Brevet FR2885293A1 — publié le 20061110

Instrument de visée de l'axe mécanique du fémur Il est admis qu'une prothèse de genou doit être placée perpendiculairement à l'axe mécanique du membre inférieur. Cet axe passe par le centre de rotation de la hanche, le centre du genou et le centre de la cheville. La méthode classique pour réaliser cet objectif consiste à mesurer sur une grande radiographie préopératoire du membre inférieur l'angle(a) entre l'axe diaphysaire (a) du fémur (réel) et l'axe mécanique(m) (virtuel) (fig 1). Lors de l'intervention, on utilise l'axe diaphysaire fémoral pour y introduire une tige guide permettant d'enfiler les instruments de coupe avec un angle égal à l'angle a. mesuré sur la radiographie préopératoire. Plus récemment, la navigation informatique a permis de modéliser le fémur opéré et de visualiser virtuellement son axe mécanique de manière à ajuster le placement de la prothèse selon un plan aussi proche que possible du plan perpendiculaire à cet axe. La première méthode, traditionnellement utilisée depuis de nombreuses années manque malheureusement de précision. En effet, il peut y avoir des erreurs de mesure d'angle sur le cliché préopératoire (erreurs de rotation etc.). Il peut y avoir également plusieurs degrés d'imprécision lors de l'introduction de la tige métallique dans la diaphyse fémorale pour peu que cette diaphyse soit relativement large et autorise une certaine liberté au trajet de la tige. Il n'est donc pas rare de constater sur les clichés postopératoires qu'une prothèse a été placée avec plus de trois degrés d'écart par rapport à l'axe idéal. En outre, 2885293 -2l'introduction de la tige dans la diaphyse fémorale n'est pas sans inconvénient puisqu'elle détruit dans une certaine mesure la moelle osseuse diaphysaire et que des embolies graisseuses ont été décrites en postopératoire possiblement liée à l'introduction de cette tige. La deuxième méthode de navigation informatique paraît plus précise et les études d'efficacité de cette méthode démontrent clairement qu'elle permet d'obtenir une réduction significative du degré d'erreur de positionnement de la prothèse par rapport à l'axe mécanique. Cependant, cette méthode nécessite d'une part le déploiement de moyens techniques sophistiqués et coûteux et d'autre part, la mise en oeuvre de cette méthode entraîne généralement une augmentation du temps opératoire généralement évaluée entre 20 et 30 minutes. Cependant, cette méthode nécessite d'une part le déploiement de moyens techniques sophistiqués et coûteux et d'autre part, la mise en oeuvre de cette méthode entraîne généralement une augmentation du temps opératoire généralement évaluée entre 20 et 30 minutes. La présente invention permet de connaître de façon simple rapide et peu coûteuse la localisation exacte de l'axe mécanique par rapport au genou et par conséquent d'ajuster avec une grande précision le positionnement de la prothèse par rapport à cet axe. Elle permet par ailleurs d'éviter de devoir placer une tige métallique à l'intérieur de la cavité médullaire fémorale. Selon l'invention on propose de manière générale un appareil pour la détermination de l'axe mécanique du fémur notamment lors de la mise en place d'une prothèse totale de genou comprenant: - un moyen mécanique de barres articulées pour la détermination et la fixation (mémorisation) de deux positions d'un point du genou, par rapport à une table d'opération, les dites positions étant obtenues par rotation du membre inférieur strictement dans le plan frontal, - un moyen mécanique permettant d'orienter une tige au milieu et perpendiculairement à la droite séparant les deux dites positions, - un moyen mécanique permettant de reporter sur le fémur ladite tige ou l'orientation de ladite tige et déterminer ainsi l'axe mécanique du membre inférieur après retrait de l'appareil. L'invention sera davantage comprise à la lecture de la description qui suit en se référant aux dessins en annexe dans lesquels: - la fig. 1 illustre de manière générale l'axe mécanique du membre inférieur, - les figs. 2 à 6 décrivent le principe géométrique à la base de l'invention la fig 7 décrit le support fixe d'un