FR2559376A1

FR2559376A1 - Dispositif de visee des orifices de verrouillage de clous chirurgicaux

Info

Publication number: FR2559376A1
Application number: FR8402095A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-02-10
Filing date: 1984-02-10
Publication date: 1985-08-16

Abstract

LE DISPOSITIF DE VISEE DES ORIFICES DE VERROUILLAGE 2 D'UN CLOU 1 COMPORTE UN CAPTEUR 5 PRESENTANT UNE PARTIE DESTINEE A S'ENGAGER DANS LE CLOU 1 ET CONSTITUEE ELLE-MEME D'UN TRAIN DE TIGES 7 ARTICULEES LES UNES SUR LES AUTRES PAR DES ARTICULATIONS 11 EQUIPEES DE JAUGES DE DEFORMATION, ET D'UN ORGANE DE ROTATION 8 DU CAPTEUR DANS LE CLOU 1. LE CAPTEUR 5 COMPORTE EGALEMENT UNE PARTIE EXTERNE MONTEE PIVOTANTE 16 DANS UN SUPPORT 6 FIXE SUR LE CLOU 1, ET DONT UNE QUEUE 17 PORTE DES MOYENS DE SOLIDARISATION 18 A UN CADRE DE VISEE, MUNI DE CANONS DE GUIDAGE. LE CAPTEUR 5 MESURE AU MOINS UNE FLECHE DE FLEXION DU CLOU 1 ET, APRES UNE ROTATION CONTROLEE DU CAPTEUR 5, QUI ANNULE LA FLECHE MESUREE, LA FIXATION DU CADRE DE VISEE SUR LE CAPTEUR 5 POSITIONNE AUTOMATIQUEMENT L'AXE DES CANONS DE VISEE DANS L'ALIGNEMENT DE L'AXE DES ORIFICES DE VERROUILLAGE 2 DU CLOU 1. APPLICATION A L'ENCLOUAGE CENTRO-MEDULLAIRE VERROUILLE DES OS LONGS.

Description

La présente invention se rapporte a un dispositif
de visée des orifices de verrouillage de clous chirurgicaux
du type utilisé pour l'enclouage centro-médullaire verrouillé
des os longs.

En chirurgie orthopédique et en traumatologie, il
est bien connu de réduire certaines fractures des os longs, - tels que le tibia et le fémur, en particulier, ainsi que de
traiter des pseudarthroses, des cals vicieux des extrémités
et des ostéotomies d'allongement et de raccourcissement par
la mise en oeuvre de la technique de l'enclouage centro-médul
laire verrouillé.Cétte technique suppose l'introduction,
dans le canal médullaire d'un os long a traiter, d'un clou
chirurgical ayant la forme d'un clou tubulaire allongé, recti
'igne ou légèrement incurvé (afin de mieux convenir à un os
iong présentant une courbure physiologique), qui présente
une fente longitudinale permettant son enclavement élastique
dans le canal médullaire, et dont l'alésage interne est cylin
drique et de section transversale trifoliée (ou en forme de
trèfle).A l'une de ses parties d1 extrémité, qui est l'extré
mité proximale, le clou, dont l'aspect général externe est
sensiblement celui d'un cylindre en acier inoxydable fendu
longitudinalement, présente une tête évasée, généralement
avec deux méplats externes et une forme interne tronconique,
ainsi que des moyens de solidarisation, tels qu'un taraudage
d'un tronçon cylindrique associé à la tête évasée, permettant
de fixer au clou, par boulonnage, un matériel d'enclouage
encastré dans la tête évasée, ainsi qu'un matériel de visée
si le clou est de type verrouillable, c'est-à-dire s'il
présente, à sa partie d'extrémité proximale et/ou à sa partie
d'extrémité distale (qui se termine par une pointe tronconique,
afin de faciliter la progression du clou dans le canal médul
laire de l'os) au moins un orifice de passage d'une vis de
verrouillage transfixiant l'os et le clou intra-médullaire.

En général, ltextremité distale présente deux orifices de
verrouillage transversaux, c'est-à-dire d'axe perpendiculaire à l'axe longitudinal du clou, tandis que l'extrémité proximale présente un orifice d'axe incliné sur l'axe longitudinal et un ou deux orifices transversaux, et les vis de verrouillage reçues dans ces orifices sont auto-taraudeuses.

La mise en place des vis est assurée à l'aide de deux dispositifs de visée. La ou les vis de l'extrémité proximale est ou sont mises en place à travers un cadre de visée muni d'un chasse-clou et d'une enclume, et solidarisé au clou par un boulon. Ce cadre de visez porte autant de canons de guidage qu'il y a d'orifices dans l'extrémité proximale du clou, et chaque canon guide une douille permettant de placer successivement en regard d'un orifice correspondant et dans l'axe de cet orifice, un pointeau d'amorce du perçage, une mêche, puis la vis correspondante.En raison de la faible ~distance qui sépare les orifices du clou et les canons de guidage de la tête évasée du-clou,sur laquelle le cadre de visée est fermement solidarisé, le repérage direct par l'extérieur des orifices de l'extrémité proximale du clou ne pose pas de problème.

Il n'en est pas ainsi pour ce qui concerne le repérage des orifices de l'extrémité distale du clou, en raison, d'une part, de la plus grande distance qui les sépare de la tête du clou (seule partie visible de l'extérieur après introduction dans le canal médullaire) et, d'autre part, des déformations du clou dans le canal médullaire. Pour cette raison, la mise en place des vis de verrouillage dans les orifices de l'extrémité distale du clou est actuellement précédée d'un repérage radiographique de la position et de l'orientation de ces trous.On utilise à cet effet un cadre de visée portant des canons de guidage en nombre égal au nombre d'orifices
(en général deux) et monté sur une embase basculante fixée à un appareil de radiographie mobile à amplification de brillance, de sorte qu'un canon de guidage soit maintenu centré sur l'axe du rayonnement principal de la source émettrice et se projette selon un cercle au centre de l'écran.

