutiliser la même structure. De
plus, cette structure peut alors être conçue avec une très forte résistance en
utilisant des matériaux
présentant des performances mécaniques spécifiques, tels que le carbone,
l'aluminium ou les
plastiques de haute densité.
En variante, la structure de positionnement est une structure monobloc fixe
dont les dimensions sont
déterminées sur mesure à partir de la position des maxillaires, de la zone
d'intervention et la position
du guide d'intervention. Contrairement à une structure réglable, une structure
monobloc présente
l'avantage de limiter les erreurs de positionnement et d'améliorer la rapidité
d'installation sur le patient
car il n'est plus nécessaire de régler la structure.
Cette structure monobloc sur mesure peut être réalisée avec une imprimante par
impression
tridimensionnelle, en utilisant des matériaux plastiques sélectionnés pour
leurs performances
mécaniques et adaptés à ce type d'impression. Outre la position de la zone
d'intervention et la position
du guide d'intervention, la forme du visage du patient peut également être
établie pour déterminer les
dimensions de la structure de positionnement.
Bien entendu, la structure de positionnement peut être adaptée pour guider
plusieurs types
d'instruments chirurgicaux en fonction des besoins de l'intervention. En
outre, le guide d'intervention
peut comporter une butée limitant la course de l'instrument chirurgical
lorsque la zone d'intervention est
atteinte. Cette butée permet de limiter la course des instruments pour que
l'instrument atteigne
précisément la zone d'intervention, sans la dépasser, lorsque la butée est
atteinte.
Lorsqu'il est recherché d'utiliser des instruments particulièrement lourds ou
appliquant des forces
importantes, il peut être recherché de découpler le besoin de guidage du
besoin de maintien. Pour ce
faire, le dispositif stéréotaxique peut comporter au moins une prise de force,
configurée pour être fixée
à une table d'intervention sur laquelle repose le patient lors de
l'intervention.
La robustesse du maintien de l'ancrage dentaire peut également être garantie
en bloquant la fermeture
de la mâchoire du patient sur l'ancrage dentaire de sorte que les dents
inférieures participent à la fixation
de l'ancrage dentaire.
Pour ce faire, le dispositif stéréotaxique peut comporter une sangle
maxillaire destinée à enserrer la tête
du patient, en passant par le sommet de la tête et le menton du patient.
Selon un second aspect, est présenté un procédé de réalisation d'un dispositif
stéréotaxique selon le
premier aspect, le procédé comportant les étapes suivantes :
- réalisation d'une image tridimensionnelle au niveau de la tête du patient ;
- détermination d'au moins une zone d'intervention dans l'image
tridimensionnelle ;
- détection de la position et de la forme des maxillaires du patient dans
l'image tridimensionnelle ;
- détermination d'au moins un point d'entrée de sorte à atteindre l'au moins
une zone d'intervention
avec au moins un axe d'intervention prédéterminé ;
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- détermination de la position d'au moins un guide d'intervention de sorte
que l'axe central dudit au
moins un guide d'intervention soit coaxial avec l'au moins un axe
d'intervention prédéterminé
reliant l'au moins un point d'entrée et l'au moins une zone d'intervention ;
- détermination des dimensions du support dentaire en fonction de la forme
des maxillaires du
patient ;
- détermination des dimensions de la structure de positionnement en
fonction des positions
déterminées de l'au moins un guide d'intervention et des maxillaires ; et
- réalisation du dispositif stéréotaxique à partir des dimensions
déterminées.
Ce procédé permet d'obtenir un dispositif stéréotaxique sur mesure en
utilisant une seule étape
d'imagerie tridimensionnelle intracrânienne du patient.
Les différentes étapes de détermination peuvent être réalisées par un
chirurgien ou un mécanicien. Par
exemple, la zone d'intervention est normalement déterminée par un chirurgien.
Le point d'entrée peut également être sélectionné par un chirurgien. En
variante, la détermination de
l'au moins un point d'entrée sur le crâne du patient peut comporter une sous-
étape dans laquelle une
intelligence artificielle sélectionne et suggère un ou plusieurs points
d'entrée possibles parmi lesquels
un chirurgien peut choisir. Ainsi, une intelligence artificielle entrainée sur
un grand nombre d'opérations
similaires peut suggérer des points d'entrées précédemment utilisés dans des
cas similaires.
