Brevet FR2384488A1 — publié le 19781020

L'invention est relative à des membres artificiels et a pour but de fournir un membre artificiel qui pour une capacité porteuse de charge donnée, soit d'un poids plus léger que les membres habituellement utilisés actuellement. l'invention s'applique plus particulièrement à la partie tibiale d'une jambe artificielle bien qu'elle ne soit pas limitée à cette application. Conformément à l'invention, une charpente porteuse de charge pour un membre artificiel comprend un chassies spatial dont les éléments allongés sont en matière plastique renforcée par des fibres. Un châssis spatial est une charpente constituée d'éléments allongés qui entourent, totalement ou partiellement un certain espace. Un tel châssis spatial pourrait se présenter sous la forme d'un réseau. Dans cette charpente peuvent être fixas au moulage un ou plusieurs éléments intérieurs destinés à fournir un ou plusieurs emplacements de liaison et/ou à fournir une ou plusieurs surfaces de-liaison. Ainsi par exemple, en prévoyant une surface de liaison à l'extrémité inférieure de la partie tibiale d'une jambe artificielle, on peut y raccorder un pied artificiel.Cette partie tibiale peut appartenir à une jambe allant jusqu'à n'importe quel niveau d'amputation, au dessus ou au dessous du genou. Une surface de liaison pourrait, par exemple encore, être disposée à l'extrémité inférieure de la cuisse d'une jambe artificielle pour y fixer un dispositif d'articulation équivalent à un genou ou la monture d'un tel dispositif. Dans ces conditions, la charpente porteuse de charge conforme à l'invention peut 8trie utilisée dans un système du type modulaire de construction de membres artificiels Comme fibres on peut utiliser par exemple, des fibres de carbone, des fibres de verre et des fibres de polyesters. On pourrait aussi utiliser des mélanges de fibres. Une matière plastique qui s'est révélée appropriée est constituée par une moche , c'est-à-dire un faisceau non lié de nombreuses fines fibres de carbone inprégnées d'une résine époxy durcissable. Un tel faisceau de fibres de carbone, lorsque la résine s'est durcie, présente une grande résistance eu égard à son poids, peut entre mis en forme très facilement, avant que la "meche" soit durcie, par exemple en l'enroulant autour d'un élément ou d'une série d'éléments de formage. Selon un mode de réalisation de l'invention, la partie tibiale d'une jambe artificielle comprend un espace porteur de charge constitué par un certain nombre d'éléments allongés dirigés suivant l'axe de la partie tibiale, un certain nombre d'éléments en forme de cerceaux, disposés dans des plans essentiellement perpendiculaires aux éléments dirigés axialement, et un certain nombre d'éléments allongés, s'étendant hélieos- dalement ou diagonalement autour des éléments dirigés axialement. Les éléments hélicoidaux ou diagonaux peuvent être enroulés autour des éléments en forme de cerceaux ou vice-versa. L'invention porte également sur un procédé pour fabriquer une charpente porteuse de charge pour un membre artificiel, consistant successivement à imprégner un faisceau de fibres à l'aide d'une matière plastique non durcie ou incomplètement durcie, à enrouler le faisceau, d'une manière répétée, autour d'un ensemble d'éléments de formage de manière à construire une charpente constituée d'éléments allongés qui totalement ou partiellement, entourent un espace durcir ou à achever de durcir les éléments allongés et à enlever la totalité ou certains des éléments de formage. L'invention est expliquée plus en détail ci-après à l'aide de certains de ses modes de réalisation pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en élévation de l'avant, de la partie tibiale d'une jambe# artificielle, - la figure 2 est une vue en élévation latérale correspondant à la figure 1, perpendiculairement au plan de la figure 1, - la figure 3 est une vue en élévation, de l'arrière de la figure 1, owest-a-dire du c8té droit de la figure 2, - la figure 4 est une vue en coupe suivant le plan A-A de la figure 2, et - la figure 5 illustre