Brevet FR2838627A1 — publié le 20031024

L'invention concerne le domaine de la chirurgie orthopédique, en particulier mais non exclusivement celle du membre inférieur. La chirurgie orthopédique sous système de navigation connaît aujourd'hui un développement important. Elle est fondée sur la reconnaissance dans un repère de référence, de la position et de la forme du membre à opérer au moyen de marqueurs solidaires du membre, d'un dispositif d'acquisition des coordonnées de ces marqueurs dans le repère de référence (télémétrie par caméra infrarouge par exemple) et d'un dispositif de description de la forme du membre (limité par exemple à la forme de l'extrémité sur laquelle il faut intervenir) formé d'un palpeur d'acquisition des coordonnées d'une multitude de points situés sur la surface de ce membre. Il est ainsi possible de disposer d'une image tridimensionnelle du membre à opérer, résultant du traitement des données acquises par une unité informatique. Cette unité informatique est par ailleurs équipée d'un logiciel qui fournit au chirurgien des indications relatives à l'intervention en fonction des données acquises et de la prothèse à poser et/ou qui prend en considération les indications que le chirurgien souhaite imposer au système, résultant de sa pratique et des ses choix cliniques. Le système est alors capable de fournir en temps réel des indications ou des consignes au chirurgien pour la performance de certains actes tels que les résections osseuses qu'il convient de réaliser pour l'implantation d'une prothèse. Les instruments manipulés par le chirurgien lors de ces actes sont repérés dans le référentiel du système et leur position est comparée en permanence aux consignes susdites. Ces techniques demandent de la part du chirurgien une grande habileté opératoire pour faire évoluer les outils exactement selon la consigne édictée par le système informatique. La présente invention a pour objet un ancillaire apportant au chirurgien un guidage de l'acte chirurgical qu'il doit accomplir en correspondance avec la consigne que lui indique le système informatique d'assistance. A cet effet, l'invention a pour objet un ancillaire pour chirurgie orthopédique à l'aide d'un système de navigation qui comporte une première partie pour sa fixation sur le membre objet de l'intervention et une seconde partie comportant un moyen de guidage ou de positionnement d'un instrument chirurgical, la seconde partie étant pourvue d'au moins trois marqueurs distincts rigidement solidaires du moyen de guidage ou de positionnement, repérables par le système de navigation, la liaison entre la première et la seconde parties comprenant un joint mécanique doté d'au moins trois degrés de liberté en rotation et d'au moins un degré de liberté en translation avec des moyens de blocage de ces degrés de liberté dans n'importe quel état de ceux-ci. Dans le cas de l'implantation d'une prothèse totale de genou, il s'agit de pratiquer des coupes osseuses tant sur le tibia que sur le fémur. Pour ce qui concerne le tibia il faut couper l'os sous le plateau tibial naturel pour pouvoir mettre en place une pièce tibiale artificielle. Il s' agit donc de réaliser une découpe de l'os sensiblement perpendiculaire à l'axe tibial. Pour ce qui concerne le fémur, la mise en place de la partie fémorale de la prothèse de genou demande de réaliser des découpes des parties condyliennes du fémur selon plusieurs plans, généralement au nombre de cinq, pour que la tête de fémur ainsi réséquée puisse coïncider avec la partie polygonale concave de la pièce fémorale de la prothèse. Pour la réalisation de la coupe tibiale, le chi- rurgien met en place l'ancillaire de l'invention en fixant la partie de fixation le long du tibia du patient. Par cette mise en place, la seconde partie de l'ancillaire se trouve grossièrement en position voisine du plan de coupe qu'il s'agit de réaliser. Cette position grossière est identifiée par le système de navigation au moyen des marqueurs solidaires de cette deuxième partie. Par calcul au moyen d'un logiciel approprié, le système de navigation détermine exactement la position du moyen de guidage et la compare à une consigne. En réponse à cette comparaison, le système de navigation indique au chirurgien les corrections de position à apporter pour faire coïncider la position du moyen de guidage ou de