Cette invention concerne un dispositif de prothèse interne
d'articulation. Il est prévu de l'utiliser en particulier, mais pas
exclusivement, pour l'articulation de la hanche.
La présente invention a pour objet un dispositif de prothèse
interne d'articulation comprenant une paire d'éléments mâle et
femelle, l'élément mâle étant en forme de dôme et présentant une
surface d'appui convexe en forme de surface de révolution autour d'un axe fixe, et une surface de fixation concave derriére ladite
surface d'appui convexe, l'élément femelle étant en forme
d'alvéole présentant une surface d'appui concave pratiquement complémentaire de ladite surface d'appui convexe de manière à
s'articuler avec celle-ci, et une surface de fixation convexe derrière
ladite surface d'appui concave, lesdites surfaces de fixation pré
sentant des formations en creux de faible profondeur par rapport
à leur dimension transversale,
les surfaces de fixation recevant un ciment acrylique ou un milieu de remplissage équivalent utilisé
pour la fixation des éléments sur les os de l'articulation,
Lorsqu'on utilise un tel dispositif pour une articulation de la hanche, lesdits éléments servant respectivement d'élément fémoral et d'élément cotyloidal sont en forme de dôme et d'alvéole présente tant des surfaces d'appui intérieure et extérieure en calotte sphérique.
Normalement, les deux éléments du dispositif sont réalisés en métal et en matière plastique, et dans le cas d'une articulation de la hanche, on préfère que les éléments fémoral et cotyloidal soient réalisés respectivement en métal et en matière plastique.
Les caractères généraux mentionnés ci-dessus sont considérés comme avantageux pour plusieurs raisons. En premier lieu, les deux éléments du dispositif peuvent être suffisamment petits pour permettre leur insertion pratiquement ou entièrement à l'intérieur de la capsule d'articulation naturelle, préservant ainsi le plus possible la stabilité ligamentaire de l'articulation, et minimisant l'interface entre les éléments et les os de l'articulation de manière à réduire les risques d'une infection postopératoire et à diminuer la gravité d'une telle infection si elle se produit.
En deuxième lieu, les dimensions, la forme et le mode de fixation des éléments sont tels que l'implantation est plus aisée que dans les cas classiques, l'enlèvement est plus simple en cas d'infection postopératoire ou pour une autre raison et de plus grandes possibilités sont offertes, en comparaison des articulations classiques, pour l'adoption de mesures de remplacement dans le cas où la prothèse ne se montre pas entièrement satisfaisante.
En troisième lieu, les surfaces d'appui peuvent être d'une forme permettant le maintien des deux éléments l'un contre l'autre sous l'action des contraintes résiduelles ligamentaires et musculaires seulement dans la mesure ou cela est nécessaire pour la stabilité fonctionnelle de l'articulation réduisant ainsi la probabilité de transmission de forces indésirables à travers le dispositif qui tendraient à détruire la fixation des éléments sur les os de l'articulation. En quatrième lieu, I'utilisation préférée de matière plastique et de métal peut permettre une coopération d'appui à faible frottement entre les deux éléments avec l'utilisation de matériaux biologiquement inoffensifs en ce qui concerne les particules d'usure, et procure également d'autres avantages spécifiques à certaines articulations.
De manière que l'invention soit mieux comprise, on décrit ci-après à titre d'exemple deux formes d'exécution d'un dispositif d'articulation de la hanche en référence au dessin annexé dans lequel:
les fig. 1 et 2 sont une vue en plan et une vue en coupe de l'élément cotyloïdal d'une première forme d'exécution;
les fig. 3 et 4 sont des vues similaires de l'élément fémoral associé de cette première forme d'exécution;
les fig. 5 et 6 sont une vue en plan et une vue en coupe de l'élément cotyloïdal de la seconde forme d'exécution,
les fig. 7 et 8 sont des vues similaires de l'élément fémoral associé de cette deuxième forme d'exécution.
