WO2007093695A1 - Instrument d'assistance a la navigation de la pose d'implants chirurgicaux et kits le comprenant - Google Patents

Instrument d'assistance a la navigation de la pose d'implants chirurgicaux et kits le comprenant Download PDF

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WO2007093695A1
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Hassan Wahab
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Hassan Wahab
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    • A61F2/4612—Special tools or methods for implanting or extracting artificial joints, accessories, bone grafts or substitutes, or particular adaptations therefor for insertion or extraction of endoprosthetic joints or of accessories thereof of shoulders

Definitions

  • Instrument for assisting the navigation of surgical implant placement and kits comprising it.
  • the invention relates to the field of orthopedic surgery, and more specifically the placement of prostheses, including shoulder prostheses.
  • the object of the invention is to make possible the use of navigation for the placement of glenoid implants of shoulder prostheses, and this by simple technical means.
  • the subject of the invention is an instrument for assisting the navigation of the installation of surgical implants, in particular shoulder prostheses, characterized in that it comprises:
  • a support secured to the bar and placed on its longitudinal axis, for a computerized probe bearing, over at least a portion of its length and at least a portion of its periphery, sensors which, when they are brought into contact with each other, a patient's bone, send a signal to a receiver;
  • the bar may have conical, frustoconical or pyramidal end portions.
  • the bar may carry a mark indicating its longitudinal axis.
  • the bar may have a convex lower surface.
  • Said support can be fixed on the bar at right angles to its general orientation and said probe is then collinear with the support.
  • Said support can be fixed on the bar at an angle not right with it and said probe is then collinear with the support.
  • the angle between said support and the bar can be adjustable by the user and said probe is then collinear with the support.
  • the instrument may include a stylet that can slide along and rotate around the support.
  • the bar may comprise a multiplicity of orifices in which the support may be placed.
  • the bar may comprise a longitudinal rail in which said support can slide and be locked in a position chosen by the surgeon.
  • Said support may be a bracket fixed to the bar at right angles to its general orientation, and said probe is then fixed to said support perpendicularly to it, at a variable level that can be chosen by the surgeon.
  • Said bracket can be fixed on the bar at right angles to its general orientation.
  • Said bracket can be fixed on the bar at a non-right angle with it.
  • the angle between said stem and the bar can be adjustable by the user.
  • Said probe may comprise a slot through which the support passes.
  • Said support may comprise orifices that the probe can pass through.
  • the handle can be attached to the end of a rod and the bar can have a multiplicity of orifices in which said rod can be placed.
  • the invention also relates to an instrument kit, characterized in that it comprises a plurality of bars of different lengths, at least one support and at least one handle, as defined above, said bars differing in their lengths and or the angle that they can form with the support.
  • the invention also relates to an instrument kit, characterized in that it comprises an instrument or an instrument kit as defined above, a receiver for the signals emitted by the sensors of said computerized probe and a support for said receiver, implantable on the patient.
  • the invention consists of a very simple design instrument that allows, at the beginning of the intraoperative phase, to achieve the anatomical recognition as accurately as possible.
  • This instrument allows the computer performing the navigation to have in its control software an exact image of the patient's shoulder blade, in particular of its glenoidal region.
  • FIG. 2 which shows a scapula seen in profile
  • FIG. 3 which shows very schematically cuts of the shoulder joint, namely a frontal section (fig.3a), a sagittal section (fig.3b) and three horizontal sections (fig.3c, 3d, 3e );
  • FIG. 4 which shows a receiver that can be used to pick up the signals emitted by the instrument according to the invention, implanted in the scapula of a patient;
  • FIGS. 7 and 8 which show the use of the instrument of FIG. 5;
  • FIG. 11 which shows the use of another example of an instrument according to the invention, two variants of which are shown in front view and in perspective in FIGS. 12 and 13.
  • the glenoid cavity 2 with its large vertical axis AB, defined by the point A which is the upper pole of the bony glenoid, projecting to the insertion of the tendon of the long biceps, and by the point B which is the lower pole of the bony glenoid and corresponds to the middle of the pillar of the scapula, and its small horizontal axis A 1 B 'which is the horizontal axis of the glenoid, perpendicular to the major axis AB in the middle;
  • the point C is constituted by the most prominent antero-external edge of the acromion 3; the coracoid process 4 on which the coracobrachial and short biceps are inserted; the point D is constituted by the most prominent anterior edge of the coracoid process 4.
  • the instrument according to the invention makes it possible, during the intraoperative phase, to obtain a sufficiently precise recognition of the situations of the points A and B and / or A 'and B', and also C and D, to complete the information collected preoperatively by means of sections taken by the imaging apparatus. This will provide a precise reconstruction by the computer of the anatomy of the glenoid 2 and its region.
  • the operating procedure in which the instrument according to the invention is used comprises the following steps.
  • a first step the patient performs a CT or MRI image, with or without intra-articular injection, of the glenohumeral region of the shoulder.
  • Horizontal slices of a millimeter thick are made from the top of the acromioclavicular region and beyond the tip of the scapula. More precisely, these sections are perpendicular to the major axis AB of the glenoid 2 recognized on the standard frontal radiograph (FIG. 3a).
  • Figure 3 allows to understand the progress of this step.
  • Figure 3a is a very simplified diagram of a frontal section of the shoulder joint obtained from the frontal reconstruction of the CT / MRI, passing through the Illa-Illa plane of Figure 3b, on which we can see scapula 1 with the bottom of the glenoid cavity 2, points A and B previously defined and the part of the acromion 3 which passes through the sectional plane of Figure 3a.
  • the head of the humerus 5 which articulates with the glenoid 2 has also been represented.
  • FIG. 3b is a sagittal section taken in the lllb-lllb plane of the glenoid 2, obtained from a sagittal CT / MRI reconstruction, perpendicular to the sectional plane of FIG. 3a and including the points A and B, as well as the points A 'and B'.
  • Figure 3c is a horizontal section through the plane lllc-lllc of Figure 3a and thus including the point A.
