CH672060A5

CH672060A5 -

Info

Publication number: CH672060A5
Application number: CH3996/86A
Authority: CH
Inventors: Michael Anthony Tuke; Michael Alexander Reyk Freeman
Original assignee: Finsbury Instr Ltd
Priority date: 1985-10-08
Filing date: 1986-10-07
Publication date: 1989-10-31
Also published as: GB8524823D0; GB2181354B; GB8623617D0; GB2181354A

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION

L'invention concerne un implant orthopédique, plus particulièrement un implant destiné à venir en contact direct avec une partie osseuse adjacente, tel qu'un implant de hanche ou de genou. The invention relates to an orthopedic implant, more particularly an implant intended to come into direct contact with an adjacent bone part, such as a hip or knee implant.

L'utilisation pour remplacer ou renforcer tout ou partie d'un os dans le corps humain ou animal est bien connue, par exemple dans les opérations de remplacement d'articulation de hanche ou de genou. Dans tous les cas où l'implant, qui est habituellement en métal, est en contact avec la partie osseuse restante, il est important que les matériaux constitutifs de l'implant et de l'os soient compatibles et il est hautement souhaitable que l'os se greffe sur l'implant afin de conférer stabilité et résistance à l'articulation remplacée et de limiter la détérioration ultérieure de la partie osseuse restante. The use for replacing or strengthening all or part of a bone in the human or animal body is well known, for example in operations for replacing the hip or knee joint. In all cases where the implant, which is usually made of metal, is in contact with the remaining bone part, it is important that the constituent materials of the implant and the bone are compatible and it is highly desirable that the bone is grafted onto the implant in order to provide stability and resistance to the replaced joint and to limit the subsequent deterioration of the remaining bone part.

Divers procédés ont été proposés pour favoriser l'intégration de l'implant avec l'os adjacent. Un procédé, qui est actuellement favorablement considéré, implique l'application sur une partie de la surface de l'implant, tel qu'un implant de hanche, d'un revêtement constitué de billes frfttées d'un métal identique à celui de l'implant ou compatible avec lui. Le but de ce procédé est de rendre la surface poreuse afin de favoriser la greffe osseuse à l'intérieur des pores. Toutefois, ce procédé présente plusieurs inconvénients, comme indiqué ci-dessous. Various methods have been proposed to promote the integration of the implant with the adjacent bone. One method, which is currently favorably considered, involves the application to a part of the surface of the implant, such as a hip implant, of a coating consisting of sintered beads of a metal identical to that of the implant or compatible with it. The purpose of this process is to make the surface porous in order to promote bone grafting inside the pores. However, this method has several drawbacks, as indicated below.

Tout d'abord, il est en soi difficile, et par conséquent onéreux, de fabriquer de tels implants avec une adhésion suffisante des billes sur la surface de l'implant. Le procédé d'application implique un chauffage important au voisinage du point de fusion des matériaux utilisés, ce qui peut affecter défavorablement les propriétés du matériau. Ainsi, parmi les matériaux couramment utilisés pour la fabrication d'implants, les alliages ou cobalt/chrome présentent des réactions défavorables lors du traitement thermique alors que les alliages au titane sont enclins aux problèmes de fatigue, et la présence de défauts superficiels, même minimes, peut avoir un effet considérable. Il n'est pas possible de régler la géométrie superficielle du produit revêtu de billes et il est donc impossible de fournir des implants de dimension précise et de porosité contrôlée. Le fait de réaliser un ajustage de précision de l'implant dans l'os avec une utilisation minimale des techniques de cimentation présente des avantages. Toutefois, un tel ajustage de précision ne peut pas être obtenu avec des implants ayant une géométrie de surface imprécise. En outre, des examens aux rayons X ont révélé que certaines des billes superficielles peuvent migrer à partir de l'implant et être noyées dans l'os, ce qui est clairement indésirable. L'utilisation de billes superficielles augmente également considérablement la surface totale du métal à nu au voisinage de l'os, par exemple d'un facteur pouvant atteindre la valeur 10. Par conséquent, les problèmes de toxicité intrinsèque entre l'os et l'implant sont considérablement accrus. En outre, la surface sur laquelle les billes sont appliquées est souvent plus élevée que la valeur idéale: ainsi, les billes ont été appliquées sur une zone relativement grande de la surface de l'implant avec les difficultés qui en résultent lors de la récupération de l'implant au cas où celle-ci devient nécessaire. First, it is inherently difficult, and therefore expensive, to manufacture such implants with sufficient adhesion of the beads to the surface of the implant. The application process involves significant heating in the vicinity of the melting point of the materials used, which can adversely affect the properties of the material. Thus, among the materials commonly used for the manufacture of implants, the alloys or cobalt / chromium exhibit unfavorable reactions during the heat treatment whereas the titanium alloys are prone to fatigue problems, and the presence of surface defects, even minimal. , can have a considerable effect. It is not possible to adjust the surface geometry of the product coated with beads and it is therefore impossible to provide implants of precise size and controlled porosity. There are advantages to fine-tuning the implant in the bone with minimal use of cementing techniques. However, such a fine adjustment cannot be obtained with implants having an imprecise surface geometry. In addition, X-ray examinations have revealed that some of the surface beads can migrate from the implant and be embedded in the bone, which is clearly undesirable. The use of superficial beads also considerably increases the total surface of the bare metal in the vicinity of the bone, for example by a factor which can reach the value 10. Consequently, the problems of intrinsic toxicity between the bone and the implant are greatly increased. In addition, the surface on which the beads are applied is often higher than the ideal value: thus, the beads have been applied to a relatively large area of the implant surface with the resulting difficulties in the recovery of the implant in case it becomes necessary.