L'élément cotyloïdal représenté en fig. 1 et 2 comprend un organe en alvéole 1 présentant des surfaces hémisphériques concentriques intérieure et extérieure 2 et 3 coaxiales relativement à leurs axes de symétrie radiaux respectifs. La surface intérieure 2 remplit le rôle de surface d'appui destinée à coopérer avec l'élé- ment fémoral associé, et comporte une partie légèrement arrondie 4 à sa périphérie destinée à faciliter la mise en place de l'élément fémoral et à réduire les contraintes qui résulteraient d'une forme carrée à cette périphérie.
La surface extérieure 3 présente des parties en creux de manière à offrir une meilleure prise pour le ciment acrylique ou le milieu équivalent utilisé pour fixer l'alvéole dans une cavité cotyloïde convenablement agrandie. Ces parties comprennent trois rainures circulaires 5 et trois zones circulaires 6, les rainures étant espacées l'une de l'autre et disposées concentriquement par rapport à l'axe de symétrie radial de l'alvéole et les zones 6 étant réparties sur la circonférence et disposées entre les deux rainures de plus petits diamètres de manière à les mettre en communication.
L'élément fémoral associé représenté en fig. 3 et 4 comprend un organe en dôme 7 présentant une surface extérieure 8 en calotte sphérique couvrant plus d'une demi-sphêre et de rayon pratiquement identique au rayon de la surface intérieure 2 de l'élément cotyloidal 1 qui doit venir s'y appuyer. La surface intérieure de l'organe en dôme 7 est de forme cylindrique coaxiale à l'axe de symétrie longitudinal de la surface 8.
La surface intérieure 9 présente des rainures 10 et 11 dont la fonction est la même relativement à la fixation de l'élément autour d'une tête de fémur convenablement réduite, que celle des rainures ménagées sur l'alvéole relativement à la cavité cotyloïde Six rainures régulièrement espacées sur la périphérie s'étendent axialement le long de la surface 9 et une seule rainure s'étend circonférentiellement autour de la surface 9 à une position intermédiaire le long de celle-ci. L'alvéole 1 est réalisée en acier inoxydable, et le dôme 7 en polyéthylène à très haut poids moléculaire.
L'élément cotyloîdal représenté en fig. 5 et 6 comprend un organe en alvéole 20 présentant des surfaces intérieure et extérieure en calotte sphérique 21 et 22, ces deux surfaces étant symétriques par rapport à un axe radial commun. Toutefois, à la différence des surfaces correspondantes de la première forme d'exécution, elles ne sont pas concentriques. La surface extérieure 22 est hémisphérique, la surface intérieure couvre moins d'une demi-sphère et les centres des sphères respectives sont espacés l'un de l'autre sur l'axe radial commun de telle sorte que l'épaisseur de la paroi de l'alvéole présente une valeur maximum sur cet axe.
Comme précédemment, la surface intérieure 21 joue le rôle de surface d'appui coopérant avec l'élément fémoral associé et présente une partie légèrement arrondie 23 à sa périphérie.
De plus, comme précédemment, la surface extérieure présente des parties en creux destinées à contribuer à la fixation de l'élé- ment à la cavité cotyloïdale au moyen de ciment. Dans cet exemple, ces parties comprennent deux rainures circulaires 24 espacées l'une de l'autre, une au voisinage de la périphérie, et l'autre éloignée de cette première vers l'axe, disposées concentriquement par rapport à cet axe, et une zone circulaire entourant ledit axe.
De plus, quatre rainures s'étendent à partir de la zone 25, perpendiculairement entre elles et perpendiculairement aux rainures 24 qu'elles mettent en communication.
L'élément fémoral associé représenté en fig. 7 et 8 comprend un organe en dôme 27 présentant une surface extérieure 28, une surface intérieure 29, des rainures intérieures axiales 30 et des rainures circonférentielles intérieures 31 qui sont très semblables aux rainures correspondantes de la première forme d'exécution de l'élément fémoral. Toutefois, dans cette forme d'exécution, la surface intérieure 29 est plus arrondie à son extrémité fermée, comme on le voit en fig. 8, et les rainures axiales 30 se terminent dans la rainure circonférentielle 31.
