FR2846875A1 - Rotating tibial base for knee prosthesis comprises insert on plate able to move along several rotational axes due to asymmetric stud engaged in cavity in plate - Google Patents
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Abstract
Description
-1 La présente invention a pour objet une embase tibiale de prothèse-1 The present invention relates to a tibial prosthesis base
totale de genou, formée d'un plateau métallique fixé dans l'os tibial et d'un insert mobile doté d'une rotation asymétrique contrôlée. Cette embase peut s'adapter à une quelconque pièce fémorale prothétique, par adaptation de la face supérieure de l'insert mobile, et ainsi vient compléter une gamme préexistante. Une prothèse totale de genou comprend un implant fémoral, en règle générale fait de métal, un plateau tibial également métallique, et entre ces deux pièces se glisse un insert le plus souvent en polyéthylène, qui fait office 10 de joint d'usure, et qui se trouve lié plus ou moins étroitement au plateau tibial. Un problème essentiel à résoudre dans les prothèses de genou réside dans la solution apportée simultanément dans la mobilité des deux implants fémoral et tibial entre eux et dans leur état de congruence, c'est15 à-dire leur qualité à s'emboîter parfaitement l'un sur l'autre. La mobilité souhaitée se retrouve dans deux plans orthogonaux de l'espace anatomique, le plan sagittal (flexion - extension) et le plan transversal total knee, formed of a metal plate fixed in the tibial bone and a movable insert provided with a controlled asymmetric rotation. This base can be adapted to any prosthetic femoral part, by adapting the upper face of the movable insert, and thus completes a preexisting range. A total knee prosthesis comprises a femoral implant, as a rule made of metal, a tibial plate also metallic, and between these two parts slides an insert usually made of polyethylene, which acts as a wear joint, and which is more or less closely linked to the tibial plateau. An essential problem to be solved in knee prostheses resides in the solution provided simultaneously in the mobility of the two femoral and tibial implants between them and in their state of congruence, that is to say their quality to fit perfectly together. on the other. The desired mobility is found in two orthogonal planes of the anatomical space, the sagittal plane (flexion - extension) and the transverse plane
(rotations interne et externe).(internal and external rotations).
Dans une prothèse totale de genou, une forte mobilité de l'implant 20 fémoral par rapport à l'implant tibial peut être obtenue en réalisant des surfaces de contact peu congruentes entre les condyles fémoraux et l'insert In a total knee prosthesis, a high mobility of the femoral implant relative to the tibial implant can be obtained by producing inconsistent contact surfaces between the femoral condyles and the insert.
tibial (c'est-à-dire des surfaces dont les zones de contact sont limitées) . tibial (i.e. areas with limited contact areas).
Malheureusement, cette faible congruence a pour contrepartie des pressions Unfortunately, this weak congruence is offset by pressures
élevées exercées sur l'insert, ce qui a pour conséquence d'engendrer une 25 forte usure du polyéthylène qui le constitue. high exerted on the insert, which has the consequence of causing a high wear of the polyethylene which constitutes it.
Pour réduire le plus possible l'usure du polyéthylène du plateau tibial, il convient donc de réaliser les prothèses de façon à ce que l'implant fémoral et l'implant tibial présentent une excellente congruence. Mais celle-ci offre à son tour un inconvénient puisqu'elle réduit considérablement la mobilité en rotation des pièces les une par rapport aux autres, créant ainsi des contraintes To reduce as much as possible the wear of the polyethylene of the tibial plateau, it is therefore advisable to produce the prostheses so that the femoral implant and the tibial implant have excellent congruence. However, this in turn offers a drawback since it considerably reduces the rotational mobility of the parts in relation to one another, thus creating constraints
nocives notamment au niveau de la fixation du plateau tibial dans l'os. harmful in particular at the level of the fixation of the tibial plate in the bone.
