La présente invention concerne une prothèse d'articulation du fémur sur l'os coxal.
Ce type de prothèse est constitué classiquement: par une tête fémorale artificielle présentant une tige destinée à être fixée par un ciment dans le fémur après ablation du sommet de ce dernier au niveau des trochanters, la tige de la tête fémorale artificielle étant prolongée par un col terminé par un profil mâle sphérique; et par une cupule cotvloidienne hémisphérique destinée à être scellée également par un ciment dans la cavité cotyloide de l'os coxal, cette cupule présentant un profil femelle sphérique destiné à recevoir le profil mâle de la tête fémorale.
Ce type de prothèse pose divers problèmes, parmi lesquels il faut noter tout particulièrement la nécessité d'obtenir un dép lace- ment relatif des profils femelle et mâle aussi facile et doux que possible, quels que soient les charges qu'ils supportent et les mouvements de la jambe, ce qui impose des efforts de frottement aussi faibles que possible entre les profils et la réalisation d'une prothèse ayant une durée de vie importante pour éviter son remplacement trop fréquent, cette durée de vie dépendant en premier lieu de la résistance à l'usure des profils coopérants.
Or, il se révèle que les prothèses connues parviennent mal à allier ces deux paramètres: faible frottement entre les surfaces et résistance à l'usure.
Ainsi, dans un premier type de prothèse, on a prévu de réaliser la tête fémorale et la cupule en acier spécial, par exemple en alliage à base de cobalt, afin d'obtenir une haute résistance à l'usure. Mais ce type de prothèse connue entièrement métallique présentait des caractéristiques de frottement Si mauvaises que l'articulation pouvait se bloquer par serrage des surfaces en contact.
Un mouvement de la jambe pouvait alors entraîner un descellement de la cupule et une détérioration de l'articulation qui rendait obligatoire une intervention chirurgicale pour son remplacement.
Il est évident que dans les études pour améliorer les prothèses, on a cherché à éliminer en priorité ce risque de descellement de la cupule qui peut entraîner des accidents graves pour le sujet portant la prothèse. On a donc proposé de réaliser la cupule en une matière plastique, telle que du polyéthylène, à bas coefficient de frottement sur le métal pour éliminer tout risque de grippage et de coincement des profils. Mais la résistance à l'usure de la matière plastique étant bien moindre que celle de l'acier spécial, il peut se produire, après une certaine période d'usage, un jeu préjudiciable entre les profils et à plus ou moins longue échéance, il devient nécessaire de changer la prothèse.
La présente invention propose un moyen pour remédier à ces inconvénients, et a pour but de constituer des éléments en contact présentant une résistance au frottement pratiquement du même ordre de grandeur que les articulations métal-plastique, tout en ayant une résistance à l'usure supérieure à ces dernières et Si possible identique à celles des prothèses classiques métal-métal.
L'invention repose sur plusieurs constatations:
1. Le risque de grippage des surfaces en métal frottant l'une contre l'autre provient du fait qu'il est pratiquement impossible d'obtenir économiquement par usinage des surfaces absolument sphériques surtout avec une précision de l'ordre du micron. De telles surfaces présentent toujours des irrégularités qui accroissent considérablement les efforts de frottement. L'élimination de ces irrégularités entraînerait des dépenses prohibitives.
2. L'observation de prothèses classiques entièrement en métal, soumises à des essais de fonctionnement reproduisant les conditions d'utilisation normale, a révélé que les profils sphériques ne se trouvaient jamais en contact sur la totalité de leur surface, mais qu'elles portaient l'une sur l'autre par des zones relativement faibles auxquelles se circonscrivait l'usure.
On a déterminé qu'en réduisant la surface de portée de l'un au moins des profils sphériques, réalisés tous deux en métal, on parvenait à améliorer les caractéristiques de friction dans des proportions telles qu'elles deviennent voisines de celles des articulations métal-plastique .
La présente invention concerne une prothèse, caractérisée en ce que la cupule cotyloidienne étant réalisée également en métal, l'un au moins des profils présente une surface de portée sphérique discontinue.
Ladite surface discontinue peut être constituée par les faces proéminentes de parties en saillie qui séparent des zones en dépression dans lesquelles peut être introduit un fluide de lubrification. Avantageusement, les zones en dépression qui ne jouent aucun rôle de frottement sont brutes de fabrication, les seules parties rectifiées avec précision étant les faces proéminentes des parties en saillie qui doivent avoir rigoureusement le même diamètre.