Puis, l'opérateur fait basculer l'ensemble mobile jusqu'à obtenir une image parfaitement circulaire de l'orifice du clou, et superpose ensuite l'images circulaire..de-l'orifice et du canon par un déplacement approprié de l'amplificateur de brillance, auquel est solidarisé le cadre de visée ainsi convenablement positionné. Afin de diminuer le risque d'irradiation lié à l'utilisation de cet appareillage, des mesures de radioprotection doivent être prises, telles que le port de tablier. en plomb, la focalisation optimale du rayonnement, la diminution du temps de scopie, ce qui peut être obtenu par l'utilisation d'un appareil de radioscopie à mémoire.

Le cadre de visée a également pour effet d'éloigner la main du chirurgien du rayonnement principal et de faciliter le verrouillage, donc de diminuer la durée de la scopie. Cependant,ces mesures ne suppriment pas totalement le risque d'irradiation, du fait d'un certain manque de rigidité du montage du cadre de visée sur l'amplificateur de brillance, ce qui peut entratner une modification de la visée, du fait également du serrage des freins, destinés à immobiliser l'appareillage mobile en bonne position de superposition des images circulaires, mais qui entraient presque toujours une modification du positionnement, de sorte qu'après chaque manipulation, le positionnement doit entre contrôlé et, éventuellement, réajusté.La technique actuellement mise en oeuvre fait ainsi non seulement courir un danger certain d'irradiation, mais suppose l'utilisation délicate d'un appareil de radiologie mobile, à amplificateur de brillance et à mémoire, qui est un appareil complexe, lourd, comateux à l'achat comme à l'entretien, ainsi que d'une table orthopédique spécialement conçue pour cette utilisation.

Par la présente invention, on se propose de remédier à ces inconvénients, et l'invention a pour objet un dispositif de visée des orifices de verrouillage des clous chirurgicaux, qui élimine totalement le besoin d'un appareil de radioscopie, et qui est d'une structure plus simple et bien moins coûteuse que celle de ce dernier, ainsi que d'une utilisation plus aisée et permettant simultanément un gain de temps appréciable.

Le principe à la base du dispositif de repérage de la position et de l'orientation des orifices de réception de vis de verrouillage de clous pour enclouage centro-médullaire consiste à associer un clou à un cadre de visée externe et à effectuer un repérage depuis l'extérieur, en tenant compte, à l'aide d'un capteur extensométrique et d'un bottier électronique associé, de la déformation du clou lors de sa pénétration dans l'os. Le dispositif selon l'invention mesure la déformation du clou afin de repérer au moins les orifices transversaux de l'extrémité distale du clou (comme la position des orifices de l'extrémité proximale n'est pratiquement pas changée, la technique actuellement utilisée pour le repérage de ces orifices peut être conservée).

A cet effet, le dispositif selon l'invention comprend
a) un cadre de visée portant un canon de perçage pour chacun des orifices de verrouillage de la seconde partie d'extrémité ou partie d'extrémité distale du clou, et des moyens de solidarisation, et se caractérise en ce qu'il comprend de plus
b) un capteur extensométrique en deux parties solidaires l'une de l'autre, dont l'une est une partie interne destinée à être essentiellement engagée dans l'alésage du clou, et l'autre est une partie externe destinée à être maintenue hors du clou,
c) un support de capteur, destiné à loger au moins partiellement la partie externe du capteur, et présentant des moyens de solidarisation complémentaires de ceux du clou, afin de permettre la fixation du support sur le clou,
d) des organes de réglage et de blocage du capteur en position par rapport au support; et
e) un boîtier de traitement et d'affichage des mesures du capteur, le capteur étant tel que sa partie interne comprend un ensemble, rigide en torsion, de tiges articulées bout à bout, et dont l'extrémité interne, située du côté opposé à la partie externe du capteur, est solidaire d'un organe de rotation destiné à venir en contact avec l'alésage trifolié du clou afin de suivre le profil de ce dernier, de façon à repérer la rotation du capteur, et présente un orifice transversal dont l'axe, perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'ensemble de tiges lorsque les tiges sont alignées, est un axe d'orientation qui est orienté parallèlement à l'axe de l'orifice de verrouillage du clou par la coopération de l'organe de rotation du capteur et de l'alésage trifolié du clou, lorsque le capteur est engagé dans le clou préalablement introduit dans le canal médullaire de l'os, l'ensemble de tigoeétant tel que les tiges adjacentes sont articulées deux à deux autour d'axes qui sont alternativement parallèles à deux axes transversaux, perpendiculaires entre eux et à l'axe longitudinal de l'ensemble de tiges, et dont l'un est l'axe d'orientation, et au moins les articulations autour d'axes parallèles à l'axe d'orientation sont équipées de jauges de déformation couplées au bottier, afin de mesurer et d'afficher au moins une coordonnée de l'extrémité interne du capteur selon l'axe transversal perpendiculaire à l'axe d'orientation, la partie externe du capteur comprenant une rotule par laquelle le capteur est monté tourillonnant sur le support autour d'un axe parallèle à l'axe d'orientation, et des moyens de solidarisation complémentaires de ceux du cadre de visée, afin de permettre la fixation du cadre de visée sur le capteur, avec un calage angulaire tel que l'axe du canon de perçage du cadre de visée soit parallèle à l'axe d'orientation, les organes de réglage et de blocage du capteur en position sur le support étant destinés à entraîner la rotation du capteur autour de l'axe de sa rotule, jusqu'à l'annulation de la coordonnée affichée par le bottier, et le blocage dans cette position.

Afin de permettre un bon repérage de la rotation du capteur, l'organe de rotation du capteur est un tripode dont chacune des trois saillies radiales est destinée à s'engager dans l'un des trois lobes de la section trifoliée de l'alésage du clou, et, avantageusement, pour que cette rotation soit bien transmise à l'ensemble du capteur, l'organe de rotation du capteur est percé par l'orifice transversal du capteur et est solidaire de la dernière tige, à l'extrémité interne de l'ensemble de tiges du capteur.

