FR2915089A1 - Dispositif et procede de creation d'une plaque d'osteo-integration a la surface d'un implant endo-osseux - Google Patents

Dispositif et procede de creation d'une plaque d'osteo-integration a la surface d'un implant endo-osseux Download PDF

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Abstract

L'invention concerne une méthode et un dispositif économiques permettant de conférer à un implant endo-osseux des propriétés d'ostéo-intégration optimales ainsi qu'un accrochage primaire apte à stabiliser l'implant pour son ostéo-intégration sans l'utilisation de ciment, consistant en une bande de matériau thermoplastique bio-intégrable comportant une pluralité de lamelles flexibles. De telles bandes peuvent être associées afin de former des plaques d'ostéo-intégration qui peuvent être rapportées sur tout type d'implant.

Description

-1- DISPOSITIF ET PROCEDE DE CREATION D'UNE PLAQUE D'OSTEOùINTEGRATION A
LA SURFACE D'UN IMPLANT ENDOùOSSEUX
- DESCRIPTION - DOMAINE TECHNIQUE L'invention appartient au domaine des implants endo-osseux. Plus particulièrement l'invention concerne un dispositif e-: un procédé permettant de créer des zones d'ostéo-intégration e•: de stabilisation mécanique à la surface d'implants endo- 1.0 osseux.
ETAT DE LA TECHNIQUE Deux méthodes sont essentiellement utilisées pour fixer des implants endo osseux, tels que des tiges de prothèse de hanche, dans leur logement, à savoir, la fixation par 15 un ciment ou la fixation par l'intermédiaire de sites d'os:éointégration pratiqués à la surface de l'implant en contact avec le tissu osseux. La constitution de tels sites d'ostéD-intégration consiste à obtenir des textures de surface particulières dans des zones définies. La création de telles 20 zones est par exemple décrite dans le brevet européen EP0259256. Les aspérités texturées de cette surface sont colonisées par les cellules osseuses réalisant ainsi la laison avec -e tissu osseux. Cependant, pour que cette ostéo-intégration puisse se produire il est nécessaire, d'une part, que ces 25 zones d'ostéo-intégration soient en contact intime avec le tissu osseux dans le logement de l'implant, ce qui implique une réalisation très précise et adaptée de l'implant. D'autre part, il est également indispensable de stabiliser mécaniquement l'implant dans son logement, le temp3 -2-
que cette ostéo-intégration se produise. Or les aspérités texturées n'assurent aucun accrochage mécanique primaire. C'est: pourquoi il est fréquement utilisé des solutions mêlant zones d'ostéo-intégration et ciment. Al- ternativement, le brevet US5755799 utilise une surface pré-sentant des dents d'une hauteur comprise entre 0,3 et 2mm. Lesdites dents se déforment lors de l'introduction de l'implant dans le tissu osseux assurant ainsi l'accrochage primaire. Selon ce mode de réalisation, les dents sont es- pacées d'une distance de l'ordre 2 fois leur hauteur. Par conséquent, la présence de ces dents, si elle améliore l'a:-c:rochage mécanique primaire de l'implant, réduit considérablement la surface de contact effective avec le tissu osseux ce qui n'est pas favorable à l'ostéc--intégration.
Finalement, les solutions exposées dans ces réalisations de l'art antérieur sont coûteuses en termes de fabrication puisqu'elles réclament des usinages selon des motifs trés fins à la surface de l'implant. Il existe donc un besoin pour une méthode économique per- mettant de conférer à un implant endo-osseux des propriétés d'ostéo--intégration optimales ainsi qu'un accrochage primaire apte à stabiliser l'implant pour son ostéo-intégration sans l'utilisation de ciment. EXPOSE DE L'INVENTION Afin de résoudre ces inconvénients de l'art antérieur, l'invention propose une bande de matériau thermoplastique biointégrable comportant une pluralité de lamelles flexibles. Une telle bande, ou plus avantageusement, plusieurs bandes de ce type peuvent être fixées sur n'importe quel type d'im- plant endo-osseux, de sorte que l'épaisseur ou le diamètre résultant de la partie implantée dans l'os, mesuré au som- -3- met des lamelles soit égal ou supérieur à la dimension correspondante du logement dans lequel cette partie implantable est introduite. Ainsi la présence de ces lamelles améliore considérablement l'accrochage mécanique primaire dans le tissu osseux en même temps que son ostéo-intégration. En effet, lorsque ledit implant sera introduit dans le tissu osseux les lamelles de ces bandes vont fléchir dans un sens. Cette fexion réduit le diamètre ou l'épaisseur apparents de l'implant. Toute tentative d'extraction entraînera une flexion inverse desdites lamelles, cette flexion inverse engendrant un serrage supplémentaire de l'implant dans son logement. Avantageusement les caractéristiques géométriques de hauteur (h), d'épaisseur (e) et de pas (p) des lamelles sont telles que les extrémités libres desdites lamelles sont jointives sous l'effet de leur flexion lors de l'introduction dans le tissu osseux de l'implant sur lequel les bandes sont fixées. Ainsi la surface en contact avec le tissu osseux est une surface continue présentant de pe- tites irrégularités fonctions du profil de l'extrémité des lamelles. Ces irrégularités seront colonisées par les cellules osseuses et favoriseront la stabilisation de l'implant dans son logement lorsque l'ostéo-intégration se sera poduite.