Les alternatives à l'utilisation de billes frittées comprennent la fixation externe, par exemple par la chaleur et par soudage de tampons de treillis, par exemple en titane, sur des parties de l'implant, ou le soudage de matrices rigides sur les côtés de l'implant. De tels tampons et matrices, appliqués séparément, sont facilement endommagés et sujets à la plupart des difficultés indiquées ci-dessus. On a également proposé des implants ayant des parties en creux peu profondes, de surface relativement grande, qui peuvent être remplies d'os en poudre dans le but de promouvoir la croissance osseuse, comme indiqué, par exemple, dans la demande de brevet européen N° 85 302 469.3. Toutefois, ces parties en creux peuvent bien se limiter à un effet superficiel en ce qui concerne l'encouragement de la greffe de l'os sur l'implant, en particulier dans le cas du traitement de patients âgés ayant des os malades. Alternatives to the use of sintered balls include external fixing, for example by heat and by welding of mesh pads, for example made of titanium, on parts of the implant, or welding of rigid dies on the sides of the implant. Such pads and dies, applied separately, are easily damaged and subject to most of the difficulties noted above. Implants have also been proposed having relatively deep, shallow recesses which can be filled with powdered bone for the purpose of promoting bone growth, as indicated, for example, in European patent application N ° 85 302 469.3. However, these recessed portions may well be limited to a superficial effect as regards the encouragement of bone grafting on the implant, in particular in the case of the treatment of elderly patients with diseased bones.

La présente invention a pour but de fournir des implants capables d'assurer, lors de leur utilisation, une fixation relativement forte et réglable entre l'implant et l'os adjacent, de façon à faciliter l'utilisation de techniques d'ajustage de précision. The object of the present invention is to provide implants capable of ensuring, when in use, a relatively strong and adjustable fixation between the implant and the adjacent bone, so as to facilitate the use of precision adjustment techniques. .

A cet effet, l'implant selon l'invention présente les caractéristiques spécifiées dans la revendication 1. To this end, the implant according to the invention has the characteristics specified in claim 1.

De préférence, les parties en creux ont une profondeur égale ou supérieure à l'intervalle entre les parties saillantes. Les parties saillantes ont, de préférence, une dimension transversale de 450 à 550 um, la valeur de 500 jxm étant particulièrement favorable. L'intervalle entre les parties saillantes est de préférence de 700 à 800 |xm, la valeur de 750 |im étant particulièrement favorable. La zone modelée peut être formée de façon telle que les parties saillantes res-sortent des surfaces qui les entourent avec les bases des parties en creux au niveau de ces surfaces, ou bien les parties saillantes peuvent être au niveau des surfaces qui les entourent avec les parties en creux implantées plus profondément que ces surfaces. Bien entendu, des configurations comprises entre ces deux extrêmes sont possibles, de même qu'une combinaison de ceux-ci. Preferably, the recessed portions have a depth equal to or greater than the interval between the protruding portions. The protrusions preferably have a transverse dimension of 450 to 550 µm, the value of 500 µm being particularly favorable. The interval between the protrusions is preferably 700 to 800 µm, the value of 750 µ being particularly favorable. The patterned area can be formed in such a way that the protrusions protrude from the surfaces surrounding them with the bases of the recesses at the level of these surfaces, or the protrusions can be at the level of the surfaces that surround them with hollow parts implanted deeper than these surfaces. Of course, configurations between these two extremes are possible, as well as a combination of these.

