FR2949660A1

FR2949660A1 - Total knee prosthesis installation assisting device, has microcontroller connected to sensor to calculate forces applied to sectors, and transceiver connected to microcontroller for transmitting values of forces by sectors

Info

Publication number: FR2949660A1
Application number: FR0904307A
Authority: FR
Inventors: Carine Genneson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2011-03-11
Anticipated expiration: 2029-09-08
Also published as: FR2949660B1

Abstract

The device has a sensor (11) inserted into an articulation of a knee and entering a lower surface of a femur (9) and an upper surface of a tibia or between a prosthetic femoral component and a resected upper surface of the tibia. A rigid insulating plate is partially covered with a flexible conducting material charged with metal particles. A microcontroller is connected to the sensor to calculate forces applied to sectors defined by a network of conducting bands. A transceiver is connected to the microcontroller for transmitting values of forces by the sectors.

Description

DISPOSITIF D'AIDE A LA MISE EN PLACE D'UNE PROTHESE TOTALE DE GENOU DEVICE FOR ASSISTING THE IMPLEMENTATION OF A TOTAL KNEE PROSTHESIS

La présente invention concerne un ancillaire destiné à aider le chirurgien pour la mise en place d'une prothèse totale de genou. Cet ancillaire permet la mesure et la localisation des efforts transmis dans l'articulation entre l'extrémité inférieure du fémur et l'extrémité supérieure du tibia. The present invention relates to an ancillary device for assisting the surgeon in the placement of a total knee prosthesis. This ancillary device allows measurement and localization of the forces transmitted in the articulation between the lower end of the femur and the upper end of the tibia.

L'articulation du genou se compose principalement de trois os (le fémur, le tibia et la patella) et de nombreux ligaments dont les ligaments collatéraux et le complexe poplité. Une prothèse totale de genou comporte de façon classique: - un composant fémoral destiné a remplacer la surface articulaire inférieure du fémur, ce composant étant généralement métallique et fixé de manière rigide au fémur préalablement réséqué, - un composant tibial destiné à remplacer la surface articulaire supérieure du tibia, ce composant étant généralement constitué d'un insert tibial en polyéthylène fixé sur une embase tibiale métallique, elle même fixée de manière rigide au tibia préalablement réséqué, et un composant patellaire destiné à remplacer la surface articulaire de la patella, ce composant étant généralement réalisé en polyéthylène et fixé de manière rigide à la patella préalablement réséquée. La mise en place d'une prothèse totale de genou consiste à réséquer les surfaces articulaires fémorale, tibiale et patellaire afin de les remplacer par des composants prothétiques. Lors de la mise en place de ces composants, le chirurgien doit veiller à respecter l'alignement du fémur par rapport au tibia et doit aussi tenter d'obtenir une répartition homogène des efforts transmis entre l'extrémité inférieure du fémur et l'extrémité supérieure du tibia. Une répartition non-homogène des efforts aboutit à une usure prématurée des composants prothétiques en commençant par l'insert tibial en polyéthylène. D'autres effets délétères comme le descellement asceptique précoce, la bascule en varus ou en valgus de l'embase tibiale peuvent aussi être des conséquences d'une répartition déséquilibrée des efforts. La mise en place d'une prothèse totale est facilitée par la connaissance des efforts transmis dans l'articulation et par un équilibrage de ces efforts afin de minimiser les contraintes supportées par les composants prothétiques. Cet équilibrage des efforts doit être effectué tout au long du mouvement de flexion du genou. Différents tenseurs ligamentaires mécaniques et électroniques permettent une mise en tension statique ou dynamique de l'espace entre l'extrémité inférieure du fémur et l'extrémité supérieure du tibia. Ces tenseurs sont introduits dans l'articulation entre l'extrémité inférieure du fémur et l'extrémité supérieure du tibia puis ouverts en écartant le fémur et le tibia. Certains tenseurs ligamentaires comme ceux décrits dans les demandes de brevet EP-A-1 915 951 ou EP-A-O 761 172 sont introduits après la réalisation des coupes fémorale distale et tibiale proximale. Le bloc opératoire dans lequel se déroule l'intervention chirurgicale de mise en place de prothèse totale de genou comporte : - une zone dite stérile dans la quelle le chirurgien et l'aide opératoire évoluent. Le chirurgien et l'aide opératoire procèdent à un lavage de mains méticuleux et à un habillage stérile avant d'entrer dans cette zone. Les instruments de chirurgie utilisés pour l'intervention sont décontaminés, nettoyés et stérilisés avant d'être introduits dans la zone stérile. Avant l'incision de la peau, le genou du patient à opéré est lui aussi nettoyé et préparé pour limiter les risques sceptiques. - une zone dite non stérile qui entoure la zone stérile. Dans la zone non stérile sont disposés l'ensemble des dispositifs qui ne peuvent pas être stérilisés et notamment les ordinateurs. The knee joint consists mainly of three bones (the femur, tibia and patella) and many ligaments including collateral ligaments and the popliteal complex. A total knee prosthesis conventionally comprises: a femoral component intended to replace the lower articular surface of the femur, this component being generally metallic and fixed rigidly to the previously resected femur; a tibial component intended to replace the upper articular surface of the tibia, this component generally consisting of a polyethylene tibial insert fixed on a metal tibial base, itself fixed rigidly to the previously resected tibia, and a patellar component intended to replace the articular surface of the patella, this component being usually made of polyethylene and fixed rigidly to the previously resected patella. The implementation of a total knee prosthesis involves resection of the femoral, tibial and patellar articular surfaces in order to replace them with prosthetic components. When placing these components, the surgeon must take care to respect the alignment of the femur relative to the tibia and must also attempt to obtain a uniform distribution of the forces transmitted between the lower end of the femur and the upper end. tibia. A non-homogeneous distribution of the forces results in premature wear of the prosthetic components, starting with the polyethylene tibial insert. Other deleterious effects such as early aseptic loosening, varus or valgus tibial tilt can also be consequences of unbalanced distribution of effort. The establishment of a total prosthesis is facilitated by the knowledge of the forces transmitted in the joint and a balancing of these efforts to minimize the stresses borne by the prosthetic components. This balance of efforts must be performed throughout the knee flexion movement. Different mechanical and electronic ligament tensors allow static or dynamic tensioning of the space between the lower end of the femur and the upper end of the tibia. These tensors are introduced into the joint between the lower end of the femur and the upper end of the tibia and open by spreading the femur and tibia. Certain ligamentary tensors such as those described in patent applications EP-A-1 915 951 or EP-A-0 761 172 are introduced after the completion of distal femoral and proximal tibial sections. The operating room in which the surgical procedure of placing total knee prosthesis is performed comprises: a so-called sterile zone in which the surgeon and the operating aid evolve. The surgeon and surgical assistant perform a meticulous hand washing and sterile dressing before entering this area. Surgical instruments used for the procedure are decontaminated, cleaned and sterilized before being introduced into the sterile area. Before the incision of the skin, the knee of the patient to be operated is also cleaned and prepared to limit skeptic risks. a so-called non-sterile zone which surrounds the sterile zone. In the non-sterile zone are arranged all devices that can not be sterilized and including computers.