Un réglage très aisé du capteur, afin d'annuler la composante mesurée de la flexion du clou, peut être réalisé si, de plus, la rotule de la partie externe du capteur se prolonge, du côté opposé à la partie interne, par une queue cylindrique portant, à son extrémité, les moyens de solidarisation et de calage angulaire du capteur sur le cadre de visée, la queue cylindrique et la rotule étant logées dans l'alésage central du support de capteur, de forme tubulaire, dont la paroi est traversée radialement par au moins deux vis de réglage, constituant les organes de réglage et de blocage du capteur en position dans le support, et entre lesquelles la queue est destinée å être bloquée.

Dans une forme de réalisation de structure simple, les tiges adjacentes de la partie interne du capteur sont reliées par des articulations à pivot fictif, dont chacune est constituée par une lame mince encastrée par chacune de ses deux extrémités longitudinales dans l'une des deux tiges qu'elle articule l'une par rapport à l'autre, autour d'un axe fictif d'articulation passant par l'intersection des axes des deux tiges. Dans ce cas, seules les lames minces dont l'axe fictif d'articulation est parallèle à l'axe d'orientation sont équipées de jauges de déformation montées sur les deux faces des lames.

On obtient un traitement et un affichage avantageux des mesures du capteur en cablant l'ensemble des jauges de déformation selon un demi-pont de Wheatstone, tel que sur chacune des deux branches du demi-pont qui sont adjacentes par une borne du galvanomètre, les jauges de déformation fixées sur les faces situées d'un même côte des articulations sont montées en série, le demi-pont complémentaire étant monté dans le bottier et tel que deux résistances égales et constantes sont montées chacune sur l'une de ses deux branches adjacentes par l'autre borne du galvanomètre, tandis qu'une résistance réglable, destinée à l'équilibrage du pont lorsque les tiges du capteur sont alignées, est montée sur l'une de ses deux branches.Une telle réalisation est avantageuse non seulement sur le plan de la simplicité de réalisation, mais également sur celui de la facilité de lecture si, de plus, la tension électrique mesurée au galvanomètre du pont de
Wheatstone est sensiblement proportionnelle à la flèche du capteur selon l'axe transversal perpendiculaire a l'axe d'orientation.

Dans un premier mode de réalisation, ceci est obtenu avec des jauges de déformation qui sont toutes identiques, tandis que les lames d'articulation présentent des caracté- ristiques dimensionnelles variables#, telles que le rapport de l'épaisseur de chaque lame à la distance entre les deux tiges que cette lame relie est proportionnel à la distance séparant le milieu de la lame del'extrémité interne du capteur. Mais, il est également possible, selon un second mode de réalisation, que toutes les lames d'articulation soient identiques, tandis que les jauges de déformation sont différentes d'une articulation à l'autre, les jauges de plus grande résistance étant montées sur les articulations les plus éloignées de l'extrémité interne du capteur.

La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages et caractéristiques de l'invention appa raftront à la lecture de la description qui suit d'un exemple particulier de réalisation, donné à titre non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une vue schématique d'un clou déformé qui permet d'expliquer le principe de la visée,
- la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale du capteur du dispositif selon l'invention et du support de capteur en position par rapport à un clou déformé;;
- la figure 3 est une vue schématique, en coupe longitudinale partielle, de l'extrémité interne du capteur du dispositif de la figure 2,
- la figure 4 est une vue en coupe transversale selon
IV-IV de la figure 3,
- la figure 5 est une vue schématique en projection dans un plan et en coupe longitudinale du clou et du capteur, destinée à la compréhension du principe de visée,
- les figures 6 et 7 sont des schémas explicatifs des approximations de mesure du capteur,
- les figures 8 et 9 sont des vues de détail représentant une articulation entre deux tiges, respectivement sous l'effet d'un moment de flexion et au repos, l'articulation de la figure 9 étant équipée de jauges de déformation sur les deux faces,
- la figure 10 est une vue du cablage électrique des jauges de déformation du-capteur, et
- la figure 11 est une vue schématique en plan du dispositif complet, dont le capteur est engagé dans un clou.

Lors de son introduction dans le canal centromédullaire, un clou subit une déformation élasto-plastique qui peut être importante, en raison de son élasticité due notamment à sa fente longitudinale et nécessaire pour éviter son blocage et l'éclatement de l'os, et en raison des différences de courbure du clou et de l'os en présence. Le dispositif de visée met en oeuvre une technique dont le principe repose sur l'étude de la déformation du clou introduit dans le canal médullaire, et le dispositif a pour fonction essentielle de déterminer certaines composantes de cette déformation dans le but d'effectuer l'enclouage verrouillé.Cette déformation présente trois composantes, qui sont un vrillage, ou rotation de la section droite par rapport à l'axe du clou, qui est lié à la fente longitudinale du clou conférant à ce dernier une élasticité nécessaire pour qu'il épouse une courbure physiologique importante, en particulier celle du fémur, et deux flèches de flexion du clou mesurées dans deux plans perpendiculaires. Dans le cas de l'enclouage fémoral, le vrillage ou la rotation d'une extrémité du clou par rapport à l'autre atteint souvent 30 , et les flèches du clou atteignent 20 mm environ, si le clou est pré-courbé à la forme de l'os.

Sur la figure 1, on a représenté le repère de base orthonormé OXYZ fixé à la tete évasée ou extrémité externe du clou 1, ce repère étant choisi de telle sorte qu'avant la déformation du clou 1, lors de son-introduction dans le canal médullaire, l'axe OX soit l'axe longitudinal du clou et l'axe OZ soit parallèle à l'axe transversal de l'orifice de verrouillage 2 ménagé dans 11 extrémité interne du clou 1. La déformation du clou lors de son introduction se traduit par une torsion autour de l'axe OX, une flexion dans le plan OXY et une flexion dans le plan OXZ, ce qui entrain un changement des coordonnées du point O' situé initialement à l'intersection de l'axe OX et de l'axe transversal de l'orifice 2, et de coordonnées initiales (X, O, O).

