Brevet FR2435938A1 — publié le 19800411

La présente invention a pour objet un dispositif pour mettre en compression l'une contre l'autre deux parties d'un os et pour mesurer la croissance au niveau de la zone située entre lesdites parties. Le sec-teur technique de l'invention est celui des instruments et appareils utilisés en médecine et en chirurgie. Sur un plan fondamental, la force de croissance du cartilage épiphysaire chez l'homme notamment, est totalement méconnue à ce jour. La connaissance de ce comportement mécanique permettrait d'agir sur lui dans le but de : soit interrompre sa croissance, soit au contraire l'accélérer. Le traitement des inégalités de longueur des membres chez l'enfant, passe par la fixation chirurgical-e du cartilage de croissance au moyen d'une agrafe métallique (BLOUNT 1949-1971), On a toutefois noté que la force d'évolution du cartilage de croissance est tel que dans certains cas, une rupture du matériel d'ostéosynthèse se produit (HOGBERG 1958; PTLCHER 1962; POIRIER 1968). Les applications chirurgicales sont donc multiples et portent sur la résistance mécanique des matériaux d'ostéosynthese à utiliser et les forces limites que lton peut produire sur le cartilage de croissance sans provoquer sa destruction définitive. Bien que plusieurs études expérimentales aient déjà porté sur ce sujet (HAAS 1948; SIFFERT 1956; AMAKO 1957; MANKIN 1972; CHRISTEMEN 1973), les connaissances sur la réponse du cartilage épiphysaire sont actuellement limitées. Des moyens mécaniques pour bloquer la croissance longitudinale du cartilage épiphysaire ont dé jà été expérimentés. Deux processus ont été appliquEs-: l'un par MULLER (1928), HAAS (1945), CELBKE (1951),DULEN (1956), consiste à mettre en place un fil d'acier disposé en cadre, de part et d'autre du cartilage, l'autre, appliqué par STROBINO (1912-1956) sur le tibia de veau, et par TRUCTA TRIAS (1961), SIJBRANDIJ (1-963) sur les os du lapin, consiste à fixer sur des broches externes, un ressort taré qui maintient la force de compression. Toutes ces expérimentations n'ont pas permis de déterminer la force réelle de la compression. Un inconvénient des processus actuellement utilisés est que la fixité des montages ne permet pas de modifier la tension dans le temps, en fonction de la force développée par le cartilage. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. L'objectif à atteindre est un appareillage adapté pour mettre en compressions deux parties d'un os et pour mesurer la croissance au niveau de la zone située entre ces parties : la force de croissance du cartilage épiphysaire, ou encore dans le cas de fracture ouverte de membres, appliquer au niveau du foyer de fracture, un dosage de la force de compression afin d'accélérer la consolidation. Cet objectif est atteint par le dispositif selon l'invention pour mettre en compression l'une contre l'autre, deux parties d'un os et pour mesurer la croissance au niveau de la zone située entre lesdites parties lequel dispositif se caractérise par le fait qu'il se compose, en combinaison a) d'une première broche destinée à être ancrée dans une desdites parties de l'os et comportant du côté de chacune de ses extrémités, un capteur de force; b) d'une deuxième broche, sensiblement parallèle à la première broche et superposée à celle-ci, destinée à être ancrée dans la deuxième partie de l'os et comportant du coté de chacune de ses extrémités et en regard de chaque capteur, une monture de mise en compression; c) des moyens reliant les montures aux capteurs; d) et des moyens pour agir sur lesdits organes et exercer une pression sur lesdits capteurs de force. Chaque capteur de force se compose d'une lame s'étendant en porte à faux à partir du point de fixation du capteur sur la broche porteuse et comporte sur chacune de ses faces, deux jauges d'extensométrie identiques situées à la même distance des extrémités de la lame, lesquelles jauges sont placées dans un pont de résistance, les deux jauges d'une même face constituant deux branches opposées du pont. Le résultat de l'invention est un dispositif adapté pour produire une force de compression variable et pour mesurer d'une manière journalière l'évolution de la partie comprimée de l'os. Les avantages de l'appareillage selon l'invention sont nombreux Le dispositif, du fait de sa conception mécanique, de la simplicité du système de mesure, de sa stabilité et de sa fiabilité à long terme, permet des application chirurgicales nombreuses. Le système électrique associé aux capteurs de force est simple et d'une mise en oeuvre instantanée. Il est d'un volume réduit et est d'un prix de revient peu élevé. Un avantage du système de mesure équipant le dispositif selon l'invention est d'être d'une grande adaptabilité aux conditions chirurgicales. Des dispositifs d'ostéosynthèse équipés d'un nombre quelconque