Brevet FR2417972A1 — publié le 19790921

La présente invention concerne une prothèse totale de hanche à surfaces articulaires en alumine dense, comprenant une tête fémorale de forme sphérique reliée à une tige implantée dans le fémur, et une pièce acétabulaire de forme sphérique fixée dans le cotyle, du genre ayant fait l'objet du brevet français n0 70 25 848 au nom de la Compagnie Générale d'Electro-Céramique. De telles prothèses présentent un faible couple de frottement entre les surfaces articulaires et une très faible usure de ces surfaces. Du fait que de telles prothèses sont de plus en plus fréquemment posées sur des sujets relativement jeunes, chez lesquels elles devront fonctionner pendant des dizaines d'années sans augmentation du couple de frottement, qui diminue la facilité de locomotion et finit par entraîner un descellement de la tige fémorale, on a recherché comment réduire encore le couple de frottement et l'usure. On a proposé notamment à cet effet de donner à la pièce acétabulaire et/ou à la tête fémorale une structure composite, comprenant en-dessous de la couche de frottement en alumine dure une couche d'un matériau élastique ou plastique, évitant ainsi une transmission directe à l'os de l'effort engendré par le couple de frottement.On a insisté aussi sur la nécessité de la présence d'une quantité suffisante de liquide lubrifiant entre les deux surfaces frottantes en regard, et par suite d'un jeu suffisant entre celles-ci. Ces mesures n'ont cependant pas permis de réduire de façon importante les efforts exercés sur l'os du bassin et sur le fémur du fait du couple de frottement de l'articulation, et on a même constaté au cours de certaines sisulations de fonctionnement de prothèses de hanche l'apparition de couples de frottement élevés liés apparemment à un contact ponctuel à sec entre les deux surfaces frottantes. L'invention a pour but de procurer une prothèse totale de hanche susceptible de fonctionner pendant la vie d'un individu, même relativement jeune au nient de sa pose, sans augmentation notable du couple de frottement et sans usure importante, et ne nécessitant donc pas son remplacement après descellement de l'un de ses éléments ou apparition de douleurs excessives. La prothèse totale de hanche selon l'invention est caractérisée en ce que le rayon de sa tête fémorale est inférieur d'au plus 10 microns au rayon de la surface interne de la pièce acétabulaire, et en ce que la surface interne de la tête fémorale et la surface interne de la pièce acétubulaire ne présentent pas, en coupe par un plan polaire et par le plan équatorial passant par leur centre commun, de défaut de sphéricité supérieur à 2 microns. De préférence, le rayon de la tête fémorale est inférieur d'environ 5 à 6 microns au rayon de la surface interne de la pièce acétabulaire, et les surfaces externe de la tête fémorale et interne de la pièce acétabulaire ne présentent pas, en coupe par un plan polaire quelconque et par le plan équatorial, de défaut de sphéricité supérieur à un micron. De préférence également, les indices de rugosité des surfaces externe de la tête fémorale et interne de la pièce acétabulaire ne sont pas supérieures à 0,15 microns Ra. La demanderesse a en effet constaté de façon surprenante qu'un film liquide lubrifiant de très faible épaisseur, d'au plus 10 microns et de préférence d'environ 5 microns, conjugué avec un défaut de sphéricité au plus égal à 2 microns, assurait une valeur très faible du couple de frottement, notablement plus faible qu'avec un film de plus forte épaisseur, pourvu qu'en même temps les défauts de sphéricité soient réduits jusqu'à ne pas dépasser la valeur maximale de 2 microns, et de préférence 1 micron. Bien que l'invention ne doive pas être considérée comme liée à une explication théorique, il semble que, lorsque la prothèse est en charge, le faible jeu entre les surfaces solides et leurs faibles défauts de sphéricité selon des plans polaires et équatoriaux évitent tout