Brevet FR2585945A1 — publié le 19870213

La présente invention concerne un procédé d'implantation d'une prothèse de résection dans la diaphyse d'un os long, ainsi que la prothèse qui permet de mettre en oeuvre ce procédés Dans certains cas de tumeurs localisées dans liépi- physe ou la métaphyse d'un os humain long, par exemple d'un fémur, d'un tibia ou d'un humérus, il est nécessaire de recourir à l'exérèse de l'ensemble de la partie malade, par résection de l'os au niveau de sa diaphyse. Les prothèses - des de résection - que lion met en place aprës ce genre de résection étendue, sont généralemeni des prothèses mcnsbloc en métal rigide, par exemple en Stellite qui comprennent trois parties principales : - une pièce articulaire - un corps cylindrique dont le diamètre est voisin de celui de la diaphyseou légerement inférieur à celui-ci, ce corps étant relié à la pièce articulaire - une tige centro-médulla;re ayant une partie cylindrique de diamètre réduit, voisin de celui du canal médullaire, et une extrémité conique avantageusement munie de cannelures antiorotation. En raison de la brusque discontilluité entre les diamètres du corps et de la tiqe de la prothèse, la zone de liaison de ces deux parties présente un épaulement (ou platine) dont la surface annulaire est perpendiculaire à la direction axiale de la prothèse. Pour implanter cette prothèse traditionnelle dans l'os réséqué, on alèse le canal médullaire à un diamètre correspondant à celui de la portion cylindrique de la tige centro-trédullaire ; on enduit d'un ciment, généralement le méthacrylate de méthyle, la cavité médullaire ainsi préparée, et on y place la prothèse de belle manière que l'épaulement de son corps principal vienne prendre appui contre la tranche de section réséquée de l'os. On a malheureusement constaté que ce type de prothèse présentait certains inconvénients. En raison de la grande rigidité de la prothèse, on Observe au niveau de section une résorption osseuse due à une réaction physiologique locale négative, usuellement désignée par la locution anglaise "stress-shielding n avec perte de l'appui permanent de la platine contre la section de résection. Ce phénomène peut s'étendre en provoquant le descellement à moyen ou long terme de la prothèse. Par ailleurs les matériaux utilisés, à module d'élasticité élevé tels que le Stellite, présentent géné- ralement une résistance médiocre à la fatigue ; en outre, la solution de continuité entre le corps et la tige de la prothèse constitue une zone de concentration de contraintes à ce niveau qui affaiblit la résistance mécanique de la prothèse. C'est pourquoi il se produit assez fréquemment des cassures des prothèses connues du type mentionné, ces cassures nécessitant une nouvelle intervention et entratnant des complications importantes dans le traitement du patient.Ce problème d'insuffisance de longévité du matériel devient d'autant plus préoccupant qu au contraire, grâce aux progrès récents dans les traitements chirurgicaux, radio - et chirniothérapiques, le pronostic vital des patients sujets à ce genre de tumeurs est souvent très prolongé. Un autre problème rencontré lors de l'implantation des prothèses connues est qu'il est nécessaire de prévoir une gamme étendue de prothèses de formes et de dimensions différentes, pour pouvoir faire face à toutes les condi tios thérapeutiques rencontrées. Il est nécessaire en particulier d'avoir à sa disposition une série de prothèse ses dont les corps principaux sortant la pièce d'articulation) ont des longueurs différentes et échelonnées car l'emplacement de la section de résection - contre laquelle le corps principal de la prothèse doit venir en appui - dépend naturellement du cas traité. On connaît également des prothèses usuelles pour arthrose de la hanche, dont la partie supérieure a la forme d'un coin destiné à etre implanté dans la partie épiphyso-métaphysaire du fémur. Toutefois, en raison de la section elliptique (et non circulaire) de la métaphyse et de sa configuration en forme de DS dans le plan frontal, ce type de prothèse a la forme d'une lame plate qui ne réalise pas l'effet de coin dans le plan sagittal. Il s'agit là d'une catégorie de prothèse tout à fait différente de celle qui fait l'objet de la présente invention tant en raison de sa forme que de sa locali- sation ; par ailleurs, la répartition des contraintes mécaniques de la prothèse à l'os, et corrélativement les problèmes de descellement rencontrés ne sont absolument pas comparables dans les deux cas. L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients dûs aux prothèses de résection