WO1997012566A1 - Prothese articulaire digitale a axe flottant - Google Patents

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WO1997012566A1
WO1997012566A1 PCT/FR1996/001543 FR9601543W WO9712566A1 WO 1997012566 A1 WO1997012566 A1 WO 1997012566A1 FR 9601543 W FR9601543 W FR 9601543W WO 9712566 A1 WO9712566 A1 WO 9712566A1
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diaphyseal
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spindle
digital joint
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PCT/FR1996/001543
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Jacques Gaidry
Michel Hassler
François Moutet
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Commissariat A L'energie Atomique
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    • A61F2310/00574—Coating or prosthesis-covering structure made of carbon, e.g. of pyrocarbon

Definitions

  • the present invention relates to the field of digital joint prostheses used to replace the metacarpophalangeal and interphalangeal joints.
  • Digital joint prostheses or joint implants have been developed in an attempt to restore the use of the fingers of the hand in people who have suffered trauma or suffer from diseases (for example post-traumatic osteoarthritis, rheumatoid arthritis) leading to progressive deterioration of digital joints, or even their destruction.
  • the ideal prosthesis should allow the characteristic movements of the digital joints to be restored.
  • the main movement authorized by the digital joints is the flexion-extension movement of the fingers.
  • the digital joint has two other degrees of freedom which are used particularly during the flexion-extension movement of the finger: it allows a partial rotational movement of the first phalanx on itself and lateral movement on either side of the axis of the phalanx.
  • the amplitude of the movement according to the two degrees of freedom of lateral movement and partial rotation is variable: for example the metacarpophalangeal joint allows lateral movement of the fingers of variable amplitude according to the subjects and according to the fingers, while the inter-phalangeal joints give lateral displacement of small amplitude in the proximal joints and zero or very weak in the distal joints.
  • the ideal prosthesis should also be strong and wear resistant for the longest possible life. Its action should not be hindered by tissue regrowth. Its implantation should lead to minimal bone resection in order to ensure as much as possible the conservation of the patient's bone heritage. Certain prostheses of the known art make it possible to reproduce all the physiological movements of the digital joints. However, they have certain drawbacks: lack of solidity, blockage of the joint due to tissue regrowth, permanent inflammation due to rejection phenomena.
  • This prosthesis comprises two medullary pieces preferably made of titanium alloy joined by an axis made of biocompatible material and low coefficient of friction (for example in pyrocarbon) free to rotate in a bearing also made of this material.
  • This structure makes it possible to avoid any contact or friction other than between materials with a low coefficient of friction.
  • the association of a material such as pyrocarbon with a metal such as titanium makes it possible to obtain a biocompatible prosthesis, of great robustness and great reliability over time.
  • FR-A-2 680 967 only provides the flexion-extension movement of a digital joint which is the main movement of this joint. It does not allow partial rotational movement of the first phalanx on itself or its lateral movement.
  • This implant being constrained, there is a risk of loosening of one of the diaphyseal tails of the prosthesis, this loosening can occur either between the cement and the bone mass, or between the cement and the tail of the implant. In the absence of a stop, it can occur, during an extension movement, an overshoot of the normal amplitude of this movement that the tendons cannot prevent.
  • the tissue regrowth coming to adhere to the surface of the box that is to say the surface of the unsealed parts of the prosthesis ends up causing the hardening of the flexion-extension movement.
  • document FR-A-2 237 612 discloses a joint prosthesis for the base of a finger which comprises a first part forming a female yoke and a second part forming a male yoke, the two parts being interconnected by a screw passing through the two yokes.
  • This prosthesis therefore ensures the flexion-extension movement of the joint.
  • This prosthesis also provides lateral movement, at least on one side, since the female yoke has a slot having an inclined flank and that a clearance is provided between the hole in the male yoke and the connecting screw.
  • This game also allows a partial rotational movement of the first part on itself.
  • this prosthesis is not completely free during its movement since the slit, which is V-shaped, gradually constrains it.
  • the contact on its stop which is punctual, must cause friction and wear.
  • a prosthesis using the same types of materials as the prosthesis disclosed in document FR-A-2 680 967, but modified to allow the natural movements of a digital joint.
  • the subject of the invention is therefore a digital joint prosthesis comprising:
  • a first piece of biocompatible metal formed from a diaphyseal tail extended by a female yoke with two opposite flanges and each pierced with a hole with an axis transverse to the diaphyseal axis
  • a second biocompatible metal part formed by a diaphyseal tail extended by a male yoke intended to be engaged between the flanges of the female yoke and pierced with a hole with an axis transverse to the diaphyseal axis
  • a spindle having a surface made of biocompatible material and with a low coefficient of friction, connecting the two yokes by passing through said holes
  • a ring known as an internal ring, having a surface made of biocompatible material and with a low coefficient of friction, mounted in force in the hole of the male yoke and constituting an intermediate means for the spindle
  • - elements having a surface made of biocompatible material and with a low coefficient of friction, provided around the holes in the flanges, characterized in that:
  • said elements are two rings, called external rings, force-fitted into the holes in the flanges and also constituting an intermediate means for the spindle,
  • the spaces (or games) thus created between the moving parts allow all the natural degrees of freedom to be found.