On notera que, de préférence, pour faciliter la circulation du lubrifiant, les zones en dépression communiquent entre elles grâce à des canaux pratiqués dans les parties en saillie.
De plus, les parties de portée en saillie seront distribuées de préférence sur la totalité dudit profil sphérique, afin que quelle que soit la position angulaire relative des deux profils coopérants, leur aire de contact soit à peu prés constante. Selon une forme préférée d'exécution, la surface de portée sphérique discontinue représente environ 30% de l'aire totale du profil dans lequel elle est ménagée, les zones en dépression en représentant 70%.
L'invention concerne également un procédé pour réaliser une prothèse telle que présentée cidessus, consistant à conformer l'un au moins des profils pour qu'il présente une surface générale sphérique, à ménager dans cette dernière des zones en dépression disposées de place en place, à faire communiquer entre elles lesdites zones en dépression et à usiner les seules surfaces de portée dudit profil qui sont écartées des zones en dépression, afin de mettre ces surfaces au même diamètre.
On décrira maintenant, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'invention, en référence au dessin dans lequel:
La fig. I est une vue schématique partiellement en coupe, représentant la prothèse coxo-fèmorale en état de fonctionnement.
Les fig. 2 et 3 représentent deux types de cupules cotyloi- diennes connues.
La fig. 4 est une vue représentant l'intérieur d'une cupule selon l'invention.
La fig. 5 est une coupe selon la ligue 5-5 de la fig. 4.
La fig. 6 est une coupe selon la ligne 6-6 de la fig. 4 de la cupule montée sur la tête fémorale.
La fig. 7 représente une variante de réalisation d'une prothèse totale où la cupule est représentée en coupe.
La fig. 8 est une vue partielle développée représentant la sur face de portée interne de la cupule de la fig. 7.
La fig. 9 est une vue en plan de la fig. 7.
La fig. 10 est un schéma représentant une machine d'essai permettant de mesurer le couple de friction des surfaces en contact de la cupule et de la tête fémorale, et
la fig. 1 1 est un graphique représentant les couples de friction mesurés avec la machine de la fig. 10 sur divers types de pro thèses.
A la fig. 1, on a indiqué en 1 l'os coxal coupé, en 2 la cavité cotyloïde et en 3 le fémur dont on voit en 4 et 5 le grand trochanter et respectivement le petit trochanter. Le sommet du fémur est coupé selon la ligue des trochanters et évidé pour permettre la fixation d'une tête fémorale artificielle dont la tige 6 est engagée et scellée par du ciment dans le fémur 3. En 7 et 8, on a indiqué respectivement le col et le profil mâle sphérique de la tête fémorale.
Au cours de l'intervention chirurgicale, le fond de la cavité cotyloïde est percé en 9 pour permettre l'ancrage convenable d'une masse de ciment 10. Ensuite, on scelle dans le ciment 10 une cupule cotyloidienne indiquée de facon générale en 1 1 et dont la face externe porte des plots d'ancrage 12.
Il s'agit là d'une technique connue qui n'est rappelée que pour faciliter la compréhension de l'invention. Lorsque la cupule il est mise en place, on introduit dans son profil femelle sphérique le profil mâle de la tête fémorale. Ainsi obtient-on une articulation permettant les déplacements de la tête fémorale aussi bien dans la direction de basculement de la flèche F1 que dans. la direction de rotation F2.
Comme on le sait, lorsque l'homme est debout ou lorsqu'il marche normalement, le poids du corps s'exerce en porte à faux sur le col du fémur et pratiquement selon une ligne oblique passant par l'axe de la rotule 8 et par le milieu du genou. Le poids du corps a donc été représenté par les flèches F3 dirigées selon cette ligne.
A la fig. 2, on a schématisé une partie de prothèse connue dans laquelle le profil mâle 8, ainsi que la cupule sont réalisés en acier.
On peut remarquer que la difficulté d'usiner parfaitement les surfaces sphériques mâle 13 et femelle 15 provoque la création de zones bombées 14 et 16 (qui ont été volontairement exagérées dans un but de clarté). On comprend que la présence de ces défauts de régularité des surfaces entraîne la création de régions de portée très localisées à l'endroit des zones bombées sur lesquelles s'exerce une pression très importante génératrice d'usure accélérée. Ainsi, les zones bombées 14 du profil mâle 8 risquent de provoquer des rainures dans la surface femelle 15 et inversement, les zones 16 de cette dernière créeront des cavités dans la surface mâle 13. On assistera donc, non pas à un amoindrissement des irrégularités dans le temps, mais à une multiplication de tels défauts.
