CA2288233A1 - Analiseur de genous en 3-d - Google Patents

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CA2288233A1
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Nicolas Duval
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Annick Koller
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Description

Annick Koller les Rangiers tel 032 426 67 81 Designer industriel 2954 Asuel Switzerland Synthèse des informations et cahier des charges Produit Les lectures de la thèse de Marwan Satl et du PFE de Francois Leduc donnent la plupart des informations nécessaires à la compréhension du fonctionnement et de l'utilité
du produit . La tenue de l'appareil en ~ points préclgdéwellopée par M. Sati n'est pas à
remettre en question:
L appui 1 (appui condyle) sur le centre dû condyle médiat. L'appui 2 du coté
médiat entre le vastus médialis et le tendon sartorius, l'appui 3 du coté làtéral entre la bande ilio-tibiale et le biceps fémoris.
Ces 3 appuis travaillent ensemble pour empêcher des mouvements inopportuns du système voir shéma .
-Appui 3 contre appui 2 empi3chent les mouvements medio-latéraux du systeme.
-Appui 2 contre appui 1 emp8chent les mouvements antéro-postérteurs du système.
-La barre fixée sur la cuisse par une bande élastique empéche l'appareil de basculer (mouvements proximo-distaux.
ttouU.seiEtrr-~~RoXitia ~iuy - _ . . . -~--~nEpiO-i.~lT~tt~lL
D C~ . ~'~' HdJYE?iE~lr . ( ~P.o ~o~zElZeu(~

d) Lurerut ~ rrv L'ergonomie des orthoplasts de M.Sati est à conserver (versionl) puisqu'elle a fait ses preuves tant du point de vue du confort (bleu accepté par les patients) que de celui de la tenue sur la peau.
Ce prototype sera destiné à la Jambe droite uniquement, car à cette étape nous considérons qu'il est inutile de fragiliser l'appareil en le rendant réversible) mais au contraire de le rendre plus fort et résistant que ses prédécesseurs (si cette version est validde elle sera réversible dans 1e futur).

Annick Kolier les Rangiers tel Oa2 426 67 81 Designer industriel 2954 Asuel Switzerland Synthèse des informations et cahier des charges Le but de ce projet est de travailler à l'amélioration Du confort.
De la praticité (installation rapide et rationnelle).
De la précision.
De la solidité.
De l'esthétique du système de maintien du genou 1.2. Usagers Les techniciens du laboratoire ont besoin d'un appareil plus fiable, solide et facile à installer que les prototypes précédents .
Ils désirent gagner du temps, actuellement le « prototype2 » est assez rapide à installer seulement 2 réglages d'appuis, mais il est peu précis ce qui rallonge le temps d'installation : le système à rochet est peu précis et ü faut démonter complètement l'installation lorsque l'appui condylien a été mal choisi.
II faudra donc rationaliser les étapes d'installation en établissant un protocole d'Installation de.
l'appareil.
Les réglages des appuis seront rapides ,accessibles, et lisibles. _ Les capteurs magnétiques seront démontables avec des outils simples (tournevis)..
l'appareil sera facile à démonter pour un éventuel transport : séparation barre et arc.
1.3. Environnement L'appareil a développer sera utilisé essentiellement par les techniciens du Groupe de Recherche en Imagerie Orthopédique il restera donc au laboratoire. En principe, il ne subira pas de déménagement mais restera démontable pour un éventuel transport (11 rentrera dans un sac à
dos).
Le laboratoire est un environnement propre sans poussière et saletés cependant les matériaux choisis seront capables de subir un nettoyage léger des taches de doigts (au spray-vitres p.ex.) ainsi qu'une désinfection éventuelle des orthoplasts à l'alcool. Les orthopiasts seront aussi capables de supporter l'attaque de la graisse animale à long terme.
1.4.informations sur l'entreprise mandataire Ordinateurs et photocopieuses sont à disposition mais reste à trouver les aides techniques calculs mécaniques, dessins pour la CNC, atelier de plastique pour la fabrication du prototype.
1.5.Informations sur les produits précédents Défaillances mécaniques « La versionl » a un bon comportement en torsion et en flexion (stabilité des orthoplasts).mais est fragile, le matériau choisi (acrylique est à éviter puisqu'il contient des bulles d'a1r) mieux vaudrait opter pour du polycarbonate si l'on gardait cette géométrie (bonne mémoire et bonne résistance en flexion).
Le type d'ajustements est ImprécisQeux des orthopl.) et fragile.
La barre est trop rigide et entraîne des mouvements indésirables au niveau du cadre.