Les nouvelles coordonnées du point O' sont (X1, Y1, Z1). La déformation du clou 1 entrasse également une modification de l'orientation de l'axe de l'orifice de verrouillage 2 du clou 1, qui n'est plus parallèle à OZ, principalement du fait de la torsion du clou 1, et secondairement du fait des deux flexions du clou 1. X1 étant la longueur du clou choisi, il suffit de connaître Y1 et Z1 pour connaître un point situé sur l'axe d'orientation de l'orifice de verrouillage 2 du clou 1. Les deux flèches Y1 et Z1 peuvent être mesurées par l'introduction dans le clou 1 d'un capteur constitué de plusieurs tiges articulées entre elles dans deux plans transversaux perpendiculaires, et équipé de jauges de déformation montées sur les articulations.Cependant, comme un cadre de visée doit pouvoir être adapté sur le capteur, ce dernier est nettement plus long que le clou 1. D'autre part, pour une flexion du clou 1 de l'ordre de 20 , ce qui est intolérable sur le plan clinique, dans le plan passant par le centre
O du trièdre et par l'axe d'orientation de l'orifice de verrouillage 2, le déplacement de l'extrémité du clou est de l'ordre de 4 cm, pour un clou de dimensions moyennes, sur un arc de cercle de grande courbure (environ 60 cm) si le centre est choisi au point d'adaptation du cadre de visée sur le clou 1, ce qui entraine une modification de la visée de l'ordre de 0,03 mm, si l'on se place sur l'axe d'orientation de l'orifice de verrouillage 2, et ceci est tout à fait négligeable.

Pour ces raisons, on peut admettre deux approximations, à savoir que l'axe d'orientation de l'orifice de verrouillage 2 reste dans un plan parallèle au plan OYZ, et quela coordonnée Z1 peut être négligée.

Si l'on considère à présent un nouveau repère orthonormé OXY'Z' qui se déduit du repère OXYZ par une rotation autour de l'axe X telle que l'axe d'orientation de l'orifice de verrouillage 2, après déformation, soit parallèle à OZ', les nouvelles coordonnées du point O' sont (X2, Y2, O). Comme précédemment, compte tenu du fait que la courbure du clou après déformation reste dans des limites raisonnables, on peut considérer que X2 = X1. En conséquence, la connaissance de la coordonnée Y2 suffit å repérer complètement le point
O' situé sur l'axe d'orientation de l'orifice de verrouillage.

Si, à présent, on considère un troisième repère orthonormé OX"Y"Z' qui se déduit du second trièdre OXY'Z' par une rotation autour de l'axe OZ' et telle que le point 0' ait pour coordonnée (X3,0,0), et si comme précédemment, on fait l'ápproximation suivante : X3 = X2 = X1, l'axe d'orientation de l'orifice de verrouillage se déduit, dans ce troisième repère, de l'axe OZ' par une translation de valeur X1 et de direction
On comprend ainsi que le repérage de l'axe d'orientation de l'orifice de verrouillage 2 de l'extrémité distale du c#lou 1, par rapport à l'extrémité proximale visible du clou 1 peut être obtenu par la mesure d'une seule flèche, à la condition que le capteur de mesure soit soumis au même vrillage que l'extrémité distale du clou en étant introduit dans ce dernier.La composante de torsion n'a pas besoin d'être mesurée, il suffit que l'extrémité interne du capteur suive la déformation en rotation du clou, et la transmette à l'ensemble du capteur. A la suite de cette mesure, il suffit d'effectuer une rotation contrôlée du capteur, de sorte que la coordonnée mesurée soit annulée, pour pouvoir immédiatement déduire, par une translation d'amplitude et de direction connues, la position de l'axe d'un orifice de verrouillage de l'extrémité distale du clou 1.

