Brevet FR2297030A1 — publié le 19760806

La présente invention concerne, de façon générale, les prothèses d'a r- ticulation de deux os. Plus particulièrement, elle concerne les prothèses du type que l'on appellera "à cupules". Les prothèses à cupules ont été développées essentiellement pour remédier aux défaillances de l'articulation de la hanche. L'idée essentielle qui a présidé à la création de ce nouveau type de prothèse connue était de limiter le plus possible les travaux de préparation des os avant mise en place de la prothèse, ce qui présente un double avantage, à savoir: - d'une part, une préservation maximale de l'intégrité osseuse du patient ; - d'autre part, une plus grande rapidité opératoire réduisant du même coup les risques inhérant à ce type d'opération. La technique relative à ce type de prothèse à cupule peut être résumée de la façon suivante: On prépare la tsste fémorale de l'articulation malade en lui donnant une forme cylindrique arrondie en sphère à son extrémité, le diamètre de ce cylindre étant sensiblement celui du col du fémur qui n'est pratiquement pas altéré. On creuse le cotyle de l'os iliaque sur une certaine profondeur en constituant une cavité d'allure générale sphérique. Ensuite, on emmanche à force sur le cylindre constitué sur la tête fémorale une cupule métallique ayant une confi guration générale sphérique, cette cupule devant être fixée fermement sur l'os ; dans la cavité cotyloldienne on place également une cupule sphérique mais en veillant à ce que ladite cupule soit mobile dans tous les sens à l'intérieur de la cavité, une particularité de ce type de prothèse résidant dans le fait que la cupule cotyloldienne est mise en place sans utilisation de ciment puisqu'elle n'est pas fixée dans l'os L'engagement de la cupule mâle métallique solidaire du fémur dans la cupule femelle logée dans l'os iliaque réalise alors une articulation permettant un degré de liberté considérable. Actuellement, les cupules utilisées sont - pour la cupule mâle fémorale en un alliage métallique approprié ; - pour la cupule femelle cotyloldienne en matière plastique et, notamment, en polyéthylène. En effet, il est important que l'une des deux cupules ne soit pas métal lique afin de diminuer le coefficient de frottement entre les cupules qui se trouvent en contact, et l'on a constaté qu'un contact métal sur plastique était parti culièrement intéressant du point de vue du fonctionnement de l'articulation. Au contraire, une articulation constituée de deux cupules métalliques présentait l'inconvénient grave de se bloquer au bout d'une certaine période d'usage car il est impossible matériellement d'obtenir des tolérances d'usinage permettant d'obtenir des coefficients de frottement faibles pour des pièces fournissant un contact métal sur métal. Il est donc essentiel que l'une des cupules soit en matière plastique. De plus, la cupule en matière plastique ne peut être que la cupule cotyloldienne étant donné que la cupule fémorale doit être solidarisée fermement avec l'os, solidarisation qui serait pratiquement impossi-ble si l'on disposait d'une cupule fémorale en matière plastique en raison de la plasticité trop grande qu'offre ce type de produit. Or, on s'est rendu compte que les cupules cotyloldiennes en matière plastique présentaient une tendance marquée, d'une part à s'user assez rapide- ment, d'autre part à se bloquer dans la cavité cotyloldienne. Ce double inconvénient provient du fait que la cupule cotyloldienne en matière plastique est directement en contact avec la matière interne de l'os qui, comme l'on sait, présente une structure alvéolée très résistante et louant vis-àvis de la cupule le même rôle qu'une pierre ponce, c'est-à-dire de façon schématique celui d'une râpe. On conçoit immédiatement qu'un tel frottement de la matière plastique sur l'os entrarne une usure de la cupule avec l'émission d'une poussière de matière plastique risquant de créer des accidents secondaires. De plus, comme la cupule travaille davantage dans certaines directions que dans d'autres, il existe un risque non négligeable de voir se créer sur la surface de la cupule en contact avec l'os des rayures qui pourraient aboutir à un blocage définitif de la cupule dans la cavité cotyloldienne. Il est évident qu'une telle détérioration de la cupule cotyloldienne est intolérable car elle entra#erait à terme des troubles chez le patient qu'on serait obligé d'opérer à nouveau. Cet inconvénient est d'autant plus sensible que l'épaisseur de la cupule en matière plastique est nécessairement assez faible et de l'ordre en général de 8 à 10 mm. selon les diamètres de cupules utilisées en fonction de la corpulence du patient, Cette faible épaisseur est rendue nécessaire par le fait que la cavité creusée dans l'os iliaque doit avoir un diamètre aussi petit que possible afin de ne pas affaiblir de façon anormale la partie de l'os entourant la cavité. Par ailleurs, le diamètre interne de la cupule en matière plastique est déterminé par le diamètre de la cupule métallique qu'elle doit recevoir. Or, le diamètre de cette cupule métallique est pratiquement intangible dans la mesure où elle correspond approximativement au diamètre du col du fémur. Ces considérations montrent qu'il est pratiquement impossible d'accroi- tre l'épaisseur de la cupule en matière plastique sans risquer, soit d'affaiblir l'os iliaque, soit de réduire le diamètre du col du fémur et, par conséquent, en altérer également la résistance. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients en présentant un nouveau type de cupule femelle destiné à se loger dans la cavité cotyloldienne, cette cupule permettant à la fois - de préserver au maximum l'intégrité osseuse du patient ; - d'éliminer toute usure de la cupule ; - d'éliminer toute possibilité de blocage de la cupule dans sa cavité ; - de maintenir un contact entre cupule fémorale et cupule cotyloldienne du type métal sur matière plastique. Naturellement, le nouveau type de cupule femelle faisant l'objet de l'invention ne doit pas être considéré comme réservé exclusivement à l'articulation de la hanche mais, au contraire, comme pouvant etre adapté à la réalisation en général de prothèses d'articulation de types divers. De meme, bien que pour les besoins de l'exposition de l'invention on ait pris comme exemple ci-dessus le cas où la cupule femelle coopère avec une cupule mâle (ou couronne) fixée sur l'os mobile, on comprendra que l'invention, qui porte sur la structure de la cupule femelle, s'étendra au cas où la partie de la prothèse liée à l'os mobile (par exemple le fémur) sera une prothèse fémorale classique, c1est-à-dire remplaçant ensemble de la tête de l'os, ou autre, l'essentiel étant que la prothèse mâle présente une partie du moins partiellement sphérique destinée à s'engager dans la cupule femelle. Selon une première caractéristique de l'invention, la cupule femelle destinée à se loger dans une cavité creusée dans l'un des os de l'articulation et à coopérer avec une prothèse métallique mâle fixée sur l'autre os se distingue par le fait qu'elle comporte - une partie externe métallique venant en contact avec la cavité de l'os - et une partie interne en matière plastique sur laquelle vient en appui la prothèse métallique mâle, ces deux parties étant solidaires l'une de l'autre et se comportant comme un ensemble unique vis-à-vis, d'une part du logement de l'os, d'autre part de la prothèse mâle. Selon un aspect plus particulier de l'invention, les deux parties qui composent la cupule sont de forme générale hémisphérique et sont emboitées l'une dans l'autre, ces deux parties étant par conséquent fabriquées indépendamment l'une de l'autre. En effet, cette constitution de la cupule en deux parties rapportées est préférée car, si l'on pouvait naturellement envisager de garnir simplement la cupule de poolyéthylène d'un revêtement métallique extérieur, cette technique particulière est difficile à mettre en oeuvre et surtout ne permet pas un contrôle exact de l'épaisseur du revetement métallique, ce qui nécessiterait un usinage ultérieur de la surface externe de la cupule. De plus, un tel revetement métallique risque à la longue de s'écailler par place, ce qui constitue un inconvénient. C'est pourquoi, la solution préférée selon l'invention réside dans la constitution d'une cupule en deux parties : - la partie externe métallique étant mince et rigide, - tandis que la partie en matière plastique intérieure peut être de faible épaisseur étant donné que la tenue mécanique de l'ensemble sera fournie par la couche métallique externe. Il apparaît ainsi qu'un avantage supplémentaire de la cupule selon l'invention est d'offrir la possibilité d'une réduction de l'épaisseur totale de la cupule femelle par rapport aux cupules connues entièrement en matière plastique. En effet, dans ces dernières il était indispensable d'avoir une cupule d'épaisseur suffisante pour qu'elle présente une résistance mécanique appropriée et ne se déforme pas trop sous les efforts subis par elle. Cette faculté d'utiliser une cupule femelle de moindre épaisseur permettra naturellement de réduire le diamètre de la cavité creusée dans l'os iliaque qui se trouvera être d'autant plus résistant. Ce mode préféré de réalisation de la cupule selon l'invention entrarne naturellement la nécessité de réaliser un emboitement parfait des deux parties de la cupule l'une dans l'autre pour qu'elles soient solidaires et ne puissent jouer l'une par rapport à l'autre. Il est donc indispensable que l'ajustement du diamé- tre interne de la partie extérieure et du diamètre externe de la partie intérieure soit très précis. Pour permettre, lors de leur emboitement, un tel ajustement on prévoit, dans l'une des deux parties de la cupule, un trou la traversant dans toute son épaisseur et qui assure l'évacuation de l'air se trouvant entre ses deux parties. De plus on pourra, si on le désire et afin de renforcer la liaison mécanique des deux parties, prévoir une couche de produit