de ses unités de mesure peuvent être conçus. La stabilité du dispositif se manifeste à deux niveaux, d'une part au niveau mécanique : appareillage auto-équilibré, rigide, permettant un blocage efficace et ne permettant aucun phénomène d'hystérésis. D'autre part, au niveau électrique :stabilité thermique (jauge compensée, montage en pont), jauge protégée des agents chimiques et de l'humidité extérieure. En outre, l'appareillage est réglable, ce qui permet d'effectuer la mise en compression à la valeur choisie et de faire un "zéro" mécanique autant de fois qu'on le désire, pour vérifier l'absence de dérive du système. Les applications du dispositif selon l'invention permettent sur le plan humain a) d'obtenir la force développée par le cartilage de croissance aux différentes périodes de la vie; b) d'agir directement et de façon extemporanée sans nécessiter d'intervention chirurgicale sur le cartilage pour arrêter sa croissance, ou au contraire stimuler sa croissance en cas de raccourcis#sement ou d'allongement des membres; c) l'expérience clinique de l'utilisation de matériel chirurgical externe permet d'affirmer la bonne tolérance dudit dispositif; d) son utilisation peut également être faite dans le cas de fractures ouvertes de membres, traitées par fixation externe et permettre d'appliquer au niveau du foyer de fracture, un dosage de la force de compression, de façon à accélérer la consolidation. D'autres avantages pourront être relevés -à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, uniquement donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé, sur lequel - La figure 1 est une vue en élévation demi vue extérieure, demi vue en coupe, d'un dispositif selon l'invention, - La figure 2 est une vue suivant Fi de la figure 1. - La figure 3 est une vue de dessus d'une monture composant ledit dispositif. - La figure 4 est une vue de dessus d'un capteur de force composant ledit dispositif - La figure 5 est un schéma des moyens de mesure en continu des jauges d'extensométrie fixées aux capteurs de force de la figure 4. On se reporte d'abord à la figure 1 du dessin qui illustre un dispositif selon l'invention dans un mode préférentiel de réalisation, appliqué pour mesurer la force de croissance du cartilage épiphysaire d'un os long 1, par exemple un fémur, la partie hachurée la représente la zone cartilagineuse. Le dispositif se compose de deux broches 2, 3 traversant respectivement les parties lb, lc de l'os, sensiblement dans l'axe de celui-ci et de part et d'autre de la zone la. La mise en place de ces broches s'effectue chirurgicalement sous anesthésie. La broche 2 traverse ainsi l'épiphyse lb, la broche 3 est placée dans une des parties d'extrémité de la diaphyse ic, à proximité de la zone cartilagineuse. Les broches 2, 3 se présentent sous la forme de tiges cylindriques dont une extrémité 2a, 3a est pointue, afin de réaliser leur mise en place. Leur partie médiane 2b, 3b est filetée afin de parfaire leur ancrage à l'intérieur de l'os et de les maintenir à poste fixe. Ces broches sont disposées dans un même plan passant par l'axe du fémur et sont sensiblement perpendiculaires audit axe et parallèles entre elles. Leurs extrémités 2c, 3c sont en saillie de part et d'autre de l'os pour constituer des supports sur lesquels sont montés les divers composants du dispositif de mise en compression et de mesure proprement dits. La broche 2 porte, à chacune de ses parties saillantes, une monture 4, la broche 3 en regard de chacune des montures 4, un capteur de force 5. Chaque monture 4 est d'une forme parallélépipédique (figures 1 à 3) et comporte ainsi six faces parallèles deux à deux 4a, 4b; 4c, 4d; 4e, 4f. Elle est percée de part en part en son milieu et du coté de la face 4e par un orifice cylindrique 4g, ainsi que du coté de la face 4f, par un autre orifice cylindrique 4h d'un diamètre supérieur à celui du trou 4g. Ces orifices 4g, 4h s'étendent ainsi de la face 4a à la face 4b. La monture 4 comporte également un orifice 4j pratiqué au centre de la face 4f et s'étendant sur l'axe de symétrie de la monture. Cet orifice 4j traverse diamétralement l'orifice 4g et atteint l'orifice 4h dans lequel il débouche. Il est d'un diamètre légèrement supérieur au diamètre de la broche 2. Telle que représentée à la figure I du dessin, la broche 2c est passée dans les orifices 4j des montures 4. L'immobilisation de chaque monture sur la broche porteuse est obtenue par un dispositif de serrage 6 fonctionnant à la manière d'un serre-câble. Le dispositif 6 se compose d'un axe 6a fileté à une de ses extrémités 6b, qui coopère avec un écrou de serrage 6c. La partie lisse de l'axe 6a comporte un trou circulaire 6d le traversant de part en part diamétralement, Ce trou 6d et l'orifice 4j sont sensiblement du même diamètre. Une rondelle 6e est insérée entre l'écrou 