Annick Kolier les Rangiers tel 0~ 426 67 81 Designer industriel 2954 Asuel Switzerland Synthèse des informations et cahier des charges «La version 2 » a une mauvaise résistance en torsion et en flexion du cadre en résultent des déplacements distaloproximaux des orthoplasts .
ce même cadre est beaucoup trop rigide en compression Trop de jeu au niveau du réglage par rochet de l'orthoplast latéral :déplacement de l'orthoplast pendant les exercices.
La barre de suspension n'a pas la souplesse escomptée qui permettrait d'éviter d'entrainer des mouvements indésirables au niveau du cadrele .
Cette version est d'une constnrction fragile , le choix et le volume des matériaux est à
reconsidérer.
Le système de rochet est pratique mais trop imprécis et fragile dans ce matériau Causes d'Inconfort « La versionl » est assez bien tolérée par les sujets, bonne ergonomie des orthoplasts mais la barre de suspension est trop rigide.
La souplesse du cadre permet de compenser la dilatation des tissus lors des exercices.
Les orthoplasts « La version2 » sont trop durs et pointus et ne respectent pas l'ergonomie du prototype de M. Sati. Le cadre étant trop rigide ü n'y a aucune compensation de la dilatation des tissus :douleurs chez certains patients et débarquement de l'appareil certainement causé par les tendons qui cherchent à se dégager de cette contrainte.
Problèmes d'ajustements « La versionl » possède des ajustements longs et compliqués , fragiles et imprécis. Trop de pivotement au niveau du troisième appui : mauvaise tenue de celui-ci.
« La version2 » a un ajustement fragile et imprécis mais pratiques à utiliser : pas du rochet 3mm insuffisant.
Le chemin de réglage de l'appui latéral est trop court pour couvrir suffisamment de patients de taille moyenne.
Les appuis condyle des deux version n'ont pas la précision permettant de couvrir la morphologie d'un maximum de patients , une étude est à prévoir car l'appui condyle joue un r8le très important dans la stabilité du système.
Convivialité:
« La versionl » n'est pas démontable : transport problématique.
Le collage des capteurs magnétiques n'est pas une solution fiable de plus il est long et fastidieux, cette solution est valable pour une installation temporaire du capteur.
Le réglage de deux orthoplasts et de l'appui condyle est trop long et fastidieux, il serait bon de réduire le nombre de réglages.
Analyse critique des 2 versions et synthèse des informations récoltées:
« La versionl » a été validée en fluoroscopie, si elle est correctement installée elle satisfait du point de vue de la stabilité des capteurs magnétiques donc de la stabülté du système en entier .
La pression des orthoplasts est confortable car ils possèdent une bonne forme ergonomique et le cadre permet la dilatation des tissus.
Elle est cependant fragile, compliquée et longue à installer sur le patient.
Elle est un peu trop lourde et cela peu entraîner des mouvements indésirables.

Annick Koller les Rangiers tel OQ2 426 67 81 Designer industriel 2954 Asuei Switzeriand Synthèse des informations et cahier des charges La barre n'est pas assez souple et la banda élastique est très usés (fragilité
du matériau choisi).
« La version2 ~ est très conviviale, démontable, légère et réversible.
Elle est par contre inconfortable voir douloureuse car il n'y a aucune compensation de la dilatation des tissus et que l'ergonomie des orthopl. De Sati n'a pas été
reproduite. Elle est imprécise puisque les orthopiasts sont déplacés par la torsion du cadre lors des exercices (mauvaise tenue en flexion). L'appareil étant trop rigide les tissus en mouvement et les tendons cherchent à se dégager de l'emprise du système et font débarquer le système.
« La version2 ~ n'a pas été validée et les techniciens préfèrent de loin utiliser la version 1 car elle est plus stable et confortable.
Les matériaux choisis pour les deux systèmes ne sont pas tous appropriés il sont souvent trop fragiles pour leur fonction.
L'étude du comportement mécanique des deux versions sur différents sujets a permis d'en apprendre beaucoup sur les pertormances des deux appareils et de vérifier la validité des informations et propositions de F. Leduc dans son PFE.

