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Title:
METHOD AND DEVICE FOR GUIDING THE MOVEMENT OF AT LEAST ONE REFERENCE POINT IN RELATION TO A BODY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/089692
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to methods that are used to guide the movement of at least one reference point Pr in relation to a body K. Said method is characterised essentially in that it consists in: producing a first 3D image of body K using a radiation beam, a second 3D image of body K defined by numerous, but finite, image points corresponding to the sample points of the surface of body K which are defined in relation to a given reference system R; indexing the first 3D image in relation to the second 3D image in order to obtain a third 3D image which is referenced in reference system R, (means 8); producing an image of point Pr in reference system R; and guiding point Pr in relation to body K in reference system R using the third 3D image and the image of point Pr. The invention also relates to the device using said method and is particularly, although not exclusively, suitable for the medical field, for example, in dentistry to help dentists implant replacement teeth.

Inventors:
Derycke, Raymond René (2280, rue Jules Régnier Plaisir les Gatines, F-78370, FR)
Application Number:
PCT/FR2001/001355
Publication Date:
November 14, 2002
Filing Date:
May 04, 2001
Export Citation:
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Assignee:
Areall (8 rue Boutard Neuilly sur Seine, F-92200, FR)
Derycke, Raymond René (2280, rue Jules Régnier Plaisir les Gatines, F-78370, FR)
International Classes:
A61B5/103; A61B90/00; A61C1/08; A61B34/20; A61C9/00; (IPC1-7): A61C1/08; A61B18/00
Domestic Patent References:
WO1998015234A11998-04-16
Foreign References:
US5230623A1993-07-27
US5725376A1998-03-10
DE19725197A11998-05-07
US5967777A1999-10-19
FR2804859A12001-08-17
Attorney, Agent or Firm:
Flavenot, Bernard (Abritt 17, rue du Dr Charcot La Norville, F-91290, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Procédé pour guider le déplacement d'au moins un point de référence (Pr) par rapport à un corps (K), consistant : à réaliser une image 3D à partir dudit corps (K) dans un référentiel donné, à réaliser une image dudit point de référence (Pr) dans ledit référentiel, et à guider ledit point de référence (Pr) par rapport audit corps dans ledit référentiel au moyen de ladite image 3D réalisée à partir dudit corps et de l'image dudit point de référence (Pr), caractérisé par le fait que ladite image 3D réalisée à partir dudit corps (K) dans le référentiel donné est obtenue : en réalisant, d'une part une première image 3D du corps (K) au moyen d'un premier faisceau de rayonnement, et d'autre part une deuxième image 3D dudit corps (K), cette deuxième image 3D étant définie par une pluralité de points images en nombre fini correspondant à des points échantillons de la surface dudit corps, ces points échantillons étant définis par rapport au référentiel donné, puis en indexant la première image 3D par rapport à la deuxième image 3D pour obtenir une troisième image 3D référencée dans le référentiel donné, cette dite troisième image 3D étant l'image 3D réalisée à partir dudit corps.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit premier faisceau de rayonnement est au moins l'un des faisceaux de rayonnement suivants : faisceau de rayonnement X, faisceau de rayonnement lumineux, faisceau d'ultrasons.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ladite deuxième image 3D est obtenue au moyen d'un bras de mesure polyarticulé de robotique.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il consiste à réaliser lesdites première, deuxième et troisième images 3D sous forme vidéographique de façon qu'elles soient aptes à tre visualisées sur un écran vidéo.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il consiste à réaliser une quatrième image 3D dudit corps au moyen d'un second faisceau de rayonnement au moins partiellement réfléchissant sur la surface dudit corps, et à traiter la première image 3D par la quatrième image 3D pour obtenir une première image 3D corrigée de ses artefacts.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il consiste à réaliser la quatrième image 3D à partir d'une empreinte dudit corps, ladite empreinte étant réalisée selon l'une des techniques suivantes :"technique en négatif *"et "technique en positif.
7. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait qu'il consiste à vérifier la quatrième image 3D à partir de la deuxième image 3D.
8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que le second faisceau de rayonnement au moins partiellement réfléchissant sur la surface dudit corps est au moins l'un des faisceaux suivants : faisceau de rayonnement lumineux, faisceau d'ultrasons.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il consiste à indexer ledit corps (K) par rapport audit référentiel (R).
10. Dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé en accord avec l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte : des moyens (5, 6,7,8,9,10) pour réaliser une première image 3D du corps (K) au moyen d'un premier faisceau de rayonnement, des moyens (8,12,10) pour réaliser une deuxième image 3D dudit corps (K), cette deuxième image 3D étant définie par une pluralité de points images en nombre fini correspondant à des points échantillons de la surface dudit corps (K), ces points échantillons étant définis par rapport à un référentiel donné (R), des moyens (8) pour indexer la première image 3D par rapport à la deuxième image 3D pour obtenir une troisième image 3D référencée dans ledit référentiel (R), des moyens (8,13,10) pour réaliser une image dudit point (Pr) dans ledit référentiel (R), et des moyens (13,14,15) pour guider ledit point (Pr) par rapport audit corps (K) dans ledit référentiel (R) au moyen de ladite troisième image 3D et de l'image dudit point (Pr).
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre : des moyens (8,10,11,19,18,20) pour réaliser une quatrième image 3D dudit corps (K) au moyen d'un second faisceau de rayonnement au moins partiellement réfléchissant sur la surface dudit corps, et des moyens (8) pour traiter la première image 3D par la quatrième image 3D pour obtenir une première image 3D corrigée de ses artefacts.
Description:
PROCEDE ET DISPOSITIF POUR GUIDER LE DEPLACEMENT D'AU MOINS UN POINT DE REFERENCE PAR RAPPORTA UN CORPS La présente invention concerne les procédés pour guider le déplacement d'au moins un point de référence par rapport à un corps, qui trouvent une application avantageuse dans le domaine médical et plus particulièrement dans le domaine dentaire pour, par exemple, aider les dentistes à réaliser des implants dentaires.

