FR2990846A1

FR2990846A1 - Outil pour le serrage dynamometrique d'un implant orthopedique vissable

Info

Publication number: FR2990846A1
Application number: FR1254894A
Authority: FR
Inventors: Dominique Petit; Thomas Droulout; Pierre Dumouchel; Martin Slotwinski
Original assignee: Safe Orthopaedics SAS
Current assignee: Safe Orthopaedics SAS
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2013-11-29
Anticipated expiration: 2032-05-28
Also published as: WO2013178932A1; FR2990846B1

Abstract

La présente invention concerne un outil pour le serrage dynamométrique d'un implant orthopédique vissable incorporant un limiteur de couple, constitué par une poignée (1) présentant une cavité tubulaire intégrant une couronne crénelée fixe formant un crabot avec la surface frontale crénelée (12) d'une pièce complémentaire (5) logée dans ladite cavité tubulaire et présentant un moyen d'entrainement en rotation d'une barre de transmission du couple audit implant vissable, ladite pièce complémentaire (5) présentant en outre une zone d'appui transversale opposée à ladite surface frontale crénelée, ledit outil comportant en outre un moyen déformable élastiquement (15) venant en appui d'une part sur ladite zone d'appui transversale, et d'autre part avec un moyen de retenu (17) solidaire de ladite poignée (1). Ledit moyen déformable élastiquement (15) est constitué par un tube en un matériau déformable élastiquement.

Description

-1- OUTIL POUR LE SERRAGE DYNAMOMETRIQUE D'UN IMPLANT ORTHOPEDIQUE VISSABLE Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine de l'instrumentation chirurgicale et plus particulièrement les poignées pour le vissage d'implant orthopédiques, nécessitant un contrôle rigoureux du couple exercé lors du vissage.

Etat de la technique On connaît dans l'état de la technique plusieurs exemples de tels instruments. Le principe général d'un tournevis à limitateur de couple est décrit dans le brevet américain US5063474.

Le brevet américain US6095020 décrit un autre exemple de tournevis dont la poignée présente une cavité dans laquelle une pièce à rochet limite le couple appliqué à la vis, un ressort agissant sur la pièce à rochet pour assurer un embrayage jusqu'à l'atteinte d'un couple maximum prédéterminé.

On connaît également des solutions mettant en oeuvre non pas un ressort mais des rondelles dites de Belleville. Inconvénients de l'art antérieur Les solutions de l'art antérieur mettent en oeuvre 25 des ressorts métalliques et notamment des ressorts de -2- compression ou des rondelles de Belleville, dont les qualités mécaniques présentent de grandes dispersions, d'une pièce à l'autre même lorsqu'elles proviennent d'un même fournisseur et d'un même lot de fabrication. Ces qualités mécaniques varient par ailleurs dans le temps, en fonction du niveau de précontrainte au repos, aux cycles d'utilisation et à l'interaction du ressort avec des produits tels que des produits de désinfection. Par ailleurs la loi de Hooke d'un tel ressort dépend de nombreux paramètres tels que la longueur au repos, la longueur sous charge, le module de Young du matériau, l'effort exercé respectivement en compression longitudinal et en torsion, le diamètre et la distance interspire, le taux de travail du métal, etc.

Ces paramètres ne sont pas tous maitrisables et conduisent à des dérives dans le seuil de débrayage. Pour réduire ces difficultés, les outils de l'art antérieur prévoient une précontrainte, pour obliger le ressort à travailler dans une plage de linéarité optimale. Mais de ce fait, le ressort est en permanence soumis à un effort qui conduit à une fatigue et une évolution de ses caractéristiques. De plus, cela implique de prévoir des pièces supplémentaires pour assurer la précontrainte, et généralement aussi des pièces mobiles de rattrapage de jeu.