6b et la face 4a de la monture 4. Au moment de la mise en place de la monture 4 sur la broche 2, on positionne le dispositif 6 de telle sorte que les orifices 6d et 4j soient coaxiaux, afin de permettre l'introduction de l'extrémité de la broche dans lesdits orifices. La fixation de la monture se fait par le serrage de l'écrou 6c qui provoque le blocage de la broche dans l'orifice 4j La monture 4 comporte également un orifice 4k s'étendant per pendiculairement l'orifice 4h de telle sorte que leurs axes respectifs sont dans un même plan. Cet orifice 4k relie les faces 4c et 4d de la monture et reçoit un axe 7 monté a rotation libre et s'étendant légèrement à l'exterieur de la monture, à partir desdites faces 4c, 4d. Cet axe 7 comporte à chacune de ses extrémités une fente diamétrale 7a pour permettre son entralnement en rotation au moyen d'un tournevis. L'axe 7 comporte à sa partie médiane un orifice de petite section s'étendant diamétralement 7b, dans lequel est passé un câble de petit diamètre 8 en acier inoxydable par exemple. L'immobilisation de l'axe 7 sur la monture 4 est obtenue au moyen de deux vis de pression 9 coopérant avec deux trous taraudés 41 pratiqués de part et d'autre de orifice 4h et s'étendant perpendi dulairement à la face 4f, de dette face à l'orifice 4k dans lequel est monté l'axe 7. Chaque capteur de force 5 se compose d'un corps d'ancrage Sa et d'une lame parallélépipédique 5b, réalisée par exemple en un alliage de nuance AU4G. Le corps d'ancrage Sa est d'une plus forte épaisseur que la lame 5b. Le corps Sa et la lame 5b sont de même largeur (figure 4). Le corps d'ancrage Sa comporte un trou taraudé 5c, lequel est perpendiculaire aux grandes faces 5d, 5e de la lame ib, laquelle comporte à son extrémité libre,un trou de petite section 5f s'étendant de l'une à l'autre desdites faces 5d, Se, dans lequel est passé le câble 8. Celui-ci comporte à une extrémité un arrêt 8a et est passé dans le trou 7b de l'axe 7 pour être enroulé autour de cet axe. La fixation de chaque capteur 5 sur la broche 3 est réalisée sensiblement de la meme manière que la monture 4 sur la broche 2. La fixation des capteurs 5 est ainsi obtenue au moyen d'un dispositif 10 comportant un axe lOa fileté à une de ses extrémités lOb pour etre ancré par vissage dans la pièce d'ancrage Sa du capteur et également à son autre extrémité 10c pour coopérer avec un écrou 10d. La partie médiane lisse de l'axe 10a est percée diamétralement selon un orifice 10e d'une section légèrement supérieure à celle de la broche 3 pour être traversée par cette dernière. Deux pièces métalliques identiques 10f, 10g encadrent la broche 3. Chacune de ces pièces 10f, 10g est parallélépipédique et de faible épaisseur et comporte un orifice en son centre et la traversant de part en part, dans lequel est engagé l'axe iota. Les faces de ces pièces disposées en vis à vis, comportent une empreinte demi circulaire, dans laquelle s'engage partiellement la broche 3. La pièce 10f est insérée entre le capteur 5 et la broche 3, une rondelle 10h est insérée entre la pièce 10g et l'écrou lord, Au moment de la mise en place du capteur 5 sur la broche 3, on accentue le jeu existant entre lesdites pièces 10f, 10g pour permettre l'introduction de la broche 3 dans l'orifice 10e du dispositif 10. Avand de procéder au serrage de l'écrou 10d en vue de la fixation du capteur 5 sur la broche 3, on déplace en translation l'ensemble capteur 5/dispositif de serrage 10 le long de la broche 3 jusqu'à ce que le câble 8 tangent à l'axe 7 soit sensiblement perpendiculaire aux faces Sd, 5e de la lame 5b, Chaque capteur de force 5 comporte, par exemple, sur chacune des faces 5d, 5e de sa lame 5b, deux jauges d'extensométrie 11, 12 13, 14, situées à la même distance moyenne d du point d'encastrement de la lame. Les jauges 11,12 - 13, 14 sont collées sur la lame 5b et permettent de mesurer le moment de la force appliquée à l'extrémité de la lame. A titre d'exemple, la sensibilité du capteur est de 10 mV/m.N. La figure 5 illustre schématiquement les différents moyens mis en oeuvre pour mesurer en continu la résistance des jauges Les quatre jauges sont montées dans un pont de résistances. Les deux jauges 11, 12 qui sont fixées sur une des faces 5d de la lame 5b, sont placées dans deux branches opposées du pont. Les deux autres jauges 13, 14 fixées sur l'autre face Se de la lame 5b sont placées dans les deux autres branches. Un appareil d'extensométrie 15 parfaitement connu de l'homme de l'art et qui de ce fait ne sera pas décrit en détail, alimente le pont de résistances en tension continue constante, par l'intermédiaire des conducteurs 16, 17, Il reçoit la tension de déséquilibre du pont par les conducteurs 18, 19, laquelle tension estproportionnelle à la déformation de la lame 5b provoquée par le système de mise en