La présente invention concerne aussi les dispositifs pour mettre en oeuvre ces procédés, pour guider le déplacement d'au moins un point de référence par rapport à un corps.

Les techniques dentaires modernes permettent de remplacer des dents abîmées par des dents artificielles qui sont implantées, par exemple au moyen de pivots. Pour pouvoir implanter ces dents, il est nécessaire de réaliser, dans la partie osseuse du maxillaire, un avant-trou dans lequel est disposé le pivot de la dent de remplacement.

Il est bien évident que, pour que la dent de remplacement soit parfaitement positionnée, notamment par rapport aux dents environnantes restantes et par rapport au maxillaire, il est nécessaire que l'axe de l'avant-trou soit parfaitement défini. Or, l'endroit où doit tre réalisé l'avant-trou est souvent difficilement accessible et ne présente généralement pas une visibilité excellente, ce qui ne permet pas au praticien de réaliser à coup sûr et de façon précise un avant-trou idéalement situé.

II est déjà connu, notamment par le US-A-5 230 623, un procédé pour guider le déplacement d'au moins un point de référence par rapport à un corps, qui consiste essentiellement à réaliser une image 3D à partir de points extérieurs du corps dans un référentiel donné, à réaliser une image du point de référence dans ce référentiel, et à guider ce point de référence par rapport au corps dans le référentiel, au moyen de l'image 3D réalisée à partir du corps et de l'image du point de référence.

Cette solution peut tre acceptable lorsque le corps est relativement accessible et présente une bonne homogénéité.

Or, tel n'est pas le cas lorsque ce corps est par exemple constitué d'une mâchoire avec sa dentition, comportant de l'émail, de la dentine, de la chair, des amalgames ou analogues. Dans ces conditions, l'image 3D n'est pas parfaitement représentative du corps et il est alors impossible de guider avec précision le point de

référence par rapport au corps, ce qui peut tre un inconvénient très grave lorsque ce procédé est par exemple utilisé dans le domaine de la chirurgie dentaire ou analogue.

Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de mettre en oeuvre un procédé pour guider le déplacement d'au moins un point de référence par rapport à un corps, qui permette, notamment dans le domaine dentaire mais pas exclusivement, de pallier les inconvénients des procédés de l'art antérieur et donc d'effectuer plus facilement un travail de très belle qualité, tout en réduisant le temps d'intervention sur les patients.

Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé pour guider le déplacement d'au moins un point de référence par rapport à un corps, consistant : à réaliser une image 3D à partir dudit corps dans un référentiel donné, à réaliser une image dudit point de référence dans ledit référentiel, et à guider ledit point de référence par rapport audit corps dans ledit référentiel au moyen de ladite image 3D réalisée à partir dudit corps et de l'image dudit point de référence, caractérisé par le fait que ladite image 3D réalisée à partir dudit corps dans le référentiel donné est obtenue : en réalisant, d'une part une première image 3D du corps au moyen d'un premier faisceau de rayonnement, et d'autre part une deuxième image 3D dudit corps, cette deuxième image 3D étant définie par une pluralité de points images en nombre fini correspondant à des points échantillons de la surface dudit corps, ces points échantillons étant définis par rapport au référentiel donné, puis en indexant la première image 3D par rapport à la deuxième image 3D pour obtenir une troisième image 3D référencée dans le référentiel donné, cette dite troisième image 3D étant l'image 3D réalisée à partir dudit corps.

La présente invention a aussi pour objet un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé défini ci-dessus pour guider le déplacement d'au moins un point de référence par rapport à un corps, caractérisé par le fait qu'il comporte : des moyens pour réaliser une première image 3D du corps au moyen d'un premier faisceau de rayonnement, des moyens pour réaliser une deuxième image 3D dudit corps, cette deuxième image 3D étant définie par une pluralité de points images en nombre fini

correspondant à des points échantillons de la surface dudit corps, ces points échantillons étant définis par rapport à un référentiel donné, des moyens pour indexer la première image 3D par rapport à la deuxième image 3D pour obtenir une troisième image 3D référencée dans ledit référentiel, des moyens pour réaliser une image dudit point dans ledit référentiel, et des moyens pour guider ledit point par rapport audit corps dans ledit référentiel au moyen de ladite troisième image 3D et de l'image dudit point.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels : La figure 1 est le schéma synoptique de mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour guider le déplacement d'au moins un point de référence par rapport à un corps, et La figure 2 représente le schéma de principe d'un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, dans une application dans le domaine dentaire.

La présente invention concerne un procédé pour guider le déplacement d'au moins un point de référence Pr par rapport à un corps K qui trouve des applications avantageuses dans le domaine médical, et plus particulièrement dentaire.

Un exemple de mise en oeuvre du procédé est décrit ci-après dans une application dentaire pour implanter de façon très précise des dents artificielles au moyen de pivots ou analogues, étant bien entendu que ce procédé peut aussi s'appliquer sans aucune difficulté dans d'autres domaines d'application et quelle que soit la nature du corps K.

Le schéma synoptique du procédé selon l'invention est représenté sur la figure 1.

Par référence à ce schéma, le procédé consiste à réaliser tout d'abord une première image 3D du corps K, image en trois dimensions (image 1, figure 1), au moyen d'un premier faisceau de rayonnement.

Dans le cas de l'application du procédé au domaine dentaire, la première image 3D est celle de la partie de la mâchoire 1 comprenant l'emplacement 2 de la dent à remplacer et l'ensemble des dents 3 qui se trouvent au voisinage de cet emplacement 2, ainsi que celle de la portion de l'os du maxillaire 4 qui porte ces dents 3 et cette première image 3D est obtenue au moyen d'au moins l'un des

faisceaux de rayonnement suivants : faisceau de rayonnement X, faisceau de rayonnement lumineux, faisceau d'ultrasons ou analogues. Dans le mode de mise en oeuvre illustré sur la figure 1, le premier faisceau de rayonnement utilisé est un faisceau de rayons X (RAY. X) qui permet avantageusement de pénétrer dans l'émail et la dentine des dents, ainsi que dans l'os dans lequel sont implantées les dents.

Une telle image 3D est obtenue d'une façon bien connue en elle-mme. Elle peut tre obtenue au moyen par exemple d'une source 5 de rayons X, figure 2, d'un scintillateur 6 qui reçoit les rayons X qui ont traversé le corps et qui les transforme en signaux lumineux, et d'un convertisseur 7, comme un capteur CCD ou analogue, qui convertit ces signaux lumineux en signaux électriques analogiques ou numériques. Ces signaux électriques sont ensuite traités au moyen d'un organe de traitement 8 commandé par un programmateur 28 de type ordinateur ou analogue, connu en lui-mme, pour former une image vidéo 9 visualisée sur un écran vidéo 10 ou analogue.

Le procédé consiste ensuite à réaliser (BRAS AR., figure 1) une deuxième image 3D du corps (image 11, figure 1), cette deuxième image 3D étant définie par une pluralité de points images en nombre fini correspondant à des points échantillons de la surface du corps K, ces points échantillons étant définis par rapport à un référentiel donné.

