Brevet FR2200024A1 — publié le 19740419

La présente invention concerne les instruments chirurgicaux, plus précisément les instruments chirurgicaux pour la réunion de tissus biologiques, et a pour objet un tel instrument fonctionnant aux ultrasons. On sait que des propositions ont été faites pour utiliser, dans la pratique médicale, des appareils pour la réunion des tissus biologiques par ultrasons, lesdits appareils comprenant essentiellement un concentrateur branché sur une source de vibrations ultrasonores et pourvu d'un embout de soudage qui, au cours du fonctionnement de l'appareil, effectue des vibrations mécaniques longitudinales avec une fréquence ultrasonore et est mis en contact direct avec les fragments de tissu biologique. Ces appareils connus ont été portés, sous une forme générale, à la connaissance des auteurs de la présente invention à la 3ème Conférence scientifique pour l'application pratique des ultrasons en traumatologie, orthopédie et chirurgie thoracique (Moscou, Juin 1972, thèses ayant fait l'objet de communications). Le but de la présente invention est de créer un instrument chirurgical durable et commode à utiliser pour la réunion de fragments de tissu biologique. La présente invention a aussi pour but de créer un instrument chirurgical permettant de réaliser la réunion des fragments de tissu biologique avec une solidité accrue et une pénétration maximale de la matière d'apport dans le tissu osseux sous l'action des vibrations ultrasonores. En outre, la présente invention a pour but de créer un instrument chirurgical à ultrasons permettant aussi de former commodément le joint soudé en cas de réunion de fragments osseux au moyen d'un transplant. Parmi les autres buts de l'invention il convient de mentionner l'obtention d'une surface déterminée de traitement du conglomerat soudé lors de la réunion des tissus. Pour atteindre les buts précités, ainsi que d'autres buts, l'instrument chirurgical pour la réunion de tissus biologiques par soudage et apport de matière par ultrasons, du type comprenant un concentrateur branché sur une source de vibrations ultrasonores et se raccordant progressivement à un embout de soudage destine à être mis en contact direct avec les deux fragments de tissu biologique à réunir, entre lesquels est interposé au préalable une matière d'apport, est caractérisé, suivant l'invention, en ce que l'embout de soudage se présente sous forme d'une palette métallique dont au moins une face plate est disposée sous un angle de 90 + 45 O par rapport-à l'axe longitudinal de l'embout et s'étend de l'extrémité de l'embout jusqu'à la zone de son raccordement progressif au concentrateur. Une telle conception de l'embout de soudage de l'instrument chirurgical permet d'utiliser avec un maximum d'efficacité les dimensions relativement faibles de la partie travaillante de l'embout pour transmettre les vibrations ultrasonores suivant une surface aussi étendue que possible. Suivant un autre mode de réalisation de la présente invention, l'embout de soudage formant palette de l'instrument chirurgical comporte deux faces mutuellement opposées qui sont plates et inclinées à partir de son extrémité libre jusqu'à la zone de son raccordement au concentrateur. Un tel mode de réalisation de l'instrument est particulièrement apte à assurer une pénétration simultanne maximale du monomère, aussi bien dans la surface des fragments de tissu à réunir que dans celle du transplant. La présente invention prévoit en outre un mode de réalisation dans lequel, pour permettre l'apport de matière dans une cavité de tissu biologique, l'embout de soudage se présente sous forme d'une palette allant en s'élargissant depuis le concentrateur jusqu'à l'extrémité libre de l'embout et disposée symétriquement par rapport à son axe longitudinal, ce qui permet d'obtenir l'augmentation requise de la surface du bord travaillant de l'embout. Enfin, toujours selon l'invention, le concentrateur et l'embout de soudage formant palette sont fabriqués en alliage de titane, et la matière d'apport utilisée est un monomère liquide constitué de cyano-acrylate d'éthyle et connu sous la dénomination commerciale Cyacrine, en mélange avec des copeaux osseux homogènes ou hétérogènes. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux au cours de la description explicative qui va suivre en se reportant aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 représente la tête acoustique et l'instrument à ultrasons pour la réunion de tissus biologiques - la figure 2 représente le système acoustique faisant partie de l'installation pour la réunion de tissus biologiques par ultrasons, conformément à l'invention - la figure 3 est un schéma simplifié de l'installation pour la réunion de tissus biologiques par ultrasons, représentée sur la figure 2 - la figure 4 est une vue générale de l'embout de soudage formant palette conforme à l'invention - la figure 5 illustre le soudage de fragments osseux au moyen d'un transplant, avec utilisation d'un embout conforme à