Une intelligence artificielle peut également être utilisée pour déterminer la
forme et les dimensions de
la structure de positionnement pour répondre aux contraintes mécaniques. Ces
contraintes mécaniques
peuvent également être estimées à partir d'une intelligence artificielle. En
variante, la forme de la
structure peut être sélectionnée parmi un ensemble de formes prédéterminées.
Ces formes
prédéterminées présentent alors des dimensions adaptables qu'un algorithme
peut rechercher en
fonction des mesures physiologiques du patient.
Des algorithmes de traitement d'image peuvent également être mis en oeuvre
pour déterminer la
position du guide d'intervention, les dimensions du support dentaire et/ou les
dimensions d'une
éventuelle butée dans le guide d'intervention.
De préférence, la réalisation du dispositif stéréotaxique à partir des
dimensions déterminées comporte
au moins une étape d'impression tridimensionnelle de la structure de
positionnement, du guide
d'intervention, et/ou du support dentaire.
Un autre aspect de modes de réalisation concerne un procédé de montage d'un
dispositif stéréotaxique
au niveau de la tête d'un patient, comprenant l'utilisation d'un dispositif
tel que précédemment introduit
et son positionnement sur la tête du patient tel que le positionnement du
guide d'intervention est assuré
par le positionnement du support et de la structure de positionnement
relativement à la tête du patient,
par l'ancrage de la structure de positionnement sur les maxillaires
supérieures du patient.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui suit, dont
les détails sont donnés
uniquement à titre d'exemple, et développée en relation avec les figures
annexées, dans lesquelles des
références identiques se rapportent à des éléments identiques.
La figure 1 illustre une vue de face d'un dispositif stéréotaxique selon l'art
antérieur, vissé sur le crâne
du patient.
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La figure 2 illustre une vue en perspective de la tête d'un patient avec un
dispositif stéréotaxique selon
un premier mode de réalisation de l'invention.
La figure 3 illustre une vue en perspective du dispositif stéréotaxique de la
figure 2.
La figure 4 illustre un organigramme reprenant les principales étapes du
procédé de réalisation d'un
dispositif stéréotaxique selon l'invention.
La figure 5 illustre une sous-étape d'imagerie médicale du procédé de la
figure 4.
La figure 6 illustre une sous-étape de détennination de l'axe d'intervention
du procédé de la figure 4.
La figure 7 illustre l'étape d'extraction des données spatiales pour la
fabrication du dispositif
stéréotaxique selon le procédé de la figure 4.
La figure 8 illustre une vue de face d'un dispositif stéréotaxique selon un
second mode de réalisation
de l'invention.
La figure 9 illustre une vue de face du dispositif stéréotaxique de la figure
8 monté sur les maxillaires
d'un patient.
La figure 10 illustre une vue de face d'un dispositif stéréotaxique selon un
troisième mode de réalisation
de l'invention.
La figure 11 illustre une vue en perspective d'un dispositif stéréotaxique
selon un quatrième mode de
réalisation de l'invention.
La figure 12 illustre une vue en perspective d'un dispositif stéréotaxique
selon un cinquième mode de
réalisation de l'invention.
La figure 13 illustre une vue de dessus d'un dispositif stéréotaxique selon un
sixième mode de
réalisation de l'invention ; et
La figure 14 illustre une vue de dessus d'un dispositif stéréotaxique selon un
septième mode de
réalisation de l'invention.
La figure 15 illustre un autre aspect d'un mode de réalisation de l'invention,
employant un système de
presse.
La figure 16 présente l'assemblage du système de presse avec le reste du
dispositif stéréotaxique.
La figure 17 schématise la coopération d'une gouttière et du système de
presse.
Les figures 18 et 19 sont respectivement une vue de face et une vue de profil
de la tête d'un patient
équipé du dispositif stéréotaxique selon les figures 15 à 17.
La figure 20 est une vue partielle du dispositif selon le dernier mode de
réalisation.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
La figure 2 illustre la tête d'un patient P sur laquelle est fixé un
dispositif stéréotaxique 10a selon un
premier mode de réalisation. Ce dispositif stéréotaxique 10a est représenté
seul sur la figure 3.
