Brevet FR2319487A1 — publié le 19770225

La présente invention concerne un procédé d'application d'un revêtement métallique poreux sur un substrat métallique. Elle vise également un substrat, tel qu'une valve cardiaque ou autre prothèse comportant un tel revêtement. Il est souhaitable d'obtenir l'ancrage du tissu humain sur certains implants synthétiques introduits dans le corps. Les métaux sont largement utilisés pour des implants très divers tels que valves cardiaques, articulations de la hanche, etc., ce qui oblige à ancrer le tissu humain sur une structure métallique. Les risques de thrombo-embolie font peser une menace permanente sur les patients qui ont subi une intervention chirurgicale pour la mise en place d'une valve cardiaque artificielle. L'expérience clinique montre que les risques de thrombo-embolie peuvent être considérablement réduits dans l'année qui suit l'intervention Si la valve est conçue de façon à favoriser une croissance contrô lée des tissus sur la surface de la valve exposée au flux sanguin. Cela nécessite une surface poreuse. La technique la plus couramment utilisée pour favoriser la croissance des tissus dans le cas d'une valve cardiaque consiste à recouvrir les surfaces de la valve avec un tissu tissé ou tricoté. Toutefois, le tissu fabriqué par un procédé classique a une dura bilité limitée et un minimum d'épaisseur impossible à réduire. On a également essayé de soumettre les valves cardiaques et articulations de la hanche en métal à une vaporisation au chalumeau. Ces procédés consistent à souder une couche de particules à un substrat par vaporisation de fines gouttelettes de métal fondu. Ce procédé ne permet pas d'obtenir l'uniformité désirée d'épaisseur et de porosité pour le revêtement. On obtient généralement une très faible porosité qui est une simple rugosité de surface. En outre, il en résulte généralement des inclusions nocives d'oxydes. Il est également difficile avec de tels procédés, en mettant les choses au mieux, d'appliquer avec un bon résultat un revêtement sur de petites surfaces choisies. Un revêtement d'une épaisseur égale à une couche de particules -ce qui est souvent demandé- est très difficile, sinon impossible à réaliser par ces procédés de vaporisation. Le frittage a également été employé. Il consiste à appliquer des perles de métal dans une bouillie avec un liant. Là encore, l'uniformité d'épaisseur du revêtement obtenu est médiocre et le revêtement de zones prédéterminées est difficile. L'invention a pour but un procédé d'application d'un revêtement métallique poreux d'épaisseur et de porosité uniformes et contrôlées sur un substrat métallique, ce revêtement étant constitué par une ou plusieurs couches de particules métalliques dans lesquelles les particules conservent leur forme et leurs dimensions initiales. Suivant l'invention, le revêtement ainsi obtenu est exempt d'oxydes ou de liants nocifs, on peut l'appliquer de façon bien délimitée sur de petites zones choisies d'un substrat, et il favorise la croissance des tissus dans le cas de prothèses métalliques. Le procédé suivant l'invention consiste à lier intimement une couche de métal poreux à un substrat métallique qui, dans le cas présent, est une prothèse. La couche de métal poreux est plus durable que les revêtements en tissu, il est facile de la faire beaucoup plus mince que le tissu et on peut plus facilement la limiter à des zones choisies de petite surface. On obtient ainsi un milieu plus approprié pour la croissance des tissus dans le cas d'une valve cardiaque en métal.Un contrôle précis des dimensions et de la profondeur des alvéoles ouverts rend la couche de métal poreux appliquée apte à constituer une interface biologique appropriée pour des applications autres que les valves cardiaques, dans lesquelles d'autres types de croissance de tissu sont souhaités, par exemple pour l'ancrage sur l'os de la tige d'une hanche artificielle, d'un genou artificiel, ou d'un membre artificiel. Pour mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention, on nettoie la région à recouvrir du substrat métallique, on applique un adhésif approprié sur les zones à recouvrir et on saupoudre d'une poudre métallique appropriée. On peut appliquer d'autres couches d'adhésif et de poudre pour obtenir l'épaisseur voulue.Les dimensions des pores sont déterminées par les dimensions et la forme des particules qui constituent la poudre et par le degré de frittage obtenu au cours d'une opération de frittage qui lie les particules de façon permanente les unes aux autres et au substrat. L'opération de frittage est effectuée en atmosphère d'hydrogène à une température voisine du point de fusion du métal, le frittage étant juste suffisant pour lier les particules. On