Brevet FR2510127A1 — publié le 19830128

La présente invention concerne des appareils chirurgicaux en polyamide aliphatique et plus particulière- ment des appareils chirurgicaux en polyamide aliphatique thermiquement formés ayant des propriétés améliorées, y compris la flexibilité ou-la dureté et l'intégrité fonction- nelle. Il est bien connu que dans des opérations chirurgicales nombreuses et variées on implante très souvent des appareils synthétiques, c'est-à-dire des appareils fabriqués à partir de matières non biologiques On trouve des exemples de telles techniques en chirurgie o l'on utilise diverses pinces en acier inoxydable ou en autres métaux pour maîtriser le saigne- ment en ce qu'elles sont utilisées pour ligaturer divers vaisseaux sanguins au cours de la procédure chirurgicale. En outre, dans d'autres procédés chirurgicaux, on implante diverses autres baguettes, agrafes, pince ou feuilles de matière pour divers supports ou pour d'autres raisons dans le procédé chirurgical Dans la plupart des cas, ces appa- reils restent chez le malade pendant des durées considérables, bien que dans certains cas ils puissent être retirés à une date ultérieure ou même rejetés par la fonction physiologique naturelle du corps humain. Même si ces appareils chirurgicaux métalliques sont sans danger du point de vue médical, on souhaite souvent ne pas les laisser dans le corps car ils perturbent beaucoup la pos- sibilité d'utiliser ultérieurement sur le malade un grand nombre des nouveaux porcédés d'obtention d'images diagnosti- ques Les appareils chirurgicaux métalliques perturbent l'obtention des images aux rayons X, des images par tomo- graphie axiale informatisée, et certains autres des nouveaux types d'obtention d'images diagnostiques. Il est donc souhaitable que ces appareils chirurgicaux soient remplacés par des matières plastiques qui n'ont pas un effet aussi perturbateur sur les procédés d'obtention d'images diagnostiques Cependant, en s'efforçant de dévelop- per les matières plastiques pour remplacer les matières mé- talliques, on a trouvé qu'il est très difficile de fournir une combinaison de résistance, de flexibilité et de stabilité dimensionnelle dans ces matières plastiques à un degré compa- rable à celui des matières métalliques Les matières plasti- ques n'ont donc pas été facilement acceptées comme substituts des matières métalliques Ceci est particulièrement vrai dans les appareils les plus petits comme les pinces ligaturantes et autres types de pinces pour obturer des vaisseaux ou relier une matière comme un tissu Ces pinces sont petites et ont de très petites zones critiques dans l'appareil qui nécessite une résistance, une flexibilité et une intégrité fonctionnelle considérables. L'une des classes de matières ayant connu un succès dans divers types d'appareils chirurgicaux est le polyamide En outre, il est bien connu que l'on peut améliorer la dureté et diverses autres propriétés physiques du polyamide par réticulation Les techniques et problèmes de la réticulation des polyamides (nylons) sont décrits plus en détail dans l'ouvrage intitulé "Nylon Plastics" de Melvin Kohan et publié par John Wiley & Sons en 1973 En particulier, le chapitre 17 de l'ouvrage, intitulé "Treatment of Processed Nylons" décrit diverses techniques pour réticuler des produits en nylon. Bien qu'on sache que la réticulation améliore certaines propriétés des polyamides, pour diverses raisons les articles moulés par injection ne sont pas généralement réticulés On a trouvé que la réticulation classique des polyamides telle qu'elle est enseignée par les spécialistes n'améliore pas toutes les propriétés requises dans les appareils chirurgi- caux moulés par injection, en particulier les propriétés de flexibilité et d'intégrité fonctionnelle si importantes pour l'application in vivo des appareils chirurgicaux en matière plastique. On a découvert un nouveau procédé qui améliore la résistance des appareils chirurgicaux en polyamide aliphati- que thermiquement formés En outre, le procédé nouveau et perfectionné améliore la