CH618089A5

CH618089A5 -

Info

Publication number: CH618089A5
Application number: CH1322977A
Authority: CH
Inventors: Joseph Carl D Errico
Original assignee: Howmedica
Priority date: 1976-11-01
Filing date: 1977-10-31
Publication date: 1980-07-15
Also published as: DE2747867A1; IE45719B1; JPS5356895A; CA1076751A; DE2747867B2; DE2747867C3; IE45719L; JPS5740778B2; FR2368934A1; FR2368934B1; US4044403A; GB1534640A

Description

L'invention concerne des dispositifs artificiels pouvant être implantés dans le corps humain, et en particulier une prothèse destinée' à remplacer les articulations naturelles du corps.

L'utilisation d'appareils artificiels pouvant être implantés dans le corps humain pour remplacer un organe anatomique défectueux, détérioré ou malade, est connue depuis longtemps. Une forme antérieure particulière de prothèse est destinée au remplacement d'articulations du corps présentant des caractéristiques de joints à rotule, par exemple l'articulation de la hanche. Ce type de prothèse réalise essentiellement une liaison amovible entre le fémur et la cavité cotyloïde de l'os iliaque, cette liaison permettant d'exécuter le mouvement de type universel permis par l'articulation naturelle remplacée. Des prothèses totales classiques de la hanche comportent généralement une coupelle formant l'acetabu-lum, présentant une cavité sphérique et pouvant être convenablement fixée de diverses manières dans la cavité cotyloïde de l'os iliaque, et un élément fémoral artificiel rapporté qui est convenablement fixé au fémur. Cet élément fémoral présente une tête sensiblement sphérique et lisse, s'emboîtant et tournant dans la cavité sphérique de la coupelle qui la maintient. On obtient ainsi une articulation du type à rotule qui permet le type normal de mouvement obtenu avec l'articulation de la hanche.

Dans ce domaine particulier, il existe plusieurs essais connus de réalisation d'articulations artificielles. Par exemple, les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 3813699 et 3863273 décrivent des prothèses d'articulation de la hanche. La prothèse de la hanche décrite dans le brevet N° 3863273 précité est de construction complexe. En particulier, elle exige l'utilisation d'une tête et d'un élément d'appui rapporté présentant des ouvertures, des rainures et des saillies relativement précises, devant coopérer les unes avec les autres pour former une articulation assemblée. En outre, la coque extérieure métallique de ces appareils fait nécessairement partie de l'ensemble, car l'une de ses fonctions est d'empêcher la rotule de se dégager de l'alvéole par une déformation de l'élément d'appui rapporté. Il est évident que des critères relativement importants de fabrication et de coût rendent cette forme de réalisation indésirable. Un défaut des prothèses décrites dans les deux brevets précités est que la tête fémorale sphérique artificielle n'est pas retenue suffisamment dans la cavité sphérique de la coupelle rapportée lorsque la prothèse est soumise à des forces tendant à séparer la tête de la coupelle. Par conséquent, ces types de prothèses présentent des risques de déboîtement. De plus, aucune des prothèses de la hanche décrites n'est conçue pour que la force nécessaire d'emboîtement de la tête fémorale artificielle dans la cavité sphérique soit inférieure à la force nécessaire pour retirer ladite tête de la cavité.

Les prothèses antérieures de la hanche sont caractérisées par des structures relativement complexes qui, non seulement ne permettent pas une introduction rapide et aisée de la tête fémorale artificielle dans la cavité correspondante d'une coupelle, mais également ne retiennent pas étroitement la tête fémorale dans la cavité en réponse à des forces tendant à déboîter ou séparer la tête de la cavité.

L'invention concerne une prothèse permettant un assemblage extrêmement aisé et guidé des éléments constitutifs, ainsi qu'une retenue efficace et positive de ces éléments à l'état assemblé, de manière que la prothèse forme une articulation solide et ne pouvant être déboîtée.

La prothèse selon l'invention, destinée à une articulation, comprend des premier et second éléments pouvant être implantés, le premier élément ayant une tête sensiblement sphérique et le second élément présentant une cavité sensiblement complémentaire, destinée à loger la tête. Cette cavité comporte une partie hémisphérique limitée à un plan diamétral, et une partie d'entrée qui dépasse ce plan et qui aboutit à une ouverture circulaire d'entrée dans la cavité. Une paroi évasée de guidage entoure l'entrée. Le second élément présente également une gorge annulaire continue, située sensiblement dans le plan diamétral, à proximité de la paroi de guidage. Cette dernière et la gorge délimitent entre elles une lèvre annulaire élastique qui entoure l'entrée, qui peut être déformée vers l'intérieur lors dë l'introduction de la tête sphérique dans l'entrée, afin que cette tête se loge et soit retenue dans la cavité, et qui peut être déformée vers l'extérieur pour résister à la sortie de la tête de la cavité.

