FR2671483A1

FR2671483A1 - Ball-and-socket prosthesis

Info

Publication number: FR2671483A1
Application number: FR9100279A
Authority: FR
Inventors: Bouvet Jean-Claude
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-10-16
Filing date: 1991-01-11
Publication date: 1992-07-17

Abstract

The present invention relates to ball-and-socket prostheses. The prosthesis according to the invention comprises a cup 4 defining a hollow hemispherical seat 5, a ball portion 6, a plurality of spherical beads 7, the ball portion being situated in the seat of the cup in such a way that its centre and that of the seat coincide in order to define, between the ball and the seat, a hemispherical space 12, the beads 7 being arranged in the said hemispherical space between the wall 9 of the seat and the wall 10 of the ball portion, and a cavity 40 formed in the cup 4 and comprising a circular opening 41 defined in the wall of the seat and centred substantially on the axis of revolution of the seat 5, this opening connecting the space 12 and the cavity 40 which are filled with the beads 7. Application to the construction of hip prostheses, knee prostheses or the like.

Description

Prothèse rotulienne
La présente invention concerne des perfectionnements aux prothèses rotuliennes telles que celles qui sont implantées dans le corps humain pour restaurer des articulations détérioriées, par exemple lors d'une maladie ou d'un accident, notamment' celles raccordant les os des membres, bras et jambes, au tronc, mais aussi celles raccordant les os des différentes parties de ces membres, par exemple l'articulation de la hanche, celle du genou, etc.Patellar prosthesis
The present invention relates to improvements in patellar prostheses such as those which are implanted in the human body to restore damaged joints, for example during an illness or an accident, in particular those connecting the bones of the limbs, arms and legs. , the trunk, but also those connecting the bones of the different parts of these limbs, for example the hip joint, that of the knee, etc.

Les chirurgiens sont en effet de plus en plus fréquemment amenés à pratiquer des opérations qui consistent à implanter des prothèses rotuliennes, dont les plus courantes sont celles de la hanche et du genou. Surgeons are in fact more and more frequently required to perform operations which consist in implanting patellar prostheses, the most common of which are those of the hip and knee.

Toute rotule comporte essentiellement une partie mâle généralement constituée par une portion de sphère et une partie femelle en forme de cupule complémentaire de la portion de sphère et de meme rayon. Any ball joint essentially comprises a male part generally constituted by a portion of a sphere and a female part in the form of a cup complementary to the portion of sphere and with the same radius.

Dans l'exemple d'une prothèse rotulienne coxo-fémorale, la portion de sphère est montée par tous moyens sur une patte de fixation destinée à être implantée dans le fémur, et la cupule est apte à être implantée dans l'os du bassin, la portion de sphère étant maintenue dans la cupule par tous moyens de rétention et étant apte à s'y mouvoir en rotation de façon à permettre les memes mouvements de la jambe par rapport au bassin que ceux qui sont normalement possibles avec une articulation saine. In the example of a coxo-femoral patellar prosthesis, the sphere portion is mounted by any means on a fixing lug intended to be implanted in the femur, and the cup is able to be implanted in the pelvic bone, the sphere portion being held in the cup by all means of retention and being able to move therein in rotation so as to allow the same movements of the leg relative to the pelvis as those which are normally possible with a healthy joint.

Dans toutes les prothèses rotuliennes connues à ce jour, la cupule dans laquelle est logée en rotation la tête sphérique mâle de la rotule est généralement constituée d'un matériau moins dur que celui dans lequel est réalisée cette tête sphérique. Il s'en suit que le frottement des deux matériaux l'un contre l'autre au cours de la rotation de la tête sphérique dans la cupule produit des particules d'usure du matériau le plus tendre. In all patellar prostheses known to date, the cup in which is housed in rotation the male spherical head of the ball joint is generally made of a less hard material than that in which this spherical head is made. It follows that the friction of the two materials against each other during the rotation of the spherical head in the cup produces wear particles of the most tender material.

