La présente invention concerne un dispositif d'examen des caractéristiques d'un os. L'invention est en particulier destinée à être utilisée pour le forage d'un pédicule d'une vertèbre en vue de la mise en place dans ce pédicule d'un moyen d'ancrage à la vertèbre d'un matériel, notamment d'une vis d'ancrage à la vertèbre d'un matériel d'ostéosynthèse vertébrale.
Il n'existe pas à ce jour de dispositif d'examen des caractéristiques d'un os qui soit particulièrement simple et facile à utiliser, et un objectif principal de l'invention est de remédier à cette lacune.
Par ailleurs, le forage d'un os est généralement réalisé en aveugle, ce qui induit un risque que ce forage soit réalisé de manière non optimale. Dans le cas du forage du pédicule d'une vertèbre, du fait du diamètre réduit de ce pédicule, le forage doit être aménagé substantiellement selon l'axe du pédicule au risque de fragiliser ce pédicule si la corticale est attaquée. Dans toute la mesure du possible, l'instrument de forage ne doit pas déboucher du côté interne ou "médial", au risque d'atteindre la moelle épinière, ni du côté externe, au risque d'atteindre les racines nerveuses du rachis.
Le forage d'un pédicule vertébral est donc une opération particulièrement délicate, faisant largement appel à l'expérience du praticien et qui dépend de l'anatomie du patient, laquelle peut varier de façon substantielle d'un patient à l'autre.
Pour aider à la mise en place d'une vis pédiculaire, il a été imaginé de réaliser une radiographie par rayons X en continu afin d'obtenir des images permettant la visualisation du pédicule et la progression de l'instrument de forage. Ce procédé a pour inconvénients d'émettre une quantité de rayonnement importante, ce qui n'est pas souhaitable tant pour le patient que pour l'équipe médicale, et de ne permettre qu'une visualisation limitée de la position de l'instrument de forage par rapport au pédicule (en deux dimensions).
Il a également été imaginé d'utiliser des systèmes informatisés dits "de navigation", calculant des coordonnées dans l'espace à partir d'un point de référence et permettant ainsi d'aider au guidage de l'instrument de forage dans la bonne direction (en trois dimensions). Ces systèmes ont toutefois pour inconvénients d'être très onéreux et de rallonger plus ou moins la durée de l'intervention. En outre, ils nécessitent la détermination très précise dudit point de référence, ce qui implique qu'il ne soit absolument pas déplacé après cette détermination, à défaut de quoi les coordonnées calculées par le système ne seront pas exactes.
Pour cette raison, une technique purement manuelle de forage d'un pédicule reste très largement employée, avec les risques et la marge d'erreur qu'elle induit.
La présente invention vise également à remédier à ces inconvénients des techniques antérieures.
Le dispositif qu'elle concerne comprend : - une tête d'émission d'ultrasons et de réception des ultrasons réfléchis, rotative autour d'un axe ; - un support allongé comportant la tête d'émission et permettant l'insertion de cette tête d'émission dans un os à examiner, l'axe de rotation de la tête d'émission étant parallèle à l'axe longitudinal de ce support ; - des moyens d'entraînement de cette tête en rotation ; - des moyens de réception des ultrasons qui ont été émis par ladite tête et qui sont réfléchis par l'os à examiner ; - des moyens de transmission de ces ultrasons réfléchis à une unité de traitement, et - une unité d'affichage d'une image correspondante.
La rotation de la tête d'émission permet une émission d'ultrasons sur 360 degrés autour de l'axe de rotation de cette tête et la visualisation, au moyen de ladite unité d'affichage, des ultrasons réfléchis par l'ensemble de la circonférence de l'os examiné. Sur cette unité d'affichage, comme le montre l'image numéro 1 ci-jointe, de l'os sain apparaît de manière nette et sous une couleur claire, en étant bien délimité par rapport à la couleur sombre qu'a le liquide (sang ou solution saline) dont est rempli la cavité ou le forage par lequel le dispositif est engagé dans l'os. De l'os détérioré conduit à une réflexion floue des ultrasons (due à une dissipation), comme le montre l'image numéro 2, et une zone d'os fracturé ne renvoie pas d'ultrasons, comme cela est le cas de la zone située en haut et à droite sur l'image numéro 3.