L'objectif de l'invention est de proposer un dispositif de mesure dynamique permettant de quantifier les efforts transmis dans l'articulation entre l'extrémité inférieure du fémur et l'extrémité supérieure du tibia. The aim of the invention is to propose a dynamic measuring device making it possible to quantify the forces transmitted in the articulation between the lower end of the femur and the upper end of the tibia.

Un autre objectif de l'invention est de localiser la résultante des efforts transmis dans l'articulation entre l'extrémité inférieure du fémur et l'extrémité supérieure du tibia. Un autre objectif de l'invention est de mémoriser les valeurs des efforts et leur localisation. Another object of the invention is to locate the resultant forces transmitted in the joint between the lower end of the femur and the upper end of the tibia. Another object of the invention is to memorize the values of the forces and their location.

Un autre objectif de l'invention est de comparer les valeurs de ces efforts par rapport à une valeur de seuil limite au delà de laquelle il pourrait y avoir un danger pour la pérennité de la prothèse de genou. Cette valeur seuil peut être pré-enregistrée dans le dispositif. Un autre objectif complémentaire de l'invention est de signaler au chirurgien l'éventuel dépassement de seuil. Another objective of the invention is to compare the values of these forces with respect to a limit threshold value beyond which there could be a danger for the durability of the knee prosthesis. This threshold value can be pre-recorded in the device. Another complementary objective of the invention is to inform the surgeon if the threshold is exceeded.

Un autre objectif de l'invention est de transmettre la valeur de l'effort et sa localisation à un ordinateur placé en zone non stérile. L'ordinateur avec un logiciel dédié représente la valeur de l'effort et sa localisation. Another object of the invention is to transmit the value of the effort and its location to a computer placed in non-sterile area. The computer with dedicated software represents the value of the effort and its location.