  • Figure 3d is a horizontal section through the plane llld-llld of Figure 3a and thus including the points A 'and B'.
  • Figure 3e is a horizontal section through the MIe-IIIe plane of Figure 3a and thus including the point B.
  • the data collected by the imaging apparatus are transferred to the computer which will control the navigation of the surgical instruments during the implantation of the shoulder prosthesis on the patient.
  • the computer then reconstructs the three-dimensional images of the area explored during the first step.
  • the surgical instruments are calibrated by the computer, so that they can be used in real time with recognition on screen during implantation.
  • the fourth step is specific to the implantation of shoulder prostheses. This is an intraoperative step of complementary recognition of the patient's anatomy, making the anatomical recognition of the glenoidal region reliable and reproducible, and making use of the instrument according to the invention.
  • a receiver 7, which will cooperate with the infra-red apparatus, is firmly implanted on the patient, for example on the spine 6 of the scapula 1 to be operated. (or any other process) of recognition in space that will recognize the anatomy of the scapula 1.
  • This Receptor 7 is, as shown, fixed on an implantable support on the patient, here constituted by a cross member 8 secured to two pins 9, 9 'passing through the spine 6 of the scapula 1. It is possible to implant these percutaneous pins. 9, 9 'in the manner of the pins used for external fixation of long bones.
  • the surgeon realizes the exposure of the glenoid 2, by the delto-pectoral or other supero or antero-external way, without acromioplasty and without removing the osteophytes. Then it exposes the coracoid process 4 or acromion 3, depending on the chosen tracking option, and sometimes depending on the approach. It then completes the anatomical recognition using the instrument according to the invention, which will now be described in detail and its method of use.
  • the invention is based on the idea that a more reliable and faster acquisition method can be based not on the recognition of points, but on the recognition of meridians, in this case the AB and / or A 'axes. B 'previously defined. It is, in a way, a reconnaissance plan requiring the use of calibrated instruments with not a tip, but a line that can be placed in the plane in question, according to the aforementioned meridian.
  • the instrument 10 comprises an elongated rigid bar 11, of generally cylindrical, parallelepipedal or other shape, and whose end portions 12, 12 'are preferably of conical shape. , frustoconical or pyramidal.
  • the length L of the bar 11 is such that, when the bar 11 is placed in the glenoid 2 along the axis AB, and the end portion 12 is in contact with the point A, the other end portion 12 is in contact with the point B or beyond, so that it is possible for the surgeon to align the axis AB and the longitudinal axis of the bar 11.
  • a length L of 40 to 50 mm for example, will most often be suitable.
  • the surgeon will have several bars 11 of different lengths, which he will choose to use according to the precise anatomy of the patient.
  • the width I of the bar 11 may be of the order of 8 mm.
  • the longitudinal axis of the bar 11 may advantageously be materialized by a mark such as an engraved line, so as to facilitate the proper positioning of the bar 11 along the axis AB or A'B 'of the glenoid 2.
  • the instrument 10 also includes a handle 13 attached to the end of a rod 14 which can itself be screwed into one of a series of threaded holes 15, 15 ', 15 "formed on the bar 11.
  • This 13 allows the surgeon to manipulate the instrument 10 and hold it in the position of his choice during the recognition phase
  • the multiplicity of tapped holes 15, 15 ', 15 " (which, of course, can be many more that the only three shown in Figure 6) allows the surgeon to optimize the location of the handle 13 and its rod 14 according to the chosen approach.
  • These tapped holes 15, 15 ', 15 " can give the rod 14 an inclination of an angle ⁇ with respect to the general orientation of the bar 11, ⁇ being of the order of 50 ° for example.
  • the instrument 10 also comprises a support 16 for a computerized probe equipped with sensors over at least a portion of its length and at least a portion of its periphery.
  • the support 16 and the probe are collinear and form what will be called a "antenna" 16 scanning. It is fixed on the longitudinal axis of the bar 11, at right angles to its general orientation in the example shown, in one or the other of a series of holes 17, 17 'of the bar 11. Sa total length may be of the order of 15 cm for example.
  • the instrument 10 is used as explained below, and as shown in FIGS. 7 and 8.
  • the surgeon places the bar 11 very substantially along the axis AB of the glenoid 2 with the end portions 12, 12 'preferably conical, frustoconical or pyramidal lying in the alignment of the points A and B. Then he turns the bar 11 around its longitudinal axis so as to bring the antenna 16 in contact with the point C, tip of the acromion 3, as shown in Figure 7.
  • the antenna 16 then communicates to the receiver 7 which is the sensor that is in contact with the point C, and it becomes possible for the computer controlling the navigation of the surgical instruments to locate the point C with respect to the receiver 7.
  • the surgeon rotates the bar 11 by maintaining it on the axis AB, so as to bring the antenna 16 in contact with the point D, the tip of the coracoid process 4, as shown in FIG. 8.
  • the antenna 16 then communicates by sending a signal to the receiver 7 which is the sensor which is in contact with the point D, and it becomes possible for the computer controlling the navigation of the surgical instruments to locate the point D with respect to the receiver 7 .
  • the antenna 16 may be necessary, in order to make the contact between the antenna 16 and the point D, to modify the placement of the antenna 16 on the bar 11 by placing it in another of the holes 17, 17 'that during the step of contacting the point C with the antenna 16.
  • the multiplicity of holes 17, 17 ' can be replaced by a continuous longitudinal rail formed on the bar 11, and in which the antenna 16 can slide and be blocked by adequate means (screw or other) in a position precisely chosen by the surgeon.
  • the antenna 16 does not always form a right angle with the bar 11, but a variable angle, for example between 30 and 160 °, and adjustable by the surgeon. In this way it is more certain to be able to achieve in all circumstances the placing in contact with the antenna 16 and the characteristic points C and D of the scapula 1, whatever the morphology of the patient.
