Brevet FR2632851A1 — publié le 19891222

APPAREIL POUR LA REDUCTION DES FRACTURES ET PROCEDE DE MONTAGE DE FIXATEURS La présente invention a pour objet un nouvel appareil pour la réduction des fractures et, en particulier, pour assurer un ajustement dans la remise en position des éléments d'un os fracturé avant fixation par tout moyen adéquat. Elle concerne également le procédé de mise en place et de montage des appareils fixateurs. Il convient de rappeler qu'en matière de réduction de fracture, il faut privilégier les axes par rapport à la forme de réduction anatomique. Il vaut également mieux ne pas ouvrir le foyer de fracture, ce qui évite les dégâts associés, vasculaires ou nerveux par exemple. Si la fracture est ouverte, il faut éviter de séparer muscles et os, ce qui risque de se passer quand on utilise des daviers ou autres dispositifs de pincement. Dans le cas où l'on désire#pratiquer une ostéosynthèse, c'est-à-dire où l'on désire contenir par du matériel, on a tendance à préférer le clou à la plaque et, dans la mesure du possible, toujours à foyer fermé. Pour résumer, on tend actuellement vers une réduction des fractures à foyer fermé. en évitant les délabrements en tramés par les techniques à foyer ouvert. I1 faut donc assurer une réduction en agissant de l'extérieur et en suivant l'opération sur un écran radiographique. Il est évident, surtout lorsque le chirurgien agit manuellement, qu'il reçoit, ainsi que le patient, des doses de rayonnement X d'autant plus importantes que la réduction est longue. Ceci est d'autant plus grave que le chirurgien pratique de nombreuses réductions. La réduction manuelle présente aussi l'inconvénient de devoir déployer des efforts souvent considé rables et simultanément de contrôler ses mouvements avec le maximum de précision. Certaines réductions, comme celle d'un fémur sur un sujet musclé, sont souvent impossibles manuellement. Il faut donc recourir à d'autres moyens, comme on le verra ci-après. On rappellera également que la réduction d'une fracture, du tibia par exemple, se traduit par la prise manuelle ou autre, de chacune des parties séparées par la fracture pour les amener en colncidence. Mécaniquement parlant, selon les règles de la cinématique, les déplacements d'un objet dans l'espace correspondent à six degrés de liberté par rapport à un système de repères fixe. Les mouvements de deux objets par rapport à ce même système se traduisent par douze degrés de liberté tandis que, dans leurs mouvements relatifs, l'un des objets peut se mouvoir selon six degrés de liberté par rapport à l'autre. Si l'on considère le chirurgien agissant manuellement, chacune de ses mains assure le contrôle selon les six degrés de liberté de chaque partie de l'os fracturé. On pourrait penser que si l'on fixait l'une des parties, il suffirait de maîtriser les mouvements de l'autre mais, en fait, l'expérience montre, surtout quand on travaille à foyer fermé, que l'on assure considérablement mieux une réduction en disposant des douze degrés de liberté, ou au moins de plus de six. Le problème à résoudre est donc de disposer d'un appareillage réducteur externe permettant d'assurer une réduction cinématiquement précise, en déployant les efforts mécaniques nécessaires, et ceci en disposant au minimum de six degrés de liberté et, de préférence, des douze degrés indispensables, voire plus. Une fois la fracture réduite, on peut alors mettre en place le moyen de fixation externe ou me me interne sans craindre un mouvement relatif entre les deux parties rapprochées pendant l'opération. Dans l'état actuel de la technique, l'appareillage réducteur externe généralement employé est une table orthopédique sur laquelle est bloqué le bassin ou le thorax pour réduire une fracture respectivement d'un membre inférieur ou supérieur. Un ou deux dispositifs tirent sur les extrémités du membre à réparer. Ce système permet, souvent au prix de grandes difficultés, de retrouver la longueur du membre mais pas nécessairement les axes, c' est-à-dire bien en-deçà de six degrés de liberté. C'est donc au chirurgien à compléter manuellement les lacunes de ce matériel, ctest-à-dire les autres degrés de liberté indispensables, mais avec les inconvénients cités plus haut.Mais l'inconvénient le plus grave est que ces dispositifs de l'art antérieur ne permettent pas de doser les efforts exercés, notamment à la traction. En début