Pour atteindre ces objectifs, le dispositif d'aide à la mise en place d'une prothèse totale de genou se compose : - d'un capteur pouvant être introduit dans l'articulation du genou entre la surface articulaire inférieure du fémur et la surface supérieure réséquée du tibia ou entre la surface articulaire du composant fémoral prothétique et la surface supérieure réséquée du tibia, - d'un microcontrôleur en charge du calcul des efforts, de la localisation des efforts et de la mise en forme de ces informations en vue du transfert via l'émetteur récepteur, - d'un ou plusieurs boutons poussoirs optionnels permettant au chirurgien de passer des commandes, - d'un ou plusieurs systèmes d'affichage optionnels tels que des voyants ou des écrans permettant d'informer le chirurgien, - d'un émetteur récepteur transférant les informations du microcontrôleur vers l'ordinateur. To achieve these objectives, the device for assisting the placement of a total knee prosthesis consists of: a sensor that can be inserted into the knee joint between the lower articular surface of the femur and the upper surface resected from the tibia or between the articular surface of the prosthetic femoral component and the resected upper surface of the tibia, - a microcontroller in charge of calculating the forces, the location of the forces and the shaping of this information with a view to the transfer via the transceiver, - one or more optional push buttons allowing the surgeon to place commands, - one or more optional display systems such as lights or screens to inform the surgeon, - a transceiver transferring the information from the microcontroller to the computer.

L'invention est caractérisée par le fait que le capteur est d'épaisseur suffisamment fine pour être introduit entre la surface inférieure du fémur et la surface supérieure du tibia réséqué. La surface du capteur est divisé en plusieurs secteurs. Le capteur est capable de mesurer les efforts appliqués sur chacun de ces secteurs. Le fait de connaître la valeur de l'effort transmis à chaque secteur permet de connaître la valeur totale de l'effort transmis au capteur, mais aussi la localisation de la résultante de l'effort total. The invention is characterized in that the sensor is thin enough to be introduced between the lower surface of the femur and the upper surface of the resected tibia. The surface of the sensor is divided into several sectors. The sensor is able to measure the forces applied on each of these sectors. The fact of knowing the value of the force transmitted to each sector makes it possible to know the total value of the force transmitted to the sensor, but also the location of the resultant of the total effort.

L'invention est également caractérisée par le fait que le capteur comprend : une plaque rigide isolante dont le contour correspond sensiblement au contour de la surface supérieure du tibia réséqué, - un réseau de bandes conductrices apposées sur l'une des faces de la plaque rigide isolante et réparties dans les différents secteurs du capteur et - un matériau souple chargé de particules métalliques recouvrant la face de la plaque rigide isolante sur laquelle est apposée les bandes conductrices. Dans chaque secteur, au moins deux bandes conductrices sont en contact avec le matériau souple chargé de particules métalliques. Les deux bandes conductrices permettent d'amener un courant faible à traverser le matériau souple chargé de particules métalliques. La tension électrique relevée entre les deux bandes conductrices est directement dépendante de la résistance électrique du matériau souple chargé en particules métalliques. La mesure de la tension électrique entre les bandes conductrices permet de connaître la résistance électrique du matériau souple chargé de particules métalliques. L'application d'un effort sur un des secteurs du capteur déforme le matériau souple chargé de particules métalliques au regard de ce secteur et de ce fait diminue la résistance électrique du secteur. La résistance électrique du matériau souple chargé de particules est dépendante de la proximité des particules métalliques. Le fait d'exercer un effort sur le capteur rapproche les particules les unes des autres et diminue ainsi la résistance électrique du secteur. A l'aide d'un calibrage, il est possible de déterminer les lois physiques liant l'effort appliqué sur le secteur à la résistance électrique du secteur. L'invention est également caractérisée par le fait que le microcontrôleur mesure les résistances électriques de chaque secteur. Les lois physiques liant la résistance électrique à l'effort appliqué de chaque secteur ont été préalablement enregistrées dans le microcontrôleur. A partir des valeurs des résistances relevées dans les différents secteurs et des lois physiques, le microcontrôleur calcule les efforts appliqués sur chaque secteur. Ces valeurs d'efforts sont envoyées par une liaison série à l'émetteur récepteur. L'invention est également caractérisée par le fait que le microcontrôleur mémorise les valeurs des efforts. L'invention est également caractérisée par le fait que le microcontrôleur calcule la valeur maximale des efforts qu'il a enregistré par secteur et sur l'ensemble des secteurs. The invention is also characterized in that the sensor comprises: a rigid insulating plate whose contour substantially corresponds to the contour of the upper surface of the resected tibia, - a network of conductive strips affixed to one of the faces of the rigid plate insulation and distributed in the different sectors of the sensor and - a flexible material loaded with metal particles covering the face of the rigid insulating plate on which is affixed the conductive strips. In each sector, at least two conductive strips are in contact with the flexible material loaded with metal particles. The two conductive strips make it possible to bring a weak current through the flexible material loaded with metal particles. The electrical voltage raised between the two conductive strips is directly dependent on the electrical resistance of the flexible material loaded with metal particles. The measurement of the electrical voltage between the conductive strips makes it possible to know the electrical resistance of the flexible material loaded with metal particles. The application of a force on one of the sectors of the sensor deforms the flexible material loaded with metal particles with respect to this sector and thereby decreases the electrical resistance of the sector. The electrical resistance of the flexible material loaded with particles is dependent on the proximity of the metal particles. The fact of exerting a force on the sensor brings the particles closer to each other and thus decreases the electrical resistance of the sector. By means of a calibration, it is possible to determine the physical laws linking the force applied on the sector to the electrical resistance of the sector. The invention is also characterized in that the microcontroller measures the electrical resistances of each sector. The physical laws linking the electrical resistance to the applied force of each sector have been previously recorded in the microcontroller. From the values of the resistances found in the different sectors and the physical laws, the microcontroller calculates the forces applied on each sector. These force values are sent via a serial link to the transceiver. The invention is also characterized in that the microcontroller stores the values of the forces. The invention is also characterized by the fact that the microcontroller calculates the maximum value of the efforts recorded by sector and on all sectors.

