WO2014016399A1 - Systeme et procede d'osteotomie guidee par navigation - Google Patents
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Abstract
L'invention est notamment relative à un système de fixation d'un premier segment osseux (1) par rapport à un second segment osseux (2), les deux segments (1, 2) appartenant à un même os (3), où le premier et le second segment sont maintenus ensemble par l'intermédiaire d'une charnière provenant de la coupe partielle transverse dudit os (3), caractérisé par le fait que qu'il comporte : - deux cibles (81, 82) adaptées pour être fixées sur les deux segments (1, 2) dudit os (3); - un système de navigation (4, 5) adapté pour acquérir les positions et orientations tridimensionnelles des cibles (81, 82); - un système de traitement adapté pour calculer, à partir des données issues du système de navigation, les angles correspondant à l'alignement tridimensionnel des deux dits segments (1, 2); - une unité d'affichage (10) adaptée pour montrer les informations au chirurgien; - au moins un guide de fraisage; - plusieurs implants de tailles différentes.
Description
SYSTEME ET PROCEDE D'OSTEOTOMIE GUIDEE PAR NAVIGATION
L'arthrose est une anomalie mécanique impliquant des dégradations des articulations, incluant le cartilage articulaire et l'os sous- chondral.
Cette pathologie peut être traitée par le biais de différentes méthodes, la plus importante étant le remplacement total de l'articulation pathologique par un implant prothétique. Cette méthode est cependant très dégénérative, invasive et parfois traumatisante pour le patient.
Lorsque cette maladie est la conséquence d'un désalignement d'un membre, elle peut être retardée ou traitée par ostéotomie.
Cette procédure chirurgicale, moins invasive, a pour but de rééquilibrer les efforts exercés sur l'articulation pathologique en réalignant les centres articulaires du membre (par exemple les centres hanche, genou, cheville pour le membre inférieur ou bien encore les centres épaule, coude et poignet pour le membre supérieur). Une coupe partielle est réalisée sur un des deux os formant le membre (par exemple le fémur ou le tibia pour le membre inférieur, ou bien encore l'humérus ou le radius pour le membre supérieur).
Le réalignement est effectué en faisant une rotation des deux segments osseux, découpés partiellement, autour d'un point de rotation, souvent appelé charnière, résultant de cette découpe partielle. Une fois l'alignement obtenu, ces deux segments osseux sont, dans la plupart des cas, maintenus dans la position souhaitée grâce à une plaque d'ostéosynthèse positionnée au-dessus de la coupe et s'appuyant sur les deux segments.
Cependant, malgré les bons résultats de cette chirurgie, les plaques d'ostéosynthèse doivent bien souvent être retirées par le biais d'une seconde intervention en raison de la présence d'une surépaisseur sur l'os qui peut conduire à une irritation des tissus mous et donc à une gêne pour le patient.
Le système dénommé "I BALANCE" et commercialisé par la société ARTHREX fournit une technique permettant au chirurgien d'insérer et de fixer, avec des vis, un implant en forme de cale à l'intérieur de l'ouverture issue de la distraction des deux segments osseux. Cet implant maintient les positions relatives des deux segments osseux et évite d'avoir l'épaisseur supplémentaire des plaques d'ostéosynthèse conventionnelles. Le but de cet implant est d'éviter
une irritation des tissus mous et par conséquent la nécessité d'une seconde chirurgie.
Cette solution a cependant plusieurs inconvénients : L'alignement résultant peut être imprécis et peut conduire à de mauvais résultats post-opératoires puisque l'angle de correction requis pour aligner correctement le membre inférieur est planifié en phase préopératoire sur de simples radiographies en deux dimensions (2D) et est reporté durant l'intervention par une simple règle géométrique. Elle ne permet pas d'ajuster l'alignement du membre dans les trois rotations de l'espace. Seule la rotation dans le plan frontal peut être réalisée, la pente (rotation dans le plan sagittal) et la rotation transverse ne peuvent être ajustées, ce qui peut conduire également à des résultats post-opératoires non-optimaux.
La présente invention a pour objet de fournir un système pour le placement d'un implant d'ostéosynthèse en forme de cale à l'intérieur de l'ouverture qui permet au chirurgien d'ajuster et de maintenir avec une grande précision l'alignement des deux segments osseux dans les trois dimensions (3D).
Ainsi, la présente invention est relative à un système pour fixer un premier segment osseux par rapport à un second segment osseux.
