5.5.1. Alésoir Spiral pour tiges Modular
5.5.1.1 Réflexions ayant abouti à la création de l'Alésoir Spiral
Le principe de cet alésoir n'est apparu qu'après la conception complète de la tige de réopération de troisième intention Modular Plus. Après avoir étudié toutes les caractéristiques qui devaient composer la future tige Modular et dicté ligne par ligne le cahier des charges du futur système Modular, lors d'un voyage destiné uniquement à cela, je n'avais pas encore d'idée précise pour composer l'instrumentation pour cette prothèse.
L'Alésoir Spiral est une création qui me surprend encore à ce jour. La totalité du processus intellectuel de création s'est déroulée de tête, sans aucun support papier ou logiciel informatique. Je n'étais pas du tout persuadé de pouvoir réunir et faire cohabiter toutes les idées sur un unique objet, ni que cet objet serait techniquement réalisable.
Les besoins pour la préparation du fémur pour implanter la tige d'ancrage Modular pour réopération profonde étaient particuliers. Il s'agit d'une tige extra longue dont la section s'élargit de la pointe jusqu'à la partie proximale. L'idée était d'obtenir une fixation sans ciment satisfaisant tous mes Principes de l'Ancrage géométrique.
5.5.1.2. Les râpes classiques ne conviennent pas
J'avais constaté à l'époque que Protek-Sulzer utilisait une râpe dentée du même type que les tiges de Zweymüller nécessitant de râper avec un marteau coaxial, pour une prothèse de réopération extra longue destinée à couvrir le même domaine de reprise que la prothèse Modular. Il m'est apparu que la préparation serait très incomplète avec cette râpe étant donné sa grande longueur et la multiplicité des dents, et qu'il n'était donc pas possible du fait de nombreux contacts simultanés de travailler la surface intérieure de la corticale sans appliquer des chocs extrêmement violents qui pouvaient avoir des conséquences graves, comme par exemple des fissures.
Une râpe frappée du même type avec peu de dents n'aurait pas présenté ces problèmes mais aurait produit une préparation en marche d'escaliers qui aurait eu comme conséquence une résorption de l'os aux points de contact et une descente excessive de la tige. Mon souhait était d'obtenir une préparation beaucoup plus régulière que celle que l'on pouvait obtenir avec des râpes dentées.
5.5.1.3. Les problèmes à résoudre
La première option choisie était de rechercher un instrument tournant qui permet une préparation beaucoup moins choquante au sens propre que l'utilisation des râpes dentées. La tige Modular nécessitait de préparer l'os avec une forme conique pour obtenir une jonction aussi proche que possible de la jonction conique traditionnelle sur une très grande longueur, c'est à dire une trentaine de centimètres. Sur cette longueur, le fémur présente toujours une courbure antérieure importante qui nécessiterait donc pour un instrument trop grand de conserver une très nette souplesse pour pouvoir suivre la courbure du fémur, la souplesse étant nécessaire pour que l'instrument se déforme au cours de la rotation.
De façon imaginaire, il a été possible d'étendre cette forme conique avec cette ligne enroulée autour du cône à une forme conique courbée elle même sur un axe également en spirale logarithmique. Si cette forme était réalisable, nous pourrions obtenir l'instrument idéal.
De façon abstraite, sans pouvoir faire de dessins ou de calculs, il est apparu utile de disposer la lame tranchante de l'instrument le long d'une spirale logarithmique dans l'espace à 3 dimensions disposée à la surface du cône présentant un angle constant avec le système de coordonnées, ce qui permettrait d'enlever des copeaux à l'intérieur de la cavité simultanément lorsque l'instrument tourne autour de son axe et que l'Opérateur appuie dans le sens de l'axe sur l'instrument et qu'il exerce une pression axiale.
Il a fallu en outre évaluer, de façon abstraite, avec quelle inclinaison on obtiendrait une répartition raisonnable entre la force obtenue par la rotation et la force obtenue par la pression axiale pour que la lame détache un copeau relativement régulier dans l'os.