L'implant peut être muni d'une ou plusieurs zones de surface modelées selon les emplacements où l'on désire obtenir une liaison ferme entre l'os et l'implant. Toutefois, il est avantageux de placer ces zones en des emplacements facilement accessibles, en prévision du cas où la liaison doit être rompue en vue de la récupération de l'implant. The implant may be provided with one or more surface areas shaped according to the locations where it is desired to obtain a firm bond between the bone and the implant. However, it is advantageous to place these areas in easily accessible locations, in anticipation of the case where the connection must be broken in order to recover the implant.

On peut avoir recours à tout procédé approprié pour former les zones de surfaces modelées. Deux procédés appropriés à cet effet consistent dans l'usinage par dépôt électrolytique (parfois désigné par le terme de «érosion par étincelage») et l'usinage électrochimique. L'implant lui-même peut être constitué par tout matériau approprié, habituellement un métal, les matériaux les plus générale2 Any suitable method can be used to form the patterned surface areas. Two methods suitable for this purpose consist of machining by electrolytic deposition (sometimes referred to as "spark erosion") and electrochemical machining. The implant itself can be made of any suitable material, usually a metal, the most general materials2

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ment utilisés à l'heure actuelle étant les alliages cobalt/chrome et les alliages de titane. Currently used are cobalt / chromium alloys and titanium alloys.

Après la formation des zones de surface modelées, on peut conférer à la surface extérieure de l'implant, comprenant les zones modelées, un fin revêtement de nitrure de titane, de préférence par dépôt en phase vapeur, afin d'améliorer la compatibilité de l'implant avec le corps dans lequel il doit être placé. On a trouvé que les revêtements en nitrure de titane présentent l'avantage d'une dureté accrue (en particulier pour les implants en titane ou alliage de titane) et/ou d'une réduction de la vitesse de production d'ions de la matière de base de l'implant (en particulier dans le cas des alliages cobalt/chrome). After the formation of the patterned surface areas, the outer surface of the implant, comprising the patterned areas, can be given a fine coating of titanium nitride, preferably by vapor deposition, in order to improve the compatibility of the implant with the body in which it is to be placed. It has been found that titanium nitride coatings have the advantage of increased hardness (particularly for implants made of titanium or titanium alloy) and / or a reduction in the rate of ion production of the material base of the implant (in particular in the case of cobalt / chromium alloys).

On va maintenant décrire l'invention en détail, en donnant un exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel: The invention will now be described in detail, giving a nonlimiting example, with reference to the appended drawing, in which:

la figure 1 est une vue latérale d'un implant pour hanche, selon l'invention; Figure 1 is a side view of a hip implant according to the invention;

les figures 2 à 4 illustrent différentes positions des parties saillantes par rapport à la surface de l'implant. Figures 2 to 4 illustrate different positions of the projecting parts relative to the surface of the implant.