Ce système de fixation d'un premier segment osseux par rapport à un second segment osseux, les deux segments appartenant à un même os, où le premier et le second segment sont maintenus ensemble par l'intermédiaire d'une charnière provenant de la coupe partielle transverse dudit os, caractérisé par le fait qu'il comporte :
- Deux cibles adaptées pour être fixées sur les deux segments dudit os,
- Un système de navigation adapté pour acquérir les positions et orientations tridimensionnelles des cibles,
- Un système de traitement adapté pour calculer, à partir des données issues du système de navigation, les angles correspondant à l'alignement tridimensionnel des deux dits segments,
- Une unité d'affichage adaptée pour montrer les informations au chirurgien,
- Au moins un guide de fraisage,
- Plusieurs implants de tailles différentes.
Selon d'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de l'invention, prises individuellement ou combinées :
- chaque cible est attachée à une embase apte à être fixée par l'intermédiaire d'au moins une broche ou vis à chaque dit segment ;
- chaque embase est composée de deux broches de fixation et d'un support de réception de la cible correspondante ;
- il comporte au moins un distracteur qui est utilisé pour maintenir la position souhaitée entre les deux segments ;
- ledit au moins un distracteur est fixé entre les deux embases ; - ledit au moins un distracteur est ajustable en longueur ;
- ledit guide de fraisage est ajustable, notamment en longueur, de manière à être adapté en fonction de la distraction des segments osseux ;
- ledit guide de fraisage comporte au moins un trou de fraisage de forme spécifique ;
- ledit guide de fraisage comprend au moins un système de fixation relativement à l'os ;
- ledit guide de fraisage est fixé sur ladite embase ;
- ledit système de fixation permet de détacher ledit guide de fraisage et de le remplacer par un autre ;
- ledit système de fixation est de type tenon et mortaise verrouillé ;
- ledit implant a le même volume que la taille de la distraction et dudit volume global fraisé ;
- ledit implant présente une taille ajustable suivant ladite taille de distraction ;
- ladite unité d'affichage et/ou le dit système de traitement est directement porté par au moins une desdites cibles ;
- les cibles sont optiques ou magnétiques.
La distraction entre les deux segments est réalisée en 3D afin d'ajuster correctement la rotation frontale dans le plan frontal, la rotation sagittale dans le plan sagittal et la rotation transverse dans le plan transverse. Connaissant les positions et orientations 3D des cibles, le système de traitement peut automatiquement calculer en temps réel durant la distraction les angles d'alignement. Une unité d'affichage permet au chirurgien de visualiser les informations concernant l'alignement.
Une fois l'alignement désiré obtenu, les positions des deux segments osseux peuvent être maintenues si nécessaire avec des distracteurs. Un guide de fraisage est alors placé, quel que soit l'alignement 3D, devant l'ouverture de l'os afin de fraiser un volume d'os sur le premier segment osseux et un volume d'os sur le second segment osseux. Ce guide de fraisage pourrait être directement ajustable en longueur ou il pourrait y avoir différents modèles de guide de fraisage avec différentes tailles afin de fraiser les deux volumes d'os quelle que soit la taille de la distraction. Dans le cas de différents modèles, le système de traitement pourrait automatiquement calculer la taille du modèle du guide de fraisage à utiliser, compte tenue de la distraction. Le fraisage peut être alors réalisé en suivant le trou de fraisage du guide avec une fraise.
Une fois le fraisage réalisé, l'implant en forme de cale peut être placé. Plusieurs modèles d'implants en forme de cale de différentes tailles peuvent être disponibles afin de l'adapter correctement au volume fraisé quelle que soit la distraction. Le modèle d'implant, qui doit être placé, pourrait être donné automatiquement par le système de traitement à l'utilisateur suivant la taille de la distraction. Afin d'avoir un bon ajustement, la géométrie de l'implant en forme de cale doit être la même que le volume fraisé avec la distraction. L'implant peut être fixé avec au moins une vis par segment afin de maintenir les deux segments osseux selon l'alignement 3D désiré.