L'invention est également caractérisé par le fait que le microcontrôleur et stocke une valeur de seuil maxi et compare les valeurs des efforts supportées par le capteur à cette valeur de seuil. Le résultat de la comparaison de la valeur de seuil est transmise à l'émetteur récepteur pour l'envoi à l'ordinateur et/ou peut être directement affiché via un ou des voyant(s) et/ou un ou des écran(s) connecté(s) au microcontrôleur. L'invention est également caractérisée par le fait que le microcontrôleur peut recevoir des commandes du chirurgien par le biais d'un ou des bouton(s) poussoir(s) directement connecté(s) au microcontrôleur. L'invention est également caractérisée par le fait que l'émetteur récepteur lit les valeurs des efforts en provenance de la liaison série et les transmets par une liaison sans fil de la zone stérile où il se trouve vers l'ordinateur situé en zone non stérile. The invention is also characterized by the fact that the microcontroller stores a maximum threshold value and compares the values of the forces supported by the sensor with this threshold value. The result of the comparison of the threshold value is transmitted to the transceiver for sending to the computer and / or can be directly displayed via a light (s) and / or screen (s) connected to the microcontroller. The invention is also characterized in that the microcontroller can receive commands from the surgeon via one or more pushbutton (s) directly connected to the microcontroller. The invention is also characterized by the fact that the transceiver reads the values of the forces coming from the serial link and transmits them by a wireless link from the sterile zone where it is to the computer situated in a non-sterile zone. .

On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre du dispositif de l'invention. Le mode de réalisation décrit est donné à titre d'exemple non limitatif. An example of implementation of the device of the invention will now be described. The described embodiment is given by way of non-limiting example.