Dans une forme avantageuse de réalisation, l'invention concerne une prothèse de l'articulation de la hanche dans laquelle le premier élément comporte des organes d'implantation dans le fémur et le second élément présente une surface extérieure sensiblement sphérique destinée à être implantée dans la cavité cotyloïde.

Dans une forme particulièrement avantageuse de la prothèse d'articulation de la hanche décrite ci-dessus, le second élément comporte une coque extérieure métallique contenant un polymère élastique à faible coefficient de frottement.

Dans une forme particulièrement satisfaisante de la prothèse d'articulation de la hanche décrite ci-dessus, le polymère est un polyéthylène à poids moléculaire très élevé et la coque métallique est de forme sphérique, continue et sensiblement lisse.

Il est particulièrement avantageux que les parois de la gorge annulaire de l'élément pouvant être implanté soient sensiblement parallèles aux parois de la partie évasée de guidage.

L'invention sera illustrée plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples et sur lesquels:

la fig. 1 est une vue en perspective éclatée d'une prothèse d'articulation de la hanche selon l'invention ;

la fig. 2 est une coupe transversale partielle montrant en détail les éléments constitutifs de la prothèse d'articulation de la hanche;

la fig. 2A est une coupe transversale partielle, à échelle agrandie, analogue à celle de la fig. 2, montrant l'introduction de l'un

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des éléments dans l'autre élément lors de l'assemblage de la prothèse ;

la fig. 3 est une coupe transversale partielle et à échelle agrandie, analogue à celle de la fig. 2A, montrant les éléments de la prothèse dans une autre position au cours de l'assemblage ;

la fig. 4 est une coupe transversale partielle et à échelle agrandie montrant la coopération des éléments assemblés ;

la fig. 5 est une vue schématique montrant la prothèse d'articulation de la hanche appliquée au corps humain ;

la fig. 6 est une coupe partielle des éléments de la prothèse dans les positions qu'ils prennent lorsqu'ils sont soumis à des forces tendant à les séparer, et la fig. 7 est une vue en perspective éclatée d'une variante de la prothèse selon l'invention destinée à l'articulation de l'épaule.

La fig. 1 représente une prothèse 10 d'articulation de la hanche selon l'invention. Bien que la description suivante porte principalement sur une prothèse d'articulation de la hanche, il est évident que l'invention s'applique à d'autres articulations du corps. De plus, le domaine d'application de l'invention s'étend aussi bien à la médecine vétérinaire qu'à la médecine humaine.

Comme représenté sur les fig. 1 et 2, la prothèse 10 d'articulation de la hanche comprend un premier élément pouvant être implanté, dans ce cas un élément rapporté artificiel 12 de fémur, un second élément pouvant être implanté, à savoir un élément prothétique 14, et un élément 16 de protection de la cavité cotyloïde entourant le second élément. Lorsqu'ils sont assemblés, comme représenté sur les fig. 4, 5 et 6, ces éléments constituent une articulation anatomique artificielle destinée à être implantée dans le corps humain pour remplacer une articulation malade, défectueuse ou détériorée de la hanche et pour permettre sensiblement le même type de mouvement articulé que celui normalement obtenu avec l'articulation naturelle de la hanche.

