LU85727A1

LU85727A1 - Prothese articulaire et outil destine au montage de celle-di

Info

Publication number: LU85727A1
Application number: LU85727A
Authority: LU
Inventors: Professeur Andre Vincent; Docteur Everard Munting
Original assignee: Professeur Andre Vincent; Docteur Everard Munting
Priority date: 1985-01-11
Filing date: 1985-01-11
Publication date: 1986-08-04
Also published as: EP0207985A1; DE3670440D1; EP0207985B1; JPH053306B2; WO1986003962A1; US5007935A; JPS62502169A

Description

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P.UCL15/LU

PROTHÈSE ARTICULAIRE ET OUTIL DESTINÉ AU MONTAGE DE

CELLE-CI.

La présente invention concerne une prothèse articulaire, notamment une prothèse destines a remplacer 5 l'articulation de la hanche lorsque celle-ci est devenue déficiente par suite de maladie ou de traumatisme.

Elle concerne également un outil destiné au montage de ladite prothèse.

. Le remplacement d'une articulation pose le 10 problème complexe de l'implantation d'un matériau étran ger dans le corps humain, destiné à rendre une fonction perdue suite à un traumatisme ou une maladie. Cependant, les arthropiasties présentent de nombreuses difficultés, notamment en ce qui concerne les résultats à long terme. 15 Malgré l'excellente fonction obtenue à court terme, les , études portant sur une période d'implantation de IC ans révèlent que le déscellement c'ur. ou des ceux composants - d'une prothèse articulaire de la hanche survient dans plus de 35 % des cas. Cr.et les sujets opérés avant l'âge 20 de 30 ans, le taux de descellement atteint jusqu'à 57 % dans les cinq années qui suivent l'intervention et occasionne une impotence fonctionnelle majeure et ces douleurs extrêmement invalidantes. Cette situation impose une réintervention chirurgicale longue et délicate qui 25 nécessite une hospitalisation et une rééducation prolongée dont les résultats restent incertains.

Par ailleurs le vieillissement de la population entraîne l'augmentation de la durée d’utilisation * des prothèses implantées. Ce dernier point revêt une 30 importance croissante avec les indications ce due en plus précoces de la chirurgie prothétique ce la hanche.

Les difficultés mentionnées ci-dessus résultent d'une part d'une tolérance insuffisante par 1'organisme du corps étranger qu'est la prothèse. Par ail-35 leurs, la résistance à la corrosion et à l'usure n'est pas toujours satisfaisante et les propriétés mécaniques, notamment les propriétés élastiques du matériau utilisé ! ne correspondent pas à celles de l’es remplacé. Il en 2 ' résulte inévitablement des concentrations de contraintes à l’interface des deux matériaux os-prothèse. Cette situation entraîne inéluctablement des microfractures de fatigue qui sont un des facteurs de déscellement à long 5 terme. D’autre part, on a constaté que l’os qui est un tissu vivant réagissant aux modifications artificielles des contraintes qui lui sont imposées par un remaniement de la structure osseuse est susceptible c’entraîner un . déscellement secondaire de la prothèse.

10 En outre, la fixation de la prothèse par un ciment acrylique peut entraîner des effets secondaires et la fixation par envahissement d’une structure poreuse ou à liaison d’interface se heurte aux difficultés de l’exacte adaptation de la prothèse au site receveur.

15 Généralement, la porosité insuffisante et la rigidité excessive du matériau envahi compromettent la solicité et la durabilité ce la liaison.

Le but principal ce la présente invention vise donc à fournir une prothèse articulaire assurant une 20 fonction non limitée dans le temps.

Un autre but de la présente invention vise à fournir une prothèse articulaire dont la bonne tolérance à court et à long terme par l’organisme peut être assurée grâce aux propriétés mécaniques avantageuses.

25 Un autre but de la présente invention vise à fournir une prothèse qui est adaptée à la répartition des contraintes dans l’os concerné.