Le capteur décrit en exemple de mise en oeuvre de l'invention mesure 4 mm d'épaisseur. Ses dimensions hors-tout dans le plan horizontal sont de 70 mm par 46 mm. La surface du capteur est divisée en quatre secteurs de surfaces approximativement égales. Le capteur est constitué : - d'une plaque en époxy de 1 mm d'épaisseur découpée suivant un contour superposable à la surface supérieure du tibia réséqué, - d'un circuit imprimé en cuivre de 0.2 mm d'épaisseur dont les pistes définissent quatre secteurs et, - d'une épaisseur de 3 mm de silicone Rhodia RTV-2 chargé de particules de cuivre de 33 microns moulée directement sur le circuit imprimé. Dans chaque secteur du circuit imprimé, afin de mesurer la résistance du silicone chargé de particules de cuivre, neuf bandes conductrices parallèles de largeurs identiques sont uniformément réparties sur la surface du secteur. La première, la troisième, la cinquième, la septième et la neuvième bande parallèle sont reliées ensemble par une première bande conductrice latérale sensiblement perpendiculaire. L'ensemble constitue un premier peigne à cinq branches parallèles. La deuxième, la quatrième, la sixième et la huitième bande parallèle sont reliées ensemble à l'aide d'une seconde bande latérale sensiblement perpendiculaire. L'ensemble constitue un second peigne qui comporte quatre branches parallèles. Il n'y a pas de contact direct sur le circuit imprimé entre les deux peignes. Le silicone chargé de particules de cuivre est en contact avec toutes les branches des deux peignes. Cette disposition permet une mesure aisée de la résistance électrique du silicone chargé de particules de cuivre. Cette mesure s'effectue en mesurant la résistance entre les deux peignes. Pour la mesure de cette résistance, la méthode avantageusement retenue consiste à réaliser un diviseur de tension avec deux résistances entre les 5 Volts de l'alimentation et la masse. La première des deux résistances du diviseur est fixe et a pour valeur 10 KOhms. La seconde est celle du silicone chargé de particules de cuivre. La tension sortant du diviseur de tension est directement reliée à une entrée analogique du microcontrôleur. La tension mesurée sur l'entrée du microcontrôleur est proportionnelle à la résistance du silicone chargé de particules de cuivre. Dans le mode de réalisation de l'invention décrit à titre d'exemple, les peignes à quatre branche de tous les secteurs sont reliés à l'alimentation continue régulée 5 volts par un fil conducteur souple commun. Les autres peignes sont reliés individuellement aux entrées analogiques du microcontrôleur. Ces entrées analogiques sont aussi reliées par l'intermédiaire d'une résistance de 10 KOhms à la masse. A titre d'exemple de réalisation de l'invention, on peut citer l'utilisation du microcontrôleur CublocTM CB220 de la société COMFILE technology dont on peut utiliser quatre entrées analogiques et deux broches dédiées à une liaison série de type UART compatible avec la liaison série UART d'un module émetteur récepteur BluetoothTM F2M03GLA de la société FREE2MOVE. Un diviseur de tension réalisé à l'aide de deux résistances 10 KOhms et 15 KOhms est nécessaire pour abaisser le niveau 5 Volts de l'émission du microcontrôleur au niveau 3.3 Volts de la réception du module émetteur récepteur BluetoothTM utilisé. Le microcontrôleur et l'émetteur récepteur sont alimentés par des piles stériles. Un boîtier étanche commun protège le microcontrôleur et l'émetteur récepteur. Le microcontrôleur est programmé pour relever les tensions aux quatre entrées analogiques, pour les convertir en valeur d'effort à l'aide des lois physiques préalablement étalonnées et pour envoyer ces valeurs d'effort sur la liaison série UART. Le module d'émission BluetoothTM transmet les valeurs à l'ordinateur. L'ordinateur affiche les valeurs reçues. Une autre mise en oeuvre de l'application complète avantageusement la configuration décrite précédemment avec l'ajout d'un ou plusieurs bouton(s) poussoir(s) connecté(s) directement au microcontrôleur. Chaque bouton poussoir est relié aux 5 Volts de l'alimentation régulée et à une entrée numérique du microcontrôleur. Les entrées numériques utilisées dans cette configuration sont initialement reliées à la masse par une résistance de l'ordre de 10 KOhms. La fixation mécanique du ou des bouton(s) poussoir(s) est réalisée sur le boîtier contenant le microcontrôleur et l'émetteur récepteur. L'utilisation de ces boutons poussoirs permet d'informer l'ordinateur d'une commande du chirurgien. Un exemple non limitatif de commande requise par le chirurgien peut être le démarrage ou l'arrêt de l'enregistrement des efforts lors d'un mouvement de flexion ou d'extension du genou. Cette commande accessible au chirurgien améliore l'ergonomie du dispositif. Une autre mise en oeuvre de l'application complète avantageusement les configurations décrites précédemment avec l'ajout d'un ou plusieurs voyant(s) connecté(s) directement au microcontrôleur. Chaque voyant est relié à la masse et à une sortie numérique du microcontrôleur. Dans le cas d'utilisation d'une diode électroluminescence (LED) comme voyant, une résistance de l'ordre de 470 Ohms peut être soudée en série avec la diode électroluminescence. La fixation mécanique du ou des voyant(s) est réalisée sur le boîtier contenant le microcontrôleur et l'émetteur récepteur. Les voyants permettent d'informer le chirurgiens d'états de l'ordinateur comme par exemple l'activation de l'enregistrement des valeurs des efforts pendant un mouvement de flexion ou d'extension du genou, ou par exemple le dépassement d'une valeur maximum d'effort définie préalablement. L'information en provenance de l'ordinateur est reçue par l'émetteur récepteur et transmise au microcontrôleur afin qu'il allume le voyant approprié. L'affichage du dépassement d'une valeur de seuil indique au chirurgien un positionnement non idéal de la prothèse qu'il pourra corriger. Une autre mise en oeuvre de l'application complète avantageusement les configurations décrites précédemment avec l'ajout d'un ou plusieurs écran(s) de contrôle ou d'information. Chaque écran peut être connecté à une sortie série ou I2C du microcontrôleur. La fixation mécanique du ou des écran(s) est réalisée sur le boîtier contenant le microcontrôleur et l'émetteur récepteur. Ces écrans peuvent transmettre aux chirurgiens des informations de même nature que celles décrites précédemment pour les voyants et/ou des valeurs d'efforts et/ou des informations sur la position des efforts. The sensor described as an example of implementation of the invention is 4 mm thick. Its overall dimensions in the horizontal plane are 70 mm by 46 mm. The surface of the sensor is divided into four sectors of approximately equal areas. The sensor consists of: - an epoxy plate 1 mm thick cut in a contour superimposed on the upper surface of the resected tibia, - a copper circuit board 0.2 mm thick, the tracks define four sectors and, - with a thickness of 3 mm of Rhodia RTV-2 silicone loaded with 33 micron copper particles molded directly onto the printed circuit board. In each sector of the printed circuit, in order to measure the resistance of the silicone charged with copper particles, nine parallel conductor strips of identical widths are uniformly distributed over the surface of the sector. The first, the third, the fifth, the seventh and the ninth parallel strips are connected together by a first substantially perpendicular lateral conducting strip. The set constitutes a first comb with five parallel branches. The second, fourth, sixth and eighth parallel strips are connected together with a second substantially perpendicular sideband. The set is a second comb that has four parallel branches. There is no direct contact on the printed circuit between the two combs. The silicone charged with copper particles is in contact with all the branches of the two combs. This arrangement allows easy measurement of the electrical resistance of the silicone charged with copper particles. This measurement is made by measuring the resistance between the two combs. For the measurement of this resistance, the method advantageously retained consists of producing a voltage divider with two resistors between the 5 volts of the power supply and the ground. The first of the two resistors of the divider is fixed and has a value of 10 KOhms. The second is that of silicone loaded with copper particles. The voltage leaving the voltage divider is directly connected to an analog input of the microcontroller. The voltage measured on the input of the microcontroller is proportional to the resistance of the silicone charged with copper particles. In the exemplary embodiment of the invention, the four-branch combs of all sectors are connected to the 5-volt DC regulated feed by a common flexible lead. The other combs are individually connected to the analog inputs of the microcontroller. These analog inputs are also connected through a resistance of 10 KOhms to ground. As an exemplary embodiment of the invention, mention may be made of the use of the CublocTM CB220 microcontroller from the company COMFILE technology, of which four analog inputs and two pins dedicated to a UART-type serial link compatible with the serial link can be used. UART of a BluetoothTM transceiver module F2M03GLA of the company FREE2MOVE. A voltage divider realized using two resistors 10 KOhms and 15 KOhms is necessary to lower the 5 Volts level of the microcontroller emission at the 3.3 Volts level of the reception of the BluetoothTM transceiver module used. The microcontroller and the transceiver are powered by sterile batteries. A common waterproof housing protects the microcontroller and the transceiver. The microcontroller is programmed to read the voltages at the four analog inputs, to convert them to the force value using the previously calibrated physical laws and to send these values of effort on the UART serial link. The BluetoothTM transmit module transmits the values to the computer. The computer displays the received values. Another implementation of the application advantageously completes the configuration described above with the addition of one or more pushbutton (s) connected directly to the microcontroller. Each push button is connected to the 5 Volts of the regulated power supply and to a digital input of the microcontroller. The digital inputs used in this configuration are initially connected to the ground by a resistance of the order of 10 KOhms. The mechanical fixing of the push button (s) is performed on the housing containing the microcontroller and the transceiver. The use of these push buttons informs the computer of a command from the surgeon. A non-limiting example of control required by the surgeon may be the start or stop of the recording of the forces during a flexion or extension of the knee. This command accessible to the surgeon improves the ergonomics of the device. Another implementation of the application advantageously completes the configurations described above with the addition of one or more LEDs connected directly to the microcontroller. Each indicator is connected to the ground and to a digital output of the microcontroller. In the case of using a light-emitting diode (LED) as a light, a resistance of the order of 470 Ohms can be soldered in series with the light-emitting diode. The mechanical fixing of the indicator (s) is performed on the housing containing the microcontroller and the transceiver. The LEDs make it possible to inform the surgeons of states of the computer, for example the activation of the recording of the values of the forces during a flexion or extension of the knee movement, or for example the exceeding of a value maximum effort previously defined. The information from the computer is received by the transceiver and transmitted to the microcontroller to turn on the appropriate light. The display of the exceeding of a threshold value indicates to the surgeon a non-ideal positioning of the prosthesis that he can correct. Another implementation of the application advantageously completes the configurations described above with the addition of one or more screen (s) control or information. Each screen can be connected to a serial or I2C output of the microcontroller. The mechanical fixing of the screen (s) is performed on the housing containing the microcontroller and the transceiver. These screens can transmit to surgeons information of the same nature as those described above for the lights and / or values of efforts and / or information on the position of the forces.

