Titre : Procédé et système de simulation du comportement mécanique d’un corps

Domaine technique

La présente invention concerne la simulation du comportement mécanique d’un corps, en particulier mais non exclusivement en vue de faciliter la télé-opération par le médecin d’une sonde lors du diagnostic d’un patient à distance.

Technique antérieure

Les demandes de télé-opération se multiplient chaque année, surtout dans le domaine médical.

Il s’agit de répondre au besoin de fournir rapidement un accès médical là où un médecin n'est pas toujours disponible.

La revue Springer 2021 « Medical Robotics for Ultrasound Imaging : Current Systems and Future Trends » donne un aperçu des systèmes à ultrasons robotiques les plus récents qui sont apparus au cours des cinq dernières années.

Parmi ces systèmes, le système MELODY de la société française Adechotech utilise, du côté du patient, une potence qui doit être manipulée à la main, avec un effecteur au bout, portant une sonde esclave à déplacer sur le corps du patient. Cet effecteur est asservi aux mouvements d’une sonde maître du côté de l’opérateur à distance. La manipulation de la sonde maître se fait sans procurer de retour haptique ni de représentativité du corps en cours d’exploration. De plus, ce système nécessite l’assistance d’une personne sur place à côté du patient pour manipuler la sonde esclave, ce qui limite son usage aux situations où une telle assistance humaine est disponible.

Un système analogue RADIUS a été développé à l’institut des machines et matériaux de Corée du Sud en 2017, qui comporte un dispositif maître comportant une plateforme montée sur vérins et capable d’enregistrer les mouvements d’une sonde manipulée par le médecin, et un dispositif esclave muni de poignées, à appliquer sur le patient, comportant un mécanisme pour déplacer une sonde esclave en réponse aux mouvements de la sonde maître. Un tel système de télédiagnostic ne comporte pas de retour haptique et n’offre pas de représentativité du corps exploré. De plus, il nécessite également la présence d’un assistant à côté du patient pour maintenir le dispositif esclave (http://koreabizwire.com/s-korean- institute-develops-remote-ultrasound-diagnostic-system/10270 8).

Afin de surmonter les difficultés liées au manque de représentativité du corps exploré côté maître, des recherches ont été réalisées récemment pour proposer du retour d’effort à l’opérateur. Les travaux de l’Université de Catania, publiés en 2020 dans l’article Bucolo et al. « Force Feedback Assistance in Remote Ultrasound Scan Procedures », en sont le meilleur exemple. Le système développé permet la réalisation du diagnostic par un robot collaboratif piloté à distance par le mouvement d’une sonde par un opérateur, sans besoin d’un assistant humain côté patient, ainsi que la mesure par le robot de la résistance mécanique opposée par le patient, et la restitution de cette mesure à l’opérateur.

Le système opère en boucle fermée en utilisant une surface dynamique de forme générale prédéfinie côté opérateur, composée de chambres pneumatiques contrôlées par des électroclapets, permettant de modéliser les changements de raideur du corps exploré côté maître. Cependant, un tel système s’avère relativement peu réactif et manquer de résolution, et ne permet notamment pas de simuler convenablement des butées franches représentatives de la présence d’obstacles tels que des os dans le corps humain. Sa lenteur le rend difficilement compatible avec les contraintes temporelles de la plupart des interventions.

Exposé de l’invention

Il demeure donc un besoin pour perfectionner encore les procédés et systèmes d’exploration haptique à distance, notamment en termes de confort pour l’opérateur, d’efficacité et de rapidité, afin de faciliter le développement du télédiagnostic, notamment dans le domaine médical, et plus généralement de la télé-opération.

Il existe également un besoin pour faciliter la formation d’opérateurs manipulant une sonde ou tout autre dispositif sur un corps, en fournissant une réponse haptique réaliste.