Cette séquence peut être réalisée à l'aide du dispositif représenté sur les figures suivantes, en particulier les figures 2 à 4 et 8 à 11. Sur la figure 2, on a représenté un capteur 5 et un porte-capteur 6 de ce dispositif. Le capteur 5 comporte une partie interne qui s'engage dans le clou 1, par la tette évasée 3 de l'extrémité proximale de ce dernier, et s'étend jusqu'au voisinage de l'extrémité distale du clou 1, qui présente deux orifices de verrouillage 2 d'axe transversal.Cette partie interne du capteur 5 comporte un train de petites tiges cylindriques 7, articulées bout à bout et, à son extrémité interne au clou 1, un organe de rotation en forme de tripode 8 ayant une section transversale en forme de trèfle qui correspond à celle du clou 1, comme cela est représenté sur la figure 4, c'est-à-dire que chacune des trois parties arrondies en saillie radiale du tripode 8 est engagée avec un faible jeu dans l'un des trois lobes de la section transversale du clou tubulaire
L présentant une fente longitudinale 4, de sorte que ce tripode 8 tourne autour de son axe en suivant le profil vrillé du clou 1, lors de l'introduction du capteur 5 dans le clou 1.Le tripode 8 est percé d'un orifice transversal 9 et est fixé par une vis 10 contre l'extrémité de la dernière tige 7 du capteur 6 (voir figure 3). L'orientation de l'axe de l'orifice transversal 9 de l'extrémité interne du capteur 5 est telle qu'avant son introduction dans le clou 1, en configuration de repos du capteur 5, dans laquelle les tiges 7 sont alignées, cet axe soit parallèle à l'axe d'orientation transversal des orifices de verrouillage 2 du clou 1 non déformé, ce qui peut etre repéré au niveau de la tette évasée 3 en se référant par exemple à deux méplats latéraux parallèles l'un à l'autre et perpendiculaires à l'axe des orifices 2 du clou 1 non déforme. De ce fait, lorsque la partie interne du capteur 5 est introduite dans le clou 1 déformé, le tripode 8 a pour fonction de présenter le capteur 5 dans le clou 1 de telle sorte que l'orifice transversal du capteur ait son axe parallèle à l'axe d'orientation des orifices 2 de verrouillage du clou 1. Les articulations qui relient deux tiges 7 voisines sont du type à pivot fictif et ne comportent pas d'axe d'articulation matériel. Ces articulations sont constituées par des lames minces 11 encastrées chacune par ses deux extrémités axiales dans les faces en regard des deux tiges 7 que chaque lame 11 relie, comme représenté sur la figure 8. Lorsqu'elle est soumise à un moment de flexion constant, chaque lame 11 prend la forme d'un arc de cercle, et l'axe fictif d'articulation se trouve en 12 à l'intersection des axes longitudinaux des tiges 7, entre lesquelles la lame 11 est encastrée.Une telle articulation a pour avantages qu'elle est peu coûteuse à réaliser, qu'elle ne présente pas de Jeu et qu'elle peut facilement être équipée de jauges de déformation. Les lames 11 sont ainsi montées qu'au repos, lorsque les tiges 7 sont.alignées, les lames 11 sont perpendiculaires deux à deux et présentent donc des axes d'articulation fictifs qui sont alternativement parallèles à l'axe transversal de l'orifice 9 du capteur 5 et à l'axe transversal perpendiculaire à l'axe de l'orifice 9 et à l'axe longitudinal du capteur 5, de sorte que le train de tiges 7 articulées entre elles présente une certaine souplesse en flexion dans toutes les directions, tout en étant suffisamment raide en torsion.Ainsi, la partie interne du capteur 5 constitue un système mécanique se comportant comme une tige souple dans toutes les directions mais rigide en torsion, munie à sa tête d'une pièce tripode 8 qui suit la forme en trèfle de la section du clou 1 et le vrillage de ce dernier, de sorte qu'au fur et à mesure de l'introduction de cette tige dans le clou 1 déformé, l'extrémité externe au clou 1 de cette tige est entrarnée en rotation sur ellemême d'un angle qui détermine l'angle de vrillage du clou 1 et donc l'angle de pivotement de l'axe des orifices de verrouillage 2. Les tiges 7, et bien entendu les articulations 11, doivent être prévues en nombre suffisant, compte tenu de la longueur du clou 1, pour qu'a aucun moment le capteur 5 ne puisse se coincer dans le clou 1.De plus, le diamètre des tiges est tel que l'encombrement de la partie interne du capteur 5 permette son introduction sans coincement dans des clous 1 de petit diamètre. Toutes les lames d'articulation 11 dont l'axe fictif d'articulation est parallèle à l'axe d'orifice 9 du capteur 5 (c'est-à-dire une lame 11 sur deux alternativement) sont équipées sur leurs deux faces planes de jauges de déformation, et l'on désigne par les références Ji et i les jauges fixées de part et d'autre de la lame d'articulation d'ordre i dans le train de tiges 7, cette lame 11 ayant une épaisseur hi et une partie de longueurbi entre ses deux encastrements dans les deux tiges 7 qu'elle relie, comme cela est représenté sur la figure 9.La fonction des jauges Ji et J'i est de mesurer la déformation de la lame 11 correspondante et fléchie. Ces jauges sont d'un type bien connu et constituées chacune d'une résistance électrique encapsulée dans un support isolant. L'ensemble est collé sur une face d'une lame 11 dont on veut mesurer la déformation.

La résistance électrique est formée par une grille très fine de fil métallique conducteur, et cette grille se déforme avec le support sur lequel elle est collée de sorte que sa résis- tance électrique varie, le dessin de la grille étant tel que la jauge soit uniquement sensible aux déformations dans une direction donnée, et en général à la déformation d'allongement suivant l'axe principal de la grille. Comme les différents modèles standard de jauges de ce type ont des surfaces qui varient de 1 mm2 à plusieurs cm2, il est possible d'équiper les lames 11 de jauges d'une taille standard.De plus, il est à noter que ces jauges supportent des températures comprises entre - 200C et + 2000C, que leur support isolant est insensible aux solvants usuels, tels que l'eau, la vapeur d'eau, l'éther, l'alcool, le trichloréthylène, etc...., et, en conséquence, que la stérilisation du capteur 5, dont les jauges constituent les composants les plus délicats, ne présente aucun danger de détérioration.

L'ensemble des jauges Ji et J'i est cablé selon un demi-pont de Wheatstone, comme cela est représenté sur la figure 10, de telle sorte que toutes les jauges J1, J2....Jn situées d'un même coté de l'axe longitudinal du capteur 5 sont montées en série sur l'une des deux branches adjacentes par une borne commune 13 de ce demi-pont, tandis que toutes les jauges J'1, J'2*- -J'n situées de l'autre côté de l'axe longitudinal du capteur 5, sont montées en série sur l'autre branche de ce demi-pont.Le demi-pont de Wheatstone complé mentaire est monté dans un boiter électronique 14, associé au capteur 5, et qui comprend deux résistances électriques constantes et égales R, montées chacune sur l'une des deux branches adjacentes par une borne commune 15 de ce demi-pont du boiter 14. De plus, une résistance électrique variable r, destinée a l'équilibrage du pont en configuration de repos, lorsque les tiges 7 sont alignées, est montée en série avec une résistance R sur l'une des branches du demi-pont du boîtier 14, qui comprend également le galvanomètre du pont de Wheatstone, agencé en voltmètre V à lecture directe. La résistance réglable r est ajustée pour qu'au repos la différence de potentiel lue sur le voltmètre V soit nulle.