Toutefois l'accrochage mécanique primaire rie peut être efficace si les lamelles sont trop fines. En effet, des lamelles trop fines sont susceptibles de fléchir selon des modes de déformation plus complexes, et le sens de flexion des lamelles peut s'inverser sans entraîner d'augmenta-tion du diamètre ou de l'épaisseur apparents de la partie implantée. Cet effet est totalement exclu si l'épaisseur des lamelles est supérieure ou égale à 1/20ème de leur -4 hauteur, lorsque les lamelles sont de section uniforme. Le même effet peut être obtenu pour des élancements plus faibles en utilisant un profil de lamelle plus large à la base qu'à l'extrémité libre.
Selon la forme de l'implant, de telles bandes peuvent être juxtaposées de manière à former une plaque d'ostéo-intégration dont la forme peut facilement être adaptée à la forme de l'implant. Avantageusement, les bandes de lamelles constituant cette plaque peuvent être disposées en décalage ion- gitudinal de manière à ce que le motif formé en surface de l'implant soit un motif bi-dimensionnel apte à stabiliser l'implant en traction et en rotation après ostéointégration. Afin de favoriser l'ostéo-intégration les bandes de la- melles peuvent contenir du phosphate de calcium et recevoir, soit préalablement à leur fixation sur l'implant, soit après cette installation, un traitement chimique et mécanique apte à créer à leur surface des micro-pores par lesquels émerge le phosphate de calcium sous forme cris- talline. Cet aspect de surface est connu pour accélérer la colonisation desdits micro-pores par les ostéoblastes.
DESCRIPTION DES DESSINS -- La figure 1 représente une vue en perspective d'une bande de lamelles selon l'invention. - La figure 2 représente un exemple d'intégration d'une bande de lamelles selon l'invention sur un implant endoosseux. La figure 3 est un détail de la figure 2 montrant le mode de fixation de la bande de lamelles sur l'implant. - La figure 4 représente la flexion des lamelles lors de l'introduction de l'implant dans le tissu osseux. - 5
- La figure 5 précise les caractéristiques géométriques essentielles des lamelles en regard de leur mode de flex:_on. - La figure 6 est un tableau présentant des combinaisons géométriques avantageuses. - La figure 7 représente un mode de réalisation avantageux de l'invention sous forme de bandes étroites. - La figure 8 est un exemple de combinaison de lamelles en vue de former une plaque d'ostéo-intégration selon l'invention. - La figure 9 est un exemple de réalisation dans lequel les lamelles présentent des profils complémentaires sur leurs deux faces latérales de sorte à faciliter leur assemblage en décalage longitudinal. - La figure 10 est un exemple d'assemblage de bandes de lamelles présentant des profils latéraux complémentaires décalés. - La figure 11 est une illustration d'un mode de réalisation clans lequel des lamelles individuelles sont rapportées sur un socle.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION la figure 1 représente une bande de lamelles (1) selon l'invention. Celle-ci comprend un socle (2) permettant de fixe:: ladite bande à la surface d'un implant endo osseux. Une puralité de lamelles (3) emerge de ce socle (2). De telles bandes peuvent être fixées à la surface d'un implant endoosseux (50), figure 2, soit directement sur la surface de celui-ci, soit dans des logements (51) pratiqués spécialement à cet effet dans des zones appropriées de l'implant. L'épaisseur du socle (2) peut être choisie de manière à adpater la rigidité de la bande (1). La bande peut être rendue solidaire de l'implant par diverses méthodes connues de l'homme du métier. Compte tenu de la nature thermoplas- -6- tique de la matière constituant la bande (1) celle-ci sera avantageusement rapportée par soudure, par exemple, le long d'une ligne de soudure (52) dans le logement (51), figure 3. Une telle soudure peut être facilement réalisée à l'aide d'un fer à souder capable de chauffer la zone à une température supérieure à la température de fusion de la matière constituant la bande (1), soit environ 400 C si celle-ci est constituée d'un liant polyétheréthercétone (PEEK). La fixation de la bande (1) sur l'implant (50) peut éga- lement être sécurisée par d'autres éléments de fixation tels que des clous (53), ceux-ci étant constitués avantageusement du même polymère bio-intégrable que la bande (1). Avantageusement la bande de lamelles (1) est constituée d'un