Procédé pour simuler le comportement mécanique d’un corps

L’invention vise à répondre selon un premier de ses aspects à l’un au moins de ces besoins, et a pour objet un procédé pour simuler le comportement mécanique d’un corps, comportant les étapes consistant à : configurer à partir d’un jumeau numérique une maquette dynamique comportant une interface déformable liée à une pluralité d’éléments de support actifs, dont la course et la réponse mécanique sont ajustées pour reproduire avec l’interface la géométrie externe du corps et simuler son comportement mécanique, le jumeau numérique ayant été préalablement généré en faisant une acquisition de la géométrie externe d’une partie au moins dudit corps et de sa réponse locale à l’application d’une force.

L’invention permet selon ce premier aspect de fournir à un opérateur humain, notamment un médecin, une interface dynamique explorable de façon naturelle présentant les mêmes caractéristiques haptiques qu’un corps à explorer. Cela peut faciliter le travail d’un téléopérateur et peut lui permettre d’explorer à distance le corps. Cela peut aussi aider à la formation d’un médecin notamment, en améliorant le réalisme de la simulation du déplacement d’un objet ou d’une main au contact d’une partie du corps humain.

Le jumeau numérique peut être un modèle numérique « 4D » constitué d’un fichier informatique comprenant une cartographie 3D de la géométrie externe de la partie dudit corps dont on cherche à reproduire le comportement mécanique et une matrice représentative des résistances mécaniques dudit corps à différentes forces qui lui sont appliquées à différentes positions et/ou orientations géométriques.

Des cas réels préenregistrés peuvent être stockés sous forme de jumeaux numériques, comportant le modèle 4D du corps en question. Lorsque le jumeau est généré, on peut également enregistrer des images de diagnostic générées au passage de l’outil dans le cas réel, et les restituer ensuite lors de la simulation.

De préférence, le procédé pour simuler le comportement mécanique comporte la détection du positionnement et/ou de l’orientation relativement à la maquette dynamique d’une sonde manipulée par un opérateur humain, et la restitution à l’opérateur d’une information qui est fonction du positionnement et/ou de l’orientation ainsi détecté(s) de la sonde.

Il s’agit par exemple dans le cas de formation d’un opérateur d’images échographiques préenregistrées sur le cas réel à partir duquel le jumeau numérique a été généré. Ainsi, l’information délivrée à l’opérateur est préférentiellement représentative de celle que délivre la sonde lorsque positionnée et/ou orientée de manière identique sur le corps.

L’invention a encore pour objet de répondre au besoin mentionné plus haut de perfectionner les procédés et systèmes d’exploration haptique à distance, notamment en termes de confort pour l’opérateur, d’efficacité et de rapidité, afin de faciliter le développement du télédiagnostic, notamment dans le domaine médical, et plus généralement de la téléopération.

Procédé de contrôle à distance à retour haptique

L’invention a ainsi pour objet, selon un deuxième de ses aspects, un procédé de contrôle à distance à retour haptique, comportant les étapes consistant à : générer dans une phase initiale un jumeau numérique d’au moins une partie d’un corps en faisant une acquisition de sa géométrie externe et de sa réponse locale à l’application d’une force, configurer à partir du jumeau numérique ainsi généré une maquette distante dynamique comportant une interface déformable liée à une pluralité d’éléments de support actifs dont la course et la réponse mécanique sont ajustées pour reproduire avec l’interface la géométrie externe du corps et simuler son comportement mécanique, détecter, dans une phase d’action à distance sur le corps, le positionnement et/ou l’orientation relativement à la maquette dynamique d’un objet maître manipulé par un opérateur humain, piloter à partir du positionnement et/ou de l’orientation ainsi détecté(s) un bras robotisé portant un objet esclave pour recopier, avec l’objet esclave sur le corps, le positionnement et/ou l’orientation de l’objet maître sur l’interface déformable.

Ce procédé permet une interaction plus naturelle à distance entre l’opérateur humain et le corps étudié et plus proche de l’exploration habituelle.

L’invention permet à l’opérateur humain de disposer d’une maquette représentative de la géométrie et de la résistance du corps à distance, permettant un diagnostic plus efficace et plus fin que ce qui est possible avec les systèmes actuels.