Ces particules sont reçues par l'organisme vivant dans lequel est implantée la prothèse, par exemple le corps humain, comme des corps étrangers, et cet organisme vivant réagit en augmentant le développement du nombre de ses globules blancs dits macrophages" et en les guidant vers ces corps étrangers, pour les éliminer. Or, la nature du matériau constituant les particules d'usure de la prothèse ne permet pas aux macrophages de les digérer et les particules ont tendance à migrer dans le corps, dans l'environnement de la prothèse, notamment le long de la patte de fixation. Pour combattre ces corps étrangers, les macrophages s'agglutinent autour d'eux en colonies de plus en plus denses.La prothèse elle-même devient un corps étranger à détruire et les macrophages ont tendance à se concentrer autour d'elle, entre elle et la partie d'os sur laquelle ou dans laquelle elle est fixée. Ces agrégats de macrophages entraînent petit à petit le descellement de la prothèse. These particles are received by the living organism in which the prosthesis is implanted, for example the human body, like foreign bodies, and this living organism reacts by increasing the development of the number of its white blood cells called macrophages "and by guiding them towards these foreign bodies, to eliminate them. However, the nature of the material constituting the wear particles of the prosthesis does not allow the macrophages to digest them and the particles tend to migrate in the body, in the environment of the prosthesis, especially along the fixation leg. To combat these foreign bodies, the macrophages congregate around them in increasingly dense colonies. The prosthesis itself becomes a foreign body to destroy and the macrophages tend to become concentrate around it, between it and the part of bone on which or in which it is fixed. These aggregates of macrophages gradually lead to the loosening of the prosthesis.

Pour tenter de pallier cet inconvénient, on a réalisé une prothèse rotulienne qui comporte une coupelle définissant un logement en creux hémisphérique d'une première valeur de rayon de courbure, une portion de sphère ayant une deuxième valeur de rayon de courbure, cette deuxième valeur étant inférieure à la première valeur, une pluralité de billes sphériques, les billes sphériques ayant un diamètre d'une troisième valeur égale à la différence entre les première et deuxième valeurs de rayon de courbure, la portion de sphère étant située dans le logement de la coupelle de façon que son centre et celui du logement soient confondus pour définir, entre elle et le logement, un espace hémisphérique, les billes étant disposées dans l'espace hémisphérique entre la paroi du logement et la paroi de la portion de sphère, et à leur contact, et des moyens pour retenir les billes dans l'espace hémisphérique. To try to overcome this drawback, a patellar prosthesis has been produced which comprises a cup defining a hemispherical hollow housing with a first value of radius of curvature, a portion of sphere having a second value of radius of curvature, this second value being less than the first value, a plurality of spherical balls, the spherical balls having a diameter of a third value equal to the difference between the first and second values of radius of curvature, the portion of sphere being located in the housing of the cup so that its center and that of the housing are combined to define, between it and the housing, a hemispherical space, the balls being arranged in the hemispherical space between the wall of the housing and the wall of the sphere portion, and at their contact, and means for retaining the balls in the hemispherical space.

La structure de prothèse rotulienne décrite ci-dessus donne de bons résultats. Cependant, la présente invention a pour but d'en réaliser un perfectionnement qui permette de réduire encore plus la quantité produite de particules d'usure et de favoriser la rotation des billes entre elles et par rapport aux surfaces qui les entourent. The patellar prosthesis structure described above gives good results. However, the object of the present invention is to achieve an improvement which makes it possible to further reduce the quantity produced of wear particles and to favor the rotation of the balls between themselves and with respect to the surfaces which surround them.