  • the antenna 16 rigidly forms an angle different from a right angle with the bar 11, and preferably make sure that the surgeon has at his disposal a plurality of instruments whose angle formed by the antenna 16 and the bar 11 would be different on each of them. The surgeon could then choose the instrument whose angle would be best suited to the morphology of the patient.
  • FIG. 9 Another variant, shown in Figure 9 (on which the handle 13 and the rod 14 are not shown) is to add to the antenna 16 a stylet 27 slidable along the antenna 16 and rotate around it and extending substantially perpendicular to it.
  • a stylet 27 slidable along the antenna 16 and rotate around it and extending substantially perpendicular to it.
  • the use of such a stylet 27 can be combined with that of an antenna 16 with variable angulation or fixed but not straight with the bar 11.
  • the foregoing procedure can also be implemented by placing the bar 11 on the axis A'B 'of the glenoid 2.
  • this step completing the preoperative acquisition, it becomes possible to reconstruct very precisely the anatomy of the glenoid 2 and its environment in the three planes of space, frontal, sagittal and horizontal, and as a three-dimensional volumetric reconstruction.
  • the movement of the instruments can be controlled in a precise and dynamic way in the operative phase of placement of the prosthetic implants, which constitutes the fifth step of the procedure. procedure. It is carried out on the basis of the usual principles of a navigation, as they are implemented for the operating procedures concerning other joints than that of the shoulder.
  • the bar 11 can be given to the bar 11 a facet 18 in contact with the convex glenoid 2 having any radius of curvature.
  • This form is well suited for use on worn-out glenes.
  • the bar 11 is similar to what has been described above.
  • the bar 11 may also, for all its variants, carry at its end points that would facilitate its maintenance on the shoulder blade 1 in the chosen position.
  • FIG. 10 Another variant of the instrument 10 according to the invention consists in placing the antenna no longer in a vertical position, but in a horizontal position, giving it the possibility of being placed at an adjustable height on a vertical support 19, as shown in Figure 11.
  • This configuration is particularly suitable in the case where the surgeon wishes to take into account the axis A 1 B 'rather than the axis AB. This may be preferable depending on the operative exposure of points C and D.
  • the bar 11 is identical to the configuration of the bar 11 of the previous variant.
  • FIG. 11 does not show the handle 13 and its rod 14, as well as the tapped holes 15, 15 ', 15 "where the rod 14 can be screwed, but these characteristics can also be present on the instrument of Figure 11.
  • the bar 11 comprises in the middle a rigid bracket 19 being perpendicular thereto in the example shown and serving as a support for an antenna 20 perpendicular to the bracket 19 and bearing a similar palpator in its function and its constitution at the antenna 16 of the previous variant, but can be slidably moved along the bracket 19 or by insertion into openings in the bracket 19 at various levels.
  • the antenna 20 can be placed at different levels along the bracket 19, so as to enable it, in a first position 20a, to come into contact with the point D, and in a second position 20b (shown in dashed lines in FIG. 11), to come into contact with the point C, if the surgeon gives the bar 11 and the stem 19 the inclination suitable for these effects, by rotating the bar 11 about its longitudinal axis.
  • bracket 19 can, alternatively, arrange the bracket 19 at a fixed angle not right with the bar 11. Also it can be provided that this angle is adjustable by the user, for example between 30 and 160 °.
  • FIG. 12 shows in more detail a possibility of configuration of the bracket 19 and of the antenna 20. It has a longitudinal slot 21 allowing its insertion and its sliding on the bracket 19.
  • a screw 22 allows the locking of the antenna 20 at predefined heights of the bracket 19, by screwing its end into one of a series of threaded holes 23 formed on the bracket 19. It also ensures the longitudinal positioning of the antenna 20.
  • the inner surface of the slot 21 preferably has a flat which increases the contact surface with the bracket 19, and preferably corresponds to depressions 24 formed on the bracket 19 in the vicinity of the holes 23. It is thus ensured that the antenna 20 is securely locked in position. rotation on the gallows 19 and it is well perpendicular.
  • FIG. 13 represents another possibility of configuration of the bracket 19 and of the antenna 20.
  • the bracket 19 has orifices 25 distributed over its height, oriented in the main direction of the bar 11, and in which can be inserted the antenna 20.
  • the antenna 20 preferably carries a longitudinal flat 26 which, in cooperation with corresponding flats of the orifices 25, prevents rotation of the antenna 20. This is fixed longitudinally by a screw 22 through openings 23 of the bracket 19, perpendicular to the insertion orifices 25 of the antenna 20.
  • the instrument according to the invention is intended primarily to assist navigation of the installation of shoulder prostheses. But it may, if necessary, be adapted in its configurations and dimensions to assist navigation of the installation of other types of prostheses or surgical implants in general, if this is useful, while maintaining the essential principles of its design.
  • the instrument according to the invention can be made available in the form of a kit that can contain, for example:
  • the instrument or the kit which has just been described may also be accompanied by the receiver 7 and its support.

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Abstract

Instrument d'assistance à la navigation de la pose d'implants chirurgicaux, notamment de prothèses d'épaule, caractérisé en ce qu'il comporte; une barrette (11) rigide allongée; un support (16, 19) solidaire de la barrette (11) pour un palpateur informatisé portant, sur au moins une portion de sa longueur et au moins une portion de sa périphérie, des capteurs qui, lorsqu'ils sont mis au contact d'un os du patient, envoient un signal à un récepteur (7); une poignée (13) permettant la manipulation de la barrette (11) par le chirurgien et fixée à l'extrémité du support (16, 19) ou d'une tige (14) solidaire de la barrette (11). Kits d'instruments comportant cet instrument.

Description

Instrument d'assistance à la navigation de la pose d'implants chirurgicaux, et kits le comprenant.
L'invention concerne le domaine de la chirurgie orthopédique, et plus précisément la mise en place des prothèses, notamment des prothèses d'épaule.
