FR2898501A1 - Implant prothetique temporo-mandibulaire, et procede de fabrication correspondant. - Google Patents
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Abstract
L'implant prothétique temporo-mandibulaire (10) comporte une surface concave (16) et une surface convexe (17) destinées à coopérer respectivement avec la surface externe (9) naturelle du condyle (5) et la surface interne(7) naturelle de la glène (8) d'une articulation (2) endommagée d'une mandibule (1) humaine. Il est en matériau rigide bio-compatible, tel que la céramique, l'acier inoxydable ou un alliage aluminium/zirconium.L'implant est conçu en fonction d'une image de l'articulation (2) générée par un système d'imagerie médicale, et en tenant compte d'une image d'une articulation saine (3), grâce à un traitement de ces images en trois dimensions sur un système de CAO (segmentation, vectorisation) afin d'obtenir une représentation vectorielle de l'implant (10), et un fichier de données capable de piloter une fraiseuse numérique.Application à la restauration d'une ATM (2) endommagée.
Description
IMPLANT PROTHÉTIQUE TEMPORO-MANDIBULAIRE, ET PROCÉDÉ DE FABRICATION
CORRESPONDANT DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un implant prothétique pour reconstruire une articulation temporo-mandibulaire devenue inefficace, et un procédé de fabrication de cet implant.
10 ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Une analyse exhaustive des spécificités d'une articulation temporo-mandibulaire, dite également temporo--maxillaire, par rapport aux autres diarthroses du corps humain est réalisée dans 15 la demande de brevet français FR 2.558.721 au nom de la société Landos - Application Orthopédique Française, publiée le 2 août 1985, en préalable à la description d'une prothèse pour une articulation de ce type. L'articulation temporo-mandibulaire (en abrégé, ATM) est 20 délimitée par une surface articulaire crânienne sous-jacente au temporal et par une surface articulaire sus-jacente à la mandibule. La cavité glénoïde de l'ATM est pellucide puisque l'épaisseur osseuse qui isole la cavité du massif crânien sus-jacent est comprise entre quelques dixièmes de millimètres et 25 deux millimètres au maximum. La surface articulaire mandibulaire est constituée par le condyle qui surmonte la branche montante de la mandibule. Entre les surfaces articulaires temporale et mandibulaire se trouve un ménisque fibro-cartilagineux qui coiffe le condyle 30 mandibulaire et qui est en continuité avec le muscle ptérygoïdien externe, de sorte que le ménisque est en partie responsable des mouvements d'ouverture de la bouche. La dynamique des ATMs est très particulière et, à la différence des articulations fermées , telles que celles du 35 coude ou du genou, l'articulation temporo-mandibulaire est une articulation ouverte . Il s'agit d'une articulation suspendue au crâne, à la fois par des moyens qui lui sont propres et par les muscles élévateurs. Prenant en compte ces impératifs anatomiques, la demande de brevet susmentionnée propose une prothèse pour ATM comprenant une tige filetée auto-taraudeuse surmontée d'une tête à rotule coopérant avec la cavité sphérique d'une cupule. La tige filetée est destinée à être vissée dans la branche montante de la mandibule, et la cupule est placée dans la cavité glénoïde de l'articulation. Cette prothèse permet les mouvements complexes de l'articulation naturelle, mais sa structure, basée sur une rotule, rappelle les techniques mises en oeuvre pour les articulations des os longs.
Elle ne semble donc pas particulièrement adaptée à une ATM. De plus, son implantation est de toute évidence particulièrement invasive. Dans le but de réduire au maximum le geste chirurgical, et notamment d'éviter l'ablation de partie utile du condyle, la demande de brevet européen EP 0.337.749 au nom de la société Vitek, publiée le 18 octobre 1989, enseigne la mise en oeuvre d'une mini prothèse condylienne temporo-mandibulaire coopérant avec une prothèse adaptée de cavité glénoïde. La prothèse de condyle décrite est en forme d'équerre, une branche étant fixée latéralement sur le montant condylien naturel. L'autre branche présente une surface convexe définissant la surface articulaire du condyle artificiel. La pose de cette prothèse ne nécessite pas d'incision en dessous de l'angle de la mâchoire, mais impose de former un épaulement apte à la recevoir à l'extrémité supérieure du condyle naturel. Suivant une autre voie de reconstruction d'une ATM, la demande de brevet allemand DE 3.605.776 au nom de D. Kubein-Meesenburg, publiée le 3 septembre 1987, propose une endo- prothèse de ménisque.