Annick Koller les Rangiers tel Oa2 426 67 81 Designer ïndustriel 2954 Asuei m zer an Avant-projet Cette récolte d'Informations et analyse détaillée de la problématique a duré
env. 1 mots et a permis d'établir une liste des téches à accomplir, de üxer les données et restrictions du projet, et d'aboutir à un avant-projet et une démarche de travail présentés le 1" octobre 1998 à l'ensemble du groupe de recherche.
Présents ce Jour-là : J. Deguise, N. Duval, H. Yahia, N. Hagemelster , S.
Gangikia, B. Godbout, G.
Parent.
Liste des tàches Améliorer la solidité de l'appareil , en rigidifiant la plupart de ses composantes , ceci implique une recherche de matériaux appropriés pour chaque fonction.
Le poids des composantes doit itre aussi léger que possible.
Améliorer son aspect esthétique pour qu'il puisse 8tre représentatff de la qualité du travail qu'accompli le Groupe de Recherche en Imagerie Orthopédique.
Améliorer le confort de l'appareil.
Améliorer la convivialité de l'appareil en facilitant l'installation de l'appareil.
Rationaliser le nombre d'opérations des techniciens afin de leur faire gagner du temps.
Etabllr un protocole d'installation.
Améliorer la précision de l'appareil , réglages plus fins .
Améliorer l'accès aux réglages.
Dimmensioner plus précisément l'appareil détennlner le groupe de patients types Faire une étude morphologique afin de pouvoir inclure un maximum de patients «
moyens » dans le système, étre sùr d'avoir une géométrie convenable du cadre pour laisser passer le genou en mouvement et une précision des écartements et chemins des 3 appuis.
Mesurer la rigidité (élasticité) du cadre de la « version 1 ~ afin de la reproduire sur le nouvel appareil, puisqu'il semble confortable.
Mesurer l'écartement de « la versionl » afin de calculer les efforts max. et min. appliqués par différents patients sur le cadre flexible au cours d'exercices précis dans le but de quantifier le confort requis et estimer la dilatation des tissus de sujets très différents.
Reproduire l'ergonomie des orthoplasts de M.Sati.

Annick Kolier les Ranglers tel 002 426 67 81 Designer industriel 2954 Asuei Switzerland Projet définitif et démarche de travail : 4 octobre au 6 nov.
Le concept présenté et accepté à cette réunion du 2 octobro consiste à
produire un cadre rigide en flexion et en torsion, le plus léger possible.
La compensation de la dilatation des tissus sera faite par l'intégration de ressorts au niveau des orthoplasts .
Respect du cahier des charges (liste des tâches à accomplir) Temps total estimé pour le concept: 5 semaines 1 semaine : Réparation des orthopiasts endommagés et fabrication d'orthoplasts incurvés qui permettraient de compenser l'angle de 15 degrés créé par la déformation du cadre lors des exercices. Installer une translation plus pratique que les vIs pour les orthopiasts sur la version l.blocage par vis papillon. Fabrication d'une nouvelle barre plus souple remplaçant l'ancienne.
Pendant ce temps Shafagh procédera à l'évaluation de la rigidité du cadre de la « version 1 avec F. Boudreault.
Une fois l'appareil réparé Shafagh va pouvoir procéder à des tests comparatifs orthopl. droits v.
orthopl. incurvés .
1 semaine : En attendant ces résultats nous allons faire (av. Nicola) une recherche antropométrique afin de déterminer un groupe de sujets moyens pris dans une population adulte moyenne h: f. à laquelle sera destiné l'appareil. Cette recherche nous aidera à dimensionner l'appareil: grandeur de l'arc et écartement des orthoplasts. A ce jour il n'existe aucune information précise à ce sujet au sein du laboratoire.
1 semaine : Mesures des efforts appliqués sur l'appareil par des sujets du laboratoire correspondants au groupe de sujets moyens, mesures des différentes dilatations des tissus au niveau des orthoplasts, mesure de la distance de l'appui condyle par rapport à
l'orthoplast médiat. Et calcul de ces efforts.
1 semaine : Dimensionnements généraux de l'appareil, recherche de matériaux adéquats, recherche de fournisseurs, ateliers d'usinage etc.
1 semaine : présentation du concept définitif: Raffinage des solutions et présentation pour acceptation des dimensions et fonctionnement global de l'appareil.