La fréquence des ultrasons émis peut être de l'ordre de 40 Mhz. Elle peut bien entendu être différente de cette valeur.
Avantageusement, ledit support allongé comprend une extrémité distale conformée de manière à réaliser un forage dans de l'os spongieux.
Il est ainsi possible de réaliser le forage de l'os spongieux au moyen dudit support allongé tout en contrôlant simultanément la qualité de l'os dans lequel ce forage est réalisé.
Ladite extrémité distale peut être conformée de manière à ne pas opérer une découpe de l'os spongieux mais un écartement et/ou une compaction latérale de cet os spongieux, réalisant une compression ou compaction de l'os spongieux autour dudit support. Cette extrémité distale peut notamment être sous forme d'une pointe dite "carrée", c'est-à-dire en forme de pyramide à quatre faces latérales ou d'une spatule.
Cet os spongieux comprimé a pour avantage, lorsqu'il est sain, de donner une image particulièrement nette et claire, telle qu'elle apparaît sur image numéro 1 précitée.
Lorsqu'il ne comprend pas ladite extrémité distale conformée de manière à réaliser un forage dans de l'os spongieux, le support allongé constitue alors un simple instrument d'examen d'une cavité osseuse, utilisé conjointement ou non avec un instrument de forage classique.
De préférence, la tête d'émission est mobile par rapport audit support allongé, entre une position inactive d'effacement par rapport à l'extrémité distale du support allongé et une position active d'émission d'ultrasons.
En position inactive, cette tête d'émission est parfaitement protégée à l'égard des contraintes subies par l'extrémité distale de forage au cours de ce forage.
Cette mobilité de la tête d'émission peut notamment se faire selon l'axe longitudinal du support allongé. Dans ce cas, le support allongé peut être équipé de moyens permettant de faire passer rapidement et facilement la tête d'émission de sa position inactive à sa position active et inversement, par exemple des moyens à actionnement manuel pouvant avoir une structure similaire à ceux qui permettent, sur un stylo à bille, de faire passer la pointe d'écriture entre une position de rétractation et une position d'écriture.
Avantageusement, ledit support allongé a un diamètre externe au plus égal à trois ou quatre millimètres. Ce diamètre peut toutefois être différent, par exemple de 5 à 6 mm.
Le dispositif selon l'invention peut ainsi être utilisé pour examiner l'os d'un pédicule vertébral ; si ledit support allongé est conformé pour réaliser un forage d'un tel pédicule, le dispositif permet alors de contrôler la qualité ou l'intégrité de l'os du pédicule autour du support allongé et d'orienter ce support en conséquence, si nécessaire, au cours du forage.
Les figures 1 et 2 représentent à titre d'exemple d'une forme de réalisation d'une partie du dispositif selon l'invention, vue en coupe longitudinale, dans deux positions.
Ces figures représentent un support allongé 1 de forage d'un os spongieux et d'examen des caractéristiques de cet os, notamment pour le forage d'un pédicule d'une vertèbre en vue de la mise en place dans ce pédicule d'une vis d'ancrage à la vertèbre d'un matériel d'ostéosynthèse vertébrale.
Ce support allongé 1 comprend un tube extérieur 2, un tube intérieur 3, une tête 4 d'émission d'ultrasons et une pointe distale 5 de forme de pyramidale.
Le tube extérieur 2 comprend un épaulement distal 6, contre lequel prend appui, à l'intérieur du tube 2, un ressort 7, et une paroi périphérique distale 8 saillante.