contact ponctuel en un point quelconque entre les surfaces solides elles-mêmes, qui entrainerait une élévation du couple de frottement. il est avantageux également de donner aux surfaces un poli suffisant pour que l'indice de rugosité ne dépasse pas 0,15 microns Ra. Cependant, des indices de rugosité un peu plus élevés tout comme des indices de rugosité moins élevés tendent à diminuer par un rodage naturel au début du fonctionnement de l'articulation. La demanderesse a en particulier constaté au cours d'essais de simula- tion de marche sur une prothèse de hanche de diamètre de tête fémorale 32 m, fonctionnant avec un jeu de 5 microns entre pièce acétabulaire et tête fémorale, avec une charge alternative de O à 320 daN, à une fréquence d'une période/seconde, le liquide de lubrification étant du sérum physiologique, pendant 1200 heures correspondant à 4 300 000 cycles de fonctionnement, soit à environ 3 ans de vie d'un patient, les résultats suivants concernant la variation du défaut de sphéricité dans un plan polaire et de la rugosité, de l'usure et du couple de frottement en fonction du temps Temps Têtefémorale Pièce acétabulaire Poids des Couple Défauts de sphéricité rugosité Défaut déchets de (microns) (microns) de sphéricité d'usure frottement Ba (microns) (g > (Kg/m) polaire équatoriale polaire équatoriale O h 0,5 1 1 0,08 0,4 1,2 0,13 600 h 0,06 0,009 g 0,08 1200 h 1 1,5 0,06 2,0 1,8 0,08 La rugosité de la pièce acétabulaire n'était pas mesurable de tanière fiable. La figure unique du dessin annexé représente la variation du couple de frottement C (en kg/m) en fonction du tests t (en heures) par des défauts de sphéricité constants inférieurs à 2 microns, et différents Jeux radiaux 6 B (en microns) entre la pièce acétabulaire et la tête fémorale, toutes deux en alumine dense, d'un simulateur de prothèse totale de hanche. On voit que le couple de frottement est plus faible initialement et diminue beaucoup plus rapidement pour un Jeu radial de 5 microns que pour des Jeux radiaux de 35 microns et de 80 microns. L'invention s'applique de anière très générale à toutes les prothèses de hanche à surfaces frottantes en alumine dense, quels que soient les iodes de liaison, d'une part de la pièce acétabulaire avec le cotyle, d'autre part de la tête fémorale avec le fémur. Ces liaisons peuvent s'effectuer à I l'aide de ci entes organiques, ou au contraire par repousse osseuse dans des rainures ou pores de la pièce acétabulaire, ou à l'intérieur d'un treillis ou grillage métallique entourant une tige métallique fixée dans le fémur. La fizttion de la tête fémorale en alumine sur la tige fémorale peut s'effectuer par différents soyers (emboîtement conique, vissage, etc.) REVENDICATIONS 1/ Prothèse totale de hanche à surfaces articulaires en alumine dense, comprenant une tête fémorale sphérique reliée à une tige implantée dans le fémur et une pièce acétabulaire de forme sphérique fixée dans le cotyle, caractérisée en ce que le rayon de la tête fémorale est inférieur d'au plus 10 microns au rayon de la surface interne de la pièce acétabulaire, et en ce que la surface externe de la tête fémorale et la surface interne de la pièce acétabulaire ne présentent pas en coupe par un plan polaire et le plan équatorial passant par leur centre commun, de défaut de sphéricité supérieur à 2 microns. 2/ Prothèse totale de hanche selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rayon de la tête fémorale est inférieur d'environ 5 à 6 microns au rayon de la surface interne de la pièce acétabulaire, et en ce que les surfaces externe de la tête fémorale et interne de la pièce acétabulaire ne présentent pas, en coupe par un plan polaire quelconque et par le plan équatorial, de défaut de sphéricité supérieur à 1 micron. 3/ Prothèse totale de hanche selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les indices de rugosité des surfaces externe de la tête fémorale et interne de la pièce acétabulaire ne sont pas supérieurs à 0,15 micron Ra.