De plus, il faut noter que les zones bombées peuvent entraîner un blocage de l'articulation. En effet, Si l'on se reporte à la fig. 2, on voit clairement que Si la tête fémorale 8 se déplace dans le sens de la flèche F4, la bosse 14 va venir chevaucher la bosse 16 et l'on aura alors un coincement de la tète 8 dans la cupule 11. Si l'usager force, la cupule risque d'être ébranlée et à la longue elle se descellera.
Pour tenter de remédier à ce défaut, on a déjà proposé de réaliser une cupule ayant la forme représentée à la fig. 3.
Ce type de cupule connue présente une surface interne 17 conformée à peu près comme la pointe d'un ballon de rugby, tandis que la tête mâle 8 est sphérique. Par cette construction, on constate que les surfaces 13 et 17 portent, en position normale, selon une zone annulaire 17' de largeur réduite e. Dans la position de la fig. 3, on voit que le bord extérieur de la cupule est écarté de la tête d'une distance d. Cependant, ce type de cupule présente des inconvénients: difficulté de conformer la surface 17 avec précision; risque de création d'un effet de coin provoquant un coincement des surfaces dans le cas d'un effort dirigé selon la flèche Fs; risque de déformation de la cupule sous des charges élevées; et surtout création d'un jeu important entre les surfaces Si la tête 8 prend, par rapport à la cupule, la position 18 représentée en trait interrompu.
Dans ce cas, les surfaces ne sont pas en contact sur leurs portées 17'.
Au contraire,comme on le voit parfaitement aux fig. 4 à 8, on propose une solution dans laquelle on conserve pour les deux surfaces en contact une forme sphérique.
On notera que, bien que dans la description et dans le dessin annexé, on se réfère à la cupule, on pourrait naturellement disposer d'une cupule à surface interne totalement sphérique, le profil mâle de la tête fémorale étant alors usiné conformément aux fig.4à8.
La cupule il est constituée classiquement par une paroi 19 hémisphérique dont la surface externe porte des picots 12 assurant le scellement de la cupule dans le ciment. La base de la cupule présente une collerette périphérique 20 également classique.
Par contre, la surface interne de portée est formée par une série de segments de surfaces sphériques 21, 22, 23 et 24 qui, dans l'exemple représenté, sont constituées par des nervures annulaires situées dans des plans parallèles à la collerette 20. Entre les nervures se trouvent des zones en dépression 25, 26, 27 et 28. On notera que la nervure voisine du sommet 21 est relativement large, tandis que les autres nervures sont plus étroites et sont disposées par couples et séparées par des dépressions 22', 23', 24'.
Dans les dépressions se trouve de préférence un fluide lubrifiant et pour permettre à ce dernier de ne pas gêner le mouvement de l'articulation et de circuler entre les dépressions, on a prévu des canaux 29 en pattes d'araignée.
On notera que, par exemple, la profondeur des dépressions pourra être de l'ordre de 0,3 mm, la largeur de la nervure 21 étant d'environ 3 mm, et celle de chacune des autres nervures de 1 mm.
Enfin, de préférence, la position angulaire des nervures 21 à 24 pourra être telle qu'indiqué à la fig. 5.
Naturellement, les parties de surfaces sphériques 21 à 24 seront rectifiées avec précision au même rayon r et avec suffisamment de finesse pour que toute irrégularité de surface soit éliminée. Par contre, les rainures pourront être brutes de fabrication.
De plus, tous les angles vifs seront abattus.
Comme on peut le voir à la fig. 6, avec ce type de cupule, seules les surfaces 21 à 24 sont en contact avec la surface mâle 13 de la tête fémorale, mais la disposition est telle que les portées sont réparties sur toute l'aire de contact possible entre les surfaces sphériques. Ainsi évite-t-on toute formation de jeu indésirable.
On indiquera que, dans l'exemple représenté, la surface des portées 21 à 24 de la cupule à rectifier représente seulement 30% de l'aire totale du profil sphérique, alors que les zones en dépression en représentent les 70%. Ainsi peut-on réaliser une économie notable au moment du polissage qui peut être particulièrement soigné.
Aux fig. 7 à 9, on a représenté une variante de réalisation d'une cupule selon l'invention.