Ces dernières années, se sont développées des techniques dites « de navigation » pour la mise en place de prothèses articulaires. Il s'agit de techniques chirurgicales assistées par ordinateur qui consistent à :
- réaliser en phase pré-opératoire des images de l'articulation à opérer, par scanner ou IRM ; cette phase est dite « acquisition radiologique » ; ces images sont des coupes natives horizontales et perpendiculaires à un axe remarquable de l'articulation ;
- et intégrer ces images à un logiciel qui, lors de la phase per- opératoire qui comprend une phase de « reconnaissance anatomique », va permettre de guider, de manière précise et adaptée à la morphologie exacte du patient, les instruments chirurgicaux lors de l'implantation de la prothèse.
Actuellement, la navigation est utilisée avec succès pour de nombreuses articulations, notamment la hanche et le genou. Cependant, il n'est pas possible de l'utiliser de manière satisfaisante pour la pose de prothèses d'épaules. En effet, la configuration particulière de l'omoplate et de son environnement fait que lors de la phase per-opératoire de « reconnaissance anatomique », on ne peut pas obtenir par les moyens connus une image suffisamment exacte de la région à opérer. En particulier, la pointe de l'omoplate ne peut pas être située avec précision dans l'espace. Par ailleurs, le changement de position du patient entre l'acquisition des images et la phase opératoire rend aléatoire l'utilisation seule de l'appareil d'imagerie : elle introduit une imprécision dans la transposition des informations acquises lors de la reconnaissance anatomique au guidage des instruments.
Le but de l'invention est de rendre possible l'utilisation de la navigation pour la pose d'implants glénoïdiens de prothèses d'épaule, et ce par des moyens techniques simples. A cet effet, l'invention a pour objet un instrument d'assistance à la navigation de la pose d'implants chirurgicaux, notamment de prothèses d'épaule, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une barrette rigide allongée;
- un support solidaire de la barrette et placé sur son axe longitudinal, pour un palpateur informatisé portant, sur au moins une portion de sa longueur et au moins une portion de sa périphérie, des capteurs qui, lorsqu'ils sont mis au contact d'un os du patient, envoient un signal à un récepteur ;
- une poignée permettant la manipulation de la barrette par le chirurgien et fixée à l'extrémité du support ou d'une tige solidaire de la barrette.
La barrette peut posséder des parties d'extrémité coniques, tronconiques ou pyramidales.
La barrette peut porter un repère indiquant son axe longitudinal.
La barrette peut avoir une surface inférieure convexe.
Ledit support peut être fixé sur la barrette à angle droit de son orientation générale et ledit palpateur est alors colinéaire au support.
Ledit support peut être fixé sur la barrette en formant un angle non droit avec elle et ledit palpateur est alors colinéaire au support.
L'angle entre ledit support et la barrette peut être réglable par l'utilisateur et ledit palpateur est alors colinéaire au support.
L'instrument peut comporter un stylet pouvant coulisser le long et tourner autour du support.
La barrette peut comporter une multiplicité d'orifices dans lesquels le support peut être placé.
La barrette peut comporter un rail longitudinal dans lequel ledit support peut coulisser et être bloqué dans une position choisie par le chirurgien.
Ledit support peut être une potence fixée sur Ia barrette à angle droit de son orientation générale, et ledit palpateur est alors fixé audit support perpendiculairement à lui, à un niveau variable pouvant être choisi par le chirurgien. Ladite potence peut être fixée sur la barrette à angle droit de son orientation générale.
Ladite potence peut être fixée sur la barrette en formant un angle non droit avec elle.
L'angle entre ladite potence et la barrette peut être réglable par l'utilisateur.
Ledit palpateur peut comporter une fente traversée par le support.
Ledit support peut comporter des orifices que le palpateur peut traverser.
La poignée peut être fixée à l'extrémité d'une tige et la barrette peut comporter une multiplicité d'orifices dans lesquels ladite tige peut être placée.
L'invention a également pour objet un kit d'instruments, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de barrettes de longueurs différentes, au moins un support et au moins une poignée, tels que définis précédemment, lesdites barrettes différant par leurs longueurs et/ou l'angle qu'elles peuvent former avec le support.
L'invention a également pour objet un kit d'instruments, caractérisé en ce qu'il comporte un instrument ou un kit d'instruments tels que définis précédemment, un récepteur pour les signaux émis par les capteurs dudit palpateur informatisé et un support pour ledit récepteur, implantable sur le patient.
Comme on l'aura compris, l'invention consiste en un instrument de conception très simple qui permet, au début de la phase per-opératoire, de réaliser la reconnaissance anatomique de manière aussi précise que possible. Cet instrument permet à l'ordinateur réalisant la navigation d'avoir dans son logiciel de pilotage une image exacte de l'omoplate du patient, en particulier de sa région glénoïdale.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence aux figures annexées suivantes :
- la figure 1 qui montre une omoplate avec la glène vue de face ;
- la figure 2 qui montre une omoplate vue de profil ; - la figure 3 qui montre très schématiquement des coupes de l'articulation de l'épaule, à savoir une coupe frontale (fig.3a), une coupe sagittale (fig.3b) et trois coupes horizontales (fig.3c, 3d, 3e) ;
- la figure 4 qui montre un récepteur utilisable pour capter les signaux émis par l'instrument selon l'invention, implanté dans l'omoplate d'un patient ;
- la figure 5 qui montre vu de profil un exemple d'instrument selon l'invention ;
- la figure 6 qui montre vue de dessus un exemple de barrette d'un instrument selon l'invention ;
- les figures 7 et 8 qui montrent l'utilisation de l'instrument de la figure 5 ;
- la figure 9 qui montre l'utilisation de cet instrument dans une version modifiée ;
- la figure 10 qui montre vu de profil un autre exemple d'instrument selon l'invention ;
- la figure 11 qui montre l'utilisation d'un autre exemple d'instrument selon l'invention, dont deux variantes sont représentées en vue de face et en perspective sur les figures 12 et 13.
On va d'abord rappeler les caractéristiques de l'omoplate qui sont importantes à prendre en compte dans le cas de l'invention.