Le tube intérieur 3 comporte la pointe 5 à son extrémité distale et présente deux ouvertures latérales en retrait de cette pointe 5, au niveau desquelles se trouve la tête 4 d'émission d'ultrasons. Ces ouvertures s'étendent angulairement sur de larges portions de la circonférence du tube 3, ainsi que le montre la figure 2, pour permettre des émissions d'ultrasons sur de larges secteurs.
Le tube 3 comprend en outre une collerette 10 interne au tube 2, contre laquelle prend appui le ressort 7, et une collerette 11 externe au tube 2, pour permettre de déplacer le tube 3 par rapport au tube 2 par une pression manuelle exercée sur elle.
La tête 4 est rotative et est solidaire d'un câble axial 12, relié à un moteur (non représenté) pour son entraînement en rotation.
La pointe 5 comprend un redan périphérique 13 grâce auquel elle peut venir en engagement sur la paroi 8, comme le montre la figure 1, étant ainsi calée par cette paroi et immobilisée par rapport au tube 2.
Il se comprend par comparaison des figures 1 et 2 que, en position rétractée du tube 3 par rapport au tube 2, la pointe 5 est calée par la paroi 8 et que le support allongé 1 peut alors être utilisé comme un instrument de forage d'os spongieux ; une pression sur la collerette 11 permet d'amener le tube 3 dans la position montrée par la figure 2, dans laquelle le ressort 7 est comprimé et la tête 4 se trouve au-delà de la paroi du tube 2.
La tête 4 peut alors émettre des ultrasons permettant un examen du milieu environnant, et donc de la qualité et de l'intégrité de l'os. Les ultrasons réfléchis sont captés par des moyens de réception et transmis à une unité de traitement et à une unité d'affichage d'une image correspondante.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif peut être utilisé conjointement à un premier dispositif supplémentaire de visualisation, permettant une visualisation de l'os dans un plan différent du plan d'engagement du support allongé dans l'os, l'unité d'affichage de ce premier dispositif supplémentaire de visualisation étant rapprochée de l'unité d'affichage du dispositif selon l'invention.
La visualisation simultanée de l'image fournie par le dispositif selon l'invention et de l'image fournie par ledit premier dispositif supplémentaire de visualisation permet un parfait contrôle de la position du support allongé par rapport à l'os au fur et à mesure de l'insertion de ce support dans cet os.
En particulier, ledit premier dispositif supplémentaire de visualisation peut être un dispositif à visualisation fluoroscopique ou à rayon X fournissant une vue de l'os selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction d'engagement du support allongé dans l'os, en particulier, dans le cas du forage d'un pédicule vertébral, une visualisation sagittale ou latérale de la vertèbre.
La combinaison de l'image de l'intérieur du pédicule vertébral fournie par le dispositif selon l'invention et de la vue latérale de ce pédicule fournie par ledit premier dispositif supplémentaire de visualisation permet une vue en trois dimensions du pédicule au moment de l'engagement du support allongé, donc un parfait contrôle du positionnement de ce support allongé par rapport au pédicule, tout au long de l'insertion de ce support allongé dans ce pédicule.
Le dispositif selon l'invention peut être utilisé conjointement à un deuxième dispositif supplémentaire de visualisation, permettant de visualiser des images gardées dans une unité à mémoire reliée à ce deuxième dispositif supplémentaire de visualisation.
En outre, au moins un parmi ladite unité d'affichage ou lesdits dispositifs supplémentaires de visualisation permet une visualisation d'images avec plusieurs couleurs, afin de permettre de différencier plus facilement le liquide présent dans le forage (sang ou solution saline) et l'os.
L'invention concerne également une méthode d'examen des caractéristiques d'un os et une méthode de forage d'un os.
La méthode d'examen des caractéristiques d'un os consiste à réaliser un forage dans l'os puis à insérer le support allongé du dispositif selon l'invention tel que précité dans ce forage afin de permettre, au moyen de ladite tête d'émission, d'obtenir des ultrasons réfléchis constituant une information sur la qualité de l'os.