L’invention offre la possibilité de prendre en compte les délais temporels dans les communications inhérents à un diagnostic à distance, grâce au jumeau numérique généré dans la phase initiale, pour restituer des résistances mécaniques prévisionnelles même avant d’avoir complété la boucle maître - esclave - maître. Ceci permet de mieux gérer les délais de communication qui existent la plupart du temps dans le diagnostic à distance, en ayant une interface qui réagit aux mouvements de l’opérateur humain quasiment en temps réel, plutôt que d’attendre le retour de l’objet esclave à chaque fois, comme c’est le cas pour le système proposé par F Université de Catania cité ci-avant.

L’invention permet d’adapter la géométrie et la résistance de l’interface au corps exact en cours de diagnostic, plutôt que de disposer d’un moyen générique mal adapté au corps à explorer.

L’étape consistant à détecter sur l’interface le positionnement et/ou l’orientation relativement à la maquette dynamique de l’objet maître peut être effectuée à travers des capteurs propres (par exemple capteurs magnétiques, odométriques, etc.) qui permettent de détecter et quantifier le mouvement de l’objet maître dans l’espace, ou par rapport à la maquette dynamique.

L’étape consistant à détecter sur l’interface le positionnement et/ou l’orientation relativement à la maquette dynamique de l’objet maître peut encore être effectuée alternativement à travers des méthodes de suivi par vision (suivi caméra avec ou sans cible visuelle sur l’objet maître).

La mesure de la pression appliquée par l’objet maître sur l’interface peut être effectuée à travers des signaux récupérés dans les éléments de support actifs.

Le suivi du déplacement et/ou de la force de l’objet maître peut être réalisé avec une combinaison d’une partie ou de toutes ces techniques, afin d’assurer une identification précise de la position de l’objet maître et/ou de la force qu’il exerce sur l’interface.

De préférence, l’objet maître reproduit au moins partiellement la forme de l’objet esclave, notamment celle de l’objet esclave venant au contact du corps. L’objet esclave et l’objet maître peuvent ainsi avoir la même forme, voire être identiques.

Le procédé de contrôle à distance selon cet aspect de l’invention comporte préférentiellement l’acquisition d’une réponse mécanique lors d’un positionnement de l’objet esclave imposé par celui de l’objet maître, la mise à jour du jumeau numérique puis l’ajustement de la course des éléments de support actifs et/ou de leur réponse à partir de cette acquisition. Cette mise à jour en temps réel permet de prendre en compte des changements dans la résistance dudit corps à l’objet esclave, par exemple lors du déplacement d’un organe ou de la rencontre d’un os, et permet ainsi de garder une maquette dynamique dont les propriétés restent fidèles le plus possible à celles du corps distant à explorer. Cela peut permettre également d’enrichir le jumeau numérique au cours de l’exploration, et ainsi d’améliorer la précision de la simulation du comportement au cours de l’examen ; cela peut aussi permettre si on le souhaite de démarrer avec un plus faible volume de données acquises dans la phase initiale, donc de raccourcir la durée de celle-ci.

De préférence, l’acquisition de la réponse locale du corps à l’application d’une force est effectuée lors de la phase initiale en plusieurs points à l’aide de l’objet esclave, notamment en lui faisant effectuer avec le bras robotisé une trajectoire prédéfinie.

Lors de la phase initiale, la géométrie du corps à explorer peut être déterminée par tout moyen adapté, par exemple en utilisant une ou plusieurs caméras, par exemple stéréoscopiques, un ou plusieurs lasers ou LIDAR, un bras palpeur, ou tout capteur permettant d’obtenir la cartographie 3D recherchée.

Le procédé de contrôle à distance selon l’invention peut comporter une phase de calibration entre la géométrie externe du corps et la position du bras robotisé. Cette calibration peut s’effectuer par tout moyen, et par exemple en incluant le bras avec une position et/ou une orientation connue(s) dans le champ d’acquisition initiale de la topologie du corps.

L’objet esclave peut être une sonde émettrice de signaux, notamment une sonde à ultrasons, en particulier une sonde échographique portée par le bras robotisé.