Les éléments de l'omoplate 1 à considérer sont, comme mis en évidence sur les figures 1 et 2 :
- la cavité glénoïdale 2, avec son grand axe vertical AB, défini par le point A qui est le pôle supérieur de la glène osseuse, se projetant à l'insertion du tendon du long biceps, et par le point B qui est le pôle inférieur de la glène osseuse et correspond au milieu du pilier de l'omoplate, et son petit axe horizontal A1B' qui est l'axe horizontal de la glène, perpendiculaire au grand axe AB en son milieu ;
- l'acromion 3 sur lequel vient s'insérer le deltoïde ; le point C est constitué par le bord antéro-externe le plus saillant de l'acromion 3 ; - l'apophyse coracoïde 4 sur laquelle viennent s'insérer le coraco- brachial et le court biceps ; le point D est constitué par le bord antérieur le plus saillant de l'apophyse coracoïde 4.
L'instrument selon l'invention permet, lors de la phase per-opératoire, d'obtenir une reconnaissance suffisamment précise des situations des points A et B et/ou A' et B', et aussi C et D, pour compléter les informations recueillies en pré-opératoire au moyen de coupes effectuées par l'appareil d'imagerie. On obtiendra ainsi une reconstruction précise par l'ordinateur de l'anatomie de la glène 2 et de sa région.
La procédure opératoire lors de laquelle l'instrument selon l'invention est utilisé comporte les étapes suivantes.
Dans une première étape, on réalise sur le patient une image scanner ou IRM, avec ou sans injection intra-articulaire, de la région gléno-humérale de l'épaule. On effectue des coupes horizontales d'un millimètre d'épaisseur partant du sommet de la région acromio-claviculaire et dépassant la pointe de l'omoplate. Plus précisément, ces coupes sont perpendiculaires au grand axe AB de la glène 2 reconnu sur le cliché radiologique standard de face (fig.3a). La figure 3 permet de bien comprendre le déroulement de cette étape.
La figure 3a est un schéma très simplifié d'une coupe frontale de l'articulation de l'épaule obtenue d'après la reconstitution frontale du scanner/IRM, passant par le plan Illa-llla de la figure 3b, sur laquelle on voit l'omoplate 1 avec le fond de la cavité glénoïdale 2, les points A et B précédemment définis et la partie de l'acromion 3 qui passe par le plan de coupe de la figure 3a. On a également représenté la tête de l'humérus 5 qui s'articule avec la glène 2.
La figure 3b est une coupe sagittale réalisée dans le plan lllb-lllb de la glène 2, obtenue d'après une reconstitution sagittale du scanner/IRM, perpendiculaire au plan de coupe de la figure 3a et incluant les points A et B, ainsi que les points A' et B'. On y voit aussi les parties de l'acromion 3 et de l'apophyse coracoïde 4 passant par le plan de coupe. La figure 3c est une coupe horizontale passant par le plan lllc-lllc de la figure 3a et incluant donc le point A.
La figure 3d est une coupe horizontale passant par le plan llld-llld de la figure 3a et incluant donc les points A' et B'.
La figure 3e est une coupe horizontale passant par le plan MIe-IIIe de la figure 3a et incluant donc le point B.
Ces trois coupes natives horizontales sont les plus importantes que le logiciel de navigation doit sélectionner. Elles permettent de reconnaître les points A et B et/ou A' et B' avec une précision millimétrique satisfaisante pour la suite des opérations.
Dans une deuxième étape, les données recueillies par l'appareil d'imagerie sont transférées sur l'ordinateur qui va commander la navigation des instruments chirurgicaux lors de l'implantation de la prothèse d'épaule sur le patient. L'ordinateur reconstruit alors les images tridimensionnelles de la zone explorée lors de la première étape.
Dans une troisième étape, les instruments chirurgicaux sont calibrés par l'ordinateur, de manière à pouvoir être utilisés en temps réel avec reconnaissance sur écran lors de l'implantation.
Ces trois premières étapes ne se distinguent pas, dans leurs principes fondamentaux, de ce qui est habituellement pratiqué préalablement aux opérations d'implantation de prothèses articulaires, autres que les prothèses d'épaule, avec navigation et assistance par ordinateur.
La quatrième étape est spécifique à l'implantation des prothèses d'épaule. Il s'agit d'une étape per-opératoire de reconnaissance complémentaire de l'anatomie du patient, rendant la reconnaissance anatomique de la région glénoïdale fiable et reproductible, et faisant usage de l'instrument selon l'invention.
Dans un premier temps, comme on le voit sur la figure 4, on implante solidement sur le patient, par exemple sur l'épine 6 de l'omoplate 1 à opérer, un récepteur 7, qui coopérera avec l'appareil à infra-rouge (ou tout autre procédé) de reconnaissance dans l'espace qui reconnaîtra l'anatomie de l'omoplate 1. Ce récepteur 7 est, comme représenté, fixé sur un support implantable sur le patient, constitué ici par une traverse 8 solidaire de deux broches 9, 9' traversant l'épine 6 de l'omoplate 1. On peut implanter en per-cutané ces broches 9, 9' à la manière des broches utilisées pour les fixateurs externes d'os longs.
Puis le chirurgien réalise l'exposition de la glène 2, par la voie delto- pectorale ou une autre voie supéro ou antéro-externe, sans acromioplastie et sans enlever les ostéophytes. Puis il expose l'apophyse coracoïde 4 ou l'acromion 3, selon l'option de repérage choisie, et parfois en fonction de la voie d'abord. Il complète ensuite la reconnaissance anatomique à l'aide de l'instrument selon l'invention, qui va à présent être décrit en détail ainsi que son mode d'utilisation.
Les tentatives précédentes de reconnaissance anatomique de la glène 2 reposaient sur la détermination d'une série de points. Le résultat final manquait de fiabilité, car l'acquisition demandait un nombre de points important, et cela procurait une forte marge d'erreur lors de la phase finale de détermination de la géométrie de la glène 2. La durée d'acquisition des données était également élevée.