L'élément artificiel rapporté 12 de fémur peut être un élément prothétique classique et convenable destiné à être implanté dans le fémur 18 par la mise en œuvre de techniques médicales bien connues. Lorsqu'il est introduit dans le fémur 18, cet élément 12 prend sensiblement la position représentée sur la fig. 5. Cet élément fémoral 12 comprend une tige 20, un épaulement 22, un col 24 et une tête 26. La tige 20 peut se présenter sous la forme d'un organe sensiblement allongé qui peut être introduit dans le fémur 18. L'épaulement 22 est réalisé à une partie intermédiaire de l'élément fémoral 12 et il est convenablement configuré, de manière à présenter une grande surface assurant son positionnement convenable par rapport à l'extrémité supérieure du fémur 18. La tête naturelle du fémur, qui peut être malade, défectueuse ou détériorée, est retirée avant l'introduction de l'élément rapporté 12. Le col 24 présente une surface extérieure lisse et un diamètre réduit par rapport à l'épaulement 22. Ce col 24 relie l'épaulement 22 à la tête 26 dont la forme est sensiblement sphérique et qui présente une surface extérieure hautement polie, lisse et continue, à faible coefficient de frottement. Ce faible coefficient de frottement facilite l'emboîtement et la coopération de l'élément fémoral avec l'élément prothétique 14, et favorise également un mouvement relatif doux et régulier entre les deux éléments. La tête sphérique 26 est limitée à un bord arrière 28 convenablement espacé du plan diamétral indiqué par la ligne diamétrale 30 sur la fig. 6. L'importance de cette disposition sera décrite ci-après. L'élément fémoral rapporté 12 est réalisé dans une matière classique, convenant à la mise en place de cet élément dans un tissu corporel, y compris le tissu osseux. Un exemple de cette matière est le Vitallium, marque déposée par la firme Howmedica Inc. pour un alliage de cobalt et de chrome, conçu et utilisé pour le moulage de prothèses dentaires partielles et totales et pour des applications internes en chirurgie. Le Vitallium est caractérisé par une densité de 8,29; une résistance à la traction d'au moins 665.106 Pa; une limite traditionnelle d'élasticité à 2% d'au moins 455.106 Pa; une diminution minimale d'aire de 8% ; un allongement minimal de 8%, et un module d'élasticité compris entre

210.109 et 224.109 Pa. Lorsqu'il est poli, cet alliage présente un lustre permanent et extrêmement lisse. Ses qualités principales sont une inertie clinique par rapport aux tissus vivants et un degré très élevé de résistance à la corrosion.

Un élément 16 de protection de la cavité cotyloïde, constituant une coque extérieure, est destiné à loger et à retenir l'élément prothétique 14, dans cette forme particulière de réalisation, et à être placé dans la cavité cotyloïde 32 de l'os iliaque 34, dans une position lui permettant de loger la tête naturelle du fémur. Lors du procédé classique de mise en place de la prothèse, la cavité cotyloïde 32 est convenablement travaillée, selon les techniques médicales ou chirurgicales classiques, de manière à pouvoir recevoir l'élément 16 de protection. Cet élément 16 peut être fixé de diverses manières, si cela est souhaité, dans la cavité cotyloïde 32, par exemple par collage. Cependant, en général, l'élément 16 n'est pas fixé, mais il peut se déplacer librement dans la cavité cotyloïde 32.

Comme représenté sur les fig. 1 et 4, l'élément 16 de protection peut être défini comme une coque de forme sensiblement sphérique, présentant une surface extérieure lisse et continue et destinée à être placée dans la cavité cotyloïde. Lorsqu'une articulation libre dans la cavité cotyloïde est souhaitée, la surface extérieure de l'élément 16 doit être hautement polie. De même, la surface intérieure de l'élément 16 de protection peut être totalement lisse ou, si cela est souhaité, elle peut comporter des organes de fixation de cet élément 16 à l'élément prothétique 14. Cette surface intérieure comprend une partie sensiblement cylindrique 36, proche d'une extrémité ouverte 38 d'entrée présentée par l'élément 16, et une partie 40 à conicité croissante, située intérieurement par rapport à la partie cylindrique 36 qu'elle rejoint. De plus, la paroi de l'élément de protection peut présenter un évide-ment cylindrique central 42. L'élément prothétique 14 est convenablement emboîté et fixé dans l'élément 16. Ce dernier peut être réalisé dans une matière présentant un faible coefficient de frottement, une résistance suffisante pour subir des charges répétées pendant une longue durée, et une compatibilité avec les tissus corporels. L'une de ces matières connues est le Vitallium.

D'autres matières peuvent évidemment convenir, pourvu qu'elles possèdent les caractéristiques et les propriétés indiquées ci-dessus.

L'élément prothétique 14 se présente sous la forme d'une coupelle réalisée d'une seule pièce. Il est introduit et logé étroitement dans l'élément 16 de protection constituant l'acétabule. Cet élément prothétique 14 est enclenché intimement avec la tête sphérique 26 et peut constituer une articulation artificielle capable de simuler le mouvement universel normalement obtenu avec l'articulation naturelle remplacée.