L'ensemble des figures représente une mise en œuvre particulière de l'invention non limitative. La figure 1 représente l'organisation de la salle d'intervention. Le patient (1) est allongé sur la table d'intervention (2). Les membres inférieurs du patient, le chirurgien (3) et son aide opératoire (4) sont en zone stérile(5). L'ordinateur (6) est placé en zone non stérile (8). La liaison sans fil entre l'émetteur récepteur (7) placé dans la zone stérile et l'ordinateur placé en zone non stérile peut être de type BluetoothTM, ou respecter d'autres protocoles. La figure 2 représente un éclaté de l'articulation du genou en extension. Le capteur (11) est introduit dans l'articulation entre l'extrémité inférieure (9) du fémur et l'extrémité supérieure (10) du tibia réséqué. Les ligaments collatéraux médial (12) et latéral (13) sont représentés. Le capteur est relié à un boîtier (7) contenant le microcontrôleur et l'émetteur récepteur. The set of figures represents a particular implementation of the non-limiting invention. Figure 1 shows the organization of the intervention room. The patient (1) is lying on the intervention table (2). The lower limbs of the patient, the surgeon (3) and his surgical assistant (4) are in sterile area (5). The computer (6) is placed in a non-sterile area (8). The wireless link between the transceiver (7) placed in the sterile zone and the computer placed in non-sterile zone can be BluetoothTM type, or comply with other protocols. Figure 2 shows an exploded knee joint extension. The sensor (11) is introduced into the articulation between the lower end (9) of the femur and the upper end (10) of the resected tibia. The medial (12) and lateral (13) collateral ligaments are shown. The sensor is connected to a housing (7) containing the microcontroller and the transceiver.