Ainsi, ce dispositif stéréotaxique 10a comporte un support dentaire 3a, une
structure de positionnement
5a, et un guide d'intervention 7.
Le support dentaire 3a présente une portion conformée aux maxillaires 31 de la
mâchoire supérieure
du patient P permettant d'ancrer le dispositif stéréotaxique 10a sur un point
fixe du crâne C du patient
P. En effet, les maxillaires de la mâchoire supérieure sont solidaires de
l'arcade maxillaire et donc du
crâne du patient P. La portion conformée aux dents est préférentiellement
réalisée sous la forme d'une
gouttière 31 réalisée sur-mesure. La gouttière 31 est solidaire d'une embase
33, située en dehors de la
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bouche du patient P. Dans l'exemple des figures 2 et 3, l'embase 33 prend la
forme d'une barre
horizontale s'étendant latéralement, lorsque le support dentaire 3a est fixé
sur le patient P et que celui-
ci est debout, tête droite.
Le guide d'intervention 7 se présente sous la forme d'un tube, dont l'axe
central est confondu avec un
axe d'intervention A. Ce guide d'intervention 7 sert au guidage d'outils
chirurgicaux selon l'axe
d'intervention A.
La structure de positionnement 5a est fixée à une extrémité au support
dentaire 3a et à l'autre extrémité
au guide d'intervention 7. La structure de positionnement 5a positionne ainsi
le guide d'intervention 7
par rapport au support dentaire 3a.
Sur la figure 2, le guide d'intervention 7 est positionné juste derrière
l'oreille du patient P, ce qui
correspond par exemple à la position attendue du guide d'intervention 7 pour
la pose d'un implant
cochléaire.
Le support dentaire 3a, la structure de positionnement 5a et le guide
d'intervention 7 sont par exemple
réalisés en matériau rigide, de type plastique (chlorure de polyvinyle PVC,
polycarbonate PC, etc.). Le
dispositif stéréotaxique 10a peut notamment être réalisé d'une seule pièce ;
le support dentaire 3a, la
structure de positionnement 5a et le guide d'intervention 7 venant alors de
matière.
Comme précédemment mentionné, le support dentaire 3a permet d'ancrer le
dispositif stéréotaxique
10a par rapport aux maxillaires du patient P, et donc par rapport à son crâne,
duquel les maxillaires
sont solidaires. Cet ancrage est préférentiellement hyperstatique, ce qui
permet d'assurer une prise de
force sur les dents par le support dentaire 3a, et donc que des outils
chirurgicaux puissent prendre appui
sur le guide d'intervention 7 sans dissocier le dispositif stéréotaxique 10a
du crâne du patient P.
Dans ce mode de réalisation, la structure de positionnement 5a comporte un
bras en arc de cercle 51,
relié à une extrémité au support dentaire 3a, notamment à son embase 33, et à
l'autre extrémité au
guide d'intervention 7. La structure de positionnement 5a comporte en outre
une barre de renfort 53,
partant de l'extrémité latérale de l'embase 33 et rejoignant le bras en arc de
cercle 51.
La forme de la structure de positionnement peut varier en fonction de
l'éloignement du support dentaire
3a au guide d'intervention 7, de l'orientation relative haut/bas ou
gauche/droite du support dentaire 3a
et du guide d'intervention 7, du type d'intervention prévue sur le patient P,
du type d'instruments qu'il
est prévu d'utiliser, etc.
En réalisant le dispositif stéréotaxique 10a d'une seule pièce, des erreurs de
réglage potentielles sont
évitées. En particulier, le dispositif stéréotaxique 10a peut être réalisé par
impression tridimensionnelle,
méthode de fabrication permettant la réalisation de prototypes uniques ou en
nombre réduit à peu de
frais.
D'autres méthodes d'usinages, notamment soustractives, peuvent en alternative
être utilisées, par
exemple au moyen d'une usineuse assistée par ordinateur (CAO ou création
assistée par ordinateur ).
En utilisant ainsi des fraises ou défonceuses pilotées, il est possible
d'obtenir la forme désirée pour le
dispositif stéréotaxique 10a.