évite ainsi un sur-frittage qui obturerait les pores du revêtement. Suivant l'invention, pour appliquer un revêtement métallique poreux de porosité et d'épaisseur contrôlées sur un substrat métal ligue, on applique un adhésif sur les zones du substrat à recouvrir, de façon qu'elles presentent une surface collante; on choisit une poudre frittable constituée par des particules métalliques qu'on applique sur le substrat pour faire adhérer à la surface collante au moins une couche de particules; et on fritte suffisamment les particules pour éliminer l'adhésif par brûlage et lier les particules au substrat et les unes aux autres sans déformation majeure des particules, de manière à laisser des ouvertures communiquantes entre les particules. L'invention a également pour objet un substrat métallique comportant un revêtement métallique poreux d'épaisseur contrôlée, fritté sur le substrat, caractérisé en ce que le revêtement comprend au moins une couche mince de particules métalliques liées au substrat et entre elles sans déformation majeure des particules, de façon à laisser des ouvertures communiquantes entre les particules. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints, donnés dans un but non limitatif, et qui représentent un mode de réalisation de l'invention. Sur ces dessins La figure 1 est une vue en partie en coupe d'une valve cardiaque fabriquée suivant le procédé de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une vue à plus grande échelle d'une zone du siège de valve dans la figure 1; la figure 4 est une vue de face illustrant la porosité d'une surface constituée de perles, agrandie 550 fois; la figure 5 est une microphotographie, agrandie 300 fois, montrant, en coupe, un revêtement obtenu par un procédé classique. L'invention va être décrite dans son application à une valve cardiaque. Dans la valve de la figure 1, un anneau circulaire 10 definxssant l'ouverture de la valve est monté d'un seul tenant avec une pluralité de barreaux de cage 11 pour confiner une bille 12 dans sa coopération avec l'anneau servant d'orifice. L'anneau 10 et les barreaux ll sont en "Stellite't ou autre métal disponible dans le commerce, compatible avec le système circulatoire, tel que titane, tantale, acier inoxydable ou "Vitallium". La bille 12 peut être en métal ou en caoutchouc aux silicones. Un anneau de suture 15 constitue un moyen pour suturer la valve de façon permanente aux tissus vivants du coeur ou de l'aorte. A cet effet, l'anneau de suture 15 comprend une âme 16 en matériau suturable tel que du caoutchouc mousse aux silicones ou un feutre de Téflon qui confère sa forme à l'anneau de suture et lui donne du corps. L'âme 16 est enfermée dans un manchon tubulaire en tissu 17 qui est fixé dans une rainure ou gorge 18 de l'anneau 10 par un jonc tendeur 19 et des spires de fil 20. Les extrémités du manchon de tissu 17 sont rabattues sur la surface extérieure de l'âme 16 et cousues ensemble avec du fil suivant une couture périphérique 21. On peut utiliser d'autres types ou formes d'anneaux de suture. La zone de contact 25 de l'anneau 10 avec la bille est polie, de même que la zone de contact 26 de chaque barreau de cage 11 avec la bille. Lorsque la valve est installée dans un coeur ou une aorte, une croissance du tissu de liaison envahit les interstices du tissu 17 et s'emploie à enrober l'anneau de suture 15. Ce phénomène est souhaitable car il renforce les sutures en fixant de façon étanche l'anneau de suture au tissu cardiaque ou aortique et il isole les corps étrangers du courant sanguin. Le tissu qui croît tend également à envahir les surfaces métalliques nues de l'anneau d'ouverture 10 et des barreaux de cage 11. Dans les formes connues de valves cardiaques, la croissance du tissu sur les surfaces métalliques n'est pas souhaitable car le tissu ne peut réussir à adhérer ou à s'ancrer au métal lisse. Lorsque le tissu gagne les surfaces métalliques des valves classiques, il tend à se déchirer et se même au flux sanguin avec les effets désastreux qui peuvent en résulter pour le patient. Depuis les premières valves, on a remédié à cet inconvénient en recouvrant de tissu la majeure partie des surfaces des barreaux de cage et de l'anneau d'ouverture en métal, ne laissant le métal nu que sur un minimum de surface de contact des barreaux et de l'anneau avec la bille. De tels revêtements de tissu procurent un ancrage solide pour le tissu cardiaque qui pousse et ils permettent aux surfaces inactives de l'anneau d'ouverture et des barreaux de cage d'être progressivement enrobées et isolées du flux sanguin par une couche cohérente et adhérente de tissu cardiaque qui ne risque pas de se déchirer en fragments pouvant se mêler au flux sanguin. Les inconvénients