Cette cupule 30 a une surface extérieure conformée en nid d'abeilles assurant un meilleur ancrage de la cupule dans le ciment. En effet, les parties en saillie 31, légèrement coniques, formeront coin entre les parties du ciment qui s'introduiront dans les alvéoles 32. De plus, la base des parties pleines 31 est avantageusement percée de trous transversaux 33 dans lesquels le ciment pourra pénétrer.
De même, le profil femelle interne de la cupule présente une structure en nid d'abeilles, comme on peut le voir particulièrement à la fig. 8 représentant un fragment développé à plat de cette surface interne.
Les surfaces de portée 34 en saillie sont reliées entre elles, mais délimitent des zones en dépression 35 dans lesquelles peut se trouver un lubrifiant. Des canaux de communication 36 sont percés dans les parois en saillie de la structure pour permettre la circulation du lubrifiant.
On notera que les deux types de cupules décrits pourront être réalisés, soit par forgeage ou matriçage, puis usinage au tour et rectification, les zones en dépression étant alors créées par fraisage; soit par moulage ou coulage, les zones en dépression étant réalisées directement lors de cette opération et laissées brutes de fonderie.
On donnera à présent quelques précisions concernant les performances comparées de la prothèse décrite et des prothèses connues. Pour cela, on a soumis à des essais de frottement par mesure du couple résistant:
a) une prothèse connue dont les surfaces en contact sont constituées en acier;
b) une prothèse connue dont une surface (celle de la tête fémorale) est en métal et l'autre en matière plastique telle que polyéthylène;
c) enfin, une prothèse telle que décrite.
On a utilisé pour ces essais une machine classique et qu'on ne décrira donc pas en détail. Cette machine est schématisée à la fig. 10 et est constituée par un bâti 36 dans lequel est fixé un appareil indicateur de couple 37. L'appareil 37 est soumis, par l'inter.
mèdiaire d'un organe d'appui 38, à un effort mesurable et réglable obtenu, par exemple, par serrage d'une tige filetée 39 à bras de manoeuvre 40.
L'appareil 37 porte un second organe d'appui 41 diamétralement opposé à l'organe 38 et dans lequel est logée une pointe 42 d'un ensemble 43 agissant à la manière d'une balance. L'ensemble 43 comporte un corps 44 monté par l'intermédiaire de roulements sur un bloc 45 dans lequel est montée la cupule 14 qui repose sur la tète florale 8 immobilisée par sa tige dans une tablette du bâti. Le corps 44 porte deux bras diamétralement opposés 46 dont les extrémités libres sont destinées à porter des poids 47.
On comprend qu'en chargeant de façon identique les deux bras 46 par des poids 47, le système sera en équilibre, pour un effort de serrage donné de la vis 39 qui sera indiqué par le cadran 37. Par contre, Si l'on charge, par exemple, le bras 46 de droite d'un poids supplémentaire 48 de faible valeur, on assistera à un basculement du système autour de la tête 8 dans le sens des flèches 49 pour les bras et 50 pour le système 43.
On peut ainsi mesurer le couple résistant en fonction d'une charge.
Sur le graphique de la fig. 1, on a indiqué en abscisses les charges en kg/force et en ordonnées le couple résistant en m/kg.
La courbe A correspond à une prothèse classique sphérique métal sur métal; la courbe B correspond à une prothèse connue métal sur plastique; la courbe C correspond à une prothèse telle que décrite.
On constate que le couple résistant de la prothèse décrite est très voisin de celui de la prothèse métal sur plastique réputée posséder les meilleures caractéristiques de frottement.
REVENDICATION I
Prothèse d'articulation du fémur sur l'os coxal, comportant une tète fémorale métallique dont la tige est destinée à être fixée dans le fémur et dont le sommet est constitué par un profil mâle à surface générale sphérique, et une cupule cotyloidienne hémisphé- rique destinée à être insérée dans la cavité cotyloïde de l'os coxal, cupule présentant un profil femelle à surface générale sphérique dans laquelle s'emboîte le profil mâle de la tête Semorale, ladite prothèse étant caractérisée en ce que la cupule cotyloidienne étant réalisée également en métal, l'un au moins des profils présente une surface de portée sphérique discontinue.
SOUS-REVENDICATIONS
1. Prothèse selon la revendication I, caractérisée en ce que la surface de portée sphérique discontinue est constituée par les surfaces proéminentes de parties en saillie qui séparent des zones en dépression.