Ainsi, un second volet de l'invention se rapport à un procédé de fixation d'un premier segment osseux par rapport à un second segment osseux, les deux segments appartenant à un même os, dans lequel les premier et second segments sont maintenus solidaires l'un de l'autre au moyen d'une charnière osseuse provenant d'une coupe partielle transversale dudit os, et dans lequel une cible a été attachée préalablement à chacun desdits deux segments, procédé caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes :
- mettre en œuvre la distraction dudit premier segment relativement audit second segment dudit os autour de ladite charnière jusqu'à atteindre un alignement tridimensionnel souhaité ;
- visualiser l'alignement tridimensionnel des deux segments d'os ;
- maintenir les deux segments selon cet alignement tridimensionnel ;
- placer un guide de fraisage en face des deux segments ;
- fraiser un premier volume d'os dans le premier segment et un second volume d'os dans le second segment ;
- choisir une taille d'implant qui correspond à la taille de la distraction et au volume global comprenant lesdits premier et second volumes ;
- placer l'implant choisi dans ledit volume global ;
- maintenir ledit implant entre lesdits premier et second segments.
L'invention et ses avantages seront décrits plus en détail ci- dessous avec des références aux dessins schématiques annexés, qui, seulement à fins d'illustration montrent certains modes de réalisation non limitatifs, dessins dans lesquels :
La figure 1 est une représentation schématique du matériel requis pour la détermination de l'alignement 3D des segments d'un os.
La figure 2 est une représentation schématique d'un système de référence anatomique.
La figure 3 est un dessin schématique de l'os avec les deux cibles avant l'ostéotomie.
La figure 4 est un dessin schématique du moyen de fixation des cibles sur l'os.
La figure 5 est un dessin schématique de la procédure de distraction en 3D avec les distracteurs.
La figure 6 est un dessin schématique du placement du guide de fraisage.
La figure 7 est un dessin schématique du volume fraisé de l'os. La figure 8 est un dessin schématique d 'un guide de fraisage ajustable.
La figure 9 est un dessin schématique du placement de l'implant. La figure 10 est un dessin schématique d 'un implant ajustable.
La figure 1 1 est le diagramme de flux de la procédure chirurgicale mise en œuvre.
La description détaillée suivante fait principalement référence à l'ostéotomie d 'ouverture du tibia comme exemple. La présente invention peut cependant être également utilisée avec d'autres ostéotomies.
La figure 1 montre le matériel requis pour déterminer l'alignement 3D d 'un premier segment osseux (1 ) par rapport à un second segment osseux (2) composant l'os (3) (figure 3). Ce matériel est composé d'un localisateur 3D (4) équipé de caméras (5) qui peuvent déterminer par triangulation les positions 3D des marqueurs (6) dans l'espace (7) visible par le localisateur. Deux cibles (81 ) et (82) d'un type connu, contenant au moins trois
marqueurs (6) et permettant au système de traitement (9) connecté au localisateur (4) de calculer leurs positions et orientations 3D, sont fixées sur le premier et le second segment osseux. Les cibles (81 ) et (82) et le localisateur (4) peuvent être n'importe quel système disponible sur le marché, tel que, par exemple, celui commercialisé par la société NORTHERN DIGITAL sous la marque POLARIS. L'écran (10) peut fournir les informations 3D concernant l'alignement au chirurgien incluant, par exemple, la rotation frontale dans le plan frontal (11 ), la rotation sagittale dans le plan sagittal (12) et la rotation transverse dans le plan transverse (13) de la figure 2.
Pour cet exemple, le système est un appareil de localisation optique. Cependant, tout autre appareil de localisation tel que magnétique, à ultrasons, à accéléromètres, etc. peut être utilisé dans le cadre de cette invention.
La figure 3 montre les deux cibles (81 ) et (82) fixées sur les deux segments de l'os (3) sur chaque côté de la future coupe (14) par l'intermédiaire de deux embases : une embase (151 ) pour la cible (81 ) et une embase (152) identique à la précédente pour la cible (82). Dans le cadre de la présente invention, ces cibles peuvent être attachées sur l'os par tout autre moyen de fixation.
La figure 4 montre une embase qui est composée de deux broches
(161 ) et (162) qui sont utilisées pour fixer l'embase sur l'os, et un support (17) permettant à l'embase de recevoir la cible correspondante, par exemple, la cible (82). Deux rotules (181 ) et (182) sont également disponibles afin de fixer des distracteurs pour "distracter" (c'est à dire écarter) et/ou maintenir la distraction des deux segments osseux.
Ces distracteurs (191 ) et (192), visibles à la figure 5 peuvent supporter les efforts de la distraction et sont ajustables en longueur. Le système de fixation en rotule entre les distracteurs et les embases permet à l'utilisateur d'ajuster et de maintenir la distraction en 3D. L'alignement 3D est connu par l'utilisateur grâce à l'écran (10) de la station de navigation. Connaissant les positions et orientations 3D dans l'espace grâce à la caméra (4), le dispositif de traitement calcule l'alignement 3D en temps réel durant la distraction. Dans le cadre de la présente invention, la distraction peut être réalisée manuellement ou par tout autre moyen de distracteur.
