a) Duromètre médical. Echelle de dureté. b) Appareil permettant de mesurer la dureté des tissus osseux et cartilagineux, sur vivant, sans effet destructif, pouvant ainsi donner des indications pour un diagnostic, et quantifier la résistance a la pénétration (dureté). c)Les différents procédés existants pour mesurer la dureté sont des essais conçus pour l'étude de la dureté des métaux en général. Carlstrom a été le premier à faire une recherche spéciale de la dureté dans le domaine médical en utilisant seulement de l'os sec. (Expérienta 1954) il découvrit que la dureté augmente avec la quantité de calcification. Ce fut confirmé par Amprino et Weaver dans les séries de tests multipliés (Acta. Anat 1958 et J. Bone Joint surg 1966) Blaimont et Burney ont démontré une corrélation hautement positive entre la force de traction et la dureté, et Blaimont a publié un long exposé sur l'emploi de la dureté pour prédire les autres caractéristiques de l'os. Tous ces tests ont été réalisés sur éprouvettes d'os sec, il reste a voir si les relations resteront vraies pour l'os humide. Les données de Weaver indiquent que ce doit être le cas "Microdurete de l'os" J.D.Currey a publié une analyse sur les propriétés mécaniques des os assez complète. (Clin. Orthop 71), Les études comparatives de microdureté des différents os du squelette humain par Panikarovski, Prokhonchukov, Grigorien, ne font que reprendre et confirmer les travaux de Weaver (Ortop. Traumatol. Protez 1974). A notre connaissance, les essais actuels ont toujours été pratiqués sur éprouvette (ce qui forcément a une valeur rétrospective) en utilisant les procédés de microdureté Vichers, à savoir la mesure d'une empreinte faite avec une pointe pyramidale de 1360 au sommet, sous une faible charge. Cette technique implique des éprouvettes d'une préparation particulière. Quoique l'éprouvette puisse être d'une taille réduite, le prélèvement d'une carotte osseuse représente une biopsie traumatisante pour être effectué sur un vivant. d) le duromètre proposé est conçu en forme, dimensions, grandeur de mesure, DUROMETRE MEDICAL Calcul de la surface de pénétration du palpeur. Scs = 2#rc h avec r = 0,2 mm et h = 0,2 - 0,2 sin 200 = 0,131596 ou Scs = k.h avec k = 2#rc Surface laterale du cône S=#r.1 =#r #r + H avec r = r c cos 200 = 0,187938 et H =#####=0,516356 Surface du tronc du cône Tableau des surfaces d'empraintes (h en 1/100 de mm - ST en nm I 1 ! 0,012 : 21 : 0,271 : 41 ! 0,591 : 61 i 1,061 : 2 : 0,025 : 22 : 0,272 : 42 : 0,634 : 62 : 1,086 : 3 : 0,038 : 23 : 0,301 : 43 : 0,653 : 63 : 1,111 : 4 : 0,050 : 24 : 0,316 : 44 : 0,675 : 64 : 1,137 ! 5 ! 0,063 : 25 : 0,332 1 45 ! 0,697 : 65 : 1,162 ! 6 : 0,075 ! 26 : 0,347 : 46 1 0,719 ! 66 : 1,187 : 7 : 0,088 : 27 : 0,363 : 47 : 0,741 : 67 : 1,213 : 8 : 0,100 : 27 : 0,379 : 48 : 0,763 : 68 : 1,238 : 9 : 0,113 : 29 : 0,395 : 49 : 0,785 : 69 : 1,263 ! 10 ! 0,126 : 30 : 0,412 ! 50 ! 0,807 : 70 : 1,290 : 11 : 0,138 : 31 : 0,429 : 51 : 0,830 : 71 : 1,316 : 12 : 0,157 : 32 : 0,446 : 52 : 0,852 : 72 : 1,344 : 13 : 0,163 : 33 : 0,468 : 53 : 0,875 : 73 : 1,372 : 14 : 0,176 : 34 : 0,481 : 54 : 0,898 : 74 : 1,400 ! 15 : 0,189 ! 35 : 0,499 : 55 ! 0,921 ! 75 : 1,428 16 : 0,202 : 36 : 0,516 : 56 : 0,944 : 76 : 1,455 17 ! 0,215 : 37 ! 0,535 ! 57 ! 0,967 ! 77 : 1,483 : 18 : 0,229 : 38 : 0,553 : 58 : 0,990 : 78 : 1,511 : 19 : 0,243 : 39 : 0,572 : 59 : 1,013 : 79 : 1,539 : 20 : 0,257 : 40 : 0,591 : 60 : 1,086 : 80 : 1,568 : : : : : : : : # 81 ! 1,597 ! 131 ! 3,364 ! 181 ! 5,740 ! 231 I .8,724 ! # 82 ! 1,627 ! 132 ! 3,406 ! 182 ! 5,794 ! 