Solution apportée par l'invention Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un outil pour le serrage dynamométrique d'un implant orthopédique vissable incorporant un limiteur de couple, constitué par une poignée présentant une cavité tubulaire intégrant une couronne -3- crénelée fixe formant un crabot avec la surface frontale crénelée d'une pièce complémentaire logée dans ladite cavité tubulaire et présentant un moyen d'entrainement en rotation d'une barre de transmission du couple audit implant vissable, ladite pièce complémentaire présentant en outre une zone d'appui transversale opposée à ladite surface frontale crénelée, ladite poignée comportant en outre un moyen déformable élastiquement venant en appui d'une part sur ladite zone d'appui transversale, et d'autre part avec un moyen de retenu solidaire de ladite poignée, caractérisé en ce que ledit moyen déformable élastiquement est constitué par un tube monolithique en un matériau déformable élastiquement. Ce tube présente préférentiellement une forme cylindrique avec des parois d'épaisseur constante. Il peut 15 aussi être constitué par un tore ou un empilement de tores. Il peut encore présenter une section extérieure différente de la section intérieure, par exemple une section extérieure carrée ou polygonale avec une cavité intérieure présentant une section circulaire. Dans ce cas, la poignée 20 présentera une cavité intérieure de forme complémentaire, carrée dans l'exemple d'un manchon à section extérieure respectivement carrée ou polygonal. L'utilisation d'un tube déformable élastiquement 25 évite les problèmes de dispersion et de fatigue lors de la précontrainte observée avec les ressorts mis en oeuvre dans les solutions de l'art antérieur. Elle permet aussi d'éviter les problèmes de réglage de la précontrainte lors de la mise en service ou lors d'une utilisation après une période de 30 stockage. -4- Avantageusement, la longueur dudit tube correspond à l'écartement au repos entre ladite surface d'appui transversale et la surface dudit moyen de retenu. Selon une variante, la section intérieure de ladite 5 cavité est supérieure à la section extérieure dudit tube. De préférence, la section intérieure de ladite cavité est au moins 1,05 fois supérieure à la section extérieure dudit tube. Selon une autre variante, ladite pièce 10 complémentaire présente un noyau tubulaire d'une section extérieure inférieure à la section intérieure dudit tube élastique. Selon un mode de réalisation particulier, ledit moyen de retenu est constitué par un bouchon vissable dans un 15 sens contraire au sens de serrage. De préférence, le tube déformable est constitué d'un élastomère. Avantageusement, ladite couronne crénelée et ladite pièce complémentaire sont constitués de matériaux différents. 20 De préférence, l'une desdites pièces est en Nylon, l'autre desdites pièces étant en polyarilamide. Selon un mode de réalisation particulier, ladite couronne crénelée et ledit bouchon sont creux pour le passage d'une broche à travers la poignée. 25 Description détaillée d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention -5- La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés représentant un exemple non limitatif de réalisation, où : - la figure 1 représente une vue éclatée d'une poignée de serrage dynamométrique selon l'invention - la figure 2 représente une vue en perspective de trois quart face de la poignée - les figures 3 et 4 représentent des vues 10 respectivement de dessous et en coupe longitudinale de l'insert crènelé - la figure 5 représente une vue du tube déformable - les figures 6 et 7 représentent des vues en coupe longitudinales de la poignée dynamométrique respectivement au 15 repos et lors de l'atteinte d'un couple de déclenchement. La figure 1 représente une vue éclatée d'une poignée dynamométrique selon l'invention. Cette poignée est remarquable notamment par le fait 20 qu'elle ne comporte que quatre pièces, contrairement aux solutions de l'art antérieur impliquant en plus le recours à un système de réglage de la compression et des rondelles, par exemple des rondelles Belleville (nom commercial). La poignée dynamométrique selon l'invention est en outre dépourvue de 25 lubrifiant, contrairement aux poignées de l'art antérieur. L'invention permet ainsi d'éviter tout risque de contamination du patient ou du champ opératoire par des fuites de lubrifiant. -6- Les quatre pièces peuvent être toute à usage unique, ce qui permet de réaliser une poignée dynamométrique à usage unique limitant les problèmes de restérilisation et de maintien du couple de déclenchement. Cette possibilité résulte notamment de l'utilisation exclusive de pièces injectables ou extrudées en matières polymères. La première pièce est une poignée (1) constituée par un corps présentant une cavité axiale (2) prolongé par deux ailettes diamétrales (3, 4). Ces ailettes permettent d'exercer un couple de rotation. La forme en « T » de ce corps creux permet une manipulation aisée et l'exercice optimal du couple de serrage.

