Brevet FR2585946A1 — publié le 19870213

L'invention a trait a des prothèses de-hanche, et plus particulièrement A un composant cotyloldien de prothèse de hanche, destiné A être implanté sans ciment et comprenant une calotte métallique a fixer dans la cavité cotyloide convena- blement préparée, avec un axe polaire orienté sensiblement dans la direction moyenne du col du fémur, et une cupule en matériau polymère adaptée à s'emboîter exactement dans la ca- lotte pour former garniture de frottement et accueillir la tête sphérique d'un composant fémoral en sorte de reproduire i!'articulation naturelle. A l'origine les composants de prothèse, fémoraux et coty- loidions, étaient fixés respectivement dans le fémur et dans le cotyle de l'os iliaque à l'aide d'un ciment polymérisable, généralement de type acrylique. Cette technique présente quel- ques inconvénients, avec notamment la création, dans les os intéressés, d'efforts dirigés dans des directions non naturel- les, source de douleurs, et la perte de la plasticité au vieil- lissemer.t, avec création de jeu entre l'os et le composant correspondant. On a créé des composants de prothèse de hanche aptes à être implantés sans ciment, er assurant un ancrage mécanique solide du composant dans l'os qui le reçoit. Dans le cas des composants cotyloldiens, qui sont envisagés ici il existe deux types de structure. Dans un premier type, le composant comporte une calotte métallique en anneau, généralement tronconique, munie d'un fi- letage extérieur qui doit se mettre en prise avec lun filetage complémentaire pratiqué dans la périphérie de la paroi du co- tyle. Ces anneaux-sont fréquemment autotaraudants, avec des filetages interrompus à arêtes tranchantes. La mise en place de la prothèse en précontrainte doit assurer l'irréversibilité du vissage. Toutefois,il peut se produire à la longue une osté- olyse du cotyle,avec prise de jeu du composant.En outre le pas- sage des lignes de force depuis le fémur jusqu'à l'os iliaque est quelque peu différent de ce qu'il est dans l'articulationna- turelle saine, avec une obliquité par rapport aux directions de plus grande résistance naturelle de la charpente osseuse. Dans un second type, le composant comprend une calotte approximativement hémisphérique, dont la surface extérieure est garnie de métal poreux. Ce type de composant, créé à l'ori- gine pour améliorer la liaison entre le composant et le ciment, s'est montré apte à favoriser une liaison directe entre le composant métallique et l'os spongieux en croissance, qui s'infiltre dans les pores du métal. Toutefois ces composants ne sont ancrés dans l'os par ce mécanisme de croissance,dit "réhabitation" qu'après un laps de temps qui se compte en semaines. Aussi il est prévu un ancrage primaire, obtenu par des vis traversant des passages dans la calotte et engagés dans des trous taraudés pratiqués dans la paroi du cotyle. On notera que ces vis, qui matérialisent le contact pri- maire entre la calotte du composant et le cotyle définissent un passage préférentiel pour les lignes de force. Par une disposition appropriée des vis, on peut restituer sensible- ment le trajet des lignes de force de l'articulation naturel- le saine en correspondance avec les directions de plus grande résistance de la charpente osseuse. Ceci est important pour réduire les séquelles douloureuses de la prothèse, et facili- ter la rééducation du sujet. Toutefois l'ancrage primaire par vis est relativement fragile, surtout lorsque le sVjet présente un vieillissement des ose Dans le but d'assurer un ancrage primaire résistant et sûr, et un ancrage secondaire excellent par réhabitation, l'invention propose un composant cotyloldien de prothèse de hanche, destiné A être implanté sans ciment et comprenant une calotte métallique à fixer dans la cavité cotyloide convena- blement préparée, avec un axe polaire orienté sensiblement dans la direction moyenne du col de fémur, et une cupule en matériau polymère, adaptée à s'emboiter exactement dans la calotte pour former garniture de frottement et accueillir la tête sphérique d'un composant fémoral, en sorte de reprodui- re l'articulation naturelle, la calotte comportant un orifi- ce polaire et, coaxial à l'axe polaire, un filetage interrom- pu à arêtes vives, propre à s'engager dans