Finalement, la présente invention vise a four-- nir une prothèse articulaire dont la fixation est assu- 30 rée grâce au contact intime entre le matériau et l’os, fixation qui permet d’obtenir une solicité élevée, même à long terme, de la liaison.

Les buts de la présente invention sont atteints par une prothèse articulaire caractérisée en ce 35 qu’elle comporte une partie articulaire montée sur un implant en contact avec la surface osseuse découverte par une découpe appropriée, ledit implant se prolongeant I car une tige creuse oui traverse au moins tart* eile~s-t TK ' .....

* f 3 l'os découpé et dans laquelle est agencé un élément de serrage lui-même fixé dans l'os. De préférence, la partie articulaire consiste en une sphère emboîtée sur un cône morse qui fait partie de l'implant.

5 Selon une forme d'exécution particulièrement préférée de la présente invention, l'implant consiste en un axe central dont une extrémité comporte un moyen d'assemblage de la partie articulaire avec celui-ci et * dont l'autre extrémité se prolonge par une tige creuse 10 destinée au serrage de l'implant dans l'es au moyen c'ur.

élément de serrage, ledit axe central comportant plu- >«»**- sieurs lamelles. L'extrémité de l'implant opposée à la partie articulaire est avantageusement formée par deux plans perpendiculaires, le prolongement de l'axe central 15 faisant un angle de 30 à *15° avec l'un de ces plans.

Les lamelles sont avantageusement disposées en croisillons ou en ailettes dirigées selon ces ravens.

Avantageusement, l’élément de serrage consiste en une douille assemblée avec le prolongement ce l'im-20 plant, qui comporte à l'extérieur ce l'es, deux pattes ductiles munies d'un trou à paroi en forme de calotte c,s u* recevant des vis correspondantes pour fixer ladite douille à l'os.

Grâce à la prothèse articulaire selon la pr-é-25 sente invention, la partie articulaire est liée à l'os, voL

après que le processus de guérison ait eu lieu, par une 1" région transitionnelle réalisant un véritable oqmoosite avec l'os. Ce composite est constitué d'une part par l'os lui-même et, d'autre part par une phase dispersée 30 constituée par le matériau biologiquement acceptable non résorbable.

Dans la partie articulaire et l'axe central, la densité de matériau biologiquement acceptable est maximale; ledit matériau s'y présente sous forme massive 35 sans aucune porosité. Dans la partie de 1''implant en contact avec l'os, par contre, la densité de ohase du i matériau biologiquement acceptable est minimale et la | porosité est donc maximale. La structure du rr.st^"i»” 9

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biologiquement acceptable est comparable à l'armature d'un béton armé· Elle est réalisée par l'assemblage des lamelles perforées autour d'un axe central massif. Cette ^ structure - éventuellement en nid d'abeille, si les 5 ailettes sont disposées en croisillons - confère à l'implant les propriétés mécaniques recherchées et permet la pousse osseuse dans cette structure.

D'autres détails et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture d’une ferme d'exécution 10 particulière donnée à titre d'exemple. L'exemple décrit ci-dessous fait référence aux figures dans lesquelles: - la figure 1 représente une vue éclatée d'une prothèse articulaire de hanche selon l'invention, - la figure 2 représente une vue en coupe à travers une 15 prothèse articulaire de hanche selon la présente inven- ·: tion, - la figure 3 représente une vue en coupe schématique, analogue à celle de la figure 2, qui montre plus clairement la structure de l'implant, 20 - les figures M, 5 et 6 représentent les lamelles radia les d'un implant selon la présente invention, - les figures 7 à 15 représentent les lamelles transversales d'un implant selon la présente invention, et - la figure 16 représente une vue éclatée d'un outil 25 destiné au montage de la prothèse articulaire selon la présente invention.