L’objet maître peut encore être une main haptique et l’objet esclave un effecteur représentatif, tel qu’une main robotique.

Les éléments de support actifs comportent de préférence des actionneurs, qui sont préférentiellement linéaires, de préférence des vérins électromécaniques, et permettent d’adapter la topologie de départ de l’interface déformable à la géométrie du corps.

Les éléments de support actifs comportent de préférence chacun un frein magnétorhéologique permettant de modifier la réponse de l’élément de support actif à une sollicitation mécanique, ce frein étant piloté en fonction du jumeau numérique. Le frein permet de contrôler de façon fine et très rapide la résistance opposée par l’élément de support actif lorsque l’opérateur humain exerce une poussée sur l’interface déformable.

Le frein peut comporter une enceinte contenant un fluide magnétorhéologique.

Un frein magnétorhéologique permet d’imposer un frottement visqueux contrôlable à l’aide d’un champ magnétique dont l’intensité dépend de celle du courant électrique servant à générer le champ. En effet, les fluides magnétorhéologiques sont des suspensions de particules magnétiques micrométriques dans des liquides amagnétiques. Lorsqu’un tel liquide est exposé à un champ magnétique, les particules s’agrègent sous la forme de chaînes qui augmentent de façon importante la résistance à l’écoulement. Le champ magnétique nécessaire pour piloter la viscosité du fluide est fourni par un électroaimant.

Chaque élément de support actif peut être muni d’un organe de rappel, notamment un ressort, déformable sous l’effet d’une force exercée par l’objet maître. Le pilotage de la course du vérin précité permet de reproduire la géométrie du corps à explorer ; le vérin peut être bloqué à la course correspondant à cette géométrie. La présence de l’organe de rappel permet au vérin de pouvoir s’enfoncer lorsqu’une force est exercée sur la maquette par l’opérateur, et donc à la maquette de s’enfoncer localement. La présence du frein permet de moduler la course d’enfoncement, en bloquant par exemple l’enfoncement à partir d’une certaine course, ou de faire varier la force à exercer pour provoquer cet enfoncement, pour simuler par exemple un durcissement du tissu ou la présence d’un obstacle qui empêche la poursuite du mouvement.

Ainsi, dans le cas de l’utilisation d’un frein magnétorhéologique, le procédé peut comporter le pilotage de l’intensité d’un courant envoyé dans le frein pour modifier la viscosité du fluide magnétorhéologique en fonction d’une part du déplacement d’une tige de l’élément de support actif sous l’effet d’une force exercée sur l’interface par l’opérateur et d’autre part de la réponse mécanique enregistrée dans le jumeau numérique ; par exemple, pour simuler un enfoncement sans résistance mécanique notable, le frein n’est pas activé ou peu activé, ce qui permet à la tige de l’élément de support actif de s’enfoncer en réponse à une force exercée par l’opérateur, l’organe de rappel étant comprimé lors de cet enfoncement ; si après une certaine course d’enfoncement, il convient de simuler une butée, liée par exemple à la présence d’un os sous-jacent dans les tissus explorés, le courant dans le frein est augmenté, ce qui bloque la descente de la tige de l’élément de support actif et donc l’enfoncement de la maquette dynamique localement ; lorsque l’opérateur relâche la pression, ce relâchement peut être détecté, et le courant dans le frein diminué, pour permettre à la tige de l’élément de support actif de reprendre sa configuration initiale sous l’effet de l’organe de rappel.

L’interface comporte de préférence une couche en un matériau viscoélastique, qui peut définir la surface que l’opérateur humain explore. Ceci contribue à la flexibilité de l’interface déformable et peut permettre d’avoir un retour haptique plus proche de la réalité lorsque l’on explore grâce à l’invention un corps humain.