La méthode de forage comprend les étapes consistant à : a) utiliser le dispositif selon l'invention tel que précité, incluant un support allongé conformé pour réaliser un forage de l'os ; b) opérer, au moyen de ce support allongé, l'ensemble du forage à réaliser dans cet os ou une partie seulement de ce forage, et c) vérifier au moyen du dispositif selon l'invention la qualité ou l'intégrité de l'os au niveau dudit forage ou de ladite partie de forage.
Lorsque, à l'étape b ci-dessus, l'on réalise une partie seulement du forage, la méthode comprend le renouvellement des étapes b et c autant de fois que nécessaire pour réaliser l'ensemble du forage à aménager.
La qualité ou l'intégrité de l'os est ainsi examinée étape par étape.
Il va de soi que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus à titre d'exemple mais qu'elle s'étend à toutes les formes de réalisations couvertes par les revendications ci-annexées.The present invention relates to a device for examining the characteristics of a bone. The invention is in particular intended to be used for drilling a pedicle of a vertebra with a view to placing in this pedicle a means of anchoring to the vertebra a material, in particular a screw to anchor to the vertebra of a vertebral osteosynthesis material.
To date, there is no device for examining the characteristics of a bone which is particularly simple and easy to use, and a main objective of the invention is to remedy this shortcoming.
Furthermore, the drilling of a bone is generally carried out blind, which induces a risk that this drilling is carried out in a non-optimal manner. In the case of drilling the pedicle of a vertebra, due to the reduced diameter of this pedicle, the drilling must be arranged substantially along the axis of the pedicle at the risk of weakening this pedicle if the cortex is attacked. As far as possible, the drilling instrument should not open on the internal or "medial" side, at the risk of reaching the spinal cord, nor on the external side, at the risk of reaching the nerve roots of the spine.
The drilling of a vertebral pedicle is therefore a particularly delicate operation, drawing heavily on the experience of the practitioner and which depends on the anatomy of the patient, which can vary substantially from one patient to another.
To assist in the placement of a pedicle screw, it has been imagined to perform a continuous x-ray radiography in order to obtain images allowing the visualization of the pedicle and the progress of the drilling instrument. This method has the drawbacks of emitting a large amount of radiation, which is undesirable for both the patient and the medical team, and only allowing a limited visualization of the position of the drilling instrument. in relation to the pedicle (in two dimensions).
It was also imagined to use computerized systems called "navigation", calculating coordinates in space from a reference point and thus helping to guide the drilling instrument in the right direction (in three dimensions). However, these systems have the disadvantages of being very expensive and more or less lengthening the duration of the intervention. In addition, they require the very precise determination of said reference point, which implies that it is absolutely not moved after this determination, failing which the coordinates calculated by the system will not be exact.
For this reason, a purely manual technique of drilling a pedicle remains very widely used, with the risks and the margin of error that it induces.
The present invention also aims to remedy these drawbacks of the prior techniques.
The device it relates to comprises: - an ultrasonic emission and reception head for reflected ultrasound, rotatable about an axis; - an elongated support comprising the emission head and allowing the insertion of this emission head into a bone to be examined, the axis of rotation of the emission head being parallel to the longitudinal axis of this support; - means for driving this head in rotation; - Means for receiving ultrasound which have been emitted by said head and which are reflected by the bone to be examined; - means for transmitting this reflected ultrasound to a processing unit, and - a unit for displaying a corresponding image.
The rotation of the emission head allows an emission of ultrasound over 360 degrees around the axis of rotation of this head and the display, by means of said display unit, of the ultrasound reflected by the entire circumference. of the bone examined. On this display unit, as shown in image number 1 attached, healthy bone appears clearly and in a light color, being well delimited from the dark color that the liquid has ( blood or saline solution) which is filled with the cavity or borehole by which the device is engaged in the bone. Deteriorated bone leads to fuzzy ultrasound reflection (due to dissipation), as shown in image number 2, and a fractured bone area does not return ultrasound, as is the case with the area located at the top right of image number 3.
