Brevet FR2412304A1 — publié le 19790720

L'invention concerne des éléments destinés à transmettre aux os de l'homme et des animaux des forces exercées sur des parties d'appui d'articulations artificielles. Bien que l'invention s'applique en particulier à des prothèses de divers types et qu'elle trouve de nombreaees applications dans les articulations de l'homme et des animaux, elle sera décrite, uniquement à titre d'exemple, sous une forme de réalisation destinée à transmettre au fémur la charge exercée sur la tête fémorale d'une prothèse totale de la hanche, par exemple une prothèse de Charnley. -Bien que des prothèses de la hanche soient décrites ci-après uniquement à titre d'exemple, certaines caractéristiques de l'invention sont générales et peuvent donc s'appliquer à toutes les prothèses d'articulations et conviennent aux caractéristiques géométriques et biomédicales de toutes les articulations de l'homme et des animaux. L'un des problèmes fondamentaux auxquelS se- heurte le développement des prothèses des articulations principales du corps est le moyen de fixation de la prothèse à l'os. Diverses formes de prothèses d'articulations couramment utilisées sont maintenues en place dans le corps généralement suivant l'un de trois procédés , àsavoir la mise en place par percussion d'une tige dans le canal médullaire de l'os, la mise en place mécanique d'une tige par fixation interne, par exemple à l'aide de vis, de broches, etc.,- et la fixation d'une tige à l'aide de colles, de matières de jointoiement ou d'adhésifs tels que du polyméthacrylate de méthyle polymérisé sur place et constituant un ciment ou une charge entre la tige de la prothèse et l'os. Chacun de ces procédés couramment utilisés présente des problèmes pouvant entraîner l'échec de l'arthroplastie. Ces problèmes sont indiqués ci-dessous Les dispositifs mis en place par percussion dans le canal médullaire de l'os sont maintenus en position par le tissu osseux environnant. La surface réelle -de contact entre la prothèse et l'os peut être très faible et des zones de concentration de contraintesapparaissent fréquemment. Des observations cliniques ont montré l'association entre un desserrage de la prothèse (dû principalement à une résorption osseuse) et des douleurs dans l'articulation. Lorsque les fixations mécaniques internes sont à utiliser, les médecins se plaignent des difficultés de mise en place des prothèses et des défauts de fixation de cette prothèse à l'os, apparaissant à long terme et entraînant une gêne pour les patients. Le polyméthacrylate de méthyle polymérisé sur place fixe initialement et fermement en place les tiges de prothèses totales d'articulation, ce qui permet au patient d'utiliser l'articulation sans douleur. Cependant, il apparaît de plus en plus, du point de vue médical, que I1 efficacité à long terme de cette forme de fixation laisse à désirer. Les trois formes les plus fréquentes de défaut de fixation des tiges de prothèses par le polyméthacrylate de méthyle sont : (1) une mise en place incorrecte (varus) de la tige au moment de l'intervention chirurgicale; (2) la formation de cassures, de fêlures et de dislocations du ciment; et (3) une résorption du tissu osseux avec, pour conséquence, un relâchement de la fixation entre le ciment et l'os. Dans chaque cas, la fixation de la tige de prothèse se détériore en raison des charges excessives exercées sur la tige et dues à des variations dans les mécanismes de support et de transfert entre la tige, le ciment et l'os. Des contraintes de traction exercées dans la tige, par exemple sur la surface latérale d'une tige de prothèse de la hanche, dues au moment de flexion exercé par le poids d'un patient ou des contractions musculaires, entraînent, au bout de cycles répétés de charge, une détérioration par fatigue. En général, une rupture par fatigue se produit dans la zone soumise à de fortes tractions et se propage lentement à travers la tige jusqu'à ce que le métal de la partie restante de la section de la tige soit insuffisant pour supporter les charges. Une rupture rapide se produit alors dans cette partie restante de la section de la tige.De plus, les difficultés classiques de fabrication se traduisent par des discontinuités dans les métaux, par exemple des vides, des inclusions, des encoches et des rayures. Ces zones constituent donc des amorces de ruptures potentielles. On a tenté de réduire les contraintes exercées dans les tiges de diverses prothèses en modifiant la conception de ces tiges. Par exemple, la longueur du col et l'angle d'inclinaison de la broche formant le col d'une prothèse de la hanche-ont été modifiés. Un moyen simple pour diminuer les contraintes apparaissant dans les tiges consiste à accroître la section de ces tiges. Cependant, des problèmes de mise en place se posent alors en raison de l'augmentation du volume, du Poids et de la rigidité des prothèses ainsi obtenues. on pense qu'il n'est pas idéal de disposer d'une tige relativement rigide etautilesb en fait préférable de transmettre la charge de l'os à la prothèse,et à l'åutreos par ltNti- lisation d'une tige relativement peu rigide, ce qui est contraire aux conceptions antérieures. L'os