Il existe d'autres différences entre la première et la seconde forme d'exécution, qui résident dans le fait que le choix des matériaux est inverse, et la différence d'épaisseurs de la paroi est moins marquée.
L'avantage principal commun aux deux formes d'exécution est l'utilisation d'un élément fémoral en forme de dôme, ce qui le différencie notablement des dispositifs classiques de remplacement de la tête du fémur. Ces derniers comprennent une structure monobloc formant une longue tige intramédulaire se terminant, après un collet, par une tête sphérique. Un tel dispositif nécessite la suppression de la tête naturelle du fémur par sectionnement du col, et la mise en place de la tige intramédullaire dans le canal médullaire qui est à cette fin habituellement alésé.
Il apparaît clairement que l'organe en forme de dôme des dispositifs illustrés, en comparaison des dispositifs classiques, nécessite notablement moins d'enlèvement d'os, et de pénétration d'organes étrangers dans l'os à des fins de fixation, est plus simple à implanter et à enlever et que son utilisation est compatible avec l'adoption d'un plus grand nombre de mesures de réparation.
Considérons les avantages comparés des deux formes d'exécution illustrées. D'un point de vue théorique, la première forme d'exécution est plus avantageuse du fait de l'utilisation de métal et de matière plastique pour l'élément cotyloïdal et pour l'élément fémoral respectivement. Avec cette disposition, l'organe en dôme peut présenter une épaisseur de paroi notablement plus grande que l'élément en alvéole, avec l'organe en dôme présentant un grand diamètre extérieur dans le cas du remplacement de la tête du fémur.
Ce grand diamètre extérieur, en combinaison avec le grand diamètre intérieur correspondant de l'organe en alvéole, procure une grande zone de répartition de la charge d'appui, et l'on peut s'attendre à une réduction de la vitesse d'usure des éléments dans le sens radial, et réduit également la probabilité de dislocation des deux éléments. Dans le même temps, l'épaisseur de paroi plus grande de l'organe en dôme apparaît comme appropriée à la plus grande propension à l'usure de la matière plastique, à comparer avec le métal, tandis que le résultat inverse dû au grand diamètre de l'organe en alvéole peut être compensé par l'utilisation de métal, ce qui permet de réaliser un organe présentant une paroi relativement mince, de manière à ne pas rendre nécessaire un creusement excessif de la cavité cotyloïde, avec les risques de pénétration qui en découlent.
De ce fait, la première forme d'exécution apparaît comme un arrangement avantageux, mais est toutefois soumise à deux exigences interdépendantes.
Ces exigences sont que, malgré la plus grande épaisseur de paroi de l'élément fémoral, il doit être encore possible de réaliser une surface intérieure suffisamment grande pour permettre une fixation correcte par-dessus une tête de fémur réduite pour former une tige osseuse complémentaire, et cette tige osseuse ne doit pas être exposée à la dégénérescence. A ce point de vue, un avantage supplémentaire de la première forme d'exécution réside dans le fait que la matière plastique de l'organe en dôme est radio-transparente et permet l'examen aux rayons X de l'os situé à l'intérieur, pour constater son état. Le développement pratique et l'expérimentation clinique de cette première forme d'exécution pendant une période de deux années ont montré que ces deux exigences pouvaient être remplies.
Toutefois, des essais de laboratoire supplémentaires de cette première forme d'exécution ont montré que, bien que d'un point de vue théorique on pouvait s'attendre à une faible vitesse d'usure, cette vitesse d'usure était supérieure à celle constatée avec la deuxième forme d'exécution. L'étude de ce phénomène inattendu se poursuit, mais aucune explication satisfaisante n'a encore été établie. Dans ces circonstances, étant entendu que l'utilisation de l'organe en dôme proposé pour la tête du fémur était acceptable, on peut considérer comme appropriée l'utilisation de la seconde forme d'exécution en raison de sa faible vitesse d'usure, en tenant compte toutefois des deux exigences qui sont encore une fois interdépendantes.