  • the radial clearance with which the spindle is provided ensures a function of advancing or retreating of the distal diaphyseal tail combined with a displacement of the center of rotation of the joint up or down during a flexion-extension movement.
  • This radial clearance, associated with the clearance provided between the inner ring and the outer rings, also allows the axial rotation function of the distal tail as well as the lateral clearance function.
  • the chamfers provided on the faces of the intermediate means provide the advantage of reducing the pressures between the inner ring and the outer rings in a position where the lateral clearance is associated to a flexion-extension movement.
  • the spindle is mounted in force in the outer rings and with a radial clearance in the inner ring.
  • the biocompatible metal is preferably based on titanium, for example a biomedical titanium alloy.
  • the spindle, the inner ring and the outer rings preferably have pyrocarbon surfaces.
  • Pyrocarbon can be obtained in the state of deposition on a compatible substrate (generally graphite) by thermal decomposition of a gaseous hydrocarbon.
  • the axes of the diaphyseal tails may, when they are arranged parallel to one another, be offset by a determined distance in order to improve the resemblance to reality.
  • the prosthesis according to the invention may also have means forming a stop to limit the amplitude of the extension movement.
  • These stop-forming means may be constituted by faces of the yokes intended to come into contact with one another for a determined maximum amplitude of the extension movement.
  • Each diaphyseal tail may have at least one longitudinal flat. This allows to better immobilize in rotation the diaphyseal tails in the medullary canals.
  • the metal parts may advantageously have, with the exception of the diaphyseal tails, surfaces of low roughness (for example polished surfaces) coated with a deposit biocompatible, for example a carbon deposition carried out at low temperature.
  • a deposit biocompatible for example a carbon deposition carried out at low temperature.
  • FIG. 2 is a view of the digital joint prosthesis according to the invention, according to section II-II of FIG. 3,
  • FIG. 3 is a partially sectioned side view of a digital joint prosthesis according to the invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the path of the center of rotation on the proximal bone for a natural joint.
  • a digital joint prosthesis according to the invention is shown in Figure 1 in top view, that is to say as if it were implanted in a hand whose top would be looked at.
  • the prosthesis comprises a first piece 10 of biocompatible metal comprising a diaphyseal tail 11 provided with a succession of radial grooves helping to ensure better sealing of the tail in the medullary canal of the bone concerned.
  • Two opposite flats are machined on the diaphyseal tail 11.
  • the tail On the articulation side, the tail is extended by a female yoke 13 with two opposite flanges 14 and 15 (see Figure 2) pierced with holes aligned 1 and 2 with a transverse axis relative to the axis of the diaphyseal tail 11.
  • the prosthesis comprises a second piece 20 of biocompatible metal comprising a diaphyseal tail 21 provided, like the tail 11, with a succession of radial grooves and two opposite flats (only the flat 22 is visible).
  • the tail On the articulation side, the tail is extended by a male yoke 23 pierced with a hole 24 with a transverse axis relative to the axis of the diaphyseal tail 21.
  • a pin 4 provides the connection between the male and female yokes.
  • the spindle 4 is mounted in tight fit in the rings 16 and 17 and is therefore immobilized in rotation and in translation. A judicious choice of dimensions allows the correct distribution of the tightening of the outer rings on the female yoke and of the spindle on the outer rings. This choice can be made and verified without problem by a person skilled in the art.
  • the outer rings 1 and 2, the inner ring 3 and the spindle 4 offer biocompatible surfaces with a low coefficient of friction. These surfaces are advantageously made of pyrocarbon.
  • the pyrocarbon can be obtained in the state of deposition on a graphite substrate as shown in FIG. 2 where the pin 4 has a deposition of pyrocarbon 41 on a cylindrical substrate 42 in graphite.
  • the bore of the inner ring 3 inserted in the hole 24 of the male yoke is of a diameter greater than the diameter of the spindle 4.
  • the radial clearance thus created can vary between 0.5 and 2 mm.
  • lateral play is also provided between the inner ring and the outer rings. This lateral play can be between 0.5 and 2 mm. Thanks to the radial clearance and the lateral clearance, the spindle 4 can move with a certain angular freedom in the bore of the internal ring, without preferential position. In the longitudinal direction, we see that there is a possible piston effect between the parts 10 and 20 of the prosthesis thanks to the radial clearance existing between the spindle 4 and the bore of the inner ring 3.