Annick Koiler les Rangiers tel Oa2 426 67 81 Designer industriel 2954 Asuel wttzer and Projet définitif et démarche de travail Résultats -Les orthoplasts incurvés ne donnent pas les résultats escomptés au niveau de la reproductibilité
mais sont confortables (c.f. rapport de S. Gangikla). C'est pourquoi nous abandonnons cette idée, au profit d'orthoplasts droits similaires à ceux de M.Sati, qui eux donnent de bons résultats.
-La nouvelle barre souple ajoutée au prototype 1 donne elle aussi de bons résultats.
-La rigidité de l'appareil 1 à été estimée par F. Boudreauit et S. Gangikia.
(voir annexe.).
~La recherche antropométrique entreprise par Nicole auprès de Francis Forest de l'institut de médecine en antropologle nous a donné suffisamment d'informations pour déterminer un groupe de sujets moyens qu1 seront testés La moyenne des genoux adultes féminins et masculins est de 110.456mm. plus ou moins 12.65mm pour l'écart type. voir tableau c1-dessous. Les dimensions des genoux à tester seront comprises d'une largeur de 98mm à 124 mm au-dessus du genou (v. croquis.).
Count. Mean Std.
H.Dessus 226 515.137 38.681 430- 627 ' enou 226 466.805 34.764 391 549 , H.Cond. Fm 226 406.668 29.958 330 481 ext.
H.Dessous enou Lar.Dessus 226 110.456 5 ' 82 152 enou 226 101.367 8:9-54 80 126 Lar.Cond. 226 96.801 9.51 74 125 Fm ext Lar.Dessous enou Pe;.Dessus 226 389.416 35.702 . 316 504 enou 226 363.336 27.271 305 463 P.Cond. Fm 226 335.257 26.485 . 281 412 ext P.Dessous enou Pv.Dessus 226 126.863 12.679 9g enou _ 17,1 Pv.Coud. 226 121.058 10.792 ~ 95 ISU ' Fm ext 226 109.279 10.843 87 140 Pv. Dessous 78 7.744 12.117 _m ~., v enou Diff cW -int.

a~
Les mesures des efforts appliqués sur l'appareil 1 par différents sujets nous donnent les résultats suivants : Types d'exercices éxécutés .- _ ~x Annick Koller les Rangiers tai Oô2 426 67 8 t ~sâgner ndustr el 2954 suel Switzerland Projet détinjtit et ddmarche de travail Nous avons constaté que Is plus grande dHférence d'6cartement des ortltoplasts se situait entra la flexion avant et l'extension complète de la jambe .
Resultats.
Mesures de l'écartement des orlhoplasts ersonnesextensionflexion difference re a ~l L max L min F max F min av re V

180, 150,75 10 86;96 87,2 11,25 1,25 25,8752 Nioola 5 ' ' . 875 .

188,7 153,25 13,5 - 7?16 ~ 17,2 3,75 39,58 , . 9 8 187 154 13 ' 85 ' ~,5 17,5 4,5 40,25 , 187 10,35 180,7 8,3 77,9. 88,1 17,5 11,2 40,25 25,76 Shategh 187 . 153,7 13,5 91,2 89,8 17,7 4,2 40,71 9,66 Jacques ,2 71,5 154,25 18,25 83,8 88,3522 4,75 50,8 10 177,4 159,9 17,3 ' 74,8 85,3 27,8 10,4 64,17 , 23.92 longueur initiale 148,5 consterne délastic~te 2,3 Croquis des mesuras d'6cartement des orthopiasts:
1 appsreil au repos A long.mtn d'écartement (flexron av.) B long.max. d'écartement (extension compibte) lo Annick Koller les Rangiers tel 03'1 426 67 81 Designer industriel 2954 Asuei Switzerland Projet définitif Ces rdsultats nous permettent d'estimer sur 7 sujets moyens mais très différents la dilatation des tissus en mouvement à compenser par les ressorts ainsi que les force max. et min. que ces mouvements peuvent appliquer sur les dits ressorts.
Shéma de l'écartement des orthoplasts sur le prototype à venir.