Des combinaisons de méthodes d'usinage additives et soustractives peuvent
aussi être utilisées : il est
possible de mouler ou imprimer un gabarit grossier (phase additive) puis
d'usiner au moyen d'une
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usineuse (fraise ou défonceuse) assistée par ordinateur la structure fine du
dispositif stéréotaxique 10a
avec précision.
Les figures 4 à 9 illustrent le procédé de fabrication d'un dispositif
stéréotaxique selon l'invention.
La figure 4 est un organigramme illustrant schématiquement les étapes du
procédé 200 de réalisation
d'un dispositif stéréotaxique 10b selon un second mode de réalisation.
La première étape 201 consiste à déterminer la position de la zone cible,
c'est-à-dire le point Pl, dans
un repère d'imagerie médicale tridimensionnelle de la tête du patient P. Ce
point P1 peut être repéré
par des coordonnées xl , yl , zl dans un système cartésien. Selon une
variante, le repérage peut se
faire dans un système sphérique.
Dans un système cartésien x, y, z, la tête du patient P est représentée
schématiquement par son crâne
C. Le point M, de coordonnées xM, yM, zM, représente la position des
maxillaires. Plus précisément,
un ensemble de points M est recherché pour déterminer les contours des dents
pour la réalisation du
support dentaire 3b, tel qu'illustré sur la figure 8. Cette première étape est
schématiquement illustrée
en figure 5.
Lors de la deuxième étape 203, le point d'entrée P2 et/ou l'axe d'intervention
A sont déterminés. Le
point d'entrée P2 et l'axe d'intervention A sont notamment choisis par le
chirurgien pour éviter les zones
vitales ou sensibles (vaisseaux sanguins, nerfs, etc.). Cette deuxième étape
est schématiquement
illustrée en figure 6.
En particulier, selon le type d'intervention et des données sur le patient,
une intelligence artificielle peut
présélectionner plusieurs points d'entrée P2, parmi lesquels le chirurgien
choisit celui qu'il estime le plus
indiqué. Le point P2 est alors repéré au moyen de ses coordonnées x2, y2, z2
dans le même repère.
La troisième étape 205 est le dimensionnement du dispositif stéréotaxique 10b
à partir des positions
des points Pi, P2, M et du contour des dents autour du point M, alors extraits
de l'image
tridimensionnelle unique de la tête du patient P. Ces éléments sont
représentés schématiquement en
figure 7.
En particulier, en fonction de ces données, du type d'intervention et des
outils chirurgicaux utilisés,
différentes formes peuvent être proposées pour la structure de positionnement
5b. De nouveau, une
intelligence artificielle peut présélectionner plusieurs formes parmi
lesquelles le chirurgien sélectionnera
celle qu'il estime le plus adaptée.
La quatrième étape 207 consiste ensuite à réaliser le dispositif stéréotaxique
10b, par exemple au
moyen d'une impression tridimensionnelle. Cette étape est schématiquement
illustrée en figure 8, qui
représente le dispositif stéréotaxique 10b ainsi obtenu.
Selon la longueur des instruments chirurgicaux qu'il est prévu d'utiliser, la
forme du guide d'intervention
7 peut être paramétrée pour former une butée à une distance L prédéterminée de
la zone cible Pi.
Cette butée permet d'éviter que les instruments chirurgicaux ne soient trop ou
pas assez enfoncés. En
alternative, la butée peut être réalisée en addition à la forme générale
tubulaire du guide d'intervention.
Sur le mode de réalisation de la figure 9, le dispositif stéréotaxique 10b est
mis en place sur le patient
P au moyen du support dentaire 3b fixé sur les dents.
La figure 10 illustre un mode de réalisation alternatif d'un dispositif
stéréotaxique 10c, partiellement
réutilisable.
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Dans ce mode de réalisation, le support dentaire 3c est détachable de la
structure de positionnement
5c, et la structure de positionnement 5c est réglable.
La structure de positionnement 5c comporte en particulier deux poutres 55, 57,
articulées entre elles et
par rapport au support dentaire 3c. Les poutres 55, 57 sont télescopiques, et
présentent ainsi une
longueur réglable.
