Search

EP-4230168-B1 - ROBOTIC SPINAL SURGERY SYSTEM

EP4230168B1EP 4230168 B1EP4230168 B1EP 4230168B1EP-4230168-B1

Inventors

  • ROUSSOULY, Jean-Charles

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20230221

Claims (10)

  1. A spine surgery system (S; S'), including: - bone mapping means (10) which provides preoperative mapping data relative to one or more vertebrae (V1 to V5) of a patient, - a vertebral localization element (50; 150; 250; 350) which is provided with: - a mating surface (55; 155; 255; 355) which is specific to the patient, being congruent with a predetermined bony part of the vertebra or one of the vertebrae (V1), so as to be able to couple the vertebral localization element to the vertebra (V1) in a unique fixed position, applying the mating surface in customized contact with the bony material of this vertebra so that the mating surface covers the predetermined bony part of the vertebra, by matching the bony reliefs of the predetermined bone portion and by cooperating by contact with these bony reliefs to place the vertebral localization element on the vertebra in said unique fixed position, and - a three-dimensional optical marker (56; 156; 256; 356), defining a three-dimensional spatial marker which is fixedly linked to the mating surface (55; 155; 255; 355) so that, when the vertebral element (50; 150; 250; 350) is coupled to the vertebra (V1), said three-dimensional spatial marker is fixedly linked to the vertebra according to a relative position resulting from the coupling of the vertebral localization element to the vertebra in said unique fixed position, - a robot (60) comprising an arm (62) which is movable relative to a fixed station (61) of the robot, as well as an end effector member (64) which is carried by the arm and which is able to be applied intraoperatively on the vertebra (V1), - an optical sensor device (80; 80'), which is at least partially carried by the end effector member (64) and which is able, when the vertebral localization element (50; 150; 250; 350) is coupled to the vertebra (V1), to observe the marker (56; 156; 256; 356) of the vertebral localization element and deducing therefrom, in real time, the positioning data concerning the relative position between this marker and the end effector member, and - processing means (90) which, from said preoperative mapping data and said positioning data, calculates, in real time, the relative position between the end effector member (64) and the vertebra (V1), by calculating, in said three-dimensional spatial reference, the position of the end effector member and by comparing this position of the end effector member with a region of space occupied by the vertebra as modeled by said preoperative mapping data.
  2. The spine surgery system according to claim 1, wherein the spine surgery system (S; S') also includes a planning means (20), which is able to plan preoperatively at least one surgical act to be performed on the vertebra (V1) and to calculate planning data corresponding to this surgical act, based on the preoperative mapping data, wherein the end effector member (64) is equipped with a tool (65) able to perform the surgical act, and wherein the processing means (90) elaborates in real time, from the calculation of the relative position between the end effector member (64) and the vertebra (V1), calculated by the processing means, and from said planning data, control instructions sent to the robot (60) to cause the tool (65) of the end effector member to be applied directly to the vertebra by the arm (62) so as to perform said surgical act.
  3. The spine surgery system according to one of claims 1 or 2, wherein the vertebral localization element (50; 150; 250) is provided with a barcode (58; 158; 258) integrating the information relative to the identification of the vertebra (V1) to which the vertebral localization element is to be coupled, and wherein the optical sensor device (80) is able to, when the vertebral localization element (50; 150; 250) is coupled to the vertebra (V1), observe and read the barcode (58; 158; 258).
  4. The spine surgery system according to claims 2 and 3 taken together, wherein the barcode (58; 158; 258) also incorporates the information corresponding to the planning data.
  5. The spine surgery system according to one of claims 3 or 4, wherein the barcode (58; 158) is two-dimensional, being for example a QR code or a Data Matrix code.
  6. The spine surgery system according to one of claims 3 or 4, wherein the barcode (258) is three-dimensional and constitutes at least in part the marker (256) of the vertebral localization element (250).
  7. The spine surgery system according to any one of the preceding claims, wherein the optical sensor device (80) includes a three-dimensional camera (81), which is carried by the end effector member (64) and which determines said positioning data.
  8. The spine surgery system according to any one of claims 1 to 6, wherein the optical sensor device (80 ') includes: - a three-dimensional optical marker (81'), which is distinct from the marker (56; 156; 256; 356) of the vertebral localization element (50; 150; 250; 350) and which is carried by the end effector member (64), and - at least two, two-dimensional cameras (83', 84') which are able, when the vertebral localization element is coupled to the vertebra (V1), to observe, according to respective viewing angles, which are different the one from the other, at the same time the marker of the vertebral localization element and the marker of the optical sensor device and deduce said positioning data in real time.
  9. The spine surgery system according to any one of the preceding claims, wherein the mating surface (55) is designed to be applied in customized contact with the bony material of only one half, left or right, of the vertebra (V1).
  10. The spine surgery system according to any one of claims 1 to 8, wherein the mating surface (155; 255; 355) is designed to be applied in customized contact with the bony material of the left half of the vertebra (V1) and the bony material of the right half of the vertebra.

