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"Appareil d'assistance ou de suppléance du genou"
La présente invention est relative à un appareil d'assistance ou de suppléance de genou, comprenant - au moins une articulation comportant chacune au moins une pièce proximale et au moins une pièce distale mutuellement articulées, - des moyens d'attache pour fixer ladite au moins une pièce proximale à une partie fémorale d'un membre inférieur et ladite au moins une pièce distale à une partie tibiale dudit membre inférieur, et - des moyens de guidage des pièces mutuellement articulées, permettant un mouvement relatif avec flexion, roulement antéro-postérieur conjugué à un glissement, rotation et/ou varus entre lesdites parties fémorale et tibiale, et permettant donc latéralement à un plan vertical antéro-postérieur du genou une reproduction approchée,
du mouvement physiologique du genou réalisé dans celui-ci à l'aide de ligaments croisés.
Suivant l'invention, par appareil d'assistance du genou il faut entendre une orthèse de genou et par appareil de suppléance une prothèse ou une endoprothèse de genou.
Dans ce qui suit, il faut entendre par parties fémorale et tibiale d'un membre inférieur, non seulement les parties d'un membre existant, mais aussi des pièces rigides supérieure et/ou inférieure remplaçant ce membre.
Ainsi la pièce proximale peut venir s'adapter sur une pièce rigide supérieure, fixée au fémur, ou elle peut se prolonger le long du
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fémur et s'y fixer et la pièce distale peut venir s'adapter sur une pièce rigide inférieure, fixée au tibia, ou elle peut se prolonger le long de celuici et s'y fixer.
Dans ce qui suit, il faut aussi entendre, par flexion et extension, un mouvement relatif entre les parties fémorale et tibiale d'un membre autour d'un axe sensiblement horizontal traversant le genou approximativement de gauche à droite. Par rotation, il faut entendre un mouvement relatif entre ces parties autour d'un axe vertical. Par mouvement de varus, il faut entendre un mouvement relatif entre ces parties autour d'un axe horizontal antéro-postérieur. Enfin, par roulement et glissement antéro-postérieur, il faut entendre un mouvement relatif entre les extrémités des parties tibiale et fémorale dans un plan antéropostérieur.
Les orthèses sont des appareils orthopédiques qui permettent d'assurer le mouvement et l'articulation d'un membre déficient d'une personne handicapée. De tels appareils sont constitués de deux parties rigides, reliées entre elles par une articulation au niveau du genou, et ce d'un côté de la jambe ou des deux côtés. Le tout peut être fixé par des bracelets ou des coquilles qui longent la cuisse et la jambe. Les orthèses utilisées pour les membres inférieurs ont couramment deux articulations au niveau du genou, symétriques, qui ne leur permettent qu'un mouvement de flexion et au mieux simultanément un déplacement antéro-postérieur de la partie proximale sur la partie distale (v. EP-A-0297766, US-A-3.779. 654).
Or, le mouvement physiologique du genou est tridimensionnel, et ces orthèses provoquent inévitablement des tensions sur les ligaments qui vont à l'encontre d'un traitement médical ou chirurgical.
On connaît par ailleurs des orthèses multiaxiales pourvues de plaques planes rainurées coopérantes, permettant successivement un
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glissement vers l'arrière du tibia par rapport au fémur au début de la flexion, puis une rotation (WO-A-92/15264).
Il existe aussi une genouillère polyaxiale, qui est tridimensionnelle (v. genouillère Poli-Axiale de Generation Il Orthotics, Inc., Vancouver, Canada) et qui comporte une articulation à adapter d'un côté du genou déficient. Dans cette articulation, deux segments de sphère, présentant deux rainures en arc de cercle disposées autour d'un axe de manière désaxée, coopèrent. Dans les premiers dégrés de flexion, c'est la pièce proximale qui se déplace, et arrivée à la fin de l'amplitude de ses rainures, la flexion continue sur la rainure du deuxième segment de sphère, donnant ainsi un mouvement tridimensionnel, mais non physiologique. En effet, le mouvement physiologique du genou a, grâce au système de bielles des ligaments, un mouvement de roulement antéro-postérieur et de glissement conjugué à une rotation et à un mouvement de varus.
La rotation et le mouvement de varus ont lieu, d'après la majorité des études médicales, principalement au début de la flexion, ce que ne permet pas cet appareil connu.