En se référant à nouveau à la figure 2, le capteur 5 comporte également une partie externe au clou 1 et qui comprend une rotule 16, à laquelle est solidarisée la première tige 7 de la partie interne du capteur 5, une queue cylindrique 17, également solidarisée à la rotule 16, mais du côté opposé à la première tige 7, et coaxiale å cette tige 7, ainsi qu'un mécanisme de fixation 18, porté à l'extrémité de la queue 17 et destiné à la fixation sur le capteur 5, avec un calage angulaire invariable et prédéterminé, d'un cadre de visée décrit ci-dessous.La rotule 16 et la majeure partie de la queue 17 sont logées dans un alésage de grand diamètre du porte-capteur 6, de forme tubulaire, dont l'extrémité tournée vers le clou 1 présente une partie tronconique, engagée dans lawtête évasée 3 du clou 1, et un tronçon d'extrémité cylindrique extérieurement fileté, qui est vissé dans le taraudage interne du clou 1, en position adjacente à la tête 3, afin de fixer le porte-capteur 6 au clou 1. La première tige 7 du capteur 5, qui est fixée à la rotule 16, traverse un alésage de petit diamètre percé dans la partie tronconique et dans le tronçon cylindrique fileté du support 16. Les deux alésages de ce dernier se raccordent par une portée en calotte sphérique, contre laquelle est appliquée la rotule 16, afin de faciliter la rotation de l'ensemble du capteur entrafné par la rotation du tripode 8 dans le clou 1. Au voisinage de l'extrémité libre du support 6, la paroi de ce dernier est radialement traversée par deux vis de réglage et de blocage 19, dirigées l'une vers l'autre, dont les têtes peuvent être manoeuvrées de l'extérieur de sorte que la queue 17 du capteur 5 soit bloquée dans une orientation voulue. Ces vis 19 sont positionnées de manière à constituer des vis de réglage de l'orientation du capteur 5 autour d'un axe transversal de la rotule 16 qui est parallèle à l'axe de l'orifice transversal 9 de l'extrémité interne du capteur 5.

Si l'on considère à présent un repère orthonormé
AXYZ lié à l'extrémité externe du capteur de sorte que AX soit l'axe longitudinal du capteur 5 au repos (tiges 7 alignées) et que AZ soit parallèle à l'axe transversal de l'orifice 9 du capteur, on comprend, après l'introduction du capteur 5 dans le clou 1 et du fait de la fonction remplie par le tripode 8, qui fait. tourner le capteur 5 de la valeur de l'angle de pivotement de l'axe d'orientation des orifices de verrouillage 2, lors de la déformation du clou 1, que AZ reste parallèle a l'axe des orifices 2 du clou 1 et, d'une manière plus générale, que le trièdre AXYZ soit d'axes parallèles à ceux du trièdre OXY'Z' de la figure 1, c'est-à-dire que le trièdre AXYZ se déduise du trièdre OXY'Z' par une translation de valeur OA. Ces conditions permettent de ramener le problème du repérage de l'axe d'orientation des orifices de verrouillage 2 à un problème de détermination des coordonnées du point 0' en géométrie plane.

Sur la figure 5, on a représenté une projection du clou 1 et du capteur 5 dans le plan AXY, perpendiculaire à l'axe des orifices de verrouillage 2 et à celui de l'orifice 9 du capteur 5. La projection de ces deux derniers axes dans le plan AXY donne deux points ayant respectivement pour coordonnées (Xv, Yv) qui correspondent aux coordonnées (X2, Y2) dans le plan OXY' de la figure 1, et (Xt, Yt). il suffit donc de déterminer Xv et Yv pour connaître la position de l'axe
v d'orientation des orifices de verrouillage 2, ce qui est équivalent à la détermination des coordonnées Xt et Yt de l'ori- fice 9 du capteur 5 puisque, par construction, on connaît la distance séparant l'orifice 9 du capteur 5 de chacun des orifices 2 du clou 1.L'axe des orifices 2 se déduit donc, par une translation connue par construction, de l'axe de l'orifice 9, qui est déterminé à l'aide du capteur 5. En effet, les coordonnées Xt et Yt sont déterminées en adoptant les approximations suivantes : on suppose que, vues en projection dans le plan AXY, les lame d'articulation 11 d'axe fictif parallèle à AY sont alignées avec les tiges 7 qu'elles relient, et que l'abscisse Xt ne dépend pas des angles de rotation dus dus i-ars aux flexions des lames 11 d'axe fictif parallèle à
AZ, entre deux tiges 7 reliées par ces lames 11 dont l'axe fictif d'articulation est parallèle à AZ.

Cette dernière approximation est raisonnable pour autant que les angles ci d'inclinaison-sur l'axe AX des paires successives de tiges 7 reliées par une lame 11 d'axe d'articulation parallèle à AY et alignées avec elle, sont petits, ce qui est lecas rencontré dans la pratique. Comme on le comprend en se référant à la figure 6, qui schématise la flexion du capteur 5 dans le plan AXY, l'abscisse Xt est donnée par la formule (1)

c'est-à-dire que Xt est égal à la longueur, connue par construction, qui sépare ltorifice 9 du capteur 5 de l'extrémité externe de ce capteur 5.De même, en se référant à la figure 7, qui schématise de la même manière la flexion du capteur 5 dans le plan AXY, et sur laquelle on a désigné par Li la distance qui sépare la lame 11 d'axe d'articulation parallèle à AZ et d'ordre i de l'orifice 9 du capteur 5, on obtient que l'ordonnée Yt est donnée par la relation (2)

La seule mesure à effectuer à l'aide du capteur 5 est donc l'ordonnée Yt, qui est approximativement égale à la somme des produits Liai. Cette conclusion correspond à celle qui résulte des explications données en référence à la figure 1, et selon laquelle la seule mesure à effectuer est la flèche Y2 de la trace de l'axe de l'orifice de verrouil lage 2 dans le plan OXY'.