l'invention - la figure 6 illustre un autre mode de réalisation de l'embout de soudage formant palette pour l'apport de matière par ultrasons, conform ment à l'invention L'invention concerne, en particulier, la construction de la partie travaillante de l'instrument à ultrasons. L'instrument considéré est destiné à être utilisé pour la réunion de tissus biologiques osseux par ultrasons. L'instrument à ultrasons (figure 1) se présente sous forme d'une tige 1 en titane, dont la forme de section transversale varie suivant une loi exponentielle et dont la partie mince comporte une partie travaillante constituée par un embout de soudage 2. L'instrument fait partie d'un système acoustique. Il est fixé à une tête acoustique 3 par assemblage fileté 4, et est interchangeable. L'instrument à ultrasons est un élément constitutif d'tune installation mfdicale pour le traitement de tissus biologiques par sectionnement, soudage et apport de matière par ultrasons. L'installation se compose d'un générateur d'ultrasons 5 (figure 2) d'une puissance de l'ordre de 250 W, de trois têtes acoustiques (pour le soudage, l'apport de matière et le sectionnement) et d'un jeu d'instruments pour le traitement des tissus biologiques par ultrasons. L'installation comprend en outre une chambre étanche (non représentée) pour la stérilisation des têtes acoustiques des instruments. Le système acoustique (figure 2) de l'installation se compose d'un générateur d'oscillations électriques 5, d'un transducteur à magnétostriction 6, d'un concentrateur cylindro-conique demi-onde 7 et d'un concentrateur-instrument demi-onde interchangeable 8. Le système fonctionne en régime de résonance. Le transducteur à magnétostriction 6 est rigidement solidaire du concentrateur cylindro-conique 7 et entre dans la constitution de la tête acoustique. Le transducteur 6 est constitué de plaques de nickel collées l'une à l'autre et comporte un enroulement d'excitation 9. Le générateur d'ultrasons 5, dont le schéma d'ensemble est représenté sur la figure 3, se compose : d'un oscillateur pilote 10, d'un pré-amplificateur de puissance 11, d'un amplificateur de puissance filial 12, atun bloc d'alimentation 13, d'un bloc de prémagnétisation 14 et d'un bloc de commutatioll 15. A la sortie du génerateur d'ultrasons est connectée la tête acoustique 16 portant le concentrateurinstrument. Le générateur d'ultrasons 5 (figure 2) est alimenté à partir du secteur alternatif 20 V, 50 Hz. La puissance consommée ne dépasse pas 0,45 kVA, la puissance nominale du générateur est de @50 W, la fréquence de travail est de 26,5 Hz. L'installation fonctionne de la manière suivante. On branche sur la sortie du générateur d'ultrasons 5 5 à l'aide d'une connexion par fiches, la tête acoustique 3 (figure 1) auquel est fixé l'instrument à ultrasons, par exemple embout de soudage 2. La commutation du générateur 5 s'effectue à l'aide d'un commutateur à-bascule (non représenté) On met ce commutateur en position "Secteur",et le générateur d'ultrasons 5 (figure 9) commence à fournir un courant alternatif de fréquence ultrasonore. Ledit courant passe par l'enroulement 9 du transducteur à mgnéstriction, qui convertit les oscillations électriques en vibrations mécaniques de fréquence ultrasonore. les vibrations mécaniques sont amplifiées par le concentrateur cylindro-conique 7, ainsi que par le concentrateur-instrument interchangeable 8, et sont transmises à la partie travaillante 2, par l'intermédiaire direct duquel le chirurgien procède à la réunion des tissus biologiques en tenant la tête acoustique dans sa main et en déplaçant ladite partie travaillante sur la surface à traiter. L'amplitude des vibrations de la partie travaillante atteint 60 microns. Le processus de formation du joint soudé au cours du soudage des tissus osseux par ultrasons est un ensemble complexe de processus physico-chimiques et s'accompagne d'un dégagement de chaleur. Quand les vibrations ultrasonores sont transmises à la matière d'apport appliquée sur la surface du tissu osseux, les flux acoustiques et les pressions variables provoquent une rupture des liaisons du monomère et la formation de radicaux libres. En outre, les pressions variables ont pour effet de provoquer un processus de pénétration du monomère liquide dans les pores et les capillaires du tissu osseux. Le processus de pénétration de la "Cyacrine" dans le tissu osseux s'accompagne d'une réaction chimique de la "Cyacrine" avec les groupes amino du collagène de l'os. Pour augmenter la surface de réaction de la Cyacrine avec le collagène du tissu osseux, on procède, avant d'effectuer le soudage, à un traitement des surfaces à souder de l'os au moyen d'une solution à 6 flo d'acide chlorhydrique ce qui permet d'éliminer les sels de calcium et de dégager le collagène. Les vibrations ultrasonores continuant d'agir sur le conglomérat à souder précité ("Cyacrine" plus copeaux osseux), la Cyacrine liquide se polymérise et se solidifie. Le processus de formation du joint soudé dure environ 20 à 30 secondes