C'est pour cette raison que l'on a vu apparaître des prothèses de genou à forte congruence dont l'insert tibial est capable de rotation dans un plan transversal. - 2 Presque toutes les prothèses à insert mobile proposent un axe de rotation parfaitement centré. Cette symétrie dans la rotation ne correspond pas à la mécanique du genou telle que décrite par exemple par le professeur Bousquet ( Saint- tienne). Il apparaît en effet que la moitié externe du genou.5 est beaucoup plus mobile que la moitié interne, quel que soit l'état des ligaments croisés, conservés ou non lors de l'implantation d'une prothèse totale de genou. Michael J.;Pappas a montré que le mouvement du ménisque externe du genou était trois fois plus important que celui du ménisque interne lors des rotations. Cette inadéquation de la rotation symétrique des prothèses 10 se traduit par le risque-bien connu de luxation rotatoire de l'insert en polyéthylène. En effet, lors de mouvements forcés de rotation-flexion, le déplacement important ( et normal) du compartiment externe de l'insert entraîne le mouvement inverse, tout aussi important mais non physiologique, de la moitié interne du même insert, qui va alors se décoapter du condyle fémoral et se luxer. Pour cette raison, certains plateaux tibiaux présentent dès butées de sécurité, mais des cas de rupture de butée et/ou de polyéthylène ont It is for this reason that we have seen knee prostheses with strong congruence whose tibial insert is capable of rotation in a transverse plane. - 2 Almost all prostheses with movable insert offer a perfectly centered axis of rotation. This symmetry in rotation does not correspond to the mechanics of the knee as described for example by Professor Bousquet (Saint-tienne). It appears that the outer half of the knee. 5 is much more mobile than the inner half, regardless of the state of the cruciate ligaments, preserved or not during the implantation of a total knee prosthesis. Michael J.; Pappas has shown that the movement of the external meniscus of the knee is three times greater than that of the internal meniscus during rotations. This inadequacy of the symmetrical rotation of the prostheses 10 results in the well-known risk of rotary luxation of the polyethylene insert. Indeed, during forced rotation-flexion movements, the significant (and normal) displacement of the external compartment of the insert causes the opposite movement, just as important but not physiological, of the internal half of the same insert, which will then decoaptation of the femoral condyle and dislocation. For this reason, some tibial trays have safety stops, but cases of rupture of the stop and / or of polyethylene have
été rapportés, ce qui trahit l'importance de la contrainte. been reported, which betrays the importance of duress.
Les prothèses décrites ci-dessus ont un axe de rotation fixe, ponctuel. The prostheses described above have a fixed, punctual axis of rotation.
Là encore l'étude de la cinétique du genou ( Bousquet) montre qu'il existe des 20 centres instantanés de rotation, qui décrivent une aire de plus d'un centimètre carré, située essentiellement dans la moitié interne de la surface spinale ( lieu d'insertion des croisés) de l'extrémité supérieure du tibia. Il n'est donc pas recommandé de retenir la voie d'un axe de rotation contraint, par usage soit de plots ajustés dans une cavité, soit de rails, qui ne permet à l'insert en 25 polyéthylène qu'un seul et même mouvement, quelles que soient les Here again the study of the kinetics of the knee (Bousquet) shows that there are 20 instantaneous centers of rotation, which describe an area of more than one square centimeter, located essentially in the inner half of the spinal surface (place of 'insertion of the crusaders) of the upper end of the tibia. It is therefore not recommended to retain the path of a constrained axis of rotation, by using either studs fitted in a cavity, or rails, which allows the polyethylene insert only one and the same movement. , whatever
positions du genou.knee positions.
L'adaptation de la prothèse à la cinétique du genou, à la tension différente des structures ligamentaires périphériques, garante d'une réduction des contraintes mécaniques dans l'implant, d'une plus grande longévité de 30 celui-ci, et d'un résultat fonctionnel optimal passe donc par le choix retenu The adaptation of the prosthesis to the kinetics of the knee, to the different tension of the peripheral ligament structures, guaranteeing a reduction in mechanical stresses in the implant, a greater longevity of the latter, and a optimal functional result therefore depends on the choice made
dans l'invention, qui évite les écueils analysés ci-avant. in the invention, which avoids the pitfalls analyzed above.
Conformément à l'invention, I'insert en polyéthylène est donc mobile sur le plateau tibial métallique, par glissement sur une surface polie. Des moyens de contrôle de ce glissement rotatoire sont prévus sur le plateau métallique et 35 l'insert qui comportent l'un une cavité centrée, et d'un dessin symétrique - 3 (disposant d'axes de symétrie mais dépourvu de centre de symétrie),l'autre une protrusion ou excroissance, d'un dessin asymétrique et qui vient s'emboîter librement dans la cavité. La profondeur d'emboîtement est d'au According to the invention, the polyethylene insert is therefore mobile on the metal tibial plateau, by sliding on a polished surface. Means for controlling this rotary sliding are provided on the metal plate and the insert, which one has a centered cavity, and of a symmetrical design - 3 (having axes of symmetry but devoid of center of symmetry) , the other a protrusion or outgrowth, of an asymmetrical design and which comes to fit freely in the cavity. The nesting depth is at least
moins 6 mm.minus 6 mm.