Description

La présente invention concerne un système de chirurgie rachidienne. En chirurgie vertébrale, la robotique joue un rôle croissant principalement pour aider le chirurgien à positionner des vis dans les pédicules des vertèbres du patient ou des cages intersomatiques dans les disques intervertébraux du patient. Les technologies couramment utilisées font intervenir un bras robotisé comportant, en tant qu'organe terminal effecteur, un guide de visée qui est typiquement tubulaire. En peropératoire, c'est-à-dire pendant la chirurgie, la colonne vertébrale du patient est scannée et un marqueur optique tridimensionnel est positionné fixement sur la colonne vertébrale. Ce marqueur permet d'établir un repère spatial dans lequel les vis et autres implants sont, grâce à des outils de traitement logiciels développés à cet effet, positionnés virtuellement au sein d'images calibrées de la colonne vertébrale, obtenues par imagerie par rayons X au bloc opératoire en utilisant, par exemple, un scanner intraopératoire ou un amplificateur de brillance. Les coordonnées de positionnement des implants étant fournies dans le repère du marqueur solidaire de la colonne vertébrale, la visualisation de ce marqueur durant la chirurgie par une caméra dont la position est connue par rapport à celle de la station fixe sur laquelle repose le bras robotisé permet de commander ce dernier pour positionner son organe terminal effecteur dans l'espace de telle sorte que le guide de visée que forme cet organe terminal effecteur permet au chirurgien d'effectuer les actes chirurgicaux d'implantation de manière précise et sécurisée. US 2020/0222122 A1 divulgue un système pour former un réseau dynamique traçable, comprenant un élément de base fixé de manière amovible par rapport à un espace de navigation; un élément mobile pouvant se déplacer par rapport à au moins une première position et une deuxième position; un système de suivi de l'élément mobile pour suivre la position de l'élément mobile; un système de suivi comprenant un processeur de suivi et un localisateur, séparés de l'élément de base et de l'élément mobile; et un élément traçable configuré pour être suivi par le système de suivi et dans lequel l'élément traçable est mobile par l'élément mobile; dans lequel le processeur de suivi est configuré pour déterminer la position de l'élément traçable dans au moins la première position et la deuxième position. Un autre exemple de ce genre de système est divulgué dans US 2020/222121 A1 où sont associés un robot d'assistance chirurgicale et un dispositif de navigation. Le dispositif de navigation permet de suivre dans l'espace des marqueurs optiques tridimensionnels, notamment un marqueur porté par le robot, un marqueur porté par un organe terminal effecteur du robot, un marqueur fixé au patient, un marqueur porté par un instrument à main, et un marqueur porté par un dispositif d'imagerie, notamment un scanner intraopératoire. A cet effet, le dispositif de navigation inclut un localisateur optique multi-caméras qui fournit des images où apparaissent les différents marqueurs précités. Le marqueur fixé au patient inclut un organe de fixation, tel qu'une pince, à même de s'accrocher à l'une ou l'autre des apophyses épineuses de la colonne vertébrale du patient, de sorte que la colonne du patient peut être suivie par le dispositif de navigation dans un repère spatial défini par ce marqueur. Afin de positionner le repère spatial défini par le marqueur fixé au patient dans un repère de navigation, il est nécessaire que l'utilisateur identifie dans le repère de navigation l'emplacement de ce marqueur, et ce à l'aide de l'outil à main. Puis des moyens de traitement du système de navigation calculent une carte pour corréler entre eux les différents repères spatiaux. Des considérations similaires s'appliquent aux différents autres marqueurs, notamment le marqueur porté par l'organe terminal effecteur du robot. Dès lors, on comprend que le système de US 2020/222121 A1 est capable de déterminer, de manière peropératoire, le positionnement relatif de l'organe terminal effecteur, du marqueur fixé au patient et des images de la colonne du patient, prises par le dispositif d'imagerie intraopératoire. Néanmoins, cette technique souffre de plusieurs limites. Premièrement, elle requiert l'utilisation de dispositifs d'imagerie intraopératoires par rayons X, induisant par là-même de lourds investissements pour l'établissement de soins, d'irradiation systématique du patient et de l'équipe chirurgicale, et des contraintes de fonctionnement, liées au port de tabliers en plomb, aux déplacements dans le bloc opératoire pour éviter l'irradiation, etc. Deuxièmement, elle oblige le chirurgien, selon un processus chronophage, à reconnaître chaque instrument par la caméra, ce qui pose des problèmes d'occlusion quand un objet fait écran entre la caméra et l'objet que la caméra suit et dont elle est censée indiquer en permanence la position par rapport au marqueur fixé à la colonne v