Ce qui caractérise cette prothèse est qu'elle est constituée de matière plastique souple et qu'elle peut s'adapter à la forme de l'ATM. Afin de favoriser son maintien en position, cette prothèse est en forme de disque, dont la surface supérieure en contact avec la glène présente un rayon de courbure plus grand que le rayon de courbure de la surface inférieure en contact avec le condyle. Mais le praticien sait qu'il n'est pas possible de fixer ce type de prothèse ni aux muscles, ni aux ligaments et, indépendamment du fait que l'implantation d'une prothèse en matière plastique n'est pas autorisée pendant plus de trois mois, il est donc possible de douter de la pérennité d'une telle solution, car la caractéristique essentielle de l'articulation temporo-mandibulaire est d'être une articulation ouverte. Il résulte donc de l'état de la technique détaillé ci-dessus que de nombreux types d'endoprothèses pour ATM sont connus, mais qu'il n'existe à ce jour aucun modèle répondant exactement aux besoins des spécialistes en chirurgie maxillo- faciale, à savoir un implant prothétique ayant une bonne durée de vie et dont la pose est très peu invasive.
DESCRIPTION GÉNÉRALE DE L'INVENTION La présente invention concerne donc un implant prothétique temporo-mandibulaire du type de ceux comportant une surface concave destinée à coopérer, au moins en partie, avec une première surface externe naturelle du condyle d'une première articulation d'une mandibule, et une surface convexe destinée à coopérer, au moins en partie, avec une première surface interne naturelle de la glène de cette première articulation. A la différence des prothèses connues de ce type réalisées en matériau souple, l'implant prothétique selon l'invention est remarquable en ce qu'il est constitué de matériau rigide.
Selon une caractéristique additionnelle, la surface concave de cet implant est avantageusement poreuse. De préférence, le matériau dont est formé l'implant est une céramique.
Alternativement, ce matériau est un alliage métallique, de préférence de l'acier inoxydable, ou un alliage aluminium/zirconium. L'objet de la présente invention est aussi un procédé de fabrication de l'implant prothétique temporo-mandibulaire décrit 10 brièvement ci-dessus. Contrairement à certaines prothèses connues de l'état de la technique, en matières souples, conformées in-vivo à la forme de l'articulation, l'invention propose de former l'implant ex-vivo en fonction d'au moins une première image des premières surfaces 15 interne et externe de la première articulation. Dans le procédé de fabrication selon l'invention, l'implant est aussi avantageusement formé de plus en fonction d'au moins une seconde image d'une seconde surface externe naturelle du montant condylien et de la seconde surface interne naturelle de 20 la cavité glénoïde de la seconde articulation de la mandibule. Les au moins première et au moins seconde images sont de préférence des représentations en trois dimensions générées par un système d'imagerie médicale, notamment un tomographe. On tire bénéfice du fait que l'implant est formé à partir 25 d'un fichier de données représentatives de la forme de cet implant. Dans ce cas, ces données sont avantageusement élaborées au moyen d'un système de conception assistée par ordinateur par comparaison des au moins première et au moins seconde images en 30 vue de restaurer la symétrie bilatérale des première et seconde articulations. Alternativement, ou simultanément, le procédé de fabrication selon l'invention est remarquable en ce qu'au moins la première image est celle d'une première articulation 35 endommagée et la seconde image est celle d'une seconde articulation saine. Les données sont alors une représentation vectorielle de l'implant élaborée par simulation au moyen d'un système de conception assistée par ordinateur de manière à combler partiellement l'espace inter-articulaire virtuel correspondant à l'intervalle compris entre la première surface externe et la surface virtuelle symétrique de la seconde surface externe par rapport au plan de symétrie globale de la mandibule, d'une part, et l'intervalle compris entre cette surface virtuelle et la première surface interne, d'autre part.
Selon le procédé de l'invention, l'implant est finalement formé de préférence par fraisage du matériau de base par une fraiseuse à commande numérique à partir du fichier de données élaboré dans les étapes précédentes. Dans le procédé selon l'invention, la surface concave de l'implant prothétique est avantageusement de forme exactement complémentaire de la forme de la portion adjacente de la première surface externe. On tire également bénéfice du fait que la surface concave de l'implant subit une attaque chimique en vue de faciliter 20 l'ostéo-intégration. Ces quelques spécifications essentielles rendent évidents pour l'homme de métier les avantages apportés par ce dispositif par rapport à l'état de la technique antérieur. Les spécifications détaillées de l'invention sont données 25 dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que celui d'illustrer le texte de la description et qu'ils ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention. 30 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La Figure 1 montre schématiquement une simulation implantaire correspondant au procédé de fabrication de l'implant 35 prothétique temporo-mandibulaire selon l'invention.