Plus précisément, la présente invention a pour objet une prothèse rotulienne comportant
au moins une coupelle définissant un logement en creux hémisphérique d'une première valeur de rayon de courbure,
au moins une portion de sphère ayant une deuxième valeur de rayon de courbure, cette dite deuxième valeur étant inférieure à ladite première valeur,
une pluralité de billes sphériques, une partie au moins desdites billes sphériques ayant un diamètre d'une troisième valeur égale à la différence entre lesdites première et deuxième valeurs de rayon de courbure, ladite portion de sphère étant située dans ledit logement de la coupelle de façon que son centre et celui du logement soient confondus pour définir, entre elle et ledit logement, un espace hémisphérique, lesdites billes étant disposées dans ledit espace hémisphérique entre la paroi dudit logement et la paroi de ladite portion de sphère, et
des moyens pour retenir lesdites billes dans ledit espace hémisphérique, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre une cavité réalisée dans ladite coupelle, ladite cavité comportant une ouverture circulaire définie sensiblement dans la paroi dudit logement hémisphérique et sensiblement centrée sur l'axe de révolution dudit logement, ladite ouverture reliant ledit espace hémisphérique et ladite cavité, ledit espace et la dite cavité étant remplis avec lesdites billes.More specifically, the present invention relates to a patellar prosthesis comprising
at least one cup defining a hemispherical hollow housing with a first value of radius of curvature,
at least a portion of a sphere having a second value of radius of curvature, said second value being less than said first value,
a plurality of spherical balls, at least part of said spherical balls having a diameter of a third value equal to the difference between said first and second values of radius of curvature, said portion of sphere being located in said housing of the cup so that its center and that of the housing are combined to define, between it and said housing, a hemispherical space, said balls being disposed in said hemispherical space between the wall of said housing and the wall of said portion of sphere, and
means for retaining said balls in said hemispherical space, characterized in that it further comprises a cavity formed in said cup, said cavity comprising a circular opening defined substantially in the wall of said hemispherical housing and substantially centered on the axis of revolution of said housing, said opening connecting said hemispherical space and said cavity, said space and said cavity being filled with said balls.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif, mais nullement limitatif, dans lesquels
Les figures l et 3 représentent deux vues en coupe, respectivement référencées I-I sur la figure 3 et III-III sur la figure l, d'un mode de réalisation d'une prothèse rotulienne comportant le perfectionnement selon l'invention, et
La figure 2 représente, à une plus grande échelle, un détail du mode de réalisation de la prothèse rotulienne selon la figure 1.Other characteristics and advantages of the present invention will appear during the following description given with reference to the drawings annexed by way of illustration, but in no way limiting, in which
FIGS. 1 and 3 represent two sectional views, respectively referenced II in FIG. 3 and III-III in FIG. 1, of an embodiment of a patellar prosthesis comprising the improvement according to the invention, and
FIG. 2 represents, on a larger scale, a detail of the embodiment of the patellar prosthesis according to FIG. 1.

La prothèse rotulienne comportant le perfectionnement selon l'invention, dont un mode de réalisation est illustré sur les figures l à 3, comporte au moins une coupelle 4 définissant un logement creux sensiblement hémisphérique 5 d'un rayon de courbure "R" ayant une première valeur, et au moins une portion de sphère 6 ayant une deuxième valeur de rayon de courbure "r", la deuxième valeur "r" étant inférieure à la première valeur "R". The patellar prosthesis comprising the improvement according to the invention, an embodiment of which is illustrated in FIGS. 1 to 3, comprises at least one cup 4 defining a substantially hemispherical hollow housing 5 with a radius of curvature "R" having a first value, and at least a portion of sphere 6 having a second value of radius of curvature "r", the second value "r" being less than the first value "R".

La portion de sphère 6 est située dans le logement 5 de la coupelle 4 de façon que son centre c soit confondu avec celui "C" du logement, pour définir entre elle et ce logement un espace hémisphérique 12, des billes 7 étant disposées dans cet espace hémisphérique entre la paroi 9 du logement 5 et la paroi 10 de la portion de sphère 6, et à leur contact. The sphere portion 6 is located in the housing 5 of the cup 4 so that its center c is coincident with that "C" of the housing, to define between it and this housing a hemispherical space 12, balls 7 being arranged in this hemispherical space between the wall 9 of the housing 5 and the wall 10 of the sphere portion 6, and in contact with them.

