CH631342A5

CH631342A5 - Prothese articulaire pour articulation artificielle.

Info

Publication number: CH631342A5
Application number: CH577479A
Authority: CH
Inventors: Christiane Roux
Original assignee: Christiane Roux
Priority date: 1978-06-21
Filing date: 1979-06-20
Publication date: 1982-08-13
Also published as: USRE31865E; DE2925089C2; DE2925089A1; FR2429009B1; FR2429009A1; US4262369A

Description

La présente invention concerne, d'une manière générale, les articulations artificielles, notamment coxo-fémorales, et vise de préférence la partie de ces articulations, dite ci-après prothèse articulaire, comportant une cavité cotyloïde globalement hémisphérique propre à coopérer de manière rotulaire avec une tête sphéroïde.

Une telle prothèse articulaire est à implanter dans une excavation aménagée à cet effet dans l'os concerné, l'os iliaque lorsqu'il s'agit d'une articulation coxo-fémorale.

Elle doit donc répondre à un double impératif : d'une part, elle doit être munie extérieurement, en surface, de moyens propres à en permettre une ferme implantation dans l'excavation osseuse correspondante et, d'autre part, elle doit présenter intérieurement, au niveau de sa cavité cotyloïde, de bonnes qualités de surface et de résistance mécanique propres à une coopération sans frottement notable et sans usure trop rapide avec la tête sphéroïde à laquelle elle est associée.

S'agissant de l'implantation de cette prothèse articulaire, celle-ci peut se faire à ce jour par scellement ou par vissage.

Dans le cas d'une implantation par scellement, il est préférable, pour un meilleur assujettissement dans l'excavation osseuse concernée, que la prothèse articulaire concernée présente extérieurement, en surface, des aspérités, et par exemple des aspérités macroscopiques poreuses ouvertes par des pores vers l'extérieur favorables à un envahissement osseux de consolidation, comme c'est le cas des prothèses cotyloïdiennes dites madrèporiques.

Dans le cas d'une implantation par vissage, il est évidemment nécessaire que la prothèse articulaire concernée présente extérieurement au moins un filet hélicoïdal, comme c'est le cas notamment dans le brevet français enregistré le 27 février 1974 sous le N° 74.42974 et publié sous le N° 2295729, ce filet hélicoïdal pouvant d'ailleurs, dans certains cas, être autotaraudant.

S'agissant maintenant des qualités de surface et de résistance mécanique que doit présenter une prothèse articulaire au niveau de sa cavité cotyloïde, cette prothèse articulaire est le plus souvent à ce jour en matière synthétique, et par exemple en polyéthylène, voire même en polyéthylène irradié, mais il a été proposé de les réaliser en céramique, et par exemple en céramique d'alumine frittée, tel que c'est le cas notamment dans le brevet français enregistré le 10 juillet 1970 sous le N° 70.25848 et publié sous le N° 2096895, pour employer les qualités propres, connues de longue date, d'un tel matériau.

Les matériaux céramiques, et c'est d'ailleurs également le cas des matériaux monocristallins, présentent en effet, vis-à-vis des matériaux métalliques usuels, des avantages incomparables de dureté élevée, de coefficient de frottement réduit, d'inaltérabilité, de compatibilité biologique avec les tissus osseux, et de résistance à la compression.

Par contre, en raison de leur résilience et de leur résistance à la traction comparativement peu élevées, ils sont fragiles aux chocs.

En outre, ils sont d'un usinage peu aisé, et notamment ils se prêtent mal à la réalisation d'aspérités de surface ou de filets de vissage.

Or les prothèses articulaires du genre concerné sont à ce jour le plus souvent faites d'un seul tenant.

Pour des raisons exposées ci-dessus, il est dans ce cas en pratique malaisé de doter en surface celle-ci d'aspérités ou de filets lorsqu'elles sont en matériau céramique.

Il a certes été proposé de former une telle prothèse articulaire à l'aide de deux pièces distinctes, à savoir une cupule interne, réalisée en matière synthétique, et une cupule externe, réalisée en métal, comme c'est le cas notamment dans le brevet français enregistré le 7 janvier 1975 sous le N° 75.00356 et publié sous le N° 2297030, pour une prothèse articulaire à implanter par scellement, et une disposition analogue a été adoptée pour des prothèses articulaires à visser, le filet de vissage étant ainsi formé sur une pièce métallique, moins fragile, à savoir un anneau extérieur, et la cavité cotyloïde sur une pièce en matière présentant de meilleures qualités de frottement que le métal, à savoir une cupule interne en matière synthétique.