Bien aue l'exemple décrit se réfère à une * 4.

prothèse articulaire de hanche, la présente invention n’est certes pas limitée à cette application, mais elle 30 s'étend à toutes les prothèses articulaires entrant dans le cadre des revendications.

Dans les figures, ces repères de référence identiques ou analogues représentent des éléments ou parties identiques ou analogues.

35 En référence aux figures 1 et 2, la prothèse articulaire de hanche comporte une partie articulaire 2, - c’est—a—dire une sc*nere embo3.oee sur un cône morse 3 qui / fait partie dudit implant ** qui est »*- s 5 . surface osseuse découverte par une découpe appropriée, ledit implant se prolongeant par une tige creuse 6 qui traverse partiellement l'os découpé 7 et dans laquelle est agencé un élément de serrage 8 lui-même fixé dans 5 l'os 7-

Ledit implant remplace donc toute la tête fémorale et une partie du coi fémoral. La partie de la prothèse au contact avec la surface osseuse découverte par la découpe de l'extrémité proximale du fémur est 10 formée de deux plans perpendiculaires 10, 11. L'angle formé par ces deux pians est arrondi par un rayon de courbure de 6,35 mm par exemple.

La découpe verticale est avantageusement réalisée perpendiculairement à l'axe du col fémoral. Ceci 15 évite la nécessité d'une prothèse gauche et droite.

Avantageusement, la longueur de l'axe gu plan vertical 10 représente environ 2/3 de la longueur ce l'axe du plan horizontal 11.

Ledit implant’ dont la structure constitue une 20 caractéristique essentielle de la présente invention et qui sera décrit plus en détail ci-dessous se prolonge dans l'os par une tige creuse 6, de préférence hexagonale. Un élément de serrage 6 est emboîté sur ledit prolongement 6 de l'implant. La section hexagonale de la prc-25 longation 6 empêche donc la rotation de la protnèse autour de son axe de fixation 13·

Selon une forme d'exécution préférée ce la présente invention, l'élément de serrage δ consiste en une douille 15 où se loge le prolongement 6 de l'implant 30 4, qui comporte, à l'extérieur de l'os, ceux pattes ductiles, de préférence symétriques 17 munies d'un trou 15 à paroi en forme de calotte recevant ces vis correspondantes 20 pour fixer ladite douille 15 à l'es ?. De préférence, la douille 15 est assemblée avec le prolonge-35 ment 6 de l'implant 4 au moyen d'une vis 21, par l'intermédiaire d'un ressort 23, ladite vis prenant dans le i trou taraudé du prolongement 6. t-L La stabilité initiale de l'implant, c'est-à- a 6 . dire la stabilité avant et pendant la guérison, est une condition de base du succès de l’intervention. Cette stabilité initiale est assurée par ledit élément de serrage qui empêche la rotation de la prothèse autour de 5 son axe et qui maintient celle-ci à l’état serré contre l’os découpé. Le ressort 23 qui s'appuie sur une butée 25 pratiquée dans la douille 15 assure une précontrainte du système lorsqu'il est en place sur le fémur.

Par ailleurs, le rôle de ce système est c'empe-10 cher la tendance à la bascule antéro-pcstérieure de la prothèse sur le fémur lors de l’activité dynamique.

Selon une caractéristique essentielle de la présente invention, l’implant consiste en un axe central 5 dont une extrémité comporte le cône morse 3 destiné à 15 recevoir la partie articulaire 2 et dont l’extrémité opposée se prolonge par la tige creuse 6 destines au serrage de l’implant 4 dans l'es 7 au moyen de l’élément de serrage δ susmentionné, ledit axe centrai 5 comportant plusieurs lamelles (figures 4 à 45) disposées en 20 croisillons.

En variante, ledit axe central n’est muni que de douze à quinze lamelles radiales analogues à celles des figures 4 à 6.