Plus précisément, les poutres 55, 57 sont articulées entre elles par une
liaison pivot ou rotule. Ainsi,
chaque poutre 55, 57 est fixée d'une part à la liaison pivot ou rotule et,
d'autre part, au support dentaire
3c ou au guide d'intervention 7, préférentiellement par des liaisons pivot ou
rotule.
Avec un tel dispositif stéréotaxique 10c, la troisième étape 205 de
dimensionnement produit un réglage
de position relative des poutres 55, 57 entre elles et par rapport au support
dentaire 3c ainsi que
d'orientation du guide d'intervention 7 à l'extrémité des poutres 55, 57. Les
articulations et les poutres
télescopiques 55, 57 peuvent à cette fin comporter une graduation, par exemple
de type vernier, et des
moyens de verrouillage en position.
En variante, une structure de positionnement peut comporter trois poutres ou
plus sans changer
l'invention. Les poutres peuvent être alignées ou disposées en Y avec deux ou
plus guides d'intervention
7 aux extrémités libres.
De telles structures de positionnement peuvent notamment être en kits, l'étape
de dimensionnement
205 fournissant alors les références et l'ordre d'assemblage des poutres
articulées, articulations et
guides d'intervention pour obtenir le dispositif stéréotaxique adéquat.
L'étape de fabrication 207 du dispositif stéréotaxique consiste alors en un
assemblage des différents
éléments selon les références et l'ordre d'assemblage fourni à l'étape de
dimensionnement 205.
Le support dentaire 3c est par exemple attaché par des vis 35 à une extrémité
de la structure de
positionnement 5c, de façon amovible et interchangeable. Le guide
d'intervention 7 peut aussi être
attaché par des vis ou par coopération de forme.
Ainsi, il est possible d'utiliser la structure de positionnement 5c avec
différents supports dentaires 3c.
Le support dentaire 3c étant la portion individualisée du dispositif
stéréotaxique 10c, il est en
conséquence possible de réutiliser la structure de positionnement 5c réglable
pour plusieurs patients P,
ou bien d'utiliser différentes structures de positionnement 5c de type
différent ou préréglées selon des
réglages différents pour un même patient P, sur lequel le support dentaire 3c
reste alors en place.
La structure de positionnement 5c peut alors être réalisée en métal, avec un
usinage précis du fait de
sa réutilisation pour plusieurs interventions. Un métal approprié est par
exemple l'acier inoxydable dit
chirurgical ou bien l'aluminium.
La figure 11 illustre un mode de réalisation alternatif d'un dispositif
stéréotaxique 10d selon l'invention.
Ce dispositif stéréotaxique 10d comporte une structure de positionnement 5d
attachée au support
dentaire 3d par des vis 35, et comportant quatre bras 58. Les bras 58 partent
d'une embase 59 de la
structure de positionnement 5d, portant les vis 35, l'embase 59 se prolongeant
sur le côté de la tête du
patient P. Les bras 58 partent du prolongement latéral de l'embase 59 et se
rejoignent au niveau du
guide d'intervention 7.
Les bras 58 forment ainsi une structure pyramidale, dont le guide
d'intervention 7 est au sommet, et
l'embase 59 de la structure de positionnement 5d forme la base. En réalisant
un support dentaire 3d et
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une structure de positionnement 5d reliés par des vis 35, il est possible de
réaliser ces différents
éléments dans des matériaux différents, avec différentes propriétés mécaniques
(solidité, poids, coût et
propriétés d'usinage).
Le dispositif stéréotaxique 10d comporte en outre une sangle maxillaire 9, qui
enserre la tête du patient
P, en passant par le sommet de la tête (voûte ou sinciput) et le menton. Le
serrage de cette sangle
maxillaire 9 permet de renforcer la prise de force du support maxillaire 3d
sur les dents par compression
de la mâchoire inférieure du patient P, imitant un effort de morsure. La
sangle maxillaire 9 comporte par
exemple une sangle élastique, et/ou des moyens de serrage tels qu'un système à
boucle ou à cliquet.
La sangle maxillaire 9 comporte également une calotte 91 concave et disposée
sur le sommet du crâne
de façon à en épouser sa forme, et en correspondance une mentonnière (non
représentée) au niveau
du menton du patient P.