réagira d'autant plus naturellement à la charge et par conséquent, la résorption osseuse sera d'autant plus faible et donc le maintien du tissu osseux d'autant plus grand que cette charge sera transmise plus directement de l'os à la partie de la prothèse destinée à la supporter, cette p-artie de la prothèse transmettant elle-même cette charge à l'os. Les tiges ayant une rigidité relativement faible favorisent une transmission plus directe des charges d'un os à l'autre, au lieu de faire descendre (ou monter) ces charges jusqutà l'extrémité de la prothèse avant de les transmettre à l'os. Pour une utilisation plus efficace des tiges actuellement commercialisées, en particulier des tiges à rigidité relativement faible, il est nécessaire de modifier les propriétés mécaniques de l'élément de liaison entre les tiges et l'os . L'invention concerne un dispositif mis en place entre la ou les tiges d'une prothèse et l'os et associé à du polyméthacrylate de méthyle ou à des matières analogues de fixation. Ce dispositif peut se déformer et il transmet efficacement les charges à l'os. Il réalise une nouvelle liaison ne se brisant pas avec les tiges actuellement commercialisées (ou tiges moins rigides). De plus, le dispositif selon l'invention présente une résistance accrue et il permet de plus grandes déviations que celles pouvant être obtenues par simple utilisation de polyméthacrylate de méthyle seul. Jusqu'à présent, on a pensé à renforcer les tiges de prothèse, généralement en augmentant leur épaisseur. L'invention élimine les problèmes soulevés dans l'art antérieur, en particulier avec l'utilisation du polyméthacrylate de méthyle qui a un faible module d'élasticité et une faible résistance et qui est extrêmement cassant. On a évidemment noté que dans le cas où le polyméthacrylate de méthyle se détériore, la prothese se détériore également fréquemment. L'invention concerne donc un élément perfectionné destiné à transmettre à l'os les forces exercées sur les surfaces d'appui d'articulations artificielles, par l'utilisation d'une matière ductile à haut module d'élasticité, sous une forme convenable permettant à cette matière d'épouser la forme des tiges de prothèses etde les recouvrir, tout en étant combinée avec un ciment tel que le polyméthacrylate de méthyle. L'élément selon l'invention n'est pas destiné principalement à supporter directement les charges, mais simplement à les transmettre entre une prothèse et un os. Il constitue un élément compatible avec le tissu corporel et destiné à être implanté devant ce dernier, autour d'une tige de prothèse. L'élément de liaison entre prothèse et os selon l'invention est d'une fabrication relativement simple, d'une grande sûreté et d'une grande efficacité mécaniques, d'une utilisation sûre et il ne produit aucune réaction malencontreuse avec les tiges de prothèses. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 est une élévation de l'élément de la liaison selon l'invention placé sur la tige fémorale d'une prothèse de Charnley, cet élément étant désigné dans la description qui suit par le terme "filet"; - la figure 2 est une vue en plan du filet et de la tige représentés sur la figure 1; - la figure 3 est une élévation, analogue à celle de la figure 1; mais montrant le filet en coupe longitudinale; - la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3; - la figure 5 est une vue partielle en plan d'un détail de la figure 3, montrant le filet en coupe longitudinale; - la figure 6 est une vue en bout de l'extrémité de droite de la tige et du filet représentés sur la figure 3; - la figure 7 est une élévation, analogue à celle de la f#igure 3, mais montrant en coupe longitudinale une variante du filet placé sur un autre type de prothèse de tête fémorale; - la figure 8 est une coupe suivant la ligne 8-8 de la figure 7; - la figure 9 est une vue partielle en plan de la tige représentée sur la figure 7, montrant le filet en coupe longitudinale; - la figure 10 est une vue en bout par l'extrémité de droite de la figure 7; et - la figure 11 est une coupe verticale d'un fémur humain montrant la prothèse et l'élément de liaison selon l'invention mis en place. Les figures, sur lesquelles les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments, représentent une prothèse 10 de tête fémorale de type classique de Charnley. Cette prothèse comprend une tête 11 à peu près sphérique, un col 12 et une tige effilée 13. Cette tige peut prendre de nombreuses formes différentes comme représenté, par exemple, en 13' pour la variante 10' des figures 7 à 10 qui montrent une tige connue du type "T-28". Cette tige présente une section droite trapézoi- dale. La tête, le col et la tige sont réalisés dans des métaux compatibles avec le corps humain, par exemple en alliage de chrome et de cobalt, en acier. inoxydable du type "316 Lit, en titane ou en d'autres matières compatibles. La pièce principale de l'élément selon l'invention est une gaine de toile ou un filet 20 constitué de fils métalliques entrelacés formant une toile à structure ouverte. Des toiles tissées à structure ouverte en titane, en acier inoxydable et en alliage de chrome et de cobalt se sont avérées acceptables