connues, en proposant un procédé d'implantation d'une prothèse de résection dans la diaphyse d'un os long qui réalise une solidarisation sûre et durable de la prothèse avec la diaphyse, le positionnement de cette prothèse pouvant, en outre, se faire facilement et avec la précision souhaitée sans que l'on doive disposer d'un nombre élevé de prothèses de dimensions différentes. L'invention propose également une prothèse, de résection qui permette de mettre en oeuvre ce. procédé tout en étant facile à fabriquer, qui ait une grande résistance mécanique et possède une longue durée de vie. Ce résultat est obtenu, conformément à l'invention, par le fait que l'implantation de la prothèse dans la diaphyse est réalisée de la manière suivante : a. On alèse axialement le canal médullaire de l'os réséqué pour y former une cavité tronconique de révolution de faible conicité, dont le sommet est dirigé du côté opposé à la section de résection ; b. On y met en place une prothèse qui comprend une tige allongée conique dont la conicité correspond à celle de la cavité alésée, de telle manière que cette tige s'applique intimement contre le tissu osseux constituant la paroi de ladite cavité, ladite tige présentant une certaine élasticité à la flexion ; c.On fixe la zone d'extrémité de la prothèse au tissu osseux environnant à l'aide d'un ciment, tout en laissant libre de ciment la partie de sa tige qui se trouve dans la zone voisine de la section de résection. En outre, de préférence, on prévoit à la surface de la partie de tige se trouvant au voisinage de la section de résection, à l'intérieur de la diaphyse, des moyens aptes à favoriser la repousse et l'ancrage du tissu osseux à ce niveau. Par ailleurs, il est avantageux d'entourer la partie de tige qui correspond à la zone de résection, à l'extérieur de la diaphyse, d'une homo-greffe massive en entourant éventuellement celle-ci de quelques auto-greffes destinées à en favoriser la prise. La prothèse de résection qui fait l'objet de la présente invention, et qui permet de mettre en oeuvre ce procédé, est caractérisée en ce qu'elle comporte une tige allongée qui comprend une partie principale tronconique de révolution, de faible conicité, et que sa paroi est dépourvue de tout épaulement ou autre discontinuité brutale de diamètre. Cette conicité est comprise de préférence entre 1,5 et 4 degrés ; elle est avantageusement de 2,5 degrés environ. Selon une caractéristique additionnelle particulièrement intéressante de l'invention, la partie de sa tige qui est destinée à se placer au voisinage de la section de résection de la diaphyse présente des irrégularités de surface aptes à favoriser l'envahissement et l'ancrage par le tissu osseux périphérique. Ces irrégularités sont constituées avantageusement par les mailles d'un treillis métallique, par exemple en titane, rapporté sur la tige de prothèse au voisinage de la section de résection. Dans un mode de réalisation préférentIel de l'inven- tion tla tige tronconique est prolongée par un appen ce cylindrique ou conique avantageusement cannelé. Selon une autre caractérist2que additionnelle de l'invention, la prothèse est équipée d'un manchon qui est adapté pour être rapporté sur la partie de la tige destinée à ne pas pénétrer à l'intérieur de la diaphyse, et pour venir en contact avec la section de résection après implantatIon de la prothèse dans la diaphyse. Ce manchon est réalisé par exemple en matière plastique (telle que le polyéthylène), et présente des orifices destinés recevoir des réinsertions musculaires. Le manchon peut etre eyal entent constitué par une homo-greffe massive, conformée par usinage à la forme requise. Ce manchon peut enfin n:être qu'une simple bague métallique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront de la description et des dessins annexés qui en présentent un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins, la figure 1 représente une prothèse de résection conforme à l'in#ention après sa mise en place à l'extré~ mité proximale d'un fémur réséqué représenté en coupe) - la figure 2 montre les parties diaphysaire et proximale du fémur malade, avant résection - la figure 3 représente à plus grande échelle, en coupe, la partie proximale de la diaphyse réséquée, après alésage de la cavité médullaire ; - la figure 4 montre la tige tronconique de la prothèse après son implantation dans la cavité médullaire ; - les figures 5 et 6 sont des vues analogues à la figure 1, à échelle légèrement réduite montrant deux implantations différentes d'une même tige de prothèse - les figures 7, 8 et 9 représentent trois