L'invention repose sur l'idée qu'une méthode d'acquisition plus fiable et plus rapide peut être fondée non plus sur la reconnaissance de points, mais sur la reconnaissance de méridiens, en l'occurrence les axes AB et/ou A'B' précédemment définis. Il s'agit, en quelque sorte, d'une reconnaissance par plan nécessitant l'utilisation d'instruments calibrés comportant non pas une pointe, mais une ligne pouvant être placée dans le plan en question, selon le méridien précité.
L'expérience montre que les possibles erreurs de reconnaissance de la position d'un axe tel que AB ou A'B' sont sensiblement plus tolérables que les erreurs de reconnaissance de plusieurs points avec des instruments à pointe.
Egalement, on associe la reconnaissance des axes de la glène 2 à celle de points fixes de l'omoplate, en particuliers des points C (pointe de l'acromion antérieur et externe) et D (pointe de l'apophyse coracoïde), ces deux points étant accessibles dans toutes les voies d'abord de la prothèse d'épaule : delto-pectorale ou supéro-externe, ou supéro-antéro-exteme trans-acromiale distale).
L'instrument 10 selon l'invention, représenté sur la figure 5, comporte une barrette 11 rigide allongée, de forme générale cylindrique, parallélépipédique ou autre, et dont les parties d'extrémité 12, 12' sont, de préférence, de forme conique, tronconique ou pyramidale. La longueur L de la barrette 11 est telle que, lorsque la barrette 11 est placée dans la glène 2 selon l'axe AB, et que la partie d'extrémité 12 est au contact du point A, l'autre partie d'extrémité 12' est au contact du point B ou le dépasse, de sorte qu'il soit possible au chirurgien de bien aligner l'axe AB et l'axe longitudinal de la barrette 11. A cet effet, une longueur L de 40 à 50 mm, par exemple, sera le plus souvent convenable. Optimalement, le chirurgien pourra disposer de plusieurs barrettes 11 de longueurs différentes, qu'il choisira d'utiliser selon l'anatomie précise du patient. La largeur I de la barrette 11 peut être de l'ordre de 8 mm.
L'axe longitudinal de la barrette 11 peut avantageusement être matérialisé par un repère tel qu'une ligne gravée, de manière à faciliter le bon positionnement de la barrette 11 selon l'axe AB ou A'B' de la glène 2.
L'instrument 10 comporte également une poignée 13 fixée à l'extrémité d'une tige 14 pouvant elle-même être vissée dans l'un d'une série de trous taraudés 15, 15', 15" ménagés sur la barrette 11. Cette poignée 13 permet au chirurgien de manipuler l'instrument 10 et de le maintenir dans la position de son choix pendant la phase de reconnaissance. La multiplicité de trous taraudés 15, 15', 15" (qui, bien entendu, peuvent être bien plus nombreux que les trois seuls représentés sur la figure 6) permet au chirurgien d'optimiser l'emplacement de la poignée 13 et de sa tige 14 en fonction de Ia voie d'abord choisie. Ces trous taraudés 15, 15', 15" peuvent conférer à la tige 14 une inclinaison d'un angle α par rapport à l'orientation générale de la barrette 11 , α pouvant être de l'ordre de 50° par exemple. Bien entendu, il demeurerait dans l'esprit de l'invention de ne prévoir qu'une seule position possible pour la tige 14 et la poignée 13. L'instrument 10 comporte également un support 16 pour un palpateur informatisé muni de capteurs sur au moins une portion de sa longueur et au moins une portion de sa périphérie. Le support 16 et le palpateur sont colinéaires et forment ce que l'on appellera une « antenne » 16 de balayage. Elle est fixée sur l'axe longitudinal de la barrette 11 , à angle droit de son orientation générale dans l'exemple représenté, dans l'un ou l'autre d'une série de trous 17, 17' de la barrette 11. Sa longueur totale peut être de l'ordre de 15 cm par exemple.
L'instrument 10 est utilisé comme exposé dans ce qui suit, et comme représenté sur les figures 7 et 8.
Le chirurgien place la barrette 11 très sensiblement selon l'axe AB de la glène 2 avec les parties d'extrémité 12, 12' de préférence coniques, tronconiques ou pyramidales reposant dans l'alignement des points A et B. Puis il fait tourner la barrette 11 autour de son axe longitudinal de manière à faire venir l'antenne 16 au contact du point C, pointe de l'acromion 3, comme montré sur la figure 7. L'antenne 16 communique alors au récepteur 7 quel est le capteur qui est au contact du point C, et il devient possible à l'ordinateur pilotant la navigation des instruments chirurgicaux de situer le point C par rapport au récepteur 7.
Puis le chirurgien fait tourner la barrette 11 en la maintenant sur l'axe AB, de manière à faire venir l'antenne 16 au contact du point D, pointe de l'apophyse coracoïde 4, comme montré sur la figure 8. L'antenne 16 communique alors par l'envoi d'un signal au récepteur 7 quel est le capteur qui est au contact du point D, et il devient possible à l'ordinateur pilotant la navigation des instruments chirurgicaux de situer le point D par rapport au récepteur 7.
En fonction de l'anatomie du patient et de la géométrie précise de l'instrument 10, il peut être nécessaire, pour réaliser le contact entre l'antenne 16 et le point D, de modifier le placement de l'antenne 16 sur la barrette 11 en la plaçant dans un autre des trous 17, 17' que lors de l'étape de mise au contact du point C avec l'antenne 16.
En variante, la multiplicité de trous 17, 17' peut être remplacée par un rail longitudinal continu, ménagé sur la barrette 11 , et dans lequel l'antenne 16 peut coulisser et être bloquée par des moyens adéquats (vis ou autre) dans une position précisément choisie par le chirurgien.