flexibilité et l'intégrité fonction- nelle des appareils moulés par injection en polyamide ali- phatique, en particulier des pinces utilisées pour obturer divers petits vaisseaux au cours d'une opération chirurgica- le.Souvent, les nouveaux appareils chirurgicaux de l'inven- tion, au moins dans certains modes de réalisation, ont des propriétés in vivo améliorées, c'est-à-dire qu'ils gardent leur résistance et leur intégrité fonctionnelle lorsqu'ils sont utilisés et implantés au cours de l'opération chirurgicale et plus tard pendant et après le processus de cicatrisation de la blessure. Selon l'invention, on a découvert qu'en traitant les appareils chirurgicaux en polyamide aliphatique thermique- ment formés à la chaleur et à l'humidité pendant une durée spécifique, on améliore la cristallinité du polyamide et l'intégrité fonctionnelle de l'appareil chirurgical thermi- quement formé On a trouvé qu'en traitant l'appareil thermi- quement formé à une température d'au moins 600 C mais non inférieure à 1000 C, et de Préférence entre 80 et 900 C, dans un mode de réalisation pratiquement saturé d'humidité, et de préférence dans l'eau chaude, pendant une durée d'au moins 10 minutes, les propriétés du produit importantes pour son application comme appareil chirurgical sont nettement amé- liorées. Le nouveau produit de l'invention comprend des appareils chirurgicaux thermiquement formés en polyamide aliphatique, de préférence des appareils chirurgicaux moulés par injection en nylon-6, qui ont une cristallinité a d'au moins 15 % et de préférence d'au moins 20 % avec une cristallinité totale de % et de préférence une cristallinité totale dépassant 30 %. La figure 1 est une vue en perspectived'une pince ligatu- rante de l'invention. La figure 2 est un agrandissement d'une vue-en perspec- tive montrant la pince de la figure 1 en place ligaturant un vaisseau sanguin; La figure 3 est un agrandissement d'une vue en perspec- tive d'un autre appareil chirurgical selon l'invention. La figure 4 est un agrandissement d'une vue en perspec- tive d'encore un autre appareil chirurgical selon l'invention; et La figure 5 est une section montrant l'appareil de la figure 4 en place fermant une blessure. Bien que l'invention soit applicable à de nombreux types d'appareils chirurgicaux fabriqués à partir de polyamides aliphatiques thermiquement formés, dans un but de clarté elle sera décrite en détail en liaison avec ce qui est connu comme pinces ligaturantes faites à partir de polyamides aliphatiques. Si l'on se réfère à la figure 1, on observe une pince ligaturante 10 de l'invention Cette pince est utilisée pour ligaturer un vaisseau sanguin pendant diverses opérations chirurgicales La pince comprend deux éléments de branches 11 et 12 rassemblés à leur extrémité proximale par une sec- tion charnière 13 Les éléments de branches s'enclenchent ou se verrouillent à leurs extrémités distales 14 et 15 La figure 2 montre la pince de la figure 1 dans sa position fermée obturant la lumière d'un vaisseau sanguin 16 La zone char- nière, qui est plus mince que le reste de la pince, doit être flexible mais résistante Le corps des branches doit équilibrer résistance et rigidité et, selon la configuration des extrémités distales, elles doivent avoir un certain degré de flexibilité Dans l'ensemble, la pince dans sa totalité doit avoir une bonne stabilité dimensionnelle en ce que lorsque la pince est fermée elle garde la position fer- mée. Le chirurgien, lorsqu'il place cette pince, doit souvent la placer dans une zone qu'il ne peut pas voir et il est donc important qu'il sente la résistance de la section articulée et du mécanisme d'enclenchement; c'està-dire le retour d'information tactile qu'il souhaite dans l'appareil chirur- gical Le chirurgien bénéficie également de l'existence d'un claquement audible lorsque le crochet de l'élément de branche 11 se déforme et saisit l'élément de branche opposé 12. Un autre appareil chirurgical thermiquement formé est montré dans la figure 3 Cet appareil est une attache deux- pièces 20 pour refermer