FR3139275A1 - Insert chirurgical - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un Insert chirurgical comprenant une première couche, et une deuxième couche, dans lequel la première couche et la deuxième couche comprennent des orifices ayant une forme octomorphe. Figure de l’abrégé : Figure 9 Figures
Description
La présente divulgation concerne un insert chirurgical, notamment un insert chirurgical comprenant une première couche et une deuxième couche comprenant des orifices de forme octomorphe.
Les traumatismes maxillo-faciaux sont des traumatismes fréquents qui touchent majoritairement les hommes et les jeunes entre 18 et 25 ans. Ils sont principalement dus à des accidents sur la voie publique, aux rixes, à des accidents liés à la pratique du sport, et les accidents domestiques.
Dans les traumatismes maxillo-faciaux, les zones principalement atteintes sont les dents, les os du nez ainsi que la structure orbitaire, qui est atteinte dans plus de 40 % des cas en raison de sa position exposée et de sa très fine épaisseur osseuse. Une fracture de la structure orbitaire peut entraîner des conséquences fonctionnelles. Ainsi, il peut apparaître une incarcération du muscle et/ou de la graisse qui entoure l’œil, provoquant une différence d’élévation entre les deux yeux (diplodie). Elle peut provoquer une compression du nerf infra-orbitaire (V2) qui passe sous la structure orbitaire. Cette compression est responsable de troubles de la sensibilité dans les zones autour de l’œil comme la joue, le nez, les dents et la lèvre supérieure. Elle peut aussi entraîner, dans le cas d’une fracture importante ou d’un effondrement de la structure orbitaire, une énophtalmie, une dystropie du globe oculaire. Enfin, une fracture de la structure orbitaire peut aussi avoir des répercussions esthétiques quand elle est associée à une fracture du rebord orbitaire, du nez ou du corps zygomatique en modifiant les reliefs osseux de la face.
Dans le cas où la fracture du cadre orbitaire est assez importante, il est nécessaire de reconstruire le volume orbitaire. Cette reconstruction doit être rigoureusement respectée car des complications, comme celles mentionnées ci-dessus, peuvent apparaître. Afin que le globe oculaire recouvre son fonctionnement et son positionnement normal, il faut que la reconstruction soit précise et conforme à l’anatomie de l’orbite de la personne atteinte mais nécessite aussi d’être accompagnée d’un repositionnement des tissus mous intra-orbitaires.
L’apparition de la chirurgie assistée par ordinateur a permis de nombreuses avancées dans les cas des fractures nécessitant des reconstructions complexes du volume osseux. Elle permet notamment de pouvoir générer un fichier patient virtuel en trois dimensions reproduisant fidèlement la structure osseuse anatomique spécifique du patient. Il est ainsi possible d’avoir à disposition une base fidèle pour la reconstitution. Elle est particulièrement adaptée pour les reconstitutions de la structure orbitaire, une zone particulièrement complexe du corps humain et très différentes en fonction des individus.
La reconstruction de la structure orbitaire a comme principal objectif de reconstituer la forme et le volume de l’orbite spécifique à l’anatomie de chaque patient. Cependant, la réduction des fragments osseux minces du plancher orbitaire n’est parfois pas suffisante, voire impossible. Il est donc nécessaire de recouvrir ou de combler le défaut pour éviter des complications comme des déplacements des tissus autour de l’œil. Ainsi, l’insertion d’un matériau biocompatible, aussi appelé implant orbitaire, est parfois indiquée en fonction de la taille et de la localisation du défaut afin de soutenir les tissus autour de l’œil et pour remodeler l’orbite. Cet implant orbitaire doit cependant être adapté à l’anatomie de chaque patient afin de fonctionner de manière optimale.
Un premier type d’implant est un implant à plat à mise en forme manuelle. Afin de le réaliser, le chirurgien utilise des répliques du crâne du patient stérilisées en ABS (acrylonitrile butadiène styrène) pour placer et modeler l’implant afin de l’adapter à l’anatomie du patient. Cet implant respecte quasiment totalement l’anatomie du patient et améliore ainsi la précision des réparations chirurgicales. Cependant cette solution nécessite des prérequis : de pouvoir fabriquer et stériliser le crâne du patient en ABS, de déstériliser et de restériliser l’implant, d’avoir le temps pour réaliser cette opération et d’être dans une structure qui a accès à cette technologie.
Une deuxième solution consiste à concevoir des implants pour la plupart des individus en préformant anatomiquement un implant recouvrant le plancher orbitaire et la paroi médiane. Ces implants présentent des dimensions « moyennes », c’est-à-dire, que leurs dimensions ne sont pas spécifiques à un individu mais conviennent aux différentes formes anatomiques de l’orbite. Ces implants sont disponibles dans deux tailles différentes. Ils ont permis une nette amélioration par rapport aux implants standards. Cependant, du fait que les fractures ne sont pas constantes, en volume ou en localisation, et que la forme anatomique de la paroi orbitaire est très complexe, ils ne recouvrent pas parfaitement la paroi orbitaire.
Il existe donc toujours un besoin pour la conception d’un implant orbitaire de forme anatomique couvrant le siège de la lésion adapté à chaque patient produit par prototypage rapide. L’utilisation du prototypage rapide permettra ainsi l’optimisation de la forme de l’implant ainsi que l’optimisation de sa structure interne afin de permettre une meilleure circulation des fluides, une recolonisation osseuse et des propriétés mécaniques de soutien suffisantes.