  • the spindle can be called a floating axis in its housing. It can also be seen that the outer rings serve as stops for the lateral movement of the inner ring. Compared to the digital joint prosthesis described in document FR-A-2 680 967, the lateral support of the male yoke is now carried out by two elements (the outer rings) instead of four (two support cheeks and two flanges reported). The present prosthesis has the additional advantage of requiring fewer components.
  • the outer rings 1 and 2 have chamfers on their faces directed towards the inside of the joint and of inclination such that in extreme positions the friction of the inner ring on the outer rings or surface in order to reduce the pressures.
  • the chamfer angle can be selected from a range from about 5 ° to about 15 °. To get closer to the natural behavior of a digital joint, this chamfer can be made on only one sector to limit the freedom of lateral movement as a function of the amplitude of the flexion-extension movement. The upper limit indicated for the chamfering angle can be increased if it is desired to increase the amplitude of the lateral and axial deflections.
  • Figure 1 shows the prosthesis in a lateral deflection position.
  • Figure 2 shows, seen in cross section along the axis of the spindle, the joint in the rotational position around the axis of the diaphyseal tail of the male yoke.
  • This rotation axial can be provided to be done at a maximum angle of between approximately 5 ° and 15 ° on either side of the neutral position.
  • Figure 3 shows the prosthesis casing in section. It allows to realize the amplitude of the piston movement that can perform the part 20, between a first position sketched in phantom for which the part 20 is stopped in the retracted position by one side of the spindle 4 (position not shown in the figure), and a second position effectively represented in the figure for which the part 20 is stopped in the stretched position by an opposite side of the spindle 4.
  • FIG. 3 shows that a stop has been provided to limit the flexion-extension movement to an amplitude deemed to be maximum.
  • This stop is constituted by faces 18 and 28, respectively 10 and 20 yokes for the extension movement, and by faces 19 and 29 of the same yokes for the bending movement. As an indication, we can limit this movement to an angle of - 5 ° for extension and + 105 ° for flexion.
  • the axis of the holes 16 and 17 of the flanges of the female yoke, and therefore the axis of the pin 4 is offset from the axis of the diaphyseal tail 11 by a distance between 0.5 and 3 mm.
  • the diaphyseal tails 11 and 21 have their axes placed parallel to each other, these axes are not confused but are offset by a height (the joint being viewed from the side in FIG. 3) of between 0.5 and 3 mm.
  • the offset of the axis of the spindle and the offset of the axes of the diaphyseal tails improve the resemblance between the joint prosthesis and the real joint.
  • the prosthesis according to the invention adapts particularly well to all morphologies.
  • the anatomical study of the geometric location of the displacement of the center of rotation of a real digital joint shows that this displacement is not identical from one individual to another.
  • the fact of making the spindle free in the internal ring allows the flexion-extension movement to be carried out freely according to the morphology of each individual, therefore not not subject the prosthesis to additional mechanical stresses.
  • the lower and upper limits of the values given above can be varied to produce, for example, prostheses voluntarily avoiding certain movements depending on the type of disease from which the patient suffers.
  • the diagram not shown in FIG. 3 represents the path from the center of rotation on the proximal bone of a natural joint for three individuals I ⁇ _, I2 and I3.
  • the box is preferably polished to give it low roughness and is coated with a biocompatible deposit, for example a low temperature carbon deposit of PVD (Physical Vapor Deposition) type. This prevents adhesion to the tissue regrowth box.
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • a small articular implant was produced according to the invention.
  • the characteristics of the movements resulting from the different games were as follows: - a flexion-extension movement at an angle of - 5 ° to + 105 °,
  • the resected length is 8 mm.
  • the digital joint prosthesis according to the present invention provides the finger provided therewith with the possibility of placing itself where it wishes in an area limited by stops. As long as we remain in the free zone, there is no constraint on the seals of the tails.
  • the amplitude of freedom of movement makes it possible to tension the corresponding ligaments of the finger during movement so that, when it reaches the stop, part of the stress is absorbed by the ligaments instead of being by the tails.
  • the prosthesis stops allow to compensate.
  • the surgeon may be offered a range of prostheses with different angular amplitudes of freedom.
  • the "dockings" on the stops are brought into contact with almost parallel surfaces causing zero pressure and therefore no wear.
  • it is the finger which guides the prosthesis.
  • the prosthesis which guides the finger.

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Abstract

L'invention concerne une prothèse articulaire digitale comprenant une première pièce (10) pourvue d'une chape femelle (13) articulée sur une deuxième pièce (20) pourvue d'une chape mâle (23) par une broche de liaison (4). Une bague interne (3) et des bagues externes (1, 2) montées sur les chapes assurent des mouvements à frottements réduits avec la broche (4). Des jeux, notamment entre bagues externes (1, 2) et bague interne (3), procurent à la prothèse des possibilités de mouvements conformes à une articulation digitale normale.