appareil selon l'invention - la fig. 8 décrit la partie mobile formant le système de visée 2885293 -4 - la fig. 9 montre du dessus un ensemble de l'appareil montré - la fig. 10 est une coupe verticale illustrant un bras avec un axe creux - la fig. 11 est une coupe de l'axe avec un tube porte broche traversant la partie creuse - la fig. 12 décrit le support formant canon de visée fixe et mobile - les figs 13 à 14 décrivent le positionnement de l'appareil par rapport au genou les figs. 15 à 19 décrivent les étapes d'utilisation de l'appareil selon l'invention - la fig. 20 montre un fémur muni de la tige déterminant l'axe mécanique du membre inférieur - les figs. 21 à 26 décrivent un autre mode de réalisation de l'invention, actuellement moins préféré. Les figs. 2 à 6 expliquent le principe géométrique à la base de l'invention. La perpendiculaire abaissée au milieu de la droite joignant deux points quelconques d'une circonférence passe par le centre de cette circonférence O (Fig 2) Par exemple, la droite perpendiculaire "a" abaissée au milieu de AB passe par le centre 0 de la circonférence à laquelle appartiennent les points A et B. La perpendiculaire "b" abaissée au milieu de la droite joignant deux autres points quelconques (C et D) de la même circonférence passe également par le centre 0 Lorsque le fémur oscille dans le plan frontal de la position 1 à la position 2, tout point appartenant au fémur tourne autour de son centre de rotation CRF qui passe par le centre de la hanche (Fig 3). Si l'on marque un point quelconque du fémur, par exemple F, et que l'on garde en "mémoire" la position dans l'espace de F lorsque le fémur est en position 1, on a identifié la position spatiale de F en Pl, soit Fl. On peut ensuite repérer la position du même point F du genou lorsque le fémur est en position 2 et identifier la localisation spatiale de F en P2 soit F2. La perpendiculaire passant par le milieu de la droite joignant F1 et F2 passe par définition par le centre de la hanche CRF (Fig 5). Enfin, si l'on amène le fémur dans une position telle que cette perpendiculaire passe par le centre du genou Cg, on a déterminé l'orientation de l'axe mécanique du fémur qui par définition est la droite joignant le centre de la hanche au milieu du genou.(fig 6) Les figures 7 à 9 décrivent un mode de réalisation de l'invention sous la forme d'une structure de barres articulée formant quadrilatère, composé d'une partie fixe (support fixe, figs. 7a et 7b) et d'une partie mobile (fig. 8) ou système de visée. Les figures 7a et 7b illustrent le profilé de la partie fixe vu respectivement d'en haut et latéralement. Il s'agit d'une barre rigide en forme de L comprenant un segment vertical 3C et un segment horizontal 1. Le segment vertical 30 passe dans un étau 2 qui permet de régler la position du support par rapport au malade. L'étau 2 coulisse sur un rail métallique (non illustré) fixé le long de toute table d'opération. Ce dispositif permet de régler la position de la barre en L, d'une part horizontalement en direction de la tête ou des pieds du malade selon l'axe longitudinal de la table d'opération et, d'autre part, verticalement en direction du plafond ou du sol de la salle d'opération. La barre horizontale 1 est fendue sur toute sa longueur afin de permettre l'introduction et le coulissement des boulons 15 de fixation du système de visée (fig 7) articulé. La partie mobile ou système de visée (fig 8) comprend deux bras mobiles 7, 8 et une plaque transversale 4 (pt) qui porte l'organe de visée proprement dit, qui se compose du canon ou support fixe 11 et du canon mobile 16. Les bras mobiles 7 et 8 (fig 8) se composent chacune d'une plaque métallique d'environ 15 cm de long sur 25 mm de large et deux à 3 mm d'épaisseur. Chaque bras est percé d'une fente 14 longitudinale de 8 à 10 cm de long sur 5 à 6 mm de large (en fonction du calibre des boulons de fixation) destinée à permettre l'introduction et le coulissement du boulon 15 de fixation solidarisant le bras 7, 8 à la barre horizontale 1 du support fixe. L'autre extrémité de la plaque est percée d'un orifice circulaire destiné à s'articuler avec le pivot cylindrique situé à chaque extrémité de la plaque transversale 4 (pt), créant ainsi entre les deux éléments un mouvement rotatoire pur autour de l'axe 5 ou 6 passant par le centre du pivot cylindrique 30 (fig. 10). La figure 9 montre une vue supérieure du système de visée articulé avec la barre horizontale 1 du support fixe. La figure 10 montre la coupe verticale (cv) passant par le centre du bras mobile selon son axe longitudinal. 