Selon une forme d’exécution, les lamelles 25 disposées en croisillons consistent en 4 lamelles radia- 'ν ίβε (25, 31, 41) entaillées, emboîtées de manière serrée dans des rainures correspondantes pratiquées dans l’axe central 5 et dans des entailles de lamelles transversales. En référence aux figures 3 à 6, on constate que la 30 lamelle radiale 26 correspond à le surface situes au-dessus de l’axe central 5 représente a la figure y. De manière analogue la lamelle radiale 3' correspond à la surface inférieure de l’implant de cette meme figure. La lamelle radiale 41 est exécutée en ceux exemplaires et 35 elle se situe perpendiculairement au plan ce ta figure 3 de chaque côté de l’axe central 5· Les reperes de refs-. renee 27, 33 et 43 représentent les profondeurs d’encas-•i trement des lamelles dans l’axe central 5- _·& profondeur 7 ft d'encastrement est avantageusement de l'ordre de 1 mm, par exemple dans le cas d'une prothèse articulaire de la hanche. Les entailles représentées par des traits gras dans les figures 4 à 6 correspondent aux diverses lamel-« 5 les transversales référencées dans les figures 7 à 15-

Ces mêmes lamelles transversales sont également représentées et référencées à la figure 38. Dans les figures 7 à 15, les traits gras qui représentent des entailles sont référencées par les repères qui correspondent aux lanel-10 les radiales.

Les lamelles transversales sont percées d'ur. trou de dimension relativement grande, réservé au passage de l'axe central. Ce trou est référencé par le repère 5, bien que la dimension puisse varier au long de ce dit 15 axe central 5.

Les lamelles présentent ce multiples perforations d'un diamètre de l'ordre de C,5 à 2 mm. La plus grande densité de perforations se situe dans la région la plus proche des surfaces osseuses tandis que les 20 lamelles proches du cône morse n'en présentent pratiquement plus.

Cet assemblage présente déjà par lui-même une grande stabilité, notamment lorsque les entailles sont effectuées avec précision et crue l'assemblage est se 25 rant. La structure ainsi réalisée, qui est avantageusement constituée par du titane subit alors un traitement thermique de frittage sous vide, pendant 2 heures, à une température de 1300 °C et sous une dépression de* 10~ '

Pa. Une soudure par diffusion au niveau de toutes les 30 surfaces de contact des lamelles entre elles et avec l'axe central se réalise durant le processus ce fritta-ge. Il en résulte une structure en nie d'abeille. extrêmement solide malgré sa faible densité globale.

De préférence, la nature du matériau biologi-25 quement acceptable qui forme la structure ce la prothèse est du titane pur à SS,99 % Ce matériau est choisi pour i sa compatibilité parfaite avec les tissus osseux.

On peut avantageusement recouvrir ladite f

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8 • structure métallique d’une pellicule de verre pulvéru lent biologiquement acceptable qui adhère au métal grâce à un liant approprié. Par ailleurs, on peut, en vue d'encore améliorer les propriétés mécaniques de cette 5 structure et de permettre la pousse osseuse dans ladite structure, introduire de la céramique de phosphate tri-calcique dimensionnée de manière correspondante dans l'armature métallique.

Avantageusement, le diamètre des pores de la 10 céramique de phosphate tricalcique a une valeur moyenne comprise entre 200 et 500 microns. Une propriété essentielle de cette céramique est son caractère résorbable par les tissus vivants avec lesquels elle est mise en contact après l'implantation. De cette manière, on favo-15 rise la pousse osseuse dans la structure métallique de renforcement. Au contact de i'cs, la céramique résorbée est remplacée par du tissu osseux. A terme, on obtient donc un matériau composite dont le matériau biologiquement acceptable est constitué par les lames ce titane et 2G dont le matériau biologique est constitué par du tissu osseux vivant venu graduellement remplacer la céramique résorbable et dont l'adhésion au métal est assurée par la couche de verre biologiquement acceptable.