Cette deuxième image 3D peut tre obtenue de façon connue en elle-mme, par exemple au moyen d'un bras de mesure poly-articulé de robot, schématiquement illustré en 12 sur la figure 2. Les signaux délivrés par le bras poly- articulé chaque fois qu'il est pointé sur un point échantillon de la surface du corps K sont appliqués sur une entrée de l'organe de traitement 8 qui les transforme en des signaux qui sont traités pour donner des points images, par exemple vidéo, qui, du fait de la structure du bras de robot 12, sont parfaitement déterminés et référencés par une adresse dans un référentiel R (par exemple en X, Y et Z), figure 2, par exemple lié au robot lui-mme.

Quand cette deuxième image 3D a été obtenue, le procédé consiste (INDEX. figure 1) alors à indexer la première image 3D par rapport à la deuxième image 3D par exemple dans l'organe de traitement 8, figure 2, de façon connue en elle-mme au moyen par exemple de logiciels de commande de déplacement d'images qui se trouvent couramment dans le commerce et qui permettent de déplacer sur un écran vidéo une image vidéo, en l'occurrence la première image 3D, pour la superposer à

une autre image vidéo, en l'occurrence la deuxième image 3D, de façon que le maximum de points images des points échantillons se confondent avec les points images correspondants de la première image 3D. En théorie, trois points échantillons sont suffisants pour obtenir cette superposition, mais il est évident que le résultat sera plus facile à obtenir et plus fiable si le nombre de points échantillons est plus grand.

Quand ces deux première et deuxième images 3D sont superposées, on obtient une troisième image 3D (image lil, figure 1) identique à la première mais référencée dans le référentiel R défini ci-dessus, chacun de ses points étant défini par son adresse dans ce référentiel.

Le procédé consiste ensuite à réaliser une image du point Pr dans le mme référentiel R, (BRAS MAN., figure 1), par exemple avec un bras articulé de robot 13 du mme type que celui décrit ci-dessus, qui est visualisée dans l'image 9 sur l'écran vidéo 10, figure 2.

A ce stade du procédé, il est facile de guider le point P, par rapport au corps K dans le mme référentiel R au moyen de la troisième image 3D et de l'image du point Pr qui se trouvent combinées dans la mme image 9 sur l'écran vidéo 10, comme représenté sur la figure 2.

Dans cette représentation, le corps K est la mâchoire 1 d'un patient et le point Pr est par exemple un point lié à la mèche 16 de perçage de l'os du maxillaire 4 pour préparer l'implantation d'une dent de remplacement à t'emplacement 2. La mèche 16 étant liée à l'organe de traitement 8 par le bras articulé 13, il est facile au praticien de la positionner exactement à l'emplacement voulu 2 du corps K, par une simple observation de l'image 9 sur l'écran vidéo sans tre obligé d'observer in situ le déplacement de cette mèche elle-mme.

Le procédé décrit ci-dessus peut tre mis en oeuvre, à la condition que le corps K soit immobile par rapport au référentiel R.

Il est cependant bien évident que, dans le cas d'un corps K tel que la dentition d'un patient, ce dernier ne peut jamais tre rigoureusement immobile. En conséquence, pour compenser les déplacements dus aux mouvements du patient et connaître constamment la position du corps K par rapport au référentiel R, il est très avantageux que le procédé selon l'invention consiste en outre à indexer le corps K par rapport au référentiel R.

Aussi, le dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention peut comporter en outre des moyens pour indexer le corps K par rapport au référentiel R. Ces moyens peuvent tre de tout type, par exemple un bras 22 du mme type que ceux qui sont référencés 12 ou 13. Cette indexation permet de positionner la troisième image 3D en fonction des mouvements du corps K et d'obtenir à tout instant, sur l'écran 10, une parfaite corrélation entre cette troisième image 3D et la position réelle du patient.

Le procédé décrit ci-dessus donne de bons résultats en lui-mme.

Cependant, dans le cas où le premier faisceau de rayonnement est un faisceau de rayons X, l'image obtenue peut présenter des parties sombres ou des images parasites dues notamment à la diffusion des rayons X qui en limitent sa qualité. Tel est le cas de la première image 3D.

En effet, il n'est pas inhabituel que les rayons X utilisés pour la réalisation de la première image 3D rencontrent, par exemple dans une dentition ou analogue, des matériaux opaques aux rayons X, par exemple des amalgames, céramiques ou analogues, qui s'opposent à leur pénétration et qui les réfléchissent et les diffusent dans l'espace environnant. La première image 3D obtenue comporte donc souvent des images parasites connues des techniciens sous le terme d'artefacts.

