Brevet FR2529077A1 — publié le 19831230

La présente invention concerne le domaine des prothèses osseuses Elle a pour objet une nouvelle prothèse et son obtention. On connait déjà la technique générale d'implanta- tion de pièces métalliques destinées à remplacer ou à consoli- der des os ou des articulations osseuses Bien entendu,la forme de l'implant doit etre adaptée à la partie osseuse concernée C'est le cas, par exemple,des prothèses destinées aux articulations de la hanche ou du genou. On a d'abord utilisé des implants métalliques en les fixant dans l'os vivant par un ciment,notamment par un ciment à base de résine acrylique Cette technique de fixation avec un ciment entratne de nombreux inconvgnients,parmi les- quels on peut signaler un défaut de tenue de la prothèse en raison des risques de Fractionnement du ciment,ainsi qu'une intolérance par l'organisme et le tissu osseux du corps étranger que constitue le ciment. C'est pourquoi on a propose des prothèses dont la mise en place ne nécessitait pas l'utilisation de ciment. A cet effet,on a rendu la surface de l'implant rugueuse ou poreuse,de maniàre à permettre le développement du tissu osseux à la surface de la prothèse elle-même,et d'en assurer ainsi l'ancrage dans l'os Les inconvénients de la technique de fixation au ciment sont pratiquement éliminés en totalité par cette technique,mais celle-ci peut encore Otre perfection- née A titre illustratif,on peut estimer que l'utilisation de ciment fournit, dans le cas des prothèses de la hanche, plus de 25 % d'4 checs, gn raison du descellement de l'implant dans l'os Ce pourcentage d'échecs est sensiblement réduit lorsqu'on donne à l'implant une surface poreuse ou rugueuse, mais dans au moins 10 % des cas, pour des raisons très variées, il est nécessaire d'intervenir à nouveau afin de remplacer la prothèse Mais, dans ce cas,la prothèse ne peut pas simple- ment être extraite car, en raison de l'e 9 fat d'ancrage extrg- mement risistant,procuré par le développement du tissu osseux, il faut, pour remplacer la prothèse,effectuer une intervention délicate avec découpe de l'os pour sortir la prothèse. 2 2529077 A titre de documents antérieurs illustrant l'état de la technique,on peut citer le brevet allemand 837 294, le brevet français 72 27 966 (publication 2 194 123), le brevet US 3 905 047 et la demande de brevet ïrançais publiée sous le n 2,356 465 L'enseignement de ces divers brevets peut être brièvement résumé comme suit. Le brevet allemand 837 294 a pour objet une pro- thèse dont l'axe Cou queue)presente une surface extérieure cannelée dans un sens général parallèle à l'axe moyen Aucune information précise n'est donnge sur les cannelures dont la forme,le nombre et l'importance peuvent Etre quelconques De même,leur profil peut Etre à angle aigu ou arrondi En fait, ces cannelures ne peuvent pas assurer un effet de rétention suffisant du tissu osseux et, de plus,le profil longitudinal rectiligne de ces cannelures ne permet pas une extraction de la queue de prothèse dans des conditions satisfaisantes. Le brevet français 72 27 966 (publication 2.194 123)propose une prothèse destinée à gtre fixée sans ciment,et comportant une surface extérieure poreuse Une fois mise en place,une telle prothèse ne peut pas Atre extraite. En outre,les conditions d'obtention d'une telle prothèse conduisent à un risque de corrosion de la surface Celle-ci est également rendue plus fragile ce qui,sous l'effet des contraintes dlevees,peut provoquer des zones de faiblesse et aboutir finalement à la fracture de la prothèse. Le brevet US 3 905 047 concerne une prothèse comportant des irrégularit 6 S de surface Une fois mise en place,une telle prothèse ne peut pas êtetg extraite par un simple effort de traction,en raison du développement du tissu osseux,qui constitue l'une des caractéristiques reven- diquees par le brevet. La demande de brevet français publiée sous le n 2 356 465 concerne notamment une prothèse comportant a sa surface extérieure un revêtement constitué de billes ou sphdrules Celles-ci sont réparties au hasard,afin d'assurer un solide effet d'ancrage Une telle prothèse ne peut, sans intervention particuliere,ttre extraite