Il existe aussi un besoin de concevoir un matériau remplissant les critères du cahier des charges d’un matériau utilisé comme substitut osseux mais aussi celles d’un matériau capable de rentrer en contact étroit avec la zone d’implant et d’être utilisé comme matrice de libération de substances.
La présente divulgation vient améliorer la situation.
Selon un premier aspect, il est proposé un insert chirurgical comprenant :
- une première couche, et
- une deuxième couche,
dans lequel la première couche et la deuxième couche comprennent des orifices ayant une forme octomorphe.
- une première couche, et
- une deuxième couche,
dans lequel la première couche et la deuxième couche comprennent des orifices ayant une forme octomorphe.
L’insert chirurgical selon le premier aspect de l’invention présente une architecture interne optimisée pour une meilleure circulation des fluides et la repousse osseuse. La première couche et la deuxième couche permettent à ce que l’insert chirurgical présente des propriétés mécaniques de soutien suffisantes, notamment par une réduction significative des contraintes maximales. Cet insert chirurgical peut être utilisé comme substitut osseux, notamment humain ou à usage vétérinaire. Sa forme générale peut être adaptée pour aboutir à un implant osseux de forme anatomique. Ainsi, il pourra être utilisé pour par exemple remplacer une partie du squelette comme le plancher orbitaire, servir de plaque d’ostéosynthèse ou former une prothèse articulaire.
Cet insert chirurgical, ou implant chirurgical, peut en outre être utilisé pour la chirurgie humaine ou animal, notamment les vertébrés. Il peut être implanté ou remplacer en tout ou partie des structures du corps humain ou animal, par exemple un membre, le crâne, le tronc, etc. Il peut être utilisé notamment dans la chirurgie réparatrice des membres (inférieures et supérieures), de la face (y compris les mâchoires, les dents) ou du tronc (par exemple la colonne vertébrale). Il peut également être employé dans la chirurgie vasculaire, abdominale ou digestive.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
La présente invention porte selon un premier aspect sur un insert chirurgical qui sera décrit par la suite en référence aux figures 1 à 20.
L’insert chirurgical1comprend :
- une première couche11, et
- une deuxième couche12,
dans lequel la première couche11et la deuxième couche12comprennent des orifices111, 121ayant une forme octomorphe.
- une première couche11, et
- une deuxième couche12,
dans lequel la première couche11et la deuxième couche12comprennent des orifices111, 121ayant une forme octomorphe.
On qualifie par « octomorphe » des orifices ayant la forme du chiffre 8, c’est-à-dire une forme allongée avec deux lobes aux extrémités et une partie centrale resserrée.
La forme octomorphe peut être décrite comme composée de deux parties d’extrémité, chacun formée par un cercle de rayon r1. Les deux parties d’extrémités sont reliées entre elles par une partie centrale formée par un congé circulaire de rayon r2de sorte que la largeur de la partie centrale soit inférieure à la largeur des parties d’extrémités égale à 2×r1. Ainsi, le rayon r1est un premier rayon de courbure de la forme octomorphe dans les parties d’extrémité et le rayon r2est un deuxième rayon de courbure de la forme octomorphe dans la partie centrale.
La forme octomorphe peut encore être décrite comme une forme en deux dimensions, oblongue resserrée à la moitié de sa longueur et comprend deux parties d’extrémité et une partie centrale resserrée. La forme octomorphe peut présenter un contour courbé, c’est-à-dire que le contour ne présente pas d’angles. Les deux parties d’extrémité peuvent présenter un premier rayon de courbure r1orienté vers l’intérieur de l’orifice. La partie centrale resserrée peut comprendre une zone centrale présentant un deuxième rayon r2de courbure orienté vers l’extérieur de l’orifice.
Lorsqu’il est mentionné qu’un orifice présente une forme octomorphe, cela signifie qu’une section de l’orifice présente une telle forme. La section généralement considérée est une section parallèle au plan moyen de la surface à partir de laquelle l’orifice s’étend.
On comprendra également comme « orifice de forme octomorphe » un orifice n’ayant pas la forme octomorphe à cause du pavage et du dimensionnement de l’insert. C’est-à-dire que tout orifice issu d’un pavage par des orifices de forme octomorphe suivi d’un rognage à la forme souhaitée de l’insert, est considéré comme orifice octomorphe.
La forme octomorphe peut comprendre un centre de symétrie dans la partie centrale resserrée. La forme octomorphe peut présenter deux axes de symétries perpendiculaires l’un à l’autre.
On peut définir plusieurs paramètres afin de caractériser les couches11, 12et les orifices111, 121:
-r 1 le premier rayon de courbure,
-r 2 le deuxième rayon de courbure
-L o la longueur totale de l’orifice111, 121,
-ℓ o la largeur totale de l’orifice111, 121,
-ℓ c la largeur centrale de la partie centrale de l’orifice111, 121,
-hl’épaisseur de l’insert chirurgical1,
-Lla longueur du plus petit côté des première et deuxième couche11, 12,
-φla porosité d’une couche étant le rapport entre la surface occupée par les orifices111, 121de la couche et la surface totale de la couche11, 12,
-ela distance minimale entre deux orifices111, 121, et
-Fla force appliquée sur l’insert1.