Sur le capteur 5 engagé dans le clou 1 déformé, l'angle de rotation ai, au niveau de l'articulation équipée des jauges Ji et J'ils et la déformation si subie par une jauge sont liés par la relation (3)
b
ai =2 hi #i
De plus, la résistance électrique Ri ou R'. d'une jauge J.

i i. i ou J'i varie en fonction de sa déformation #i selon la relation (4)

oû k. est le facteur de jauge. Le capteur 5 étant en place dans le clou 1, la différence de potentiel V lue sur le voltmètre du boiter 14, est donnée par la relation (5)

En prenant des jauges identiques de part et d'autre de chaque lame 11 instrumentée , la relation (5) se simplifie selon la relation (6)

Comme les jauges ne subissent qu'une variation très faible de résistance électrique au cours de leur déformation, on peut admettre l'approximation donnée par la relation (7)

où R0 est une constante.

De la relation (3) on déduit la relation (3')

et en tenant compte de la relation (4), on en déduit la relation (8)

Pour que la tension V soit proportionnelle à la flèche

il faut que

soit une constante.

Cette condition peut être réalisée de différentes manières.

On peut prendre, pour toutes les articulations 11, des jauges identiques. Il faut alors jouer sur la géométrie des articulations 11 pour satisfaire cette condition, de sorte que hi soit proportionnel à Li. On peut également utiliser des bi jauges différentes pour chaque articulation 11. Pour les jauges usuelles, le facteur de jauge k i est toujours proche de 2. Les résistances des jauges sont normalisées et les valeurs les plus courantes sont 12Os1, 350 Q et 500
D'une façon pratique, la condition de proportion nalité de la tension à la flèche mesurée sera réalisée en jouant à la fois sur ces deux possibilités. Les jauges de grande résistance seront employées au niveau des articulations 11 les plus éloignées de l'orifice 9 du capteur 5.

La flèche Yt ayant été mesurée, on modifie ensuite le réglage des vis 19 afin d'orienter la queue 17 du capteur 5 de telle sorte que la flèche mesurée soit annulée, ce qui correspond à la rotation d'axe OZ' permettant le passage du repère OXY'Z' au repère OX"Y"Z' sur la figure 1. Le repère
AXYZ lié au capteur 5 se déduit alors du repère OX"Y"Z' par une transaltion OA, connue par construction. On fixe alors le cadre de visée 20 sur le mécanisme de fixation 18, comme représenté sur la figure 11. Ce cadre de visée 20 a une forme générale en L et se fixe par son petit bras sur l'extrémité externe du capteur 5, de sorte que les deux canons de visée 21, dont la position axiale le long du grand bras du cadre 20 est déterminée par construction pour être au niveau des orifices de verrouillage 2 du clou I, ont leur axe automatiquement aligné avec l'axe de l'orifice de verrouillage 2 correspondant.

Il est ensuite possible de percer à travers les canons 21, de la manière usuelle. Afin d'assurer le positionnement automatique et convenable du cadre 20 sur le capteur 5 engagé dans le clou 1, le mécanisme 18 est par exemple constitué d'un embout cubique se positionnant dans un évidement complémentaire du petit bras du cadre 20, la fixation étant assurée par vissage d'un écrou 22 sur une tige filetée 23 solidaire de l'embout cubique et traversant le petit bras du cadre 20, à fond de l'évidement qui reçoit l'embout cubique.

Compte tenu des approximations faites précédemment, de la précision du capteur 5 et des circuits électroniques qui lui sont associés, on peut estimer que la distance entre l'axe de l'orifice de verrouillage 2 et l'axe du canon de visée 21 correspondant est inférieure à 0,6 mm pour des clous présentant une flèche de l'ordre de 15 mm. De nombreux essais en laboratoire, portant sur des clous présentant de très fortes déformations, ont confirmé cette précision qui paratt amplement suffisante, car elle est toujours inférieure au millimètre.

Cette technique de visée, qui consiste successivement, après introduction du clou 1 dans le canal médullaire de l'os, à visser le support 6 du capteur 5 sur le clou 1, à introduire le capteur 5 dans le clou 1 et à obtenir la mesure de la flèche souhaitée, à orienter le capteur 5, a l'aide des vis de réglage 19, de sorte que la flèche indiquée par le bordier 14 soit nulle, à fixer le cadre de visée 20 sur le capteur 5, et enfin à percer à travers les canons de visée 21, a pour avantage de permettre une exécution rapide et fiable, sans appoint d'appareil radiologique. Le cadre de visée 20 étant solidaire du clou 1, l'enclouage peut être effectué quelle que soit la position du membre dont l'os est à enclouer.

L'alimentation électrique du boiter électronique 14 ne pose pas de problème , car l'intensité électrique nécessaire au bon fonctionnement peut être fournie par des piles électriques.

Enfin, le dispositif selon l'invention, c'est-àdire l'ensemble constitué par le capteur, le boîtier associé, le support de capteur et le cadre de visée, est d'une réalisation relativement simple et peu coûteuse, par comparaison avec les appareils radiologiques à amplification de brillance et à mémoire.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de visée des orifices de verrouillage (2) de clous chirurgicaux (1) du type utilisé pour l'enclouàge centro-médullaire des os longs, et dont chacun est constitué par un clou tubulaire (1) allongé qui présente une fente longitudinale (4), et destiné à être engagé dans le canal médullaire d'un os, et dont l'alésage interne est cylindrique et de section transversale trifoliée, le clou (1) présentant, à l'une de ses parties d'extrémité, des moyens de solidarisa- tion du clou (1) et une tête évasée (3), destinée a être au moins partiellement maintenue hors du canal médullaire, tandis qu'à sa seconde partie d'extrémité le clou (1) présénte au moins un orifice de verrouillage transversal (2), perpendiculaire à l'axe longitudinal du clou (1), et destiné à recevoir une vis de verrouillage du clou (1) sur l'ost le dispositif de visée comprenant :

a) un cadre de visée (20) portant un canon de perçage (21) pour chacun des orifices de verrouillage (2) de la seconde partie d'extrémité du clou (1), et des moyens de solidarisation, caractérisé en ce qu'il comprend de plus ::