2. Prothèse selon la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisée en ce que les zones en dépression entre les parties en saillie communiquent entre elles par des canaux pratiqués dans les parties en saillie, afin de permettre la circulation d'un lubrifiant.
3. Prothèse selon la revendication I et les sous-revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les surfaces proéminentes des parties de portée en saillie sont de même diamètre.
4. Prothèse selon la revendication I et les sous-revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les parties de portée en saillie sont distribuées sur la totalité du profil sphérique, afin que quelle que soit la position angulaire relative des deux profils coopérants, leur aire de contact commune soit à peu près constante.
5. Prothèse selon la revendication I et les sous-revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la surface de portée sphérique discontinue représente environ 30% et les zones en dépression 70% de l'aire totale du profil dans lequel est ménagée cette surface sphérique discontinue.
6. Prothèse selon la revendication I et les sous-revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les parties de portée en saillie sont liées les unes aux autres.
7. Prothèse selon la revendication I et les sous-revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les parties de portée en saillie forment un réseau en nid d'abeilles.
8. Prothèse selon la revendication I et les sous-revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les parties de portée en saillie sont constituées par des segments de paroi séparés les uns des autres.
9. Prothèse selon la revendication I et la sous-revendication 8, caractérisée en ce que les segments de paroi sont distribués en anneaux coaxiaux centrés sur un diamètre d'un grand cercle de la surface sphérique.
REVENDICATION Il
Procédé pour réaliser une prothèse selon la revendication I, caractérisé en ce qu'on conforme l'un au moins des profils pour qu'il présente une surface générale sphérique, on ménage, dans ladite surface générale sphérique, des zones en dépression dispo suées de place en place, on fait communiquer entre elles lesdites zones en dépression par des canaux de communication et on usine les seules surfaces de portée dudit profil qui sont écartées radialement des zones en dépression, afin de mettre ces surfaces au même diamètre.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
The present invention relates to a joint prosthesis of the femur on the coxal bone.
This type of prosthesis conventionally consists of: an artificial femoral head having a rod intended to be fixed by a cement in the femur after removal of the top of the latter at the level of the trochanters, the rod of the artificial femoral head being extended by a neck terminated by a spherical male profile; and by a hemispherical cotyloidal cup intended to be sealed also by a cement in the acetabulum of the hip bone, this cup having a spherical female profile intended to receive the male profile of the femoral head.
This type of prosthesis poses various problems, among which we must particularly note the need to obtain a relative displacement of the female and male profiles as easy and gentle as possible, whatever the loads they support and the movements. of the leg, which imposes friction forces that are as low as possible between the profiles and the production of a prosthesis having a long lifespan to avoid its too frequent replacement, this lifespan depending in the first place on the resistance to wear of the cooperating profiles.
Now, it turns out that the known prostheses have difficulty in combining these two parameters: low friction between the surfaces and resistance to wear.
Thus, in a first type of prosthesis, provision has been made for the femoral head and the cup to be made from special steel, for example from a cobalt-based alloy, in order to obtain high wear resistance. However, this type of known all-metal prosthesis exhibited such poor friction characteristics that the joint could become blocked by clamping the surfaces in contact.
A movement of the leg could then lead to loosening of the cup and deterioration of the joint which made it compulsory to have surgery to replace it.
It is obvious that in the studies to improve prostheses, attempts have been made to eliminate as a priority this risk of loosening of the cup which can lead to serious accidents for the subject wearing the prosthesis. It has therefore been proposed to make the cup in a plastic material, such as polyethylene, with a low coefficient of friction on the metal in order to eliminate any risk of jamming and jamming of the profiles. However, the resistance to wear of the plastic material being much less than that of special steel, there may be, after a certain period of use, a detrimental play between the profiles and, in the longer or shorter term, it may occur. becomes necessary to change the prosthesis.
The present invention proposes a means of overcoming these drawbacks, and its object is to constitute elements in contact exhibiting a resistance to friction practically of the same order of magnitude as the metal-plastic joints, while having a greater resistance to wear. to the latter and If possible identical to those of conventional metal-to-metal prostheses.
The invention is based on several observations:
1. The risk of seizure of the metal surfaces rubbing against each other arises from the fact that it is practically impossible to obtain economically by machining absolutely spherical surfaces, especially with a precision of the order of a micron. Such surfaces always have irregularities which considerably increase the friction forces. The elimination of these irregularities would entail prohibitive expenses.