Un autre aspect ce la présente invention four-25 nit un outil destiné au montage dprécis de la prothèse, lors de l'intervention chirurgicale.

En référence à la figure 16, ledit outil se compose d'un guide de scie en forme ce Y 71, d'un organe de fixation et de réglage du guide de scie 73 et d'un 30 gabarit 75 pour forer le trou permettant le passage du prolongement 6 de l'implant dans l'os.

Avantageusement, le guide de scie en forme de ' Y 71 est constitué par deux parties séparables dont la première partie affecte globalement la forme d'un Y 77 i 35 dont le montant est pourvu d'une rainure permettant le ; passage d'une vis de réglage pour la fixation de celui- i \ ï I ci a l'organe de fixation, et d’une partie affectant I JL globalement la forme d'un Y 79 oui c°ut S*re \ à » 9 * dans la partie supérieure du Y 77 en formant deux fentes substantiellement .orthogonales destinées au guidage de la scie, qui se croisent en un trou ayant un rayon légèrement supérieur au rayon de courbure qui forme l'arror.-5 di entre les deux plans de coupe de l'os. L'organe de fixation et de réglage du guide de scie 73 comporte un rail de guidage du guide de scie 71 qui peut être fixé au moyen d'une vis 80, et peut être fixé scr.mairer.ent à l'os par une vis 81 logée dans un trou médian supérieur 10 82, éventuellement par l'intermédiaire d'un ressort 83, et peut être solidarisé plus rigidement à l'os au moyen de trois vis 85 traversant trois trous 87 pour le réglage fin de l'orientation dudit guide de scie.

Eventuellement, le trou à l'intersection des 15 deux fentes 71 peut être obturé par une douille 89 cui forme un guide de préforage et de centrage pour une broche métallique servant de guide à une mèche creuse concentrique qui permettra de former ledit rayon ce courbure.

20 Le gabarit 75 comporte un trou 76 qui permet de guider la mèche de forage destinée à créer le trou dans l'os destiné au passage du prolongement de l’implant et de la douille de l'élément de fixation.

Il est bien évident que d'autres formes c'exé-25 cution de cet outil, qui entrent dans le cadre ces revendications sont également possibles et que l'invention n'est pas limitée a la forme d'exécution décrive.

D'autre part, il est bien évident que l'invention n'est pas limitée aux formes d’exécution décrites 30 de la prothèse et qu'une simplification ce celle-ci ; entre toujours dans le cadre de la protection définie | dar les revendications.

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Claims

1. Proth.èse articulaire caractérisée en ce qu’elle comporte une partie articulaire (2) montée sur un implant (4) en contact avec la surface osseuse décou-5 verte par une découpe appropriée, ledit implant (4) se prolongeant par une tige creuse (6) qui traverse au moins partiellement l’os découpé (7) et dans laquelle est agencé un élément de serrage (3 ' lui-même fixé dans l’os (7). 10

2.Prothèse articulaire selon la revendication 1 caractérisée en ce que la partie articulaire (2) consiste en une sphère emboîtée sur un cône morse (3) cui fait partie de l’implant (4).

3· Prothèse articulaire selon l’une quelconque 15 des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que l’implant (4) consiste en un axe central (5; dont une extrémité comporte un moyen d’assemblage ce la partie articulaire avec celui-ci et dont l’autre extrémité se prolonge par une tige creuse (6) destinée au serrage de l’im-20 plant (4) dans l’os (7) au moyen d’un élément ce serrage (8), ledit axe central (5) comportant plusieurs lamelles (figures 4 à 15).

4. Prothèse articulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que 25 l’extrémité de l’implant (4) opposée à la partie articulaire (2) est formée par deux plans perpendiculaires, le prolongement de l’axe central (5) faisant ur. ar.gie de 3C à 45° avec l’un deux.