Aussi, de façon avantageuse, le procédé consiste, en plus des phases décrites ci-dessus, à réaliser une quatrième image 3D du corps K au moyen d'un second faisceau de rayonnement au moins partiellement réfléchissant sur la surface du corps.

Cependant, notamment lorsque la partie du corps K, par exemple une partie 1, 3,21,4 de la dentition d'un patient, qui doit tre traitée est difficilement accessible, la quatrième image 3D (image IV, figure 1) peut tre réalisée indirectement sur une empreinte en creux (technique en négatif) de cette partie de dentition, réalisée préalablement (CAM vide., figure 1). II est aussi possible de réaliser la quatrième image 3D sur un moulage en plein (technique en positif) obtenu à partir de l'empreinte en creux.

Avantageusement, cette quatrième image 3D est obtenue par balayage de la partie de la dentition à traiter au moyen d'un faisceau de rayonnement lumineux, par exemple celui qui est délivré par un générateur laser 11 ou analogue. Cette technique dénommée par les techniciens « image obtenue par scanner » est bien connue en elle-mme et ne sera pas plus amplement décrite ici.

Le procédé consiste alors à traiter la première image 3D par la quatrième image 3D pour obtenir une première image 3D corrigée de ses artefacts (COR, figure 1). De cette façon, la première image 3D corrigée de ses artefacts visualisée sur l'écran vidéo 10 représente parfaitement et en volume, le corps K qui doit tre analysé, c'est-à-dire dans le cas de l'application citée à titre d'exemple, toute la partie de la dentition concernée pour l'implantation d'une dent de remplacement, cette représentation du corps K comportant un nombre minimum de défauts qui pourraient troubler l'observation du praticien.

II est cependant précisé que, pour obtenir la quatrième image 3D d'un corps qui est par exemple recouvert d'une couche superficielle d'une matière comme la chair 21 de la gencive, il est avantageux d'utiliser un rayonnement qui traverse cette matière mais qui est réfléchi par le matériau constituant principal du corps, par exemple l'os du maxillaire. Dans le domaine d'application cité ci-dessus à titre d'exemple, un tel rayonnement est par exemple celui donné par une source d'ultrasons 18.

Ainsi, dans l'exemple d'application avantageux décrit ci-dessus, la quatrième image 3D peut tre obtenue in situ, au moyen de deux faisceaux, un faisceau de rayonnement lumineux pour la couronne des dents et un faisceau d'ultrasons pour le collet des dents et l'os du maxillaire. L'homme du métier connaît les types de capteurs nécessaires pour recevoir les rayons lumineux réfléchis (capteur 19) ou les ultrasons réfléchis (capteur 20) et pour délivrer des signaux qui seront transmis à l'organe de traitement 8 commandé par le programmateur 28.

Quand cette quatrième image 3D est obtenue à partir d'une empreinte ou analogue, elle peut, elle aussi, présenter des défauts. En conséquence, de façon avantageuse, il est possible de vérifier cette quatrième image 3D au moyen de la deuxième, et éventuellement de lui faire subir des corrections en fonction de la définition de cette deuxième image qui, elle, est certaine, puisque obtenue directement à partir du corps lui-mme.

Le praticien qui veut implanter une dent peut visualiser, sur la troisième image 3D, l'axe 15 suivant lequel devra tre implantée la dent de remplacement, axe qu'il a défini de façon parfaite par rapport aux autres dents 3 et à l'os du maxillaire 4. II peut ensuite positionner la mèche 16 de la perceuse 14 et contrôler son déplacement de façon que l'axe de la mèche soit parfaitement confondu avec l'axe d'implantation 15 et le demeure constamment au fur et à mesure qu'elle pénètre dans l'os pour la

réalisation de l'avant-trou 17. Cette opération est toujours possible, mme si le patient bouge car, de par son indexation dans le mme référentiel R via les moyens 22, ta troisième image se déplace en corrélation avec les mouvements du patient, ce qui permet au praticien de pouvoir constamment positionner la mèche 16 de façon correcte par rapport au patient.

L'exemple donné ci-dessus est une application au domaine dentaire, mais il est bien entendu qu'un tel procédé trouve des applications tout aussi avantageuses, par exemple, dans le domaine de la chirurgie ou de la micro-chirurgie notamment par endoscopie.