La forme en « T » et la présence des ailettes (3, 4) ne sont pas limitatives : la poignée (1) pourrait aussi prendre d'autres formes connues, par exemple une poignée cylindrique longitudinale. La poignée (1) est réalisée par moulage d'une 20 matière plastique telle que le polyarilamide chargé en fibres de verre. La deuxième pièce est un insert crénelé (5). Cet insert (5) présente une couronne crénelée (12) prolongée par un moyeu (16) de forme cylindrique et à section circulaire. 25 Cette couronne crénelée (12) présente une hauteur de 7 millimètres et une section circulaire complémentaire de celle de la cavité intérieure de la poignée (1), afin d'assurer un guidage précis avec deux degrés de liberté -7- seulement, en déplacement axial d'une part et en rotation d'autre part. Ce guidage empêche le basculement de l'insert (5) par rapport à son axe, et assure un parfait parallélisme de sa surface crénelée par rapport au fond crénelé de la 5 poignée. L'insert (5) est constitué par un pièce cylindrique à section circulaire en Nylon (nom commercial), présentant un passage axial (7) de section complémentaire à celle de la tige tournevis (6) entraînée par la poignée dynamométrique. La 10 section de ce passage (7) est non circulaire de façon à permettre l'engrenage de ladite tige (6). L'une des faces frontale présente des dents (8) présentant un profil trapézoïdal. La pente de la rampe (9) des dents (8) est comprise 15 entre 47 et 60°, et de préférence de 55 degrés. Une pente plus importante conduit pour l'utilisateur à une perte de précision du seuil de déclenchement. Une pente plus importante conduit à un déclenchement trop brutal lors de l'atteinte de la valeur seuil du couple, ou à un coincement. 20 La hauteur des dents (8) est comprise entre 1,5 et 3 millimètres, de préférence de 2,0 millimètres. Le bord plongeant (10) forme avec le plan longitudinal un angle de quelques degrés, de préférence 5 degrés, pour permettre le bon ré-enclenchement des dents après le dépassement de la valeur 25 seuil du couple. La largeur du sommet plan (11) des dents (8) déterminée par le nombre de dents (8), par une équation géométrique prenant en compte la hauteur des dents (8) et la pente de la rampe (9) des dents (8). -8- Le nombre de dents (8) est dans l'exemple décrit de 8. Selon d'autres solutions le nombre de dents est compris en 4 et 10. La section extérieure de la couronne crénelée (12) 5 de l'insert (5) est de 23 millimètres ; sa section intérieure est de 6 millimètres. La largeur des dents (8) est de 5 millimètres. La poignée (1) présente une cavité axiale (13) dont la section intérieure correspond à la section extérieure de 10 l'insert (5). Le fond (14) de la cavité (13) présente une surface crénelée de configuration complémentaire à celle de la couronne crénelée (12) de l'insert (5), modulo un léger jeu entre les dents respectives. Cette surface crénelée prévue sur le fond (14) de la cavité (13) présente des dents (20) dont la 15 forme est dans l'exemple décrit identique à celle des dents (8) de l'insert (5). La troisième pièce est constituée par un manchon déformable (15). Ce manchon est de forme tubulaire, avec une section intérieure de 12 millimètres. Cette section est au 20 moins 1,05 fois supérieure à la section extérieure du moyeu (16) de l'insert crénelé (15), qui est dans l'exemple décrit de 11 millimètres. Ce manchon déformable (15) est réalisé en un polymère bio-stable tel que le polyuréthane ou le 25 polycarbonate-uréthane, avec une paroi présentant une épaisseur de 5 millimètres, et une hauteur de 20 millimètres. La dernière pièce est un bouchon (17) vissable dans la cavité de la poignée (1). Ce bouchon (17) présente une surface frontale (18) venant en contact non contraint au repos 30 avec le manchon déformable (15). Contrairement aux poignées -9- dynamométriques de l'art antérieur, ce bouchon ne met pas, au repos, en compression un élément déformable et n'exerce aucune précontrainte en l'absence de couple exercé sur la poignée. Le diamètre intérieur de la cavité (19) formée dans 5 le bouchon (17) est complémentaire du diamètre extérieur du moyeu (16) de l'insert (5), afin de permettre à ce dernier de s'engager dans le bouchon (17) pour assurer un guidage de l'insert, avec deux degrés de liberté seulement, en rotation et en déplacement longitudinalement. Ce guidage empêche le 10 basculement de l'insert et garantie le maintien d'un parallélisme entre les dents (8) de la couronne crénelée (18) d'une part et les dents (20) de la surface crénelée de la poignée (1) d'autre part. Le sens de vissage du bouchon (17) est opposé au 15 sens de serrage. La fixation du bouchon (17) sur la poignée (1) peut être réalisée de différentes manières, y compris par collage ou soudure, ou encore par une goupille, ou par une poignée formée de deux parties complémentaires, l'une incluant la fonction de bouchon. 20 Le fonctionnement de la poignée dynamométrique selon l'invention est illustré par les figures 6 et 7 représentant des vues en coupe longitudinale dans deux situations : au repos (figure 6) 25 au moment du dépassement du seuil de serrage (figure 7). Au repos le manchon déformable (15) est non contraint. Il vient en contact sans pression par l'une de ses extrémités avec le bouchon (17) et par l'autre extrémité avec 30 la surface transversale (21) de couronne crénelée (12) de -10- l'insert (5), opposée aux dents (8). Le manchon déformable (15) entoure ainsi le moyeu (16) de l'insert (5). L'extrémité supérieure (22) du moyeu (15) est engagée dans la cavité axiale (19) du bouchon (17).