variantes de manchons pouvant être adaptés sur la partie proximale de la tige de prothèse. La figure 2 représente la partie proximale d'un fémur humain, comprenant la diaphyse D, sensiblement cylindrique, la métaphyse M, et l'épiphyse E, celle ci constituant la rotule d'articulation de la hanche. Il s'agit d'un os malade, sujet à une tumeur T qui justifie de l'exérèse de l'ensemble de la partie proximale constituée par l'épiphyse et la métaphyse ; le plan de résection a été désigné par la référence R sur la figure 2. A la figure 1 on à représenté une prothèse de reconstruction après résection épiphyso-diaphysaire supérieure de ce fémur, prothèse qui par la suite sera appelée plus simplement prothèse de résection ; cette prothèse est représentée après son implantation dans la diaphyse réséquée D. La tranche de section réséquée, qui sera appelée plus simplement section de résection, a été désignée par la référence S sur les dessins. Cette prothèse, désignée par la référence 1, comprend une partie principale allongée 10, en forme de tronc de cone de révolution dont le sommet est dirigé vers la partie distale du fémur. L'angle au sommet (ou conicité) Cet appendice distal 11 pourrait éventuellement, pour certaines dimensions de prothèse, présenter une forme conique. A sa partie supérieure, la tige 1 comprend un cône d'emboîtement 13, qui sert à la fixation, de manière connue, d'un col 3 pourvu d'un trou conique d'emmanchement complémentaire 30. Ce col 3 est solidaire d'une rotule d'articulation 4, qui peut indifféremment être rapportée sur le col 3 ou, au contraire, former partie intégrante de celui-ci. La rotule 4 est destinée à coopérer avec un cotyle solidaire de l'os iliaque de manière å constituer l'articulation de la hanche. Autour de la partie médiane de la portion de tige tronconique 10, est enroulé et fixé un treillis métallique à mailles fines 2, par exemple en titane. La partie de tige 10 recouverte de ce treillis a été désignée par la référence 10b, tandis que la partie supérieure de cette tige, située au-dessus de ce treillis 2, a été désignée par la référence 10a. Nous allons maintenant décrire le procédé d'implantation de la prothèse qui vient d'être décrite, en se référant à la fois aux figures 1 et 3. A la figure 3, le canal médullaire de la diaphyse D, ainsi que la paroi extérieure de celle-ci, ont été représentés comme deux cylindres parfaits de révolution, co-axiaux. Cette simplification des formes est voisine de la réalité et on a affaire à une conception mécanique totalement différente de celui rencontré pour les prothèses usuelles pour arthrose de la hanche. En effet, la section de la partie supérieure du fémur est approximativement elliptique et l'effet de coin dû à la conicité de ce type de prothèse ne peut être obtenu que dans le plan frontal. La paroi du canal médullaire cylindrique a été désignée par la référence C. Pour préparer ce canal médullaire, conformément à l'invention, on alèse celui-ci, à l'aide d'une fraise non représentée, dont la forme correspond à celle de la partie de tige tronconique 10 de la prothèse. On a représenté par A la paroi de la cavité médullaire après alésage, le trait mixte fin représentant le contour du canal médullaire avant cette opération. Comme on le verra par la suite, la profondeur selon laquelle on fait pénétrer la fraise dans la diaphyse, pour y former la cavité requise, dépend de la profondeur d'implantation que l'on souhaite donner à la tige de prothèse ; on a désigné par le trait interrompu A' une possibilité de préparation d'une cavité médullaire plus enfoncée que la cavité A, la profondeur de pénétration de la fraise étant, dans ce cas, supérieure. Pour mettre en place cette prothèse dans la diaphyse du fémur, le chirurgien commence par injecter un ciment, par exemple du méthacrylate de méthyle, éventuellement additionné d'antibiotiques, à l'intérieur de la cavité médullaire qu'il vient de préparer. Il enfonce ensuite la tige de prothèse 1 dans cette cavité, à l'aide d'un impacteur approprié, de telle manière que la partie conique 10 vienne s'appliquer intimement contre la paroi tronconique A de la cavité. Le ciment préalablement injecté, désigné par la référence 5, vient entourer l'appendice cylindrique 111 en se logeant dans les cannelures 12, et remonte partiellement autour du tronçon tronconique 10 ; toutefois, cette ascension du ciment est limitée en raison de la forme tronconique complémentaire de cette partie 10 et de l'alésage A.On a désigné par les références 10d et 10c les parties de la tige 10 qui sont respectivement garnies et non garnies de