The frequency of the ultrasound emitted can be of the order of 40 MHz. It can of course be different from this value.
Advantageously, said elongated support comprises a distal end shaped so as to make a borehole in cancellous bone.
It is thus possible to carry out the drilling of the cancellous bone by means of said elongated support while simultaneously controlling the quality of the bone in which this drilling is carried out.
Said distal end can be shaped so as not to cut the cancellous bone but to separate and / or compact it laterally from the cancellous bone, compressing or compacting the cancellous bone around said support. This distal end may in particular be in the form of a so-called "square" point, that is to say in the form of a pyramid with four lateral faces or a spatula.
This compressed cancellous bone has the advantage, when it is healthy, of giving a particularly sharp and clear image, as it appears on image number 1 above.
When it does not include said distal end shaped so as to drill in cancellous bone, the elongated support then constitutes a simple instrument for examining a bone cavity, used together or not with a conventional drilling instrument .
Preferably, the emitting head is movable relative to said elongated support, between an inactive erasing position relative to the distal end of the elongated support and an active ultrasonic emitting position.
In the inactive position, this transmission head is perfectly protected with respect to the stresses undergone by the distal end of drilling during this drilling.
This mobility of the transmission head can in particular take place along the longitudinal axis of the elongated support. In this case, the elongated support can be equipped with means allowing the transmission head to pass quickly and easily from its inactive position to its active position and vice versa, for example manual actuation means which may have a structure similar to those which allow, on a ballpoint pen, to pass the writing tip between a retraction position and a writing position.
Advantageously, said elongated support has an external diameter at most equal to three or four millimeters. This diameter can however be different, for example from 5 to 6 mm.
The device according to the invention can thus be used to examine the bone of a vertebral pedicle; if said elongated support is shaped to drill such a pedicle, the device then makes it possible to control the quality or the integrity of the pedicle bone around the elongated support and to orient this support accordingly, if necessary, during drilling.
Figures 1 and 2 show by way of example of an embodiment of a part of the device according to the invention, seen in longitudinal section, in two positions.
These figures represent an elongated support 1 for drilling a cancellous bone and examining the characteristics of this bone, in particular for drilling a pedicle of a vertebra with a view to placing a screw in this pedicle anchoring to the vertebra of vertebral osteosynthesis material.
This elongated support 1 comprises an outer tube 2, an inner tube 3, an ultrasonic emission head 4 and a distal tip 5 of pyramidal shape.
The outer tube 2 comprises a distal shoulder 6, against which bears, inside the tube 2, a spring 7, and a projecting distal peripheral wall 8.
The inner tube 3 has the tip 5 at its distal end and has two lateral openings set back from this tip 5, at which the head 4 for emitting ultrasound is located. These openings extend angularly over large portions of the circumference of the tube 3, as shown in Figure 2, to allow ultrasound emissions over large sectors.
The tube 3 further comprises a flange 10 internal to the tube 2, against which the spring 7 bears, and a flange 11 external to the tube 2, to allow the tube 3 to be displaced relative to the tube 2 by manual pressure exerted on it .
The head 4 is rotary and is secured to an axial cable 12, connected to a motor (not shown) for its rotational drive.
The tip 5 comprises a peripheral step 13 thanks to which it can come into engagement on the wall 8, as shown in FIG. 1, thus being wedged by this wall and immobilized with respect to the tube 2.
It is understandable by comparison of FIGS. 1 and 2 that, in the retracted position of the tube 3 relative to the tube 2, the tip 5 is wedged by the wall 8 and that the elongated support 1 can then be used as a drilling instrument for cancellous bone; pressing the flange 11 makes it possible to bring the tube 3 into the position shown in FIG. 2, in which the spring 7 is compressed and the head 4 is located beyond the wall of the tube 2.