de traction, les efforts peuvent être relativement doux, mais ils sont ensuite incontrôlés et s'exerçant sur l'ensemble du membre, ce qui peut aller au-delà du membre (par exemple la hanche),- ou peut entraîner, par ischémie, une souffrance articulaire et musculaire. Il faut donc que l'appareil réducteur évite d'imposer des contraintes hors du voisinage immédiat de la fracture, ce qui épargne les articulations sous- et sus-jacentes. Dans ce qui suit et pour fixer les idées, on se référera, à titre d'exemple, à la réduction d'une fracture de tibia à l'aide de fixateurs, tels ceux décrits dans la demande de brevet français n0 85-02577 du 22 février 1985, qui concerne des exofixateurs à usage orthopédique. Les réducteurs conformes à l'invention qui seront décrits ci-après présentent l'avantage de s'adapter tout particulié-- rement aux conditions exigées par ces fixateurs. En effet, ces derniers présentent essentiellement deux anneaux de fixation que l'on relie par des ridoirs d'immobili#sation. Ces dispositifs présentent l'avantage de permettre aux anneaux, avant fixation, d'être orientés selon tous les degrés de liberté nécessaires .pour assurer la réduction dans les meilleures conditions. Comme on le verra ci-après, les dispositifs de réduction conformes à l'invention disposent de ces mêmes degrés de liberté et peuvent recevoir lesdits anneaux, ce qui permet la réduction puis le montage des ridoirs pour assurer la fixation qui, une fois en place, permet le démontage du réducteur. La présente invention peut, bien entendu, être utilisée avec d'autres fixateurs, comme on le verra plus loin. Les dispositifs conformes à l'invention sont essentiellement constitués par un mât portant deux bras dont l'écartement le long du mât est réglable ainsi que leur orientation relative par rapport à l'axe du mât. Chacun des bras porte un dispositif de saisie permettant la fixation d'anneaux, tels que ceux mentionnés ci-dessus, ou équivalents ou de broches ou autres moyens, pouvant être fixés à chacune des parties de l'os dont on veut réduire la fracture selon le type de fixateur choisi. De plus, chaque bras est constitué par un train cinématique pouvant être mû et réglé chacun selon cinq degrés de liberté. Chaque degré de liberté, deux pour le mât et cinq pour chaque bras, est contrôlé et commandé par un dispositif réglable, ci-après dénommé par commodité vérin. Les vérins de translation peuvent être des tubes télescopiques à longueur réglable par vis et écrou. Les vérins de rotation par tout dispositif, de préférence réducteur, comme des vérins à vis tangente voire globique et pignon ou par des trains réducteurs classiques. Il importe que, de préférence, les déplacements assurés par les vérins ne le soient pas par des systèmes réversibles. Ceci signifie que si un vérin assure un déplacement linéaire ou angulaire, les éléments qu'il déplace relativement ne peuvent sous les efforts qui leur sont appliqués être déplacés relativement. Chaque vérin peut être mécanique mais également hydraulique, électrique ou autre. Il est préférable, selon l'invention, que chaque vérin puisse être commandé de l'extérieur par exemple par un dispositif moteur commun que l'on applique au vérin dont on désire modifier le réglage. De préférence également, les divers vérins sont de construction identique, par exemple les vérins de déplacement angulaires sont tous, ou au moins pour la plupart, identiques. On peut ainsi prévoir pour le moteur un organe de branchement identique sur tous les vérins. Pour mieux faire comprendre les caractéristiques techniques et les avantages de la présente invention, on va en décrire un exemple de réalisation, étant bien entendu que celui-ci n'est pas limitatif quant à son mode de mise en oeuvre et aux applications qu'on-peut en faire. On se référera à la figure unique qui représente schématiquement en perspective cavalière un -dispositif réducteur conforme à l'invention. Le fixateur est essentiellement constitué par le mât télescopique 1 relié au voisinage de ses extrémités à deux bras 2 et 3. La partie télescopique du mât est constituée par deux tubes 4, 5, de préférence prismatiques, pour empêcher leur rotation relative, coulissant l'un 5 dans l'autre 4#. Dans le tube intérieur 5, est fixé un écrou qui est en prise avec une vis montée à rotation dans le tube extérieur 4. L'extrémité de la vis (qui, comme l'écrou, est de