ciment. L'enfoncement est déterminé de telle manière que le treillis de titane 2vienne se placer au voisinage de la section de résection S. On a donc réalisé une implantation de la tige 1 dans la diaphyse du fémur, selon laquelle seul l'appendice cylindrlque 11 et la partie inférieure (distale 10d du tronçon de tige tronconique 10 sont fixés à l'os au contraire, les parties médianes 10c et 10d sont libres. La tige 1 est fabriquée dans un métal ou un autre matériau qui possède un module d'élasticité sensiblement inférieur à celui du Stellite ; elle est par exemple réalisée en alliage de titane (tel que Ti A16 V4). Elle possède une flexibilité non négligeable, pius proche de celle su tissu osseux que celle du Stellite Cette caractéristique est excessivement importante car elle va permettre d'obtenir progressivement un ancrage secondaire de la tige de prothèse dans la diaphyse, dans la région voisine de la section de résection S.Pour comprendre le mécanisme de cette fixation secondaire de la prothèse, générée par l'organisme lui-même, il convient de se reporter à la figure 4 ; sur cette figure on a désigné par les flèches F et M les solliçitations dues aux forces de compression axiale et, respectivement, aux moments de flexion encaissés par la prothèse f ces sollicitations peuvent être considérables, meme simplement durant les activités physiques normales du patient. La force de compression axiale F va engendrer, par effet de coin, due à la forme conique de la tige 10, sur la paroi interne de la diaphyse, une distribution de forces radiales désignées par f. La tige de prothèse 1 constitue une poutre, de flexibilité non négligeable, qui est encastrée seulement à son extrémité 10d - 11 (extrémité cimentée) sous l'action du moment de flexion M, la tige va donc se déformer légèrement et solliciter, également radialement vers l'extérieur, une région de la paroi interne de la diaphyse : ces sollicitations engendrées par le moment M ont été figurées par les flèches m. L'orientation de ces flèches dépendra naturellement de la direction du moment M. Les forces secondaires radiales f et m qui vont se développer en permanence dans le tissu osseux entourant la prothèse au voisinage de la zone de résection, vont provoquer une réaction du tissu osseux, qui va avoir tendance à repousser, de manière à mieux résister à ces sollicitations ; en repoussant, le tissu va pénétrer entre les mailles du treillis de titane 2, provoquant à ce niveau un ancrage secondaire naturel de lfos avec la prothèse ; en définitive, à moyen terme, la prothèse va par conséquent être totalement solidaire de la diaphyse - à sa partie distale par le ciment injecté au moment de son implantation - à sa partie proximale par le tissu osseux progressivement régénéré dans le treillis de titane. Or. obvient donc un ancrage parfait et durable de la prothèse dans la diaphyse. Les figures 5 et 6 représentent des prothèses qui ont été implantées dans des fémurs dont les résections diaphysaires sont décalées, la section de résection S' de la figure 6 étant distalement plus éloignée que la section de résection S de la figure 5. Ces deux figures montrent qu'il est toutefois possible, pour ces deux résections décalées, d'utiliser la même tige de prothèse 1 conforme à l'invention ; à cet effet, dans le cas de la figure 6, on a utilisé une pièce cylindrique intercalaire 6, reliant la tige de prothèse 1 au col 3 portant la rotule d'articulation 4 ; cette pièce cylindrique 6 est pourvue d'un trou tronconique apte à recevoir le cône 13 de la prothèse elle possède également un cône 60 apte à être emmanché dans le trou tronconique 30 du col 3. Pour obtenir un positionnement correct de la rotule 4 par rapport à la section de résection S ou S', on peut par conséquent jouer à la fois sur la profondeur de pénétration de la fraise tronconique au moment de la préparation de la cavité médullaire, et sur l'intercalation d'une ou de plusieurs pièces intermédiaires 6, de telle sorte qu'il est possible de faire face à tous les cas thérapeutiques rencontrés, sans que l'on doive disposer d'un nombre élevé de tiges de prothèse 1. La figure 7 montre comment il est possible de consolider la liaison entre la prothèse et la diaphyse, audessus de la section de résection, au moyen d'un manchon rapporté 7 ; ce dernier peut être réalisé en matière plastique moulé, par exemple en polyéthylène. Ce manchon 7 présente un alésage intérieur 71, de forme tronconique complémentaire de la partie supérieure 10a de la tige de prothèse ; il est mis en place sur la tige de prothèse, de bas en haut, avant implantation de cette