Description

PROTHESE ARTICULAIRE DIGITALE A AXE FLOTTANT
La présente invention se rapporte au domaine des prothèses articulaires digitales utilisées pour remplacer les articulations métacarpo-phalangiennes et inter-phalangiennes.
Les prothèses articulaires digitales ou implants articulaires ont été développées pour tenter de restaurer l'usage des doigts de la main chez des personnes ayant subi un traumatisme ou atteintes de maladies (par exemple l'arthrose post-traumatique, la polyarthrite rhumatoïde) conduisant à la détérioration progressive des articulations digitales, voire à leur destruction. La prothèse idéale devrait permettre de restituer les mouvements caractéristiques des articulations digitales. Le principal mouvement autorisé par les articulations digitales est le mouvement de flexion-extension des doigts. L'articulation digitale possède deux autres degrés de liberté qui sont utilisés particulièrement pendant le mouvement de flexion-extension du doigt : elle permet un mouvement de rotation partielle de la première phalange sur elle-même et un débattement latéral de part et d'autre de l'axe de la phalange. Selon l'articulation considérée, l'amplitude du mouvement selon les deux degrés de liberté de débattement latéral et de rotation partielle est variable : par exemple l'articulation métacarpo-phalangienne autorise un débattement latéral des doigts d'amplitude variable selon les sujets et selon les doigts, tandis que les articulations inter-phalangiennes donnent un débattement latéral d'amplitude faible dans les articulations proximales et nul ou très faible dans les articulations distales.
La prothèse idéale devrait également être solide et résister à l'usure pour avoir une durée de vie la plus longue possible. Son action ne devrait pas être entravée par la repousse tissulaire. Son implantation devrait conduire à une résection d'os minimale afin d'assurer autant que possible la conservation du patrimoine osseux du patient. Certaines prothèses de l'art connu permettent de reproduire tous les mouvements physiologiques des articulations digitales. Elles présentent cependant certains inconvénients : manque de solidité, blocage de l'articulation dû à une repousse tissulaire, inflammation permanente due à des phénomènes de rejet.
Les matériaux utilisés pour réaliser ce genre de prothèse ont bien sûr une importance considérable. Les implants en silicone, qui semblaient très prometteurs, se sont révélés finalement décevants avec le temps. Ils sont la cause de rupture d'implants, d'instabilités latérales, de manque de force, de douleurs résiduelles, de réactions pathologiques de l'organisme à cette matière.
On connaît également d'autres prothèses articulaires digitales réalisées à partir de matériaux de natures différentes. Ainsi, J.L. CONDAMINE, J.Y. BENOIT, J.J. COMTET, J.H. AUBRIOT, dans un article paru dans les Annales de Chirurgie de la Main, volume 7, n° 4, 1988, pages 283 à 297 et intitulé "Proposition pour une arthroplastie digitale. Etude critique des premiers résultats" ont proposé des prothèses constituées d'une pièce proximale en acier inoxydable et d'une pièce distale en polyethylene. L'association de matériaux tels que le titane et le polyethylene a également été proposée (voir par exemple FR-A-2 620 932) .
Pour remédier à certains défauts majeurs parmi ceux énumérés ci-dessus, à savoir le défaut de solidité, une insuffisante résistance à l'usure et une mauvaise compatibilité biologique, qui nécessitent une nouvelle intervention chirurgicale, une nouvelle prothèse a été proposée par le document FR-A-2 680 967. Cette prothèse comprend deux pièces médullaires de préférence en alliage de titane réunies par un axe en matière biocompatible et à faible coefficient de frottement (par exemple en pyrocarbone) libre en rotation dans un palier réalisé également en cette matière. Cette structure permet d'éviter tout contact ou frottement autre qu'entre des matières à faible coefficient de frottement. L'association d'une matière telle que le pyrocarbone avec un métal tel que le titane permet d'obtenir une prothèse biocompatible, de grande robustesse et de grande fiabilité dans le temps. La prothèse divulguée par le document
FR-A-2 680 967 n'assure que le mouvement de flexion-extension d'une articulation digitale qui est le principal mouvement de cette articulation. Elle ne permet pas de mouvement de rotation partielle de la première phalange sur elle-même ni son débattement latéral. Cet implant étant contraint, il y a un risque de descellement de l'une des queues diaphysaires de la prothèse, ce descellement pouvant se produire soit entre le ciment et la masse osseuse, soit entre le ciment et la queue de l'implant. En l'absence de butée, il peut se produire, lors d'un mouvement d'extension, un dépassement de l'amplitude normale de ce mouvement que les tendons ne peuvent empêcher. D'autre part, la repousse tissulaire venant adhérer à la surface du caisson (c'est-à-dire la surface des parties non scellées de la prothèse) finit par provoquer le durcissement du mouvement flexion-extension.
