Brevet FR2936949A1 — publié le 20100416

La présente invention concerne système de modélisation et d'assistance pour la reconstruction d'un ligament croisé antérieur notamment sous arthroscopie. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION La rupture ou la lésion du ligament croisé antérieur (LCA) est l'atteinte accidentelle du genou la plus répandue, notamment chez les personnes pratiquant un sport tel qu'un sport de glisse ou de ballon. Le LCA naturel (natif) est un tendon qui possède une géométrie complexe avec notamment un évasement des extrémités au niveau de son insertion dans le tibia, entre les deux épines du plateau tibial et au niveau de son insertion dans le fémur, dans une zone postérieure de la sur-face latérale de l'échancrure inter condylienne portée par ce condyle externe. Les fibres les plus antérieures du LCA sont les plus isométriques : leur longueur varie très peu lors de la flexion extension de la jambe. Les fibres les plus postérieures du LCA sont aniso-20 métriques : elles sont détendues en flexion et se tendent lors de l'extension. La très grande majorité des fibres du LCA sont anisométriques, seule la fibre ou les quelques fibres les plus antérieures sont isométriques. Le LCA natif est donc un li- 25 gament principalement anisométrique. Ces fibres vont se mettre en tension progressivement lors de l'extension du genou. Lors de la reconstruction du LCA, le positionnement des tunnels d'insertion de la greffe et en particulier du 30 tunnel fémoral va très largement influencer le comportement des fibres de la greffe lors de la flexion extension. Le tunnel fémoral a donc un impact beaucoup plus important sur l'isométrie de la greffe que le tunnel tibial. Depuis que la chirurgie de reconstruction du LCA 35 existe, deux concepts de positionnement des tunnels s'af- 2 frontent : - l'isométrie : On recherche un positionnement pour obtenir le moins de changement de longueur de la greffe entre la flexion extension afin de ne pas soumettre la greffe à des contraintes mécaniques trop importantes, mais aussi pour avoir une efficacité de la greffe dans un secteur de flexion extension large (bien que cela ne corresponde pas au comportement physiologique normal du LCA natif qui est de plus en plus tendu, donc efficace quand le genou va vers l'extension). Le tunnel fémoral sera centré sur la fibre la plus isométrique, c'est-à-dire sur la fibre la plus antérieure du ligaeant natif au niveau de son insertion fémorale. - l'anatomie : On recherche un positionnement ana- tomique de la greffe, c'est-à-dire à placer le tunnel fémoral dans l'insertion fémorale du LCA natif. Ce positionne-ment anatomique tend à reproduire un comportement des fibres de la greffe semblable à celui du LCA natif lors de la flexion extension c'est-à-dire à reproduire ce comportement anisométrique du LCA natif. Les greffes qui se substituent au LCA lésé sont de diverses natures. Le chirurgien peut utiliser soit deux tendons ischio-jambiers (les tendons de 1'ischio-jambier droit interne et du demi-tendineux pour constituer sa greffe), soit une bandelette de tendon rotulien. D'autres tissus comme une bandelette de tendon quadricipital ou de facia lata sont également, mais plus rarement, utilisés. Quelques soit le type de greffe utilisé, celle-ci n'aura jamais exactement la même dimension et la même forme que le LCA natif. En outre, ces greffes sont globalement rectilignes, alors que le LCA est comme dit plus haut d'une forme évasée. Ainsi, quoi qu'il en soit, la reproduction exacte de l'état naturel est impossible. Cependant, quel que soit le type de greffe utilisé, il est clairement démontré dans 3 la littérature que le positionnement de la greffe à l'intérieur de l'articulation est le facteur le plus important pour la réussite de la reconstruction. En d'autres termes, la première cause d'échec de cette chirurgie reste une er- reur technique avec un positionnement de la greffe inadéquat. Aujourd'hui, les interventions de reconstruction sont majoritairement réalisées sous contrôle arthroscopique. Si l'arthroscopie permet d'être beaucoup moins invasif, elle rend plus difficile le positionnement des