à cette application. Il est également possible d'utiliser des tamis ou des toiles en matière plastique, en carbone, en "Dacron" ou en '#elvar". La toile est formée autour de la tige de la prothèse ou sur un mandrin de forme analogue, afin de correspondre à peu près à la forme de la tige 13, tout en étant cependant sensiblement plus grande que cette dernière. La toile est de préférence orientée de manière que les fils 21 soient disposés longitudinalement et parallèlement à la tige et que des fils transversaux 22 soient à peu près perpendiculaires aux précédents. Les fils longitudinaux assurent la plus grande partie de la résistance, s'opposent aux fissures en maintenant la forme et l'intégrité de la colle au polyméthacrylate de méthyle, et ils maintiennent les particules de colle ou de ciment assemblées en cas de fractures.Les fils transversaux s'opposent également aux fractures ou fissures, maintiennent la forme et l'intégrité du polyméthacrylate de méthyle et maintiennent également les particules de ciment assemblées en cas de fractures, de sorte que le ciment brisé puisse toujours supporter des charges et transmettre des forces de compression. De plus, les deux groupeS de fils renforcent le polyméthacrylate de méthyle ou tout autre ciment analogue en améliorant ses caractéristiques mécaniques, en particulier sa résistance aux moments de flexion. Pour permettre l'adaptation de la tige courbe à la plupart des dimensions et des types de prothèses, il est évident que le filet ne peut pas être rigide, mais qu'il doit être relativement flexible.Pour épouser convenablement la forme des tiges, ce filet doit cependant avoir une certaine solidité mécanique afin de conserver sa forme pendant l'insertion de la tige dans l'os. Les extrémités 23 et 24 de la toile métallique se recouvrant peuvent être coupées et formes en creux, comme représenté sur la figure 4, afin de constituer un bord net, ne comportant pas de saillies effilées risquant de former un obstacle lors de l'insertion dans le canal médulaire du fémur. Comme représenté sur la figure 3, le filet est avantageusement d'une longueur sensiblement plus grande que celle de la tige, bien que cela ne soit pas essentiel et que le filet puisse donc être de même dimension ou même légèrement plus court que la tige. Le filet s'évase pour former une collerette 25 à proximité de l'extrémité proximale élargie de la tige. Cette collerette, bien qu'elle ne soit pas essentielle, renforce le col 12 de la prothèse et inspire une meilleure transmission des charges à l'os afin d'empêcher la résorption du tissu osseux. Afin d'établir un certain intervalle entre le filet et la tige, le filet peut être déformé en creux en certains points de sa longueur, comme représenté en 26, sur ses quatre faces. Cette déformation peut avoir une dimension telle qu'elle empêche tout contact entre les fils transversaux 22 et la tige 13 de la prothèse. Par conséquent, le nombre de points de contact entre le filet et la tige de la prothèse peut être déterminé. De la même manière, le filet peut être déformé vers l'extérieur (non représenté) afin qu'il soit possible de déterminer l'intervalle entre la tige et la partie corticale de l'os ou enveloppe. Cet espace est suffisant pour permettre la mise en place du ciment osseux. Une lame 27 de ressort peut être fixée, par exemple par soudage ou autre , à l'extrémité distale du filet. Ce ressort présente un coude 28 relativement important. Dans le cas où cette forme de réalisation est utilisée, elle facilite une mise en place convenable et précise de la prothèse et provoque l'application d'une poussée contre le canal médullaire élargi du fémur F de manière que la prothèse soit décalée et en-- contact avec la paroi médiane, comme représenté sur la figure 11. L'insertion de l'ensemble prothéticue (prothèse de la hanche, filet et polyméthacrylate de méthyle) suivant les techniques chirurgicales classiques s'effectue de la manière suivante. Après ouverture du canal médullaire du fémur par perçage et, le cas-échéant, mise en forme à l'aide d'une râpe, le polyméthacrylate de méthyle M est introduit dans le canal 30 et une quantité supplémentaire de cette matière est introduite sous pression dans le filet et autour de la collerette. La tige de la prothèse est ensuite insérée dans le filet jusqu'à ce que le col 12 porte contre la collerette. L'ensemble est ensuite mis en place dans le canal médullaire élargi, comme représenté sur la figure 11, après que ce canal a été rempli de ciment. Il est évident que le filet peut être réalisé dans différents profils en section droite, suivant la prothèse particulière à laquelle il est destiné. Les figures 3-6 représentent un filet destiné à être utilisé avec une prothèse du type Charnley. Les figures 7 à 10 représentent une variante de filet montée sur une tige 13' d'une prothèse 10' du type "T-28". Il est évident que la matière compatible avec les tissus, dans laquelle il est possible de réaliser le filet, peut être obtenue par emboutissage de manière à présenter les perforations convenables, ou bien peut être obtenue à partir de toute autre feuille perforée et malléable. Le nombre convenable de déformations