La Figure 2 montre schématiquement les différentes étapes du procédé de fabrication de l'implant prothétique temporomandibulaire selon l'invention.
DESCRIPTION D'UNE FORME D'EXÉCUTION PRÉFÉRÉE DE :L'INVENTION
Les références aux Figures 1 et 2 serviront à expliquer en détail les caractéristiques de l'implant prothétique temporomandibulaire 1 selon l'invention, ainsi que celles du procédé de fabrication correspondant. La Figure 1 montre une transcription simplifiée d'une représentation en trois dimensions d'une mandibule humaine 1 telle que celle générée par un logiciel de traitement des données produites par un appareil d'imagerie médicale.
Cet appareil est un système capable de fournir une image très précise de la partie du corps humain considérée, par exemple un tomographe ou un dispositif d'imagerie par résonance magnétique (IRM). Le format des données issues de ce système est souvent d'un type dit propriétaire , mais tend de plus en plus fréquemment à satisfaire au standard DICOM (acronyme anglais de Digital Imaging and Communication in Medecine , c'est-à-dire Imagerie Numérique et Communication en Médecine ). Le logiciel MIMICS de la société Materialise, par exemple, est capable de traiter les données résultant d'un examen crânien par tout scanner au standard DICOM, et de produire une image similaire à la Figure 1. A l'état normal, une mandibule 1 et les articulations temporo-mandibulaires 2,3 d'un patient présentent sensiblement une symétrie bilatérale, c'est-àdire une symétrie par rapport à un plan médian antéro-postérieur P. Lorsqu'une première articulation 2 est endommagée, le ménisque 4 présent dans une articulation normale 3 a souvent disparu et le condyle 5 a été abrasé.
De ce fait, l'image réelle montre une dissymétrie des ATMs 2,3 que la reconstitution sur ordinateur permet de compenser. La Figure 1 montre bien, au niveau de la première articulation 2, un espace interarticulaire virtuel 6 compris entre la première surface interne 7 de la glène 8 et la première surface externe 9 du condyle 5 résultant de cette simulation. De manière à restaurer la fonctionnalité de cette articulation endommagée 2, il est proposé de coiffer le condyle 5 par un implant prothétique temporo-mandibulaire 10 en matériau rigide. Cet implant 10 (représenté en coupe sur la Figure 1) comble en partie l'espace inter-articulaire virtuel 6 en remplaçant à la fois la partie de condyle manquant et le ménisque absent. L'observation de la seconde articulation 3 saine permet de déterminer la forme optimum de l'implant 10. La seconde surface externe 11 du montant condylien 12 de cette articulation 3 en regard de la seconde surface interne 13 de la cavité glénoïde 14 détermine en effet, par symétrie P, une surface virtuelle 15 qui permet d'apprécier la hauteur à donner à l'implant 10. La surface concave 16 de l'implant 10, coopérant avec la première surface externe 9, est poreuse de manière à faciliter 1'ostéo-intégration. En revanche, la surface convexe 17 de l'implant 10 est 25 parfaitement lisse de façon à minimiser les frottements sur la première surface interne 7 de la glène 8. En ce sens, des matériaux tels que les céramiques, ou des alliages métalliques comme l'acier inoxydable ou un alliage aluminium/zirconium, présentent des propriétés mécaniques 30 intéressantes tout en étant biocompatibles. Les étapes du procédé de fabrication de cet implant prothétique temporo-mandibulaire 10 sont représentées schématiquement sur la Figure 2. Dans une première étape 18, les données D du patient 35 générées par un appareil d'imagerie médicale sont introduites dans un système informatique pour être traitées par un logiciel de simulation implantaire M, tel que le logiciel MIMICS . Un traitement effectué au cours d'une deuxième étape 19, sous le contrôle d'un opérateur, permet d'isoler les représentations 3D de la mandibule 1 et du maxillaire supérieur du patient, et notamment des condyles 5,12 et des cavités glénoïdes 8,14. A ce stade 18,19 de la simulation, les représentations 3D sont des images en trois dimensions constituées par des nuages de points (plus ou moins denses, selon la résolution du système). Ce type d'images n'est pas adapté à une manipulation par des systèmes de conception assistée par ordinateur (CAO) classiques, ou de fabrication assistée par ordinateur (FAO), qui reposent sur la génération d'images vectorielles. Au cours d'une troisième étape 20, les images issues de l'étape de segmentation 19 sont donc transformées au format STL par le logiciel de simulation M (MIMICS , par exemple). Le format STL est un format développé à l'origine pour piloter des machines de stéréolithographie (STL est l'acronyme du mot anglais StereoLithographic ). :I1 consiste à représenter approximativement la surface en trois dimensions d'un objet par un réseau de triangles contigus, c'est-à-dire par l'ensemble des coordonnées des sommets de ces triangles.