Système pour simuler le comportement mécanique d’un corps L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un système pour simuler le comportement mécanique d’un corps, notamment pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention, comportant : une maquette dynamique comportant une interface déformable liée à une pluralité d’éléments de support actifs dont la course et la réponse mécanique sont ajustables, un système de commande pour contrôler la course et la réponse mécanique des éléments de support actifs en fonction d’un jumeau numérique d’au moins une partie dudit corps, ce jumeau numérique comportant des données relatives à la géométrie externe dudit corps et à sa réponse locale à l’application d’une force, le contrôle des éléments de support actifs s’effectuant de façon à reproduire avec l’interface la géométrie externe du corps et simuler son comportement mécanique.

De préférence, le système selon l’invention comporte un système de détection du positionnement et/ou de l’orientation relativement à la maquette dynamique d’un objet maître manipulé par un opérateur humain. Cette information peut être transmise à distance pour contrôler un robot porteur d’un objet esclave, comme dans le cas du procédé défini plus haut.

L’invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, un système de contrôle à distance à retour haptique, comportant outre le système selon l’invention décrit ci-dessus, un système de commande d’un bras robotisé pour piloter, à partir du positionnement et/ou de l’orientation ainsi détecté(s), un bras robotisé portant un objet esclave et recopier, avec l’objet esclave sur le corps, le positionnement et/ou l’orientation de l’objet maître sur l’interface déformable.

L’invention porte aussi sur un système de télé-exploration à retour haptique, comportant outre le système de contrôle selon l’invention, le bras robotisé portant l’objet esclave.

Cet objet esclave peut avantageusement être une sonde échographique, comme indiqué plus haut. Tout type de sonde échographique peut être utilisé dans le cadre de la présente invention, y compris les sondes linéaires et convexes, voire endocavitaires.

Le bras robotisé peut être un bras robotisé collaboratif, ou « cobot ».

Utilisations du système L’invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, l’utilisation du système de télé-exploration à retour haptique selon l’invention pour le télédiagnostic médical, notamment à ultrasons.

L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, l’utilisation du système de contrôle à distance à retour haptique selon l’invention pour le contrôle non-destructif de composants ou structures flexibles ou semi-rigides.

L’invention a aussi pour objet, selon un autre de ses aspects, l’utilisation du système pour simuler le comportement mécanique d’un corps à des fins d’enregistrement de cas d’étude et leur reproduction sur la maquette dynamique pour former de nouveaux opérateurs.

Brève description des dessins

L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples non limitatifs de mise en œuvre de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :

[Fig 1] La figure 1 est un schéma en blocs d’un exemple de système de télé-exploration à retour haptique selon l’invention ;

[Fig 2] la figure 2 représente schématiquement les composants du système illustré à la figure 1 ; et

[Fig 3] la figure 3 illustre schématiquement un exemple d’actionneur utilisé dans le système de la figure 2.

Description détaillée

La figure 1 est un schéma en blocs d’un exemple de système 1 de télé-exploration à retour haptique selon l’invention.

Ce système 1 comporte une partie maître 10 et une partie esclave 20, reliées par des moyens de connexion 30 entre les deux assurant leur communication bilatérale. Ces moyens de connexion peuvent comporter tout réseau de télécommunications, filaire ou non.

Le schéma de la figure 2 représente plus en détail les composants du système 1.

La partie maître 10 comprend une maquette dynamique 100 et un système de commande 106 qui peut être un ordinateur ou tout autre système informatique ou électronique, par exemple à microcontrôleur. La partie esclave 20 comprend un bras robotisé 220, de préférence collaboratif, par exemple du type 6 axes, portant une sonde esclave 210, un système de commande 211 du bras robotisé 220, un système d’acquisition 3D tel qu’une ou plusieurs caméras 240, permettant d’acquérir la géométrie externe du corps 200, et une unité de calcul 230 connectée au système de commande 211, à la sonde esclave 210, à la caméra 240 et aux moyens de connexion 30. Cette unité de calcul 230 peut être un ordinateur ou tout autre moyen informatique ou électronique adapté.

La sonde esclave 210 et/ou le bras robotisé 220 peuvent être instrumentés pour mesurer la force appliquée et la réponse mécanique locale, à l’application de cette force, du corps exploré.