On connaît d'autre part, par le document FR-A-2 237 612, une prothèse d'articulation de la base d'un doigt qui comporte une première pièce formant chape femelle et une deuxième pièce formant chape mâle, les deux pièces étant reliées entre elles par une vis traversant les deux chapes. Cette prothèse assure donc le mouvement de flexion-extension de l'articulation. Cette prothèse assure aussi un débattement latéral, au moins d'un côté, puisque la chape femelle possède une fente ayant un flanc incliné et qu'un jeu est prévu entre le trou de la chape mâle et la vis de liaison. Ce jeu permet également un mouvement de rotation partielle de la première pièce sur elle-même. Cependant, cette prothèse n'est pas complètement libre durant son mouvement puisque la fente, qui est en forme de V, la contraint progressivement. De plus, le contact sur sa butée, qui se fait de manière ponctuelle, doit engendrer du frottement et de l'usure.
Afin d'obtenir une prothèse articulaire digitale qui se rapproche le plus possible d'une articulation digitale réelle, on propose, selon la présente invention, une prothèse utilisant les mêmes types de matériaux que la prothèse divulguée dans le document FR-A-2 680 967, mais modifiée de façon à autoriser les mouvements naturels d'une articulation digitale.
L'invention a donc pour objet une prothèse articulaire digitale comprenant :
- une première pièce en métal biocompatible formée d'une queue diaphysaire prolongée par une chape femelle à deux flasques opposés et percés chacun d'un trou d'axe transversal par rapport à l'axe diaphysaire,
- une deuxième pièce en métal biocompatible formée d'une queue diaphysaire prolongée par une chape mâle destinée à être engagée entre les flasques de la chape femelle et percée d'un trou d'axe transversal par rapport à l'axe diaphysaire,
- une broche présentant une surface en matière biocompatible et à faible coefficient de frottement, reliant les deux chapes par passage dans lesdits trous, - une bague, dite bague interne, présentant une surface en matière biocompatible et à faible coefficient de frottement, montée en force dans le trou de la chape mâle et constituant un moyen intermédiaire pour la broche, - des éléments présentant une surface en matière biocompatible et à faible coefficient de frottement, prévus autour des trous des flasques, caractérisée en ce que :
- lesdits éléments sont deux bagues, dites bagues externes, montées en force dans les trous des flasques et constituant également un moyen intermédiaire pour la broche,
- un jeu est prévu entre les bagues externes et la bague interne, - la broche est montée en force dans l'un des moyens intermédiaires et avec un jeu radial dans l'autre moyen intermédiaire,
- des chanfreins sont prévus sur des faces des moyens intermédiaires situées en vis-à-vis pour constituer des surfaces de frottement.
Les espaces (ou jeux) ainsi créés entre les pièces en mouvement permettent de retrouver tous les degrés de liberté naturels. Le jeu radial dont est pourvue la broche assure une fonction d'avancée ou de recul de la queue diaphysaire distale combinée avec un déplacement du centre de rotation de l'articulation vers le haut ou vers le bas pendant un mouvement de flexion-extension. Ce jeu radial, associé au jeu prévu entre bague interne et bagues externes, permet également la fonction de rotation axiale de la queue distale ainsi que la fonction de débattement latéral.
Les chanfreins prévus sur des faces des moyens intermédiaires procurent l'avantage de diminuer les pressions entre la bague interne et les bagues externes dans une position où le débattement latéral est associé à un mouvement de flexion-extension.
Selon une variante de réalisation préférée de la présente invention, la broche est montée en force dans les bagues externes et avec un jeu radial dans la bague interne. Le métal biocompatible est de préférence à base de titane, par exemple un alliage de titane biomédical.
La broche, la bague interne et les bagues externes présentent de préférence des surfaces en pyrocarbone. Le pyrocarbone peut être obtenu à l'état de dépôt sur un substrat compatible (généralement du graphite) par décomposition thermique d'un hydrocarbure gazeux.
Les axes des queues diaphysaires peuvent présenter, lorsqu'ils sont disposés parallèlement entre eux, un décalage d'une distance déterminée afin d'améliorer la ressemblance avec la réalité.
La prothèse selon l'invention peut posséder en outre des moyens formant butée pour limiter l'amplitude du mouvement d'extension. Ces moyens formant butée peuvent être constitués par des faces des chapes prévues pour venir en contact l'une avec l'autre pour une amplitude maximale déterminée du mouvement d'extension. Chaque queue diaphysaire peut posséder au moins un méplat longitudinal. Ceci permet de mieux immobiliser en rotation les queues diaphysaires dans les canaux médullaires.
