Sujet : actionnement mécanique d'une prothèse

Bonjour à tous,
je suis Andrea, doctorant italien en première année de thèse à Télécom Bretagne, Brest.
Mon projet est dans le domaine de la robotique chirurgicale: je dois réaliser l'actionnement mécanique d'une prothèse du genou. Comme les volumes à dispositions sont très petits, j'ai pensé d'exploiter des structures robotiques et des mécanismes typiques de la robotique ludique, où tout est d'une certaine façon miniaturisé.
J'ai déjà eu l'opportunité de discuter par mail avec Julien, qui très gentiment m'a aidé avec des conseils très utiles. Par respect pour tout le monde et surtout pour votre club, c'est plus sympa de présenter le problème en forme publique sur ce forum.

Et voilà, j'ai déjà préparé des images pour mieux expliquer le problème mais il me semblait un peu malpoli de les joindre au premier message. J'espère de vous trouver partants pour m'aider, je crois que votre expérience pratique puisse me donner des conseils précieux.

Bonne journée à tous, à bientot!

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Re : actionnement mécanique d'une prothèse

bonjour

en effet c'est tres interessant.
par contre je suis pas sûre d'avoir compris vous parlez de genoux pour amputé fémoral de ce type http://www.adepa.fr/protheses/les-genoux/ ou de prothèse interne (je sais pas comment on dit)  ?

merci

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Re : actionnement mécanique d'une prothèse

Bonjour, il s'agit d'une Prothèse Totale du Genou, comme celle-ci:
http://www.orthopale.org/images/prothese-du-genou.jpg

L'actionnement consiste en faire bouger le plateau tibial, c'est à dire corriger son inclinaison de quelques millimètres pour bien régler les tensions ligamentaires. Tout ça est fait après la période de réhabilitation (à peu près 6 mois après la chirurgie) et sans contact direct. C'est bien ça le problème, il faut réaliser un dispositif utilisable à distance en évitant une deuxième opération chirurgicale pour la correction de l'équilibre ligamentaire.

Si vous etes d'accord, je peux afficher quelques images pour vous montrer les dimensions du système, le volume à disposition et mon idée de départ. smile

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Re : actionnement mécanique d'une prothèse

Je crains bien de ne pas vous être d'une grande utilité alors.
en fait, je pouvais surtout vous mettre en relation avec un sportif de haut niveaux qui a déjà essayer la prothèse à moteur et qui très intéresse pour aider au développement dans ce domaine.

hormis ma curiosité, je pense que c'est une bonne idée "d'afficher quelques images", car il y a des personnes compétentes qui seraient susceptibles d'y jeter un oeil.

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Re : actionnement mécanique d'une prothèse

Tout contact avec des spécialistes et des techniciens intéressés au sujet serait évidemment apprécié smile J'aimerais bien pouvoir discuter avec quelqu'un qui a déjà travaillé sur ça, je trouve que ça pourrait etre utile pour améliorer mon approche au problème (donc si vous voulez me mettre en contact avec le sportif, pour moi ce serait très bien!).

Voilà ci-dessous un petit dessin du plateau tibial de la prothèse, avec ses dimensions en millimètres:
dimensions

Le but c'est de soulever le plateau supérieure, en blanc, latéralement de quelques degrés pour gagner quelques millimètres (2-3 sont suffisantes). Donc on est intéressé à modifier son inclinaison par rapport au plateau inférieure (en gris).
inclinaison

Pour faire ça, j'ai modifié légèrement la forme des plateaux comme on peut voir sur l'image ci-dessous. J'ai donné un profil arrondi au plateau supérieure et j'ai creusé dans le plateau inférieure avec la meme forme, meme courbure. En faisant comme ça, en position de départ le plateau blanc est complètement contenu dans le plateau gris.
nouvelle forme

L'idée de départ c'est de faire glisser le plateau supérieure latéralement dans le plateau inférieure, en exploitant leur courbure commune. Ce glissement sera de quelques millimètres, juste pour modifier de 1°-2° l'inclinaison du plateau blanc par rapport à sa position horizontale de départ:
mouvement

Une fois atteinte la nouvelle position, le système doit etre bloquée d'une façon solide (pour résister aux forces moyennes dans l'articulation du genou) - c'est pour ça que j'ai pensé à la courbure commune entre les deux plateaux, pour pouvoir avoir le blanc toujours en contact avec le gris sans aucun espace et avec une meilleure stabilité. Sur l'image ci-dessous j'ai coloré en jaune l'espace à disposition pour le système d'actionnement. L'embase tibiale a un cone qui sert au fixage dans le tibia. Ce cone est vide et peut héberger des composants. De cet espace conique on voit la section verticale:
volume

Et voilà, j'ai aussi deux images qui montrent mon idée de départ... je pensais d'exploiter un micromoteur pas à pas connecté d'une façon appropriée à un mécanisme à crémaillère qui puisse régler l'inclinaison du plateau blanc.
Comme je ne veux pas exagérer avec les images et je ne voudrais pas vous influencer avec mes dessins, je m'arrete là et je vous remercie de votre attention et des vos éventuelles réponses smile
Bonne journée, à bientot!