• 5· Prothèse articulaire selon l’une quelconque 30 des revendications précédentes caractérisée en ce que les lamelles sont perforées de multiples trous avant un diamètre compris entre 0,5 et 2 mm, la plus grande densi-" té de perforations se situant ce préférence dans la région la plus proche des surfaces osseuses. 35

6· Prothèse articulaire selon l’une cuelooncue des revendications précédentes caractérisée en ce eue les lamelles sont disposées raidaienent sur ledio axe ^ central (5) (figure 2), de préférence douze à ovL±r.ze lamelles. » 11

» 7· Prothèse articulaire selon l'une quelconque des revendications - 1 à 5 caractérisée en ce que les lamelles sont disposées en croisillons et consistent en des lamelles radiales (25, 31» entaillées, emboî- 5 tées de manière serrée dans des rainures correspondantes pratiquées dans l'axe central (5) et dans des entailles de lamelles transversales (51, 53, 55, 57, 59, 6l, 63, 65 et 67)·

8. Prothèse articulaire selon l’une quelconque 10 des revendications précédentes caractérisée en ce que la structure de l'implant (4) consiste en un matériau de titane pur à 95,95 %

9 Prothèse articulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que 15 l'agencement de lamelles montées sur l'axe central (5) a subi un traitement thermique ce frittage.

9 10 » REVENDICATIONS.

10. Prothèse articulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'agencement de lamelles montées sur l'axe central 20 est revêtu d'une pellicule ce verre biologiquement· accec-table en combinaison avec un liant adéquat.

11. Prothèse articulaire selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la céramique de phosphate tricalcique dimensionnée 25 de manière avantageuse est intégrée dans la structure métallique et est fixée au métal par l'intermédiaire d'une couche de verre biologiquement acceptable.

12. Prothèse articulaire selon l'une cueicon- " que des revendications précédentes caractérisée en ce 3C que la dimension des pores de la eéramieue de orosonate tricalcique est comprise entre 200 et 500 miorers.

13· Prothèse articulaire selon 1'une Quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'élément de serrage (8) consiste en une douille 35 (15) assemblée avec le prolongement (6) de l'imolant U), qui comporte, à l'extérieur de l’os (7), deux nattes ductiles (17) munies d'un trou (19) à paroi en ferme Ide calotte recevant des vis corresoondantes (20 ) r-ou1’ '£> » 12 * fixer ladite douille (15) à l'os (7)-

14. Prothèse articulaire selon la revendication 13 caractérisée en ce que la douille est assemblée avec le prolongement (6) de l'implant (4) au moyen d'une 5 vis (21), par l'intermédiaire d'un ressort (23)-

15- Outil destiné à faciliter le montage d'une * prothèse articulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé en ce cu'il comporte un guide de scie en forme de Y (71), un organe de fixation et de 10 réglage de guide de scie (73) et un gabarit (75) pour forer le trou permettant le passage du prolongement (6) de l'implant ((4).

16. Outil selon la revendication 15 caractérisé en ce que le guide de scie se compose d'un élément 15 principal (77) muni d'une rainure qui permet le réglage et la fixation au moyen d’une vis dans l'organe ce fixa tion (73) et d'un élément en forme ce V cul s'emboîte dans la partie supérieure du Y en formant deux fentes (71), substantiellement perpendiculaires oui se croisent 20 dans un trou ayant un rayon légèrement supérieur au rayon de courbure de la découpe dans l'os (7).

17. Outil selon l'une des revendications 14 ou 15 caractérisé en ce que l'organe de fixation et de réglage du guide de scie (73) comporte un rail de guida- 25 ge du guide de scie (71) et en ce qu'il est muni d’un • trou principal (82) destiné au montage sommaire a l'os, éventuellement par l’intermédiaire d'un ressort* (83), et [ de plusieurs trous secondaires (8?) pour le regiage fin t g i de l'orientation du guide de scie apres sa fixation 30 sommaire. ^____ /t 7- Γ - y