schématiquement la manière dont des filasses de fibres imprégnées de matière plastique sont enroulées pour former la charpente de partie tibiale représentée sur les figures 1 à 4 Il y a lieu de noter plus particulièrement en se référant à la figure 4, que la charpente représentée sur les figures 1 à 4 se présente, d'une manière générale, sous forme cylindrique. La figure 5 représente une vue développée d'une telle charpente cylindrique. Les figures i à 4, représentent une charpente porteuse de charge d'un membre artificiel, destinée à former la partie tibiale d'une jambe, qui s'étend d'une articulation remplaçant le genou à une articulation remplaçant la cheville. Elle comporte une partie supérieure désignée dans son ensemble par B et une partie inférieure désignée dans son ensemble par C. Dans la partie supérieure B sont fixées au moulage diverses pièces de liaison en métal, ainsi qu'on l1 exposera ci-dessous, de manière à relier la charpente à un mécanisme de genou et à une cuisse artificielle, de genres classique. Le châssis spatial de la partie supérieure B est réalisé aussi sous une forme telle qu'il entoure un espace dans lequel on peut disposer un ensemble pneumatique de commande de pivotement classique ou tout autre dispositif de commande approprié. Cette partie supérieure B est destinée à remplacer le berceau porteur de charge classique en métal utilisé actuellement La partie inférieure C est destinée à remplacer le tube porteur de charge utilisé actuellement.Ces parties supérieure B et inférieure C forment comme on le voit, une structure de châssis spatial, continue d'une seule pièce, constituée d'éléments allongés. Ces éléments comprennent d'une manière générale, des éléments verticaux 1C, des cerceaux horizontaux 2a et des éléments hélicoidaux ou diagonaux 3C. Ces éléments sont réalisés en fibres de carbone imprégnées de résine époxy, c'est-à-dire en d'autres termes, en résine époxy renforcée à l'aide de fibres de carbone. Comme on l'a indiqué, à cette charpente sont incorporés au moulage divers éléments de liaison en métal. Ceux-ci comprennent deux bagues de métal 1, 2, alignées axialement et disposées à une certaine distance l'une de l'autre, munies de rainures extérieures ; une fois achevée la jambe artificielle, l'axe de ces bagues i, 2 constitue l'axe d'articulation du genou et les extrémités de l'axe du genou, ou des éléments analogues, sont reliés à ces bagues.Une pièce de liaison en métal 8, de forme générale ovale, munie de rainures extérieures, est fixée au moulage à l'arrière de la partie supérieure B pour former l'ancrage inférieur d'un cordon postérieur de retenue (non représenté ici). Deux autres bagues 9 et 10, alignées axialement et disposées à une certaine distance l'une de l'autre, munies de rainures extérieures, servent de montures, de chaque c8té, à l'extrémité inférieur d'un ensemble pneumatique de commande d'amplitude de pivotement (non représenté ici), d'un type bien connu.A l'extrémité inférieure, ou emplacement de la cheville, de la partie tibiale, deux autres bagues 20, 21, situées à une certaine distance l'une de l'autre et munies de rainures extérieures, servent de monture de chaque côte, aux extrémités d'une tige support de cheville (non représentée ici) sur laquelle serait monté et tournerait un siège, par exemple pour fixer une tuge en U inversé au moyen de laquelle le pied est articulé à la partie tibiale. La partie rainurée de chacune des bagues 1, 2, 9, 10, 20, 21 est carrée, comme on le voit- sur la figure 5, pour empêcher la rotation de la bague, la mèche de fibres de carbone étant enroulée sur cette partie carrée rainurée.Selon une variante, un élément à surface de liaison peut sistre fixé au moulage à l'extrémité inférieure de la charpente en châssis spatial, pour s'adapter à un élément analogue prévu sur le pied. Toutes les bagues 1, 2, 9, 10-, 20, 21 et la pièce de liaison 8, constituent aussi des éléments de formage autour desquels, lors de la confection du ch#ssis spatial, la mèche souple de fibres imprégnées de matière synthétique peut 8trie enroulé-e. Des