Ces exigences sont que l'utilisation d'un alvéole de matière plastique présentant une épaisseur de paroi supérieure, en combinaison avec un dôme fémoral métallique de dimensions similaires à celles considérées comme satisfaisantes pour la première forme d'exécution, ne doit pas nécessiter un creusement excessif de la cavité cotyloïde ni réduire l'amplitude du mouvement articulatoire libre par la venue en contact du col de fémur naturel sur l'alvéole.
En pratique, ces exigences peuvent être remplies, les essais effectués sur la première forme d'exécution ayant montré que la cavité cotyloïde naturelle est normalement suffisamment profonde et large pour s'accommoder d'une dimension d'alvéole plus grande que celle généralement utilisée actuellement, et que la surface intérieure de l'alvéole peut être d'une superficie inférieure à une demi-sphère et permettre encore une amplitude de mouvement articulatoire adéquate pour le dôme, sans risque de dislocation.
De ce fait, dans la seconde forme d'exécution, la surface intérieure de l'alvéole est d'une superficie inférieure à une demisphère, la surface extérieure reste hémisphérique pour faciliter la fixation de manière classique, et ces deux surfaces sont excentrées l'une par rapport à l'autre de manière à former non seulement une paroi plus épaisse entre elles, mais une variation de l'épaisseur de cette paroi, qui est maximale dans la région d'usure probables l'effet négatif sur l'amplitude du mouvement articulatoire de l'augmentation de l'épaisseur de paroi à la périphérie de l'alvéole étant compensé par la réduction de l'étendue de la surface intérieure.
Bien que la discussion ci-dessus tende à démontrer qu'il est préférable d'utiliser la deuxième forme d'exécution, on peut également considérer que la vitesse d'usure plus grande propre à la première forme d'exécution ne l'emporte pas sur les autres avantages de cette première forme. D'autre part, la compréhension des raisons de cette plus grande vitesse d'usure permettrait d'envisager l'adoption de solutions à même de la réduire, ce qui rendrait la première forme d'exécution largement avantageuse.
This invention relates to an internal prosthesis device
articulation. It is intended to be used in particular, but not
exclusively, for the hip joint.
The present invention relates to a prosthesis device
internal articulation comprising a pair of male elements and
female, the male element being dome shaped and having a
convex bearing surface in the form of a surface of revolution about a fixed axis, and a concave fixing surface behind said
convex bearing surface, the female element being shaped
cell having a concave bearing surface which is practically complementary to said convex bearing surface so as to
articulate with it, and a convex mounting surface behind
said concave bearing surface, said fixing surfaces pre
feeling shallow hollow formations compared to
their transverse dimension,
fixing surfaces receiving acrylic cement or an equivalent filling medium used
for fixing elements to the bones of the joint,
When such a device is used for a hip joint, said elements serving respectively as femoral element and acetabular element are dome-shaped and alveolus have both inner and outer bearing surfaces in a spherical cap.
Normally, the two elements of the device are made of metal and plastic, and in the case of a hip joint, it is preferred that the femoral and acetabular elements are made of metal and plastic, respectively.
The general traits mentioned above are considered advantageous for several reasons. First, the two elements of the device can be small enough to allow their insertion practically or entirely inside the natural joint capsule, thus preserving as much as possible the ligament stability of the joint, and minimizing the interface. between the parts and the bones of the joint so as to reduce the risk of postoperative infection and decrease the severity of such infection if it occurs.
Second, the dimensions, shape and method of attachment of the elements are such that implantation is easier than in conventional cases, removal is easier in case of postoperative infection or for some other reason and greater possibilities are offered, in comparison with conventional joints, for the adoption of replacement measures in the event that the prosthesis is not entirely satisfactory.