Une conséquence extrêmement importante de cette disposition est que la spirale doit être disposée dans le sens inverse de toutes les vis existantes, à part les vis tournant à gauche, pour que pendant que la rotation s'effectue dans le sens traditionnel, l'instrument ne cherche pas automatiquement à progresser vers l'avant et à se bloquer, mais à reculer et en quelque sorte se "dévisser".
En inversant le sens de la spirale par rapport au sens normal de rotation, si la pression axiale appliquée est nulle ou faible, l'instrument a tendance à rester sur place ou à reculer à la moindre résistance au frottement à la surface de l'os.
Il a été nécessaire de définir l'inclinaison de la ligne tranchante par rapport à la rotation en recherchant un compromis fiable entre une spirale trop allongée, c'est à dire parallèle à l'axe de l'instrument qui aurait simultanément présenté une résistance trop forte à la rotation étant donné que lors de la préparation effective en cours, la totalité de la ligne spirale est en position de travail face à l'os et que tous les points de la spirale travaillent en même temps.
D'autre part, si la spirale a un pas trop petit, l'effet de coupe est inférieur et l'effet de recul prend le dessus, ce qui fait que l'on n'obtient pas d'attaque de l'os. De plus, si l'enroulement est trop serré, il y a une trop grande longueur linéaire de tranchant face à l'os ce qui diminue l'effet de la pression pour obtenir une attaque par la lame tranchante.
Il n'a pas été possible d'établir, de négocier et de trouver un compromis pour une méthode expérimentale au préalable étant donné qu'il fallait réaliser l'instrument d'abord ce qui a été une immense difficulté, et réaliser plusieurs instruments avec plusieurs angles aurait été prohibitif en dépenses et en travaux de Laboratoire. Donc, j'ai choisi de résoudre ce problème uniquement par la réflexion.
Une autre propriété de la partie tranchante de la lame est par contre bien connue des spécialistes du fraisage. Il s'agit de l'angle d'attaque des deux surfaces de part et d'autre de la ligne tranchante de l'instrument pour que l'instrument pénètre dans l'os et enlève un copeau sans toutefois rentrer profondément dans l'os. Ces deux angles sont connus pour les divers métaux qui subissent des fraisages numériques en particulier.
Pour l'os, qui ne se comporte pas comme les métaux et dont les copeaux sont particuliers du fait de la nature composite ( inclusion d'une zone cristalline dans la cellule osseuse ), c'est l'observation des copeaux qui m'a permis de choisir ces angles. On doit également tenir compte de la vitesse de rotation de l'instrument au cours du travail dans l'os.
Je voudrais rendre hommage à mon Professeur de mathématiques Monsieur Dupin, qui venait de l'Ecole Normale Supérieure et qui, en Mathématiques Spéciales, enseignait, il y a 50 ans, la géométrie dans l'espace et la géométrie descriptive. Son cours sur la spirale logarithmique m'avait marqué et les propriétés essentielles de cette spirale m'étaient clairement restées en mémoire, en particulier la conservation des angles. Il s'agit de l'angle de la tangente en un point avec le rayon-vecteur ( rayon-vecteur qui sera défini plus tard ).
J'ai eu la chance de penser à généraliser à 3 dimensions la spirale logarithmique, généralisation qui n'a pas du tout été enseignée ni à ce niveau, ni en Faculté des Sciences par la suite, la spirale logarithmique n'étant destinée qu'à des exercices destinés à faire travailler les étudiants, et qu'une seule application m'est connue.(Condensateurs variables linéaires)
La généralisation de la spirale logarithmique à la troisième dimension c'est à dire que la coordonnée en Z varie également avec une fonction exponentielle a pu apparaître une propriété très intéressante mais qui n'est apparue que de façon strictement imaginaire et j'ai émis l'hypothèse de la possibilité d'une spirale 3 D avec conservation permanente de l'angle de la tangente également en Z par rapport au plan X Y.