10 La plaque transversale 4 (fig 8,9, 10) se compose d'une plaque métallique d'environ 20 cm de long sur 25 mm de large et d'environ 3 mm d'épaisseur. Sur sa face inférieure est fixé le canon de visée 11 proprement dit décrit déjà mentionné. Chacune des extrémités supérieures de la plaque est munie d'un pivot cylindrique creux 30 de 2 à 3 cm de haut autour duquel s'articule le bras mobile 7, 8 par l'intermédiaire de l'orifice circulaire situé à son extrémité (fig 10).Entre ces deux éléments se trouve une bague cylindrique d'écartement 31 coulissant autour de chaque pivot cylindrique de la plaque transversale et maintenant l'écartement entre le bras mobile et la plaque transversale. Cette bague 31 a pour effet d'abaisser le niveau de la plaque transversale 4 par rapport au bras mobile 7, 8 et à la barre horizontale 1 du support fixe de manière à ce que la tige de visée 12 de l'axe puisse passer librement en dessous d'elle. Après articulation des éléments, un système d'arrêt (rivet 32 ou autre dispositif) fixé sur l'extrémité du pivot cylindrique 30 empêche les pièces de se désolidariser tout en permettant le mouvement rotatoire de l'une par rapport à l'autre. L'orifice intérieur 33 du pivot cylindrique sert de guide à l'introduction du tube cylindrique 34 portant la broche filetée 35 qui sera introduite dans le genou (fig. 11). Le diamètre intérieur du pivot cylindrique de la plaque pt sera donc très légèrement supérieur au diamètre extérieur du porte-broche. La figure 12 montre une vue inférieure de la plaque transversale pt avec son canon de visée. Celui ci comprend un canon fixe (cf) dans lequel coulisse un canon mobile (cm) qui guide la tige de visée (tv). Le canon fixe 11 (cf) est un cylindre métallique d'environ 3 cm de long fixé sur la face inférieure de la plaque transversale 4 pt. L'axe longitudinal de ce canon est strictement perpendiculaire au grand axe de la plaque transversale 4 et se trouve exactement au milieu de la distance qui sépare l'axe central de chaque pivot cylindrique 5, 6. Il est percé d'une fente longitudinale 17, orientée vers le bas dont la largeur est insuffisante pour laisser passer le canon mobile 16 mais suffisante pour laisser passer la tige de visée 12 tv. Le canon mobile 16 (cm) est un cylindre de 5 à 6 cm de long dont le diamètre extérieur est ajusté pour coulisser étroitement mais librement dans le canon fixe 11. La tige de visée de l'axe 12 (tv) est une tige d'environ 20 cm qui coulisse dans le canon mobile 16. Elle est percée de plusieurs petits orifices 18 permettant l'introduction de petites broches métalliques destinées à fixer la tige guide au fémur après que son orientation selon l'axe mécanique recherché ait été déterminée. Son diamètre étant inférieur à la largeur de la fente 17 pratiquée dans le canon fixe 11, il suffit pour la dégager d'enlever le canon mobile 16 par coulissement et tout l'appareil peut alors être ôté en bloc vers le haut en désserant l'étau de fixation 2. Technique d'utilisation de l'instrument Le patient est installé classiquement en décubitus dorsal. On s'assurera que le rail de fixation des accessoires de table d'opération est suffisamment saillant pour être palpé à travers les champs stériles après leur mise en place. Dans le cas contraire un segment de rail intermédiaire supplémentaire peut être fixé sur le rail original de manière à ce que cette pièce soit facilement palpée lorsque les champs opératoires auront été mis en place, afin d'y fixer facilement l'étau stérile portant le support fixe de l'instrument. Après mise en place des champs stériles, le genou est abordé selon la technique habituelle. L'articulation étant exposée, on met en place l'étau stérile 2 qui se fixe par dessus les champs opératoires (en les renforçant si nécessaire à l'endroit de fixation par un petit champ plastique autocollant). 