Thirdly, the bearing surfaces may be of a shape allowing the two elements to be held against each other under the action of residual ligament and muscle stresses only to the extent that this is necessary for functional stability. of the joint thus reducing the probability of transmission of unwanted forces through the device which would tend to destroy the attachment of the elements to the bones of the joint. Fourth, the preferred use of plastic and metal can allow low friction bearing cooperation between the two members with the use of biologically harmless materials with regard to wear particles, and also provides additional benefits. 'other advantages specific to certain joints.
In order for the invention to be better understood, two embodiments of a hip joint device are described below by way of example with reference to the appended drawing in which:
figs. 1 and 2 are a plan view and a sectional view of the acetabulum of a first embodiment;
figs. 3 and 4 are similar views of the associated femoral element of this first embodiment;
figs. 5 and 6 are a plan view and a sectional view of the acetabulum of the second embodiment,
figs. 7 and 8 are similar views of the associated femoral element of this second embodiment.
The acetabulum shown in fig. 1 and 2 comprises a cell member 1 having inner and outer concentric hemispherical surfaces 2 and 3 coaxial with respect to their respective radial axes of symmetry. The interior surface 2 fulfills the role of a bearing surface intended to cooperate with the associated femoral element, and comprises a slightly rounded part 4 at its periphery intended to facilitate the positioning of the femoral element and to reduce losses. constraints that would result from a square shape at this periphery.
The outer surface 3 has recessed portions so as to provide a better grip for the acrylic cement or the equivalent medium used to fix the socket in a suitably enlarged acetabular cavity. These parts comprise three circular grooves 5 and three circular zones 6, the grooves being spaced from each other and arranged concentrically with respect to the radial axis of symmetry of the cell and the zones 6 being distributed over the circumference and arranged between the two grooves of smaller diameters so as to put them in communication.
The associated femoral element shown in fig. 3 and 4 comprises a dome member 7 having an outer surface 8 in a spherical cap covering more than a hemisphere and of radius practically identical to the radius of the inner surface 2 of the cotyloidal element 1 which must come to rest on it . The inner surface of the dome member 7 is cylindrical in shape coaxial with the longitudinal axis of symmetry of the surface 8.
The interior surface 9 has grooves 10 and 11, the function of which is the same relative to the fixing of the element around a suitably reduced femoral head, as that of the grooves made on the socket relative to the acetabulum. Six grooves regularly spaced on the periphery extend axially along the surface 9 and a single groove extends circumferentially around the surface 9 at an intermediate position along it. The cell 1 is made of stainless steel, and the dome 7 of very high molecular weight polyethylene.
The cotyloidal element shown in fig. 5 and 6 comprises a cell member 20 having inner and outer surfaces in a spherical cap 21 and 22, these two surfaces being symmetrical with respect to a common radial axis. However, unlike the corresponding surfaces of the first embodiment, they are not concentric. The outer surface 22 is hemispherical, the inner surface covers less than a hemisphere, and the centers of the respective spheres are spaced from each other on the common radial axis such that the wall thickness of the cell has a maximum value on this axis.
As before, the interior surface 21 acts as a bearing surface cooperating with the associated femoral element and has a slightly rounded part 23 at its periphery.
In addition, as before, the outer surface has recessed portions intended to assist in fixing the element to the acetabulum by means of cement. In this example, these parts comprise two circular grooves 24 spaced apart from each other, one in the vicinity of the periphery, and the other away from this first towards the axis, arranged concentrically with respect to this axis, and one circular zone surrounding said axis.
In addition, four grooves extend from the zone 25, perpendicular to each other and perpendicular to the grooves 24 which they place in communication.
The associated femoral element shown in fig. 7 and 8 comprises a dome member 27 having an outer surface 28, an inner surface 29, axial inner grooves 30 and inner circumferential grooves 31 which are very similar to the corresponding grooves of the first embodiment of the femoral member. . However, in this embodiment, the inner surface 29 is more rounded at its closed end, as seen in FIG. 8, and the axial grooves 30 terminate in the circumferential groove 31.
There are other differences between the first and the second embodiment, which lie in the fact that the choice of materials is the opposite, and the difference in wall thicknesses is less marked.