la paroi de la cavité cotyloide en creusant son passage, caractérisé en ce que la calotte, de forme approchant une hémisphère, comporte, entre son bord équatorial et son orifice polaire, deux sec- teurs sphériques de fixation accolés, un premier secteur présentant, depuis le bord équatorial, ledit filetage inter- rompu, tandis que le second comporte des plages garnies de métal poreux apte à être envahi par de l'os spongieux en croissance depuis la paroi de cavité cotyloide. Grâce à ces dispositions, la prothèse bénéficie d'un ancrage primaire solide par les éléments de filetage auto- taraudants, ce qui autorise une mise en charge précoce de l'articulation restaurée. Dans une seconde phase, la crois- sance d'os spongieux à partir du toit du cotyle, qui produit une interpénétration de l'os et des plages de métal poreux, vient interdire tout jeu dU filetage. On notera que les ef- forts principaux résultant de la mise en charge de l'articu- lation se traduisent essentiellement par une mise en compres- sion des zones de liaison entre les plages de métal poreux et le toit du cotyle, et que la résistance au dévissage du filetage se produit par des efforts de cisaillement des zones de liaison sensiblement dans leur plan, o la résistance de la liaison est maximale. De préférence le composant cotyloidien comporte, de part et d'autre d'une ligne séparant les deux secteurs sphériques, des trous aptes à laisser passer des vis'pénétrant dans la paroi de cavité cotyloide, pour bénéficier des avantages liés à la pose de telles vis, canalisation des lignes de forces dans les directions naturelles, et consolidation de l'ancra- ge primaire. Les trous sont de préférence régulièrement espa- cés angulairement autour de l'axe polaire. De préférence le filetage interrompu comporte deux fi- lets imbriqués, ce qui permet d'augmenter le pas et en corol- laire réduire le nombre de tours lors de la mise en place, et équilibrer les efforts à l'engagement du filetage de part et d'autre de l'axe. En disposition préférée, le filetage interrompu est sup- primé à l'intérieur de fuseaux sphériques régulièrement espa- cés angulairement, et des plages garnies de métal poreux sont disposées là o le filetage est supprimé. Cette disposition est prévue pour améliorer, après réhabitation osseuse, la ré- sistance au dévissage de la prothèse. De préférence le bord équatorial de la calotte comporte des créneaux pour recevoir des tétons correspondants d'outils de vissage, et le bord de cupule présente des tétons qui s'en- gagent dans les créneaux. Avantageusement les créneaux et les tétons présentent des formes complémentaires pour un engage- ment à baïonnette, afin d'améliorer le maintien de la cupule dans la calotte. En disposition préférée la cupule présente une cavité interne qui épouse la sphère du composant fémoral sur un peu plus qu'une hémisphère, la lèvre terminale de la cupule permet- tant par élasticité le passage de la sphère du composant fémo- ral, pour retenir cette sphère par la suite. En disposition préférée les plages de métal poreux sont constituées de particulesde métal frittées, et la calotte est en titane, ainsi que les plages de métal poreux, en raison de la légèreté du titane, de sa résistance mécanique élevée, et de son excellente compatibilité avec les tissus et notamment le tissu osseux. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation, à axe vertical, d'une calotte de composant cotyloidien selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe d'un composant cotyloi- dien; la figure 3 est une vue par en dessous du composant selon la figure 2; la figure 4 est une vue éclatée d'une prothèse de hanche incorporant un composant cotyloldien; la figure 5 est une vue de détail de l'assemblage d'une cupule dans une calotte d'un composant cotyloidien. Selon le mode de réalisation choisi et représenté aux figures 1 à 3, le composant cotyloidien comprend une calotte extérieure 1, métallique, et une cupule 2 en matériau polymère, qui s'emboîte exactement dans la calotte 1 pour former garni- ture de frottement. La calotte 1, réalisée de préférence en titane, présente une forme générale hémisphérique, avec un orifice polaire 19, et deux secteurs sphériques 11 et 15, étages, le premier sec- teur 11 partant du bord équatorial 10, tandis