Comme on le voit à la figure 1, un implant de hanche 1 comprend une partie de tige 2 présentant une section essentiellement circulaire sur toute sa longueur mais se rétrécissant à son extrémité inférieure, et une partie en saillie en forme de coin 4 de section aplatie se terminant à son extrémité extérieure par un col 5 surmonté par une tête à boule 6. Lors de l'utilisation, la tige 2 est destinée à être logée exactement à l'intérieur d'une cavité forée de manière précise dans le fémur alors que la partie en coin 4 vient se loger exactement à l'intérieur d'une fente usinée dans la partie supérieure épaissie du fémur qui subsiste après ablation du col du fémur. La boule 6 de l'implant fait saillie à partir du fémur et forme l'articulation de hanche avec l'alvéole munie d'une acétabule recouverte d'un revêtement de matière synthétique. Il est souhaitable qu'au moins la partie inférieure de la tige 2 soit ajustée de manière précise à l'intérieur de la cavité forée dans le fémur mais qu'elle ne soit pratiquement pas greffée sur la partie osseuse adjacente dans le cas où il est nécessaire de récupérer l'implant. Dans ce but, la partie inférieure de la tige 2 au-dessous de la ligne 8 peut présenter une surface hautement polie. D'autre part, il est souhaitable que la partie en coin 4 ait un bon ajustage par immixtion avec la partie osseuse qui l'entoure et qu'un contact maximal ainsi qu'une greffé se produisent dans cette région. A cet effet, la partie en coin 4 est munie d'une zone modelée 9. Cette zone modelée présente une série à séparation fine de parties saillantes 10 séparées par des parties en creux 12. Si désiré, une zone 11, représentée en trait discontinu, peut également être munie d'une zone modelée similaire. As seen in Figure 1, a hip implant 1 comprises a rod part 2 having a substantially circular section over its entire length but narrowing at its lower end, and a wedge-shaped projecting part 4 of flattened section ending at its outer end with a neck 5 surmounted by a ball head 6. In use, the rod 2 is intended to be housed exactly inside a cavity precisely drilled in the femur while the wedge part 4 is housed exactly inside a machined slot in the thickened upper part of the femur which remains after removal of the neck of the femur. The implant ball 6 projects from the femur and forms the hip joint with the socket provided with an acetabulum covered with a coating of synthetic material. It is desirable that at least the lower part of the rod 2 is precisely adjusted inside the cavity drilled in the femur but that it is practically not grafted on the adjacent bone part in the case where it is necessary to recover the implant. For this purpose, the lower part of the rod 2 below the line 8 can have a highly polished surface. On the other hand, it is desirable that the wedge part 4 has a good fit by interference with the bone part which surrounds it and that maximum contact as well as a graft occurs in this region. For this purpose, the corner part 4 is provided with a modeled zone 9. This modeled zone has a series with fine separation of projecting parts 10 separated by recessed parts 12. If desired, a zone 11, shown in broken lines , can also be provided with a similar shaped area.

Le modelage peut être obtenu par tout moyen approprié, après fabrication de l'implant, par exemple par usinage par électrodéposition ou par usinage électrochimique et le modelage fait partie intégrante de l'implant proprement dit. Le modelage peut fournir des The modeling can be obtained by any suitable means, after manufacture of the implant, for example by machining by electrodeposition or by electrochemical machining and the modeling is an integral part of the implant itself. Modeling can provide

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parties saillantes 10 qui s'élèvent au-dessus du niveau normal de la surface 13, comme représenté à la figure 2, ce qui laisse des parties en creux 12 entre elles, dont les bases sont au niveau de la surface 13. En variante, comme représenté à la figure 3, les sommets des parties saillantes 10 peuvent être au niveau de la surface 13 avec les bases des parties en creux 12 placées au-dessous du niveau de la surface. Bien entendu, des configurations intermédiaires, telles que celles représentées à la figure 4, sont possibles. protruding parts 10 which rise above the normal level of the surface 13, as shown in FIG. 2, which leaves recessed parts 12 between them, the bases of which are at the level of the surface 13. As a variant, as shown in FIG. 3, the tops of the projecting parts 10 can be at the level of the surface 13 with the bases of the recessed parts 12 placed below the level of the surface. Of course, intermediate configurations, such as those shown in Figure 4, are possible.

Les parties saillantes représentées aux figures 1 à 4 ont une configuration cylindrique. De nombreuses autres configurations sont possibles. En particulier, les parties saillantes peuvent avoir une section carrée, plutôt que circulaire. The protrusions shown in Figures 1 to 4 have a cylindrical configuration. Many other configurations are possible. In particular, the protrusions may have a square section, rather than a circular one.