suivant le volume de conglomérat. Le joint soudé obtenu assure le maintien fiable des fragments d'os pendant toute la période de régéneration du tissu osseux. Avec le temps, le joint soudé se résorbe et est remplacé par un cal. L'un des principaux facteurs influant sur la solidité du joint soudé des tissus osseux est la profondeur de péndtration du monomère liquide dans le tissu osseux. il a été établi par voie expérimentale que lorsque les vibrations ultrasonores agissent sur la matière d'apport suivant une direction normale à la surface du tissu osseux, on obtient une profondeur maximale de pénétration de la "Cyacrine liquide11 dans le tissu osseux à souder. Suivant l'invention, l'embout de soudage se prasente sous forme d'une palette. Une telle configuration de l'embout, ainsi que la forme géométrique particulière, qui va maintenant être décrite, de ladite palette, permettent de former le joint soudé avec la plus grande commodité. Pour que les vibrations ultrasonores créées soient orientées normalement à la surface de l'os à souder, l'embout de soudage sous forme de palettes 17 (figure 4) comporte une inclinaison , c'est-à-dire qu'au moins l'une, 18, de ses faces plates est disposée sous un angle de 90 + 450 par rapport à l'axe longitudinal de l'embout et s'étend de l'extrémité de l'embout jusqu'à la zone de son raccordement progressif au concentrateur 8. L'utilisation d'un instrument à ultrasons pourvu, conformément à l'invention, d'un embout-palette de soudage comportant deux faces 19 et 20 inclinées sous l'angle précité (figure 5) est particulièrement rationnelle dans le cas où les fragments osseux 21 et 22 sont réunis au moyen d'un transplant 23. il se produit, dans ce cas, une pénétration maximale simultanée de la Cyarine dans la surface du transplant 23 et dans celle des fragments osseux Stet 22 à souder. Pour permettre de procéder à une opération d'apport de matière par ultrasons, nécessitant l'application de vibrations ultrasonores sur une surface aussi grande que possible du conglomérat soudé, ltembout-palette de soudage 24 (figure 6) comporte, suivant l'invention, une partie allant en s'élargissant à partir du concentrateur jusqu'à l'extrémité liore dudit embout et disposée symétriquement par rapport à l'axe longitudinal de la palette, ce qui permet d'obtenir l'él rgissement nécessaire de la zone travaillante de l'embout. les spécialistes en la matière comprendront que, dans les limites des modes de réalisation, décrits ci-dessus, de l'embout-palette de travail de l'instrument à ultrasons, différentes variantes et modes de réalisation modifiés sont possibles et dépendent de chaque cas concret d'utilisation de l'instrument dans la pratique. In convient de noter, toutefois, que dans l'instrument dont les exemples de réalisation ont été décrits ci-dessus et dont les essais ont donnés des résultats satisfaisants et stables, comporte un concentrateur et un embout-palette de soudage constitués par un alliage de titane, et la matière d'apport utilisée est un monomère liquide constitué par la "Cyacrine" en mélange avec des copeaux osseux homogènes ou hétérogènes. Par conséquent, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Instrument chirurgical pour le traitement de tissus biologiques par soudage et apport de matière par ultrasons, du type comprenant un concentrateur branché sur une source de vibrations ultrasonores et se raccordant progressivement à un embout de soudage mis en contact direct avec les deux fragments de tissu biologique à réunir, entre lesquels est placée préalablement une matière d'apport, caractérisé en ce que ledit embout de soudage se présente sous forme d'une palette métallique dont au moins l'une des faces plates est disposée sous un angle de 90 + 45 C par rapport à l'axe longitudinal de l'embout et s'étend de l'extrémité de l'embout jusqu'à la zone de son raccordement progressif au concentrateur. 2. Instrument chirurgical suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la palette de l'embout de soudage comporte deux faces plates mutuellement opposées qui sont inclinées à partir de l'extrémité libre dudit embout jusqu'à la zone de son raccordement au concentrateur. 3. Instrument chirurgical suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour permettre le soudage de la matière d'apport dans une cavité de tissu biologique, l'embout de soudage se présente sous forme d'une palette allant en s'élargissant à partir du concentrateur jusqu'à l'extrémité libre dudit embout et disposée symétriquement par rapport à l'axe longitudinal dudit embout, ce qui permet d'obtenir l'augmentation requise de la surface de la face de travail de l'embout. 4. strument chirurgical suivant l'une des revendications t à 3, caractérisé en ce que le concelitrateur et l'embout-palette de soudage précités sont constitués par un alliage de titane, et en ce que la matière d'apport utilisée est un monomère liquide constitué par le cyano-acrylate d'éthyle, en mélange avec des copeaux osseux homogènes ou hétérogènes.