majeurs de tels revêtements en tissu concernent leurs limitations de durabilité et d'épaisseur. Les revêtements de tissu n'ont pas la longévité souhaitée et leur épaisseur après enrobage par le tissu cardiaque réduit la section du passage disponible pour le libre écoulement du sang. En outre, en vue de réduire les surfaces de métal nu, on a développé des structures plus complexes, rendant la fabrication plus difficile et plus onéreuse. Pour assurer un ancrage solide du tissu d'enrobage sur des surfaces métalliques données suivant l'invention, on fritte sur ces surfaces métalliques une couche unique de perles de métal 30 qui peuvent avoir ou non la forme sphérique représentée sur les dessins. Les surfaces amont 31 et aval 32 de l'anneau d'ouverture 10, exposées de part et d'autre de la zone polie 25 qui sert de siège à la bille, sont recouvertes d'une couche de perles 30. De façon analogue, les surfaces extérieures 33 des barreaux de cage 11 situées de part et d'autre de la zone polie 26 sont recouvertes avec une couche de perles 30. On a beaucoup augmenté les dimensions relatives des perles sur les figures 1 et 2 en vue d'illustrer le principe de l'invention. En pratique, les perles sont si fines que l'épaisseur d'une couche de perles est très inférieure à celle d'une couche de tissu. Grâce à saporosité inhérente et à son uniformité sensiblement parfaite, le revêtement n'a pas lieu d'être aussi epais qutune couche de tissu, telle qu'utilisée jusqu a présent sur les zones prédéterminées de l'anneau et des barreaux de cage. Le procédé de l'invention permet d'appliquer les perles 30 sur les zones choisies avec une épaisseur totale de revêtement uniforme et contrôlée et avec une porosité uniforme et contrôlée. Ce procédé implique le traitement du moulage de métal qui comprend l'anneau 10 et la cage ll avant insertion de la bille 12, avant application de l'anneau de suture et avant polissage des surfaces de contact avec la bille 25 et 26. Ce moulage de métal va être désigné dans la suite de la description par le terme de corps de valve, ou plus généralement de substrat. On nettoie d'abord soigneusement le corps de valve, avantageusement avec un solvant et un dispositif de nettoyage par ultra sons. Après séchage, on applique un adhésif approprié sur les zones 31, 32 et 33 qui doivent être recouvertes avec les perles 30. Un adhésif qui convient particulièrement bien à cet usage est un mélange d'Hycar Acrylic Latex" 2600 X146, vendu par la Société dite B.F. Goodrich Chemical Co. E.U.A. et d'eau distillée dans le rapport volumétrique de 1 à 3. On ajoute avantageusement quelques gouttes de colorant alimentaire pour rendre l'adhésif visible. On sèche partiellement l'adhésif par soufflage d'un gaz sur le substrat. Puis on applique une deuxième couche d'adhésif et on sèche de la même façon jusqu a obtention d'une consistance collante. En appliquant l'adhésif avec une brosse, on obtient une bonne délimitation des zones étroites. Les perles 30 sont faites dans le même métal que le corps de valve. Dans le présent mode de réalisation, pour utiliser sur un corps de valve en "Stellite", on utilise des perles "Stellite" fabriquées par la Société Cabot Corporation, Stellite Division, E.U.A.,de dimensions comprises entre 0,074 mm et 0,043 mm environ (200 à 325 mesh). On place les perles dans un flacon dont le bouchon est percé d'un petit trou d'environ 1,58 mm de diamètre. On verse les perles par le trou du bouchon sur les parties recouvertes d'adhésif de l'anneau et de la cage jusqu a ce que toutes les surfaces à revêtir de métal poreux soient couvertes de perles. L'adhésif collant retient essentiellement une seule couche de perles. Les perles qui tombent sur les zones 25 et 26 non enduites d'adhésif roulent sans coller. Pour assurer l'uniformité du revêtement, on souffle un gaz sur le corps de valve recouvert de perles pour éliminer les perles en excès de la couche unique souhaitée. Les perles en excédent sont délogées par le courant gazeux tandis que la monocouche est solidement retenue par l'adhésif. La porosité est contrôlée à ce stade par le choix de la forme et des dimensions des perles, celles-ci étant sensiblement de mêmes dimensions. Pour d'autres types de prothèses ou pour d'autres applications, on peut souhaiter plusieurs couches de particules et les particules de certaines couches peuvent être de formes et de dimensions différentes de celles des autres couches. Dans ce cas, on applique de l'adhésif sur la première couche de particules, on sèche jusqu'à consistance collante, puis on verse une deuxième couche mince de particules et envoie un courant gazeux. On peut répéter ce processus pour atteindre, couche après couche, l'épaisseur de revêtement voulue. On obtient