en Gas d'acci- dent. On constate donc, qu'à l'heure actuelle,il n'exis- te pas, à la connaissance du demandeur,des prothàses osseuses pouvant être mises en place sans ciment,capables d'être retenues efficacement dans le tissu osseux,aprâs développement de celui-ci, et en même temps d'être extraites, en cas de N 9 ces- sité,sans Etre obligé de pratiquer une intervention délicate. L'invention a pour objet une nouvelle prothàse qui remplit simultanément toutes ces exigences. L'invention a également pour objet l'obtention d'une telle prothèse,4 ans des conditions industrielles permet- tant d'aboutir à un produit possédant une résistance mécanique très supérieure à celle des prothàses actuellement connues En particulier,le procédé d'obtention ne provoque aucun affaiblissement de la surface de la prothèse. Sous sa forme générale,l'invention a pour objet une prothèse osseuse présentant une surface extérieure cannelee,dans un sens généralement parallèle à son axe moyen, ladite prothèse pouvant Etre fixde sans aiment, le tissu osseux se ddgeloppant pour occuper,au moins partiellement, l'intérieur des cannelures,ladite prothèse étant caractérisée en ce que, tout à la fois, -le profil (section transversale)des cannelures est tel qu'il confère un pouvoir de rétention du tissu osseux, et -la surface intérieure longitudinale des cannelu- res,non cylindriques,présente une forme allant en s'amincissant depuis l'extrémité de la prothèse (extrémité basse)enfoncée le plus profondément dans l'os jusqu'à l'autre extrémité (extrémité haute),la prothèse pouvant ainsi être extraite du tissu osseux par un mouvement de traction. La prothèse selon l'invention constitue un per- fectionnement à l'objet du brevet allemand 837 294, en procurant,en combinaison,l'effet d'ancrage recherché pour le tissu osseux et la faculté d'extraction. Le profil transversal des cannelures doit procu- rer un pouvoir élevé de rétention du tissu osseux Contraire- ment à l'enseignement du brevet allemand 837 294,ce profil ne doit donc pas être ouvert,mais comporter,au moins partielie- ment,une partie ritrecie,de manière que le tissu osseux se développant puisse Etre emprisonné au fond de la cannelure. A cet effet,le profil transversal peut être curviligne ou circulaire,ou une association de ces deux types de profils, les arcs pouvant 8 tre raccordés par des parties rectilignes. En combinaison avec erofil trans Versal,les cannelures prati- quées à la surface externe de la prothèse selon l'invention, comportent une dépouille dans le sens longitudinal,en d'autres termes,une légère conicité entre l'extrimité enfoncée dans l'os et celle qui,le cas échéant,doit gtre saisie pour l'ex- traction Les résultats avantageux de l'invention sont obtenus avec des conicités dont la valeur peut Etre relative- ment faible Une pente de 1 % à 1 %o s'est révélée convenable. L'invention est applicable à toutes sortes d'im- plants métalliques pouvant servir de prothèses,ou utilisés pour le traitement des os On obtient des résultats particu- lièrement intéressants dans le cas des prothèses de la hanche ou du genou, et d'une façon générale avec toutes les prothèses comportant une pièce en forme de tige Une telle tige peut âtre rectiligne ou presenter une certaine courbure,qui lui permet de mieux épouser la forme de l'os dans lequel elle est destinée à être ancrée De mgme,la surface extérieure de la tige ne se présente pas nécessairement sous forme d'un cylindre régulier Il est même dans de nombreux cas avantageux, notamment pour satisfaire aux exigences de la résistance des matiriaux,de conformer la tige en lui donnant une épaisseur progressivement augmentée,au moins dans sa partie haute. Certaines des cannelures s'étendent sur toute la longueur de la tige,et certaines autres peuvent,si elles partent de la partie haute,aboutir à un bord de la tige sans aller jus- qu'à son extrémité. Sous un autre aspect,l'invention a pour objet un procédé pour l'obtention d'une pièce de prothèse cannel 6 e 2529077 par la technique générale de fonderie en cire perdue,dans laquelle on réalise un modèle en cire correspondant à la pièce à fabriquer,on effectue un moulage réfractaire sur ledit modèle pour