tunnels du fait qu'elle offre au praticien une vision limitée et déformée de l'articulation. Ainsi pour positionner la greffe en lieu et place du ligament lésé, le chirurgien réalise des tunnels osseux fémoraux et tibiaux. Les débouchés intra-articulaires de ces tunnels vont donc déterminer le positionnement de la greffe. La première cause d'échec de cette chirurgie réside, malgré l'utilisation de guides ou viseurs mécaniques, facilitant le positionnement de ces tunnels, dans les erreurs de positionnement des tunnels. En effet, la satisfaction des deux objectifs principaux assignés à une reconstruction ligamentaire, à savoir d'une part, obtenir une tension adéquate des fibres de la greffe lors de la flexion extension du genou et d'autre part, éviter lors de la flexion extension les conflits (frottements) de la greffe avec les structures osseuses et en particulier avec l'échancrure inter condylienne ou avec le ligament croisé postérieur, est en grande partie dépendante de la position des tunnels d'insertion du greffon dan le tibia et dans le fémur ce, quelle que soit la technique de reconstruction utilisée sous arthroscopie. On a constaté que le contrôle du comportement en tension de la greffe passe principalement par la maîtrise du positionnement de l'insertion fémorale. Par voie de conséquence, la gestion des conflits est alors principale- ment dévolue à l'insertion tibiale. 4 OBJET DE L'INVENTION Partant de ce constat, l'invention se propose d'offrir un système de modélisation des zones d'un genou, concernées par l'intervention de reconstruction du LCA en vue de l'assistance à cette reconstruction sous arthroscopie. Ce système comporte une station de navigation pour chirurgie orthopédique comprenant: - une unité informatique de traitement d'informa-10 tions, - des moyens d'observation d'une partie déterminée de l'espace, - des moyens de marquage d'un ou plusieurs objets logés dans cet espace, reconnus et repérés par les moyens 15 d'observation dans ledit espace qui constituent des moyens d'acquisition de données pour l'unité informatique, - des moyens d'affichage de données ou d'informations acquises par l'unité informatique et/ou enregistrées dans celle-ci et/ou calculées par celle-ci et des moyens de 20 commande de l'unité informatique, les moyens de marquage comportant des moyens d'acquisition d'au moins certains des points anatomiquement singuliers de la géométrie de l'échancrure intercondylienne du genou et de celle du plateau tibial au travers de l'une 25 ou l'autre des voies de l'arthroscopie et sous contrôle sensitif (visuel ou tactile) de l'opérateur, l'unité de traitement déduisant de ces acquisitions et des informa- tions acquises et/ou en registrées et/ ou calculées susdi- tes,l'emplacement des zones possibles d'insertion d'un li- 30 gament croisé antérieur, les moyens de marquage constituant en outre des moyens de sélection par l'opérateur de por- tions de ces zones d'insertion, sélection constituant une commande pour l'unité de traitement de calculer et insérer un ligament virtuel s'étendant entre les parties de zones 35 sélectionnées permettant de modéliser et d'afficher grâce aux moyens d'affichage susdits le comportement de la reconstruction en fonction des sélections de l'opérateur et des points singuliers acquis préalablement. La particularité de ce système réside dans la prise en compte des caractéristiques anatomiques du genou sur le-quel porte l'intervention, contrairement aux systèmes existants dans lesquels seules des informations géométriques sont prises en compte. Ces systèmes calculent lors d'une acquisition dynamique de flexion extension du genou des éloignements/rapprochements de points situés dans des zones d'intérêt (zones d'insertion possibles du ligament) fémorales et tibiales. Le positionnement des tunnels est alors réalisé par le chirurgien en fonction de la notion d'isométrie/anisometrie. Le tunnel fémoral est placé au point pour lequel le chirurgien estime avoir une isométrie/anisométrie convenable. Théoriquement, le chirurgien peut choisir, avec ces systèmes une isométrie en centrant le tunnel sur le point le plus isométrique. S'il le souhaite, le