Au moins une partie des billes 7 ont un diamètre d'une troisième valeur égale à la différence entre lesdites première et deuxième valeurs de rayon de courbure de façon qu'elles soient au contact de la paroi 9 du logement et de la paroi 10 de la portion de sphère. Dans l'exemple illustré, toutes les billes 7 ont le même diamètre. At least a part of the balls 7 have a diameter of a third value equal to the difference between said first and second values of radius of curvature so that they are in contact with the wall 9 of the housing and the wall 10 of the portion of sphere. In the example illustrated, all of the balls 7 have the same diameter.

Selon une caractéristique importante du perfectionnement, la prothèse comporte en outre une cavité 40 réalisée dans la coupelle 4. According to an important characteristic of the improvement, the prosthesis also comprises a cavity 40 produced in the cup 4.

Cette cavité 40 comporte une ouverture circulaire 41 la reliant à l'espace hémisphérique 12 définie sensiblement dans la paroi 9 du logement 5, avantageusement au niveau de son fond, et sensiblement centrée sur l'axe de révolution 43 de ce logement.This cavity 40 has a circular opening 41 connecting it to the hemispherical space 12 defined substantially in the wall 9 of the housing 5, advantageously at its bottom, and substantially centered on the axis of revolution 43 of this housing.

L'espace hémisphérique 12 et la cavité 40 sont remplis de billes 7 de façon que ces dernières y soient réparties sur une seule nappe et qu'elles soient au contact les unes des autres en au moins un point commun 44. The hemispherical space 12 and the cavity 40 are filled with balls 7 so that the latter are distributed there on a single sheet and that they are in contact with one another at at least one common point 44.

Selon une caractéristique avantageuse, la largeur de l'ouverture circulaire 41 est sensiblement égale au diamètre des billes 7 en contact avec la paroi du logement et la portion de sphère. According to an advantageous characteristic, the width of the circular opening 41 is substantially equal to the diameter of the balls 7 in contact with the wall of the housing and the portion of the sphere.

Dans une réalisation possible, l'épaisseur de la cavité 40 est égale au diamètre des billes 7. Cependant, pour favoriser le roulement de ces billes, cette épaisseur peut avantageusement être très légèrement supérieure à leur diamètre, comme représenté sur les figures. In one possible embodiment, the thickness of the cavity 40 is equal to the diameter of the balls 7. However, to promote the rolling of these balls, this thickness can advantageously be very slightly greater than their diameter, as shown in the figures.

Bien entendu, la prothèse comporte des moyens 11 pour retenir les billes dans l'espace hémisphérique 12 et, selon une caractéristique du perfectionnement, les moyens 11 sont constitués par une bague 45 solidaire de la coupelle 4. La bague 45 a une configuration qui lui permet de border l'ouverture 41, en même temps que sa surface 46 tournée vers l'espace hémisphérique 12 forme une continuité avec la surface concave 47, la plus éloignée par rapport au logement 5, de la cavité 40. Of course, the prosthesis includes means 11 for retaining the balls in the hemispherical space 12 and, according to one characteristic of the improvement, the means 11 consist of a ring 45 secured to the cup 4. The ring 45 has a configuration which allows the opening 41 to be bordered, at the same time as its surface 46 facing the hemispherical space 12 forms a continuity with the concave surface 47, the most distant with respect to the housing 5, from the cavity 40.

Dans un mode de réalisation avantageux, la cavité 40 est délimitée par deux pièces 51, 52 en forme de coupes placées l'une dans l'autre et formant, avec les moyens décrits ci-après permettant leur association, la coupelle 4. In an advantageous embodiment, the cavity 40 is delimited by two parts 51, 52 in the form of cups placed one inside the other and forming, with the means described below allowing their association, the cup 4.

La coupe intérieure 52 est délimitée par deux première 53 et seconde 54 surfaces respectivement concave et convexe, toutes deux essentiellement hémisphériques et concentriques, la première surface concave 53 formant une partie de la paroi 9 du logement en creux 5. The internal section 52 is delimited by two first 53 and second 54 respectively concave and convex surfaces, both essentially hemispherical and concentric, the first concave surface 53 forming a part of the wall 9 of the hollow housing 5.