-r 1 le premier rayon de courbure,
-r 2 le deuxième rayon de courbure
-L o la longueur totale de l’orifice111, 121,
-ℓ o la largeur totale de l’orifice111, 121,
-ℓ c la largeur centrale de la partie centrale de l’orifice111, 121,
-hl’épaisseur de l’insert chirurgical1,
-Lla longueur du plus petit côté des première et deuxième couche11, 12,
-φla porosité d’une couche étant le rapport entre la surface occupée par les orifices111, 121de la couche et la surface totale de la couche11, 12,
-ela distance minimale entre deux orifices111, 121, et
-Fla force appliquée sur l’insert1.
La montre un schéma de vue de dessus d’un orifice111, 121de forme octomorphe. Ainsi, on comprend par longueur une dimension prise dans une direction s’étendant entre les deux lobes, la direction correspondant notamment à un des axes de symétries si présents. On entend par largeur une dimension perpendiculaire à la longueur. L’épaisseur de l’insert chirurgical est comprise comme une distance entre les deux faces extrêmes de l’insert dans le sens de la superposition des couches. Sans indication contraire, on entend la moyenne de l’épaisseur sur l’insert. La distance entre deux orifices est prise entre les centres de ces orifices.
La longueur totale,L o , peut être comprise entre 200 µm et 50 mm. Dans certains cas (par exemple pour les planchers orbitaires), cette longueur est de préférence de 200 µm à 2 mm. Dans d’autres cas (par exemple pour les plaques d’ostéosynthèse), cette longueur est de préférence de 10 à 50 mm.
Le ratio de la longueur totale,L o , sur la largeur totale,ℓ o , peut être compris entre 1,8 et 2,2, de préférence entre 1,9 et 2,1, de préférence entre 1,95 et 2,05, par exemple 2.
Le ratio entre le premier rayon de courbure,r 1 , et le deuxième rayon de courbure,r 2 , peut être compris entre 1,3 et 1,7, de préférence entre 1,4 et 1,6, de préférence entre 1,45 et 1,55, par exemple 1,5.
Le ratio entre la largeur totale,ℓ o , et la largeur centrale,ℓ c , peut être compris entre 1,3 et 1,7, de préférence entre 1,4 et 1,6, de préférence entre 1,45 et 1,55, par exemple 1,5.
La valeur préférée d'un paramètre dépend du cas étudié et est généralement fonction de la force maximale qui s’exercera sur l’insert1une fois en place et également de la forme générale de l’insert1qui va conditionner la répartition de la contrainte issue du chargement.
Les orifices111, 121de forme octomorphe peuvent être agencés au niveau de la couche11, 12selon un motif particulier. Ce motif peut être choisi parmi un motif triangulaire, un motif carré, un motif hexagonal ou un motif hétérogène. Un motif triangulaire est un motif dans lequel le centre de chaque orifice111, 121se trouve au niveau d’un sommet d’un triangle. Un motif carré est un motif dans lequel le centre de chaque orifice111, 121se trouve au niveau d’un sommet d’un carré. Un motif hexagonal est un motif dans lequel le centre de chaque orifice111, 121se trouve au niveau d’un sommet d’un hexagone. Un motif hétérogène est un motif dans lequel le centre de chaque orifice111, 121est disposé aléatoirement. La répartition des orifices suivant un motif particulier ne présage pas de l’orientation angulaire de chacun des orifices autour de son centre. Ainsi, l’orientation peut être homogène (orientation angulaire identique pour tous les orifices), centrifuge (orientations angulaires différentes pour les orifices de sorte à ce que leurs longueurs soient colinéaires à une ligne reliant le centre de l’orifice au centre du motif) ou hétérogène (au moins deux orifices ayant des orientations angulaires différentes).
Les figures 2, 3, 4 et 5 montrent respectivement un schéma de vue de dessus d’orifices de forme octomorphe agencés selon un motif triangulaire, carré, hexagonal et hétérogène. Dans le cas du motif triangulaire de la , du motif carré de la et du motif hexagonal de la , l’orientation des orifices est homogène.
La porosité des couches11, 12peut être de 0,1 à 0,93, de préférence de 0,4 à 0,8.
Les deux couches sont de préférence parallèles l’une à l’autre.
La porosité d’une couche11, 12ainsi que la résistance mécanique d’une couche11, 12sont deux grandeurs qui évoluent en sens inverses. Lorsque la porosité est comprise dans les intervalles définis ci-dessus, la couche11, 12présente une contrainte limite élastique inférieure à 830 MPa qui est limite conventionnelle d'élasticité (Rp0.2) de l'implant en titane TA6V.
Plus la porosité est grande est plus la structure sera allégée. Par ailleurs, plus la circulation des fluides sera améliorée. La résistance mécanique de l’insert1diminue avec l’augmentation de la porosité.
Les orifices111, 121de forme octomorphe peuvent être agencés au niveau de la couche11, 12et dans au moins une zone de manière parallèle, c’est-à-dire que les 8 formant ces orifices111, 121sont tous orientés dans le même sens dans cette zone. Dans certains cas, tous les orifices111, 121de la couche11, 12sont parallèles entre eux.