Mais, dans l'un et l'autre cas, la cupule interne est en matière synthétique, c'est-à-dire en un matériau présentant des qualités de surface et de résistance mécanique inférieures à celle d'un matériau céramique ou d'un matériau monocristallin, et susceptible en outre à la différence de ces derniers, d'être l'objet d'un fluage intempestif, en raison de l'élasticité non négligeable qu'il présente.

En outre, dans l'un et l'autre cas également, la mise en place des prothèses articulaires concernées n'implique aucune disposition propre à favoriser une régénération rapide du tissu osseux dans lequel elles sont implantées.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

631 342

La présente invention a, d'une manière générale, pour but de fournir une prothèse articulaire pour articulation artificielle de nature à permettre l'emploi d'un matériau céramique ou d'un matériau monocristallin pour la constitution de sa cavité cotyloïde, tout en autorisant la mise en œuvre aisée, à sa surface extérieure, de tout profil ou relief, avec aspérités de surface ou filets de vissage par exemple, jugé nécessaire pour en assurer un bon assujettissemnt à l'excavation osseuse concernée, et/ou pour favoriser un développement de consolidation du tissu de celle-ci.

La prothèse articulaire suivant l'invention est définie par la revendication 1.

La contrainte de frettage ainsi appliquée à la cupule interne est aisée à calculer en fonction des effets recherchés, et est avantageusement reproductible d'une prothèse à l'autre.

En outre, elle est compatible avec une réalisation de la cupule interne d'une telle prothèse en matériau céramique ou en matériau monocristallin, ce qui ne serait pas le cas, pour les raisons de fluage évoquées ci-dessus, si une telle réalisation était en matière synthétique, toujours plus ou moins dotée d'une certaine élasticité.

Conjointement, les aspérités de surface éventuellement à prévoir peuvent être aisément réalisées, l'anneau externe pouvant, indépendamment de la cupule interne, être en un métal choisi à la fois pour ses possibilités d'usinage et pour sa capacité à développer élastique-ment, c'est-à-dire sans déformation permanente, la contrainte de frettage à assurer.

De plus, le frettage suivant l'invention permet avantageusement de s'affranchir de toute colle ou autre produit adhésif pour la solidarisation de la cupule interne à l'anneau externe, et donc d'éviter les conséquences d'un éventuel vieillissement à l'usage d'un tel produit.

En pratique, la cupule interne peut avantageusement être en un quelconque matériau céramique, et par exemple en oxyde métallique fritté, tel qu'alumine, oxyde de zirconium, oxyde de titane ou autre, ou en un quelconque matériau monocristallin, et par exemple en alumine se présentant sous la forme de saphir ou de rubis, ou en carbone, tandis que l'anneau externe est par exemple en titane, en titane allié, ou en un quelconque autre métal ou alliage métallique comportant par exemple du chrome et/ou du nickel, et/ou du cobalt.

Comme mentionné ci-dessus, l'anneau externe peut présenter extérieurement, en surface, des aspérités, et par exemple des aspérités du type madréporique.

En variante, il peut comporter extérieurement au moins un filet hélicoïdal de vissage et par exemple un filet autotaraudant.

Dans un tel cas, et suivant un développement possible de l'invention, la prothèse articulaire suivant l'invention peut comporter intérieurement un volume de recueil, qui débouche à l'extérieur, de place en place, par des ouvertures, au droit dudit filet autotaraudant, et qui est ainsi propre à la réception de copeaux d'os.

Ainsi, suivant une forme particulière de l'invention, des dispositions se trouvent prises dans ce cas pour une conservation systématique des copeaux d'os détachés par le filet autotaraudant de la prothèse articulaire concernée lors de sa mise en place, de tels copeaux d'os étant de nature à former localement des germes de régénération osseuse accélérant par ostéogenèse la reconstitution de la paroi de la cavité d'excavation osseuse dans laquelle est implantée cette prothèse articulaire.

En outre, par les ouvertures par lesquelles le volume de recueil que comporte ainsi cette prothèse articulaire communique avec l'extérieur, il y a une interpénétration progressive de cette prothèse et de l'os dans lequel elle est implantée, au fur et à mesure de la régénération de cet os, ce qui assure un ancrage particulièrement efficace de cette prothèse dans cet os.