chirurgien peut opter pour une anisometrie qu'il jugera plus adaptée, en alignant la berge antérieure du tunnel sur le point isométrique afin de reproduire un comportement physiologique de la greffe (mise en tension progressive des fibres lors de l'extension). Toute la pertinence de ce type d'assistance (de navigation) repose sur une acquisition dy- namique pendant laquelle l'unité de traitement va intégrer l'éloignement/rapprochement de points fémoraux et de points tibiaux lors de la flexion extension. Cette acquisition est réalisée sur un genou lésé (rupture du LCA) qui ne présente pas une cinématique normale. Dans ce cas, les éloigne- ments/rapprochements de points ne sont pas physiologiques et le système peut conduire à des positionnements aberrant des tunnels osseux d'insertion du ligament. Les critères anatomiques singuliers acquis par le système de l'invention permettent de simuler les interfé- rences entre le ligament de reconstruction et les diffé- 6 rents organes qui sont présents dans son environnement lors de la flexion extension du genou. Ces critères anatomiques seront, la morphologie de l'échancrure intercondylienne, au moins dans la zone d'insertion du ligament, la ligne de Blumensaat qui est déduite de cette morphologie par le cal-cul, la crête postérieure intercondylienne, la ligne de limite entre le mur et le toit de l'échancrure sur le condyle externe, la limite du cartilage à la base de l'échancrure, la zone d'insertion dans le condyle du ligament natif si l'intervention est menée suffisamment tôt après la lésion ou 1 rupture de ce dernier... et, pour ce qui concerne le tibia les contours de la zone d'insertion du ligament natif dans le plateau tibial (l'empreinte tibiale du ligament na-tif) qui est généralement aisément repérable. Ces critères anatomiques sont quelquefois difficiles à repérer donc à acquérir avec précision sous arthroscopie, avec les portes classiques qui sont celle antérolatérale pour l'optique (image/éclairage) et celle antéro médiale pour les instruments chirurgicaux. Or comme la connaissance par l'unité de traitement de la position des moyens de marquage affectés à l'acquisition des données anatomiques singulières est indépendante des portes par lesquelles ils accèdent au champ opératoire, ceux-ci peuvent emprunter l'une ou l'autre de ces portes afin de parvenir à une meilleure visualisation de la zone à palper. Par exemple, pour repérer la limite du cartilage à la base de l'échancrure intercondylienne, il sera très avantageux de placer l'optique dans la porte instrumentale (antéro médiale) et de loger le palpeur dans la porte optique (antérolatérale). Pour améliorer le ressenti des points palpés par la main du chirurgien, alors que la direction générale du palpeur est dans ce cas, sensiblement tangente à la zone à palper, on aura prévu des palpeurs avec une extrémité coudée qui pourront crocheter des relief tels que par exemple la crête postérieure de l'échancrure. On comprend qu'avec le système selon l'invention, 7 le chirurgien, après la phase acquisitive peut décider de pointer telle ou telle zone d'insertion possible sur le patient. L'unité de traitement affichera sur un moniteur du genre écran le centre du ligament virtuel coïncidant avec le point pointé. Cette zone pointée sera parfaitement défi-nie par rapport aux critères anatomiques singuliers acquis et affichés sur le moniteur. L'image qui est présentée au chirurgien sur le moniteur est une image beaucoup plus aisée à lire que l'image du champ opératoire obtenue par la caméra de l'arthroscopie. En outre elle pourra être présentée dans deux ou plusieurs plans différents. Le chirurgien sera alors confirmé dans le choix de son pointage. Il pourra alors être certain de la localisation de la zone sélectionnée à partir des données cliniques, de la littérature concernant le domaine et de son expérience propre. En d'autres termes il ne sera pas trahi par une vision délicate des résultats de son choix. Ces zones étant sélectionnées, le chirurgien peut encore choisir les dimensions de la section du ligament, voire le profil de cette section. Il constate alors de visu sur le moniteur quelle