positionnement de l'instrument chirurgical avec la position correspondant à la consigne. Le chirurgien agit alors sur le joint mécanique disposé entre les deux parties de l'ancillaire pour atteindre la position de consigne. Pour ce faire il débloque les degrés de liberté que comporte ce joint mécanique afin de pouvoir déplacer la seconde partie de l'ancillaire par rapport à la première, ce déplacement étant cependant supporté donc facilité par les guidages internes du joint mécanique débloqué. Lorsque la coïncidence entre la position atteinte et la position de consigne est réalisée, le système de navigation en informe le chirurgien qui à ce moment bloque les degrés de liberté du joint mécanique. Il lui suffit alors d'introduire l'instrument chirurgical, par exemple une lame de scie, dans le moyen de guidage porté par la deuxième partie pour être certain de pratiquer la résection tibiale au bon endroit. De manière préférée, le joint mécanique est constitué par une tige montée à coulissement réglable dans un guide de la première partie par l'une de ses extrémités et reliée à la deuxième partie par une articulation sphérique. La tige coulissante dans son guide confère au joint un degré de liberté en translation alors que l'articulation sphérique confère au joint trois degrés de liberté en rotation. On comprend qu'on peut ainsi ajuster la hauteur du plan de coupe tibiale et son orientation dans les directions orthogonales antéro-postérieure et latérale de l'os. Dans le cas des résections fémorales, on utilise un gabarit de coupe que l'on fixe à l'extrémité du fémur en appui sur les condyles dans une position précise, ce gabarit de coupe comportant les cinq guides de coupe nécessaires à la réalisation des cinq résections planes. L'ancillaire selon l'invention sert à la mise en place du gabarit de coupe. Cette mise en place est déterminée par deux broches parallèles implantées dans les parties condyliennes du fémur qui, lorsqu'on y glisse le gabarit de coupe jusqu'à son appui sur l'un ou les deux condyles, détermine totalement la position de ce gabarit de coupe par rapport à l'os fémoral. Dans un mode de réalisation préféré de l'ancillaire de l'invention pour la résection fémorale, la première partie susdite est une tige centro-médulaire équipée d'un montant perpendiculaire de position et d'orientation réglables le long et autour de cette tige tandis que la deuxième partie est formée par un support de canon de perçage pour la mise en place des deux broches de positionnement du gabarit de sciage, ce support coopérant avec le montant par l'intermédiaire d'une articulation sphérique à position réglable le long de ce montant. Dans les deux variantes de réalisation de l'ancillaire de l'invention, les marqueurs solidaires de la deuxième partie sont en réalité montés sur un support unique lui-même rapporté de manière démontable dans une position précise et reproductible sur soit le moyen de guidage pour la résection tibiale, soit le support des canons de perçage pour la résection fémorale De manière avantageuse, l'interface de fixation du support des marqueurs avec le reste des ancillaires, est commune de sorte qu'il suffit d'un seul support de marqueur pour les deux ancillaires à utiliser pour la mise en place d'une prothèse totale de genou. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description donnée ci-après de deux modes de réalisation de l'ancillaire selon l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 illustre par une vue extérieure un ancillaire destiné à la résection tibiale, - la figure 2 illustre par une vue extérieure un ancillaire destiné aux résections fémorales, les deux ancillaires étant adaptés à la mise en place d'une prothèse totale de genou. A la figure 1 l'ancillaire pour la résection tibiale comporte une première partie 1 dont seule la section supérieure est représentée, formée d'une tige 2 qui porte à son extrémité supérieure un vérin à vis 3 dont la manoeuvre est assurée par l'écrou poignée 4. A l'endroit de ce vérin à vis, la tige 2 comporte également une sorte de platine 5 traversée par des broches 6 qui permettent d'assujettir cette partie supérieure de tige à l'os tibial. A son extrémité inférieure non représentée, la tige 2 possède tout moyen approprié comme par exemple une sangle permettant de l'assujettir à la jambe du patient audessus de