La maquette dynamique 100 comporte une interface déformable 101, de préférence comportant une couche en matériau viscoélastique dont la face externe est destinée à venir au contact d’une sonde maître 110 manipulée par l’opérateur et la face interne est liée à une pluralité d’éléments de support actifs 103, dont la course et la réponse mécanique sont réglables. L’interface 101 peut comporter des piliers 104 auxquels les éléments de support actifs sont liés à leur extrémité, comme illustré.

Une électronique de puissance 105 reliée au système de commande 106 permet de piloter les éléments de support actifs 103.

Le système de commande 106 est configuré pour contrôler la course et la réponse mécanique de ces derniers en fonction d’un jumeau numérique 231 d’au moins une partie du corps 200 à explorer. Ce jumeau numérique 231 est par exemple mémorisé dans une mémoire électronique du système de commande 106 ou dans un serveur auquel celui-ci peut accéder. Un système de détection 111 permet de connaître la position et/ou l’orientation d’une sonde maître 110 relativement à un référentiel associé à la maquette 100, de préférence à la fois la position (au moins x, y, et mieux x, y et z) et l’orientation (au moins deux des trois angles d’Euler, mieux les trois).

Les éléments de support actifs 103 sont de préférence formés chacun d’un couple actionneur- frein.

Un exemple d’un tel élément de support actif 103 est illustré schématiquement à la figure 3. L’élément de support actif 103 peut comporter, comme illustré, un corps 1030 logeant un actionneur linéaire électromécanique 1035 actionnant une tige 1040.

Le corps 1030 peut recevoir un frein magnétorhéologique 1034 agissant sur la tige 1040. Un organe de rappel 1036, de préférence un ressort, peut interagir entre l’actionneur 1035 et le corps 1030 pour permettre à l’actionneur de s’enfoncer relativement au corps 1030 si le frein 1034 le permet, lorsqu’une poussée correspondante est exercée sur l’interface 101.

L’actionneur 1035 transforme par exemple le mouvement de rotation d’un moteur, à travers une liaison de type vis/ écrou, non représentée sur la figure 3, en un mouvement de translation de la tige 1040. Celle-ci peut comporter à son extrémité libre une tête 1041 venant en contact avec la paroi interne de l’interface 101.

Le frein 1034 peut comporter une enceinte contenant un fluide magnétorhéologique 1031 capable de former lorsque soumis à un champ magnétique des chaînes solides autour de la tige 1040 afin d’empêcher ou ralentir son mouvement linéaire, selon l’intensité du champ, le coefficient de friction avec la tige 1040 variant en fonction de la viscosité du fluide 1031. Le champ magnétique est généré par un électro-aimant 1032, disposé autour de la tige 1040, relié à l’électronique de puissance 105, elle-même contrôlée par le circuit de commande 106. La densité des éléments de support actifs 103 selon l’axe x ou y peut être supérieure à 10 m’ mieux à 50 m’ ¹ , en prenant par exemple comme référence des éléments de support actifs de 16 mm de diamètre, 60 mm de course et 100N de force axiale.

La hauteur des éléments de support actifs 103 selon l’axe z est réglée selon la forme du corps 200 à reproduire. La course axiale selon z peut être comprise par exemple entre une valeur minimale z _m in égale à 0 mm et une valeur maximale z _ma x égale à 60 mm, voire à 100 mm. La différence (z _ma x - z _m in) représente l’amplitude maximale selon z avec laquelle le relief de la maquette peut être modifié localement, lors de la configuration initiale de la topologie.

La course de l’élément de support actif 103 en cas de poussée exercée dessus par l’opérateur dépend de la liberté de mouvement selon z de l’actionneur, par rapport au corps 1030, autorisée par l’organe de rappel 1036. Cette liberté de mouvement procure une mobilité selon z qui se cumule avec la course donnée par l’actionneur.