tout type classique) est munie d'un téton 6, par exemple à section carrée, permettant la fixation d'un dispositif moteur entraînant la-vis en rotation dans un sens ou dans l'autre et ainsi le réglage de la distance entre bases des bras 2 et 3. L'un 5 des tubes est monté sur l'axe 8 de rotation d'un vérin de déplacement angulaire.Celui-ci peut être, par exemple, à vis tangente, l'axe 8 étant solidaire du pignon et la vis d'un téton à tête carrée 9 de même type que le téton 6. Ce vérin 7 assure donc le réglage angulaire relatif des bras 2 et 3 autour de l'axe du mât 1. Les deux bras 2 et 3 étant constitués de façon pratiquement équivalente, on en décrira un plus en détail, à savoir le bras 2. Sur le mât 1, est fixé un premier vérin 10 de réglage angulaire de même construction que le vérin 7. Dans ce qui suit, et pour fixer les idées, on considérera le mât 1 vertical, bien qu'en pratique, lors de l'opérå- tion de réduction, il puisse être dans toute position adéquate, ce que permettent les degrés de liberté du dispositif. Le vérin de réglage angulaire 10 porte à chaque extrémité de son axe les deux bras d'un étrier lî qui est solidaire du corps d'un autre vérin de réglage angulaire 12. Le vérin 10 peut être commandé comme les précédents grâce à la tête carrée 13 de sa vis. Ce vérin 10 permet donc un réglage de l'angle d'élévation, c'est-à-dire la montée ou la descente angulaire du bras.2 par rapport à l'axe du mât 1. Le vérin 12 de réglage d'angle présente, monté. sur son axe 14, un vérin 15, de préférence toujours de même forme modulaire que les vérins 7, 10 et 12. Le vérin 12 permet la rotation autour de son axe de sortie 14, de la partie du bras 2 située en son aval, c'est-d-dire de la partie non encore décrite. Comme les précédents, il comporte un téton carré 16 monté en bout de vis tangente ou dispositif équivalent pour assurer l'entrainement par le moteur. Ce vérin 12 fait donc tourner autour de son axe (ici horizontal) la partie du bras 2, assurant la préhension des dispositifs fixés à l'os pour la réduction. Le vérin 12 donne donc à ces dispositifs une inclinaison latérale dans un mouvement de sulpination selon un angle ci-après dénommé de gite. Le vérin 15, ici encore, entraîné à l'aide de la tête carrée 17 porte, fixés aux deux extrémités de son axe de sortie l9 les bras d'un étrier 20 solidaire de l'un des tubes 21 (ici intérieur) d'un ensemble formant bras télescopique 22. Ce vérin 15 permet le réglage angulaire ici dans un plan horizontal de la partie du bras située en aval. On appellera azimut l'angle de déplacement assuré par ce vérin même si, lorsqu'il est incliné de l'angle de gite, il n'est plus géné- ralement orthogonal au mât 1, ni donc horizontal quand le mât est vertical. Le bras télescopique 22 est de même structure que le mât 1 et présente un tube extérieur 23 dans lequel coulisse sans rotation le bras intérieur 21. De constitution analogue à celle du mât 1, il est réglable en longueur à l'aide du téton carré 24 entraînant, en rotation, sa vis intérieure. Ce vérin formant bras télescopique 22 modifie donc la distance entre le mât 1 et l'extrémité du bras 2. Pour schématiser, on peut dire qu'il règle le rayon vecteur si l'on raisonne en coordonnées polaires à partir de l'axe du mât 1. Le vérin télescopique 22 est solidaire d'un vérin 25 à réglage angulaire qui est ici présenté sous une forme différence des autres vérins angulaires 7, 10, 12 et 15 puisqu'il présente un arceau 26 passant dans le vérin 25 et dont les dentures 27 externes coopèrent avec la vis tangente du vé rin 25, non représentée, mais dont une extrémité porte un téton carré 28 du même type que les précédents. L'arceau 26 peut donc se déplacer à travers le. vérin 25 dans lequel il est guidé pour lui permettre de pivoter autour de son axe central 29. Le bras 1 peut donc se déplacer en azimut grâce au vérin 15 et selon une longueur variable grâce au vérin 22, ce qui déplace le dispositif 26 dans le plan selon ses coordonnées polaires planes autour de l'axe du mât 1 (azimut et rayon vecteur). Grâce au vérin 10, ce bras 2 est réglable selon un angle de hauteur (troisième coordonnée polaire dans l'espace). L'organe de préhension 26 peut s'incliner latéralement selon un angle de gite grâce au vérin 12 de sulpination et pivoter sur lui-même grâce au vérin 25. Ceci constitue cinq degrés de liberté par rapport au mât 1 mobile. On peut y