que le second secteur 15 se termine à la périphérie de l'orifice polaire 19. Ces deux secteurs sont dévolus à la fixation dans la cavité cotylolde convenablement préparée. Le secteur 11 comporte un filetage interrompu 12, 12' à double filet. Les interruptions du filetage 12, 12' forment deux séries 12 et 12' de dents à arêtes tranchantes, qui for- ment taraud de façon connue. Les interruptions sont en aligne- ment méridien, de sorte que les dents se situent dans une sé- rie de fuseaux sphériquese En outre les dents sont supprimées dans un fuseau sur trois. Dans le secteur sphérique 15, entre le premier secteur 11 et l'orifice polaire 19, sont disposées des pastilles 16, 17 formées de particules de titane frittées. Ces pastilles sont, selon la représentation de la figure 1, disposées dans les fu- seaux sphériques définis par les interruptions du filetage 12, 12', en deux rangées 16 et 17 parallèles au bord équatorial 10. En outre des pastilles semblables 13 sont disposées dans le premier secteur sphérique 11, là ou les dents sont suppri- mées. De part et d'autre d'une ligne parallèle au bord équato- rial 10, qui sépare les secteurs sphériques 11 et 15, sont ménagés des trous, 14 dans le secteur 11 et 18 dans le secteur 15, propres à laisser passer des vis de fixation. Ces trous 14 et 18 sont régulièrement espacés angulairement autour de l'axe polaire de la calotte 1o Dans le bord équatorial 10 sont ménagés 4 créneaux 10h, disposés en croix, o peuvent prendre des tétons d'outils de vissage, de façon connue. On signale que l'orifice polaire 19 est destiné à permet- tre au chirurgien de vérifier la mise en place de la calotte 1 dans la cavité cotyloide, et éventuellement d'insérer des greffons osseux pour accélérer l'ancrage secondaire du compo- sant. Dans la calotte 1, comme on le voit mieux à la figure 2, une cupule 2 en matériau polymère, ici polyéthylène,vient s'insérer exactement à l'intérieur de la calotte 1. La struc- ture de cette cupule 2 est représentée plus clairement aux figures 3 et 4. La cupule 2 se compose d'une partie hémisphé- rique 20 d'épaisseur régulière, avec un rebord 21 situé en dessous du plan équatorial de la cupule 2, et tangent à ce plan. Des tétons 22 sont ménagés pour pénétrer dans les cré- neaux lOa de la calotte 1, et maintenir la cupule 2 immobile en rotation par rapport à la calotte 1. Comme on le comprendra en référence à la figure 4, la cupule en polyéthylène 2 vient s'insérer dans la calotte 1 après que celle-ci ait été fixée dans la cavité cotylolde con- venablement préparée, la fixation comprenant le vissage auto- taraudant du filetage 12, 12t, et éventuellement la mise nau place de vis à travers des trous choisis 14 ou 18. L'insertion de la cupule 2 comprend la mise en place des tétons 22 dans les créneaux loa. Après insertion de la cupule 2, la tête sphérique 3 d'un composant fémoral est introduite dans la cu- pule, en forçant pour écarter la lèvre 23 du rebord 21. Le retour élastique de la lèvre 23 assure une certaine retenue de la tête sphérique 3 a l'intérieur de la cupule 2, sans pour autant gêner les pivotements de la tête 3- On remarquera que la tension des muscles, et, en position debout du sujet, la charge de la-prothèse sous l'effet du poids du corps sont nor- malement suffisants pour éviter le déboîtement de la tête 3. Toutefois, lors de la pose de la prothèse, il est avantageux que la tête sphérique soit en légère retenue dans la cupule 2, notamment pour vérifier que la tête 3 est bien en place, et qu'aucun corps étranger ne fait obstacle à cette mise en place correcte. Par ailleurs on aura noté que l'orientation des composants 1, 2 et 3, avec l'axe principal incliné A 30' sur la grande dimension de la feuille, rappelle l'orientation des composants de prothèse par rapport à la verticale du sujet debout. La figure 5 représente une variante de réalisation des éléments complémentaires créneaux 10'a du bord équatorial 10, téton 22' de la cupule 2. Dans cette disposition le créneau lO'a comporte une échancrure 10'b parallèle au bord 10 à dis- tance de celui-ci, et le téton 22' possède un prolongement 22'a propre à s'engager dans l'échancrure lO'b en fixation à balonnette. On remarquera que la largeur du téton 22' avec son prolongement 22'a correspond à celle du