adhésif entre celles-ci. Par ailleurs, la surface interne de la partie en matière plastique présentera avantageusement une portée d'appui en saillie ayant la forme d'une portion de sphère. Cette portée sera de dimensions réduites car les débattements de la prothèse mâle dans la cupule cotyloldienne sont relativement réduits et notamment de l'ordre de 200 par rapport à l'axe de la cupule cotyloldienne. On con çoit que là encore on pourra réduite l'épaisseur de la partie en matière plastique dans les zones extérieures à cette portée, ce qui réduira d'autant le cout de la cupule. Enfin, on notera que la surface intérieure hémisphérique de la partie métallique et la surface extérieure de la partie en matière plastique sont prolongées respectivement par une partie cylindrique, ce qui permet naturellement l'engagement des deux parties l'une dans l'autre et leur contact intime sur toute leur superficie. Enfin, l'invention concerne également un procédé de fabrication d'une cupule ayant la structure ci-dessus, procédé qui se caractérise parce que: - on fabrique séparément les parties métallique et en matière plastique devant constituer la cupule ; - on perce un trou dans l'une des deux parties - et on emboite à force la partie en matière plastique dans la partie métallique en chassant l'air situé entre les deux parties par le trou pratiqué dans l'une d'elles. On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'invention en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure I représente schématiquement la prothèse à cupule selon l'invention adaptée à l'articulation de la hanche - la figure 2 représente la cupule mâle fixée sur le col du fémur; - la figure 3 représente, en coupe à plus grande échelle, la cupule femelle selon l'invention ; - la figure 4 représente la cupule selon la figure 3, en cours de montage ; - la figure 5 est une variante de réalisation de la cupule selon l'invention en cours de montage. A la figure 1, on a représenté schématiquement en 1 l'os iliaque et en 2 le fémur ; la prothèse, dans cet exemple, est donc conçue pour remplacer l'articulation du fémur sur l'os iliaque. En 3, on a figuré la cupule métallique mâle ou couronne fixée sur la tete de fémur 4 de la façon que l'on décrira ci-après en référence à la figure 2. La cupule cotyloldienne femelle selon l'invention est indiquée de fa çon générale en 5, cette cupule étant montée de façon libre dans une cavité 6 pratiquée dans le cotyle de l'os iliaque. La cupule femelle 5 est libre de se mouvoir dans sa cavité dans toutes les directions, comme cela est symbolisé par les flèches F1 et F2. De même, la cupule mole 3 qui est fixée au fémur est libre de se déplacer dans toutes les directions à l'intérieur de la cupule 5, comme cela est symbolisé par les flèches G1 et G2. Comme on le voit à la figure 2, la cupule mole 3, qui est connue et n'appartient pas à l'invention, présente un profil interne hémisphérique 7 prolongé par une partie cylindrique 8, tandis que la surface externe a une forme sphérique 9 prolongée par un col cylindrique 10. On a représenté en trait interrompu en 11 la tete naturelle du fémur qui a été fraisée lors de la préparation du fémur. On remarquera que le diamètre D du col du fémur nia pas été pratiquement touché lors de la préparation de l'os, la seule altération de celui-ci consistant à former un manchon totalement cylindrique terminé par une demie sphère 12. La résistance du fémur est donc préservée au maximum Naturellement, la prothèse mâle décrite ici doit etre considérée comme un exemple et on ne sortirait pas de l'invention si on utilisait, en particulier dans le cas où l'ensemble de la tete de fémur avec son col devrait etre supprimé, une prothèse fémorale classique constituée d'une tete métallique sphérique prolongée par une queue destinée à s'insérer à l'intérieur du fémur, ou tout autre type de prothèse connu. La figure 3 représente quant à elle la cupule cotyloldienne selon llin- vention et destinée à se loger dans la cavité 6 creusée dans l'os iliaque 1. Cette cupule présente une partie externe 13 métallique, par exemple en alliage chrome-cobalt. Cette partie métallique présente des surfaces externe 14 et interne 15 hémisphériques prolongées, pour la surface interne 15 par une partie cylindrique 16, et pour la surface externe 14 par une partie conique 17. La partie intérieure 18 en matière plastique, telle que du polyéthylène, présente également une surface externe hémisphérique 19 de meme diamètre que la surface interne 15 de la partie métallique et une surface interne 20 également hémisphérique. La surface externe 19 est prolongée par une partie cylindrique 21 tandis que la surface interne 20 est prolongée par une surface divergente 22 permettant de disposer d'un diamètre d'entrée de la cupule "De" supérieur au diamètre "Dr" de la surface sphérique interne 20 de la cupule. On notera qu'avantageusement le fond de la surface interne de la partie en matière plastique 18 présente une portée sphérique 23 en saillie