Une autre propriété qui est apparue mais, à ce moment, sans encore être prouvée mathématiquement était que cette spirale logarithmique en 3 D était inscrite sur un cône de révolution dont l'origine était l'origine des coordonnées. Le pôle asymptotique de cette spirale 3D est confondu avec l'origine des coordonnées.
Ces intéressantes propriétés à ce moment encore purement imaginaires m'ont permis de faire le lien avec un instrument qui exploiterait ces propriétés.
5.5.1.4. Flexion en rotation
L'épaisseur de la partie active de l'alésoir est également croissante de façon logarithmique pour que la courbure élastique générale soit en forme de spirale logarithmique quand l'olive distale rencontre l'obstacle constitué par la paroi courbée du fémur. La version souple devient indispensable dès que l’on veut préparer le canal médullaire au-delà du milieu du fémur total. Avec l’Alésoir Spiral, la trajectoire de la pointe n’est plus totalement indépendante de la direction du manche ou du moteur, comme c’est le cas des instruments montés sur ressorts très souples. De ce fait, il ne faut pas laisser l’instrument orienter de lui-même son manche. Le manche joue ici un rôle plus précis que la seule transmission de la rotation axiale.
5.5.1.5. Utilisation de l'Alésoir Spiral souple
L’Alésoir Spiral " souple " est le seul instrument permettant une préparation contrôlée de la cavité médullaire, pour obtenir une forme associant conicité parfaitement définie et courbure anatomique régulière.
L’alésoir est fourni toujours accompagné d’une jauge comportant un embout en forme d’olive dont le diamètre correspond à l’olive polie se trouvant à la pointe de l’alésoir lui-même. Il sert à tester le libre passage de l’olive de l’instrument.
Une flèche très visible gravée sur la partie cylindrique proximale indique le sens normal et obligatoire de rotation.
Dans certains cas, voir plus bas, un passage pour l’olive doit être obtenu au préalable par tout instrument manuel ou motorisé, et les autres obstacles osseux intramédullaires supprimés.
L’instrument doit tourner lentement : son utilisation principale est manuelle, avec une poignée, mais le raccordement à un moteur chirurgical équipé d’un réducteur de vitesse ( 1 à 3 tours par seconde ) est possible. L’expérience a montré qu’une rotation rapide procure un résultat inférieur ou mauvais, avec redressement de la courbure antérieure naturelle.
Il est clair que l’instrument n’empêche pas l’opérateur de poursuivre à l’excès la préparation (comme c’est le cas de tout instrument tranchant) et que l’opérateur est seul juge de la suffisance du capital osseux restant, sur la base de la planification préopératoire et de l’observation attentive des radiographies.
L’instrument ne coupe que si l’opérateur exerce une force axiale pendant la rotation. Dès que la force axiale cesse, l’instrument cesse de couper. L'instrument ne peut donc pas dépasser la profondeur définie et ne continue pas à tailler pendant les quelques instants que nécessite l’arrêt du moteur, contrairement à tous les outils de perçage et de fraisage existants.
Une rotation de l’instrument, toujours dans le sens unique à droite, mais sans exercer de pression axiale, provoque sa sortie en reculant. De même, un obstacle dur rencontré provoque aussi son recul ( mais dégrade le tranchant ).
Si l’on a vérifié le libre passage de l’olive de sécurité, l’instrument par sa conicité et le sens d’enroulement de sa spirale, ne peut pas se bloquer, puisque pour une forme conique, tout recul correspond à une diminution de section locale. Une flèche gravée sur la partie cylindrique proximale indique le sens normal de rotation. La rotation inverse est strictement interdite car c'est seulement dans ce cas que l'instrument peut se bloquer. Une remise en marche avant permet de débloquer et sortir l'instrument.