créneau 10'a sans son échancrure 10'b, pour permettre,bien entendu, l'engagement. Cette disposition permet un maintien sûr de la cupule 2 dans la calotte 1. Comme il a été remarqué à propos du main- tien de la tête sphérique 3 dans la cupule 2, l'intérêt de la disposition réside essentiellement dans la vérification de la mise en place de la cupule. On aura remarqué que la description ne s'étend pas sur la pratique opératoire de la pose de la prothèse de hanche, cette pratique étant en dehors du cadre de l'invention. Par ailleurs le composant cotyloidien est conçu pour permettre une pose facile et efficace, et des suites opératoires favora- bles, tout en laissant au chirurgien de larges possibilités d'adaptation aux cas particuliers. Dans cet esprit, l'invention n'est pas limitée aux exem- ples décrits, mais en embrasse tous les modes d'exécution dans le cadre des revendications. REVENDICATIONS 1. Composant cotyloidien de prothèse de hanche, destiné à être implanté sans ciment et comprenant une calotte métalli- que (1) à fixer dans la cavité cotyloide convenablement prépa- rée, avec un axe polaire orienté sensiblement dans la direc- tion moyenne du col de fémur, et une cupule (2) en matériau polymère, adaptée à s'emboîter exactement dans la calotte (1) pour former garniture de frottement et accueillir la tête sphérique (3) d'un composant fémoral, en sorte de reproduire l'articulation naturelle, la calotte (1) comportant un orifi- ce polaire (19) et, coaxial à l'axe polaire, un filetage (12, 12') interrompu à arêtes vives, propre à s'engager dans la paroi de la cavité cotyloide en creusant son passage, caracté- risé en ce que la calotte (1), de forme approchant une hémi- sphère, comporte, entre son bord équatorial (10) et son orifi- ce polaire (19), deux secteurs sphériques (11,15) de fixation accolés, un premier secteur (11) présentant, depuis le bord équatorial (10), ledit filetage interrompu (12,12'), tandis que le second (15) comporte des plages (16,17) garnies de mé- tal poreux apte à être envahi par de l'os spongieux en crois- sance depuis la paroi de cavité cotyloide. 2. Composant cotyloidien selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comporte, de part et d'autre d'une ligne séparant les deux secteurs sphériques, des trous (14,18) aptes à laisser passer des vis pénétrant dans la paroi de cavité cotyloide. 3. Composant cotyloidien selon la revendication 2, carac- térisé en ce que les trous (14,18) de passage de vis sont ré- gulièrement espacés angulairement autour de l'axe polaire. 4. Composant cotyloidien selon une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit filetage interrom- pu (12,12') comporte deux filets imbriqués (12 et 12'). 5. Composant cotyloldien selon une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit filetage inter- rompu (12,12') est en outre supprimé à l'intérieur de fuseaux sphériques régulièrement espacés angulairement autour de l'axe polaire, des plages (13) garnies de métal poreux étant dispo- sées là o le filetage est supprimé. 6. Composant cotyloidien selon une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit bord équatorial (10) présente des créneaux (0la,10'a) adaptés à recevoir des tétons d'outils de vissage, le bord de cupule présentant des tétons (22,22') aptes à s'engager dans ces créneaux. 7. Composant eotyloldien selon la revendication. 6, carac- térisé en ce que les créneaux (10'a) de bord équatorial (10) de calotte et les tétons (22') de cupule correspondants pré- sentent des formes complémentaires (10'b,22'a) aptes à un en- gagement réciproque à baïonnmette. B. Composant cotyloidien selon une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite cupule (2) pré- sente une cavité i.ntern.e adaptée à épouser la tête sphérique du composant fémoral (3) au-dela dnme hémisphère, avec une lèvre (23) terminale déformab.e élastiquement, en sorte de laisser pénétrer ladite tête sphérique (3) dans la cavité in- terne et de l'y retenir. 9. Composant cotyloidien selon une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisé en ce que les plages de métal poreux (16,17, 14) sont constituées de particules de métal frittées. 10. Composant cotyloldien selon lune quelconque des reven- dications 1 à 9, caractérisé en ce que la calotte (1) est en titanlle.