Le jumeau numérique 231 comporte des données relatives à la géométrie externe du corps 200 et à sa réponse locale à l’application d’une force. Ce jumeau numérique 231 est généré par l’unité de calcul 230 de la partie esclave 20, qui le transmet par exemple via les moyens de connexion 30 au système de commande 106.

Le jumeau numérique 231 est généré dans une phase initiale par l’acquisition de la cartographie 3D externe du corps 200 et de sa réponse locale à l’application de différentes forces Fl, F2, F3, Fl’, F2’, F3’, ... à différentes positions et/ou avec différentes orientations, cette réponse étant par exemple représentée sous forme d’une matrice de résistances auxdites forces. Lors de l’acquisition du jumeau numérique 231, on applique par exemple différentes forces avec la sonde esclave pour mesurer la déformation correspondante du corps, par exemple en mesurant le déplacement résultant de la sonde esclave 210 à travers les données de position du robot, ou de façon optique.

La sonde esclave 210 procède par exemple à l’application des différentes forces selon une trajectoire prédéfinie, le bras robotisé étant piloté en conséquence par l’unité de calcul 230. La géométrie externe du corps 200 peut être obtenue à travers un scan visuel réalisé par le système d’acquisition 240 lorsque celui-ci comporte des caméras ou LIDAR, ou, en variante, à travers une exploration haptique en surface par la sonde esclave 210. La résolution spatiale de l’acquisition selon l’axe x ou y de la cartographie 3D peut être supérieure par exemple à 1 point/cm, mieux à 10 points/cm, et celle de la résistance mécanique à 1 point/cm dans l’axe z, mieux à 5 points/cm.

Après la phase initiale, et une fois le jumeau numérique 231 transmis au système de commande 106, la maquette dynamique 100 peut être configurée à partir de ce jumeau numérique. Cette configuration comporte le contrôle de la course des tiges 1040 des éléments de support actifs 103 selon z afin de donner à l’interface 101 la forme du corps 200, et le contrôle des freins pour faire en sorte que le comportement dynamique en réponse à une poussée exercée sur l’interface 101 par l’opérateur 120 simule au mieux le comportement mécanique du corps 200, comme cela sera détaillé plus loin.

Lorsque le système est utilisé pour le télédiagnostic par exemple, on détecte le positionnement relativement à la maquette dynamique 100 de la sonde maître 110 à l’aide du système de détection 111. Ce dernier comporte par exemple une ou plusieurs caméras ou LIDAR pour localiser spatialement la sonde 110, ou un système de localisation à partir d’ondes ultrasonores ou radiofréquence, par triangulation. On peut encore munir l’interface d’un système de localisation du contact de celle-ci avec la sonde grâce à un réseau de conducteurs électriques à la surface ou sous la surface de l’interface 101, qui détectent localement un contact avec la sonde 110.

On peut alors piloter à partir du positionnement ainsi détecté de la sonde maître 110 le bras robotisé 220 pour recopier, avec la sonde esclave 210 sur le corps 200, le positionnement et aussi, le cas échéant, l’orientation de la sonde maître 110 sur l’interface déformable 101. Dans le cas où l’opérateur appuie sur la maquette 100 avec la sonde maître, et que le jumeau numérique contient l’information d’un tissu mou à ce niveau, le courant envoyé dans l’électro aimant 1032 est relativement faible et la force de freinage est limitée, de sorte à permettre une compression du ressort 1036 et la descente de la tige 1040 en réponse à la force exercée. La maquette réagit ainsi en s’enfonçant localement.

Dans le cas où l’opérateur appuie sur la maquette 100 avec la sonde maître et que le jumeau numérique contient l’information d’un durcissement du tissu à partir d’un certain enfoncement c en raison par exemple de la présence d’un os sous-jacent, le courant dans l’électro aimant est augmenté une fois cet enfoncement c atteint, ce qui active le frein et bloque la poursuite du mouvement d’enfoncement de la tige 1040 dans le corps 1030 de l’élément de support 103. On restitue ainsi à l’opérateur 120 la sensation qu’un organe bloque la poursuite de l’enfoncement de la sonde 110, comme dans la réalité. Une fois que l’opérateur cesse d’exercer une pression, le système le détecte et le frein peut être relâché, permettant à la tige 1040 de reprendre sa position initiale ; la maquette 100 retrouve la forme initiale dans laquelle elle a été configurée, censée reproduire la topologie du corps à explorer en l’absence de contrainte mécanique.