la cheville. L'extrémité de la tige du vérin à vis 3 est pourvue d'une sphère 7 d'articulation. La deuxième partie 10 de l'ancillaire tibial comporte une pièce inférieure 11 avec une fente plane 12 ici sensiblement horizontale, cette pièce et cette fente formant une sorte de boîte à onglet pour une scie introduite dans la fente 12 et ainsi guidée dans un plan. A l'arrière non visible de cette pièce 11, il est prévu des moyens pour venir coiffer la sphère 7 de la première partie 1, la pièce 11 étant ainsi reliée à la pièce 1 par une articulation à rotule. Un bouton de manoeuvre 13 schématise un moyen de blocage en position de la pièce 11 sur la rotule 7 dans n'importe qu'elle orientation de celle-ci. La pièce 11 comporte un montant central supérieur 14, sensiblement perpendiculaire au plan de la fente 12 qui forme une platine de fixation pour un support 15 de marqueurs 16. Chaque marqueur 16 est formé par un doigt latéral du support 15 terminé par une face 16a qui constitue un réflecteur pour un rayonnement infrarouge émis par le système de navigation et recueilli par une caméra non représentée. L'émetteur et la caméra (il peut exister plusieurs caméras) constituent un système informatique de télémétrie qui, associés à une unité de calcul, permet de déterminer les coordonnées de chacun des marqueurs 16 dans un repère de référence. Le support 15 est ici en forme d'arc de cercle et comporte six marqueurs 16 de manière qu'il y ait toujours au moins trois marqueurs détectables par le système de télémétrie. Les marqueurs 16 sont ici symétriques deux à deux par rapport à un plan passant par le support en arc de cercle. Il faut en effet connaître trois points d'un corps pour pouvoir l'identifier parfaitement dans un repère déterminé. Le support 15 comporte une patte 17 pour sa fixation au montant 14 de la pièce 11. Cette fixation est par exemple réalisée au moyen de deux pions 18 de localisation très précise de la patte 17 par rapport au montant 14, et par une vis 19 d'assujettissement ferme les pattes et montants 17 et 14, positionnés l'un par rapport à l'autre par les pions 18. Quand la seconde partie 10 de l'ancillaire est formée par la pièce 11 et le support 15 réunis, lorsque les marqueurs 16 sont repérés par le système de navigation, l'unité informatique de traitement connaît la position et l'orientation dans l'espace de la fente guide de sciage 12. Bien que représentées séparées l'une de l'autre, les deux parties de l'ancillaire sont normalement reliée par l'articulation sphérique autour de la sphère 7. On comprend que le joint mécanique, qui assure la liaison entre la tige 2 de la première partie de l'ancillaire et le guide de sciage 11 de la deuxième partie de cet ancillaire, est formé par le vérin à vis 3 qui possède donc un degré de liberté en translation le long de l'axe de la tige 2 et l'articulation sphérique 7 qui possède trois degrés de liberté en rotation autour de son centre. Le chirurgien peut donc en manipulant la poignée 4 éloigner ou rapprocher la fente 12 des broches 6, donc déterminer la hauteur de la coupe tibiale à réaliser et en manipulant la pièce 11 autour de l'articulation sphérique, orienter le plan de coupe soit en direction antéropostérieure soit latéralement. Lors de tous ces mouvements, le système de navigation connaît en continu la position des marqueurs 16 et la compare à la consigne qui correspond à la position et à l'orientation du plan de coupe qu'il s'agit de réaliser. Lorsque la position atteinte par le chirurgien correspond à la position de la consigne, le chirurgien bloque par la poignée 13 la pièce 11 et peut introduire un instrument de sciage au travers de la fente 12. On peut également prévoir un moyen de blocage du vérin à vis mais en général la coopération irréversible vis-écrou est suffisante pour immobiliser dans n'importe quel état le degré de liberté en translation du joint mécanique. A la figure 2 on a représenté un ancillaire destiné à la préparation des résections fémorales pour la pose d'une prothèse totale de genou. On y retrouve le support 15 avec les marqueurs 16, la patte 17, les pions de positionnement 18 et la vis 19. La première partie de l'ancillaire est ici constituée par une tige centromédulaire 20 bien connue dans le domaine de la chirurgie orthopédique. La deuxième partie de l'ancillaire est formée par un support 