Il est hautement souhaitable que la hauteur x des parties saillantes 10 (c'est-à-dire la profondeur des parties taillées en creux) soit aussi grande ou plus grande que l'intervalle entre ces parties. Bien entendu, les dimensions des parties 10 et des parties taillées en creux 12 seront choisies de façon à conférer une résistance maximale à l'ajustage par immixtion entre l'implant et l'os adjacent. Ainsi, des valeurs convenables pour l'intervalle y sont comprises entre 200 et 2000 |im, de préférence de 250 à 1000 |im et plus particulièrement de 700 à 800 |xm, alors que le diamètre z des parties 10 peut être avantageusement de 200 à 2000 |im, de préférence 400 à 1000 |im et plus particulièrement 450 à 550 um. Des valeurs convenables pour la hauteur x des parties saillantes sont de 250 à 1500 p.m. On comprendra que l'utilisation d'un implant ayant une partie de surface modelée, comme décrit ci-dessus, permet une implantation précise avec ajustage par immixtion sans nécessiter de ciment. En raison du fait que le modelage est usiné dans la matière constitutive de l'implant, on est maître de la géométrie de surface et il n'y a pas de danger de détachement de particules de l'implant. L'usinage peut être effectué par des procédés impliquant un dégagement de chaleur minimal et on peut ainsi éviter des effets défavorables sur le matériau constitutif de l'implant. Les parties saillantes 10, tout en étant conçues pour favoriser le contact avec l'os et la greffe, n'augmentent pas la surface de contact métal-os plus que nécessaire. En outre, il est possible de régler la dimension des pores (c'est-à-dire l'intervalle entre les parties saillantes) de façon à obtenir un espace maximum pour la pénétration de l'os avec une quantité minimale de métal, ainsi que pour régler la profondeur de pénétration de l'os. It is highly desirable that the height x of the protrusions 10 (i.e., the depth of the recessed portions) be as large or greater than the interval between these portions. Of course, the dimensions of the parts 10 and of the hollow-cut parts 12 will be chosen so as to confer maximum resistance to adjustment by interference between the implant and the adjacent bone. Thus, suitable values for the interval there are between 200 and 2000 μm, preferably from 250 to 1000 μm and more particularly from 700 to 800 μm, while the diameter z of the parts 10 can advantageously be 200 at 2000 μm, preferably 400 at 1000 μm and more particularly 450 at 550 μm. Suitable values for the height x of the projecting parts are from 250 to 1500 μm. It will be understood that the use of an implant having a shaped surface part, as described above, allows precise implantation with adjustment by interference without requiring any cement. Due to the fact that the modeling is machined in the constituent material of the implant, one is master of the surface geometry and there is no danger of detachment of particles from the implant. The machining can be carried out by methods involving minimal heat generation and it is thus possible to avoid unfavorable effects on the material constituting the implant. The protrusions 10, while being designed to promote contact with the bone and the graft, do not increase the metal-bone contact surface more than necessary. In addition, it is possible to adjust the size of the pores (i.e. the interval between the protruding parts) so as to obtain maximum space for penetration of the bone with a minimum quantity of metal, thus only to adjust the penetration depth of the bone.

On peut réaliser de manière simple le positionnement précis des zones modelées en des emplacements qui sont faciles à atteindre en prévision du cas où l'on doit rompre le greffage pour la récupération de l'implant. The precise positioning of the modeled areas can be carried out in a simple manner in locations which are easy to reach in anticipation of the case where the grafting must be broken for the recovery of the implant.

Bien que la description ci-dessus concerne un implant de hanche, on comprendra facilement que l'invention peut être appliquée à d'autres implants dans lesquels se produit un contact avec l'os, tels que les implants pour articulation de genou et les plaques utilisées dans d'autres parties du corps, telles que les coudes, les épaules et même les dents. Although the above description relates to a hip implant, it will be readily understood that the invention can be applied to other implants in which contact with the bone occurs, such as knee joint implants and plates used in other parts of the body, such as the elbows, shoulders and even the teeth.

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Claims

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1. Orthopedic implant, characterized in that it has at least one surface area, arranged so as to be able, when in use, to be in contact with a bone part, this area having a shaped configuration composed of a plurality of protrusions having a transverse dimension of 400 to 2000 | im separated from each other by recessed portions, the interval between the adjacent protrusions being 250 to 2000 | im and the height of the protruding portions being 250 to 1500 | im, the tops of the projecting parts and the bottoms of the recessed parts each being in the form of a flattened surface.

2. Implant according to claim 1, characterized in that the projecting parts have a height at least equal to the interval between them.

3. Implant according to claim 1 or claim 2, characterized in that the protrusions have a transverse dimension of 450 to 550 µm.

4. Implant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the interval between the adjacent projecting parts is 700 to 800 p.m.

5. Implant according to one of the preceding claims, characterized in that it is made of metal.

6. Implant according to claim 5, characterized in that at least one shaped surface area has a configuration obtained by machining, by electrolytic deposition or by electrochemical machining.

7. Implant according to one of the preceding claims, characterized in that at least a part of the external surface of the implant, comprising one or more shaped surface areas, is provided with a coating of titanium nitride.

8. Implant according to one of the preceding claims, intended to be implanted in a femur, characterized in that it comprises a rod and a flattened wedge-shaped part surmounted by a ball head projecting therefrom.

9. Implant according to claim 8, characterized in that the flattened wedge-shaped part is provided with a shaped surface area.

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