raccordée par des épaulements 24 à la surface interne 20. Dans la zone de la portée 23, on dispose donc dtune épaisseur E de la partie en matière plastique supérieure à l'épaisseur dans toutes les autres zones. La surface interne de la portée 23 est destinée à servir d'appui à la cupule métallique 3 solidaire du fémur. Les dimensions de cette portée peuvent être réduites dans la mesure où les débattements angulaires X de la cupule 3, de part et d'autre de l'axe XX' de la cupule caiyloldienne, sont limités et généralement de l'ordre d'une vingtaine de degrés. Sur la figure 3, on a symbolisé par des flèches placées respectivement sur l'axe XX' de la cupule femelle et sur l'axe YY' de la cupule mâle les déplacements de ces derniers par rapport, d'une part à l'os iliaque, d'autre part à la cupule femelle. On remarquera qu'un trou 25 est pratiqué dans l'épaisseur de la partie en matière plastique de la cupule femelle de préférence dans l'alignement de l'axe XX', ce trou facilitant le montage des deux parties constituant la cupule. Par ailleurs, pour renforcer la solidarisation des parties 13 et 18, on peut prévoir un produit adhésif 26 sur la surface de contact des deux parties. La figure 4 représente schématiquement la façon dont les deux parties 13 et 18 sont montées l'une dans l'autre On voit que sont engagées à force la partie en matière plastique 18 dans la partie métallique 13 selon l'axe XX'. Dès que la partie en matière plastique 18 atteint la position représentée en trait plein à la figure 4, sa jupe cylindrique 21 vient en contact avec la jupe cylindrique 16 de la partie métallique, ce qui ménage entre les deux parties un intervalle 27 dans lequel se trouve de l'air. Grâce à la présence du trou 25, la poursuite de l'enfoncement de la partie en matière plastique 1 8 peut etre réalisée car l'air se trouve alors chassé de l'intervalle 27 par le trou 25, comme l'indique la flèche de la figure 4. On peut ainsi obtenir l'élimination de tout l'air entre les deux parties et une cohésion totale de la cupule. La figure 5 montre le montage d'une cupule en variante dans laquelle le trou 25' d'évacuation de l'air est ménagé non pas dans la partie en matière plastique mais dans la partie métallique. L'invention ayant maintenant été exposée et son intéret justifié sur un exemple détaillé, la demanderesse s'en réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet, sans limitation autre que celle des termes des revendications ciaprès. REVENDICATIONS 1. Cupule femelle pour prothèse d'articulation destinée à se loger dans une cavité creusée de l'un des os et à coopérer avec un élément métallique mâle de la prothèse fixé sur l'autre os, caractérisée en ce que la cupule femelle comporte : - une partie externe métallique venant en contact avec la cavité de l'os - et une partie interne en matière plastique sur laquelle vient en appui l'élément métallique maIe, ces deux parties étant solidaires l'une de l'autre et se comportant comme un ensemble unique vis-à-vis, d'une part du logement de l'os, et d'autre part de l'élément mâle. 2. Cupule selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux parties qui la constituent sont de forme générale hémisphérique et sont emboitées l'une dans l'autre. 3. Cupule selon les revendications 1 et 2 prises ensemble, caractérisée en ce que l'une au moins des deux parties de la cupule présente un trou la traversant dans toute son épaisseur. 4. Cupule selon la revendication 3, caractérisée en ce que le trou est pratiqué dans la partie en matière plastique. 5. Cupule selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisée en ce qu'une couche de produit adhésif interposée entre les deux parties de la cupule complète leur liaison mécanique. 6. Cupule selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface interne de la partie en matière plastique présente une portée d'appui en saillie ayant la forme d'une portion de sphère. 7. Cupule selon les revendications 1 et 2 prises ensemble, caractérisée en ce que la partie métallique externe présente une surface intérieure hémisphérique prolongée par une partie cylindrique. 8. Cupule selon les revendications 1 et 2 prises ensemble, caractérisée en ce que la partie interne en matière plastique de la cupule femelle présente une surface extérieure hémisphérique prolongée par une partie cylindrique. 9. Cupule selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisée en ce qu'elle est logée de façon mobile dans le cotyle de l'os iliaque, l'élément maie étant fixé à la tete du fémur pour en suivre les mou vements 10. Procédé de fabrication d'une cupule selon les revendications 1, 2, 3 et 4 prises ensemble, caractérisé en ce que - on fabrique séparément les parties métallique et en matière plastique devant constituer la cupule ; - on perce un trou dans l'une des deux parties - et on emboîte à force la partie en matière plastique dans la partie métallique en chassant l'air situé entre les deux parties par le trou pratiqué dans l'une d'elles.