constituer un mouledet on coule du métal liquide dans ce moule pour obtenir la pièce désirée,ledit procédé étant caractérisé en ce qua,avant le moulage réfractaire, on met en place dans les cannelures du modèle "n cire,des baguettes dont le profil transversal correspond a celui des cannelures de la pièce finale et qui présentent une légère conicité d'une extrémité à l'autre,de manière à obtenir,apràs coulage du métal dans le moule réfractaire,une pièce avec des cannelures profilées en dépouille. Dans le cas,par exemple,d'une pièce de prothèse comportant une queug,on réalise tout d'abord la queue an cire aux dimensions de la pièce à reproduire,en prévoyant à la périphérie de la queuedes rainures concaves parallèles à l'a- xe On fabrique par ailleurs,des baguettes,par exemple en polystyrène ou en cire,ayant la longueur des cannelures à réa- liser,et présentant une légàre conicité d'une extrémité à l'autre Le profil des baguettes,en section transversale, correspond à celui des cannelures de la pièce finale Ces ba- guettes sont assemblées,an particulier par aollage,dans les rainures concaves de la queue On a ainsi réalisé un module en cire de la pièce à fabriquer On procède ensuite de manit- re connue, à l'enrobage réfractaire de ce modèle en cire,pour réaliser un moule réfractaire et la pièce finale est obtenue par coulage du métal liquide dans un tel moule,duquel toute cire a été préalablement enlevée. Sous un autre aspect,qui correspond à un mode de réalisation préféré, l'invention a pour objet un procédé pour l'obtention d'une pièce de prothèse cannelée,óaractéri- sé en ce qu'on réalise par la technique générale connue de fonderie en cire perdue,une ébauche métallique lisse présen- tant une légère surépaisseur par rapport aux dimensions trans- versales de la pièce à fabriquer,en ce qu'on traite ladite ébauche successivement par forgeage à chaud puis par forgea- ge à froid,jusqu'à obtention des dimensions définitives de la pièce désirée,et en ce qu'on réalise sur celle-ci,par glectro-usinage,des cannelures longitudinales an dépouille, ayant le profil transversal desiré. Dans un tel procédé,on produit tout d'abord par la technique de fonderie en cite perdueiun modèle de piece, par exemple de queue,dont la surface extérieure est lisse et qui présente une légère surépaisseur par rapport aux dimensions transversales de la pièce à obtenir A titre d'exemple concret,pour une queue d'environ 15 mm de diamètre, une surépaisseur de 1 mm par face est convenable Les ébauches brutes de fonderie sont ensuite reprises par forgeage à chaud pour obtenir une pièce intermédiaire,encore an lég re sur- épaisseur (dans l'exemple chiffré ci-dessus celle-ci peut être d'environ 0,50 mm) Le calibrage final donnant les di- mensions définitives est effectué par forgeage à froid. A partir de cette queue forgée,à surface extérieure lisse,on réalise les cannelures par enlèvement de métal, en utilisant la technique de l'électro-usinage A cet effet,on utilise un outil qui est déplacé dans le sens longitudinal de la queue, pour y creuser les cannelures On peut opérer par passes successives, à partir d'outils ayant des profils différents. Dans une variante,qui est préférée du point de vue économique, on utilise un seul outil en une passe,pour parvenir au profil transversal de cannelures désiré,à savoir permettant un effet de rétention optimale du tissu osseux lors du développement de celui-ci. Le procd-é qui vient d'gtre décrit est le plus intéressant dans la pratique En effet, à partir de l'ébauche venue de fonderie,les étapes de forgeage à chaud et aà froid améliorent très sensiblement les caractéristiques méca- niques de la pièce La technique d-'életro-usinage respecte intégralement les propriétés mécaniques,et peut être mise en oeuvre sur des équipements usuels,qui n'ont besoin que de comporter un outil répondant aux nécessités de l'invention. L'invention sera maintenant illustrée sans être aucunement limitée,à l'aide de la description ci-apr&s,qui concerne une prothèse destinée à tre insérée dans le fémur (prothèse de hanche),en référence aux dessins annexés sur lesquels: Fig 1 est une vue de face de la prothèse; Fig 2 est une coupe faite