L’insert chirurgical1peut en outre comprendre une patte de fixation14s’étendant à partir d’une des couches. La patte de fixation14peut présenter une fixation141de forme oblongue, notamment avec un orifice142également oblong reliée à la première et/ou deuxième couches11,12par une languette143.
L’insert chirurgical1peut présenter des formes différentes, par exemple une forme carrée, une forme ronde ou une forme triangulaire et plus généralement, toute forme physiologiquement compatible avec la reconstruction d’une structure du corps humain.
Les figures 6, 7 et 8 montrent schématiquement une vue de dessus d’un insert chirurgical1respectivement de forme carrée présentant des pattes de fixation au niveau d’un de ses côtés, de forme ronde et de forme triangulaire. L’insert1de forme triangulaire est montré avec deux zones de porosités différentes.
L’insert chirurgical1peut présenter une forme de section de cercle tronqué côté apex. Un tel insert chirurgical est avantageux pour la reconstruction du plancher de l’orbite.
L’insert chirurgical1peut être composé d’un matériau choisi parmi un polymère, un métal, une céramique ou un composite ; ces matériaux étant de grade médical.
Lorsque l’insert1est composé d’un polymère, il peut notamment être composé de polyétheréthercétone, d’acide polylactique ou de leurs dérivés.
Lorsque l’insert1est composé d’un métal, il peut notamment être composé de titane, d’un alliage de titane, d’acier inoxydable, d’un alliage de cobalt (tel que le cobalt chrome), ou de tantale.
Lorsque l’insert1est composé d’une céramique, cette céramique peut être un bioverre ou une biocéramique, notamment biocéramique phosphocalcique, par exemple hydroxyapatite, phosphate tricalcique (TCP) et leurs mélanges.
Lorsque l’insert1est composé d’un composite, il peut notamment être composé d’un ciment osseux.
De manière générale, l’insert chirurgical1selon l’invention peut être réalisé à partir d’un scanner patient. Par exemple, il peut être composé d’un matériau polymère, métallique ou biocéramique avant d’être recouvert par un ciment osseux ou être constitué exclusivement d’un ciment osseux par prototypage rapide. L’insert1est ensuite lavé pour éliminer toutes traces résiduelles : il est lavé à l’éther puis à l’eau avant d’être mis à sécher dans l’étuve à 37° C durant 24 h. Si un principe actif veut être ajouté, l’insert1qpeut être mis en contact avec un médicament avant implantation pour sa bio-fonctionnalisation.
Selon un mode de réalisation, le rapportL/hentre la longueurLdu plus petit côté des première11et deuxième couches12et l’épaisseurhde l’insert chirurgical1est choisi supérieur à 20.
Aussi, l’épaisseurhde chaque couche peut vérifier la relation :
où l est la largeur maximale de l’insert chirurgical et L la longueur maximale de l’insert chirurgical.
Dans la suite, nous décrirons les valeurs des paramètres dans le cas où le ration L/h est supérieur à 20.
Le premier rayon de courbure peut être supérieur ou égal au premier rayon de courbure minimalr 1, min de 345 µm et peut être inférieur ou égal au premier rayon de courbure maximalr 1, max défini par Math. 2.
oùSest la surface totale de l’insert1,φest la porosité totale de l’insert1, et N le nombre de pores octomorphes d'une couche.
Lorsque le premier rayon de courbure est compris dans les bornes définies ci-dessus, il permet une bonne ostéogenèse, c’est-à-dire qu’il permet la formation et le développement d’os au niveau duquel il est inséré. La borne inférieure a été déterminée par la mécanique des fluides, elle est en accord avec les orifices utilisés classiquement dans les biocéramiques. Pour déterminer la borne supérieure, une étude paramétrique sur 190 cas en faisant varier les dimensions géométriques et les charges appliquées à la cellule unité a été conduite.
La distance minimale entre deux orifices111, 121peut être supérieure ou égale à 100 µm. La distance minimale entre deux orifices111, 121peut être inférieure ou égale à 4 fois le premier rayon de courbure. Si deux orifices111, 121ont une taille différente, alors la distance minimale entre deux orifices111, 121peut être inférieure ou égale à 4 fois le premier rayon de courbure de l’orifice111, 121de plus grande taille. La borne inférieure détermine la charge minimum que l’insert peut supporter. L’intervalle permet d’assurer la circulation des fluides.
L’épaisseurhde l’insert1peut être supérieure ou égale à l’épaisseur minimaleh min 100 µm et peut être inférieure ou égale à l’épaisseur maximaleh max définie par Math. 3.
La seule limite maximale réelle de l’épaisseur de l’insert1est la limite biologique, c’est-à-dire la taille de l’insert1doit être adaptée à la zone dans laquelle il est inséré et au trauma qu’il doit réparer. Cependant, il peut être avantageux que l’insert1reste dans les hypothèses de Kirchhoff-Love. Auquel cas, l’épaisseur maximale doit respecter la relation Math. 3.
La charge admissible est alors définie par la relation Math. 4 dont les paramètres sont donnés dans le tableau 1.