On connaît aussi une orthèse où les moyens de guidage sont formés de coques sphériques rainurées coopérant l'une dans l'autre (US-A-5.107. 824). Etant donné que le centre des coques de l'articulation externe de cet appareil est situé à un autre endroit que le centre des coques de l'articulation interne on en arrive inévitablement à un blocage de l'appareil puisque les coques externes et internes sont aussi reliées l'une à l'autre de manière solidaire par des bracelets rigides autour de la cuisse et de la jambe. De plus la forme sphérique des coques et leur appui intime l'une sur l'autre empêche l'obtention d'un mouvement à trajectoire complexe permettant de suivre le mouvement physiologique du genou.
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Les prothèses sont des appareils orthopédiques qui permettent d'assurer la marche à des personnes ayant perdu partiellement ou totalement leur jambe. Ces appareils surmontés d'une emboîture permettent à l'handicapé de s'appuyer sur son moignon et une articulation, située au niveau de l'axe du genou, permet la flexion de la prothèse. Pour les prothèses fémorales pour amputation longue ou pour désarticulation de genou, il est impossible de placer l'articulation prothétique à son emplacement physiologique. L'articulation prothétique est placée plus bas que l'axe physiologique du genou, ce qui rend la marche inconfortable et donne à la position assise une allure inesthétique, la partie de la cuisse étant anormalement plus longue que la partie du tibia.
On connaît des appareils d'assistance ou de suppléance du genou tels que décrits au début (voir WO 94/09729). Ces appareils, par une configuration particulière des surfaces d'appui des moyens de guidage de chaque articulation permettent un mouvement mutuel des pièces articulées du type obtenu par un embiellage croisé. Celui-ci, en s'inscrivant dans des surfaces courbes, complexes, permet simultanément à la flexion des mouvements de rotation et de varus qui varient d'amplitude au fur et à mesure de la flexion.
Lors de l'expérimentation des dispositifs antérieurement connus, il est apparu que, même dans la meilleure des solutions proposées antérieurement, il se produit dans les articulations soit des blocages des moyens de guidage, soit des glissements incontrôlés entre les pièces articulées. Il en résulte une usure trop forte des surfaces de guidage et un forçage des ligaments pour surmonter les blocages des mécanismes.
La présente invention a pour but de mettre au point un appareil d'assistance ou de suppléance du genou, qui permette de surmonter les inconvénients précités et surtout d'aider le guidage des
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pièces articulées, afin de rendre impossible tout blocage des pièces articulées ou glissement incontrôlé entre elles.
Pour résoudre ces problèmes on a prévu, suivant l'invention, un appareil d'assistance ou de suppléance de genou tel que décrit au début, cet appareil comportant en outre sur au moins une pièce proximale d'au moins une articulation, des premiers moyens d'engrenage disposés le long d'un parcours correspondant à un déplacement d'un centre instantané de mouvement, formé par une projection d'un croisement desdits ligaments dans ladite au moins une pièce proximale, pendant ledit mouvement relatif, et sur au moins une pièce distale de ladite au moins une articulation, des deuxièmes moyens d'engrenage qui coopèrent avec les premiers moyens d'engrenage susdits pendant ledit mouvement relatif et qui sont disposés le long d'un parcours correspondant au déplacement dudit centre instantané de mouvement,
formé par une projection dudit croisement desdits ligaments dans ladite au moins une pièce distale, pendant ledit mouvement relatif.
Ainsi qu'on l'a déjà exposé, le mouvement physiologique du genou est composé de plusieurs mouvements simultanés, ce qui est rendu possible par une configuration spéciale des extrémités des os et par une liaison de ceux-ci par des ligaments croisés.
Si l'on se réfère à la figure 1 annexée, on pourra voir l'illustration d'un plan antéro-postérieur d'un genou, vu latéralement.
Dans la position représentée, des bielles croisées AO et BC représentent de manière schématique les ligaments croisés susdits en position d'extension de la jambe. La référence a désigné le ligament croisé antérieur et la référence c le ligament croisé postérieur. La référence b (AB) représente le toit intercondylien, et la référence d (CO) le plateau tibial. La partie droite du dessin se trouve à l'avant du genou.
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Le toit intercondylien AB est inscrit dans ce que l'on appelle en jargon de métier le "plan fixe" et le plateau tibial OC est inscrit dans ce que l'on appelle le "plan mobile".
Sur la figure 1 on a représenté trois positions de déplacement différentes du plan fixe par rapport au plan mobile, pendant le mouvement relatif du genou, le plan mobile restant stationnaire dans cette illustration.