matériau disponible commercialement sous le nom de BIOPIK et dont la constitution est décrite dans la de-mande de brevet FR2848856 au nom de la demanderesse. Ce matériau consiste en un matériau composite comprenant un liant thermoplastique, idéalement une résine thermoplas- tique sem__-cristalline telle que du PEEK ou du polyphénilène su-_ph.one (PPS), et une charge de phosphate de calcium, associé à un traitement chimique et mécanique visant à faire apparaître des micro-pores en surface par les-quels émerge le phosphate de calcium sous forme cristal- line. Ces caractéristiques favorisent l'ostéo-conductivité, Ainsi il est possible de profiter des qualités d'ostéoconductivité de ce matériau sur n'importe quel type d'implant endo-osseux, que celui-ci soit constitué d'un polymère ou d'un matériau métallique tel que du titane ou de l'acier inoxydable. Au delà de l'avantage procuré par leur capacité d'ostéointégration, les lamelles (3) favorisent un accrochage mé- -7 canique primaire de l'implant dans le tissu osseux. L'épaisseur ou le diamètre de l'implant mesurés au sommet des lamelles étant supérieur au diamètre ou à la largeur du logement de l'implant dans le tissu osseux. Les lamelles von: alors fléchir lors de l'introduction de l'implant dans ce logement (30), figure 4. Comme l'extraction de l'implant implique la flexion des lamelles en sens inverse, celles-ci stabilisent l'implant dans son logement osseux avant que l'ostéo--intégration ne se soit produite même en l'ab- sence de ciment. Selon une caractéristique aventageuse de l'invention, les lamelles (3) sont jointives sur leur extrémité libre sous l'effet de la flexion. Elles présentent ainsi vis à vis de la paroi osseuse du logement (31), une surface de contact continue comprenant de petites irrégularités correspon-dant au profil dessiné par les extrémités des lamelles ainsi fléchies. La hauteur de ces irrégularités est définie notamment par le profil de l'extrémité des lamelles. Par exemple, celles-ci peuvent, selon une variante (3bis), présenter un chanfrein à leur sommet. Ce profil permet d'accroître la surface de contact avec le tissu osseux au niveau des parois du logement (31) et de réduire la hauteur des irrégularités. Dans ces condition l'ostéo-intégration se pro-duit d'une part par la colonisation cellulaire des micro- pores des lamelles le long de la surface de contact avec la paroi du logement osseux, puis par la colonisation des irrégularités ce qui conduit à un accrochage très fort des lamelles et par suite de l'implant. Afin que cette ostéo-instégration puisse se produire, l'im- plant doit être stable dans son logement, c'est à dire que l'accrochage mécanique doit être suffisant pour éviter des mouvements relatifs entre l'implant et le tissus osseux. -8-
A cette fin, les lamelles doivent être suffisamment rigides, pour notamment éviter, par cette rigidité, que l'ex-t=raction de l'implant ne puisse s'effectuer par une flexion inverse des lamelles au niveau de leur base, l'extrémité restant fixe et les lamelles prenant une déformée en forme de cloche. C'est pourquoi, préférentiellement, les lamelles présenteront. un élancement, rapport entre l'epaisseur (e) et la hauteur (h) de chaque lamelle, figures 5 et 6, qui n'est pas inférieur à 1/20ème Toutefois des lamelles pré- sentant un rapport d'élancement inférieur peuvent être avantageuses pour procurer une interface résiliente dans certaines zones de contact de l'implant avec le tissu osseux. Cette configuration peut être avantageuse lorsque la constitution de l'implant est telle que son module d'élasticité est très différent de celui du tissu osseux, ce qui est le cas lors de l'emploi d'implants métalliques. Ces différences de réponse élastique de l'implant et du tissu osseux entraînent des incompatibiltés de défcrmation entre l'os et l'implant, incompatibilités de déformation qui donnent naissance à des sur-contraintes au niveau de l'interface d'ostéo-intégration (31). De telles incompatibilités de déformation peuvent être encaissées par la flexibilité des lamelles. Ainsi des lamelles rigides et des lamelles flexibles peuvent être combinées sur le même implant afin d'ajus- ter la réponse mécanique de celui-ci. Selon un autre mode de réalisation les bandes de lamelles, prennent la forme de bandes étroites (10), semblables à des peignes, figure 7. De telles bandes comprennent un socLe étroit (20) duquel émerge une pluralité de lamelles (3).