est l'importance relative de cette section par rapport à la surface de la zone sélectionnée et peut procéder à tout ajustement utile, notamment en ce qui concerne l'insertion fémorale. Par le jeu de la modélisation, le chirurgien peut simuler la flexion extension de l'articulation équipée du ligament virtuel et constater immédiatement s'il existe des conflits entre ce dernier et, soit le toit de l'échancrure (ligne de Blumensaat) soit la joue du condyle extérieur formant le mur externe de l'échancrure. Si de tels conflits sont constatés, le chirurgien agira principalement sur la zone d'insertion du ligament virtuel dans le tibia. Dans le cas d'un conflit avec le toit du condyle, la zone d'insertion sera déplacée en di- rection de la berge antérieure de l'empreinte tibiale du 8 ligament natif. Pour un conflit avec la joue latérale de l'échancrure, on tentera d'y remédier en déplaçant le point central d'insertion pointé vers le centre du plateau ti- bial. On constate à ce propos que choisir la zone d'insertion du ligament natif n'est pas un gage de bon comportement du ligament reconstruit car un ligament reconstruit est rectiligne alors qu'un ligament natif est courbé et donc �contourne� le toit de l'échancrure sans conflit. On rappellera que les insertions fémorale et tibiale du LCA natif sont larges et de formes ovoïdes. On distingue en fait deux groupe de fibres dans le LCA constituant deux faisceaux : le faisceau antéro-médial (AM) et le faisceau postéro-latéral (PL). Ces surfaces d'insertion ovoïdes ont en moyenne une longueur de 15 mm et une largeur de 6 mm. Lors des reconstructions, le chirurgien peut ne disposer que d'une greffe rectiligne de 8 a 11 mm de diamè- tre. Le tunnel est positionné plutôt dans l'insertion du faisceau AM natif qui est le faisceau le plus isométrique. Dans le cas d'une reconstruction dite � double faisceau �, le chirurgien utilise alors deux greffes, c'est-à-dire deux bandelettes tendineuses de 6 a 7 mm de diamètre pour reconstruire les deux faisceaux. L'invention permet la navigation (ou l'assistance par ordinateur) des deux procédures chirurgicales de reconstruction du LCA. En effet, les repères de positionnement des tunnels sont exactement les mêmes pour le simple faisceau et pour le tunnel AM du double faisceau. La réalisation du tunnel PL nécessite de prendre des repères supplémentaires. Le deuxième tunnel (PL) pour le double faisceau est simplement positionné par rapport au premier. Par exemple, l'anatomie enseigne que pour le fémur, 9 le bord postérieur du LCA s'inscrit au dessus de la limite cartilage échancrure. En outre, le bord antérieur du faisceau AM est en dessous (postérieur) au toit de l'échancrure (la ligne de Blumensaat représente la ligne de faîte du toit de l'échancrure. La ligne définie par la limite mur/voûte du toit de l'échancrure constitue également un bon repère car elle s'affranchit du fait que la ligne de Blumensaat n'est pas dans le plan de l'insertion. Cette ligne normalement légèrement postérieure (en dessous) de la ligne de Blumensaat. Enfin, les deux faisceaux du LCA s'insèrent dans deux � fossettes � délimitées par des crêtes osseuses. Ces crêtes, en particulier la crête la plus antérieure, sont parfois visualisables et constituent alors le meilleur repère de la limite antérieure de l'insertion du LCA. Le bord le plus proximal du LCA est toujours devant la crête postérieure de l'échancrure. Pour le faisceau PL, son centre est toujours posté- rieur au centre du tunnel AM quand le genou est à 90° de flexion. Son extrémité distale est à environ 3 mm de la limite cartilage/échancrure. Les deux tunnels doivent être séparés par un pont osseux d'au moins 1 mm. Ces enseignements anatomiques sont aisément applicables avec le système selon l'invention grâce auquel l'unité de traitement des données a pu être nourrie des critères anatomiques pertinents pour mettre à la disposition du chirurgien les don-nées ci-dessus qui guident son choix. Pour résumer, le système de l'invention apporte au chirurgien qui l'utilise de nouvelles informations lui per-mettant d'améliorer et de sécuriser le positionnement de ces tunnels. A partir de repères