2. The observation of conventional prostheses made entirely of metal, subjected to operational tests reproducing the conditions of normal use, revealed that the spherical profiles were never in contact over their entire surface, but that they bore one on top of the other by relatively weak areas in which wear was circumscribed.
It has been determined that by reducing the bearing surface of at least one of the spherical profiles, both made of metal, it is possible to improve the friction characteristics in proportions such that they become close to those of the metal joints. plastic.
The present invention relates to a prosthesis, characterized in that the acetabulum also being made of metal, at least one of the profiles has a discontinuous spherical bearing surface.
Said discontinuous surface may be formed by the prominent faces of protruding parts which separate depressed areas into which a lubricating fluid can be introduced. Advantageously, the depressed areas which play no role of friction are as manufactured, the only precisely ground parts being the prominent faces of the projecting parts which must have strictly the same diameter.
It will be noted that, preferably, to facilitate the circulation of the lubricant, the depressed areas communicate with one another by means of channels formed in the protruding parts.
In addition, the projecting bearing parts will preferably be distributed over the whole of said spherical profile, so that whatever the relative angular position of the two cooperating profiles, their contact area is more or less constant. According to a preferred embodiment, the discontinuous spherical bearing surface represents approximately 30% of the total area of the profile in which it is formed, the depressed areas representing 70%.
The invention also relates to a method for producing a prosthesis as presented above, consisting in shaping at least one of the profiles so that it has a generally spherical surface, in providing in the latter depressed areas arranged from place to place. , in making said depressed zones communicate with each other and in machining only the bearing surfaces of said profile which are separated from the depressed zones, in order to put these surfaces at the same diameter.
Some embodiments of the invention will now be described, by way of example, with reference to the drawing in which:
Fig. I is a schematic view partially in section, showing the coxofemoral prosthesis in working order.
Figs. 2 and 3 represent two types of known acetabular cups.
Fig. 4 is a view showing the interior of a cup according to the invention.
Fig. 5 is a section along the line 5-5 of FIG. 4.
Fig. 6 is a section taken along line 6-6 of FIG. 4 of the cup mounted on the femoral head.
Fig. 7 shows an alternative embodiment of a total prosthesis in which the cup is shown in section.
Fig. 8 is a partial developed view showing the internal bearing surface of the cup of FIG. 7.
Fig. 9 is a plan view of FIG. 7.
Fig. 10 is a diagram showing a testing machine for measuring the friction torque of the contacting surfaces of the cup and the femoral head, and
fig. January 1 is a graph showing the friction torques measured with the machine of FIG. 10 on various types of prostheses.
In fig. 1, we have indicated in 1 the cut hip bone, in 2 the acetabular cavity and in 3 the femur of which we see in 4 and 5 the greater trochanter and respectively the lesser trochanter. The top of the femur is cut according to the league of trochanters and hollowed out to allow the fixation of an artificial femoral head, the rod 6 of which is engaged and sealed with cement in the femur 3. At 7 and 8, the neck has been indicated respectively. and the spherical male profile of the femoral head.
During the surgical intervention, the bottom of the acetabulum is drilled in 9 to allow the suitable anchoring of a mass of cement 10. Then, an acetabular cup indicated generally in 1 1 is sealed in the cement 10. and whose outer face carries anchoring studs 12.
This is a known technique which is recalled only to facilitate understanding of the invention. When the cup is in place, the male profile of the femoral head is introduced into its spherical female profile. Thus, a joint is obtained allowing the movements of the femoral head both in the tilting direction of the arrow F1 and in. the direction of rotation F2.
As we know, when the man is standing or when he walks normally, the weight of the body is exerted cantilever on the neck of the femur and practically in an oblique line passing through the axis of the kneecap 8 and through the middle of the knee. The weight of the body has therefore been represented by the arrows F3 directed along this line.
In fig. 2, a part of a known prosthesis has been shown diagrammatically in which the male profile 8, as well as the cup, are made of steel.
It may be noted that the difficulty of perfectly machining the male 13 and female 15 spherical surfaces causes the creation of convex zones 14 and 16 (which have been deliberately exaggerated for the sake of clarity). It will be understood that the presence of these irregularities of the surfaces leads to the creation of very localized contact regions at the location of the convex zones on which a very high pressure is exerted which generates accelerated wear. Thus, the convex zones 14 of the male profile 8 risk causing grooves in the female surface 15 and conversely, the zones 16 of the latter will create cavities in the male surface 13. We will therefore see, not a reduction in the irregularities in the female surface. time, but to a multiplication of such defects.