La figure 6 montre le placement d'un guide de fraisage (20) face aux deux segments osseux. Deux formes de fraisage (211 ) et (212) permettent à
l'utilisateur de fraiser un volume d'os (221 ) du segment (1 ) et un volume d'os (222) du segment (2) comme présenté dans la figure 7. Dans cet exemple, le guide de fraisage est directement maintenu avec un système de fixation spécifique aux embases qui supportent la cible afin d'éviter d'avoir à utiliser des broches ou des vis supplémentaires sur l'os. Tout autre système de fixation pour le guide de fraisage peut également être utilisé dans le cadre de cette invention.
Dans cet exemple, plusieurs tailles de guide de fraisage sont disponibles suivant la taille de la distraction.
La bonne taille de guide à utiliser peut être obtenue directement par le biais de la station de navigation qui calcule automatiquement le modèle du guide de fraisage requis, compte tenu de la taille de la distraction.
Un guide de fraisage ajustable qui peut être adapté quelle que soit la distraction pourrait être également utilisé dans le cadre de cette invention, comme représenté à la figure 8. Dans ce cas, le guide de fraisage est composé d'une partie écartable (23) qui peut automatiquement être ajustée suivant la valeur de la distraction. Deux systèmes de fixation (24) et (25) peuvent maintenir le guide de fraisage ajustable entre les deux segments par l'intermédiaire, par exemple, des deux embases (151 ) et (152) afin d'éviter l'emploi de vis ou de broches supplémentaires sur l'os. Là encore, tout autre système de fixation pourrait être utilisé dans le cadre de cette invention.
Tout autre moyen de fraisage permettant à l'utilisateur de fraiser deux volumes d'os sur les deux segments osseux, quelle que soit la distraction 3D, peut également être utilisé dans le cadre de cette invention.
Une fois le fraisage terminé, l'implant (26) de la figure 9 peut être placé dans le volume global composé du premier volume (221 ), du second volume (222) et de la longueur de distraction, comme présenté dans la figure 7. La forme de l'implant (27) de la figure 9 doit être la même que le volume global afin d'avoir un bon ajustement et une bonne stabilité entre l'os et l'implant, et par conséquent, éviter toute modification de l'alignement 3D après fixation. Tout autre guide de fraisage ayant une autre forme pour le trou de fraisage avec des implants correspondant ayant les mêmes formes peut être utilisé dans le cadre de cette invention. Dans cet exemple, plusieurs tailles d'implant sont disponibles suivant la taille de la distraction et le volume fraisé. La bonne taille de l'implant peut être directement obtenue avec le système de navigation qui calcule automatiquement la taille de l'implant requis, compte tenu de la distraction. Un implant ajustable qui peut être adapté en longueur quelle que
soit la distraction pourrait être également utilisé dans le cadre de cette invention. Comme présenté dans la figure 10, une partie ajustable (28) permet à l'implant d'être réglé en longueur. Cette partie ajustable est composée de dents (29) qui peuvent supporter des efforts en compression importants. L'implant est alors maintenu à l'intérieur du volume global avec des vis (301 ), (302), (303) et (304) entre les deux segments afin d'avoir une bonne fixation du premier segment par rapport au second segment osseux. Tout autre moyen de fixation peut être utilisé dans le cadre de cette invention.
La figure 1 1 montre l'ensemble de la procédure chirurgicale avec plusieurs étapes spécifiques et innovantes pour la fixation d'un premier segment osseux avec un second segment osseux. Le chirurgien doit dans un premier temps attacher deux cibles sur les deux côtés de la future coupe (31 ). Après avoir réalisée l'ostéotomie, le chirurgien peut, avec précision, distracter les deux segments osseux afin d'ajuster l'alignement 3D dans le plan frontal, le plan sagittal et le plan transverse (32). Le chirurgien visualise alors en temps réel toutes les informations requises grâce à la station de navigation et modifie, si nécessaire, la distraction (33). L'alignement 3D désirée est alors maintenu (34). Le guide de fraisage est placé (35) et deux volumes sont fraisés dans l'alignement désiré : un premier volume d'os sur le premier segment osseux et un second volume d'os sur le second segment osseux (36). La taille de l'implant est choisie suivant la taille du volume fraisé et l'implant est placé à l'intérieur du volume fraisé (37). Cet implant est finalement maintenu entre les deux segments osseux afin de fixer la position relative des deux segments osseux (38). Le guide de fraisage et les cibles peuvent être ensuite retirés (39).