La charge admissible maximale supportée par l’insert1peut être déterminée en utilisant les hypothèses de Kirchoff-Love ainsi que par les paramètres géométriques de l’insert1définis précédemment.
| Paramètre | Désignation | Motif carré | Motif hexagonal |
| A | Coefficient | 1,5 à 1,6 | 1,5 à 1,6 |
| B | Coefficient | 5 à 6 | 4 à 5 |
| k | Coefficient de contrainte admissible | 16000 à 17000 | 13000 à 14000 |
| f(α) | Fonction de corrélation de paramètre α | ||
| α | Angle de l’orifice avec le vecteur de la charge appliquée à l’insert |
La relation entre f(α) et α est présentée dans le tableau 2 suivant :
| α | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
| f(α) | 1 | 1,18 | 1,30 | 1,39 | 1,42 | 1,54 | 1,62 | 1,63 | 1,64 | 1,66 |
Ces valeurs permettent le meilleur compromis entre tailles et répartitions des orifices111, 121. Ces valeurs permettent d’avoir une meilleure circulation des fluides, une meilleure recolonisation osseuse et des propriétés mécaniques de soutien suffisantes.
En ce qui concerne les motifs non-uniforme d’orifices111, 121, l’homme du métier saura effectuer une vérification du comportement mécanique de l’insert1par une analyse numérique finale afin de valider la taille et la répartition des orifices111, 121proposées.
La première couche11peut avoir une porosité supérieure à la porosité de la deuxième couche12. Le ratio de la longueur maximale des orifices111de la première couche11 L 1 et de la longueur maximale des premiers orifices121de la deuxième couche12 L 2 peut être supérieur à 1,4, de préférence il est supérieur à 1,4 et inférieure à 3,2.
La première couche11a comme objectif d’être directement en contact avec la structure osseuse. Ainsi, de préférence, la première couche11est en un matériau biocompatible avec les ostéoblastes pour s’intégrer au tissu osseux sans risque de formation de tissu fibreux. La deuxième couche12a pour objectif de supporter de supporter les tissus ou les organes. Ainsi, de préférence, elle présente une surface lisse et peu poreuse afin d’éviter les infections.
La deuxième couche12peut présenter un détrompeur.
La deuxième couche12peut présenter deux zones, une première zone122avec des orifices1221présentant une première longueur maximaleL 2 et une deuxième zone123avec des deuxièmes orifices1231présentant une deuxième longueur maximale. Le ratio entre la première longueur maximaleL 3 et la deuxième longueur maximaleL 2 peut être compris entre 1,6 et 2, de préférence entre 1,7 et 1,9, de préférence entre 1,75 et 1,85, par exemple 1,8.
Le ratio entre la longueur maximale des orifices111de la première coucheL 1 et la première longueur maximaleL 2 peut être compris entre 1,4 et 1,8, de préférence entre 1,5 et 1,7, de préférence entre 1,55 et 1,65, par exemple 1,6.
Le ratio entre la longueur maximale des orifices111de la première coucheL 1 et la deuxième longueur maximaleL 3 peut être compris entre 2,8 et 3,2, de préférence entre 2,9 et 3,1, de préférence entre 2,95 et 3,05, par exemple 3.
La première zone122avec une plus faible porosité permet d’augmenter la stabilité de l’insert1. Cette zone122plus dense peut aussi être utile pour le chirurgien lorsqu’il place l’insert1dans la zone endommagée. En effet, les orifices octomorphes121ayant une taille plus petite peut servir comme détrompeur pour savoir le sens de positionnement de l’insert1.
Cette structure en bicouche permet aux fluides de circuler facilement au travers de l’insert1afin d’éviter toute stagnation et/ou risque d’infection.
La montre les deux faces d’un exemple d’une telle structure en bicouche. Les figures 10a et 10b montrent respectivement une vue de dessus de la première couche11et une vue de dessus de la deuxième couche12.
La porosité totale de l’insert1est calculée via la formule suivante :
oùφ tot est la porosité totale de l’insert chirurgical1,φ 1 est la porosité de la première couche11,φ 2 est la porosité de la deuxième couche12,S 1 est la surface totale de la première couche11etS 2 est la surface totale de la deuxième couche12. Pour une couche donnée, la porosité est le ratio entre la surface occupée par les orifices octomorphes et la surface totale de la couche.
De préférence, l’insert1présente une porosité totale supérieure ou égale à 0,6 et inférieure ou égale à 0,93. De préférence, l’insert 1 présente un rapport entre la surface totale occupée par les orifices d’une couche et la surface totale de cette couche supérieur ou égal à 0,09 et inférieur ou égal à 0,92.
Lorsque le motif des orifices est un motif hexagonal, le rapport enter la surface totale occupée par les orifices d’une couche et la surface totale de cette couche est supérieur ou égal à 0,111 et inférieur ou égal à 0,923.
Selon un autre mode de réalisation, le ratio L/h est inférieur à 4. Par la suite, les caractéristiques seront décrites dans le cas d’un ratio L/h inférieur à 4. Par ailleurs, les écoulements de fluide sont alors généralement complexes.
La deuxième couche12peut présenter deux zones, une première zone122avec des orifices1221présentant une première longueur maximaleL 2 et une deuxième zone123avec des deuxièmes orifices1231présentant une deuxième longueur maximale. Le ratio entre la première longueur maximaleL 3 et la deuxième longueur maximaleL 2 peut être compris entre 1,6 et 2, de préférence entre 1,7 et 1,9, de préférence entre 1,75 et 1,85, par exemple 1,8.
Une pluralité de séparateurs15peut être disposée entre la première couche11et la deuxième couche12.