21 de canons de perçage 22 (un seul canon est ici visible, l'autre étant situé de l'autre côté de la tige 20 et masqué par le support 21). Ce support 21 comporte également un montant central 23 formant platine de fixation pour la patte 17 du support 15 des marqueurs 16. Le joint mécanique entre la tige 20 et le support 21 est réalisé ici par un montant 24 sensiblement perpendiculaire à la tige 20 et assujetti à cette tige par une noix de serrage 25, dans n'importe qu'elle position axiale le long de et radiale autour de l'axe de la tige 29. Le joint comporte également une sphère 26 autour du centre de laquelle le support 21 peut être orienté, cette sphère pouvant coulisser le long du montant 24. Un organe de serrage 27 permet de bloquer l'articulation sphérique et la position de cette articulation sphérique le long du montant 24. De même que pour l'ancillaire tibial, le système de navigation, en repérant les marqueurs 16, connaît parfaitement la position et l'orientation dans l'espace du plan qui contient les deux canons de perçage 22 de l'ancillaire. En faisant coïncider la position des marqueurs 16 en manipulant le joint mécanique ici à six degrés de liberté, avec une position de consigne, le chirurgien place exactement les canons dans la position lui permettant d'implanter deux broches dans les parties condyliennes du fémur, lesquelles broches serviront de guide de mise en place de la boîte formant gabarit de sciage pour les cinq résections de ces parties condyliennes. Dans l'ancillaire fémoral de la figure 2, la tige centro-médulaire 20 peut être remplacée par n'importe quel support susceptible d'être assujetti au fémur du patient à opérer. De la même manière, les joints mécaniques décrits en regard des figures 1 et 2 ne sont ici donnés qu'à titre d'exemple et toute disposition assurant les mêmes degrés de liberté entre un moyen de positionnement ou de guidage d'un instrument chirurgical et une partie de l'ancillaire fixée à l'os font partie de l'invention. REVENDICATIONS 1. Ancillaire pour chirurgie orthopédique sous système de navigation, caractérisé en ce qu'il comporte une première partie (2,20) pour sa fixation sur le membre objet de l'intervention et une seconde partie (10, 21) comportant un moyen de guidage (11,22) ou de positionnement d'un instrument chirurgical, la seconde partie étant pourvue d'au moins trois marqueurs (16) rigidement solidaires du moyen de guidage ou de positionnement, repérables par le système de navigation, la liaison entre la première (2,20) et la seconde (10,21) parties comprenant un joint mécanique doté d'au moins trois degrés de liberté en rotation (7,26) et d'au moins un degré de liberté en translation (3,24) avec des moyens de blocage (4, 13, 27) de ces degrés de liberté dans n'importe quel état de ceux-ci. 2. Ancillaire selon la revendication 1 pour la réalisation de la résection du plateau tibial, caractérisé en ce que la première partie (2) est formée d'une tige avec des broches (6) de sa fixation au tibia et pourvue d'un vérin à vis (3,4) terminé par une sphère (7) tandis que la seconde partie (10) est un guide de coupe (11) articulé sur la sphère (7) et surmonté par les marqueurs (16) susdits. 3. Ancillaire selon la revendication 1 pour la préparation de la réalisation des coupes fémorales, caractérisé en ce que la première partie est une tige centro-médulaire (20) équipée d'un montant (24) perpendiculaire à l'axe de la tige et de position et d'orientation réglables le long et autour de cette tige tandis que la deuxième partie (21) est formée par un support de canons (22) de perçage pour la mise en place de deux broches de positionnement d'un guide de sciage, ce support (21) étant surmonté des marqueurs (16) et coopérant avec le @ montant (24) par l'intermédiaire d'une articulation sphérique (26) à position réglable le long de ce montant (24) . 4. Ancillaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les marqueurs (16) sont solidaires d'un support commun (15) possédant une patte (17) de fixation avec une platine (14 ou 23) de la deuxième partie présentant la même interface et les mêmes moyens de fixation pour la patte (17) du support (15) de marqueurs. 5. Ancillaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que le support (15) comporte six marqueurs (16) symétriques deux à deux par rapport à un plan du support (15).