Comme on peut le voir, le centre instantané de rotation des plan fixe et mobile est l'intersection 1 des bielles AO et BC. Au cours du déplacement du plan fixe illustré sur la figure 1 une courbe est décrite par les positions successives de 1 dans le plan mobile. Cette courbe est appelée la base et elle porte la référence IB.
On aurait pu représenter sur cette figure les positions de déplacement du plan mobile par rapport au plan fixe, pendant le mouvement relatif du genou, le plan fixe restant stationnaire.
L'intersection 1 des bielles AO et BC aurait alors occupé des positions successives le long d'une courbe, appelée la roulante, qui porte la référence IR.
Pendant le déplacement mutuel des deux plans, il y a donc conformément à la cinématique plane un roulement sans glissement de la roulante sur la base, que seul peut présenter le centre des bielles croisées de l'embiellage qui réunit ces plans.
Si l'on applique ces éléments théoriques à une articulation de genou, cela signifie que seule l'intersection des ligaments croisés présente un mouvement de roulement pur. La proportion de glissement par rapport au roulement est d'autant plus importante que le centre du mouvement est éloigné de cette intersection.
On a donc prévu suivant l'invention d'appliquer à la ou aux articulations de l'appareil d'assistance ou de suppléance utilisé des moyens d'engrenage coopérants qui retiennent les pièces proximales et
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distales. Ces moyens forcent le centre instantané de l'embiellage virtuel de leur articulation, qui est une projection du centre instantané des ligaments croisés dans les pièces de cette articulation, à suivre un parcours de roulement pur, ce qui permet d'éviter tout glissement mutuel intempestif des pièces articulées et de contrôler les mouvements de glissement nécessités par le roulement antéro-postérieur du mouvement relatif du genou.
Suivant une forme de ralisation avantageuse de l'invention, lesdits premiers et deuxièmes moyens d'engrenage comportent des dentures coopérantes présentant une base de dent croissante et un espace interdentaire croissant transversalement audit parcours, dans un sens allant de l'intérieur vers l'extérieur de l'articulation.
Comme expliqué en détail dans la WO 94/09729, il est préférable que les deux articulations de part et d'autre d'un plan antéropostérieur soient différentes afin de permettre de manière favorable une rotation et un varus du genou. Comme ces deux mouvements se produisent en particulier au début de la flexion, il est donc souhaitable que en tout cas au début des crémaillères les dents aient une forme évasée vers l'extérieur.
Bien qu'il ne soit pas obligatoire que les pièces articulées des appareils suivant l'invention permettent une rotation et un varus, il est nettement préférable qu'elles le fassent. On peut alors prévoir, comme décrit par exemple dans la WO 94/09729, que lesdits moyens de guidage de chaque articulation comportent au moins une surface de guidage de courbure prédéterminée dans une pièce articulée et au moins un élément suiveur sur l'autre pièce articulée et que ces pièces articulées présentent en outre des surfaces d'appui de courbure prédéterminée qui coopèrent pendant ledit mouvement relatif entre les parties fémorale et tibiale.
Avantageusement, lesdites surfaces d'appui présentent des courbures complexes mutuellement différentes par
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lesquelles elles sont en contact uniquement partiel, en au moins trois points, pendant le mouvement entre les parties fémorale et tibiale.
Suivant une forme de réalisation perfectionnée de l'invention, les parcours desdits premiers et deuxièmes moyens d'engrenage s'étendent de manière à épouser la courbure de la pièce articulée qui les porte respectivement. Les moyens d'engrenage ne forment de préférence pas des pistes rectilignes sur toute leur longeur, mais au contraire elles suivent des courbes complexes correspondant à celles imprimées par les moyens de guidage de l'articulation, et cela de façon à ne pas entraver le mouvement sensiblement physiologique, conféré par les moyens de guidage, tout en contrôlant tout glissement intempestif entre les pièces articulées.
D'autres formes de réalisation de l'invention sont indiquées dans les revendications dépendantes de la revendication 1.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 représente une vue théorique d'une projection dans un plan vertical antéro-postérieur du mouvement d'un embiellage du type à bielles croisées, tel que formé par une articulation de genou.
Le figure 2 représente dans une vue en perspective une double articulation schématique d'un appareil suivant l'invention.
La figure 3 représente une vue en perspective d'une forme de réalisation d'appareil suivant l'invention.
La figure 4 représente une vue en perspective de deux moyens d'engrenage suivant l'invention.