des blessures, etc L'attache com- prend une agrafe 21 et un récepteur 22 pour l'agrafe La figure 4 montre encore un autre appareil thermiquement formé pour refermer les blessures, qu'elles soient dans la peau, les aponévroses ou même dans le muscle Cet appareil comprend un mince section allongée 26 avec des pièces transversales 27 disposées à chaque extrémité de la mince section allongée. En utilisant un instrument approprié comportant une aiguil- le creuse pour maintenir l'appareil, on insère l'aiguille à travers le tissu et on utilise l'appareil pour fermer la blessure, la section allongée 26 s'étendant d'un bout à l'autre de la zone blessée et les pièces transversales 27 agrippant les côtés opposés de la zone blessée comme le montre la figu- re 5. D'autres appareils médicaux envisagés par l'invention sont des produits solides comme les épingles orthopédiques, les brides, les vis et les plaques; les pinces, les agrafes, les crochets, boutons et fermoirs; les substitutsd'os comme les prothèses mandibulaires, les aiguilles; les appareils intra-utérins; divers conduits tubulaires comme des urètres, des canaux cystiques, etc; les instruments chirurgicaux, les implants vasculaires, les coupleurs ou les supports; et les disques vertébraux, ainsi que d'autres appareils analogues. Les appareils chirurgicaux de l'invention sont produits de préférence par moulage par injection Les polyamides sont moulés par injection d'une manière bien connue des spécialis- tes On a trouvé qu'au cours du-moulage par injection du nylon 6 on peut utiliser des températures de moulage allant d'environ 400 C à 900 C Les autres paramètres utilisés dans le moulage par injection du nylon 6 sont bien connus. Selon l'invention, on traite les pinces chirurgicales en polyamide aliphatique moulé par injection en présence d'un excès d'humidité pour optimiser les propriétés des pinces moulées par injection; autrement dit pour les optimiser en ce qui concerne leurs applications prévues On a trouvé qu'en chauffant les pinces à des températures d'au moins 600 C mais inférieures à 1000 C, et de préférence comprises entre environ 800 C et 900 C en présence d'un excès d'humidité pen- dant une durée d'au moins 10 minutes on améliore les proprié- tés souhaitables in vivo des pinces On préfère traiter Les pinces dans l'eau chaude bien qu'on puisse les traiter à la vapeur ou dans des atmosphères extrêmement humides pen- dant une durée suffisante pour obtenir les résultats désirés. On utilise les tests suivants pour déterminer les propriétés des pinces chirurgicales. Cristallinité La cristallinité de la pince est la mesure de la résis- tance et de l'intégrité fonctionnelle de la pince La diffrac- tion aux rayons X est un procédé commode pour déterminer l'importance et le type de cristallinité dans la pince. On obtient les données sur la cristallinité aux rayons X en utilisant un goniomètre vertical Phillips équipé d'un mono- chromètre à cristal de graphite et d'un détecteur à scintil- lation mis en regard d'un enregistreur à bande On emploie un rayonnement Cu Ka et on monte et on traite un échantillon en utilisant une mise au point optique géométrique en parallèle ("parafocusing") On analyse les schémas obtenus pour un échantillon afinde déterminer la cristallinité alpha, la cristallinité gamma et la teneur amorphe en utilisant un séparateur de courbe Du Pont. La cristallinité alpha est une forme cristalline tri- dimensionnelle qui est stable dans la température de fusion tandis que la cristallinité gamma est une structure méta- stable d'ordre faible qui peut être transformée en la forme alpha par divers traitements. Résistance de la charnière La résistance de la charnière de la pince est la force nécessaire pour briser la pince dans la zone charnière et on la détermine en pré-traitant la pince pendant 16 heures à une humidité relative de 60 % et une température de 210 C. On coupe le mécanisme d'enclenchement à l'extrémité distale de la pince traitée et on dispose les-extrémités coupées des éléments de branche dans les mâchoires opposées d'un