L'élément prothétique 14 est réalisé dans une matière élastique convenable, compatible avec les tissus du corps humain. De plus, cette matière doit posséder une grande résistance, un faible coefficient de frottement et un haut pouvoir lubrifiant. L'élément prothétique 14 supportant la tête sphérique 26, afin de permettre un mouvement universel pendant une longue durée, les caractéristiques précédentes sont évidemment souhaitables. Dans la forme de réalisation décrite, un polyéthylène à très haut poids moléculaire est une matière extrêmement satisfaisante qui permet un mouvement à faible frottement de la tête sphérique 26 par rapport à l'élément prothétique 14. Bien qu'un tel polyéthylène donne totalement satisfaction, d'autres matières présentant des caractéristiques analogues peuvent être utilisées sans sortir du cadre de l'invention.

Comme représenté en particulier sur la fig. 4, l'élément prothétique 14 loge la tête sphérique 26 dans une cavité centrale et sensiblement complémentaire 46. Cette cavité 46 est délimitée par des parois lisses et une ouverture 48 qui constitue une entrée permettant l'introduction et la retenue de la tête 26. La cavité sphérique 46 est convenablement dimensionnée pour loger étroitement et maintenir la tête 26 en permettant un mouvement universel. L'ouverture 48 d'entrée est convenablement espacée de la

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ligne diamétrale 30, de sorte que le diamètre de l'ouverture 48 est plus petit que celui de la cavité 46 et que celui de la tête 26. Par conséquent, l'ouverture 48 réduit ou empêche le mouvement libre de la tête 26 à travers elle. Cette disposition assure une retenue convenable de la tête 26 du fémur dans la cavité 46 et empêche d'une manière efficace et simple tout dégagement ou déboîtement de ces éléments.

L'élément prothétique 14 comporte un élément 50 à lèvre qui comprend une paroi évasée et sensiblement lisse 52 de guidage dont l'extrémité de plus petit diamètre est située à proximité immédiate de l'ouverture 48. Cette paroi évasée ou conique 52 de guidage délimite un espace libre pour le col de l'élément fémoral afin de permettre la gamme souhaitée de mouvements entre la tête 26 et l'élément prothétique 14, ces mouvements étant nécessaires à la simulation du mouvement universel normal se produisant entre le fémur naturel et la cavité cotyloïde. La paroi 52 de guidage facilite sensiblement l'introduction de la tête 26 dans la cavité 46. Cette caractéristique est particulièrement importante dans les cas où il est nécessaire de réintroduire la tête 26 dans l'élément prothétique 14 au cours d'une opération chirurgicale consécutive.

L'élément perfectionné 50 à lèvre présente également une gorge annulaire 54 sensiblement continue, convenablement réalisée dans la cavité 46, à peu près dans le plan diamétral et à proximité de la paroi de guidage. Cette gorge 54 est sensiblement concentrique à la cavité sphérique et à peu près parallèle à la paroi 52 de guidage. Son orientation et celle de la paroi de guidage sont telles que ladite gorge et ladite paroi forment entre elles une lèvre déformable 56 qui présente un bord libre 58. Lorsque la lèvre n'est pas déformée, son bord libre 58 est contigu à la courbure sphérique de la cavité 46 et il donne un premier diamètre à l'ouverture 48. Comme mentionné précédemment, cette ouverture 48 tend à s'opposer au passage libre de la tête 26. L'élément prothétique 14 étant réalisé dans une matière suffisamment flexible, la lèvre 56 se déforme pendant l'introduction de la tête, comme représenté sur les fig. 2 à 4.

Lorsque la tête 26 est déplacée à force vers l'intérieur de la cavité 46, la lèvre 56 se déforme vers l'intérieur, comme représenté sur les fig. 2, 2A et 3, afin de fermer partiellement la gorge 54. La déformation de la lèvre 56 peut se poursuivre jusqu'à ce que le diamètre de l'ouverture 48 soit au moins égal à celui de la tête 26. Cette dernière peut alors pénétrer dans la cavité 46 et les éléments sont alors assemblés, comme représenté sur la fig. 4. En raison de son élasticité naturelle, la lèvre 56 reprend sa position non déformée, dans laquelle elle est représentée en trait plein sur la fig. 4, et l'ouverture 48 revient à son diamètre normal. A l'état assemblé, la tête 26 est retenue dans la cavité 46, car le diamètre de l'ouverture non déformée 48 est inférieur à celui de cette tête sphérique 26. Il est possible de retirer la tête 26 de la cavité en exerçant une force suffisante. Cependant, la lèvre déformable 56 retient normalement

étroitement la tête 26 dans la cavité 46 et résiste aux forces tendant à retirer cette tête de la cavité 46, car, lorsqu'une telle force est appliquée par la tête 26 à la lèvre 56, elle déforme cette dernière vers l'extérieur par rapport à la cavité 46, de sorte que la s lèvre fléchit vers l'extérieur, comme représenté sur la fig. 6 et, par conséquent, le diamètre de l'ouverture 48 diminue d'une manière correspondante, jusqu'à une dimension inférieure au premier diamètre normal présenté par cette ouverture et défini par la lèvre 56 non déformée. Il apparaît donc que la tête 26 est retenue '.o efficacement et étroitement dans la cavité 46, de manière à résister à toute tendance à la séparation ou au déboîtement de l'articulation assemblée.