éléments de formage supplémentaires, réalisés sous forme de bagues plus petites, munies de rainures extérieures, sont disposés, ainsi qu'on l'a indiqué en 11, 12, 13, 14 et 15, 16, 17, 18. D'autres éléments de formage sont disposés à l'extrémité inférieure de la charpente ; à la partie antérieure de celle-ci, un élément de formage 22, de forme générale semicirculaire, constitue aussi un tampon destiné à venir s'appliquer en butée contre un amortisseur de eou-de-pied, réalisé en caoutchouc, du pied et à la partie postérieure de l'extrémité inférieure de la charpente un élément de formage 19, analogue à un tambour, de forme générale circulaire, constitue aussi un tampon destiné à s'appliquer en butée contre un amortisseur de talon, réalisé en caoutchouc, du pied. Les références numériques 4, 5, 6, 7 indiquent des emplacements où sont utilisés des éléments de formage au cours de l'enroulement de la mèche de fibres, mais qui sont enlevés après durcissement de celle-ci. Un matériau qui s'est révélé approprié est constitué de la manière suivante - Fibres de carbone : "Crafil Courtaulds type A (III) E/A-S - Résine : Résine Araldite Ciba-Geigy CY219 : 100 parties en poids durcisseur Ciba-Geigy HY 219 : 50 parties en poids accélérateur Ciba-Geigy DY 219 : 2 parties en poids Les fibres-de carbone sont imprégnées de résine liquide, selon une proportion en poids de 50/50. L'imprégnation peut entre effectuée en faisant passer un faisceau de fibres de carbone non imprégné à travers un bain ou un crible d'imprégnation de genre connu, le bain contenant la résine de la compOsition ci-dessus. La mèche imprégnée de résine liquide est enroulée sur un dispositif qui comprend un socle sur lequel sont montés de manière amovible, avec le-s espacements convenables, les divers éléments de formage mentionnés ci-dessus. Le socle comporte aussi des éléments de formage fixés à celui-ci et qui sont enlevés avec lui du ch ssis spatial lorsque la résine a durci. Etant donné les nombres et les dIspositions des éléments de formage décrits ci-dessus à propos des figures 1 à 4, il existe de nombreuses possibilités de séquences d'enroulement et des essais ont été effectués, en utilisant un calculateur, pour déterminer la ou Lesséquences optimales. Il suffira de décrire ici une telle séquence, en se référant à-la figure 5 qui représente#une vue développée sur un plan qu'on peut imaginer comme obtenue en coupant verticalement, en avant, la charpente représentée sur la figure 1 et en la mettant ensuite à plat. Sur la figure 5, les divers éléments de-formage sont désignés par les mimes références numériques que sur les figures 1 à 4. Certaines lignes de cette figure, qui se terminent suivant des flèches portant une référence numérique, indiquent l'élément de formage auquel aboutit la ligne considérée. L'enroulement est effectué en quatre séquences principales successives, bien qu'on puisse aussi l'effectuer en un plus petit ou un plus grand nombre de séquences.Dans un procédé de confection prototype, on a utilisé- quatre séquences portant respectivement sur la guise en place 10) des éléments porte#urs de charge verticaux allant des éléments de formage 1 et 2 situés en haut, aux éléments de formage 19 à 22, situés en bas, 20) des autres éléments formant le berceau ou la partie supérieure 13, 30) des éléments enroulés hélicoldalement, 40) des éléments en forme de cerceaux. Les séquences opératoires préférentielles sont explicitées, en détail ci-dessous. Chaque séquence peut entre répétée plusieurs fois. Par exemple, pour les éléments verticaux (10) et les éléments de berceau (20) la séquence sera répétée six fois pour obtenir des éléments de la résistance mécanique désirée. Ainsi, pour un élément lC, par exemple, des figures 1 à 3, on formera six longueurs de mèche imprégnée qui seront liées l'une à l'autre pour former un unique élément allongé porteur de charge vertical ZC. Pour les éléments hélicoideux (30) et les éléments en forme de cerceaux (40), la séquence d'enroulement sera répétée quatre fois pour chacun d'eux. Dans la séquence indiquée ci-dessous, les