Ce format est le format natif d'exportation des données du logiciel MIMICS conçu principalement pour fabriquer des empreintes à partir de scanners. C'est un format de type vectoriel approprié à une prise en charge par un système de CAO ou de FAO. Mais le format STL représente des surfaces et non des solides, ce qui conduit à difficultés quand on veut effectuer des sections. Au cours d'une quatrième étape 21, le fichier de surface STL est donc converti en un fichier vectoriel de solide de format STEP ou de format propre au logiciel CATIA Version 5 développée par la société Dassault Systèmes.
Les formats STEP (acronyme anglais de Standard for the Exchange of Product model data , c'est-à-dire Standard d'échange de données de modèle de produit ) ou CATIA sont équivalents dans la mesure où le logiciel CATIA (acronyme anglais de Computer Aided Three-dimentional Interactive Application , c'est-à-dire Application Interactive Tridimensionnnelle Assistée par Ordinateur ) est utilisé de préférence dans la suite des opérations C, et où CATIA Version 5 possède un module d'importation STEP.
Au cours d'une cinquième étape 22, on crée avec le logiciel de CAO un cube à l'échelle de l'implant 10 que l'on souhaite obtenir, c'est-à-dire correspondant à l'espace inter-articulaire virtuel 6 de la simulation représentée Figure 1. Au cours d'une sixième étape 23, des opérations booléennes consistent à soustraire le condyle 5 ainsi que le maxillaire 8 du cube pour obtenir respectivement la surface concave 16 et la surface convexe 17 de l'implant 10. Le résultat de ces opérations est obtenu dans un format de fichier mieux adapté aux systèmes de FAO au cours d'une septième étape 24, de préférence dans le format IGES (acronyme anglais de Initial Graphics Exchange Specification, c'est-à-dire Spécification des Echanges de Graphiques Initiale). Dans une huitième étape 25, une opération d'érosion permet de diminuer la surface supérieure de la pièce anatomique 10 de quelques millimètres en fonction du montant condylien 12 de l'articulation opposée 3. En sortie du système de CAO C, on obtient un fichier de données S permettant de piloter une fraiseuse à commande numérique, et de fabriquer automatiquement l'implant 10 au cours d'une dernière étape 26. De préférence, le procédé de fabrication selon l'invention comporte aussi une étape supplémentaire au cours de laquelle la surface concave 16 de l'implant 10 est attaquée chimiquement en vue de la rendre poreuse.
A l'issue de la troisième étape 20, le fichier STL est avantageusement utilisé pour produire par stéréolithographie des empreintes de la mandibule 1 et des ATMs 2,3 du patient, afin de vérifier l'adaptation de l'implant 10 fabriqué dans l'étape finale 26. La précision de la chaîne de fabrication D,M,2l,C,26 permet d'obtenir un implant prothétique 10 dont la surface concave 16 est exactement complémentaire de la partie du condyle 5 qu'il coiffe.
De ce fait, la stabilité de la prothèse est assurée sans nécessiter une préparation du condyle 5, notamment sans la formation de facettes, comme cela était le cas dans l'art antérieur. La pose de l'implant selon l'invention nécessite ainsi un 15 geste chirurgical beaucoup moins invasif que ce qui était requis auparavant. Cette méthode chirurgicale, non brevetable en soi, a été rendue possible par le procédé de fabrication exposé ci-dessus qui résout pratiquement, dans le cas de l'articulation temporo- 20 mandibulaire 2,3, le difficile problème technique de l'utilisation de données issues de scanner, c'est-à-dire de représentations 3D par voxels, par un système de CAO classique utilisant des représentations vectorielles. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules 25 spécifications techniques ci-dessus données à titre d'exemple; elle embrasse, au contraire, toutes les variantes possibles de réalisation. En particulier, les formats de fichiers ne sont spécifiés qu'à titre d'exemples. Ils correspondent aux logiciels dédiés 30 utilisés, dont les noms ne sont pas limitatifs et ne sont donnés que pour illustrer un choix que l'homme de métier étendra sans difficulté. La mise en œuvre pour la fabrication de l'implant prothétique temporo-mandibulaire selon l'invention de tout autre 35 format de fichiers de données respectant le type de représentation par voxels, ou par vecteurs, selon le cas, ne sortirait pas du cadre de la présente invention, pourvu que les caractéristiques du procédé de fabrication restent dans le champ des revendications ci-dessous. 15
Claims (13)
1) Implant prothétique temporo-mandibulaire (10) du type de ceux comportant une surface concave (16) destinée à coopérer, au moins en partie, avec une première surface externe (9) naturelle du condyle (5) d'une première articulation (2) d'une mandibule (1), et une surface convexe (17) destinée à coopérer, au moins en partie, avec une première surface interne (7) naturelle de la glène (8) de ladite première articulation (2), caractérisé en ce qu'il est constitué de matériau rigide.