tensiomètre Instron Les mâchoires sont revêtues d'acier. En utilisant une vitesse de déformation de 5 mm/minute, on écarte les mâchoires et on détermine la force nécessaire pour briser la charnière en kg. Résistance de la charnière (in vivo) On mesure la résistance in vivo de la pince comme suit. On répartit au hasard les pinces en groupes composés de pinces chacun Chaque groupe correspond à un intervalle expérimental de résistance de la charnière On prépare pour la chirurgie des rats Long Evans spéciaux, pesant 150 à 300 g, et on implante 2 pinces à chaque rat On implante les pinces dans le derme dorsal postérieur gauche et droit du rat Au bout de chaque période suivant l'implantation, on sacrifie 5 rats et on enlève avec soin les pinces On détermine la résistance de la charnière des pinces en coupant le mécanisme d'enclemnh e- à l'extrémité distale de la pince et en disposant les extrémités coupées des éléments de branches dans les mâchoires opposées d'un tensiomètre Instron Les mâchoires sont revêtues d'acier En utilisant une vitesse de déformation de 5 mm/minute on écarte les mâchoires et on détermine la force nécessaire pour briser la charnière en kg. Pourcentage d'allongement Le pourcentage d'allongement de la pince est une mesure de l'intégrité fonctionnelle et en aartie de la stabilité dimensionnelle de la pince Le pourcentage d'allongement de la pince est équivalent à l'élongation apparente de la pince déterminée d'après les mesures Instron et on le calcule avec l'expression: Vitesse de la Longueur du Pourcentage crosse diagramme Pourcentage= x 100 d'allongement= -x O 1 d Vitesse du Longueur de la diagramme x jauge Les exemples spécifiques qui suivent précisent l'invention. Exemples 1 à 4 On moule par injection dans la configuration de la pince décrite dans la figure 1 une résine nylon 6, vendue par Allied Chemical Corporation sous le nom de type 8207, ayant une cristallinité alpha et une cristallinité totale telles que données au Tableau 1 On utilise un moule multicavités dans une machine de moulage par injection Arburg Les températures du moule sont telles que données au Tableau 1, et la température de la buse est d'environ 240 C Les autres paramètres des étapes de moulage par injection sont semblables à ceux généra- lement utilisés dans le moulage par injection du nylon 6 Les pièces moulées sont lavées dans l'hexane et séchées aux tempé- ratures ambiantes et à une pression de 0,1 mm. Dans l'exemple 1, on teste les pinces moulées par injection pour déterminer la résistance de la charnière, le pourcentage d'allongement, la cristallinité totale et la résistance de la charnière in vivo Certaines des pinces implantées chez l'animal pour déterminer leur efficacité s'ouvrent spontanément lorsqu'on les implante, ce qui indique leur manque d'intégrité fonctionnelle. Dans l'exemple 2, on réticule certaines des pinces de l'exemple 1 en procédant selon l'invention en disposant les pinces dans une atmosphère de vapeur pendant 30 minutes. On teste la résistance de la charnière, le pourcentage d'allongement, la cristallinité totale et la résistance de la charnière in vivo des pinces réticulées. Dans l'exemple 3, on teste la résistance de la charnière, le pourcentage d'allongement et la cristallinité totale de pinces moulées par injection On réticule certaines des pinces moulées en procédant selon l'invention en disposant les pinces dans l'eau à une température de 800 C pendant la durée indiquée au Tableau 1 On teste la résistance de la charnière, le pourcentage d'allongement et la cristallinité totale des pin- ces réticulées. Dans l'exemple 4, on teste la résistance de la charnière, le pourcentage d'allongement etla cristallinité totale des pinces moulées par injection On réticule certaines des pinces moulées en procédant selon l'invention en disposant les pinces dans l'eau à une température de 800 C pendant 30 minutes On stérilise les pinces réticulées en les soumettant à une dose de 2,5 megarads d'irradiation au Co On teste la résistance de la charnière, le pourcentage d'allongement, la