Chaque séparateur15peut être sous la forme d’un pilier15. La montre un insert chirurgical en trois dimensions comprenant deux couches séparées l’une de l’autre par une pluralité de piliers de section octomorphe.
Le pilier15peut présenter un axe longitudinal. Cet axe longitudinal peut être droit (figures 12, 14 et 16) ou courbé ( ). Lorsque l’axe longitudinal est droit, il peut s’étendre perpendiculairement à partir du plan moyen formé par la première couche11ou par la deuxième couche12. Il peut aussi s’entendre en formant un angle non droit avec ce plan moyen. Lorsque l’axe longitudinal est courbé, il suit la courbe d’une équation paramétrique entre la première couche11et la deuxième couche12.
Chaque séparateur15parmi la pluralité de séparateurs15peut avoir une section transversale qui présente une forme octomorphe comme décrite précédemment. Ainsi, le pilier15peut être obtenu par translation de la forme octomorphe le long de l’axe longitudinal (figures 12, 16). Alternativement, le pilier15peut être obtenu par une combinaison de translation et de rotation de la forme octomorphe le long de l’axe longitudinal de sorte à conférer à la surface latérale du pilier15une forme hélicoïdale ( ).
Dans le cas d’un pilier15avec une surface latérale de forme hélicoïdale, de préférence, le nombre de rotations de la forme octomorphe entre la première couche11et la deuxième couche12peut être de ¼+k, ½+k, ¾+k ou 1+k, où k est un chiffre supérieur ou égal à 0 ; par exemple 0, 1, 2, 3. Dans le cas où le nombre de rotations est de ¼+k ou ¾+k, cela signifie que l’orientation de la forme octomorphe au niveau de la deuxième couche12est à 90° (270°) de son orientation au niveau de la première couche11. Dans le cas où le nombre de rotations est de ½+k ou 1+k, cela signifie que l’orientation de la forme octomorphe au niveau de la deuxième couche12est à 180° (360°) de son orientation au niveau de la première couche11.
De manière plus générale, dans le cas où le pilier15est choisi comme étant un pilier15de forme hélicoïdale avec un angle de torsion β, ledit angle β peut être compris entre 0 et 180°, de préférence inférieur à 90°.
L’équation paramétrique permettant de concevoir le pilier15de forme hélicoïdale est exprimée ci-dessous.
oùtet β sont exprimés en radians.
Les séparateurs15sont de préférence dimensionnés pour supporter la charge et notamment afin de reprendre un effort normal de compression et résister au flambage.
Afin d’étudier l’influence des différents paramètres des piliers15sur la charge admissible, on définit les paramètres suivants dont les valeurs extrêmes seront déterminées par une analyse paramétrique :
-Hla hauteur du pilier15mesurée comme étant la distance entre la première couche11et la deuxième couche12,
- β l’angle de torsion du pilier15, cet angle est non nul lorsque le pilier15est hélicoïdal,
-θl’angle d’inclinaison du pilier15pour un pilier15droit, et
-Cla courbe d’une équation paramétrique pour un pilier15courbé.
-Hla hauteur du pilier15mesurée comme étant la distance entre la première couche11et la deuxième couche12,
- β l’angle de torsion du pilier15, cet angle est non nul lorsque le pilier15est hélicoïdal,
-θl’angle d’inclinaison du pilier15pour un pilier15droit, et
-Cla courbe d’une équation paramétrique pour un pilier15courbé.
Chaque pilier15parmi la pluralité de piliers15peut présenter une hauteur supérieure ou égale à 3 mm. La hauteur est considérée perpendiculairement au plan moyen de la première ou deuxième couche. La valeur maximaleH max de la hauteur du pilier15peut respecter la formule suivante :
oùF p est la force totale que peut supporter le pilier15pour un pilier15droit, et r1est le premier rayon de courbure.
Le pilier hélicoïdal15peut supporter une charge admissible majorée par un facteurC 2 exprimée par la formule Math. 8.
La montre l’évolution du coefficient de pondération en fonction de l’angle de torsion β. Ce coefficient de pondération peut être déterminé par analyse paramétrique. On constate ainsi qu’au-dessus de 90°, le coefficient de pondérationC 2 augmente fortement.
Dans le cas où le pilier15est choisi comme étant un pilier15d’axe droit avec un angle d’inclinaisonθ, ledit angleθpeut être compris entre 0 et 85°, il est préférable de placer un pilier15en miroir avec un angle contraire afin que le support soit plus efficace. L’angle d’inclinaison est mesuré par rapport à la normale au plan moyen formé par la première ou deuxième couche.
Le pilier d’axe droit peut supporter une charge admissible majorée par un facteurC 3 exprimée par la formule Math. 9.
La montre l’évolution du coefficient de pondérationC 3 en fonction de l’angle d’inclinaisonθ. Ce coefficient de pondération peut être déterminé par analyse paramétrique. On constate que plus l’angle d’inclinaison est élevé, plus la force pondérée augmente.
Chaque pilier15peut comprendre des orifices traversants151au niveau de sa surface latérale ( ). Ces orifices traversants151permettent d’améliorer la circulation des fluides entre la première11et la deuxième couche12. En effet, la présence des piliers15oblige les fluides à les contourner, les orifices151permettent ainsi à ce qu’une partie des fluides passent au travers des piliers15, rendant l’écoulement moins complexe.