selon la ligne II-II de la figure 1; Fig 3 est une vue de l'intérieur d'une canne- lure faite suivant la flèche III de la figure 1; Fig 4 montre à une échelle agrandie,un profil de cannelure; Fig 5 est une figure analogue à celle de la figure 4,montrant une variante de profil; Fig 6 est un schéma illustrant un procédé de fabrication de la prothèse selon l'invention; Figs 7 et 8 sont des schémas illustrant un autre procédé préféré de fabrication de la prothèse selon l'invention. Les figures 1 et 2 représentent,d'une maniè- re schématique,une pièce de prothèse destinée à 8 tre insé- rée dans le fémur D'une manière générale,elle se compose de deux parties, une queue ( 1) et une partie ( 2) que, par commodité,on appelera "col" Dans l'exemple choisi,la queue ( 1) mesure environ 200 mm de longuet sa dimension transversale,approximativement,est de 15 mm La figure 2 montre d'une manière plus claire,en coupe,la forme légère- ment elliptique de la queue ( 1) L'extrémité ( 4) s'enfonce le plus profondément dans l'os du fémur L'extrémité ( 3) est conformée comme le représente la figure 1,4 e manière à offrir une résistance mécanique maximale La queue ( 1) comporte par ailleurs des évidements dont deux ont été représentés ( 5,6). Conformément à l'invention,la queue ( 1) comporte des cannelures ( 7) Certaines des cannelures ( 7), en particulier la partie médiane, s'étendent sur toute la longueur de la queue ( 1) D'autres cannelures,en parti- culier au voisinage de la partie supérieure ( 3) ou des évidements ( 5,6), ne se prolongent pas jusqu'à l'extrémité ( 4),mais s'arrêtent au bord externe correspondant de la queue On voit également aux figures 1 et 2, qu'une partie ( 8) du colse trouvant en prolongement de la queue ( 1) est également cannelée Cette partie ( 8) se trouve limitée à une face du col ( 2) La particularité essentielle de l'invention est que les cannelures ( 7,8) ont un profil transversal capable d'assurer une rétention efficace du tissu osseux lorsqu'il se développe apres enfoncement de la prothèse On a représenté aux figures 4 et 5,des exemples de profils convenables A la figure 4,on voit deux cannelu- res adjacentes ( 7 a, 7 b),délimitant entre elles un fond ( 9) ou surface intérieure de cannelure On voit que, à la figu- re 4,1 a surface intérieure ( 9)est délimitée par une bourbe qui se rétrécit comme indiqué en ( 10),avant de s'épanouir pour former la cannelure proprement dite, C'est la conforma- tion de la surface intérieure qui assure l'effet d'ancrage et le pouvoir de rétention du tissu osseux Il va sans dire que le dessin de la figure 4 est fortement agrandi (grossissement environ 10 fois). La figure 5 représente une variante de réalisa- tion avec deux cannelures adjacentes ( 7 c, 7 d) Le fond ( 11) de cannelure présente deux bossages ( 12,13) se tappro- chant à la partie supérieure Dans ce cas également,l'effet de rétention recherché est assuré. Selon une autre caractéristique fondamentale de l'invention,qui se combine à celle concernant le profil transversal de la cannelure,le profil longitudinal de celle-ci n'est pas cylindrique,mais forme au contraire une dépouille Comme l'illustre la figure 3,1 a surface inté- rieure d'une cannelure ( 7) va en s'amincissant depuis l'extrémité ( 4) enfoncée la plus profondément dans l'os, jusqu'à l'extrémité ( 3) voisine du col( 2) Il est clair que la représentation de la figure 3 est schématique Dans la pratique,avec les dimensions de queue précédentes (à savoir:longueur 200 mm,diamàtre 15 mm) la dimension trans- versale d'une cannelure au voisinage de l'extrémité ( 4)est par exemple de 1,5 mm,et elle est de 1,3 mm au voisinage de l'extrémité ( 3) Ce profil évasé de haut en bas,permet une extraction de la prothèse en cas de nécessité. En vue de l'extraction,on peut prévoir sur le col( 2),une paire d'encoches ( 14)(voir figure l)permettant au chirurgien d'insérer un outil en vue de l'extraction de la prothèse. On a illustré schématiquement à la figure 6,un procédé d'obtention d'une queue de prothèse,du genre représenté aux figures 1 à 5 Ce procèdd fait appel à la technique générale de fonderie en cire perdue La figure 6 représente la queue ( 15)en cirelqui est