The main advantage common to both embodiments is the use of a dome-shaped femoral element, which significantly differentiates it from conventional devices for replacing the head of the femur. The latter comprise a single-piece structure forming a long intramedular rod ending, after a neck, with a spherical head. Such a device requires the removal of the natural head of the femur by severing the neck, and the placement of the intramedullary rod in the medullary canal which is for this purpose usually reamed.
It is clear that the dome-shaped member of the illustrated devices, compared to conventional devices, requires significantly less removal of bone, and penetration of foreign organs into the bone for fixation purposes, is much less. easy to implant and remove and that its use is compatible with the adoption of a greater number of remedial measures.
Let us consider the comparative advantages of the two embodiments illustrated. From a theoretical point of view, the first embodiment is more advantageous due to the use of metal and plastic for the acetabulum and for the femoral element respectively. With this arrangement, the dome member can have a significantly greater wall thickness than the cell member, with the dome member having a large outside diameter in the event of replacement of the femoral head.
This large outside diameter, in combination with the corresponding large inside diameter of the honeycomb member, provides a large bearing load distribution area, and a reduction in the rate of wear can be expected. elements in the radial direction, and also reduces the probability of dislocation of the two elements. At the same time, the larger wall thickness of the dome member appears to be suitable for the greater wear-tendency of the plastic material, compared with metal, while the reverse result due to the large diameter. of the cellular organ can be compensated for by the use of metal, which makes it possible to produce an organ having a relatively thin wall, so as not to make it necessary to excessively hollow out the acetabulum, with the risks of penetration which resulting.
As a result, the first embodiment appears to be an advantageous arrangement, but is however subject to two interdependent requirements.
These requirements are that, despite the greater wall thickness of the femoral element, it should still be possible to achieve an interior surface large enough to allow proper fixation over a reduced femoral head to form a complementary bony rod, and this bony rod should not be exposed to degeneration. From this point of view, a further advantage of the first embodiment is that the plastic material of the dome organ is radio-transparent and allows X-ray examination of the bone located at the center. interior, to see its condition. The practical development and clinical experimentation of this first embodiment over a period of two years have shown that these two requirements can be fulfilled.
However, additional laboratory tests of this first embodiment have shown that, although from a theoretical point of view one could expect a low rate of wear, this rate of wear was greater than that observed. with the second embodiment. The study of this unexpected phenomenon is continuing, but no satisfactory explanation has yet been established. Under these circumstances, it being understood that the use of the dome member proposed for the head of the femur was acceptable, the use of the second embodiment can be considered appropriate because of its low rate of wear, however, taking into account the two requirements which are once again interdependent.
These requirements are that the use of a socket of plastic material having a greater wall thickness, in combination with a metallic femoral dome of dimensions similar to those considered satisfactory for the first embodiment, should not require excavation. excess of the acetabulum or reduce the amplitude of free articulatory movement by the natural femoral neck coming into contact with the socket.
In practice, these requirements can be met, the tests carried out on the first embodiment having shown that the natural acetabular cavity is normally sufficiently deep and wide to accommodate a larger cell size than that generally used at present. , and that the interior surface of the alveolus can be of an area less than a hemisphere and still allow an adequate range of articulatory movement for the dome, without risk of dislocation.
Therefore, in the second embodiment, the interior surface of the cell is of an area less than one half-sphere, the exterior surface remains hemispherical to facilitate attachment in a conventional manner, and these two surfaces are eccentric. one with respect to the other so as to form not only a thicker wall between them, but a variation in the thickness of this wall, which is maximum in the region of wear probable the negative effect on the amplitude of the Articulatory movement with the increase in wall thickness at the periphery of the socket being compensated by the reduction in the extent of the interior surface.
Although the discussion above tends to demonstrate that it is preferable to use the second embodiment, it can also be considered that the greater wear rate specific to the first embodiment does not prevail. on the other advantages of this first form. On the other hand, understanding the reasons for this greater rate of wear would make it possible to consider the adoption of solutions capable of reducing it, which would make the first embodiment largely advantageous.