Des outils chirurgicaux plus lourds, générant des efforts plus importants lors
de leur guidage peuvent
ainsi être utilisés avec ce dispositif stéréotaxique 10d.
La figure 12 illustre un autre mode de réalisation d'un dispositif
stéréotaxique 10e selon l'invention, porté
par un patient P dont la tête est représentée de trois quarts. La structure de
positionnement 5e du
dispositif stéréotaxique 10e de la figure 12 comporte un cadre 61, faisant le
tour de la tête du patient P.
Ce cadre 61 peut être sensiblement parallélépipédique et situé dans le plan
horizontal au niveau de la
bouche, en considérant le patient P debout, tête droite.
Au niveau de l'arrière de la tête du patient, vers l'occiput, le cadre 61 peut
comporter une paroi relevée
62, avec un retrait concave 63 épousant la forme de l'occiput du patient P.
Pour garantir son ancrage sur le crâne du patient P, le cadre 61 comporte des
perçages coopérant avec
des vis 35 pour le fixer au support dentaire 3d.
Le guide d'intervention 71 est porté par deux bras 67,69 en forme d'arches. Un
premier bras 67 est fixé
sur la paroi relevée 62 du cadre 61, alors que le second bras 69 est fixé
directement sur un des barreaux
formant le cadre 61.
Pour une mise en place plus aisée, le cadre 61 peut être usiné en plusieurs
parties détachables, par
exemple la paroi relevée 62 peut être amovible et fixée par vissage ou en
coopération de forme.
Le guide d'intervention 71 représenté présente une butée 75 prolongeant sa
forme tubulaire. Un tel
guide d'intervention 75 correspond typiquement à une intervention dont la zone
cible P1 est peu
profonde par rapport à la surface du crâne C.
Dans le mode de réalisation de la figure 12, le guide d'intervention 71 est
relié à une prise de force, se
présentant sous forme de bras articulé 11, reliée d'une part à la table
d'opération (non-représentée) et
d'autre part au guide d'intervention 71. Le bras articulé 11 comporte des
moyens de verrouillage, de
sorte que des forces importantes soient nécessaires pour modifier sa
configuration lorsqu'il est
verrouillé.
L'ancrage obtenu par la prise de force sous forme de bras articulé 11 sur le
cadre 61 permet à nouveau
d'utiliser des outils chirurgicaux exerçant des efforts potentiellement
importants sur le guide
d'intervention 71.
La figure 13 est une vue de dessus d'un dispositif stéréotaxique 10f semblable
à celui de la figure 12.
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Le dispositif stéréotaxique 10f de la figure 13 comporte notamment lui aussi
un cadre 61, avec une paroi
relevée 62 pourvue d'un retrait 63 épousant la forme de l'occiput du patient P
(non représenté en figure
13).
En revanche, l'ancrage du dispositif stéréotaxique 10f est assuré par des
fixation 13, disposées à
l'arrière de la paroi relevée 62. Ces fixations 13 sont des boucles ou arches
solides, venant par exemple
s'encliqueter dans un mécanisme d'ancrage correspondant de la table
d'intervention (non représentée),
sur laquelle repose le patient P pendant l'intervention.
En effet, la surface arrière de la paroi relevée 62, au niveau de l'occiput du
patient P est typiquement la
surface orientée vers la surface de la table d'intervention lorsque le patient
P est allongé sur le dos.
Si l'intervention exige que le patient P soit allongé sur le côté, les
fixations 13 peuvent notamment être
disposées sur le côté correspondant du cadre 61.
La figure 14 illustre la possibilité d'utiliser plusieurs guides
d'intervention 71, 73 avec un même dispositif
stéréotaxique 1.
Ainsi, le dispositif stéréotaxique 10g de la figure 14 est semblable à celui
des figures 12 et 13. Le
dispositif stéréotaxique 10g de la figure 14 comporte aussi un cadre 61, avec
une paroi relevée 62
pourvue d'un retrait 63 épousant la forme de l'occiput du patient P.
Le dispositif stéréotaxique lOg de la figure 14 comporte en revanche deux
guides d'intervention 71, 73,
disposés de chaque côté du cadre 61, de façon sensiblement symétrique, avec
chacun des bras 67, 69
qui les relient au cadre 61.
Les figures 15 à 20 présentent un autre mode de réalisation.