La figure 2 illustre schématiquement l'application de moyens d'engrenage à un appareil d'assistance ou de suppléance du genou comportant une double articulation 1 et 2 de part et d'autre d'un plan vertical antéro-postérieur, passant par exemple, mais non
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nécessairement, par le centre du genou. On peut bien sûr prévoir un appareil ne comportant qu'une articulation suivant l'invention.
Comme expliqué en détail dans la WO 94/09729, il est préférable que les deux articulations 1 et 2 situées de part et d'autre du genou soient différentes afin de permettre avantageusement une rotation et un varus. Cela explique que, dans l'exemple de la figure 2, l'articulation 1 située du côté intérieur du genou est plus petite que l'articulation 2. Des moyens d'engrenage 3,4 du type crémaillères sont agencés le long des parcours de la base et de la roulante de chacune des articulations de manière que les pièces proximale et distale de chaque articulation coopèrent par engrenage au niveau de leur centre instantané de mouvement. Grâce à ces engrenages un glissement non contrôlé entre les pièces de l'articulation n'est plus possible.
Sur la figure 3, on a représenté de manière brisée et explosée une articulation comportant une pièce proximale 5 et une pièce distale 6 qui sont mutuellement articulées.
Des moyens d'attache 7 sont représentés de manière brisée et ils permettent de fixer la pièce proximale 5 à une partie fémorale d'un membre inférieur. Des moyens d'attache semblables ou différents, non représentés, sont prévus pour fixer la pièce distale 6 à une partie tibiale de ce membre inférieur. Le type de moyens d'attache n'est pas critique et peut être une sangle, une lanière, ou des éléments analogues.
Si l'appareil comprend plusieurs articulations, on peut prévoir des moyens de liaison 8 pour relier entre elles les pièces proximales des articulations et on peut prévoir de même des moyens de liaison non représentés pour relier entre elles les pièces distales des articulations. Ces moyens peuvent être des éléments rigides ou souples.
Ils ne sont toutefois pas indispensables.
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Des moyens de guidage sont toujours prévus dans les articulations des prothèses et orthèses. Comme expliqué plus haut certains moyens de guidage ne permettent qu'une flexion, et un roulement antéro-postérieur associé à un glissement. D'autres moyens de guidage permettent en outre une rotation et un varus, ce qui donne lieu à un mouvement de type encore plus proche du mouvement physiologique.
L'articulation illustrée sur la figure 3 présente des moyens de guidage du type de ceux prévus dans la WO 94/09729.
La pièce proximale 5 illustrée sur la figure 3 comporte, comme moyens de guidage, une surface de guidage formée par une rainure 9 de courbure complexe dans laquelle peut pénétrer un élément suiveur 10 en forme de goujon, de la pièce distale 6. Ce suiveur 10 est retenu dans la rainure 9 par un écrou 11 de manière à permettre son coulissement dans la rainure 9.
La pièce distale 6 illustrée sur la figure 3 comporte, comme moyens de guidage, une surface de guidage formée par une rainure 12 de courbure complexe dans laquelle peut pénétrer un élément suiveur 13, en forme de goujon, de la pièce proximale 5. Ce suiveur 13 est retenu dans la rainure 12 par un écrou 14 de manière à permettre son coulissement dans la rainure 12.
La pièce proximale 5 et la pièce distale 6 présentent en outre des surfaces d'appui qui se font mutuellement face 15,16 et respectivement 17,18. Les surfaces de l'exemple illustré ne sont pas planes, et elles présentent des courbures complexes mutuellement différentes par lesquelles elles sont en contact uniquement partiel, en au moins trois points, pendant le mouvement entre les parties fémorale et tibiale du membre, ainsi qu'il est décrit en détail en particulier dans la WO 94/09729.
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Dans l'exemple de réalisation illustré, la pièce proximale 5 est formée de deux plaques 19,20 réunies l'une à l'autre d'une manière quelconque, par exemple par collage ou soudage. La plaque 20 se termine à son bord inférieur suivant la courbure de la roulante que suit le centre instantané du mouvement dans cette plaque, la plaque 19 faisant légèrement saillie vers le bas par rapport à la plaque 15 pour présenter la rainure 9 et la surface d'appui 16.
De même la pièce proximale 6 est formée de deux plaques 21 et 22 réunies elles aussi l'une à l'autre d'une manière quelconque. La plaque 22 est terminée à son bord supérieur suivant la courbure de la base que suit le centre instantané du mouvement dans cette plaque, la plaque 21 faisant légèrement saillie vers le haut par rapport à la plaque 22 pour présenter la rainure 12 et la surface d'appui 17.