2885293 -10- La position de l'étau 2 est réglée de telle manière que la barre horizontale 1 surplombe le genou G du patient environ 15 cm cranialement (en direction de la tête) par rapport à l'interligne articulaire (plan horizontal) (fig 13) et 5 à 6 cm au-dessus du genou dans le plan vertical.(fig 14) Au départ, les deux écrous papillons 15' sont déserrés et les bras mobiles 7, 8 sont donc entièrement libres. Le genou est amené en dessous d'un des deux pivots cylindriques 30 de la barre transversale 4 et la broche filetée 35 est introduite (au moteur) perpendiculairement dans le genou G grâce au porte broche 34 guidé par le pivot cylindrique perpendiculairement au plan horizontal du bras mobile 7 ou 8. Le choix du site d'insertion de la broche filetée est tout à fait aléatoire mais une fois la localisation choisie, il faut impérativement garder la "mémoire" de cette localisation. Il suffit pour cela de serrer l'écrou papillon 15' du bras mobile ayant servi à l'introduction de la broche avant de retirer le porte broche. Le serrage de cet écrou supprime en effet toute liberté de déplacement dans l'espace du pivot cylindrique 30 correspondant ce qui fige en quelque sorte la position Fl dans l'espace occupée par la broche sur l'arc de cercle lorsque le genou se trouve en position Pl. On amène alors le genou sous le pivot cylindrique du deuxième bras mobile qui à ce moment est toujours entièrement libre ce qui permet d'ajuster aisément sa position dans l'espace. L'ajustement est correct lorsque le porte broche 34 guidé par le pivot cylindrique 30 "retrouve" l'axe de l'empreinte hexagonale de la broche filetée ce qui permet à ce moment de l'extraire du fémur. Avant le retrait du porte broche, il est impératif de serrer le deuxième écrou papillon 15' de manière à conserver la "mémoire" de la localisation de la broche en position 2 du genou (=F2). La localisation dans l'espace du deuxième point appartenant à l'arc de cercle décrit par la broche lorsque le genou est en position P2 (=F2) est ainsi déterminée. La tige de visée 12 est alors introduite. Par construction, le viseur 11 indique l'orientation de la perpendiculaire passant par le milieu de la droite joignant les deux points Fl F2 déterminés, indiquant ainsi de façon extrêmement précise la direction du centre de la hanche. On déplace ensuite le fémur jusqu'à ce que le centre du genou se place exactement dans l'alignement de la tige 12 de visée et on a ainsi matérialisé l'axe mécanique fémoral M. On peut alors fixer la tige 12 au fémur au moyen de petits clous passant par les orifices de la tige. 2885293 -12- En enlevant le canon mobile 16 on permet à la tige de s'échapper par la fente longitudinale du canon fixe. L'instrument 3 peut alors être ôté en bloc vers le haut en déserrant simplement l'étau de fixation du support Les instruments de coupe distale fémorale orientés perpendiculairement à la direction de la tige permettront ainsi d'obtenir un plan de coupe rigoureusement perpendiculaire à l'axe mécanique fémoral. Les figs 21 à 25 illustrent schématiquement un autre mode de réalisation de l'invention. Le principe appliqué consiste également à déterminer deux points Pl P2 sur l'arc de cercle de pivotement du membre inférieur dans un plan parallèle au corps. La bissectrice de l'angle formé par cet arc de cercle passe par le centre de rotation et ramenée au genou, détermine l'axe recherché qui va permettre une coupe rigoureusement perpendiculaire de l'os. L'instrument est conçu de telle façon que de part et d'autre du genou se trouve deux plaques 20, 20' parallèles allongées et réglables latéralement sur un support 24 en L fixé à la table d'opération et pouvant coulisser cranialement et verticalement par l'intermédiaire d'un étau fixé sur le rail de la table d'opération. Sur ces plaques fixes coulissent un organe cavalier 21, 21' comportant un évidement 22, 22' se faisant face. Ces évidements constituent des récepteurs de contact avec un repère 23 solidaire du genou. L'utilisateur de l'instrument fait osciller le membre inférieur de façon à ce que le repère fixe 23 