232 # 8,790 # # 83 ! 1,657 ! 133 ! 3,449 ! 183 ! 5,849 ! 233 ! 8,857 ! ! 84 1 1,688 # 134 ! 3,491 # 184 ! 5,903 # 234 ! 8,924 # 85 1,718 135 3,534 185 5,958 235 8,991 # 86 ! 1,748 ! 136 ! 3,576 ! 186 # 6,013 ! 236 ! 9,057 ! 87 1,779 137 3,618 187 6,067 237 9,124 ! 88 ! 1,809 # 138 ! 3,661 # 188 ! 6,122 # 238 ! 9,191 # # 89 ! 1,839 ! 139 ! 3,703 ! 189 ! 6,176 ! 239 ! 9,257 ! 90 1,870 140 3,746 190 6,213 240 9,324 91 1,902 141 3,790 191 6,288 241 9,393 92 1,935 142 3,835 192 6,345 242 9,462 ! 93 ! 1,967 # 143 1 3,880 # 193 ! 6,402 # 243 ! 9,532 # ! 94 ! 2,000 # 144 ! 3,925 # 194 i 6,459 # 244 ! 9,601 # # 95 ! 2,033 ! 145 ! 3,970 ! 195 ! 6,516 ! 245 ! 9,670 ! # 96 ! 2,065 ! 146 ! 4,014 ! 196 ! 6,573 ! 246 ! 9,739 ! 97 2,098 147 4,059 197 6,630 247 9,808 ! 98 ! 2,130 # 148 ! 4,104 1 198 ! 6,687 # 248 ! 9,878 1 ! 99 ! 2,163 # 149 ! 4,149 # 199 ! 6,744 # 249 ! 9,947 # 100 2,196 150 4,194 200 6,801 250 10,016 101 2,251 151 4,241 201 6,860 251 10,089 102 2,266 152 4,288 202 6,920 252 10,163 103 2,301 153 4,335 203 6,979 253 10,237 ! 104 ! 2,336 # 154 ! 4,383 # 204 J 7,039 # 254 !10,311 # ! 105 ! 2,371 # 155 ! 4,430 # 205 ! 7,098 # 255 !10,385 # 106 2,406 156 4,477 206 7,157 256 10,459 107 2,441 157 4,525 207 7,217 257 10,533 108 2,476 158 4,572 208 7,276 258 10,607 1 109 # 2,511 # 159 # 4,619 # 209 1 7,336 1 259 !10,681 ! 110 2,547 160 4,667 210 7,395 260 10,755 111 2,584 161 4,716 211 7,457 261 10,826 112 2,622 162 4,766 212 7,519 262 10,898 113 2,659 163 4,815 213 7,581 263 10,970 114 2,697 164 4,865 214 7,643 264 11,042 115 2,737 165 4,915 215 7,705 265 11,114 116 2,772 166 4,965 216 7,766 266 11,185 117 2,809 167 5,014 217 7,828 267 11,257 118 2,847 168 5,064 218 7,890 268 11,329 119 2,884 169 5,114 219 7,952 269 11,401 120 2,923 170 5,164 220 8,014 270 11,473 121 2,962 171 5,216 221 8,078 271 11,540 122 3,002 172 5,268 222 8,143 272 11,625 123 3,042 173 5,320 223 8,210 273 11,702 124 3,082 174 5,372 224 8,271 274 11,778 125 3,122 175 5,424 225 8,336 275 11,855 126 3,162 176 4,476 226 8,400 276 11,931 127 3,202 177 5,528 227 8,464 277 12,007 128 3,242 178 5,580 228 8,528 278 12,084 129 3,282 179 5,632 229 8,593 279 12,160 130 3,322 180 5,685 230 8,657 280 12,237 g i i d 2 A a i Hw m'-=' L' 2*4 t- t i i H ~ t Ht ~ i~. E t s ! - ~~~~ ---- m ' | 1:! rt = w = ~ = t ~ - - 2, s -tn + ;= - 47- I - t s ~ ~ - - ' ' w ~ ~ ~ ~ 2 m = = 4 7 dAr - j ~ ~ iifiEfEf-tf-r-Zp'faC -M M S;C,-3tsbrlt 2 arcI IIi T > rw f 4 ~ t . -- -- - ----t--- {; ~~~ ,,~~, i --- - - - - - ~ ~ ~~ -,- ~ ~ t-; | ' --1---:-1 - 1: pt =f-T;L-L ,z,~ ~ ~4 , r É1ÉÉiÎi1ÀÉ*ÉÉii;É;)ii1;l;lÎl;;);;i1;;&num;M;;î;îÉ)1ÉÉ1ii;ii;;i1i1;;iiii I ÂiÉÈÉîÉÉÀ1 - - Mïî. pour effectuer des observations sur vivant, soit en cours d'intervention chirurgicale, soit en observation clinique, dans tous les cas ou la connaissance de l'état d'un tissu est intéressante a connaître. D'emblée, on voit quelques avantages - avoir une échelle de valeur qui situe les tissus osseux et cartilagineux. - possibilité de grader certaines ostéopathies, - observations de l'évolution (cals, greffes), - connaissance de la dureté pour la mise en oeuvre (ostéotomies) efforts de coupe et de pénétration, mise en place de fixateurs, enclouage, etc. Afin d'obtenir ces indications, le duromètre est conçu suivant 3 critères 1.forme allongée pour pouvoir atteindre un os central (exemple fémur) 2. le pénétrateur a une forme (cône de 400) se rapprochant des angles tranchants des trépans utilisés dans les ostéotomies 3. l'appareil est stérilisable. e) le duromètre est constitué par un solide de révolution creux, de forme