2) Implant prothétique temporo-mandibulaire (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface concave (16) est poreuse.
3) Implant prothétique temporo-mandibulaire (10) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit matériau est une céramique. 20
4) Implant prothétique temporo-mandibulaire (10) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit matériau est un alliage métallique, de préférence de l'acier inoxydable, ou un alliage aluminium/zirconium. 25
5) Procédé de fabrication (M,21,C,26) d'un implant prothétique temporo-mandibulaire (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 précédentes, caractérisé en ce que ledit implant (10) est formé en fonction d'au moins une première image desdites premières surfaces interne (7) et externe (9) de ladite 30 première articulation (2).
6) Procédé de fabrication (M,21,C,26) d'un implant prothétique temporo-mandibulaire (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit implant (10) est formé de plus en fonction d'au 35 moins une seconde image d'une seconde surface externe (11)naturelle du montant condylien (12) et de la seconde surface interne (13) naturelle de la cavité glénoïde (14) de la seconde articulation (3) de ladite mandibule (1).
7) Procédé de fabrication (M,21,C,26) d'un implant prothétique temporo-mandibulaire (10) selon la revendication 6 précédente, caractérisé en ce que lesdites au moins première et au moins seconde images sont des représentations en trois dimensions (D) générées par un système d'imagerie médicale, de préférence un tomographe.
8) Procédé de fabrication (M,21,C,26) d'un implant prothétique temporo-mandibulaire (10) selon l'une quelconque des revendications 6 à 7 précédentes, caractérisé en ce que ledit implant (10) est formé à partir d'un fichier de données (S) représentatives de la forme dudit implant (10).
9) Procédé de fabrication (M,21,C,26) d'un implant prothétique temporo-mandibulaire (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites données (S) sont élaborées au moyen d'un système de conception assistée par ordinateur (M,C) par comparaison desdites au moins première et au moins seconde images en vue de restaurer la symétrie bilatérale desdites première (2) et seconde (3) articulations.
10) Procédé de fabrication (M,21,C,26) d'un implant prothétique temporo-mandibulaire (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite au moins première image est celle d'une première articulation (2) endommagée et ladite seconde image est celle d'une seconde articulation (3) saine et en ce que lesdites données (S) sont une représentation vectorielle dudit implant (10) élaborée par simulation au moyen d'un système de conception assistée par ordinateur (M,C) de manière à combler partiellement l'espace inter-articulaire virtuel (6) correspondant à l'intervalle compris entre ladite première surface externe (9)et la surface virtuelle (15) symétrique de ladite seconde surface externe (11) par rapport au plan de symétrie globale (P) de ladite mandibule (1), d'une part, et l'intervalle compris entre ladite surface virtuelle (15) et ladite première surface interne (7), d'autre part.
11) Procédé de fabrication (M,21,C,26) d'un implant prothétique temporo-mandibulaire (10) selon l'une quelconque des revendications 8 à 10 précédentes, caractérisé en ce que ledit implant (10) est formé par fraisage (26) dudit matériau par une fraiseuse à commande numérique à partir dudit fichier de données (S).
12) Procédé de fabrication (M,21,C,26) d'un implant prothétique temporo-mandibulaire (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que ladite surface concave (16) est de forme exactement complémentaire de la forme de la portion adjacente de ladite première surface externe (9).
13) Procédé de fabrication (M,21,C,26) d'un implant prothétique temporo-mandibulaire (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que ladite surface concave (16) subit une attaque chimique en vue de faciliter 1'ostéo-intégration.
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