en relief du filet pour déterminer à la fois le nombre de points de contact de ce filet avec la tige de la prothèse et le nombre de points de contact avec la partie corticale de-l'os dépend, de même que la dimension des ouvertures du filet (ou des perforations), de la prothèse particulière avec laquelle le filet doit être utilisé. Bien que le filet ou la gaine selon l'invention ait été décrit dans son application à une prothèse classique de la hanche, il est évident qu'il permet l'utilisation de prothèses comportant une tige plus légère, plus mince et moins rigide que celle des prothèses couramment produites L'élément selon l'invention n'est pas limité aux prothèses de la hanche, car le filet selon l'invention présente les mêmes avantages que ceux indiqués précédemment lorsqu'il est utilisé avec des tiges de diverses autres prothèses telles que des prothèses d'articulations du genou, du coude,~du poignet, etc. Dans ces cas, le filet peut être réalisé dans une forme géométrique convenable (par exemple en forme de coupelle ou de cylindre), de manière à épouser la forme de la tige de la prothèse correspondante. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à L'élément décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Elément de liaison entre une prothèse et un caractérisé en ce qu'il comporte une gaine réalisée dans une matière relativement rigide, malléable et présentant des interstices, épousant à peu près la forme de la tige d'une prothèse qu'elle est destinée à recevoir, un ciment osseux pouvant être introduit entre la tige et la gaine. 2 Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des organes assurant un certain espacement entre la surface intérieure de la gaine et la tige. 3. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des organes assurant un certain espacement entre la surface extérieure de la gaine et l'enveloppe corticale de l'os. 4. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que la gaine est déformée vers l'intérieur en certains points de sa longueur, de manière à présenter des creux qui constituent lesdits organes assurant l'espacement entre la surface intérieure de la gaine et la tige de la prothèse. 5. Elément selon la revendication 3, caractérisé en ce que la gaine est déformée vers l'extérieur en certains points de sa longueur de manière à former des reliefs qui constituent lesdits organes assurant l'espacement entre la surface extérieure de la gaine et la partie corticale de l'os. 6. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une collerette élargie située à l'extrémité proximale de la gaine et réalisée dans la même matière que cette gaine. 7. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière présentant des interstices s'oppose aux fractures de manière à maintenir la forme et l'intégrité dudit ciment. 8. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière présentant des interstices maintient les particu#les de ciment assemblées en cas de fractures, de manière que le ciment ainsi brisé puisse encore supporter des charges et transmettre des forces de compression. 9. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière présentant des interstices se présente sous la forme d'une feuille perforée réalisée dans un métal ou dans toute autre matière ductile à haut module d'élasticité et compatible avec les tissus corporels. 10. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière présentant des interstices se présente sous la forme d'une toile en métal ou en toute autre matière ductile à haut module d'élasticité, compatible avec les tissus corporels. 11. Elément selon la revendication 10, caractérisé en ce que la toile est en alliage de chrome et de cobalt. 12. Elément selon la revendication 10, caractérisé en ce que certains des fils de la toile sont disposés longitudinalement par rapport à l'axe de la gaine, les autres fils étant orientés à peu près perpendiculairement aux précédents. 13. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un ressort plat est fixé sur la surface extérieure de la gaine, à proximité de son extrémité distale, de manière à pouvoir entrer en contact avec le canal médullaire pour espacer convenablement la tige de la prothèse de la paroi de ce canal. 14. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine est de forme tubulaire et s'amincit de son extrémité proximale vers son extrémité dlstale. 15. Elément intermédiaire destiné à renforcer la liaison entre une prothèse et un os du corps humain ou du corps d'un animal, la prothèse étant destinée à être introduite dans une cavité d'un os qui a été préparée pour la recevoir et qui contient un ciment osseux, l'élément intermédiaire étant caractérisé en ce qu'il comporte une gaine réalisée dans une matière malléable, relativement rigide et présentant des interstices, la tige de la prothèse et le ciment remplissant sensiblement et entourant ladite gaine, le ciment pénétrant dans les interstices de la gaine. 16. Elément selon la revendication 15, caractérisé en ce que la gaine se présente sous la forme d'une toile ou d'une feuille perforée en métal ou en toute autre matière ductile à haut module d'élasticité, compatible avec les tissus corporels.