Afin d'éviter que la repousse tissulaire n'adhère au caisson de la prothèse, les pièces en métal peuvent avantageusement présenter, à l'exception des queues diaphysaires, des surfaces de faible rugosité (par exemple des surfaces polies) revêtues d'un dépôt biocompatible, par exemple un dépôt de carbone effectué à basse température. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue partiellement en coupe et de dessus d'une prothèse articulaire digitale selon l'invention,
- la figure 2 est une vue de la prothèse articulaire digitale selon l'invention, selon la coupe II-II de la figure 3,
- la figure 3 est une vue partiellement en coupe et de côté d'une prothèse articulaire digitale selon l'invention,
- la figure 4 est un diagramme illustrant le trajet du centre de rotation sur l'os proximal pour une articulation naturelle.
Une prothèse articulaire digitale selon l'invention est représentée à la figure 1 en vue de dessus, c'est-à-dire comme si elle était implantée dans une main dont on regarderait le dessus.
La prothèse comprend une première pièce 10 en métal biocompatible comportant une queue diaphysaire 11 pourvue d'une succession de gorges radiales contribuant à assurer un meilleur scellement de la queue dans le canal médullaire de l'os concerné. Deux méplats opposés (seul le méplat 12 est visible sur cette figure) sont usinés sur la queue diaphysaire 11. Côté articulation, la queue est prolongée par une chape femelle 13 à deux flasques opposés 14 et 15 (voir la figure 2) percés de trous alignés 1 et 2 d'axe transversal par rapport à l'axe de la queue diaphysaire 11.
La prothèse comprend une deuxième pièce 20 en métal biocompatible comportant une queue diaphysaire 21 pourvue, comme la queue 11, d'une succession de gorges radiales et de deux méplats opposés (seul le méplat 22 est visible). Côté articulation, la queue est prolongée par une chape mâle 23 percée d'un trou 24 d'axe transversal par rapport à l'axe de la queue diaphysaire 21. Chaque trou 16 et 17 de la chape femelle
13 reçoit, en ajustement serré, une bague (dite bague externe) 1 et 2 respectivement. Le trou 24 de la chape mâle 23 reçoit, en ajustement serré, une bague 3 dite bague interne. Une broche 4 assure la liaison entre les chapes mâle et femelle. La broche 4 est montée en ajustement serré dans les bagues 16 et 17 et est donc immobilisée en rotation et en translation. Un choix judicieux des cotes permet la répartition convenable du serrage des bagues externes sur la chape femelle et de la broche sur les bagues externes. Ce choix peut être effectué et vérifié sans problème par l'homme du métier.
Les bagues externes 1 et 2, la bague interne 3 et la broche 4 offrent des surfaces biocompatibles et à faible coefficient de frottement. Ces surfaces sont avantageusement en pyrocarbone. Le pyrocarbone peut être obtenu à l'état de dépôt sur un substrat en graphite comme cela est montré sur la figure 2 où la broche 4 présente un dépôt de pyrocarbone 41 sur un substrat cylindrique 42 en graphite.
L'alésage de la bague interne 3 inserrée dans le trou 24 de la chape mâle est d'un diamètre supérieur au diamètre de la broche 4. Le jeu radial ainsi créé peut varier entre 0,5 et 2 mm. Comme cela est visible sur les figures 1 à 3, un jeu latéral est aussi prévu entre la bague interne et les bagues externes. Ce jeu latéral peut être compris entre 0,5 et 2 mm. Grâce au jeu radial et au jeu latéral, la broche 4 peut évoluer avec une certaine liberté angulaire dans l'alésage de la bague interne, sans position préférentielle. Dans le sens longitudinal, on voit qu'il existe un effet de piston possible entre les pièces 10 et 20 de la prothèse grâce au jeu radial existant entre la broche 4 et l'alésage de la bague interne 3. La broche peut être appelée axe flottant dans son logement. On constate aussi que les bagues externes servent de butées au déplacement latéral de la bague interne. Par rapport à la prothèse articulaire digitale décrite dans le document FR-A-2 680 967, le maintien latéral de la chape mâle s'effectue maintenant par deux éléments (les bagues externes) au lieu de quatre (deux joues de maintien et deux flasques rapportés). La présente prothèse a comme avantage supplémentaire de requérir moins d'éléments constitutifs.
Tous les mouvements possibles entraînant des frottements sont réalisés entre des éléments présentant des surfaces en pyrocarbone.