b) un capteur extensometrique (5) en deux parties solidaires l'une de l'autre, dont l'une est une partie interne destinée à être essentiellement engagée dans l'alésage du clou (1), et l'autre est une partie externe destinée à être maintenue hors du clou (1),

c) un support de capteur (6), destiné à loger au moins partiellement la partie externe du capteur (5) et presentant des moyens de solidarisation complémentaires de ceux du clou (1), afin de permettre- la fixation du support (6) sur le clou (1),

d) des organes (19) de réglage et de blocage du capteur (5) en position par rapport au support (6), et

e) un bottier (14) de traitement et d'affichage des mesures du capteur (5), le capteur (5) étant tel que sa partie interne comprend un ensemble, rigide en torsion, de tiges (7) articulées bout à bout, et dont l'extrémité interne, située du. coté opposé à la partie externe du capteur (5), est solidaire d'un organe de rotation (8) destiné à venir en contact avec l'alésage trifolié du clou (1) afin de suivre le profil de ce dernier, de façon à repérer la rotation du capteur (5), et présente un orifice transversal (9) dont l'axe, perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'ensemble de tiges (7) lorsque les tiges sont alignées, est un axe d'orientation qui est orienté parallèlement à l'axe de l'orifice de verrouillage (2) du clou (1) par la coopération de l'organe de rotation (8) du capteur (5) et de l'alésage trifolié (1), lorsque le capteur (5) est engagé dans le clou préalablement introduit dans le canal médullaire de l'os, l'ensemble de tiges (7) étant tel que les tiges (7) adjacentes sont articulées deux à deux autour d'axes qui sont alternativement parallèles à deux axes transversaux, perpendiculaires entre eux et à l'axe longitudinal de l'ensemble de tiges (7), et dont l'un est l'axe d'orientation, et au moins les articulations (11) autour d'axes parallèles à l'axe d'orientation, sont équipées de jauges de déformation (Jis J'i) couplées au bottier (14), afin de mesurer et d'afficher au moins une coordonnée (Yt) de l'extrémité interne du capteur (5) selon l'axe transversal perpendiculaire à l'axe d'orientation, la partie externe du capteur (5) comprenant une rotule (16) par laquelle le capteur (5) est monté tourillonnant sur le support (6) autour d'un axe parallèle à l'axe d'orientation, et des moyens de solidarisation (18) complémentaires de ceux du cadre de visée (20) afin de permettre la fixation du cadre de visée sur le capteur, avec un calage angulaire tel que l'axe du canon de perçage (21) du cadre de visée (20) soit parallèle à l'axe d'orientation, les organes (19) de réglage et de blocage du capteur (5) en position sur le support (6) étant destinés à entrainer la rotation du capteur (5) autour de l'axe de la rotule (16) jusqu'à l'annulation de la coordonnée affichée par le bottier (14), et le blocage dans cette position.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de rotation (8) du capteur (5) est un tripode dont chacune des trois saillies radiales est destinée à s'engager dans l'un des trois lobes de la section trifoliée de l'alésage du clou (1).

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'organe de rotation (8) du capteur est percé par l'orifice transversal (9) du capteur (5) et est solidaire de la dernière tige (7), à l'extrémité interne de l'ensemble de tiges du capteur (5).

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, du c8té opposé à la partie interne du capteur (5), la rotule tel6) de sa partie externe se prolonge J'une queue (17) cylindrique protant, à son extrémité, les moyens de solidarisation et de calage angulaire (18) du capteur (5) sur le cadre de visée (20), la queue cylindrique (17) et la rotule (16) étant logées dans l'alésage central du support de capteur (6), de forme tubulaire, dont la paroi est traversée radialement par au moins deux vis (19) de réglage, constituant les organes de réglage et de blocage du capteur (5) en position dans le support (6) et entre lesquelles la queue (17) est destinée à être bloquée.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tiges (7) adjacentes de la partie interne du capteur (5) sont reliées par des articulations à pivot fictif, dont chacune est constituée par une lame mince (11) encastrée par chacune de ses deux extrémités longitudinales dans l'une des deux tiges (7) qu'elle articule l'une par rapport à l'autre, autour d'un axe fictif d'articulation (12) passant par l'intersection des axes des deux tiges (7).

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que seules les lames minces (11) dont l'axe fictif d'articulation (12) est parallèle à l'axe d'orientation sont équipées de jauges de déformation (Sis J'i) montées sur les deux faces des lames (11).

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'ensembles des jauges de déformation (jais jl,) est cablé selon un demi-pont de Wheatstone, tel que,sur chacune des deux branches du demi-pont qui sont adjacentes par une borne (13) du galvanomètre, les jauges de déformation fixées aux faces situées d'un même côté des articulations (11) sont montées en série, le demi-pont complémentaire étant monté dans le boîtier (14) et tel que deux résistances égales et constantes (R) sont montées chacune sur l'une de ses deux branches adjacentes par l'autre borne (15) du galvanomètre, tandis qu'une résistance réglable (r), destinée à l'équilibrage du pont lorsque les tiges (7) du capteur (5) sont alignées, est montée sur l'une de ses branches.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tension (V) mesurée au galvanomètre du pont de Wheatstone est sensiblement proportionnelle à la flèche (Yt) du capteur (5) selon l'axe transversal perpendiculaire à l'axe d'orientation.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que toutes les jauges de déformation (Ji' J'i) sont identiques tandis que les lames (11) d'articulation présentent des caractéristiques dimensionnelles variables, telles que le rapport de l'épaisseur (hi) de chaque lame (11) a la distance (bi) entre les deux tiges (7) que cette lame (11) relie est proportionnel à la distance (Li) séparant le milieu de la lame (11) correspondante de l'extrémité interne du capteur (5).

10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que toutes les lames d'articulation (11) sont identiques tandis que les jauges de déformation (JîJ'i) sont dif ferventes d'une articulation (11) à l'autre, les jauges de plus grande résistance électrique étant montées sur les articulations (11) les plus éloignées de l'orifice (9) du capteur (5).