La figure 3 représente la plaque rigide isolante (14), et le matériau souple chargé de particules métalliques (15) reliés au boîtier (7) contenant le microcontrôleur et l'émetteur récepteur. La figure 4 représente une vue horizontale supérieure de la plaque rigide isolante (14). Les limites des secteurs sont représentés par des traits pointillés. Dans la configuration particulière de l'invention représentée sur la figure 4, les secteurs sont au nombre de quatre. D'autres configurations de l'invention pourront contenir un nombre inférieur ou un nombre supérieur de secteurs. Chaque secteur est constitué de deux peignes de bandes conductrices (16a)(17a) ou (16b)(17b) ou (16c)(17c) ou (16d)(17d). La configuration de l'invention représentée en figure 4 propose des peignes reliant 4 ou 5 bandes conductrices. Les peignes (16a), (16b), (16c) et (16d) relient 5 bandes conductrices parallèles. Les peignes (17a), (17b), (17c) et Figure 3 shows the insulating rigid plate (14), and the flexible material loaded with metal particles (15) connected to the housing (7) containing the microcontroller and the transceiver. Figure 4 shows an upper horizontal view of the insulating rigid plate (14). The boundaries of the sectors are represented by dashed lines. In the particular configuration of the invention shown in FIG. 4, the sectors are four in number. Other configurations of the invention may contain a lower number or a greater number of sectors. Each sector consists of two conductive strip combs (16a) (17a) or (16b) (17b) or (16c) (17c) or (16d) (17d). The configuration of the invention shown in FIG. 4 proposes combs connecting 4 or 5 conductive strips. The combs (16a), (16b), (16c) and (16d) connect 5 parallel conductive strips. The combs (17a), (17b), (17c) and