Le rapport entre la surface des orifices151transversaux et la surface latérale du pilier15peut être compris entre 0,25 et 0,3.
Comme illustrés sur la , les orifices111, 121de la première couche et/ou de la deuxième couche peuvent présenter une paroi latérale formée dans l’épaisseur de la couche correspondante, et dans lequel la première couche 11 et/ou la deuxième couche 12 comprend des orifices transversaux 112, 124 traversants de section de forme octomorphe telle que décrite précédemment et s’étendant entre la paroi latérale de deux orifices 111, 121 de la couche 11, 12 correspondante. Alternativement, les orifices transversaux 112, 124 peuvent présenter une section circulaire ou ovale.
Le nombre d’orifices transversaux112, 124peut être supérieur ou égal à 4 et inférieur ou égal à 8, par exemple 4, 5, 6, 7 et 8
Dans le cas où, comme dans l’insert1en trois dimensions, l’épaisseur de l’insert1est de l’ordre de grandeur de la plus petite longueur de l’insert1, il est possible d’ajouter un réseau d’orifice transversaux112, 124de forme octomorphe afin d’aider à la circulation des fluides. Ils sont disposés de manière à connecter les orifices111, 121de la première couche11et de la deuxième couche12entre eux. Le nombre d'interconnexionN i souhaité est quant à lui situé autour de 6 à 8 interconnexions. Le nombre d’interconnexion est définit comme étant le nombre d’orifice transversaux112, 124s’étendant à partir d’un seul orifice111, 121octomorphe de la couche11, 12correspondante. Un nombre trop faible d'interconnexions peut entraîner un « encombrement » créant une surpression dans les orifices111, 121de la première ou de la deuxième couche11, 12et un débit trop important dans les orifices transversaux112, 124. Un nombre trop important d’orifice transversaux112, 124peut augmenter, quant à lui, le risque de multiplication de « canaux morts » en laissant au fluide la possibilité de trouver un trajet nettement préférentiel.
Quand les couches de l’insert comprennent des orifices transversaux112, 124, la section de chaque orifice111, 121de chaque couche11, 12est de préférence supérieure ou égale à 0,7 mm² et inférieure ou égale à 1,2 mm².
La pluralité de piliers comprend de préférence des orifices transversaux au niveau de la surface latérale de l’insert.
L’insert chirurgical peut en outre comprendre une troisième couche13comprenant des orifices131de forme octomorphe telle que décrite précédemment et séparée de la première couche11ou de la deuxième couche12par une pluralité de séparateurs15telle que décrite précédemment ( ).
Le nombre de couches n’est en réalité pas limité et l’insert chirurgical peut comprendre 4, 5, 6, 7, 8, 9, voire 10 couches et même plus si besoin.
Exemple 1 : Insert chirurgical bicouche sans séparateurs
Dans cet exemple, un insert chirurgical1bicouche sera présenté avec deux zones122, 123de porosités différentes dans la deuxième couche12.
Un insert chirurgical1a été réalisé par prototypage rapide. La montre les deux faces de l’insert1et les propriétés de celui-ci sont présentées dans le tableau ci-dessous.
| Propriétés | Valeurs |
| Volume total | 338,96 mm3 |
| Porosité de la première zone122de la deuxième couche12 | 0,431 |
| Porosité de la deuxième zone123de la deuxième couche12 | 0,397 |
| Porosité de la première couche11 | 0,728 |
| Ratio de croissance entre les orifices de la deuxième zone et ceux de la première zone | 1,82 |
| Porosité globale | 0,487 |
| Contrainte maximale estimée | 22,6 MPa |
Les orifices ont les dimensions présentées dans le tableau ci-dessous. Et les propriétés sont présentées dans le tableau 5.
| Partie | Longueur maximale (mm) | Largeur maximale (mm) | Largeur minimale (mm) | Premier rayon de courbure (mm) | Deuxième rayon de courbure (mm) |
| Deuxième couche12, première zone122 | 4,92 | 2,49 | 1,64 | 1,22 | 0,82 |
| Deuxième couche12, deuxième zone123 | 2,70 | 1,37 | 0,90 | 0,67 | 0,45 |
| Première couche11 | 8,01 | 4,05 | 2,67 | 1,99 | 1,34 |
| Propriétés | Valeurs |
| Volume total | 514,13 mm3 |
| Porosité de la première zone122de la deuxième couche12 | 0,100 |
| Porosité de la deuxième zone123de la deuxième couche12 | 0,040 |
| Porosité de la première couche11 | 0,481 |
| Porosité globale | 0,290 |
1: insert chirurgical,
11: première couche,
111: orifices de la première couche,
112: orifices transversaux de la première couche,
12: deuxième couche,
121: orifices de la deuxième couche,
122: première zone de la deuxième couche,
1221: orifices de la première zone de la deuxième couche,
123: deuxième zone de la deuxième couche,
1231: orifices de la deuxième zone de la deuxième couche,
124: orifices transversaux de la deuxième couche,
13: troisième couche,
131: orifices de la troisième couche,
14: pattes de fixation,
15: pluralité de séparateurs, et
151: orifices de la pluralité de séparateurs.