Bien que la description précédente ait porté sur une forme préférée de réalisation selon l'invention, présentant une gorge 15 annulaire continue et inclinée de manière à être parallèle à la paroi de guidage, d'autres formes de réalisation de la prothèse selon l'invention peuvent présenter une gorge qui n'est pas nécessairement totalement annulaire et inclinée, de manière à être concentrique à la cavité sphérique ou parallèle à la paroi de 20 guidage. Ces autres formes possibles de réalisation peuvent être conçues de manière que la lèvre soit déformable et puisse reprendre élastiquement une position dans laquelle elle retient la tête à l'intérieur de la cavité présentée par l'élément prothétique. Une prothèse assemblée et non déboîtable de l'articulation de la 25 hanche est ainsi obtenue et facilite le mouvement de type normal entre le fémur et la cavité cotyloïde.

La description précédente de l'articulation anatomique artificielle a porté sur l'articulation de la hanche. Cependant, l'invention peut s'appliquer à d'autres articulations anatomiques telles 30 que l'articulation de l'épaule, par exemple. En particulier, la fig. 7 représente une prothèse 60 d'articulation de l'épaule, comprenant un élément rapporté 62 destiné à être implanté et comportant une tête sensiblement sphérique 64, lisse et à faible coefficient de frottement, et une tige 66 destinée à être introduite dans l'organe 35 approprié de l'épaule. Cette prothèse comporte également un élément ou une enveloppe 68 de protection comprenant une tige allongée 70 munie de plusieurs saillies 72 destinées à fixer l'élément 68 à un organe anatomique correspondant. L'élément 68 comporte également une partie creuse qui loge et retient un 40 élément rapporté et prothétique 74. Ce dernier est analogue à l'élément prothétique 14 décrit précédemment. Il comporte une paroi 76 de guidage, une gorge 78 et une lèvre 80. Les matières constituant la prothèse de l'épaule décrite ci-dessus peuvent être analogues à celles indiquées pour la forme de réalisation décrite 45 précédemment. En variante, l'élément 68 de protection peut être réalisé en polyéthylène à très haut poids moléculaire. Dans une autre forme de réalisation, l'élément 68 de protection et l'élément rapporté et prothétique 74 sont constitués d'une seule pièce en polyéthylène à très haut poids moléculaire. D'autres matières 50 peuvent également convenir.

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2 feuilles dessins

Claims

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1. Prothèse d'articulation, caractérisée en ce qu'elle comporte des premier et second éléments pouvant être implantés, le premier élément comportant une tête sensiblement sphérique, le second élément présentant une cavité dont la forme est sensiblement complémentaire de celle de la tête et qui est destinée à loger cette tête, ladite cavité comprenant une partie hémisphérique limitée à un plan diamétral et une partie d'entrée qui dépasse ce plan et qui aboutit à une ouverture circulaire d'entrée dans la cavité, une paroi de guidage évasée vers l'extérieur entourant l'entrée, le second élément présentant également une gorge annulaire continue, située sensiblement dans le plan diamétral, à proximité de la paroi de guidage, cette dernière et la gorge délimitant entre elles une lèvre annulaire élastique qui entoure l'entrée, qui peut être déformée vers l'intérieur lors de l'introduction de la tête sphérique dans l'entrée, afin que cette tête se loge et soit retenue dans la cavité, et qui peut être déformée vers l'extérieur pour résister à la sortie de la tête de la cavité.

2. Prothèse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier élément comporte un organe destiné à être implanté dans le fémur, le second élément présentant une surface extérieure sensiblement sphérique, destinée à être implantée dans la cavité cotyloïde.

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REVENDICATIONS

3. Prothèse selon la revendication 2, caractérisée en ce que le second élément est réalisé dans un polymère élastique, entouré d'une coque extérieure métallique.

4. Prothèse selon la revendication 3, caractérisée en ce que le polymère est un polyéthylène à très haut poids moléculaire, la coque ayant une configuration sphérique, continue et sensiblement lisse.