5.5.2. Compléments de technique opératoire
5.5.2.1. Détermination de la quantité à aléser en profondeur
Comme 1cm de progression axiale correspond à 0.35mm en augmentation de diamètre, il faut veiller à préserver plus de 2.5 mm de corticale intacte sur toute la périphérie du fémur après alésage. Il est nécessaire de réaliser environ 8cm de région correctement alésée de façon conique pour une bonne stabilité primaire de l’implant dans le fémur. Pour cela, à partir d’un premier blocage de l’alésoir, faire tourner lentement l'alésoir pour progresser d’au moins 8cm en profondeur pour obtenir un alésage suffisant.
Dans les cas de réopération où la fixation distale de la tige a réellement besoin du troisième quart distal du fémur, une tige d'une taille assez grande peut être nécessaire. Dans ce cas, la pièce proximale de la famille de tiges correspondante peut s'avérer un peu volumineuse pour être contenue dans la partie proximale du fémur. Il peut être nécessaire, ou bien soigneusement et progressivement élargir la partie proximale ou bien ouvrir un volet antérieur suffisant, consolidé par un cerclage en titane.
5.5.2.2. Conservation de la courbure antérieure du fémur
Application d'une flexion sur l'alésoir en cours d'alésage L’alésoir doit être maintenu en fléchissant le manche en dorsal (du fémur) et en appuyant l’olive sur la corticale antérieure distale. Cela correspond pratiquement à la prise en main de l'instrument et de son moteur à la manière d’une canne à pêche. On corrige ainsi la tendance naturelle de l’instrument à se redresser en ligne droite, et on épargne la corticale antérieure proximale, souvent assez fine à la base du col du fémur. En même temps, la partie dorsale de la métaphyse est correctement préparée, dans l’alignement curviligne avec la diaphyse fémorale.
5.5.2.3. Précautions d’emploi
Si l’on a vérifié le libre passage de l’olive de sécurité, l’instrument ne peut pratiquement jamais se bloquer dans le fémur. Par sa forme en spirale inverse, l'alésoir ne peut jamais se bloquer en cours de rotation. Par sa surface-enveloppe parfaitement conique, il ne peut pas se bloquer das la cavité également conique en cours de préparation, car lorsque deux surfaces coniques, de même angle, s'écartent de très peu le long de l'axe, plus aucun contact étroit n'a lieu.
Dans certains cas de réopération, des restes de ciment abrasif peuvent endommager le tranchant de l’instrument. Les ciments comportent une poudre opaque aux rayons X d'une très grande dureté. Veiller à extraire la totalité du ciment.
Il en est de même des restes d’implants, de vis, de broches. Veiller à extraire la totalité des restes de l’ancienne prothèse.
5.5.2.4. Enlèvement des copeaux
L’Alésoir Spiral produit, en cours de fonctionnement, de petits copeaux d’os. Du fait de l’enroulement inverse de la spirale, ces copeaux sont naturellement repoussés vers la pointe de l’instrument et vers le fond de la cavité osseuse.
Je conseille de retirer l’instrument après chaque centimètre de progression en profondeur et de le débarrasser des copeaux avec une compresse humide.
5.5.2.5. Nettoyage de l'Alesoir Spiral
L’Alésoir Spiral doit être nettoyé seul et non entrechoqué avec d’autres instruments. Pour l’Alésoir Spiral, toute la longueur du tranchant étant active simultanément, aucune zone ne doit être abîmée. Il ne faut pas utiliser de tampons abrasifs car le tranchant serait émoussé.
5.5.2.6. Stérilisation de l'Alesoir Spiral
L’instrument doit, avant chaque utilisation, être stérilisé exclusivement en autoclave à 137°C ou 2 atmosphères. La stérilisation en chaleur sèche est exclue car elle risque d’endommager le tranchant et la qualité de trempe de l’acier.
5.5.2.7. Manipulation
Après lavage, les Alésoirs Spirales doivent être immédiatement replacés dans les plateaux de stérilisation et de transport dans les alvéoles qui leur sont destinées.