réalisée selon les dimensions de la pièce à produire Elle présente sur toute sa péripherie des rainures concaves ( 16) parallèles à l'axe général de la queue ( 15) On réalise par ailleurs des baguettes ( 17) en polystyrène ou en cire,prdsentant un profil transversal ana- logue aux cannelures des figures 4 et 5,et un profil longitudi- nal en dépouille Ainsi,leur diamètre à l'extrémité ( 18) est supérieur à celui de l'extrémité ( 19) Ces baguettes sont individuellement mises en place par collage dans les rainures concaves ( 16) de la queue en cite On procède ensuite de maniè- re connue, en enrobant de matériau réfractaire le modèle en cire obtenu conformément à la représentation de la figure 6. A partir du moule réfractaire,on peut couler du métal liquide pour réaliser la pièce de prothèse finale. On préfère fabriquer la prothèse selon l'inven- tion par un procédé dans lequel on réalise tout d'abord, par la technique de fonderie en cire perdue,un modèle de queue dont la surface extérieure est lisse,et dont les dimensions trans- versales sont légèrement agrandies par rapport à celles de la pièce finale à obtenir Avec les chiffres indiqués précédem- ment (longueur de la queue de 200 mm et diamètre de 15 mm),la surépaisseur du modèle de cire peut être d'environ 1 mm sur chaque face, soit 2 mm en tout, On réalise ensuite une ébauche de queue métallique présentant une telle surépaisseur L'ébauche est alors reprise par forgeage à chaud pour obtenir une pièce intermédiaire ayant,par rapport à la pièce finale,une surépaisseur moindre,par exemple d'environ O,S Omm par face Le calibrage final est obtenu par forgeage à froid, ce qui améliore considérablement les caractéristiques mécaniques de la prothèse La forme définitive cannelée de la prothèse selon l'invention est obtenue par enlèvement de métal par une technique d'électro usinage Celle-oi a été illustrée schématiquement aux figures 7 et 8 La figure 7 rmontre en coupe la queue 21 de la prothèse à fabriquer Celle-ci est maintenue horizontalement dans un outillage 22 de fixation qui ne laisse apparaître que la moitié supérieure 21 a de la queue 21 Les rainures ou cannelures longitudinales 23 sont obtenues grâce à la mise en action d'une paire d'électrodes 24,25 L'extrémité active de chaque électrode couvre la moitié de la partie supérieure 21 a de la queue,de manière que cette partie supérieure 21 a soit couverte en totalité par les électrodes,comme représenté à la figure 7 Pour l'électto- érosion ou électro-usinage,chaque électrode 24,25 est approchée de la partie 21 a (flèches 26) dans un mouvement convergent,après quoi les deux électrodes se retirent (flèches 27) La pièce (queue 21) est ensuite retournée et la même opération s'effectue sur l'autre moitié 21 b. La figure 8 montre d'une manière agrandie la constitution d'un élément d'électrode 24,25 On voit au dessin deux cannelures adjacentes 28,29 séparées par une gorge 30 Dans l'exemple choisi,la gorge 30 présente un profil résul- tant de la combinaison d'arcs de cercle 31 et 32,de courbure opposée Le fond de la gorge est constitué par un méplat 33. L'élément 34 de l'électrode,qui est réalisé en cuivre,est conçu pour réaliser l'usinage du profil 31,32,33 et, à cet effet,il comporte des parties arquées 35,36 et une partie extrême 37 Des canaux intérieurs sont prévus dans l'élément 34 d'électrode pour permettre 14 passage d'un électrolyte,comme le représentent les flèches à la figure 8. On voit ainsi que l'élément 34 possède un canal principal 39, deux passages latéraux 40,un canal axial 41,et deux autres passages latéraux 42 Grâce à la conformation de 11 2529077 l'élément 34 d'électrode et à la circulation de l'électroly- te (qui peut être de la saumure),on obtient un enlèvement du métal de la queue de prothèse selon le profil désiré pour la gorge 30 entre les cannelures 28,29,tant en direc- tion transversale qu'en direction longitudinale. Il va sans dire que les procédés de fabrication décrits ci-dessus ne constituent que de simples exemples. L'homme de l'art comprendra que des variantes peuvent être prévues,en particulier pour adapter la technique de fabrica- tion à la nature du matériau de la prothèse. Ainsi