Avantageusement, le socle peut être rendu plus flexible par des fentes (21) régulièrement espacées et s'étendant perpendiculairement à la base du socle sur une hauteur inférieure à la hauteur dudit socle. De telles bandes de la- -9- melles peuvent s'adapter facilement à toute forme de sur-face avec ou. sans logement spécifique. Elles peuvent aussi s'assembler en les accollant les unes aux autres de manière à former des plaques. Selon une caractéristique avan- tageuse, les bandes (10) assemblées pour former de telles plaques d'ostéo-intégration, peuvent être positionnées en décalage relatif les unes par rapport aux autres de sorte à former après flexion des lamelles un motif de surface bidimensionnel, figure 8. Ce motif, après comblement des irrégularités de surface par les cellules osseuses per-met de stabiliser l'implant vis à vis des sollicitations combinées de type traction-torsion. Afin de faciliter ce positionnement décalé, figures 9 et 10, les bandes de lamelles (10) peuvent présenter une forme apte à favoriser ce postionnement. Selon ce mode de réalisation, figure 9, une bande de lamelles (11) comporte deux faces latérales (110, 111). Ces faces latérales décrivent le profil de la même courbe mathématique, mais dé-calée, d'une valeur définie. Par exemple l'une des face (110) se présente comme un arc d'éllipse convexe, présentant son apogée centrée sur l'axe (A). L'autre face latérale (111) prend la forme concave de la même ellipse mais dont l'apogée est centrée sur l'axe (B) décalée de l'axe (A). Ainsi lorsque deux lamelles de ce type sont mises en contact l'ur..e de l'autre elles se trouvent naturellement décallées de la valeur du décalage des axes (A) et (B). Si une autre bande de ce type est associée à ce premier assemblage, alors elle subira le même décalage, dans le même sens. C'est pourquoi il est avantageux de produire également des bandes (12) dont les profils latéraux suivent le même type de courbe mais dont le décalage des faces est inverse par rapport à celui des premières bandes (11). Ainsi en associant les deux types de bandes (11, 12) il est pos- -10-
sable d'obtenir toute forme de plaque tout en conservant un décalage entre les lamelles. L'exemple est ici illustré sur des courbes simples mais l'homme du métier comprendra que de nombreux profils peuvent être utilisés, no- tamment des profils sinusoïdaux déphasés sur chaque face. De telles bandes de lamelles peuvent être obtenues par moulage mais peuvent aussi être obtenues par une fabrication séparée des socles (200) et des lamelles (300), figure 11. Dans ces corditions il devient possible d'ajuster toutes les caractéristiques de chaque bandes, pour réponde aux mieux aux caractéristiques de l'implant à partir d'éléments standards sous forme de socles et de lamelles. Il devient notamment possible d'ajuster la hauteur des lamelles sur une même bande.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    - 1. Une bande de matériau thermoplastique bio-intégrable (1,10,11,12)pour être fixée sur un implant endo-osseux (50) caractérisée en ce qu'elle comporte une plura- lité de lamelles flexibles (3).
  2. 2. Une bande selon la revendication 1 caractérisée en ce que les caractéristiques géométriques de hauteur (h), d'épaissuer (e) et de pas (p) des lamelles (3) sont telles que les extrémités libres desdites lamelles sont jointives sous l'effet de leur flexion lors de l'introduction dans le tissu osseux (30) de l'implant (50), sur lequel les bandes sont fixées.
  3. 3. Une bande selon la revendication 2 caractérisée en ce que les lamelles (3) ont une hauteur (h) comprise entre 10 et 20 fois leur épaisseur (e) et un pas (p) compris entre 1,2 et 2 fois leur épaisseur (e)
  4. 4. Une plaque d'ostéo-intégration (40, 41) pour être fixée sur un implant endo-osseux (50) caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une juxtaposition de bandes (10,11,12' selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  5. 5. Une plaque selon la revendicattion 4 caractérisée en ce que les bandes (10,11,12) la constituant sont dé-calées longitudinalement de sorte à former après flexion un motif de relief de surface apte à stabiliser l'im-plant en rotation et en translation après ostéo-intégration
  6. 6. Une plaque selon les revendications 4 ou 5 caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un liant thermoplastique biocompatible comprenant du phosphate de calcium et comportant en surface des micro-pores par lesquels émerge le phosphate de calcium sous forme cristalline.
  7. 7. Un procédé de création d'une surface d'ostéo-intégration-12- à la surface d'un implant (50) endo-osseux caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à rapporter à la surafce de l'implant une plaque selon l'une quelconc_ue des revendications 4 à 6 (40,41).
  8. 8. Un procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que la fixation de la plaque fait intervenir une sou-dure (52).
  9. 9. Un implant endo osseux caractérisé en ce qu'il comporte au moins une bande de lamelles (1,10,11,12) se- lon les revendications 2 ou 3
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