5.5.2.8. Gants orthopédiques
Comme avec tout instrument chirurgical tranchant, les gants en caoutchouc mince peuvent être endommagés. Pour utiliser l’alésoir spiral, il est prudent d'insérer entre les deux gants un gant orthopédique en jersey qui résiste aux instruments tranchants.
5.5.3. Situations orthopédiques particulières
5.5.3.1. Diaphyses endommagées et fragiles
Dans les cas de réopérations profondes, la perte de capital osseux proximal est la raison principale de l’utilisation d’implants profonds nécessitant une fixation distale, donc l’utilisation d’un Alésoir Spiral.
Des zones corticales sont amincies, perforées, fissurées ou même manquantes et la préparation pour une nouvelle implantation a lieu dans des zones fragiles.
Il est normal de mettre en place, préventivement et avant de commencer l’alésage, 1, 2 ou 3 cerclages en ruban de Titane, pour que la pression interne par l’alésage ne provoque une fissure.
Il ne faut pas utiliser des cerclages ou des fils en acier ou d'autres métaux que le titane, car il apparaît des phénomènes d'électrolyse entre deux métaux séparés par un milieu conducteur.
Dans certains cas, il peut être intéressant de récupérer et filtrer les copeaux osseux pour les utiliser comme pâte de remplissage.
5.5.3.2. Diaphyses atypiques ou canal médullaire rétréci
On rencontre fréquemment des cas de réopération où le canal médullaire est nettement rétréci dans la région où se trouvait la pointe de la prothèse précédente. Dans certains cas, le canal est totalement fermé par de l’os néoformé, souvent nommé un « piédestal ». Ces deux cas nécessitent une attitude particulière avant l’utilisation de l’alésoir spiral.
5.5.3.3. Cas où le canal médullaire est seulement rétréci
Ce cas est identifiable sur les radiographies préopératoires, et doit être planifié.
En Planification : Il faut d’abord, avec les gabarits d’olives d’alésage, définir la taille de l’olive correspondante à la partie de la diaphyse intacte située en distal du rétrécissement. Soit par exemple l’olive B choisie grâce au gabarit d'olive appliqué sur la radiographie. Par contre, seul le gabarit de l’olive A peut traverser le rétrécissement observé sur la radiographie.
En opération : Après éventuelle extraction complète du ciment avec tout instrument disponible sauf l'alésoir, tester le canal avec les olives A puis B.
Si, comme on s’y attendait, l’olive A passe à travers le rétrécissement, utiliser l’alésoir A pour commencer la préparation, et poursuivre l’alésage conique jusqu'à l’enfoncement de l’alésoir A jusqu'à la marque A4, en nettoyant plusieurs fois les copeaux. Ainsi, le rétrécissement est élargi par l’alésoir A mais en ayant créé une surface intérieure conique dans la diaphyse au lieu d’une zone quelconque non compatible avec l’ancrage d’une tige conique. Ensuite seulement utiliser l’alésoir B ou plus pour obtenir la préparation conique jusqu'à la taille planifiée et sur la longueur planifiée.
5.5.3.4. Cas où la diaphyse est fermée
En Planification
Le piédestal d’os néoformé sous la pointe distale d’une prothèse précédente se produit au bout de six à dix ans, pour des tiges cimentées ou sans ciment. Il fait partie des restructurations osseuses causées par la prothèse. Dès la planification, il est clair que l’alésoir, de la taille définitive ou inférieure, ne pourra pas traverser un piédestal car il n’est pas destiné au perçage.
En opération
Il faut donc utiliser un foret de 10mm, pour un canal assez rectiligne, ou une fraise de 10mm sur axe souple pour un canal courbe, pour traverser le piédestal. Cela donne le passage pour l’olive A, et c’est avec l’alésoir A que le rétrécissement du canal sera progressivement élargi.
Si par exemple la taille de tige distale planifiée est C9 ou même C11, il faut aléser progressivement avec les alésoirs A, puis B puis C. Je rappelle que pour les canaux non rétrécis, l’alésoir définitif doit être utilisé dès le début.