tige dans l'os. Son diamètre extérieur correspond avantageusement approximativement au diamètre extérieur de la diaphyse, si bien qu'on obtient une certaine continuité entre les contours extérieurs de l'os réséqué et de la prothèse équipée du manchon 7 ; ce manchon consolide mécaniquement la prothèse ; de plus, on a prévu dans la partie supérieure proximale du manchon des orifices 70 qui sont adaptés pour recevoir des réinsertions musculaires, de manière à aider à la reconstruction de la masse musculaire environnante. La prothèse, représentée à la figure 8, est également équipée d'un manchon 8 rapporté sur son extrémité de tige 10a t il s'agit cette fois d'une homo-greffe, c'est-à-dire d'une greffe osseuse provenant d'un autre individu, cette greffe ayant été taillée par fraisage aux dimensions et à la forme souhaitées ; l'homo-greffe est avantageusement entourée de quelques greffons provenant du patient lui-même (auto-greffes), de telle sorte que la prise mutuelle du tissu osseux de la diaphyse D et du manchon d'homo-greffe 8, soit favorisée. A la figure 9, on a représenté un manchon qui est constitué d'une bague réalisée dans le même matériau que la tige 1 - par exemple en alliage de titane - emmanchée sur la partie conique 10a (et bloquée sur cette dernière en raison de cette forme autoblocante). La longueur totale de la tige de prothèse 1 est avantageusement comprise entre 100 et 300 mm ; la longueur de sa tige centromédullaire est avantageusement de l'ordre de 120 à 180 mm et la hauteur des pièces intercalaires 6 est de 20 à 100 mm. Les diamètres des grande et petite bases du tronc de cône 10 sont avantageusement respectivement de l'ordre de 15 à 19 mm, et de 9,5 à 14,5 mm. Ces valeurs dimensionnelles sont données à simple titre indicatif, mais nullement limitatif de la portée de la présente invention. Il est possible de prévoir un jeu de cinq tiges dont les diamètres nominaux - c'est-à-dire les diamètres correspondant au plan de résection R - sont les suivants 10 mm ; 12 mm ; 14 min ; 16 mm et 18 mm. Il a été vérifié que ces dimensions étaient adaptées pour couvrir l'ensemble des résectIons des extrémités supérieure et inférieure du fémur, de l'extrémité supérieure du tibia et de l'extrémité supérieure de l'humérus chez l'adulte et chez l'enfant. Il va de soi que pour les tiges de prothèses destinées à des localisations autres que la partie supérieure du fémur {décrite ci-dessus), des pièces articulaires ou d'assemblage différentes de la rotule d'articulation peuvent etre prévues pour s'adapter sur ces tiges. -REVENDIcATIONS 1. Prothèse de résection destinée à être implantée dans la diaphyse (D) d'un os long, caractérisée en ce qu'elle comporte une tige allongée (1) qui comprend une partie principale tronconique de révolution (10), de faible conicité (oc), et que sa paroi est dépourvue de tout épaulement ou autre discontinuité brutale de diamètre. 2. Prothèse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la conicité ( ) de la partie tronconique (10) est comprise entre 1,5 et 4 degrés, et qu'elle est avantageusement de l'ordre de 2,5 degrés. 3. Prothèse selon l' l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la partie (lob) de sa tige (10) destinée à se placer au voisinage de la section de résection (S) de la diaphyse (D) présente des irrégularités de surface aptes à favoriser l'envahissement et l'ancrage par le tissu osseux përiphérique. 4. Prothèse selon la revendication 3, caractérisée en ce que les irrégularités de surface de la partie de tige (lob) sont constituées par un treillis de titane (2) rapporté sur celle-ci. 5. prothèse selon 'une des revendicationq à a, caractérisée en ce qu'elle comprend un manchon (7, 8, 9) qui est adapté pour etre rapporté sur la partie t1OaJ de la tige (1) destinées ne pas pénétrer à l'intérieur de la diaphyse (D), et pour venir en contact avec la section de résection (S) après implantation de la prothèse dans la diaphyse. 6. Prothèse selon la revendication 5, caractérisée en ce que le manchon (8) est une homo-greffe massive. 7 . Prothèse selon la revendication 5, caractérisée en ce que le manchon rapporté (7) est un manchon en matière plastique qui présente des orifices !TO) destinés à recevoir des réinsertions musculaires. 8 . Prothèse selon la revendication 5, caractérisée en ce que le manchon (9) est une bague métallique. 9. Prothèse selon l'une des revendications t à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte une pièce articulaire (4) qui est fixée à la tige allongée (1), éventuellement par l'intermédiaire d'une pièce intercalaire cylindrique (6).