cristallinité totale et la résistance de la charnière in vivo des pinces stérilisées Les pinces sont flexibles lorsqu'on les implantes chez l'animal, ont une excellente intégrité fonctionnelle et ne s'ouvrent pas pendant l'utilisation. Les paramètres utilisés dans les exemples ainsi que les résultats des tests sont donnés au Tableau 1 ci-dessous. Tableau 1 Pinces moulées Résist Allonge % Charn ment al kg % 2,34 15 2,34 15 2,37 15 2,25 38 2,25 38 2,25 38 2,25 38 cristallini té pha gamma 7 15 7 15 7 16 9 13 9 13 9 13 9 13 Pinces réticulées Rés All % crist. Conditions char % a ' kg vapeur 2,63 22 29 3 min vapeur 2,31 28 29 4 min eau 2,43 36 24 5 min eau 2,42 34 25 2 min eau 2,65 33 28 3 min eau 2,44 26 31 4 min Résistance de la charnière in vivo (kg) Nb jours après implantation 0 10 14 21 1,872 1,09 2,17 1,45 1,892 1,45 o 2,12 1,82 1,0 1 Les pinces sont cassantes 2 Testée sans pré-traitement. M Ln o r J, C Do Exemple NO Temp de moulage o C Comme on le voit d'après le tableau qui précède, les pinces réticulées ne sont pas cassantes, et ont une excellente résistance de la charnière qu'elles gardent in vivo La réti- culation n'a pas d'effet néfaste sur le pourcentage d'allon- gement de la pince tout en accroissant beaucoup la cristalli- nité, ce qui aboutit à un excellent équilibre de la résistance, de la flexibilité et de l'intégrité fonctionnelle des pinces. Il a déjà été dit que la réticulation des polyamides ther- miquement formés n'est pas une pratique commune De plus, on a trouvé que les procédures existantes de réticulation pour les polyamides n'améliorent pas ces propriétés requises dans les appareils chirurgicaux thermiquement formés, en particu- lier les propriétés de flexibilité et d'intégrité fonctionnel- le nécessaires à l'application in vivo des appareils. Si malgré tout on réticule les polyamides, on les chauffe souvent dans un bain d'huile à des températures appropriées au type de polyamide utilisé (c'est-à-dire 130-1490 C pour le nylon 6) En outre, il est bien connu que cette pratique est utilisée pour améliorer la lubrification des pièces due à l'imbibition du milieu de réticulation pour cette raison. En outre, on a trouvé que ce procédé présente un inconvénient su pplémentaire dû à la décoloration des parties réticulées et au besoin d'unprocédé coûteux d'enlèvement de l'huile. Un second procédé de réticulation des polyamides consis- te à chauffer à des températures élevées (c'est-à-dire jusqu'à 500 C endessous de la température de fusion) en présence d'un gaz inerte pour éviter l'oxydation. On a trouvé que le chauffage des appareils chirurgicaux thermiquement formés sous azote à des températures élevées (c'est-à-dire 50-1500 C) pendant diverses périodes de temps a peu d'effet sur les propriétés souhaitables de ces appareils. De plus, on a trouvé que le procédé de réticulation est quelquefois tout à fait nocif pour ces appareils. L'exemple suivant précise ce point. Exemple 5 On moule par injection des pinces telles que décrites ci- dessus en utilisant des températures de moules de 86 C. On implante des pinces moulées chez des rats et on trouve qu'elles se détachent du site d'implantation et/ou qu'elles s'ouvrent lorsqu'on les recueille au bout de 14 jours. On réticule d'autres pinces sous azote pendant 1 h J à 24 h à des températures allant de 50 à 150 C Les propriétés de ces pinces sont ou bien non améliorées ou bien affectées de façon défavorable comme le montre le Tableau 2. Tableau 2 Paramètres de réticulation à l'azote Appareil Aspect Résistance de la char- nière (kg) Allon- gement Observations C/24 h C/17 h C/6 h C/12 h C/3 h C/6 h C/1 h à C/3,0 h C/3,0 h Pince Pince Pince Barre Barre Barre Barre Barre Barre Pince Clair, Léger Léger Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune Jaune incolore jaune jaune 2,34 2,00 Ne peut être testée Cristallinité gamma Cristallinité gamma, cassant Cristallinité gamma, cassant Cristallinité gamma, cassant Cristallinité gamma, cassant Cristallinité gamma, cassant Cristallinité. gamma accrue, cassant Particulièrement cassant 2 10127 On