In addition, it should be noted that bulging areas can lead to blockage of the joint. Indeed, if we refer to FIG. 2, it is clearly seen that If the femoral head 8 moves in the direction of arrow F4, the bump 14 will overlap the bump 16 and there will then be a jamming of the head 8 in the cup 11. If the user force, the cup may be shaken and over time it will loosen.
In an attempt to remedy this defect, it has already been proposed to produce a cup having the shape shown in FIG. 3.
This type of known cup has an internal surface 17 shaped roughly like the tip of a rugby ball, while the male head 8 is spherical. By this construction, it can be seen that the surfaces 13 and 17 bear, in the normal position, along an annular zone 17 'of reduced width e. In the position of FIG. 3, we see that the outer edge of the cup is spaced from the head by a distance d. However, this type of cup has drawbacks: difficulty in shaping the surface 17 with precision; risk of creating a wedge effect causing jamming of the surfaces in the case of a force directed along the arrow Fs; risk of deformation of the cup under high loads; and above all creation of a significant clearance between the surfaces If the head 8 takes, relative to the cup, the position 18 shown in broken lines.
In this case, the surfaces are not in contact on their surfaces 17 '.
On the contrary, as can be seen perfectly in FIGS. 4 to 8, a solution is proposed in which a spherical shape is retained for the two surfaces in contact.
It will be noted that, although in the description and in the accompanying drawing, reference is made to the cup, it would naturally be possible to have a cup with a completely spherical internal surface, the male profile of the femoral head then being machined in accordance with FIGS. 4 to 8.
The cup it is conventionally constituted by a hemispherical wall 19, the outer surface of which bears pins 12 ensuring the sealing of the cup in the cement. The base of the cup has an equally conventional peripheral flange 20.
On the other hand, the internal bearing surface is formed by a series of segments of spherical surfaces 21, 22, 23 and 24 which, in the example shown, consist of annular ribs located in planes parallel to the flange 20. Between the ribs are in depressed areas 25, 26, 27 and 28. It will be noted that the rib adjacent to the top 21 is relatively wide, while the other ribs are narrower and are arranged in pairs and separated by depressions 22 ', 23 ', 24'.
In the depressions there is preferably a lubricating fluid and to allow the latter not to interfere with the movement of the joint and to circulate between the depressions, channels 29 are provided in spider legs.
It will be noted that, for example, the depth of the depressions could be of the order of 0.3 mm, the width of the rib 21 being approximately 3 mm, and that of each of the other ribs of 1 mm.
Finally, preferably, the angular position of the ribs 21 to 24 may be as indicated in FIG. 5.
Naturally, the parts of spherical surfaces 21 to 24 will be ground with precision to the same radius r and with sufficient fineness that any surface irregularity is eliminated. On the other hand, the grooves can be unworked.
In addition, all sharp angles will be cut down.
As can be seen in fig. 6, with this type of cup, only the surfaces 21 to 24 are in contact with the male surface 13 of the femoral head, but the arrangement is such that the bearing surfaces are distributed over the entire possible contact area between the spherical surfaces. In this way, any unwanted play formation is avoided.
It will be indicated that, in the example shown, the surface of the bearing surfaces 21 to 24 of the cup to be rectified represents only 30% of the total area of the spherical profile, while the depressed zones represent 70% thereof. Thus, a significant saving can be made at the time of polishing, which can be particularly careful.
In fig. 7 to 9, there is shown an alternative embodiment of a cup according to the invention.
This cup 30 has an outer surface shaped like a honeycomb ensuring better anchoring of the cup in the cement. Indeed, the projecting parts 31, slightly conical, will form a wedge between the parts of the cement which will be introduced into the cells 32. In addition, the base of the solid parts 31 is advantageously pierced with transverse holes 33 in which the cement can penetrate. .
Likewise, the internal female profile of the cup has a honeycomb structure, as can be seen particularly in FIG. 8 representing a fragment developed flat of this internal surface.
The projecting bearing surfaces 34 are interconnected, but delimit depressed areas 35 in which a lubricant may be present. Communication channels 36 are drilled in the projecting walls of the structure to allow circulation of the lubricant.
It will be noted that the two types of cups described could be produced, either by forging or die-stamping, then lathe machining and grinding, the negative zones then being created by milling; either by molding or casting, the depressed areas being produced directly during this operation and left as foundry.