' Annick Koller les Rangiers tel OQ2 426 67 81 Designer industriel 2954 Asuel Switzerland Projet définitif Afin d'offrir un appui condyle plus efficace et précis des mesures ont été
prises sur huit sujets aux morphologies très différentes au laboratoiro. Hauteur et longueur sont des coordonnées qui vont de l'axe de l'ortho médlal au centre du condyle de chacun des sujets Les résultats sont les suivants AX L~
c:~e'tHC PUS \l 7E iAL
-'~ ~: '~C
~VN uY L..~ ~
~~ A~llyn, 0~~.
Chemin de l'appui CONDYLE

Annick Koller les Rangiers tel 002 426 67 81 Designer industriel 2954 Asuel Switzerland Projet définitif Solutions finales La présentation des dimensions finales, du fonctionnement général des parties mécaniques et choix des ressorts à commander a été faite le vendredi 6 novembre en présence de J.Deguise et d'autres membres du Iaboratolre.(voir annexe des croquis et dessins présentés).
Matériaux -Le cadre sera une structure tube rectangulaire en fibre de carbone qu1 à
notre avis sera très rigide en flexion et torsion et très légère.
-Les ressorts choisis (v. annexe) sont en acier inoxydable un échantillon a été testé et ne semble pas créer d'interférencs magnétiques. Ils ont été estimés et choisis par B.
Godbout, mais comme certaines données précises pour les choisir manquaient ont pourra les remplacer aisément s'ils ne conviennent pas.
-Le fastrack sera vissé dans son propre.
-Les orthoplasts respectent le dessin de Marwan Sati et seront fabriqués en «
nylon » de manière a glisser dans les logements qui Isur sont destinés et qui sont eux aussi en nylon. Le nylon supporte bien un nettoyage à l'alcool et résiste aux graisse animales.
-Les bottiers principaux seront en p.v.c. qui est une matière plastique assez rigide, facilement usinable et disponible sur le marché.
-l'appui condyle sera fabriqué lui aussi en p.v.c.
-La barre sera fabriquée en « texan » car ce matériau possède une bonne mémoire de forme et pourra subir des flexions répétées , mème avec une épaisseur très mince.
Fonctionnement -Réglages : nous pensons qu'Il suffit juste de déplacer l'orthoplast latéral pour régler la distance d'écartement car l'appui condyle est ajustable dans le même axe lui aussi.
Nous réduisons ainsi le nombre d'opérations.
-Comme dit plus haut l'appui condyle pourra pivoter et être « translaté »
ainsi que bloqué par une petite clé « alleu ». II possèdera aussi un ajustement en profondeur qui se déplacera manuellement à l'aide d'une roulette.
-La barre flexible sera montée sur un axe perpendiculaire aux sens des orthoplasts, ceci lui permettra de s'adapter l'angle « p » de la jambe sans nuire à son r8le premier qui est d'empêcher les mouvements proximo-dlstaux du système par suspension de ce dernier.
-Les ressorts choisis pourront être changés s'il ne conviennent pas par démontage de l'orthoplast en soulevant légèrement leur bottier.
-les cèbles sont munis de petits patches en velcro leur permettant de s'accrocher sur les sangles d'attache, ceci règle le problème d'entrave du câble.

Annick Koller les Rangiers tel OQ2 426 67 81 Dés g~ndûstriel 2954 Asuel Switzerland Projet définitif réalisation 8 nov. au 21 nov.
2 semaines au moins sont nécessaires à la réalisation des dessins techniques définitifs et au raffinage des mécanismes.
C'est Borislav Anguelov qul est chargé de la production des dessins AUTOCAD, le concept est assez complexe et tient sur des ajustements et assemblages précis, aussi nous pensons qu'une fraiseuse CNC est nécessaire pour la production de certaines pièces.
Pendant ce temps je m'occuperai des commandes et choix des matériaux , chercher et transporter ces derniers, assurer la planification et le contr3le du projet.
Prototype : 22 nov. au 5 déc.
2 semaines minimum sont n6cessairos à la réalisation du prototype.
Débitage , moulage, ponçage, ajustement des pibces à produire et disponibilité
de l'atelier sont relativement estimables.

.
Annick Koller les Rangiers tel 032 426 6' 8 t Designer industriel 2954 Asuel Switzerland Système de maintien pour le genou Protocole d'installation des appuis Attention 1 Vérifier si l'appui condyle est desserré au niveau de l'axe de rotation , au besoin le dévisser absolument.
1. Repérer les 3 appuis sur la Jambe du sujet -Appui condyle sur le centre du condyle médiat .
-orthoplasts médiat entre le vastus médialis et le tendon sartorius.
-l'orthoplast latéral entre la bande illo tibiale et le biceps fémoris un peu au dessus du condyle.
;~

~/~sT~s N~çDSALi~
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