voit que la réticulation à l'azote à des températures élevées provoque une décoloration et une fragilisation comme l'illustre la baisse de pourcentage d'allongement lorsque la pince se brise Les barres expérimentales utilisées dans cette expérience sont de la même épaisseur que les pinces. Les études aux rayons X montrent que ces pinces et barres de polyamide telles qu'elles sont moulées sont à un faible niveau de cristallinité, surtout de la variété gamma ou métastable Ce n'est qu'à 1500 C au bout de 3 heures sous azote qu'on observe une transition appréciable de gamma à alpha Les barres et pinces traitées dans ces conditions sont extrêmement cassantes et les pinces sont complètement non fonctionnelles, se brisantà la clenche lorsqu'on les ferme. Les polymères de polyamide moulés par injection traités selon l'invention ont une flexibilité et une intégrité fonctionnelle améliorées qui les rendent particulièrement appropriés comme appareils chirurgicaux En outre, le nylon- 6 est facilement stérilisable au cobalt pour produire des appareils chirurgicaux stériles. Il faut souligner que le nylon-6 devient moins flexible si on le laisse se dessécher complètement Il peut donc être souhaitable selon l'invention de conditionner les appareils chirurgicaux en nylon-6 et de les garder dans un environnement o ils sont à l'équilibre d'humidité leur permettant de rester flexiblesau stockage et donc appropriés à l'utilisation dam les diverses opérations chirurgicales. L'invention et certains modes de réalisation spécifiques ayant maintenant été décrits, il doit être apparent aux spécialistes que l'on peut procéder à diverses modifications et altérations de l'invention sans s'écarter de l'esprit ni de la portée de l'invention On souhaite seulement être limité par la portée des revendications jointes. REVENDICATIONS 1 Procédé pour améliorer les propriétés in vivo d'un appa- reil chirurgical en polyamide aliphatique thermiquement formé dans lequel on chauffe l'appareil à une température comprise entre environ 600 C et 1000 C dans un environnement pratiquement saturé d'humidité pendant une durée suffisante pour porter la cristallinité alpha de l'appareil à au moins 15 %, ce qui améliore l'intégrité fonctionnelle de l'appareil. 2 Procédé selon la revendication 1 o l'on chauffe l'appareil pendant au moins 10 minutes. 3 Procédé selon la revendication 1 o l'appareil est un appareil moulé par injection. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 3 o l'appa- reil chirurgical est une pince ligaturante comprenant deux éléments de branche reliés à leur extrémité proximale par une charnière résiliente et ayant un moyen de fermeture disposé aux extrémités distales des éléments de branche. Procédé selon l'une des revendications 1,3 ou 4 o le polyamide est le nylon-6. 6 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 5 o la tempé- rature est comprise entre O et 90 C. 7 Procédé selon l'une des revendications 1,5 ou 6 o l'appa- reil moulé est chauffé dans l'eau. 8 Appareil chirurgical en polyamide aliphatique thermiquement formé ayant une cristallinité alpha d'au moins 15 % et une cristallinité totale dépassant 25 %. 9 Appareil selon la revendication 8 qui est un appareil moulé par injection. Appareil chirurgical moulé par injection selon la reven- dication 9 comprenant une pince ligaturante ayant deux éléments de branche reliés à leur extrémité proximale par une section charnière résiliente et comprenant un mécanisme de verrouillage à leur extrémité distale. 11 Appareil chirurgical selon l'une des revendications 9 ou o le polyamide est le nylon-6. 12 Appareil chirurgical selon l'une des revendications 9, ou 11 ayant une cristallinité alpha d'au moins 20 %. 13 Appareil chirurgical moulé par injection selon l'une des revendications 9, 10, 11 ou 12 ayant une cristallinité-totale d'au moins 30 %. 14 Appareil chirurgical selon la revendication 9 comprenant un appareil de fermeture des blessures ayant une mince section allongée et flexible avec une pièce transversale disposée à - chaque extrémité de ladite section.