L'autre coupe 51 définit une troisième surface hémisphérique concave 55 ayant un rayon de courbure au moins égal, sinon très légèrement supérieur, à la somme du rayon de courbure de la seconde surface convexe 54 de la coupe intérieure 52 et du diamètre des billes 7. The other section 51 defines a third concave hemispherical surface 55 having a radius of curvature at least equal, if not very slightly greater, to the sum of the radius of curvature of the second convex surface 54 of the inner section 52 and the diameter of the balls 7 .

Comme mentionné ci-avant, la coupelle 4 comporte des moyens 56 pour associer les deux coupes 51, 52 de façon que les trois première 53, deuxième 54 et troisième 55 surfaces soient concentriques et que le bord 57 de la troisième surface, au niveau de l'ouverture circulaire 41 de la cavité 40, entoure la portion de paroi 58 reliant les deux première 53 et deuxième 54 surfaces en restant éloignée de cette portion de paroi d'une distance au moins égale au diamètre des billes 7 en contact avec la paroi 9 du logement et la surface 10 de la portion de sphère 6. Les moyens 56 pour associer les deux coupes 51, 52 sont avantageusement constitués par au moins une entretoise solidaire des deuxième et troisième surfaces. Cette entretoise, de préférence dépourvue de portions de contour aiguës, est par exemple de forme cylindrique de révolution. As mentioned above, the cup 4 comprises means 56 for associating the two cuts 51, 52 so that the three first 53, second 54 and third 55 surfaces are concentric and the edge 57 of the third surface, at the level of the circular opening 41 of the cavity 40, surrounds the wall portion 58 connecting the two first 53 and second 54 surfaces while remaining distant from this wall portion by a distance at least equal to the diameter of the balls 7 in contact with the wall 9 of the housing and the surface 10 of the sphere portion 6. The means 56 for associating the two sections 51, 52 are advantageously constituted by at least one spacer integral with the second and third surfaces. This spacer, preferably devoid of sharp contour portions, is for example of cylindrical shape of revolution.

La prothèse décrite ci-dessus fonctionne de la façon suivante:
On suppose par exemple que, par référence aux deux figures 1 et 2, la portion de sphère 6 subit une rotation senestrorsum 60. Dans ce cas, elle entraîne les billes 7 situées dans le logement 5, comme les billes 7-1, 7-2, ..., dans des rotations dextrorsum, par lesquelles elles glissent sur la surface 53 en tendant à pousser les billes 7-3, 7-4, ... qui sont dans la cavité 40, ou à son entrée, pour réalimenter l'espace hémisphérique 12 par la partie d'ouverture 41 opposée à celle par laquelle les billes 7 ont été envoyées dans la cavité 40.The prosthesis described above works as follows:
It is assumed for example that, with reference to the two figures 1 and 2, the portion of sphere 6 undergoes a senestrorsum rotation 60. In this case, it drives the balls 7 located in the housing 5, like the balls 7-1, 7- 2, ..., in dextrorsum rotations, by which they slide on the surface 53 while tending to push the balls 7-3, 7-4, ... which are in the cavity 40, or at its entry, to replenish the hemispherical space 12 through the opening part 41 opposite to that through which the balls 7 have been sent into the cavity 40.

La rotation de la portion de sphère 6 est ainsi facilitée par le fait que certaines des billes ne sont plus obligées de frotter, dans une rotation sur elles-mêmes, contre le fond du logement en creux. The rotation of the sphere portion 6 is thus facilitated by the fact that some of the balls are no longer forced to rub, in a rotation on themselves, against the bottom of the recessed housing.