ainsi une épaisseur uniforme contrôlée, indépendamment du nombre de couches. En outre, dans certains cas, les particules n'ont pas à être du même métal que le substrat. On place ensuite le corps de valve recouvert de perles dans un four de frittage approprié et on fritte. On peut utiliser à cet effet un four à vide comportant des éléments chauffants en tungstène et des fenêtres de visée permettant d'observer l'opération de frittage. On fait le vide dans l'enceinte du four, on remplit d'hydrogène à environ une atmosphère de pression et on refait le vide. On répète trois fois l'opération et finalement on continue à faire le vide à température ambiante jusqu'à ce que la pression dans l'enceinte soit inférieure à un micron. Pour le frittage, on alimente les éléments chauffants en courant qu'on augmente graduellement jusqu a ce que la zone chauffée atteigne approximativement 700 à 9000C, ce qui demande normalement de 15 à 20 minutes environ. On introduit alors de l'hydrogène dans l'enceinte du four jusqu a ce que la pression soit d'environ une demi-atmosphère. On augmente ensuite progressivement le courant fourni aux éléments chauffants jusqu'à ce que la température du corps de valve soit d'environ 13000C, température déterminée par observation du corps de valve avec un pyromètre optique. Cette étape demande normalement de 15 à 20 minutes. On maintient le corps de valve à cette température pendant une heure. En l'absence d'oxygène, il ne se forme pas d'oxydes. A ce moment, on abaisse progressivement la température pendant une période de 20 à 30 mn, jusqu'à ce que le four soit de nouveau à température ambiante. On extrait alors l'atmosphère d'hydrogène de l'enceinte qu'on remplit d'air et on retire le corps de valve. En variante, on peut abaisser la température de la température de frittage jusqu'à environ 850"C, extraire l'hydrogène, puis refroidir ensuite l'enceinte sous vide. L'opération de frittage que l'on vient de décrire est suivie par un traitement d'enduction et de polissage. Pour éviter que la substance de polissage ne se loge dans le revêtement de métal poreux, on enduit temporairement le corps de valve avec un matériau approprié pour obturer les pores avant polissage. Par exemple, cette opération d'enduction peut consister à plonger le corps de valve dans une solution à 20% de. polyvinylpyrrolidone. On sèche le corps de valve à 80-900C. On répète de préférence deux fois de plus les opérations d'enduction et de séchage. On polit ensuite les surfaces de contact avec la bille 25 et 26. Pour retirer l'enduit temporaire appliqué avant l'opération de polissage, on plonge le corps de valve dans de l'eau distillée à l'intérieur d'un dispositif de nettoyage par ultra-sons pendant un laps de temps suffisant de l'ordre de 20 minutes. On répète cette opération de nettoyage jusqu'à ce que toute la polyvinylpyrrolidone soit éliminée du corps de valve. Dans une ultime étape, on plonge le corps de valve dans du méthanol dans un dispositif de nettoyage par ultra-sons pendant vingt minutes. Après séchage dans un courant gazeux, le corps de valve est prêt à recevoir l'anneau de suture 15 et la bille 12. La figure 3 est un dessin tiré d'une photographie qui agrandit 10 fois les trois surfaces 31, 25, 32 de la figure 1. La figure 4 est un dessin tiré d'une photographie agrandie 550 fois, montrant les pores disponibles pour le tissu vivant dans une couche sensiblement unique de perles 30 sur un substrat 34. En l'absence de pression mécanique et grâce à un contrôle judicieux de la température et de la durée du frittage, les perles sont liées entre elles et au substrat sans déformation majeure, laissant des ouvertures communiquantes 35 autour des perles pour l'ancrage du tissu vivant. Lorsque le revêtement fritté est constitué par plusieurs couches de perles, les ouvertures 35 s'étendent dans l'épaisseur du revêtement, de sa surface jusqu'au substrat. L'opération de frittage contrôle également la porosité, Le présent procédé s'applique à toute combinaison frittable de métaux.Dans certains cas, les perles, ou les particules non sphériques, peuvent être plus grosses qu'indiqué plus haut pour les valves cardiaques Les tentatives effectuées pour obtenir une surface de métal poreux par vaporisation au chalumeau (shouppage) et autres procédés analogues n'ont pas donné les résultats attendus. La figure 5 est un dessin fait à partir d'une microphotographie agrandissant 300 fois une coupe d'un revêtement obtenu par vaporisation au chalumeau. Ce revêtement est rugueux mais non uniformément poreux et il n'èst pas d'épaisseur uniforme. En fait, on observe une très faible porosité. En outre, ce revêtement comprend des inclusions nuisibles d'oxydes comme indiqué en 40 dans le