compression du dispositif, mesurée à partir d'un paramètre de référence correspondant à celui pour lequel l'appareil d'extensométrie est mis au zéro. Les effets des variations de résistances des jauges 11, 12 - 13,14 s'additionnent. L'appareil d'extensométrie 15 comporte des moyens pour amplifier la tension de déséquilibre et est relié à un multimètre numérique 20 sur lequel les résultats sont lus au moment de la mesure. Les capteurs de force 5 étant reliés aux montures 4 par les câbles 8, on agit sur les axes 7 au moyen d'un tournevis pour mettre lesdits câbles en tension et corrélativement transmettre la force de traction à la lame 5b du capteur. Les câbles 8 sont ainsi enroulés autour des axes 7, lesquels sont ensuite immobilisés au moyen des vis 9 dès que la tension désirée des gâbles est atteinte. Les parties saillantes du dispositif selon l'invention sont de petites dimensions et de faible poids afin de ne pas créer de gêne pour le patient L'ensemble est protégé des agents extérieurs (agents chimiques, corrosifs, chocs etc...) par une épaisse couche de résines ledit dispositif# ainsi décrit est stable et rigide pour permettre la mesure de la force de compression et de par sa conception permet de "compenser" le manque de parallélisme possible des broches 2, 3, pour suivre l'évolution morphologique du patient et permettre d'appliquer ntim- porte quelle valeur de la force. Les points de fixation du dispositif de mesure sont situés entre les axes des broches 2, 3 de manière que la-mise en compression du cartilage s'effectue sans induire de couples parasites de torsion et en conduisant à un état d'équilibre stable, la stabilité croissant avec la force appliquée. Le dispositif selon l'invention vient d'être décrit dans son application a la mise en compression du cartilage épiphysaire d'un os long. On précise que ce dispositif peut trouver son application dans le cadre des interventions sur les fractures ouvertes de membres et ainsi permettre de doser la force de compression au niveau du foyer de fracture afin d'en accélérer la consolidation. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les parties du dispositif qui viennent d'être décrites à titre d'exemple non limitatif peuvent être remplacées par des parties remplissant la même fonction. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour mettre en compression l'une contre l'autre deux par ties d'un os et pour mesurer la croissance au niveau de la zone située entre lesdites parties, caractérisé en ce qu'il se compose, en combi naison a) d'une première broche, destinée à être ancrée dans une desdites parties de l'os et comportant du coté de chacune de ses extrémités, un capteur de force; b) d'une deuxième broche sensiblement parallèle à la première broche et superposée à celle-ci, destinée à être ancrée dans la deuxième partie de l'os et comportant, du coté de chacune de ses extrémités et en regard de chaque capteur une monture de mise en compression; c) des organes reliant les montures aux capteurs; d) et des moyens pour agir sur lesdits organes et exercer une traction sur lesdits capteurs de force. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque capteur de force se compose d'une lame s'étendant en porte à faux à partir du point de fixation du capteur sur la broche porteuse, 3 - Dispositif selon les revendications -1 et 2, caractérisé en ce que chaque lame comporte sur chacune de ses faces deux jauges d'extensométrie iden tiques situées à la même distance des extrémités de la lame, lesquelles jauges sont placées dans un pont de résistances,les deux jauges d'une même face constituant deux branches opposées du pont. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits organes de liaison des montures et des capteurs consistent en des câbles traversant les capteurs et comportant à une de leurs extrémités un arrêt pour venir en butée sur la face inférieure des capteurs et coopérant avec des moyens d'enroulement portés par ladite monture. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'enroulement comportent des moyens de freinage. 6 - Dispositif selon les revendications 1, 4 et 5, caractérisé en ce que chaque monture comporte un évidement la traversant de part en part dans le sens vertical, lequel évidement est traversé par un axe monte à rotation dans la monture et de part et d'autre dudit évidement, lequel axe est percé en son milieu et au droit de l'évidement pour permettre d'engager le câble et comporte à au moins une de ses extrémités, des moyens pour permettre de lui communiquer un mouvement de rotation dans le but d'enrouler le câble. 7 - Dispositif selon les revendications 1 et 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens de freinage consistent en au moins une vis de pression c#oopérant avec un taraudage pratiqué dans la monture et venant au contact dudit axe,