Il y a donc,selon l'invention, un système pour genou droit et un système There is therefore, according to the invention, a right knee system and a system
pour genou gauche.for left knee.
Selon l'invention, les formes respectives de la cavité et de la protrusion sont ainsi réalisées que l'insert peut effectuer, en glissant sur le plateau qui sert de référence, un mouvement de rotation dont l'amplitude totale est proche 10 de préférence de 40 ( 20 de rotation interne et 200 de rotation externe,qui sont des chiffres voisins des maxima rencontrés dans les études physiologiques récentes), cette rotation s'effectuant au profit de la moitié externe de l'insert. Il ne doit pas être défini un seul centre de rotation mais au moins cinq centres différents, distants d'au moins 1 mm les uns des autres, 15 tous compatibles avec le déplacement souhaité, et tous situés dans une aire d'environ un centimètre carré. Cette aire est située dans la moitié interne du plateau, le long de la ligne médiane, et à mi-chemin du bord antérieur et du bord postérieur du même plateau. Ce type de rotation exclut le recours à une According to the invention, the respective shapes of the cavity and of the protrusion are thus produced that the insert can perform, by sliding on the plate which serves as a reference, a rotational movement whose total amplitude is preferably close to 10 40 (20 of internal rotation and 200 of external rotation, which are figures close to the maxima encountered in recent physiological studies), this rotation taking place for the benefit of the external half of the insert. A single center of rotation should not be defined, but at least five different centers, at least 1 mm apart, all compatible with the desired displacement, and all located in an area of approximately one square centimeter . This area is located in the inner half of the plateau, along the midline, and halfway between the anterior edge and the posterior edge of the same plateau. This type of rotation excludes the use of a
quelconque butée complémentaire, située en bordure du plateau. any additional stop, located at the edge of the plate.
L'amplitude importante de la rotation des implants exclut également le contact en butée de l'insert dans le plateau sauf à réaliser des mouvements forcés, lors d'une chute par exemple, auquel cas l'invention joue un rôle de The large amplitude of the rotation of the implants also excludes the abutment contact of the insert in the tray, except to make forced movements, for example during a fall, in which case the invention plays a role.
sécurité, lorsque les 200 de rotation sont atteints. security, when the 200 rotation is reached.
Selon l'invention, la congruence de l'insert et du plateau autorise une 25 translation latérale modérée, destinée à améliorer le placement du fémur sur According to the invention, the congruence of the insert and the plate allows a moderate lateral translation, intended to improve the placement of the femur on
le tibia, au regard des tensions ligamentaires. the tibia, with regard to ligament tensions.
Au total, grâce aux centres instantanés de rotation et à la translation latérale, on peut définir pour un angle donné de rotation de l'insert sur le plateau plusieurs positions de cet insert, ce qui se traduit par une meilleure 30 adaptation de la prothèse à l'anatomie de chaque opéré.La rotation se fait librement selon plusieurs axes aléatoires, dépendant de l'anatomie du sujet In total, thanks to the instantaneous centers of rotation and to the lateral translation, several positions of this insert can be defined for a given angle of rotation of the insert, which results in a better adaptation of the prosthesis to the anatomy of each patient. The rotation is done freely according to several random axes, depending on the subject's anatomy
opéré et non d'un moyen de guidage contraignant. operated and not a constraining guide means.
Il faut ajouter que la fabrication des prothèses de genou suppose l'existence d'une gamme de tailles ( généralement 6) adaptées à la morphologie des opérés. Comme l'invention s'applique essentiellement à -4 permettre un angle donné de rotation, on notera que cet angle est indépendant de la taille de la prothèse et par conséquent l'ensemble cavité-plot peut conserver les mêmes dimensions, ce qui simplifie la fabrication et autorise l'utilisation croisée d'un insert congruent sur sa face supérieure avec.5 une taille donnée de fémur ( par exemple n0 4) et sur sa face inférieure avec la taille voisine de plateau tibial ( n03 ou n05). Cette utilisation croisée n'est pas It should be added that the manufacture of knee prostheses supposes the existence of a range of sizes (generally 6) adapted to the morphology of the operated patients. As the invention essentially applies to -4 allowing a given angle of rotation, it will be noted that this angle is independent of the size of the prosthesis and therefore the cavity-pad assembly can keep the same dimensions, which simplifies the manufacturing and authorizing the cross-use of a congruent insert on its upper face with a given size of femur (for example n0 4) and on its lower face with the neighboring size of the tibial plateau (n03 or n05). This cross-use is not
rare en chirurgie du genou.rare in knee surgery.
Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 représente une vue de face en perspective éclatée d'une forme de 10 réalisation, conforme à l'invention, de l'insert (4) en polyéthylène avec son plot (3) et sa tige (5) et du plateau métallique (2) avec sa cavité (1) et son tube The accompanying drawings illustrate the invention. FIG. 1 represents an exploded perspective front view of an embodiment, according to the invention, of the polyethylene insert (4) with its stud (3) and its rod. (5) and the metal plate (2) with its cavity (1) and its tube
creux (6).hollow (6).
La figure 2 représente la face inférieure de l'insert avec son plot Figure 2 shows the underside of the insert with its stud
asymétrique (3) selon un mode de réalisation conforme à l'invention. asymmetrical (3) according to an embodiment according to the invention.
La figure 3 représente la face supérieure du plateau métallique avec sa cavité Figure 3 shows the upper face of the metal tray with its cavity
symétrique (1) selon un mode de réalisation conforme à l'invention. symmetrical (1) according to an embodiment according to the invention.
La figure 4 représente le plateau et l'insert en position neutre l'un par rapport à FIG. 4 represents the plate and the insert in neutral position, one with respect to
l'autre, c'est-à-dire sans rotation. the other, that is to say without rotation.
La figure 5 représente le plateau et l'insert, ce dernier avec effet de rotation 20 interne de 200. FIG. 5 represents the plate and the insert, the latter with an internal rotation effect of 200.
La figure 6 représente le plateau et l'insert, ce dernier avec effet de rotation Figure 6 shows the tray and the insert, the latter with rotation effect
externe de 200.external 200.
La figure 7 représente l'aire de localisation des centres instantanés de rotation. La figure 8 représente une variante de forme de la cavité (en diabolo) telle FIG. 7 represents the location area of the instantaneous centers of rotation. Figure 8 shows a variant shape of the cavity (in diabolo) such
qu'on peut la réaliser dans le plateau métallique selon l'invention. that it can be made in the metal tray according to the invention.
La figure 9 représente une autre variante de cavité (en V). FIG. 9 represents another variant of cavity (in V).
En référence à ces dessins, l'invention, dans une de ses variantes, comprend une cavité symétrique (1) creusée dans le plateau (2) métallique 30 tibial d'une prothèse de genou, ainsi qu'un plot asymétrique (3) formé sur la With reference to these drawings, the invention, in one of its variants, comprises a symmetrical cavity (1) hollowed out in the tibial metallic plate (2) 30 of a knee prosthesis, as well as an asymmetrical stud (3) formed on the
face inférieure de l'insert tibial afférent (4). Le plot (3) est muni d'un appendice cylindrique (5), le tout venant s'engager dans la cavité (1) et le tube creux sousjacent (6). underside of the afferent tibial insert (4). The stud (3) is provided with a cylindrical appendage (5), the whole coming to engage in the cavity (1) and the underlying hollow tube (6).
La forme asymétrique du plot (3) autorise un glissement rotatoire de l'insert (4) 35 sur le plateau (2) en métal poli selon un angle de 200 en rotation interne et 20 en rotation externe en avant et en arrière de la ligne (8) neutre de référence -5 The asymmetrical shape of the stud (3) allows a rotary sliding of the insert (4) 35 on the plate (2) in polished metal at an angle of 200 in internal rotation and 20 in external rotation in front and behind the line (8) reference neutral -5
(rotation = 0).(rotation = 0).
Suivant ce mode de réalisation de l'invention, les moyens de contrôle de la rotation sont pour un plateau tibial métallique ( par exemple de 85 mm dans le grand axe et de 52 mm dans le petit axe) une cavité en forme d'ellipse (1),.5 dont les deux centres sont situés 3 mm en avant du centre du plateau, et dont les dimensions sont de 36 mm dans le grand axe et de 14 mm dans le petit axe. La profondeur de la cavité métallique ainsi réalisée est de 6 mm. Cette cavité est prolongée par une tige creuse (6) sous-jacente, dont l'intérieur communique avec la cavité elle- même. La face supérieure du plateau, According to this embodiment of the invention, the means of controlling the rotation are for a metal tibial plateau (for example 85 mm in the long axis and 52 mm in the small axis) an elliptical cavity ( 1),. 5 whose two centers are located 3 mm in front of the center of the plate, and whose dimensions are 36 mm in the major axis and 14 mm in the minor axis. The depth of the metal cavity thus produced is 6 mm. This cavity is extended by an underlying hollow rod (6), the interior of which communicates with the cavity itself. The upper side of the tray,
l'intérieur de la cavité et de la tige sont polies, afin de recevoir l'insert mobile. the interior of the cavity and the rod are polished, in order to receive the movable insert.