la pièce brute ou ébauche de prothèse peut être également obtenue par forgeage à chaud à partir d'une barre cylindrique de dimensions appropriées Le forgeage à chaud nécessite un nombre de passes qui dépend de la nature du matériau A l'issue du forgeage,on obtient une pièce ayant des caractéristiques mécaniques élevées. Les techniques ci-dessus conviennent bien pour les aciers inoxydables, tels que les aciers chrome-cobalt,par exemple celui de nuance H 521 Bien entendu d'autres matériaux peuvent être mis en oeuvre,en particulier d'autres alliages métalliques. REVENDICATIONS l.Prothèse osseuse présentant une surface exté- rieure canneale,dans un sens généralement parallèle à son axe moyen, ladite prothèse pouvant être fixée sans ciment,le tissu osseux se développant pour occuperau moins partiellement# l'intérieur des cannelures,ladite prothèse étant óaractérisde en ce que, tout à la fois, le profil (section transversale)des cannelures ( 7) est tel qu'il confère un pouvoir de rétention du tissu osseux, et, -la surface intérieure ( 9, 11)longitudinale des cannelures ( 7),non cylindriques,prgsente une forme allant en s'amincissant depuis l'extrémité ( 4) de la prothèse (extr mité basse)enfoncde le plus profondément dans l'os jusqu'à l'autre extrémité ( 3)(extrdmité haute),la prothèse pouvant ainsi être extraite du tissu osseux par un mouvement de traction. 2.Prothèse selon la revendication 1,caractérisée en ce que le profil des cannelures comporte,au moins par- tiellement,une partie rétrécie. 3.Prothèse selon la revendication 2,caractéris 6 e en ce que le profil transversal est curviligne ou circulaire *ou une association de ces d-eux types de profils,les arcs pouvant être raccordés par des parties rectilignes. 4.Prothèse selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3,caractérisée en ce que les cannelures comportent une dépouille dans le sens longitudinal, en d'autres termes, une légère conicitd entre l'extrémité ( 4) enfonce dans l'os et celle ( 3) qui,le cas échdant,doit être saisie pour l'extraction. 5.Prothèse selon la revendication 4,caractirisée en ce que la conicitd est de 1 % à l%o. 6 Procédd pour l'obtention d'une pièce de pro- thèse cannelée par la technique générale de fonderie en cire perdue, dans laquelle on réalise un modèle en cire correspon- dant à la pièce à fabriquer,on effectue un moulage réfractai- re sur ledit modèle pour constituer un moule,et on coule du métal liquide dans ce moule pour obtenir la pièce désirée, ledit procédé étant caractérisé en ce que,avant le moulage réfractaire,on met en place dans les cannelures ( 16) du modèle en cire,des baguettes ( 17) par exemple en cire ou en polystyrène dont le profil transversal correspond à celui des cannelures de la pièce finale et qui présentent une légè- re conicité d'une extrémité à l'autre,de manière à obtenir, après coulage du métal dans le moule réfractaire,une pièce avec des cannelures profilées en dépouille. 7.Procédé pour l'obtention d'une pièce de prothè- se cannelée,caractérisé en ce qu'on réalise par la technique générale connue de fonderie en cire perdue,une ébauche métallique lisse présentant une légère surépaisseur par rapport aux dimensions transversales de la pièce à fabriquer, en ce qu'on traite ladite ébauche successivement par forgeage à chaud puis par forgeage à froid,jusqu'à obtention des dimensions définitives de la pièce désirée, et en ce qu'on réalise sur celle-ci,par électro usinage,des cannelures ( 28,29) longitudinales en dépouille ayant le profil transver- sal ( 30)désiré. 8 Procédé selon la revendication 7,caractérisé en ce que,lors de l'électro usinage,on réalise au moins une passe à l'aide de deux électrodes ( 24,25) travaillant en plongée dans un mouvement ( 26) convergent et ayant un profil correspondant à celui des cannelures. 9 Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8 caractérisé en ce qu'on opère successivement sur les moitiés ( 21 a, 21 b) de la queue ( 21) de prothèse,laquelle est maintenue horizontalement dans un outillage ( 22). 10.Procédé pour l'obtention d'une prothèse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 par forgeage à chaud à partir d'une barre cylindrique.