5.5.3.5. Cas où la diaphyse est en " baïonnette "
J'évoque ici les cas après ostéotomie ou consolidation non alignée d'une fracture ancienne. Un contrôle à l’amplificateur de brillance est prudent pour vérifier le passage de l'olive A d'abord et de l'alésoir A ensuite. Au cours de la suite de l'alésage,le canal tend progressivement à retrouver une continuité de courbure.
5.5.4. Propriétés de l'Alésoir Spiral
5.5.4.1. Choix de l'alliage métallique
L’alliage choisi est spécialement adapté à la réalisation de l’Alésoir Spiral grâce à ses propriétés simultanées de dureté, d’aptitude aux instruments tranchants et présentant une bonne élasticité, tout en permettant la déformation avant la rupture et enfin sa bonne résistance à la corrosion.
5.5.4.2. Traitement thermique ou trempe
Le traitement thermique ( dit trempe ) est pratiqué sur les ébauches déjà tournées, mais avant la réalisation par meulage de la géométrie précise en spirale. Il assure donc à la totalité de la pièce métallique une homogénéité de propriétés mécaniques beaucoup plus grande que si l’on trempait un instrument terminé comportant de grandes variations dans l’épaisseur locale de matière, comme c’est encore le cas pour beaucoup d’instruments.
5.5.4.3. Méthode de fabrication
La rectification numérique totale de l’instrument par meulage dans la masse avec une précision d'environ cinq microns garantit la meilleure correspondance actuellement accessible entre les coordonnées calculées au préalable par ordinateur et les dimensions de l’instrument fini. J'ai calculé et fourni des coordonnées précises au micron en chaque point au fabricant. Chaque instrument nécessite environ quatre heures d'usinage numérique sur une énorme machine exceptionnelle et unique.
5.5.4.4. Raccord de fixation
L’instrument est prévu pour une utilisation sur un moteur orthopédique disposant d'un raccord hexagonal de 12mm, mais aussi éventuellement avec une poignée à main encliquable.
Le moteur doit être équipé d'un réducteur de vitesse comme c’est l’usage pour les fraises à cotyles, à la vitesse de 1 à 5 tours par seconde, mais pas plus.
Mon expérience a montré que les raccords rapides à encliquage présentent quelques pannes : perte de vis, de ressorts, de billes.
Pour pouvoir terminer la préparation de l’os en cas d’utilisation d’un moteur et de panne de raccord, au bout de l'axe, est prévue une fixation de secours constituée par un cylindre de 6mm de diamètre et de 15mm de long, comportant 3 petits méplats pour ne pas glisser en cours de rotation, que l’on peut serrer dans un mandrin traditionnel à 3 becs.
5.5.4.5. Le risque de blocage est quasi nul
Si le canal médullaire présente un rétrécissement de diamètre du passage libre, l’olive pourrait subir un blocage mécanique dû à une forte friction. Dans ce cas seulement, la partie la plus mince, vers la pointe de l’instrument, subirait une torsion avec risque de rupture à la base de l’olive. Mesure prise contre ce risque: Chaque instrument est fourni accompagné d’un palpeur intramédullaire présentant la forme d'une olive fixé à l’extrémité d’une tige métallique relativement souple, dont l’emploi est obligatoire avant l’introduction d’une nouvelle taille d’alésoir pour s’assurer que l’olive de l’instrument ne risque absolument pas de se bloquer, et ceci tout le long du canal médullaire.
Dans le cas peu probable d’un blocage en cours d’utilisation normale, avec vitesse normale et sens de rotation normale, le déblocage se fait par rotation, toujours dans le sens de rotation normal, avec une clé à 6 pans de 12mm ou avec une clé multiprises. Dans cette situation, l’ensemble des spires se resserre d’une fraction de millimètre et se contracte sur place de sorte que l’instrument se libère et recule.
La "marche arrière" disponible sur quelques moteurs chirurgicaux du marché ne doit jamais être utilisée avec cet instrument.
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