Le principal avantage de cette innovation est de fournir un système et un procédé permettant au chirurgien d'ajuster et de maintenir avec précision l'alignement du membre dans les trois dimensions (3D) pour le placement d'un implant d'ostéosynthèse en forme de cale à l'intérieur de l'ouverture.
Claims
1 . Système de fixation d'un premier segment osseux (1 ) par rapport à un second segment osseux (2), les deux segments (1 , 2) appartenant à un même os (3), où le premier et le second segment sont maintenus ensemble par l'intermédiaire d'une charnière provenant de la coupe partielle transverse dudit os (3), caractérisé par le fait que qu'il comporte :
- deux cibles (81 , 82) adaptées pour être fixées sur les deux segments (1 , 2) dudit os (3) ;
- un système de navigation (4, 5) adapté pour acquérir les positions et orientations tridimensionnelles des cibles (81 , 82) ;
- un système de traitement adapté pour calculer, à partir des données issues du système de navigation, les angles correspondant à l'alignement tridimensionnel des deux dits segments (1 , 2) ;
- une unité d'affichage (10) adaptée pour montrer les informations au chirurgien ;
- au moins un guide de fraisage (20) ;
- plusieurs implants (26) de tailles différentes.
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que chaque cible (81 , 82) est attachée à une embase (151 , 152) apte à être fixée par l'intermédiaire d'au moins une broche ou vis à chaque dit segment (1 , 2).
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque embase (151 , 152) est composée de deux broches (161 , 162) de fixation et d'un support (17) de réception de la cible correspondante (81 , 82).
4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un distracteur (191 , 192) pour maintenir la position souhaitée entre les deux segments (1 , 2).
5. Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit au moins distracteur (191 , 192) est fixé entre les deux embases (151 , 152).
6. Système selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que ledit au moins un distracteur (191 , 192) est ajustable en longueur.
7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que ledit guide de fraisage (20) est ajustable, notamment en longueur, de manière à être adapté en fonction de la distraction des segments osseux (1 , 2).
8. Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que ledit guide de fraisage (20) comporte au moins un trou de fraisage de forme spécifique.
9. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit guide de fraisage (20) comprend au moins un système de fixation relativement à l'os.
10. Système selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ledit guide de fraisage (20) est fixé sur ladite embase (1 51 , 1 52).
1 1 . Système selon la revendication 9 ou 10, caractérisé par le fait que ledit système de fixation permet de détacher ledit guide de fraisage (20) et de le remplacer par un autre.
12. Système selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ledit système de fixation est de type tenon et mortaise verrouillé.
1 3. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit implant (26) a le même volume que la taille de la distraction et dudit volume global fraisé.
14. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit implant (26) présente une taille ajustable suivant ladite taille de distraction.
1 5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite unité d 'affichage (10) et/ou le dit système de traitement est directement porté par au moins une desdites cibles (81 , 82).
16. Système selon l'une des revendications 1 à 1 5, caractérisé par le fait que lesdites cibles (81 , 82) sont optiques ou magnétiques.
17. Procédé de fixation d'un premier segment osseux (1 ) par rapport à un second segment osseux (2), les deux segments (1 , 2) appartenant à un même os (3), dans lequel les premier et second segments sont maintenus solidaires l'un de l'autre au moyen d'une charnière osseuse provenant d'une coupe partielle transversale dudit os, et dans lequel une cible (81 , 82) a été attachée préalablement à chacun desdits deux segments (1 , 2), procédé caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes :
- mettre en œuvre la distraction dudit premier segment (1 ) relativement audit second segment (2) dudit os (3) autour de ladite charnière jusqu'à atteindre un alignement tridimensionnel souhaité ;
- visualiser l'alignement tridimensionnel des deux segments d'os (1 , 2) ;
- maintenir les deux segments (1 , 2) selon cet alignement tridimensionnel ;
- placer un guide de fraisage (20) en face des deux segments ;
- fraiser un premier volume d'os dans le premier segment (1 ) et un second volume d'os dans le second segment (2) ;
- choisir une taille d'implant (26) qui correspond à la taille de la distraction et au volume global comprenant lesdits premier et second volumes ;
- placer l'implant (26) choisi dans ledit volume global ;
- maintenir ledit implant (26) entre lesdits premier et second segments (1 , 2).
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