6 Dernière modification par afixaziz (15-04-2012 04:34)

Re : actionnement mécanique d'une prothèse

bonjour,

le mail de patrice est envoyé

sinon, J'ai évidemment pas de réponse, mais je me pose plusieurs questions, c'est vraiment sans prétention car mes  projets perso sont vraiment beaucoup moins pointu.

est ce que vous avez déjà une idée du couple nécessaire à l'actionnement du mécanisme ?

est ce que l'alimentation est prévu à l'extérieur du corps ?

est ce que les enroulements du moteur son bien dans la prothèse ?

si la force nécessaire est conséquente et surtout si l'alimentation est à l'extérieur avez vous déjà envisagé un système pneumatique ou hydraulique ?

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Re : actionnement mécanique d'une prothèse

Bonjour et merci encore de votre message.
C'est bien pour moi de recevoir des questions parce que elles me permettent de mieux réfléchir sur le problème; normalement je me pose beaucoup de questions et je vous assure qu'elles ne sont pas toujours pointues smile

- pour le couple nécessaire à l'actionnement du mécanisme je n'ai pas encore une valeur précise mais après un calcul vite fait je crois que ce ne sera pas un couple élevé. En fait, quand on bouge le plateau, le patient se trouve en position allongée et donc le poids du corps n'agit pas sur l'articulation (c'est possible aussi d'écarter un petit peu manuellement le genou, par le chirurgien, pour favoriser ce processus). Je dirais donc que le seul facteur qui détermine le couple nécessaire dans ces conditions est la friction entre les plateaux.
Par contre, la nouvelle position atteinte doit etre garantie d'une façon solide. Du coup la norme ISO pour la marche dit que dans l'articulation on peut atteindre la force maximale de 2600 N pendant la marche en conditions normales. On doit donc garantir une résistance très forte et pour ça je pensais d'utiliser une structure mécanique avec une crémaillère et une vis sans fin, pour garantir le blocage. Là on revient à nouveau sur le couple et je dois vérifier, avec les engrenages et la transmission du mouvement, si la valeur du couple change beaucoup en raison de ça.

- l'alimentation et tout ce qui concerne le moteur et son controle (donc aussi l’électronique à envisager pour obtenir un controle précis du système d'actuation) doivent etre contenus dans l'espace conique au dessous du plateau tibial. C'est l'espace que j'ai représenté en section sur une des images précédentes.
Je suis concentré sur la recherche d'un micromoteur pas à pas à utiliser avec le mécanisme crémaillère+vis sans fin dont je parlais avant. Là, au niveau de l'alimentation, je crois qu'il faudra utiliser une batterie. J'avais considéré aussi d'autres approches avec la transmission d’énergie sans contact, mais c'est un peu difficile de trouver quelque chose qui soit au meme temps suffisamment puissante et biocompatible (il ne faut pas faire un barbecue avec les tissus du genou, ce ne serait pas sympa!). C'est vraiment un espace réduit mais au niveau de la miniaturisation au jour d'aujourd'hui ils réalisent des trucs étonnants, donc je crois que ce soit possible... au moins j'espère smile

J'espère avoir bien répondu à vos questions. Sinon, j'essaierai de mieux m'expliquer!

bon début de semaine, à bientot

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Re : actionnement mécanique d'une prothèse

Une idée comme ça : les moteurs piezo, de ce genre : http://pcbmotor.com/

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Re : actionnement mécanique d'une prothèse

Merci Julien, je vais lire tout de suite la page que tu m'as indiqué! smile

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Re : actionnement mécanique d'une prothèse

Bonjour,
juste pour vous dire que j'ai lu la page internet sur les micromoteurs que Julien m'a indiquée.
En fait les dimensions de ces moteur et ses prestations me pourraient convenir, par contre ce qui semblerait difficile c'est de miniaturiser l'électronique nécessaire au controle du moteur sans fil.
Dans l'espace réduit qu'on a à disposition, en effet, il faut mettre le micromoteur, la circuiterie pour le controler (microprocesseur, buffer, petite antenne pour le controle à distance etc ... tout assemblé sur une plaquette) et l'alimentation (petite batterie)... franchement je crois que l'espace disponible soit trop petit pour héberger tout ça.
En tout cas, sur le site ils disent qu'ils offrent des solutions de dimensionnement adaptées aux applications spécifiques; je leur ai envoyé un mail de renseignement, on sait jamais smile

Merci de votre aide et collaboration! Bon début de semaine smile