Par ailleurs, la réalisation en deux pièces distinctes de la prothèse articulaire suivant l'invention peut également, si désiré, et suivant un autre développement de l'invention, être mise à profit pour l'insertion, entre la cupule interne et l'anneau externe constituant ces pièces, d'un manchon tubulaire en matière élastique formant un organe d'amortissement.

Un tel organe d'amortissement est favorable au confort de l'usager ainsi qu'à la protection et à la longévité de ceux des autres organes de celui-ci qui sont en liaison avec l'articulation concernée.

Les objets de l'invention, leurs caractéristiques et leurs avantages ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels:

la fig. 1 est une vue globale, en élévation, d'une articulation coxo-fémorale artificielle comportant une prothèse cotyloïdienne selon l'invention;

la fig. 2 est, à échelle supérieure, une vue en coupe axiale de cette prothèse cotyloïdienne, suivant la ligne brisée ÏI-II de la fig. 3 ;

la fig. 3 est, à échelle différente, une vue en élévation du seul anneau externe de cette prothèse cotyloïdienne;

les fig. 4 à 6 sont des vues analogues à celle de la fig. 2 et concernent chacune respectivement une variante de réalisation.

A la fig. 1 on reconnaît, sous la référence générale 10, une articulation coxo-fémorale artificielle.

De manière connue en soi, cette ariticulation coxo-fémorale comporte une prothèse articulaire dite cotyloïdienne, 11, implantée dans une excavation 12 de la partie coxale 13 de l'os iliaque 14 du patient concerné, et une prothèse fémorale 15, implantée dans une excavation 16 du fémur de 17 de ce patient.

De manière connue en soi, la prothèse fémorale 15 comporte une tête sphéroïde 18 en bout d'un col 19 faisant corps avec une tige d'implantation 20 engagée dans l'excavation osseuse 16 correspondante; par exemple, et comme visible notamment à la fig. 5, la tête sphéroïde 18 peut constituer une pièce distincte du reste de la prothèse fémorale 15 à laquelle elle appartient, cette tête étant dès lors susceptible d'être réalisée en céramique, tandis que le reste de ladite prothèse est réalisé en métal.

Par exemple également, et tel que représenté en traits interrompus à la fig. 5, la liaison de la tête sphéroïde 18 avec le col 19 associé peut se faire par un emmanchement conique, ce col 19 présentant en saillie un embout tronconique 21, sur lequel la tête sphéroïde 18, qui présente à cet effet un alésage interne tronconique 22 complémentaire, peut être engagée à force.

Ces dispositions étant bien connues par elles-mêmes, et ne faisant pas partie de la présente invention, elles ne seront pas décrites plus en détail ici.

De manière également connue en soi, la prothèse cotyloïdienne 11 comporte deux pièces distinctes, à savoir une cupule interne 24 dans laquelle est formée, intérieurement, en creux, une cavité cotyloïde 25, globalement hémisphérique, et un anneau externe 26, présentant extérieurement, en saillie, des aspérités.

Dans les exemples d'application de l'invention illustrés par les fig. 1 à 5, ces aspérités sont constituées par un filet autotaraudant 27.

Suivant l'invention, la cupule interne 24 est l'objet d'une contrainte annulaire de frettage qui lui est appliquée par l'anneau externe 26, suivant les flèches F de la fig. 2, et, dans l'exemple de réalisation de cette fig. 2, cette contrainte de frettage est transmise directement de l'anneau externe 26 à la cupule interne 24, la cupule interne 24 étant directement en contact avec l'anneau externe 26 et présentant à cet effet une surface extérieure cylindrique 30 complémentaire de l'alésage interne 31 de l'anneau externe 26.

A son extrémité axiale opposée à la cupule interne 24, l'anneau externe 26 présente intérieurement, dans ce cas, un épaulement transversal d'appui 32.

Comme mentionné ci-dessus, la cupule interne 24 peut être en un quelconque matériau céramique ou monocristallin, et l'anneau externe 26 en un quelconque métal.

Le frettage à assurer se fait, par exemple, par chauffage léger de l'anneau externe 26 avant son engagement sur la cupule interne 24, ce chauffage étant conduit de manière à conférer à l'anneau externe 26 une température au moins égale à celle que la cupule interne 24 aura à subir au cours du processus de stérilisation auquel sera ensuite soumis l'ensemble, et par exemple une température voisine de celle-ci.

Il peut s'agir d'environ 200°C.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

631 342

Un chauffage par hautes fréquences peut convenir, et il est à noter que, si désiré, un tel chauffage peut également permettre de manière réversible une désolidarisation de l'anneau externe 26 vis-à-vis de la cupule interne 24, sans endommagement quelconque de l'une ou l'autre de ces pièces.