Egalement, on peut prévoir que l'antenne 16 ne forme pas toujours un angle droit avec la barrette 11 , mais un angle variable, par exemple entre 30 et 160°, et réglable par le chirurgien. De cette façon on est plus assuré de pouvoir réaliser en toutes circonstances la mise au contact de l'antenne 16 et des points caractéristiques C et D de l'omoplate 1, quelle que soit la morphologie du patient.
On peut également prévoir que l'antenne 16 forme rigidement un angle différent d'un angle droit avec la barrette 11 , et de préférence faire en sorte que le chirurgien ait à sa disposition une pluralité d'instruments dont l'angle formé par l'antenne 16 et la barrette 11 serait différent sur chacun d'entre eux. Le chirurgien pourrait alors choisir l'instrument dont l'angle en question serait le mieux adapté à la morphologie du patient.
Une autre variante, représentée sur la figure 9 (sur laquelle la poignée 13 et la tige 14 ne sont pas représentées) consiste à ajouter à l'antenne 16 un stylet 27 pouvant coulisser le long de l'antenne 16 et tourner autour d'elle, et s'étendant sensiblement perpendiculairement à elle. De cette façon, le contact entre les points C ou D de l'omoplate 1 et l'antenne 16 peut s'effectuer non pas directement mais par l'intermédiaire de la pointe 28 du stylet 27, dans les cas où l'anatomie du patient rendrait difficile ou impossible un contact direct. L'utilisation d'un tel stylet 27 peut être combinée à celle d'une antenne 16 à angulation variable ou fixe mais non droite avec la barrette 11.
Le mode opératoire précédent peut être aussi mis en œuvre en plaçant la barrette 11 sur l'axe A'B' de la glène 2.
Grâce à cette étape complétant l'acquisition réalisée en pré-opératoire, il devient possible de reconstruire de manière très exacte l'anatomie de la glène 2 et de son environnement dans les trois plans de l'espace, frontal, sagittal et horizontal, ainsi qu'une reconstruction volumétrique en trois dimensions.
On peut ainsi contrôler de façon précise et dynamique en temps réel le déplacement des instruments lors de la phase opératoire de mise en place des implants prothétiques qui constitue la cinquième étape de la procédure opératoire. Elle s'effectue sur la base des principes habituels d'une navigation, tels qu'ils sont mis en œuvre pour les procédures opératoires concernant d'autres articulations que celle de l'épaule.
En variante, comme représenté sur la figure 10, on peut conférer à la barrette 11 une facette 18 de contact avec la glène 2 convexe, présentant un rayon de courbure quelconque. Cette forme est bien adaptée à une utilisation sur des glènes 2 usées. Pour ses autres caractéristiques, la barrette 11 est similaire à ce qui a été décrit précédemment.
La barrette 11 peut également, pour toutes ses variantes, porter à son extrémité des pointes qui faciliteraient son maintien sur l'omoplate 1 dans la position choisie.
Une autre variante de l'instrument 10 selon l'invention consiste à placer l'antenne non plus en position verticale, mais en position horizontale, en lui donnant la possibilité d'être placée à une hauteur réglable sur un support vertical 19, comme représenté sur la figure 11.
Cette configuration est particulièrement adaptée au cas où le chirurgien souhaite prendre en compte l'axe A1B' plutôt que l'axe AB. Cela peut être préférable en fonction de l'exposition opératoire des points C et D.
La barrette 11 est identique à la configuration de la barrette 11 de la variante précédente. On n'a pas, sur la figure 11 , représenté la poignée 13 et sa tige 14, ainsi que les trous taraudés 15, 15', 15" où la tige 14 peut être vissée, mais ces caractéristiques peuvent aussi être présentes sur l'instrument de la figure 11.
Sur cette variante de l'instrument, la barrette 11 comporte en son milieu une potence rigide 19 lui étant perpendiculaire dans l'exemple représenté et servant de support à une antenne 20 perpendiculaire à la potence 19 et portant un palpateur comparable dans sa fonction et sa constitution à l'antenne 16 de la variante précédente, mais pouvant être déplacé par coulissement le long de la potence 19 ou par insertion dans des orifices ménagés dans la potence 19 à divers niveaux. De cette façon, on peut placer l'antenne 20 à différents niveaux le long de la potence 19 , de façon à lui permettre, dans une première position 20a, de venir au contact du point D, et dans une deuxième position 20b (représentée en pointillés sur la figure 11), de venir au contact du point C, si le chirurgien donne à la barrette 11 et à la potence 19 l'inclinaison convenable à ces effets, par rotation de la barrette 11 autour de son axe longitudinal.
Comme dans l'exemple précédent, on peut, en variante, disposer la potence 19 selon un angle fixe non droit avec la barrette 11. Egalement on peut prévoir que cet angle soit réglable par l'utilisateur, par exemple entre 30 et 160°. On peut éventuellement donner la possibilité de fixer une poignée 13 à l'extrémité de la potence 19, qui peut ainsi jouer le même rôle que la tige 14, en plus ou à la place de celle-ci. Cette possibilité peut également exister pour le support 16 de l'antenne de la variante précédente s'il présente les caractéristiques de rigidité nécessaires à cet effet.
La figure 12 représente plus en détail une possibilité de configuration de la potence 19 et de l'antenne 20. Celle-ci présente une fente longitudinale 21 permettant son insertion et son coulissement sur la potence 19. Une vis 22 permet le blocage de l'antenne 20 à des hauteurs prédéfinies de la potence 19, par vissage de son extrémité dans l'un d'une série de trous taraudés 23 ménagés sur la potence 19. Elle assure également le positionnement longitudinal de l'antenne 20. La surface interne de la fente 21 présente de préférence un méplat qui accroît la surface de contact avec la potence 19, et correspond de préférence à des dépressions 24 ménagées sur la potence 19 au voisinage des trous 23. On assure ainsi que l'antenne 20 est bien bloquée en rotation sur la potence 19 et lui est bien perpendiculaire.