références numériques désignent les éléments de formage ou les emplacements de ces éléments, qui sont indiqués sur les figures et le suffixe C indique que l'enroulement est effectué dans le sens des aiguilles d'une montre autour d'un élément, le suffixe A indiquant que l'enroulement est effectué dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Un élément de formage, l'élément 3, est représenté sur la figure 5 et non sur les figures i à 4. Cet élément de formage 3 est#constitué par une surface incurvée sur laquelle est enroulé l'élément de chassies qui est visible entre les emplacements 5 et 6 sur les figures 1 et 3 et dont une partie est visible, en élévation latérale, sur la figure 2. Sur la figure 5, les indications C et A indiquent les sens d'enroulement par rapport aux éléments de formage 19 et 22 pour un observateur regardant d'en dessus. Ires séquences opératoires sont les suivantes 1. 16A - 11A - lA - 10A - 156 - 14C - 10 - ioe - 16A - 21C - 160 21C - 15C - 21C - 15A - 18A - 13A - 2A - 9A - 17C - 20A - 17A 20A - 18A - 20A - 19A - 21A - 22A - 20A - 180 - 9A - 2A - 12A 17A. Cet enroulement, après avoir passé dans le sens contraire des aiguilles d'une montre autour de l'élément de formage 17A se poursuit ensuite sous forme d'un premier enroulement hélicof- dal d'un pas d'environ 76,2 mm, en montant jusqu'à 12A et, de là, à liA, d'où il se continue sous forme d'un second enroulement hélicoïdal descendant jusqu'à 16A. La séquence se poursuit par 19C - 17A - î8C, puis par un troisième enroulement hélicoïdal montant Jusqu'à 130, passant par 14C, puis par un quatrième enroulement héllcoldal descendant jusqu'à 15G, 22A - 180. Tous ces enroulements hélicoidaux sont du même pas et fournissent la disposition entre-croisée représentée ici. Cet enroulement est répété six foix, bien qu'on puisse utiliser d'autres nombres d'enroulements. Après le sixième enroulement, la mèche de fibres est coupée et le second enroulement est effectué de la manière suivante 2) 16C - 22A - 16A - 15A - 19C - 18A - 17A - 22A - 172 - 16C 15A - 19A - 18A - 15A. Cet enroulement est effectué quatre fois et la mèche est ensuite coupée.Le troisième enroule ment est effectué de la manière suivante 3) 11C - 7C - 2A - 7A - 8A - 1C - 4C - 110 - 10C - 8A-- 5C - 6C 12A - 9A - 8C - 13A - 12A - 4A - 1C - 8C - 2C - 8A - 14C 8A - 130 - 14C - 12C. Cet enroulement est répété quatre fois, puis la mèche est coupée. La quatrième séquence d'enroulement porte en fait sur plusieurs enroulements et consiste à enrouler einq cercaaux séparés 2C autour de~la charpente, formée d'éléments verticaux et hélicoidaux, déjà enroulée ; pour chaque cerceau 2C, la mèche est enroulée quatre fois. Il va de soi que les séquences énumérées ci-dessus ne fournissent qu'un~prqcédé particulier pour confectionner la charpente et qu'on peut utiliser bien d'autres séquences d'enroulement. Par exemple, dans la première séquence, la partie. de celle-ci qui fournit les éléments verticaux, qui constituent les éléments porteurs de charge principaux, pourrait être rejetée six fois tandis que la partie de cette séquence qui fournit les éléments situés à 11 extrémité inférieure pourrait être répétée quatre fois. Dans ces conditions, en mettant en oeuvre un certain nombre de séquences séparées, on peut confectionner des éléments dont l'épaisseur atteint celle correspondant à la résistance mécanique désirée. D'une manière générale, les éléments verticaux assurent la résistance à la charge portée tandis que les enroulements hélicoîdaux et en forme de cerceaux absorbent les contraintes de torsion qui se produisent dans le membre artificiel et emp#chent- lI écrasement de celui-ci. Il est avantageux, avant le commencement de I1 enroulement, de pulvériser les éléments de formage incorporés à la charpente, à l'aide de résine époxy, pour augmenter leur adhérence et réduire le risque de corrosion d'origine électrolytique. RZVENDICAtIONS 1. Membre artificiel, comprenant une charpente porteuse de charge, par exemple partie tibiale d'une jambe artificielle, ou avant-bras, caractérisé en ce que la charpente porteuse (B, C) est constituée par des éléments rigides allongés (1C, 2C, 3C) qui entourent totalement ou partiellement un certain espace, ces éléments rigides allongés étant réalisés en matière plastique renforcée par des fibres. 