anatomiques, le système procure par exemple une vue de profil en flexion et en extension du genou en affichant la ligne de Blumensaat, ce qui constitue 10 une référence sécurisante parce qu'habituelle du chirurgien, à laquelle il n'a pas facilement accès avec l'usage de l'arthroscopie. Les limites de chacune des insertions fémorale et tibiale du LCA sont acquise a l'aide de palpeur pointeur spécifiques utilisable par la voie classique antérolatéral (palpeurs droits) ou par la voie antéro interne (palpeur courbe) Une phase de planification permet de placer les tunnels fémoraux et tibiaux sur le genou virtuel à l'inté- rieur des limites d'insertion acquises. Une greffe virtuelle reliant le fémur au tibia est alors reconstruite sur l'image virtuelle. Le système permet alors en réalisant une flexion extension du genou de visualise sur une vue de face et de profils le conflit éventuel de la greffe avec l'échancrure. Les tunnels (en réalité, leur débouché intra articulaire) et en particulier le tunnel tibial peuvent alors être repositionnés afin de trouver le positionnement le plus antérieur sans avoir de conflit de la greffe avec l'échancrure. Bien entendu, les coordonnées des débouchés défini-tifs sont enregistrés par le système et serviront de repères pour la navigation de l'exécution des tunnels au moyen d'ancillaires repérés (navigués) dans l'espace de référence de la station de navigation. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est un schéma d'une station de navi- gation utilisée dans le système selon l'invention, - la figure 2 est un schéma illustrant les zones d'insertion d'un LCA dans le fémur et le tibia, - la figure 3 est une vue virtuelle en coupe antéro postérieure d'un genou virtuel affiché par le système selon 35 l'invention, 11 - la figure 4 illustre par une vue de dessus la zone singulière d'insertion dans un plateau tibial du LCA natif telle qu'elle a été acquise par palpage sous arthroscopie, - la figure 5 est un schéma qui illustre un cas de conflit mis en évidence par le système du fait des choix d'insertion réalisés par le chirurgien. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La station de navigation représentée à la figure 1 comporte une unité informatique 1 en façade de laquelle est disposé un écran d'affichage 2. Cette unité est solidaire d'un bâti 3 qui, dans le cas de la figure, comporte deux cadres latéraux 3a et 3b formant en partie inférieure, les pieds de la station et en partie supérieure, des poignées pour son transport. Ces cadres latéraux sont reliés entre eux et à une colonne 4 télescopique située à l'arrière de l'unité informatique. Au sommet de cette colonne, la station de navigation comporte une unité 5 d'observation d'un champ opéra- toire sous la forme d'un boîtier 6 relié à la colonne 4 par une articulation du genre rotule. L'orientation du boîtier 6 par rapport à la colonne 4 est effectuée au moyen de poignées 7 de réglage qui permettent au chirurgien d'orienter le boîtier 6 dans la direction qui l'intéresse et, au moyen d'organes appropriés 8, qui actionnés permettent de déverrouiller l'articulation et qui, au repos, la verrouille l'orientation du boîtier une fois réglée. Pour aider à cette orientation, le boîtier 6 comporte un émetteur 9 de faisceau laser formant pointeur. Aux extrémités latérales du boîtier 6, les moyens d'observation du champ opératoire possèdent des émetteurs récepteurs de télémétrie infrarouge 10 grâce auxquels tout objet placé dans le champ d'observation est reconnu et repéré. Cette reconnaissance et ce repérage sont obtenus de manière connue grâce à des moyens de marquage ou marqueurs qui sont solidaires de l'objet, ces marqueurs étant constitués par exemple par des réflecteurs sphériques des signaux infrarouges émis par les moyens d'observation 5. Les objets concernés sont bien entendu les parties articulées du membre du patient sur le genou duquel on intervient et tous les instruments, ancillaires, palpeurs dont la position de la partie active doit être connue en permanence avec précision pour que l'unité informatique puisse sur commande ac- quérir les données relatives à cette position et les