ajouter le fait que ltorgane-de préhension 26 est également incliné par le vérin d'angle de hauteur 10 autour d'un axe perpendiculaire à son axe propre 29 et sensiblement son axe de gite 14. Mais le choix de la longueur du mat 1 lui-même mobile, et grâce au vérin qu'il contient, permet de choisir la position du-vérin 10 de façon à amener l'organe 26 en préhension et avec l'angle de hauteur adéquat. Par ailleurs, le bras 2 et le bras 3 de constitutions pratiquement identiques (marquées par des références identiques avec l'indication "prime") peuvent être déplacés angulairement et relativement par le vérin 7 autour de l'axe du mât 1. On remarquera que, sur la figure, chaque bras est constitué d'une séquence de vérins montés en série 10 - 12 - 15 22 - 25, ctést-à-dire qu'ils règlent respectivement l'angle de hauteur, l'angle de gite, l'azimut, le rayon vecteur et l'angle de pivotement. On pourrait envisager, sans sortir du cadre de l'invention un ordre différent, par exemple azimut, rayon vecteur, angle de hauteur, angle de gite, angle de pivotement. Cinématiquement parlant, toutes permutations sont possibles. En fait, sur la figure, les dimensions des divers constituants ont été modifiées pour plus de lisibilité: le mât 1 est proportionnellement plus long et les bras plus courts en pratique. Tout dépend des contraintes mécaniques que l'on désire pouvoir supporter. Il ne faut pas oublier que, pour réduire les fractures, on a pu mesurer les valeurs maximales approximatives suivantes d'efforts à déployer: avant bras ............. 20 daN . humérus ................ 22 daN -. tibia ................. 30 daN fémur 45 ................. 45 daN Il faut donc que les réducteurs, conformes à l'invention, résistent, avec une bonne marge de sécurité, à des efforts de 100 à 200 daN. On comprend donc aisément les contraintes de flexion et de torsion appliquées aux bras et au mât et, en particulier, aux divers vérins. Il est évident qu'une réalisation aussi compacte que possible des vérins est souhaitable en n'omettant ni une bonne démultiplication pour faciliter la précision dimensionnelle des réglages, ni une non-réciprocité dans la transmission des mouvements. On notera que si, pour fixer les idées, on a indiqué qu'un vérin modulaire de réglage angulaire est constitué essentiellement, par exemple, par un pignon et une vis tangente, mais il est évident que dans la quasi totalité des cas représentés sur la figure, ces vérins ne travaillent en fait que sur des angles relativement faibles, de l'ordre de 30 degrés ou moins.On peut donc remplacer les pignons par des arcs ou la partie pignon-vis tangente par des réducteurs plus complexes à rattrapage de jeu, mais plus précis et susceptibles de supporter des efforts importants. Dans le présent exemple, on a représenté tous les vérins réglables grâce à un téton à section carrée. Cette disposition, ou toute disposition équivalente, permet l'utilisation de simples clés classiques ou de petits outils visseursdévisseurs, de préférence à batterie rechargeable, munis de la douille nécessaire pour entrer en prise avec les tétons carrés. Ces outils sont, de préférence, de forme générale à section faible et à corps plutôt allongé pour faciliter l'ac cès auxdits tétons, quitte à monter la douille sur une transmission souple. En ce qui concerne les organes de préhension 26, 26', il sont constitués sur la figure par des arceaux. Cette forme permet la fixation par tout moyen d'assemblage adéquat d'anneaux, tels ceux de la demande de brevet citée plus haut.Les arceaux peuvent également pré-senter des trous ou autres moyens de fixation de broches ou équivalents si le chirurgien n'emploie pas de fixation à anneaux du type mentionné ou de tout autre type, par exemple du type lLlZAROV. Pour utiliser l'appareil réducteur conforme å l'invention, le chirurgien met en place sur les deux parties de l'os (ou à travers ces deux parties) r les broches, aiguilles, anneaux ou autres organes de fixation que l'on doit manipuler pour assurer la réduction. Il approche ensuite le réducteur conforme à l'invention et le règle de façon. àrecevoir, sur chaque organe de préhension 26, 26', les organes de fixation. A l'aide des différents vérins entraînés de la clé ou du moteur, on va déplacer lesdits organes de fixation solidaires des parties de l'os dont la fracture est à réduire, et ceci selon un degré de liberté pour chaque