Lors du frettage, la cupule interne peut rester à la tempéràture ambiante.

Dans les exemples de réalisation illustrés par les fig. 1 à 5, la prothèse cotyloïdienne 11 comporte en outre intérieurement un volume de recueil 28, qui débouche à l'extérieur de place en place par des ouvertures 29, au droit du filet autotaraudant 27, et qui est propre à la réception de copeaux d'os.

Dans l'exemple de réalisation représenté à la fig. 2, le volume interne de recueil 28 est confiné intérieurement pour partie par la cupule interne 24, et pour partie par l'anneau externe 26.

En pratique, et tel que représenté, ce volume interne de recueil 28 est formé par une gorge hélicoïdale qui, à l'intérieur de l'anneau externe 26, forme, en creux, une réplique du filet autotaraudant 27, ladite gorge suivant le contour dudit filet et étant ménagée dans l'épaisseur même de celui-ci.

Le filet autotaraudant 27 étant recoupé axialement par des saignées 34 destinées, suivant une technique usuelle dans ce domaine, à le rendre autotaraudant, les ouvertures 29 par lesquelles le volume interne de recueil 28 suivant l'invention débouche à l'extérieur, sont établies aux intersections de ce filet autotaraudant 27 et de ces saignées 34.

Le filet autotaraudant 27 peut avoir en section un profil quelconque, par exemple un profil en triangle sensiblement isocèle, tel que représenté.

Ce filet étant creux, certains au moins des tronçons qui y délimitent les saignées 34 forment des dégagements triangulaires 35 en continuité avec les ouvertures 29 correspondantes.

Le débouché de ces dégagements triangulaires peut être effilé, pour accentuer le caractère autotaraudant du filet 27.

Du côté de la cavité cotyloïde 25 de la cupule interne 24, l'anneau externe 26 forme à son extrémité axiale une collerette d'appui 36, qui fait saillie radialement vers l'extérieur.

Dans cette collerette d'appui 36 sont ménagés de place en place des trous ou échancrures 37 propres à un engrènement de l'anneau externe 26 avec un quelconque outil d'entraînement muni, à cet effet, de griffes complémentaires de ces trous ou échancrures.

Ainsi qu'il est aisé de le comprendre, après un aménagement approprié de l'excavation osseuse 12, par perçage, l'anneau externe 26, muni de la cupule interne 24, est vissé dans cette excavation, et l'opération de vissage correspondante se trouve avantageusement facilitée par le caractère autotaraudant de cet anneau externe 26.

La prothèse cotyloïdienne 11 ainsi mise en place est dès lors prête à coopérer avec une prothèse fémorale 15.

Suivant la variante de réalisation illustrée par la fig. 4, l'anneau externe 26 est gainé intérieurement par un manchon tubulaire 38 en matière élastique; de préférence et pour éviter un fluage de ce manchon dans le volume de recueil 28 suivant l'invention, une chemise tubulaire en matière rigide 39, en métal par exemple, est prévue entre ledit manchon et l'anneau externe 26, tel que représenté.

La chemise 39 peut être soudée ou brasée à l'anneau externe 26, ou la liaison correspondante être assurée par frettage, comme précédemment.

Le manchon tubulaire en matière élastique 38 peut être solidarisé s à la chemise 39 par collage, ou par simple engagement à force; la solidarisation à la cupule interne 24 peut être faite de manière semblable.

Dans tous les cas, un tel manchon en matière élastique 38 transmet intégralement à la cupule interne 24 la contrainte de 10-frettage développée par l'anneau externe 26, une matière élastique étant, ainsi qu'on le sait, incompressible.

Dans la variante de réalisation illustrée par la fig. 5, à l'extrémité axiale de l'anneau externe 26 située du côté de la cupule interne 24 est disposée une bague de rétention 40, dont la périphérie interne prolonge cette cavité cotyloïde 25 en refermant légèrement celle-ci, pour retenue de la tête sphéroïde 18, celle-ci étant ainsi montée à rotule entre la cupule interne 24 et la bague de rétention 40, sans risque de luxation.