La figure 13 représente une autre possibilité de configuration de la potence 19 et de l'antenne 20. La potence 19 comporte des orifices 25 répartis sur sa hauteur, orientés selon la direction principale de la barrette 11 , et dans lesquels peut être insérée l'antenne 20.
L'antenne 20 porte de préférence un méplat longitudinal 26 qui, en coopération avec des méplats correspondants des orifices 25, empêche une rotation de l'antenne 20. Celle-ci est fixée longitudinalement par une vis 22 traversant des orifices 23 de la potence 19, perpendiculairement aux orifices 25 d'insertion de l'antenne 20.
L'homme du métier pourra aisément, s'il le juge utile, modifier les variantes qui viennent d'être décrites pour rendre possible le placement de l'antenne 20 à une hauteur quelconque sur la potence 19, et non plus à un nombre fini de hauteurs prédéterminées, comme c'est le cas dans les exemples représentés.
L'instrument selon l'invention est destiné prioritairement à une assistance à la navigation de la pose de prothèses d'épaule. Mais il pourra, le cas échéant, être adapté dans ses configurations et ses dimensions à une assistance à la navigation de la pose d'autres types de prothèses ou implants chirurgicaux en général, si cela s'avère utile, en conservant les principes essentiels de sa conception.
L'instrument selon l'invention peut être rendu disponible sous forme de kit pouvant contenir par exemple :
- une pluralité de barrettes 11 , adaptées à diverses morphologies de patients, et pouvant à ce titre différer les unes des autres quant à leur longueur et/ou quant à l'angulation du support 16, 19 par rapport à la barrette 11 ; de ce point de vue, prévoir une ou des barrettes 11 sur lesquelles cette angulation est réglable par Ie chirurgien permet de minimiser le nombre de barrettes 11 permettant de couvrir toutes les morphologies possibles avec un seul kit, lesdites barrettes 11 pouvant alors ne différer que par leurs longueurs ;
- et/ou plusieurs types de supports 16, 19 et/ou de palpateurs informatisés permettant au chirurgien de choisir la variante de l'invention la mieux adaptée au cas chirurgical précis à traiter.
L'instrument ou le kit qui vient d'être décrit peut également être accompagné par le récepteur 7 et son support.

Claims

REVENDICATIONS
1. Instrument d'assistance à la navigation de la pose d'implants chirurgicaux, notamment de prothèses d'épaule, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une barrette (11) rigide allongée ;
- un support (16, 19) solidaire de la barrette (11) et placé sur son axe longitudinal, pour un palpateur informatisé portant, sur au moins une portion de sa longueur et au moins une portion de sa périphérie, des capteurs qui, lorsqu'ils sont mis au contact d'un os du patient, envoient un signal à un récepteur (7) ;
- une poignée (13) permettant la manipulation de la barrette (11) par le chirurgien et fixée à l'extrémité du support (16, 19) ou d'une tige (14) solidaire de la barrette (11).
2. Instrument selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la barrette (11) possède des parties d'extrémité (12, 12') coniques, tronconiques ou pyramidales.
3. Instrument selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la barrette (11) porte un repère indiquant son axe longitudinal.
4. Instrument selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la barrette (11) a une surface inférieure (18) convexe.
5. Instrument selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit support (16) est fixé sur la barrette (11) à angle droit de son orientation générale et en ce que ledit palpateur est colinéaire au support (16).
6. Instrument selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit support (16) est fixé sur la barrette (11) en formant un angle non droit avec elle et en ce que ledit palpateur est colinéaire au support (16).
7. Instrument selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'angle entre ledit support (16) et la barrette (11) est réglable par l'utilisateur et en ce que ledit palpateur est colinéaire au support (16).
8. Instrument selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un stylet (27) pouvant coulisser le long et tourner autour du support (16).
9. Instrument selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la barrette (11) comporte une multiplicité d'orifices (17, 17') dans lesquels le support (16, 19) peut être placé.
10. Instrument selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la barrette (11) comporte un rail longitudinal dans lequel ledit support (16) peut coulisser et être bloqué dans une position choisie par le chirurgien.
11. Instrument selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit support est une potence (19) fixée sur la barrette (11), et en ce que ledit palpateur (20) est fixé audit support (19) perpendiculairement à lui, à un niveau variable pouvant être choisi par le chirurgien.
12. Instrument selon la revendication 11 , caractérisé en ce que ladite potence (19) est fixée sur la barrette (11) à angle droit de son orientation générale.
13. Instrument selon la revendication 11 , caractérisé en ce que ladite potence (19) est fixée sur la barrette (11) en formant un angle non droit avec elle.
14. Instrument selon la revendication 11 , caractérisé en ce que l'angle entre ladite potence (19) et la barrette (11) est réglable par l'utilisateur.
15. Instrument selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que ledit palpateur (20) comporte une fente (21) traversée par le support (19).
16. Instrument selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que ledit support (19) comporte des orifices (25) que le palpateur (20) peut traverser.
17. Instrument selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que la poignée (13) est fixée à l'extrémité d'une tige (14) et en ce que la barrette (11) comporte une multiplicité d'orifices (15, 15', 15") dans lesquels ladite tige (14) peut être placée.
18. Kit d'instruments, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de barrettes (11), au moins un support (16, 19) et au moins une poignée (13), tels que définis dans les revendications 1 à 17, lesdites barrettes différant par leurs longueurs et/ou par l'angle qu'elles peuvent former avec le support (16, 19).
19. Kit d'instruments, caractérisé en ce qu'il comporte un instrument ou un kit d'instruments selon l'une des revendications 1 à 18, un récepteur (7) pour les signaux émis par les capteurs dudit palpateur informatisé et un support (8, 9, 9') pour ledit récepteur (7), implantable sur le patient.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10241072A1 (de) * 2002-09-05 2004-03-25 Aesculap Ag & Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung der geometrischen Daten einer kugeligen Ausnehmung
US20050198849A1 (en) * 2002-09-05 2005-09-15 Aesculap Ag & Co. Kg Apparatus for recording the contour of a surface

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