vérin. L'opération est suivie radiographiquement. Les vérins agissant l'un après l'autre, les parties de l'os ne risquent pas d'écarts imprévus et quand elles sont en place, on peut monter le reste du dispositif de fixation, les ridoirs, par exemple, pour les anneaux selon la demande antérieure cidessus indiquée. Les parties de l'os ne risquent donc pas de se déplacer pendant la fixation. Une fois le dispositif fixateur mis en place, on peut en désolidariser le réducteur conforme à l'invention. Ceci constitue donc un procédé de mise en place et de montage de fixateurs. Comme on l'a vu plus haut, il est possible, dans le mouvement relatif entre les parties de l'os, de ne disposer que de six degrés de liberté et de ne pas doubler certaines mouvements: par exemple, les deux vérins d'azimut 15 et 1S' peuvent faire théoriquement double emploi et même triple avec le vérin angulaire 7 du mât 1, mais les vérins azimutaux ne sont pas généralement parallèles au vérin 7 et agissent dans des plans différents. On peut aussi les interconnecter par un asservissement adéquat. Il est cependant concevable de ne disposer que de six vérins mais un nombre plus élevé est très utile et même pratiquement indispensable. Selon l'invention, les douze vérins sont préférables. On remarquera également que sans sortir du cadre de l'invention, on peut intégrer l'élément moteur (électrique, hydraulique, pneumatique ou autre) dans chaque vérin ou avec une transmission par exemple souple, entre moteur et vérin, l'essentiel étant de maitriser les divers degrés de liberté. REVENDICATIONS 1.- Appareil pour la réduction de-fractures, caractérisé par le fait qu'il comprend un organe central (1) portant au voisinage de ses extrémités deux bras (2, 3), chaque bras (2, 3) présentant à son extrémité un organe (26, 26') disposant des moyens nécessaires pour être solidarisé avec un moyen de fixation lié à l'une des parties de l'os réduire, l'ensemble des bras (2, 3) et de l'organe central (1) présentant au moins six vérins de translation ou de rotation dont un vérin de translation (4, 5) et un vérin de rotation (7, 8) sur l'organe central (1) entre les points de fixation des bras (2, 3) sur cet organe. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe central (1) est un mât télescopique à longueur réglable par vérin (6). 3.- Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'un des éléments télescopiques (5) est solidaire de l'une des parties d'un vérin de rotation (7), l'un des bras (3) étant solidaire de l'autre partie dudit vérin (7) et l'autre bras (2) étant solidaire de l'autre élément télescopique (4) dudit mât (1). 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que dans le bras (2, 3) est inclus au moins un vérin de rotation (10, 10') assurant un déplacement angulaire du bras (2, 3) par rapport au mât supposé vertical. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que dans les bras (2, 3) est inclus au moins un vérin de rotation (12, 12') de supination réglant l'angle de gite des organes (26, 26'). 6.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que dans les bras (2, 3) est inclus au moins un vérin de rotation (15, 15') permettant le réglage de l'azimut par rapport à'axe de l'organe central (1). 7.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que dans les bras (2, 3) est inclus au moins un vérin de translation (22, 22') permettant le réglage de longueur de bras. 8.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que dans les bras (2, 3) est inclus au moins un vérin de rotation (25, 25') permettant le pivotement des organes (26, 26') de solidarisation ou de préhension avec les moyens de fixation. 9.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les bras (2, 3) comprennent chacun un vérin de chaque paire de vérins (10-10'; 12-12'; 15-15'; 22-22', 25-25') assurant des mouvements analogues. 10.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend des vérins pour chacun des douze degrés de liberté permettant de mouvoir chacun des organes de solidarisation ou de préhension (26, 26'). 11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que chaque bras (2, 3) comprend les vérins (10, 12, 15, 22, 25 - 10', 12', 15', 22', 25') correspondant à cinq degrés de liberté. 12.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que chaque vérin présente un organe permettant l'accouplement avec un moteur d'entrainement.