Le corps 200 correspond par exemple à un abdomen humain et la maquette dynamique 100 peut reproduire tout ou partie de cet abdomen. Ainsi, l’étendue de la maquette 100 peut être aussi grande que celle de la partie du corps à explorer. D’autres parties externes ou internes du corps peuvent être explorées de la même manière, par exemple la poitrine, le dos, le cou, les jambes, etc.

En variante, la maquette 100 est plus petite que le corps à explorer et n’en restitue ainsi qu’une portion à la fois. Dans ce cas, le système peut permettre de choisir la portion du corps que l’on souhaite explorer, par exemple en permettant à l’opérateur de sélectionner sur le corps un point de référence qui correspond par exemple au centre de la zone que l’on souhaite reproduire avec la maquette dynamique et explorer avec la sonde. Si l’opérateur souhaite explorer une zone différente, le système peut lui permettre de sélectionner un nouveau point de référence sur le corps, auquel cas la maquette est reconfigurée pour être par exemple centrée sur cette nouvelle zone, avant de permettre à l’exploration de reprendre. Si l’opérateur choisit de revenir en arrière à une zone déjà explorée, le système restitue la configuration correspondante de la maquette pour la géométrie et la résistance de la zone en question. Il peut être avantageux de mettre à jour le jumeau numérique en temps réel à partir de l’acquisition de la réponse mécanique réelle du corps en réaction au positionnement de la sonde esclave 210 imposé par celui de la sonde maître 110, puis d’ajuster la course et le comportement des éléments de support actifs 103 à partir de cette acquisition, par exemple lorsque l’acquisition initiale n’a pas été suffisamment dense. Dans le cas où il faut initier le diagnostic rapidement, il est possible qu’on ne puisse pas par manque de temps réaliser une acquisition en détail, point par point. Le système peut alors utiliser une méthode stochastique pour définir des points aléatoires à explorer, ou mieux, densifier les points de mesure autour des positions habituelles des os, organes, etc., et acquérir peu de points de mesure en dehors de ces zones ou de toute zone critique.

Le système peut se baser sur l’image acquise du corps à explorer, et la recaler par rapport à un jumeau numérique de référence (par exemple d’un abdomen humain).

Le système 1 décrit ci-dessus peut aussi être utilisé pour simuler le comportement mécanique d’un corps à des fins d’enregistrement de cas d’étude et leur reproduction sur la maquette dynamique 100 pour former de nouveaux opérateurs. Dans ce cas, il n’y a pas de partie esclave 20, mais la maquette dynamique 100 est préconfigurée à partir d’un jumeau numérique 231 préalablement généré en faisant une acquisition de la géométrie externe d’une partie au moins d’un corps à explorer et de sa réponse locale à l’application d’une force. Des images réelles d’échographie par exemple sont préalablement enregistrées afin de permettre à l’opérateur de voir le résultat que donnent le positionnement et/ou l’orientation de la sonde qu’il manipule. Le positionnement et/ou l’orientation relativement à la maquette dynamique de la sonde sont détectés, et une information qui est fonction du positionnement et/ou de l’orientation ainsi détectés est restituée à l’opérateur. Cette information est alors représentative de celle que délivrerait une sonde réelle lorsque positionnée et/ou orientée réellement de manière identique sur le corps réel.

L’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus. Par exemple, l’actionneur peut ne pas comporter d’organe de rappel, l’actionneur étant piloté pour faire reculer la tige 1040 quand une poussée exercée sur la maquette est détectée par le système. Le frein peut être électromécanique.

Lorsque la sonde est endocavitaire, la maquette peut reproduire des orifice(s) et cavité(s), les éléments de support actifs étant disposés autour de la ou des cavités.