revêtement 41 appliqué à un substrat 42. Par de tels procédés, il est difficile, même dans les meilleures conditions, de recouvrir des zones données avec une délimitation précise, et un revêtement poreux équivalent à une couche de perles serait très difficile, sinon impossible à obtenir. L'opération de vaporisation au chalumeau selon le brevet américain n0 3 605 123 au nom de Hahn entraîne les mêmes inconvénients que décrits en référence à la figure 5. Lorsque les perles sont appliquées dans une bouillie avec un liant suivant les procédés connus, on obtient un revêtement manquant d'uniformité, et la délimitation de zones données est difficile. Un revêtement uniforme de zones données avec une ou plusieurs couches contrôlées de perles sphériques ou non-sphériques conservant la porosité contrôlée inhérente à leur forme et dimensions initiales ne peut être obtenu par aucun des procédés connus. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention. C'est ainsi que la présente invention n'est pas limitée aux prothèses REVENDICATIONS 1.- Procédé pour appliquer un revêtement métallique poreux de porosité et d'épaisseur contrôlées sur un substrat métallique, caractérisé en ce qu'on applique un adhésif sur les zones du substrat à recouvrir, de façon qu'elles présentent une surface collante; on choisit une poudre frittable constituée par des particules métalliques qu'on applique sur le substrat pour faire adhérer à la surface collante au moins une couche de particules; et on fritte suffisamment les particules pour éliminer l'adhésif par brulage et lier les particules au substrat et les unes aux autres sans déformation majeure des particules, de manière à laisser des ouvertures communiquantes entre les particules. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on applique l'adhésif sur le substrat au moyen d'une brosse. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'on applique la poudre sur le substrat en la versant sur ledit substrat. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on élimine par soufflage l'excédent de particules au moyen d'un courant gazeux, afin de laisser sensiblement une couche de particules à fritter. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on applique un adhésif sur la couche précitée de particules, puis on verse de nouveau de la poudre sur le substrat pour faire adhérer une nouvelle couche de particules sur la nouvelle surface collante appliquée sur la première couche de particules, avant l'opération de frittage. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on applique de nouveau de l'adhésif et de la poudre métallique, couche après couche, pour atteindre une épaisseur prédéterminée de revêtement métallique poreux, le tout avant frittage. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 -à 6, caractérisé en ce que le substrat est une prothèse métallique et en ce que l'adhésif est appliqué à des zones données de ladite prothèse où un ancrage du tissu vivant dans le revêtement métallique poreux est souhaité. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la prothèse est une valve cardiaque. 9.- Substrat métallique comportant un revêtement métallique poreux d'épaisseur contrôlée, fritté sur le substrat, caractérisé en ce que le revêtement comprend au moins une couche mince de particules métalliques liées au substrat et entre elles sans déformation majeure des particules, de façon à laisser des ouvertures communiquantes entre les particules. 10.- Substrat-selon la revendication 9, caractérisé en ce que le revêtement comprend sensiblement une seule couche de particules métalliques. 11.- Substrat selon la revendication 9, caractérisé en ce que le revêtement comprend un nombre prédéterminé de minces couches de particules métalliques. 12.- Substrat selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les particules sont de forme et de dimensions sensiblement uniformes dans toutes les couches. 13.- Substrat selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que dans certaines couches les particules sont de forme et de dimensions différentes de celles des autres couches. 14.- Substrat selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce qu'une épaisseur prédéterminée de revêtement est appliquée sur le substrat, couche après couche, les ouvertures précitées s'étendant sur toute l'épaisseur dudit revêtement. 15.- Substrat selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que ledit substrat est une prothèse métallique, et en ce que le revêtement est fritté dans des zonesprédéterminées de ladite prothèse où l'ancrage du tissu vivant dans le revêtement métallique poreux est souhaité. 16.- Substrat selon la revendication 15, caractérisé en ce que la prothèse précitée est une valve cardiaque.