Les dents (8) de l'insert et les dents (20) de la poignée sont engrenées sans contraintes. La tige tournevis (6) passe au travers de la poignée (1) par le passage (23) prévu dans le fond de la poignée (1). L'extrémité supérieure de la tige (6) présente des ailettes (24, 25) se logeant le dans passage axial (7) de l'insert (5). Lorsqu'on exerce un couple de rotation sur la poignée, l'effort est d'abord transmis par l'intermédiaire des dents (20) de la surface crénelée de la poignée aux dents (8) de l'insert (5), par l'intermédiaire des pentes adjacentes des dents (8, 20). L'effort transmis dépend aussi du niveau de glissement entre les surfaces des dents (8, 20) en contact, qui est optimisé par le choix de deux matières différentes, dans l'exemple décrit le polyarilamide d'une part et le Nylon (nom commercial) d'autre part.

Cet effort est ensuite transmis par l'insert (5) à la tige tournevis (6) grâce à l'engagement de cette dernière dans la cavité (7) de l'insert (5). Lorsque la résistance de vissage augmente, l'angle des pentes (9) des dents (8, 20) provoque un déplacement longitudinal de l'insert (5). Ce déplacement longitudinal produit une contrainte axiale sur le manchon déformable (15). Cette contrainte axiale va être absorbée par une déformation élastique des parois du manchon, qui vont prendre une forme de tonneau, avec un gonflement transversal de la zone centrale, par un fluage de la matière polymère.