solidaire du genou vienne buter sur chacune des plaques 20. La position exacte de Pl et P2 est déterminée en ajustant la position du cavalier 21 de telle sorte que le relief convexe du repère 23 coincide parfaitement avec le relief concave correspondant à l'évidement 22 du cavalier 21, lequel est alors serré sur la plaque 20 pour conserver la mémoire de sa position spatiale. La bissectrice de l'arc de cercle ainsi déterminé peut être matérialisé par un moyen mécanique tel un pentographe 25 muni d'une tige 12 formant bissectrice et muni de 2 éléments palpateurs sphériques permettant de retrouver avec exactitude la position spatiale des évidements 22 des cavaliers 21. 25 REVENDICATIONS: 1. Appareil pour la détermination de l'axe mécanique (M) de du membre inférieur lors d'une intervention chirurgicale orthopédique, telle qu'une orthoplastie par prothèse totale ou unicompartimentale, ou qu'une ostéotomie de réaxation, comprenant: - un moyen mécanique de barres articulées (3) pour la détermination et la mémorisation de deux positions dans l'espace (F1 et F2) d'un même point quelconque (F) du genou lorsque celui-ci se trouve en position Pi et P2,, par rapport à une table d'opération, les dites positions étant obtenues par oscillation du membre inférieur strictement dans le plan frontal, - un moyen mécanique permettant d'orienter une tige (12) au milieu et perpendiculairement à la droite séparant les deux dites positions, - un moyen mécanique permettant de reporter et fixer sur le fémur l'orientation de ladite tige (12) et matérialiser ainsi l'axe mécanique (M) du membre inférieur après retrait de l'appareil. 2, Appareil pour la détermination de l'axe mécanique (M) du membre inférieur lors d'une intervention chirurgicale orthopédique comprenant: une barre (1) horizontale et transversale par rapport à la table d'opération et un système de fixation rigide (2) réglable par rapport à ladite table, 20 - un système de barres articulée (3) formant un quadrilatère présentant un côté (4) de dimension fixe dont les extrémités sont deux sommets (5, 6) formant axes de pivotement pour les deux côtés adjacents (7, 8), lesdits deux axes étant centralement creux, les deux autres sommets (9, 10) du quadrilatère se trouvant sur ladite barre horizontale (1) et pouvant y être réglés et fermement fixés séparément en longueur et angle par rapport à ladite barre horizontale (1) , - au milieu du côté (4) de dimension fixe un support pour une tige (12) strictement perpendiculaire à ce côté. 3, Appareil selon la revendication précédente caractérisée en ce que la barre horizontale (1) et au moins une des deux barres (7,8) y solidarisées sont des plaques allongées comportant une fente centrale longitudinale (13, 14) permettant l'introduction et le coulissement de boulons de fixation (15). 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 et 3 dans lequel la barre horizontale (1) fait partie d'un élément en L rigide dont le segment vertical (16) comprend un moyen de fixation (2) par rapport à la table d'opération, par exemple un étau coulissant sur un rail métallique lui-même fixé à la table d'opération. 5. Appareil selon la revendication précédente dans lequel le moyen de fixation est conçu de façon à permettre de régler la barre horizontalement vers les pieds ou vers la tête et verticalement au dessus de la table d'opération. 6.Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 dans lequel le support 11 est conçu de façon à permettre la désolidarisation de la tige (12. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 6 dans lequel le support est constitué d'une partie fixe (11) et d'un guide tige (16) apte à coulisser dans cette partie fixe, ladite partie fixe (11) comportant une ouverture longitudinale (17) apte à laisser passer ladite tige (12) lorsque le guide tige 16 est glissé hors de son support (11). 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 7 dans lequel la tige (12) est munie d'orifice (8) permettant sa fixation au fémur. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 8 dans lequel l'axe du support (11) est abaissé de telle façon que la tige (12) puisse passer sous la barre horizontale (1). 25