The head 4 can then emit ultrasound allowing an examination of the surrounding environment, and therefore of the quality and integrity of the bone. The reflected ultrasound is picked up by reception means and transmitted to a processing unit and to a unit for displaying a corresponding image.
According to another aspect of the invention, the device can be used in conjunction with a first additional visualization device, allowing visualization of the bone in a plane different from the plane of engagement of the elongated support in the bone, the unit display of this first additional display device being close to the display unit of the device according to the invention.
Simultaneous viewing of the image provided by the device according to the invention and of the image provided by said first additional viewing device allows perfect control of the position of the elongated support relative to the bone as and when inserting this support into this bone.
In particular, said first additional display device can be a fluoroscopic or X-ray display device providing a view of the bone in a direction substantially perpendicular to the direction of engagement of the elongated support in the bone, in particular in in the case of drilling a vertebral pedicle, a sagittal or lateral visualization of the vertebra.
The combination of the image of the interior of the vertebral pedicle provided by the device according to the invention and the lateral view of this pedicle provided by said first additional display device allows a three-dimensional view of the pedicle at the time of engagement of the elongated support, therefore perfect control of the positioning of this elongated support relative to the pedicle, throughout the insertion of this elongated support into this pedicle.
The device according to the invention can be used in conjunction with a second additional display device, making it possible to display images kept in a memory unit connected to this second additional display device.
In addition, at least one of said display unit or said additional display devices allows visualization of images with several colors, in order to make it easier to differentiate the liquid present in the borehole (blood or saline solution) and the bone.
The invention also relates to a method for examining the characteristics of a bone and a method for drilling a bone.
The method for examining the characteristics of a bone consists in drilling in the bone and then inserting the elongated support of the device according to the invention as mentioned above in this drilling in order to allow, by means of said emission head , to obtain reflected ultrasound constituting information on the quality of the bone.
The drilling method comprises the steps consisting in: a) using the device according to the invention as mentioned above, including an elongated support shaped to carry out a drilling of the bone; b) operate, by means of this elongated support, all of the drilling to be carried out in this bone or only part of this drilling, and c) verify by means of the device according to the invention the quality or the integrity of the bone at said drilling or said drilling portion.
When, in step b above, only part of the drilling is carried out, the method comprises the renewal of steps b and c as many times as necessary to carry out all of the drilling to be arranged.
The quality or integrity of the bone is thus examined step by step.
It goes without saying that the invention is not limited to the embodiment described above by way of example but that it extends to all the embodiments covered by the claims appended hereto.
REVENDICATIONS
1 - Dispositif d'examen des caractéristiques d'un os, caractérisé en ce qu'il comprend : - une tête (4) d'émission d'ultrasons et de réception des ultrasons réfléchis, rotative autour d'un axe ; - un support allongé (1) comportant la tête d'émission (4) et permettant l'insertion de cette tête d'émission dans un os à examiner, l'axe de rotation de la tête d'émission étant parallèle à l'axe longitudinal de ce support ; - des moyens d'entraînement de cette tête (4) en rotation ; - des moyens de réception des ultrasons qui ont été émis par ladite tête et qui sont réfléchis par l'os à examiner ; - des moyens de transmission de ces ultrasons réfléchis à une unité de traitement, et - une unité d'affichage d'une image correspondante. 1 - Device for examining the characteristics of a bone, characterized in that it comprises: - a head (4) for transmitting ultrasound and for receiving reflected ultrasound, rotatable about an axis; - an elongated support (1) comprising the emission head (4) and allowing the insertion of this emission head into a bone to be examined, the axis of rotation of the emission head being parallel to the axis longitudinal of this support; - means for driving this head (4) in rotation; - Means for receiving ultrasound which have been emitted by said head and which are reflected by the bone to be examined; - means for transmitting this reflected ultrasound to a processing unit, and - a unit for displaying a corresponding image.