Comme cela est visible sur la figure 1, les bagues externes 1 et 2 possèdent des chanfreins sur leurs faces dirigées vers l'intérieur de l'articulation et d'inclinaison telle qu'en positions extrêmes le frottement de la bague interne sur les bagues externes soit surfacique afin de diminuer les pressions. L'angle de chanfreinage peut être choisi dans une gamme allant d'environ 5° à environ 15°. Pour se rapprocher du comportement naturel d'une articulation digitale, ce chanfrein peut être réalisé sur seulement un secteur pour limiter la liberté du mouvement latéral en fonction de l'amplitude du mouvement de flexion-extension. La limite supérieure indiquée pour l'angle de chanfreinage peut être augmentée si l'on souhaite augmenter l'amplitude des débattements latéraux et axiaux.
La figure 1 montre la prothèse dans une position de débattement latéral. La figure 2 représente, vue en coupe transversale selon l'axe de la broche, l'articulation en position de rotation autour de l'axe de la queue diaphysaire de la chape mâle. Cette rotation axiale peut être prévue pour se faire selon un angle maximum compris entre environ 5° et 15° de part et d'autre de la position neutre.
La figure 3 montre le caisson de la prothèse en coupe. Elle permet de se rendre compte de l'amplitude du mouvement de piston que peut effectuer la pièce 20, entre une première position esquissée en trait mixte pour laquelle la pièce 20 est arrêtée en position rétractée par un côté de la broche 4 (position non représentée sur la figure), et une seconde position représentée effectivement sur la figure pour laquelle la pièce 20 est arrêtée en position étirée par un côté opposé de la broche 4.
La figure 3 montre qu'il a été prévu une butée pour limiter le mouvement de flexion-extension à une amplitude jugée maximale. Cette butée est constituée par des faces 18 et 28, des chapes respectivement 10 et 20 pour le mouvement d'extension, et par des faces 19 et 29 des mêmes chapes pour le mouvement de flexion. A titre indicatif, on peut ainsi limiter ce mouvement à un angle de - 5° pour l'extension et + 105° pour la flexion.
Comme le montre la figure 3, l'axe des trous 16 et 17 des flasques de la chape femelle, et par conséquent l'axe de la broche 4, est décalé par rapport à l'axe de la queue diaphysaire 11 d'une distance comprise entre 0,5 et 3 mm. De même, lorsque les queues diaphysaires 11 et 21 ont leurs axes placés parallèlement entre eux, ces axes ne sont pas confondus mais sont décalés d'une hauteur (l'articulation étant vue de côté à la figure 3) comprise entre 0,5 et 3 mm.
Le décalage de l'axe de la broche et le décalage des axes des queues diaphysaires améliorent la ressemblance entre la prothèse articulaire et l'articulation réelle. La prothèse selon l'invention s'adapte particulièrement bien a toutes les morphologies. En effet, l'étude anatomique du lieu géométrique du déplacement du centre de rotation d'une articulation digitale réelle montre que ce déplacement n'est pas identique d'un individu à un autre. Comme il n'est pas envisageable de réaliser des prothèses personnalisées pour chaque patient, le fait de rendre la broche libre dans la bague interne permet au mouvement de flexion-extension de s'effectuer librement suivant la morphologie propre de chaque individu, donc de ne pas soumettre la prothèse à des contraintes mécaniques supplémentaires. On peut faire varier les limites inférieures et supérieures des valeurs données plus haut pour réaliser par exemple des prothèses évitant volontairement certains mouvements en fonction du type de maladie dont souffre le patient.
A titre d'exemple, le diagramme non chffré de la figure 3 représente le trajet du centre de rotation sur l'os proximal d'une articulation naturelle pour trois individus Iτ_, I2 et I3. Le caisson est de préférence poli pour lui conférer une faible rugosité et est revêtu d'un dépôt biocompatible, par exemple un dépôt de carbone basse température de type PVD (Physical Vapour Déposition). Ceci permet d'empêcher l'adhérence sur le caisson de la repousse tissulaire.
La simplification de la méthode d'immobilisation des bagues externes par rapport à la technique connue permet la réalisation d'un caisson moins volumineux et la diminution de la longueur de résection.
Toujours à titre d'exemple, un implant articulaire de petite taille a été réalisé selon l'invention. Les caractéristiques des mouvements résultant des différents jeux ont été les suivantes : - un mouvement de flexion-extension selon un angle de - 5° à + 105°,
- débattement latéral de 5° autour de la position neutre,
- rotation de l'axe diaphysaire de 5° de part et d'autre de la position neutre,
- déplacement longitudinal (de la position rétractée à la position étirée, correspondant au jeu radial) 0,7 mm.
Pour cet implant, la longueur réséquée est de 8 mm.