Suivant cet exemple, le support dentaire 3d comprend un système de presse 14
présentant une
première partie 141 dotée d'une surface d'appui apte à être appliquée, sans
vissage, sur le visage du
patient P, de préférence entre le nez et la lèvre supérieure, et une deuxième
partie 142 dotée d'une
surface de contre-appui apte à être appliquée sur une portion de la gouttière
31 à l'arrière de l'arcade
maxillaire du patient P, la première partie et la deuxième partie étant
configurées pour être rapprochées
l'une de l'autre de sorte à exercer une pression sur la gouttière 31 de part
et d'autre de l'arcade maxillaire
du patient P.
Si le patient est un animal, la pression s'exerce au niveau du museau, de
préférence au-dessus de la
truffe, entre la truffe et les yeux et le long du museau ; il peut s'agir de
la zone appelée chanfrein chez
le chien.
La figure 15 présente de profil un tel système de presse 14 avec une base 145
par exemple dirigée
selon un plan qui peut être orienté perpendiculairement un plan sagittal du
patient P. La base 145 sert
de support à une première partie 141 et une deuxième partie 142 réalisant une
mise en étau autour de
l'arcade maxillaire supérieure du patient, via deux côtés opposés de la
gouttière 31. De préférence,
cette mise en étau s'effectue avec des pressions opposées de la part des
parties 141,142 dirigées selon
un même plan ou selon des plans parallèles peu éloignés l'un de l'autre, par
exemple de moins de
10 mm. De préférence, la direction moyenne de pression de la première partie
141 et la deuxième partie
142 est dirigée suivant le plan sagittal du patient.
Pour réaliser le principe d'étau, on peut rapprocher (ou éloigner pour libérer
le dispositif) les parties
141,142. Le système de presse comporte avantageusement une glissière
hélicoïdale configurée pour
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déplacer l'une parmi la première partie et la deuxième partie dans un
mouvement de translation
relativement à l'autre parmi la première partie et la deuxième partie.
Dans l'exemple représenté, pour faciliter la manipulation, c'est la première
partie 141, accessible de
l'extérieur de la bouche car destinée à s'appliquer sur la face de la tête du
patient, dont le mouvement
est commandé. La deuxième partie 142 est fixe suivant cet exemple non
limitatif. La mobilité de la
première partie 141 est assurée suivant la figure 15 par une glissière
hélicoïdale 143 sous forme d'une
vis sans fin monté à rotation sur la base 145 de sorte à être mobile en
rotation avec un actionnement
par l'intermédiaire d'une tête de vissage 144. La première partie 141 est
montée autour de la vis de
sorte à se mouvoir en translation suivant la direction longitudinale de la vis
lorsque la tête 144 est
actionnée.
La deuxième partie 142 peut se présenter sous forme d'une tige, de préférence
orientée selon le plan
sagittal et de préférence présentant une inclinaison relativement au plan de
la gouttière, par exemple
d'au moins 100. L'extrémité distale de la tige forme la surface de contre
appui. Cette surface s'applique
sur la face arrière de la gouttière 31, elle-même à l'arrière de l'arcade
maxillaire supérieure. Cette portion
de la gouttière peut former une saillie 311 en étant dotée de plus de matière
que sur le reste de la zone
arrière de la gouttière, comme le montre particulièrement la figure 17. La
zone 311 offre un volume de
matière permettant de répartir la pression issue de la surface de contre appui
qui peut être de taille
inférieure. Ainsi, la zone 311 forme un élément tampon et de répartition de la
pression exercée par le
système de presse 14. La zone 311 de la gouttière peut être formée séparément
du reste de la gouttière
31, et rapportée par tous moyens comme un clipsage.
La figure 20 qui montre de manière partielle et en coupe le dispositif
stéréotaxique dans une zone de
coopération entre le système de presse 14 et la gouttière 31, autour de
l'arcade maxillaire supérieure.
Les dents se trouvent retenues par la gouttière par l'appui hyperstatique
qu'elle réalise sur leur surface.