9 (17d) relient 4 bandes conductrices parallèles. D'autres configurations de l'inventions pourront contenir un nombre différent de bandes conductrices par peigne. Les peignes sont disposés face à face, deux à deux afin de permettre la mesure de la résistance électrique du matériau souple chargé de particules métalliques en contact avec les bandes conductrices des peignes. La figure 5 représente un exemple de câblage de l'invention. Un peigne de chaque secteur (17a), (l7b), (17c), (17d) est connecté sur le fil conducteur souple commun (17). Ce fil conducteur souple commun est connecté à la tension d'alimentation (23). Les quatre autres peignes (16a) (16b) (16c) (16d) sont reliés à quatre entrées analogiques du microcontrôleur (20). Ces entrées analogiques sont aussi reliées à la masse commune du microcontrôleur et de l'émetteur récepteur par le biais de résistances (22). L'effort appliqué sur un secteur fait diminuer la résistance électrique entre les deux peignes du secteur et donc augmenter la tension aux entrées analogiques du microcontrôleur. A partir du niveau de tension sur les entrées analogiques, le microcontrôleur calcule la résistance de chaque secteur et à l'aide des lois physiques pré-enregistrées calcule la valeur de l'effort correspondant. Ces valeurs d'efforts sont transmises à l'émetteur récepteur (21) via une liaison série (18) (19). L'émetteur récepteur (21) transmet les valeurs d'effort de chaque secteur. L'ordinateur réceptionne ces valeurs d'efforts pour chaque secteur et peut afficher à l'écran les valeurs des efforts et leur localisation sur le capteur. Selon certains modes de réalisation : - le microcontrôleur et l'émetteur récepteur sont intégrés dans un seul et même composant électronique ; - le microcontrôleur et l'émetteur récepteur sont logés à l'intérieur du capteur, l'encombrement total de l'invention étant alors limité à celui du capteur ; - le nombre de secteurs du capteur est suffisamment important pour transmettre à l'ordinateur une cartographie millimétrique des efforts. 9 (17d) connect 4 parallel conductive strips. Other configurations of the invention may contain a different number of conductive strips per comb. The combs are arranged face to face, in pairs to allow the measurement of the electrical resistance of the flexible material loaded with metal particles in contact with the conductive strips of the combs. Figure 5 shows an example of wiring of the invention. A comb of each sector (17a), (17b), (17c), (17d) is connected to the common flexible lead wire (17). This common flexible conductive wire is connected to the supply voltage (23). The other four combs (16a) (16b) (16c) (16d) are connected to four analog inputs of the microcontroller (20). These analog inputs are also connected to the common ground of the microcontroller and the transceiver by means of resistors (22). The force applied to a sector decreases the electrical resistance between the two combs of the sector and therefore increase the voltage at the analog inputs of the microcontroller. From the voltage level on the analog inputs, the microcontroller calculates the resistance of each sector and using pre-recorded physical laws calculates the value of the corresponding effort. These force values are transmitted to the transceiver (21) via a serial link (18) (19). The transceiver (21) transmits the effort values of each sector. The computer receives these effort values for each sector and can display on the screen the values of the forces and their location on the sensor. According to some embodiments: the microcontroller and the transceiver are integrated in one and the same electronic component; the microcontroller and the transceiver are housed inside the sensor, the total size of the invention being then limited to that of the sensor; the number of sectors of the sensor is large enough to transmit to the computer a millimetric mapping of the forces.

Claims

CLAIMS1 - Device for assisting the establishment of a total knee prosthesis for measuring and locating the forces transmitted between the lower end of the femur and the upper end of the tibia and allowing the issuance of this information to from the sterile zone (5) to a computer located in the non-sterile zone (8) of an operating theater, characterized in that it comprises: a sensor (11) which can be introduced into the knee joint between the lower surface of the femur (9) and the resected upper surface of the tibia (3) or between the prosthetic femoral component and the resected upper surface of the tibia, consisting of a rigid insulating plate partially covered with a network of distributed conductive strips in sectors and a flexible conductive material loaded with metal particles, - a microcontroller (20) having analog inputs connected to the sensor, capable of calculating the effec orts applied to the sectors defined by the network of conductive strips and - a transceiver (21) connected to the microcontroller and transmitting the values of the forces by sector

2 - A device for assisting the establishment of a total knee prosthesis according to claim 1, characterized in that the microcontroller (20) has a memory of the values of forces.

3 - Device for assisting the placement of a total knee prosthesis according to one of claims 1 or 2, characterized in that the housing containing the microcontroller (20) and the transceiver (21) has a or more pushbutton (s) (24) connected to the inputs of the microcontroller and for controlling the recording on the computer of the force values.

4 - Device for assisting the placement of a total knee prosthesis according to one of claims 1 or 2, characterized in that the microcontroller (20) and the transceiver (21) are adapted to receive computer information. 11 - Device for assisting the placement of a total knee prosthesis according to one of claims 1 or 2, characterized in that the microcontroller has a threshold value of effort not to exceed and sends a signal alert to the computer when this threshold value is exceeded on any of the sectors of the sensor. 6 - Device for assisting the placement of a total knee prosthesis according to any one of the preceding claims, characterized in that the housing containing the microcontroller and the transceiver has a display (25) allowing to display the values of the forces per sector of the sensor. 7 - Device for assisting the establishment of a total knee prosthesis according to any one of the preceding claims, characterized in that the microcontroller and the transceiver are integrated in one and the same electronic component. 8 - Device for assisting the establishment of a total knee prosthesis according to claim 1 or 2, characterized in that the microcontroller and the transceiver are housed inside the sensor. The total size of the invention is then limited to that of the sensor 9 - Device for assisting the placement of a total knee prosthesis according to claim 1, characterized in that the number of sectors of the sensor is sufficiently important to transmit to the computer a millimetric mapping of efforts. 10 - Device for assisting the placement of a total knee prosthesis according to one of claims 1 or 5, characterized in that the microcontroller records the locations (sectors) where the forces are the maximum and thus traces the trajectories of the maximum contact points between the lower extremities of the femur and upper tibia.