intégrer dans son programme de modélisation, de simulation ou d'aide à l'intervention. La partie de gauche de la figure 2 représente uns coupe dans un plan antero postérieur d'un fémur 20 avec son condyle externe 21, revêtu d'un cartilage 22, un toit d'échancrure condylienne 23, une crête postérieure 24 et une zone d'insertion 25 du ligament croisé antérieur dans le condyle externe 21, se divisant en une partie 25a du faisceau postéro latéral du LCA et une partie 25b du fais- ceau antero médial de ce LCA. Sur la partie de droite de cette figure 2, on a il-lustré le plateau tibial 30 équipé de son ménisque 31 et la zone 32 d'insertion du LCA, dont la partie 32a concerne le faisceau postéro latéral et la partie 32b, le faisceau an- téro médial. La figure 3 est un schéma qui représente en coupe le condyle virtuel 40 tel que l'unité informatique 1 l'a calculé à partir des données enregistrées et acquises et tel qu'elle l'affiche sur le moniteur 2. On y retrouve les différentes caractéristiques anatomiques de la figure 2 avec la ligne 41 de Blumensaat extraite du palpage sous ar- throscopie les zones, la limite 42 du cartilage 22 au pied du mur externe de l'échancrure condylienne, les zone et parties de zone 25, 25a et 25b et la trace 43 de l'insertion d'un LCA virtuel dans la zone 25, plutôt du cô- té de la partie 25b d'insertion du faisceau antero médial, immédiatement en avant de la crête postérieure 24et sous la ligne de Blumensaat qui en réalité est représentée sur la figure par sa projection sur le mur de l'échancrure, qui à ce niveau postérieur de l'échancrure, est presque confondue avec la ligne mur/toit 44 qui aura été palpée si possible. La figure 4 est un schéma qui illustre le résultat 45 du palpage de l'empreinte du LCA natif sur le plateau tibial 30, tel qu'il apparaît à l'écran 2 de la station de navigation. La figure 5 enfin est aussi une vue de l'écran 2 par laquelle on a illustré un conflit entre le LCA virtuel 50 et le toit 23 de l'échancrure dans un état étendu de l'articulation. Un index 51 apparaît sur cet écran pour si- gnaler ce conflit au chirurgien qui sera alors conduit à modifier au moins l'endroit de l'insertion tibiale du LCA virtuel en la déplaçant vers l'avant du plateau tibial selon la flèche B. REVENDICATIONS1. Système de modélisation des zones d'un genou, concernées par l'intervention de reconstruction du LCA en vue de l'assistance à cette reconstruction sous arthrosco- pie, comportant une station de navigation pour chirurgie orthopédique comprenant: - une unité (1) informatique de traitement d'infor-mations, - des moyens (5) d'observation d'une partie déter-10 minée de l'espace, - des moyens de marquage d'un ou plusieurs objets logés dans cet espace, reconnus et repérés par les moyens d'observation dans ledit espace qui constituent des moyens d'acquisition de données pour l'unité informatique, 15 - des moyens d'affichage (2) de données ou d'informations acquises par l'unité informatique (1) et/ou enregistrées dans celle-ci et/ou calculées par celle-ci et des moyens de commande de l'unité informatique, caractérisé en ce que les moyens de marquage comportant des moyens 20 d'acquisition d'au moins certains des points anatomiquement singuliers (23, 24, 25, 32) de la géométrie de l'échancrure intercondylienne du genou et de celle du plateau tibial au travers de l'une ou l'autre des voies de l'arthroscopie et sous contrôle sensitif (visuel ou tactile) de l'opérateur, 25 l'unité de traitement déduisant de ces acquisitions et des informations acquises et/ou en registrées et/ou calculées susdites, l'emplacement des zones possibles d'insertion d'un ligament croisé antérieur (LCA), les moyens de marquage constituant en outre des moyens de sélection par 30 l'opérateur de portions de ces zones d'insertion, sélection constituant une instruction pour l'unité de traitement (1) de calcul et insertion d'un ligament virtuel s'étendant entre les parties de zones sélectionnées permettant de modéliser et d'afficher grâce aux moyens d'affichage susdits le 35 comportement de la reconstruction en fonction des sélec-tions de l'opérateur et des points singuliers acquis préalablement.