Brevet FR2631544A1 — publié le 19891124

L'invention concerne un dispositif d'assemblage entre un élément en matière céramique et un élément métallique, notamment pour prothèses d'articulation. L'objet de l'invention se rattache principalement au secteur technique des prothèses d'articulation, en particulier des têtes fémorales pour prothèses de hanches. Ce type de prothèse comprend généralement une partie liée à la cavité cotyloidienne (cupule) et une partie liée au fémur (tige fémorale). La Liaison entre les deux parties s'opère habituellement par un élément sphérique (tEte fémorale) logé dans une cavité en calotte sphérique (noyau) de la cupule. tige tête fémorale est depuis quelques années réalisée en matière céramique afin d 7 avoir un meilleur comportement tri bologique, une meilleure définition géométrique et une excellente biocompatibilité. Cependant, leur liaison avec la partie terminale conique de la tige fémorale qui est métallique (acier inoxydable, alliage spécial, titane...) présente certains inconvénients dus a la fragilité de la tête au niveau de l'emmanche- ment conique sur ladite partie terminale, qui induit des défor- mations pouvant aller jusqu'a la rupture par effet de coin et par les efforts axiaux que subissent les tettes présentant une cavité tronconique prof onde. Pour remédier a ces inconvénients, on a proposé comme illustré à la figure 1 des têtes fémorales en deux parties, å savoir~; une calotte sphérique (A > en céramique dont l'évidement axial (Al > est solidarisé a la portée (B1) d'un manchon métallique (B) emmanché sur la partie terminale (C1) tronconique de la tige fémorale (C). Dans ce cas, les déformations par effet de coin r~- sultant d'efforts axiaux- sont supportés par le manchon métallique. Néanmoins, ce genre de liaison s'avère encore relativement fragile du fait des forces résultant a la fois de l'emmanchement de l'évidement axial (Ai > sur la portée (B1) et de lSemmanche- ment de l'alésage conique (B2) sur la partie terminale (c1). D'autre part > et d'une manière importantes la liaison entre la calotte sphérique et le manchon ainsi réalisés doit entre assurée par des moyens complémentaires tels que brasure, ciment, filetage, clipsage, engagement conique.... Or, la brasure, généralement a l'or, nécessite un traitement thermique a haute température générateur de modifications microstructurales du métal dans lequel est réalisé le manchon qui diminuent considérablement la résistance mécanique en particulier la tenue A la fatigue. De plus, les propriétés mécaniques de l'or sont médiocres et influent sur la qualité de la liaison céramique-métal. Les liaisons par ciment sont délicates car il faut utiliser un ciment biocompatible et capable d'adhérer a la fois a la céramique et au métal. Le dégagement de chaleur du a la prise du ciment, puis le retrait résultant du refroidissement modifient la tenue mécanique de la liaison. Quant aux liaisons mécaniques (filetage, clipsage, emmanchement conique) ; elles fragilisent l'assemblage, et compliquent la réalisation. Un des buts de l'invention est de proposer une liaison de la calotte sphérique en céramique et du manchon métalli- que qui soit simple, efficace et durable et selon laquelle la céramique de caractéristiques mécaniques modestes est seulement sollicitée en compression, la structure du métal n'est pas modifiée par chauffage, et l'assemblage obtenu n'est pas soumis å des efforts importants. Pour cela et selon une première caractéristique, l'é- liment en matière céramique constituant la calotte sphérique présente axialement a partir du fond d'un logement, un toton destiné au centrage et au maintien ferme de l'élément#métallique constituant le manchon qui présente axialement a cet effet une surface intérieure d'emmanchement faisant suite a une cavité tronconique d'emmanchement du manchon sur la partie terminale d'une tige d'ancrage dans le canal médullaire d'un os. Selon d'autres caractéristiques, l'assemblage entre le toton de l'élément en matière céramique et l'alésage de 1'*- liment métallique est réalisé par frettage ou par coincement conique. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront de la description qui suit. Pour fixer l'objet de l'invention sans toutefois le limiter, dans les dessins annexés - La figure 1 est une vue en coupe illustrant une tête fémorale selon l'art antérieur le plus proche. - La figure 2 est une vue en perspective montrant séparément les deux éléments principaux d'une tête fémorale selon l'invention. - La figure 3 est une vue en coupe illustrant une première forme de réalisation de l'assemblage selon l'invention. - Les figures 4, 5 et 6 sont des vues en coupe montrant trois têtes fémorales selon l'invention, permettant dsob- tenir trois profondeurs d'emmanchement sur la partie terminale d'une tige d'ancrage. - Les figures 7 et 8, sont des vues en coupe illustrant non limitativement des variantes d'assemblage calottemanchon sont l'invention. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant sous des formes non limitatives de réa- lisation illustrées aux figures des dessins appliquées a une prothèse de hanche. L'élément (13 en matière céramique est constitué par une calotte sphérique (la) dans laquelle est réalisé un logement (lb) cylindrique, conique ou de préférence en forme de cavité sphérique. Axialement, a partir du fond du logement, s'étend un toton de centrage (tic) destiné a coopérer étroitement avec l'é- dément métallique (2 > formant manchon. Le logement (lb) et le toton (tic) sont reliés par un large arrondi (le). L'élément (2 > comprend extérieurement une portée (2a) cylindro-conique s'engageant avec jeu dans le logement (lb) de l'élément (1), tandis que intérieurement, l'élément (2) présente une cavité tronconique (2b) pour l'emmanchement a force dudit élément sur la partie terminale (3a) de forme similaire d'une tige d'ancrage (3) dans un canal médullaire de fémur par exemple. Au fond de la cavité (2b) est réalisé un alésage (2c) pour l'assemblage avec le têton (1c) de l'élément (1). L'assemblage entre le têton (lc) et l'alésage (2c > peut être réalisé de plusieurs manières. Par exemple et comme illustré a la figure 7, l'assemblage serré est obtenu par frettage, à basse température, c'est-å-dire par un léger chauffage de l'élément métallique pour permettre l'engagement de l'alésage sur le têton ; le retrait après refroidissement assurant l'emprisonnement du têton.A la figure 7, l'assemblage serré est obtenu par frettage avec réalisation en conicité inverse del'a- lésage et du teuton (angle 0(1 > . Selon un mode préféré, assem- blage serré entre la calotte et le manchon fait intervenir une bague métallique (4) conique extérieurement et fendue qui, lorsqu'elle est enfoncée (angle a2) dans l'alésage conique (2c), permet l'enserrage du teuton qui peut entre cylindrique ou conique en fonction de la nature du diamètre intérieur de la bague. A noter également que pour éviter a ment en matitre céramique de subir des efforts axiaux importants et pour lui permettre de travailler uniquement en compression, l'appui en contact entre l'élément (1) et l'élément (2) s'effectue sur une surface annulaire inclinée qui est constituée par la face inférieure (ld) de la calotte formant un angle (ss) inférieur a 90 et la face supérieure d'une collerette (2d) du manchon, d'inclinaison correspondante. D'une manière plus générale, les têtes fémorales de ce genre doivent avoir des dimensions adaptées a la morphologie de l'articulation du patient. A cet effet, il est prévu comme illustré aux figures 4, 5, 6 des calottes sphériques semblables et des manchons métalliques de hauteurs différentes au niveau de la collerette (2d > et de l'épaisseur de l'alésage (2c > autorisant des emmanchements coniques identiques sur la partie terminale de la tige d'ancrage . Les avantages ressortent bien de la description. On souligne encore le travail de la calotte sphérique uniquement en compression, la suppression de tous moyens d'assemblages néfastes a la tenue (brasure, ciment...), les profils étudiés pour éviter toute amorce de rupture. Bien entendu, le principe de cet assemblage peut entre mis en oeuvre dans d'autres applications médicales chaque fois que l'on a une pièce en matière céramique a assembler sur une pièce métallique. REYENDICATIDNS -1- Dispositif d'assemblage entre un élément en matière cérami- que et un élément métallique notamment pour prothèses d'articulation, du type selon lequel l'élément (1) en matière céramique est une calotte sphérique (la) agencée pour être solidarisée a l'élément métallique (2) en forme de manchon lui-m#me assujetti par emmanchement conique a la partie terminale (3a) d'une tige d'ancrage (3) ;; le dispositif est caractérisé en ce que l'élé- ment -2- Dispositif d'assemblage selon la revendication 1 caracté-. risé en ce que le têton (1c) de l'élément -3- Dispositif d'assemblage selon la revendication 1 caractéri- sé en ce que le têton (lc) de l'élément (1) et la surface intérieure d'emmanchement de l'élément (2) sont établis avec une conicité inverse, et sont reliés entre eux par frettage. -4- Dispositif d'assemblage selon la revendication 1, et l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la surface intérieure d'emmanchement de l'élément (2) est un alésage (2c) cylindrique ou conique formé a la suite d'une cavité tronconique (2b) d'emmanchement sur la partie terminale (3a) de la tige d'ancrage (3). -5- Dispositif d'assemblage selon la revendication 1 et selon l'une quelconques des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la surface intérieure d'emmanchement de l'élément (2) est une bague métallique (4) conique extérieurement et fendue destinée à être engagée a force dans un alésage conique (2c) dudit élément pour coincer le teuton (lc) de l'élément (1). -6- Dispositif d'assemblage selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la calotte sphérique en matière céramique et le manchon métallique sont en appui l'un sur l'autre par l'intermbdiaire d'une surface annulaire inclinée qui est constituée par la face inférieure (ld) de la calotte formant un angle (R) infé- rieur à 90 par rapport au logement (lb) et la face supérieure d'une collerette (ad) du manchon, d'inclinaison correspondante. -7- Dispositif d'assemblage selon la revendication 1 caractéri- sé en ce que le logement (lb) et le toton (Ic) sont raccordés par une surface courbe -8- Dispositif d'assemblage selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'élément (2) présente a l'extérieur de la surface d'emmanchement (2c ou 4) une portée cylindro-conique d'engagement avec jeu dans le logement (lb) de l'élément (1) qui est de préférence en forme de cavité sphérique.