La prothèse articulaire digitale selon la présente invention procure au doigt qui en est pourvu la possibilité de se placer où il veut dans une zone limitée par des butées. Tant que l'on reste dans la zone libre, il n'y a aucune contrainte sur les scellements des queues. L'amplitude de liberté de mouvement permet de mettre en tension les ligaments correspondants du doigt lors du mouvement de manière, qu'au moment de l'arrivée en butée, une partie de la contrainte est absorbée par les ligaments au lieu de l'être par les queues. Bien entendu, sur des patients dont les ligaments seraient en mauvais état, voire retirés, les butées de la prothèse permettent de suppléer. Suivant l'état des ligaments, il peut être proposé au chirurgien une gamme de prothèses possédant différentes amplitudes angulaires de liberté.
Sur la prothèse selon l'invention, les "accostages" sur les butées sont des mises en contact de surfaces quasi parallèles provoquant une pression nulle et donc pas d'usure. Ainsi, c'est le doigt qui guide la prothèse. Dans le document FR-A-2 237 612 par contre, c'est la prothèse qui guide le doigt.

Claims

REVENDICATIONS
1. Prothèse articulaire digitale comprenant :
- une première pièce (10) en métal biocompatible formée d'une queue diaphysaire (11) prolongée par une chape femelle (13) à deux flasques opposés (14, 15) et percés chacun d'un trou (16, 17) d'axe transversal par rapport à l'axe diaphysaire,
- une deuxième pièce (20) en métal biocompatible formée d'une queue diaphysaire (21) prolongée par une chape mâle (23) destinée à être engagée entre les flasques (14, 15) de la chape femelle (13) et percée d'un trou (24) d'axe transversal par rapport à l'axe diaphysaire,
- une broche (4) présentant une surface en matière biocompatible et à faible coefficient de frottement, reliant les deux chapes (13, 23) par passage dans lesdits trous,
- une bague (3), dite bague interne, présentant une surface en matière biocompatible et à faible coefficient de frottement, montée en force dans le trou (24) de la chape mâle (23) et constituant un moyen intermédiaire pour la broche (14),
- des éléments présentant une surface en matière biocompatible et à faible coefficient de frottement, prévus autour des trous (16, 17) des flasques (14, 15) , caractérisée en ce que :
- lesdits éléments sont deux bagues (1, 2), dites bagues externes, montées en force dans les trous (16, 17) des flasques (14, 15) et constituant également un moyen intermédiaire pour la broche (4) ,
- un jeu est prévu entre les bagues externes (1, 2) et la bague interne (3),
- la broche (4) est montée en force dans l'un des moyens intermédiaires et avec un jeu radial dans l'autre moyen intermédiaire,
- des chanfreins sont prévus sur des faces des moyens intermédiaires situées en vis-à-vis pour constituer des surfaces de frottement.
2. Prothèse articulaire digitale selon la revendication 1, caractérisée en ce que la broche (4) est montée en force dans les bagues externes (1, 2) et avec un jeu radial dans la bague interne (3).
3. Prothèse articulaire digitale selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'axe de la broche (4) est à une distance déterminée de l'axe de la queue diaphysaire (11) de la première pièce (10).
4. Prothèse articulaire digitale selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le métal biocompatible est à base de titane.
5. Prothèse articulaire digitale selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la broche (4), la bague interne (3) et les bagues externes (1, 2) présentent des surfaces en pyrocarbone.
6. Prothèse articulaire digitale selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les axes des queues diaphysaires (11, 21) présentent, lorsqu'ils sont disposés parallèlement entre eux, un décalage d'une distance déterminée.
7. Prothèse articulaire digitale selon l'une quelconque des revendications l à 6, caractérisée en ce qu'elle possède en outre des moyens formant butée pour limiter l'amplitude du mouvement de flexion-extension.
8. Prothèse articulaire digitale selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens formant butée sont constitués par des faces (18, 28; 19, 29) chapes (13, 23) qui sont prévues pour venir en contact l'une de l'autre pour une amplitude maximale déterminée du mouvement de flexion-extension.
9. Prothèse articulaire digitale selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que chaque queue diaphysaire (11, 21) possède au moins un méplat longitudinal (12, 22).
10. Prothèse articulaire digitale selon l'une quelconque des revendications l à 9, caractérisée en ce que lesdites pièces en métal (10, 20) présentent, à l'exception des queues diaphysaires (11, 21), des surfaces de faible rugosité revêtues d'un dépôt biocompatible.
11. Prothèse articulaire digitale selon la revendication 10, caractérisée en ce que les surfaces de faible rugosité sont des surfaces polies.
12. Prothèse articulaire digitale selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisée en ce que le dépôt biocompatible est un dépôt de carbone effectué à basse température.
PCT/FR1996/001543 1995-10-05 1996-10-03 Prothese articulaire digitale a axe flottant WO1997012566A1 (fr)

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EP96933481A EP0855885A1 (fr) 1995-10-05 1996-10-03 Prothese articulaire digitale a axe flottant

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