Cette rétention est ici complétée par la presse 14 qui forme un étau
supplémentaire pour l'arcade
maxillaire supérieure ; dans l'exemple représenté, par l'intermédiaire de la
zone de contre appui 142, la
saillie 311 de la gouttière s'applique sur une portion antérieure aux dents de
l'arcade maxillaire et, en
contrepoint, par l'intermédiaire de la zone d'appui 141, la presse opère une
poussée au niveau de la
lèvre supérieure du patient. On comprend que l'ancrage est optimisé car
complété et réparti dans cette
zone du visage du patient.
La surface d'appui de la première partie présente de préférence une forme
arquée. Cette disposition
est visible plus particulièrement sur les figures 17 à 19. Cela permet de
suivre le contour du visage dans
la zone d'application de la première partie 141. Cette dernière est en effet
sous forme d'un arc, en
suivant le contour de la face externe de l'arcade maxillaire.
Selon la figure 16, le système de presse 14 est assemblé au reste du
dispositif, de préférence par
fixation de la base 145 au niveau d'une embase du support dentaire 3d.
Comme dans le mode de réalisation des figures 12 et 13, le support dentaire
peut lui-même recevoir
une structure de positionnement, comme celui présenté avec un cadre 61 aux
figures 15 à 20, ce cadre
pouvant entourer complètement la tête du patient. De préférence, le dispositif
ainsi formé présente une
symétrie sur le plan sagittal du patient de sorte à équilibrer le poids de
l'ensemble relativement à
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l'ancrage réalisé par la gouttière 31 et, éventuellement complétée par le
système de presse 14. Dans
cet exemple, le cadre 61 est arrondi, sous forme globale d'un anneau.
La première et la deuxième partie sont possiblement configurés pour exercer
une pression sur la
gouttière 31 suivant un plan incliné d'au moins 100 relativement à un plan de
gouttière. Cela permet de
répartir les directions d'ancrage de la gouttière relativement aux
maxillaires.
Suivant une option, la mise en étau faite par le système de presse s'opère par
deux pressions de sens
opposées transmise à l'arcade maxillaire supérieure. Suivant une possibilité,
ces pressions ont une
direction moyenne située au-dessus des dents, au niveau de l'os maxillaire.
D'autres modes de réalisation peuvent prévoir qu'un même bras porte plusieurs
guides d'intervention si
leur position est suffisamment proche, voire qu'un guide d'intervention d'une
seule pièce comporte
plusieurs trous selon des axes d'intervention A différents, si lesdits axes
d'intervention A sont
suffisamment proches.
Les dispositifs stéréotaxiques 10a-lOg selon l'invention se déclinent ainsi
selon des variantes
nombreuses, adaptées à différentes interventions au niveau de la tête d'un
patient P, telles que des
biopsies, injections intracrâniennes, poses d'électrodes ou d'implants tels
que des implants cochléaires,
etc.
Toutes ces variantes ont toutefois l'avantage qu'elles peuvent être réalisées
à partir d'une unique image
d'imagerie médicale tridimensionnelle, typiquement celle utilisée pour le
diagnostic précis du patient P.
Ainsi les étapes d'imagerie médicale sont limitées pour le patient P. Le
support dentaire 3a-3d et ladite
au moins une structure de positionnement 5a-5e sont déterminés pour assurer le
positionnement dudit
guide d'intervention 7, 71, 73 sur un axe d'intervention A déterminé à partir
d'au moins une imagerie
préopératoire, c'est-à-dire sans effectuer une seconde imagerie médicale pour
obtenir l'alignement du
dispositif stéréotaxique.
La mise en place des dispositifs stéréotaxiques selon l'invention est en outre
simple et rapide, et ne
requiert pas le serrage de nombreuses vis contre le crâne du patient P comme
dans les cadres
stéréotaxiques de l'état de l'art. Ces vis sont en outre susceptibles de se
desserrer ou de ne pas être
assez serrées, ce qui peut entraîner le glissement du cadre et donc le
décalage de l'axe d'intervention
A par rapport à la zone cible P1. Le succès de l'intervention peut alors être
compromis.
Les dispositifs stéréotaxiques 10a-lOg selon l'invention permettent ainsi une
sécurité accrue lors des
interventions.
Tout aspect d'un des modes de réalisation décrits ci-dessus peut être combiné
avec tout autre aspect
compatible d'un des autres modes de réalisation.
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