allongée, non cylindrique pour permettre un bon maintien et faciliter l'effort de poussée. On distingue 1. a l'intérieur une chambre avec un piston prolongé par une tige supportant la pointe pénétrante, 2. a l'extérieur un contrôleur de mesure linéaire qui contrôle les déplacements, a 1/100 de millimètre, de la pointe pénétrante. Selon une réalisation de l'invention, la pointe est poussée par un ressort taré, cette conception simple, manque de fiabilité. Selon une autre réalisation de l'invention, la force F est obtenue par un piston actionné par un liquide, la pression est alors obtenue par une pompe qui confère a l'appareil une autonomie. Le dessin annexé, illustre a titre d'exemple, un mode de réalisation du duromètre, conforme a la présente invention. Tel qu'il est présenté, l'appareil comprend, un corps creux de forme cylindrq'ie (1). A l'intérieur il 7 a une chambre avec un piston (4) prolongé par une tige (2) qui supporte la pointe (3). La tige est liée au piston par un file targe. Une vis (6) a deus fonctions : serrée, elle immobilise la tige sur le piston, et la tête a un méplat sur lequel appuie le contrôleur de déplacement. Un chapeau 7} est vissé sur le corps, il permet l'accès a la chambre.Ce chapeau a lsor fice d'arrivée d'air comprimé, la jonction est assurée par un raccord rapide. A l'extérieur i trouva en communication avec la chambre un contrôleur de pression et un controleur linéaire pour contrler les déplacements du piston donç de la pointe pénétrante Le cadran est gradué en 1/100 ème de millimètre. Principe On mesure la pénétration d'un cone de 4C trayon de 0,2mm au sommet) sous l'effet d'un effort de 3 bars. Fonctionnement : lere méthode (sur vivant) L'appareil est branché sur une source d'air comprimé par l'intermediaire d'un mano-détendeur. - on appuie l'appareil perpendiculaire a l'endroit du test, - on met progressivement 1 bar de pression et on effectue une mise a zéro de l'aiguille en agissant sur les vis moletées qui se trouve sur le palpeur - on met progressivement 3 bars de pression et on constate la pénétration par la lecture sur le cadran. NOTA :Pendant toute l'opération, on doit appuyer le duromètre avec une force supérieure a 9 daN et garder la perpendicularité. 2ème méthode : (sur éprouvette) - le mode opératoire reste le même mais nécessite la préparation de l'éprouvette et son immobilisation. Dans le cas d'une utilisation fréquente en laboratoire, on aura Intérêt a monter t le duromètre sur un support en forme de "U" (dont la description détaillée ne nécessite pas d'avantages). f)le duromètre, objet de l'invention, peut être utilisé dans tous les cas ou l'on veut mesurer la dureté des tissus osseux et cartilaginaux, en observation clinique sur vivant, en laboratoire sur éprouvette, dans l'industrie pour des prothèses devant remplacer des pièces de squelette, et dans un cadre plus général toutes les matières dont le module d'élasticité ne permet pas d'obtenir des données fiables avec les méthodes de dureté existantes. REVENDICATIONS 1- : Appareil pour mesurer la dureté des tissus osseux sur squelette vivant ou eprouvette. :caractérisé par le fait que la pointe pénétrante est un cône de 400 d'angle au sommet avec un arrondi de rayon 0,2 millimetre - . ---- à l'interieur une chambre avec un piston de 18mm prolonge par une tige supportant la pointe pénétrante. - ltextérieur un contrôleur de mesure linéaire des déplacements de la pointe pénétrante,à 1/100 de millimètre. Selon une réalisation de llinvention le piston est poussé par un gaz comprimé dont on contrôle la préssion.