Ce résultat est le même quelle que soit la rotation de la portion de sphère 6 par rapport à la coupelle 4, puisque l'ouverture 41 est circulaire et que les billes éjectées de l'espace 12 vers la cavité 40 sont automatiquement remplacées par des billes provenant de la cavité 40 et entrant dans l'espace 12 par la partie d'ouverture opposée à celle par laquelle les billes éjectées avaient quitté cet espace. This result is the same regardless of the rotation of the sphere portion 6 relative to the cup 4, since the opening 41 is circular and the balls ejected from the space 12 towards the cavity 40 are automatically replaced by balls coming from the cavity 40 and entering the space 12 through the opening part opposite to that by which the ejected balls had left this space.

Afin de réduire encore plus le frottement des billes, notamment dans la cavité 40, celle-ci a une épaisseur très légèrement supérieure au diamètre des billes, comme représenté sur les figures sur lesquelles cette différence a été exagérée à dessein. In order to further reduce the friction of the balls, in particular in the cavity 40, the latter has a thickness very slightly greater than the diameter of the balls, as shown in the figures in which this difference has been exaggerated on purpose.

Dans ces conditions, la rotation des deux parties mâle et femelle de la prothèse rotulienne l'une par rapport à l'autre est obtenue avec un minimun de frottements, ce qui entrain une importante réduction de la quantité produite de particules d'usure des matériaux en contact. Under these conditions, the rotation of the two male and female parts of the patellar prosthesis relative to each other is obtained with a minimum of friction, which results in a significant reduction in the quantity produced of particles of wear of the materials. in touch.

Claims

1. Patellar prosthesis comprising

at least one cup (4) defining a hemispherical hollow housing (5) with a first value of radius of curvature,

at least one portion of sphere (6) having a second value of radius of curvature, said second value being less than said first value,

a plurality of spherical balls (7), at least part of said spherical balls having a diameter of a third value equal to the difference between said first and second values of radius of curvature, said portion of sphere being located in said housing of the cup so that its center and that of the housing coincide to define, between it and said housing, a hemispherical space (12), said balls (7) being arranged in said hemispherical space between the wall (9) of said housing and the wall (10) of said portion of sphere, and

means (11) for retaining said balls in said hemispherical space (12), characterized in that it also comprises a cavity (40) produced in said cup (4), said cavity comprising a defined circular opening (41) substantially in the wall (9) of said housing (5) and substantially centered on the axis of revolution (43) of said housing, said opening connecting said hemispherical space (12) and said cavity (40), said space (12) and said cavity (40) being filled with said balls (7).

2. Prosthesis according to claim 1, characterized in that the width of said opening (41) is substantially equal to the diameter of the balls (7) in contact with the walls of the housing (5) and of the portion of sphere (6) .

3. Prosthesis according to claim 2, characterized in that the thickness of said cavity (40) is slightly greater than said diameter of the balls.

4. Prosthesis according to one of the preceding claims, characterized in that the means (11) for retaining said balls (7) in said hemispherical space (12) consist of a ring (45) integral with said cup '(4 ), said ring delimiting one of the edges of said opening (41), the surface (46) of said ring facing towards said hemispherical space (12) forming a continuity with a surface (47, 55) of said cavity.

5, Prosthesis according to one of the preceding claims, characterized in that said cup (4) is formed of two parts (51,52) in the form of cups, one being placed substantially in the other, the inner cup (52) being delimited by two first (53) and second (54) respectively concave and convex surfaces, both hemispherical and concentric, the first concave surface (53) forming the wall (9) of the recessed housing (5), l 'another cut (51) defining a third hemispherical surface (55) concave having a radius of curvature at least equal to the sum of the radius of curvature of the second convex surface (54) and the diameter of said balls (7), and means (56) to combine the two said cuts so that the first three, second and third surfaces are concentric and the edge of the third surface surrounds the wall portion (58) connecting the two first (53) and second (54) surfaces at equal distance e at least the diameter of said balls in contact with the wall of said housing and the surface of said portion of sphere.

6. Prosthesis according to claim 5, characterized in that the means (56) for associating the two cuts consist of at least one spacer integral with the second (54) and third (55) surfaces.