La hauteur de ce manchon déformable (15) se réduit ainsi, jusqu'à ce que la différence avec la hauteur repos corresponde à la hauteur des dents (8, 20). A ce moment, les dents (8, 20) ne sont plus engrenées et les surfaces crénelées 5 respectivement de la poignée (1) et de l'insert (5) n'assurent plus la transmission de l'effort exercé par l'utilisateur. Les sommets plans des dents (8, 20) glissent les uns par rapport à l'autre, avec un faible frottement, ce qui provoque le saut d'une dent. La valeur seuil du couple est ainsi attente, 10 occasionnant un effet perceptible manuellement et de manière sonore par l'utilisateur et empêchant le dépassement du couple exercé sur la vis par la tige tournevis. La déformation du manchon déformable (15) en polymère présente un comportement visco-élastique tandis que 15 la déformation d'un ressort précontraint présente un comportement linéaire connu dans l'art antérieur. De ce fait, le déclenchement lors de l'atteinte de la valeur seuil est plus doux, et le retour à la dent suivante moins brutal que dans les poignées dynamométriques de l'art antérieur. 20

Claims

REVENDICATIONS1 - Outil pour le serrage dynamométrique d'un implant orthopédique vissable incorporant un limiteur de couple, constitué par une poignée (1) présentant une cavité tubulaire (13) intégrant une couronne crénelée fixe (14) formant un crabot avec la surface frontale crénelée (12) d'une pièce complémentaire (5) logée dans ladite cavité tubulaire (13) et présentant un moyen d'entrainement en rotation (7) d'une barre (6) de transmission du couple audit implant vissable, ladite pièce complémentaire (5) présentant en outre une zone d'appui transversale (21) opposée à ladite surface frontale crénelée (14), ledit outil comportant en outre un moyen déformable élastiquement (15) venant en appui d'une part sur ladite zone d'appui transversale (21), et d'autre part avec un moyen de retenu (17) solidaire de ladite poignée (1), caractérisé en ce que ledit moyen déformable élastiquement (15) est constitué par un tube en un matériau déformable élastiquement.
2 - Outil pour le serrage dynamométrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la longueur dudit tube (15) correspond à l'écartement au repos entre ladite surface d'appui transversale (21) et la surface dudit moyen de retenu (17).
3 - Outil pour le serrage dynamométrique selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la section intérieure de ladite cavité (2) est supérieure à la section extérieure dudit tube en un matériau déformable élastiquement (15).
4 - Outil pour le serrage dynamométrique selon la revendication 3 caractérisé en ce que la section intérieure de-13- ladite cavité (2) est au moins 1,05 fois supérieure à la section extérieure dudit tube en un matériau déformable élastiquement (15).
5 - Outil pour le serrage dynamométrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite pièce complémentaire (5) présente un moyeu (16) d'une section extérieure inférieure à la section intérieure dudit tube en un matériau déformable élastiquement (15).
6 - Outil pour le serrage dynamométrique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit moyen de retenu (17) est constitué par un bouchon vissable dans un sens contraire au sens de serrage.
7 - Outil pour le serrage dynamométrique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le tube déformable est constitué d'un élastomère.
8 - Outil pour le serrage dynamométrique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite couronne crénelée et ladite pièce complémentaire sont constitués de matériaux différents.
9 - Outil pour le serrage dynamométrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'une desdites pièces est en Nylon, l'autre desdites pièces étant en polyarilamide.
10 - Outil pour le serrage dynamométrique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les surfaces crénelées de ladite pièce complémentaire (5) et de la poignée (1) présentent des dents (8, 20), chacune desdites dents présentant une forme trapézoïdale avec une-14- pente comprise entre 47 et 60 degrés, prolongée par un sommet plan et un bord plongeant (10).
11 - Outil pour le serrage dynamométrique selon 5 l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est constitué uniquement de quatre pièces à usage unique.