11: première couche,
111: orifices de la première couche,
112: orifices transversaux de la première couche,
12: deuxième couche,
121: orifices de la deuxième couche,
122: première zone de la deuxième couche,
1221: orifices de la première zone de la deuxième couche,
123: deuxième zone de la deuxième couche,
1231: orifices de la deuxième zone de la deuxième couche,
124: orifices transversaux de la deuxième couche,
13: troisième couche,
131: orifices de la troisième couche,
14: pattes de fixation,
15: pluralité de séparateurs, et
151: orifices de la pluralité de séparateurs.
Claims (19)
- Insert chirurgical (1) comprenant :
- une première couche (11), et
- une deuxième couche (12),
dans lequel la première couche (11) et la deuxième couche (12) comprennent des orifices (111, 121) ayant une forme octomorphe. - Insert chirurgical (1) selon la revendication 1, dans lequel la forme octomorphe est une forme composée de deux parties d’extrémité, chacun formée par un cercle de rayon r1; les deux parties d’extrémités étant reliées entre elles par une partie centrale formée par un congé circulaire de rayon r2de sorte que la largeur de la partie centrale soit inférieure à la largeur des parties d’extrémités.
- Insert chirurgical (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le premier rayon de courbure des orifices d’une couche est supérieure ou égale à 345 µm et inférieure ou égale à la formule suivante :
où r1,maxest le premier rayon de courbure maximal des orifices (111) de la première couche (11),Sest la surface totale d’une couche,φest le rapport entre la surface totale occupée par les orifices (111) et la surface totale de la première couche (11) etNest le nombre d’orifices d’une couche. - Insert chirurgical (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le rapport entre la surface totale occupée par les orifices (111, 121) d’une couche (11, 12) et la surface totale de cette couche (11, 12) est supérieur ou égal à 0,09 et inférieur ou égal à 0,92.
- Insert chirurgical (1) selon l’une quelconques des revendications 1 à 4, dans lequel les orifices (111, 121) sont agencés selon un motif choisi parmi un motif carré, un motif hexagonal et un motif hétérogène.
- Insert chirurgical (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la première couche (11) présente une porosité supérieure à celle de la deuxième couche (12).
- Insert chirurgical (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les orifices (111) de la première couche (11) présentent une longueur totale et les orifices (121) de la deuxième couche (12) présentent une longueur totale ; dans lequel le ratio de la longueur totale des orifices (111) de la première couche (11) et de la longueur totale des premiers orifices (121) de la deuxième couche (12) est supérieur à 1,4.
- Insert chirurgical (1) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la deuxième couche (12) présente un détrompeur.
- Insert chirurgical (1) selon la revendication 8, dans lequel le détrompeur est formé de deux zones sur la deuxième couche (12), une première zone (122) avec des orifices (1221) présentant une première longueur totale et une deuxième zone (123) avec des deuxièmes orifices (1231) présentant une deuxième longueur totale ; dans lequel le ratio entre la première longueur totale et la deuxième longueur totale est compris entre 1,6 et 2, de préférence entre 1,7 et 1,9, de préférence entre 1,75 et 1,85, par exemple 1,8.
- Insert chirurgical (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre une pluralité de séparateurs (15) disposée entre la première couche (11) et la deuxième couche (12).
- Insert chirurgical selon la revendication 10, dans lequel l’épaisseurhde chaque couche vérifie la relation :
[Math. 1]
- Insert chirurgical (1) selon la revendication 10 ou la revendication 11, dans lequel chacun parmi la pluralité de séparateurs (15) est un pilier dont la section transversale présente une forme octomorphe telle que décrite dans les revendications 1 à 3.
- Insert chirurgical (1) selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel chacun parmi la pluralité de piliers (15) présente un axe longitudinal formant un angle avec le plan moyen formé par la première couche (11) et la deuxième couche (12) supérieur ou égal à 5° et inférieur ou égal à 90°.
- Insert chirurgical (1) selon l’une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel chacun parmi la pluralité de piliers (15) est hélicoïdal et présente un angle de torsion supérieur à 0° et inférieur ou égal à 180°, de préférence inférieur ou égal à 90°.
- Insert chirurgical (1) selon l’une quelconque des revendications 10 à 14, dans lequel chacun parmi la pluralité de piliers (15) comprend des orifices transversaux (151) au niveau de sa surface latérale.
- Insert chirurgical (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel les orifices (111, 121) de la première couche (11) et/ou de la deuxième couche (12) présentent une paroi latérale formée dans l’épaisseur de la couche correspondante, et dans lequel la première couche (11) et/ou la deuxième couche (12) comprend des orifices transversaux (112, 124) de forme octomorphe telle que décrite dans les revendications 1 à 3 et s’étendant entre la paroi latérale de deux orifices de la couche correspondante.
- Insert chirurgical (1) selon la revendication 15 ou la revendication 16, dans lequel chacun des orifices (111, 121) de chaque couche (11, 12) ont une section supérieure ou égale à 0,70 mm².
- Insert chirurgical (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 17, étant composé d’un matériau choisi parmi un polymère, un métal, une céramique ou un composite.
- Insert chirurgical (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 18, comprenant en outre une patte de fixation (14) s’étendant à partir d’une parmi les premières couches (11, 12).
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Citations (4)
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| US6010336A (en) * | 1994-12-26 | 2000-01-04 | Kyocera Corporation | Living body-supporting member and preparation process thereof |
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2022
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