Le long de ces bords inférieur et respectivement supérieur des plaques 20 et respectivement 22 sont agencées des dentures 23 et 24 capables de coopérer lorsque les pièces sont assemblées. Les surfaces d'appui 16 et 18 et respectivement 15 et 17 sont alors également en position de coopération.
Les moyens de guidage connus vont donc imprimer à l'articulation et au genou sur lequel l'appareil est appliqué un mouvement de type embiellage permettant une rotation et un varus. Suivant l'invention, le centre instantané de mouvement de l'embiellage sera forcé, par les dentures, de suivre un mouvement de roulement pur. De ce fait, les mouvements de glissement incontrôlés et les blocages intempestifs des goujons dans les rainures apparaissant à certains endroits dans les appareils suivant l'état antérieur de la technique vont pouvoir disparaître.
On peut noter que des dentures d'engrenage disposées sur une surface circulaire dans une articulation d'appareil d'assistance de genou sont connues (v. US-A-3.779. 654). Sur cette surface circulaire
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dentée peut se déplacer une roue dentée. Ces dentures ne sont pas agencées le long du parcours du centre instantané de l'articulation et elles ne permettent d'ailleurs dans leur forme de réalisation qu'un mouvement de flexion et de roulement antéro-postérieur.
Sur la figure 4, on a illustré une vue en perspective du dessus d'une partie des crémaillères 24, 24'disposées le long de la roulante de chacune des deux articulations 1 et 2 disposées de part et d'autre d'un plan antéro-postérieur 23.
Ces dentures 24,24'sont agencées au bord supérieur d'une plaque 18 et respectivement 18'de chacune des pièces distales de l'articulation correspondante. Le bord supérieur de ces plaques est illustré sur la figure 4 par des traits interrompus qui suivent un tracé sinueux correspondant à la forme de courbure complexe des pièces distales.
Sur la partie droite de la figure 4, se trouve l'articulation 1
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située le plus à l'intérieur, c'est-à-dire le plus près du plan antéro- postérieur divisant le corps en deux. Comme on peut le voir la denture 24'est différente de la denture 24. L'espace interdentaire d, c'est-à-dire l'espace depuis le sommet d'une dent de la crémaillère jusqu'au sommet de la dent suivante, augmente plus on s'éloigne du plan divisant le corps en deux, c'est-à-dire plus la crémaillère se situe à l'extérieur. De même sur une même crémaillère l'espace interdentaire s'évase transversalement vers l'extérieur. De la même façon, la base des dents b, c'est-à-dire la distance entre le bas du flanc d'une dent et le bas du flanc opposé de cette dent, croît plus la crémaillère se situe à l'extérieur.
Elle croît aussi transversalement vers l'extérieur dans une même crémaillère.
Des crémaillères correspondantes sont agencées le long du bord inférieur des pièces proximales.
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La forme de courbure complexe des crémaillères et l'augmentation de l'espace interdentaire et de la dimension de la base des dents au fur et à mesure de l'augmentation de la distance entre la crémaillère et le plan divisant le corps en deux permettent un roulement parfait au niveau des crémaillères, tout en contrôlant un mouvement relatif des articulations d'un type parfaitement physiologique.
Il doit être entendu que la présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées.
On peut comprendre qu'il n'est pas absolument nécessaire que les plaques 19 et 20 et respectivement les plaques 21 et 22 forment ensemble une pièce solidaire 5 ou 6. On pourrait imaginer des plaques 19 et 21 servant uniquement au guidage de l'articulation et un mécanisme séparé formé des plaques 20 et 22 servant uniquement au roulement du centre instantané et donc au contrôle des moyens de guidage.
Bien que l'articulation illustrée à la figure 3 soit une articulation d'orthèse, un homme de métier comprendra de manière évidente son application à une prothèse.
Avantageusement, sur la partie terminale des crémaillères, c'est-à-dire la partie qui correspond à la fin du mouvement de flexion, l'espace interdentaire d et la base des dents b peuvent devenir constants, car il est connu que dans cette partie du mouvement relatif du genou, il n'y a plus de mouvement de rotation ou de varus.
On peut aussi envisager des surfaces de guidage sous la forme d'une seule rainure dans une seule des pièces articulées, par exemple une rainure 9 ou 12, avec un seul élément suiveur correspondant 10 ou respectivement 13. La présence des moyens d'engrenage suffit pour que des surfaces de guidage correspondantes
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sur l'autre pièce articulée ne soient pas nécessaires d'une manière absolue.