Some details will now be given concerning the comparative performance of the prosthesis described and known prostheses. For this, friction tests were performed by measuring the resistive torque:
a) a known prosthesis the contacting surfaces of which are made of steel;
b) a known prosthesis of which one surface (that of the femoral head) is made of metal and the other of plastic material such as polyethylene;
c) finally, a prosthesis as described.
A conventional machine was used for these tests and which will therefore not be described in detail. This machine is shown schematically in FIG. 10 and consists of a frame 36 in which is fixed a torque indicator device 37. The device 37 is subjected, by the inter.
mediary of a support member 38, with a measurable and adjustable force obtained, for example, by tightening a threaded rod 39 with operating arm 40.
The apparatus 37 carries a second support member 41 diametrically opposed to the member 38 and in which is housed a tip 42 of an assembly 43 acting in the manner of a balance. The assembly 43 comprises a body 44 mounted by means of bearings on a block 45 in which is mounted the cup 14 which rests on the floral head 8 immobilized by its rod in a shelf of the frame. The body 44 carries two diametrically opposed arms 46, the free ends of which are intended to carry weights 47.
It will be understood that by loading the two arms 46 in an identical manner with weights 47, the system will be in equilibrium, for a given clamping force of the screw 39 which will be indicated by the dial 37. On the other hand, if we load , for example, the arm 46 on the right of an additional weight 48 of low value, there will be a tilting of the system around the head 8 in the direction of the arrows 49 for the arms and 50 for the system 43.
It is thus possible to measure the resistive torque as a function of a load.
On the graph of fig. 1, the loads in kg / force have been indicated on the abscissa and the resisting torque in m / kg on the ordinate.
Curve A corresponds to a classic metal-to-metal spherical prosthesis; curve B corresponds to a known metal-on-plastic prosthesis; curve C corresponds to a prosthesis as described.
It can be seen that the resistance torque of the prosthesis described is very close to that of the metal-on-plastic prosthesis deemed to have the best friction characteristics.
CLAIM I
Joint prosthesis of the femur on the hip bone, comprising a metallic femoral head whose stem is intended to be fixed in the femur and whose apex is formed by a male profile with a generally spherical surface, and a hemispherical acetabular cup intended to be inserted into the acetabular cavity of the coxal bone, cup having a female profile with a generally spherical surface in which the male profile of the Semoral head fits, said prosthesis being characterized in that the acetabular cup also being produced in metal, at least one of the profiles has a discontinuous spherical bearing surface.
SUB-CLAIMS
1. Prosthesis according to claim I, characterized in that the discontinuous spherical bearing surface is formed by the prominent surfaces of projecting parts which separate the depressed areas.
2. Prosthesis according to claim I and sub-claim 1, characterized in that the depressed areas between the projecting parts communicate with each other by channels formed in the projecting parts, in order to allow the circulation of a lubricant.
3. Prosthesis according to claim I and sub-claims 1 and 2, characterized in that the protruding surfaces of the projecting bearing parts are of the same diameter.
4. Prosthesis according to claim I and sub-claims 1 to 3, characterized in that the projecting bearing parts are distributed over the entire spherical profile, so that whatever the relative angular position of the two cooperating profiles, their common contact area is approximately constant.
5. Prosthesis according to claim I and sub-claims 1 to 4, characterized in that the discontinuous spherical bearing surface represents approximately 30% and the areas in depression 70% of the total area of the profile in which this surface is formed. discontinuous spherical.
6. Prosthesis according to claim I and sub-claims 1 to 5, characterized in that the projecting bearing parts are connected to each other.
7. A prosthesis according to claim I and sub-claims 1 to 6, characterized in that the projecting bearing parts form a honeycomb network.
8. Prosthesis according to claim I and sub-claims 1 to 5, characterized in that the projecting bearing parts are formed by wall segments separated from each other.
9. A prosthesis according to claim I and sub-claim 8, characterized in that the wall segments are distributed in coaxial rings centered on a diameter of a large circle of the spherical surface.
CLAIM It
Process for making a prosthesis according to Claim I, characterized in that at least one of the profiles is conformed so that it has a general spherical surface, and in said general spherical surface, depressed areas are provided in in place, said depressed zones are made to communicate with one another by communication channels and the only bearing surfaces of said profile which are spaced radially from the depressed zones are machined in order to put these surfaces at the same diameter.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.