Prediction and detection of bone rupture during an osteotomy using an instrumented mallet

Les ostéotomies sont des interventions chirurgicales visant à couper les tissus osseux ou cartilagineux afin de les remodeler ou de les réaligner. Lors de l'ostéotomie, le chirurgien utilise un maillet pour frapper un instrument chirurgical composé d’une lame et d'un manche, appelé ostéotome. Les décisions prises pendant l'opération sont uniquement basées sur la proprioception du chirurgien, c'est-à-dire le son et le retour haptique et sont donc subjectives et dépendantes de l'expérience du chirurgien. Ce travail porte sur le développement d'une technique vibroacoustique, un maillet instrumenté, pour détecter et prévenir la rupture de l'os en temps réel pendant une ostéotomie.Dans une étude préliminaire, la méthode vibroacoustique a été utilisée pour détecter la rupture d’échantillons en forme de plaque composé de différents matériaux. Ensuite, des protocoles spécifiques basés sur la même méthode vibroacoustique ont été développés et appliqués à des ostéotomies utilisées en pratique clinique.La méthode a d'abord été appliquée à une partie spécifique de l'ostéotomie de Le Fort, la rupture des plaques ptérygoïdes également appelée disjonction ptérygomaxillaire. Cette ostéotomie étant réalisée sans contrôle visuel, des hémorragies et des lésions nerveuses peuvent survenir si des impacts supplémentaires inutiles sont donnés. Des disjonctions ptérygomaxillaires ont été réalisées sur un modèle animal, en utilisant des têtes d'agneau et sur des sujets anatomiques. Un algorithme de classification, une machine à vecteurs de support combinée à une matrice de coût, a été appliqué aux informations extraites du signal de chaque impact afin de détecter la rupture des plaques.Ensuite, la méthode a été appliquée à l'ostéotomie tibiale de valgisation. Dans cette ostéotomie, le chirurgien coupe le tibia et crée une charnière pour réaligner le plateau tibial. Pour éviter la rupture de la charnière et donc de l'os, le chirurgien doit arrêter d’impacter dès que la pointe de l’ostéotome atteint l'os cortical. Un critère basé sur les informations recueillies par le maillet instrumenté a été développé et appliqué à la détection de la transition de l'os cortical à l'os trabéculaire et vice versa. Le protocole a été validé sur des tibias de porc et sur des sujets anatomiques.Cette thèse démontre que le maillet instrumenté basé sur l’analyse vibroacoustique, peut être utilisé pour détecter la rupture de l’os. De plus, comme la capacité de prédire et de détecter la rupture peut être utile à d'autres chirurgies, cette méthode a été étendue à d’autres applications, telles que l'élévation du sinus maxillaire et la pose de vis pédiculaires. Ces derniers résultats ont été obtenus dans le cadre de collaborations internationales. Ces résultats ouvrent la voie au développement d'un dispositif d'aide à la décision peropératoire pour le chirurgien.