Suivant le même mode de réalisation, la face inférieure de l'insert (4) en polyéthylène, en contact avec le plateau métallique, comporte un plot central (3) de forme ovode ( donc asymétrique), dont le côté le plus arrondi correspond à la moitié interne de la prothèse, et le côté le plus effilé à la partie 15 externe. Sous le plot, le polyéthylène forme une tige (5) descendant dans le tube métallique, et suffisamment fine pour autoriser les rotations. L'étude du déplacement maximal de l'insert sur le plateau montre que l'on obtient bien de chaque côté de la position neutre, que l'on peut retrouver dans l'aire (7) définie par l'invention les cinq centres de rotation, et que la translation latérale 20 dépasse 3 mm. Les dimensions extérieures de l'insert mobile, surtout celles du compartiment externe, sont inférieures à celles du plateau métallique, afin d'éviter tout conflit avec les parties molles. L'expérience des inserts mobiles symétriques montre cependant qu'un débord de 5 mm en rotation maximale According to the same embodiment, the underside of the polyethylene insert (4), in contact with the metal plate, comprises a central stud (3) of ovoid shape (therefore asymmetrical), the most rounded side of which corresponds to the internal half of the prosthesis, and the most tapered side to the external part. Under the stud, the polyethylene forms a rod (5) descending into the metal tube, and thin enough to allow the rotations. The study of the maximum displacement of the insert on the plate shows that one obtains on each side of the neutral position, which can be found in the area (7) defined by the invention the five centers of rotation, and that the lateral translation 20 exceeds 3 mm. The external dimensions of the mobile insert, especially those of the external compartment, are smaller than those of the metal plate, in order to avoid any conflict with the soft parts. Experience with symmetrical mobile inserts, however, shows that a 5 mm overhang in maximum rotation
(donc peu utilisée) n'engendre aucun trouble. (so little used) does not cause any trouble.
Selon d'autres modes de réalisation, non limitatifs - la cavité du plateau peut prendre d'autres formes,notamment caractérisées par une convexité dans l'intérieur de la cavité, par exemple en diabolo (9), en V (10), le plot de l'insert en polyéthylène prenant alors la forme (11) asymétrique correspondante. Ces formes avec convexité ont l'intérêt d'accroître la faculté de 30 glissement sans heurt frontal ni arrêt brutal des parties en contact à l'approche According to other non-limiting embodiments - the tray cavity can take other forms, in particular characterized by a convexity inside the cavity, for example in diabolo (9), in V (10), the pad of the polyethylene insert then taking the corresponding asymmetrical shape (11). These convex shapes have the advantage of increasing the sliding capacity without frontal collision or sudden stop of the parts in contact with the approach.
de la rotation maximale.of maximum rotation.
- La tige creuse est de longueur variable, et ses bords peuvent se fondre en - The hollow stem is of variable length, and its edges can merge in
courbes douces avec la cavité principale. gentle curves with the main cavity.
- la cavité peut être creusée dans le polyéthylène, qui reçoit un plot métallique 35 asymétrique appartenant au plateau. - The cavity can be dug in the polyethylene, which receives an asymmetrical metal pad 35 belonging to the plate.
- le plateau peut avoir une forme générale asymétrique pour s'adapter à 6 - the tray can have an asymmetrical general shape to adapt to 6
l'anatomie du tibia.the anatomy of the tibia.
Pour retrouver les centres de rotation instantanée, une des méthodes est la suivante: To find the centers of instantaneous rotation, one of the methods is as follows:
Sur les schémas du plateau et de l'insert, tracer les axes de symétrie. On the diagrams of the plate and the insert, draw the axes of symmetry.
Superposer les schémas. Réaliser en transparence cinq positions différentes de rotation de l'insert sur le plateau, tout en gardant le plot de polyéthylène dans la cavité. Cinq fois au moins à plus d'un mm de distance l'un des axes de symétrie de l'insert doit se croiser avec l'axe correspondant du plateau en Overlay the diagrams. Carry out transparently five different positions of rotation of the insert on the plate, while keeping the polyethylene pad in the cavity. Five times at least more than a mm apart one of the axes of symmetry of the insert must cross with the corresponding axis of the plate
un point situé dans l'aire définie par l'invention. a point located in the area defined by the invention.
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2002
- 2002-11-12 FR FR0214208A patent/FR2846875B1/en not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ST | Notification of lapse |
Effective date: 20110801 |