2. Membre artificiel selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les fibres sont constituées par des fibres de carbone, de verre ou de polyester. 3. Membre artificiel selon la revendication i, caractérisé en ce que les fibres sont constituées par des fibres de carbone et la matière plastique par une résine époxy. 4. Membre artificiel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charpente se présente sous forme de réseau. 5. Membre artificiel selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des pièces intérieures incorporées (1,2,8-22) maintenues en place par la matière plastique renforcée par des fibres. 6. Membre artificiel selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins certaines des pièces intérieures incorporées (1, 2, 8, 9, 10, 19-22) servent à supporter d'autres parties du membre artificiel. 7. Membre artificiel selon la revendication 6, caractérisé en ce que la charpente (B,C) fait partie de la partie tibiale d'une jambe artificielle et comprend des pièces intérieures incorporées (1,2) qui servent à supporter un ensemble remplaçant l'articulation du genou ou une monture pour un tel ensemble. 8. Membre artificiel selon la revendication 7, caractérisé en ce que certaines des pièces intérieures incorporées (19-?2) constituent des moyens de montage d'un pied artificiel. 9. Membre artificiel selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des éléments allongés (10) qui s'étendent parallèlement à l'axe du membre et des éléments (2C, 3C) qui s'étendent transversalement par rapport à cet axe. 10. Membre artificiel selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte des éléments (2C) qui se présentent sous forme de cerceaux et sont disposés selon des plans essentielle ment perpendiculaires à l'axe du membre. 11. Jambe artificielle, comprenant une partie tibiale porteuse de charge, caractérisée en ce que la partie tibiale comprend une charpente (B,C), constituée par -a) des éléments rigides allongés (1C) s'étendant- parallèlement à l'axe de la partie tibiale, b) de-s éléments rigides allongés (2C, 3C) s'étendant diagonalement par rapport aux éléments précédents et entourant ceux-ci, ces éléments rigides allongés entourant un espace, étant réalisés en matière plastique renforcée par des fibres de carbone et étant liés les uns aux autres en des déplacements où ils se croisent ou se réunissent. 12. Jambe artificielle selon la revendication 11, caractérisée en ce que- matière plastique est constituée par une résine époxy. 13. Jambe artificielle selon l'une quelconque des revendications il et 12, caractérisée en ce que la charpente comprend des éléments en forme de cerceaux (2C) disposés dans des plans essentiellement perpendiculaires aux éléments allongés s'étendant axialement (il). 14. Procédé pour confectionner une charpente porteuse de charge destinée à un membre artificiel, caractérisé en ce qu'il consiste : à imprégner un faisceau de fibres à l'aide d'une matière plastique non durcie ou incomplètement durcie, à enrouler ce faisceau, d'une manière répétée, autour d'un ensemble d'éléments de formage, disposés d'une manière appropriée, de manière à confectionner- une charpente d'éléments allongés qui entoure totalement ou partiellement, un certain espace, à faire durcir ou à achever le durcissement des éléments allongés et à enlever certains ou la totalité des éléments de formage. -15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que les fibres sont constituées par des fibres de carbone, de verre ou de polyester. 16. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la matière plastique est constituée par une résine époxy. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que les éléments de formage sont réalisés de manière à constituer des paliers ou des éléments de fixation pour d'autres parties du membre artificiel.