20 La mise en place, dans l'anneau externe 26, de la bague de rétention 40, de la tête sphéroïde 18, et de la cupule interne 24, se fait, dans ce cas, par l'extrémité axiale de cet anneau opposée à la cavité cotyloïde 25 de cette cupule, et la bague de rétention 40 prend appui sur un épaulement transversal 42 de l'anneau externe 26. 25 En outre, dans cette variante de réalisation, et suivant une disposition applicable aux autres variantes de réalisation, le volume interne de recueil 28 suivant l'invention comporte, en regard de la gorge hélicoïdale ménagée dans l'anneau externe 26, comme décrit ci-dessus, une gorge hélicoïdale 43 semblable, ménagée à la surface de la 30 cupule interne 24.

Pour cette variante de réalisation, l'emmanchement de l'embout tronconique 21 sur la tête sphéroïde 18 se fait, bien entendu, après mise en place dans l'os iliaque 14 de la prothèse cotyloïdienne 11.

La fig. 6 illustre l'application de l'invention à une prothèse 35 cotyloïdienne à mise en place, non plus par vissage comme précédemment, mais par scellement.

De préférence, et comme représenté, des aspérités sont prévues à la surface de l'anneau externe 26; par exemple, et comme représenté 40 schématiquement, il s'agit d'aspérités se présentant sous forme d'îlots individuels 50, de type madréporique.

Mais d'autres types d'aspérités sont envisageables.

La présente invention ne se limite d'ailleurs pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais englobe toute variante 45 d'exécution et/ou de combinaison de leurs divers éléments, notamment en ce qui concerne le manchon en matière élastique de la variante illustrée par la fig. 4, qui pourrait aussi bien être mis en œuvre dans la variante illustrée par la fig. 5 ou dans celle illustrée par la fig. 6.

so Dans le cas d'une prothèse à visser, plusieurs filets de vissage peuvent être prévus.

Enfin, l'application de cette invention ne se limite pas aux articulations coxo-fémorales, mais s'étend aussi bien à d'autres articulations, et par exemple aux articulations scapulo-humérales.

R

1 feuille dessins

Claims

631 342

1. Prothèse articulaire pour articulation artificielle, comportant deux pièces distinctes, à savoir une cupule interne et un anneau externe, caractérisée en ce que la cupule interne est l'objet d'une contrainte annulaire de frettage, qui lui est appliquée par l'anneau externe.

2. Prothèse suivant la revendication 1, dans laquelle l'anneau externe présente extérieurement au moins un filet autotaraudant, caractérisée en ce qu'elle comporte intérieurement un volume de recueil, qui débouche à l'extérieur, de place en place, par des ouvertures, au droit dudit filet autotaraudant, et qui est ainsi propre à la réception de copeaux d'os.

2

REVENDICATIONS

3. Prothèse suivant la revendication 2, dans laquelle le filet autotaraudant est recoupé axialement par des saignées, caractérisée en ce que les ouvertures par lesquelles le volume interne de recueil débouche à l'extérieur sont établies aux intersections dudit filet et desdites saignées.

4. Prothèse suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le volume interne de recueil comporte une gorge hélicoïdale qui forme, en creux, une réplique du filet autotaraudant, ladite gorge suivant le contour dudit filet et étant, au moins pour partie, ménagée dans l'épaisseur de celui-ci.

5. Prothèse suivant la revendication 2, caractérisée en ce que son volume interne de recueil est confiné pour partie par la cupule interne et pour partie par l'anneau externe.

6. Prothèse suivant les revendications 4 et 5, caractérisée en ce que son volume interne de recueil comporte, en regard d'une gorge hélicoïdale ménagée dans l'anneau, une gorge hélicoïdale semblable ménagée à la surface de la cupule.

7. Prothèse suivant la revendication 1, caractérisée en ce que, à son extrémité axiale opposée à la cupule, l'anneau présente intérieurement un épaulement transversal d'appui.

8. Prothèse suivant la revendication 1, caractérisée en ce que, à l'extrémité axiale de l'anneau située du côté de la cupule, est disposée une bague de rétention, et une tête sphéroïde est montée à rotule entre ladite cupule et ladite bague de rétention.

9. Prothèse suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la bague de rétention prend appui sur un épaulement transversal de l'anneau.

10. Prothèse suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'anneau est gainé intérieurement par un manchon tubulaire en matière élastique.

11. Prothèse suivant la revendication 10, caractérisée en ce qu'une chemise tubulaire en matière rigide est prévue entre l'anneau et le manchon tubulaire en matière élastique.

12. Prothèse suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'anneau est en métal, tandis que la cupule est en matériau céramique, en particulier un oxyde métallique fritté.

13. Prothèse suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'anneau est en métal, tandis que la cupule est en matériau monocristallin, en particulier une alumine, par exemple saphir ou carbone.