Brevet FR2657007A1 — publié le 19910719

La présente invention concerne d'une manière générale les prothèses totales du genou, du type de celles mises en oeuvre dans le cas d'arthroses, ou gonarthroses, très évoluées. Elle vise plus particulièrement la partie fémorale de ces prothèses. Il s'agit, par exemple, d'une pièce comportant, d'un seul tenant, sous la forme générale d'une fourche globalement cintrée, d'une part, deux branches latérales, qui sont destinées à être chacune respectivement appliquées aux deux condyles du fémur à traiter, pour coopération avec les glènes du plateau tibial correspondant, et, d'autre part, une partie médiane, avec laquelle se raccordent les deux branches latérales précédentes, et qui présente, à la racine de celles-ci, une saignée largement adoucie formant la trochlée fémorale associée. Cette pièce fémorale, dont la forme est ainsi relativement compliquée, et dont la tenue sur le fémur, après travail de celui-ci, se fait essentiellement par emboîtement, doit nécessairement être extrêmement rigide. Il s'agit donc, d'une façon absolument générale à ce jour, d'une pièce métallique, qui, réalisée par exemple par moulage, notamment à la cire perdue, met en oeuvre des métaux ou alliages métalliques choisis pour leur biocompatibilité, tels que par exemple un acier inoxydable à bas taux de carbone, un alliage au chrome nickel cobalt, ou du titane allié, et, plus particulièrement, du titane allié au vanadium. L'une des difficultés dans la réalisation des prothèses totales du genou comportant une telle pièce fémorale tient notamment à ce que, à la différence des prothèses de type sphéroïde, o les surfaces en contact sont parfaitement concordantes, l'articulation à reconstituer nécessite une certaine discordance des surfaces correspondantes, notamment en raison de ce que, lors des mouvements de flexion-extension intervenant par exemple au cours d'une marche normale, le roulement des condyles sur les glènes s'accompagne d'un glissement sur ceux-ci. Il importe donc que, entre la partie fémorale d'une prothèse totale du genou et la partie tibiale de celle-ci, il y ait une bonne adaptation au frottement. Pour ce faire, la partie tibiale comporte usuellement une pièce de frottement en matière synthétique, en pratique du polyéthylène haute densité, sur laquelle sont formées les glènes du plateau tibial à reconstituer, et qui est rapportée sur une pièce de support, métallique, ancrée, elle, dans le tibia à équiper. Malheureusement, il s'avère que le polyéthylène haute densité indispensable en l'espèce a tendance à devenir abrasif lorsqu'il se détériore. Il en résulte que, suivant un cycle qui ne peut que s'accélérer, il devient agressif à l'égard de la pièce fémorale métallique qui est à son contact, notamment lorsque celle-ci est en acier inoxydable à bas taux de carbone ou en titane allié. Il a donc été proposé d'appliquer aux surfaces frottantes de cette pièce fémorale, qui par ailleurs doivent être soigneusement polies, un traitement de surface destiné à leur conférer un certain durcissement superficiel. S'agissant, par exemple, d'une pièce fémorale en titane allié, il a été proposé d'en assurer une nitruration par implantation ionique. Une telle nitruration permet effectivement d'obtenir des duretés de surface et des coefficients de frottement très favorables. Mais sa mise en oeuvre relève de techniques très complexes, et elle nécessite des soins extrêmes quant à la propreté à respecter pour les surfaces à traiter, toujours polluées par leur polissage préalable. Elle est donc particulièrement coûteuse. Enfin, et surtout, les épaisseurs effectivement traitées sont toujours très faibles, de l'ordre par exemple de deux microns. Il en résulte la formation, en surface, d'une couche, qui est effectivement très dure, mais qui est également très fragile, et qui est notamment intempestivement susceptible d'un enfoncement dans le substrat métallique, plus tendre, sous-jacent. Il a également été proposé de revêtir de céramique d'oxyde métallique les surfaces frottantes à traiter, par projection au plasma des oxydes métalliques correspondants. Les dépôts obtenus, qui sont notoirement plus épais que les précédents, en atteignant par exemple une épaisseur de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, ont pour avantage d'être particulièrement durs et d'être susceptibles d'excellents coefficients de frottement. Mais ils ont le triple inconvénient de devoir nécessairement être polis pour l'obtention de tels coefficients de frottement, d'être poreux, ce qui les rend de manière intempestive susceptibles de piéger n'importe quelle particule parasite, et en particulier celles résultant du polissage précédent, et de ne présenter qu'une adhérence limite vis-à-vis du substrat sous-jacent, au risque d'en voir une partie se détacher localement de ce substrat et engendrer ensuite une dégradation rapide et irréversible des surfaces frottantes en jeu. Il n'est pas envisageable, par ailleurs, de réaliser, d'un seul tenant, en céramique, de manière économiquement exploitable, la pièce fémorale en cause, en raison, notamment, du prix propre des oxydes métalliques à mettre en oeuvre, du retrait à la cuisson des céramiques auxquelles ils donnent naissance, et du coût des usinages à appliquer ensuite à celles-ci. La présente invention a d'une manière générale pour objet une disposition permettant cependant de mettre en oeuvre de la céramique pour une pièce fémorale pour prothèse totale du genou tout en surmontant ces difficultés. De manière plus précise, elle a tout d'abord pour objet une pièce fémorale pour prothèse du genou caractérisée d'une manière générale en ce qu'elle est munie d'un bandage en céramique. Ce bandage, qui est dûment rapporté, à la manière d'une jante, sur la pièce fémorale à équiper, en étant convenablement assujetti à celle-ci, par exemple par sertissage ou collage, permet avantageusement de minimiser la quantité de céramique à mettre en oeuvre, en la réduisant à la seule partie de cette pièce fémorale effectivement soumise au frottement. Mais, réalisé en céramique massive, il ne présente pas les inconvénients, rappelés ci-dessus, d'un simple dépôt directement effectué in situ. Lorsque, de manière usuelle, la pièce fémorale à équiper est du genre comportant, sous la forme générale d'une fourche globalement cintrée, d'une part, deux branches latérales, qui sont destinées à être chacune respectivement appliquées aux deux condyles du fémur à traiter, pour coopération avec les glènes du plateau tibial correspondant, et, d'autre part, une partie médiane, avec laquelle se raccordent les branches latérales précédentes, chacune de ces branches latérales est suivant l'invention munie d'un bandage en céramique sur une partie au moins de sa longueur. Il reste cependant la difficulté de réaliser un tel bandage en céramique, sa forme étant relativement compliquée, et nécessitant normalement un ajustage à effectuer avec une grande précision. La présente invention a encore pour objet divers procédés propres à permettre de réaliser de manière économiquement acceptable un tel bandage en céramique, sans avoir recours à des machines de rectification particulièrement onéreuses. Un premier de ces procédés implique la découpe en diagonale d'un anneau aplati en céramique. Par exemple, cet anneau aplati peut résulter de l'aplatissement à chaud sous charge d'un anneau initialement cylindrique, et, pour sa mise en forme, il est ensuite simplement disposé dans un moule réalisé en un matériau dont le coefficient de dilatation thermique est inférieur au sien, en tirant parti du différentiel existant alors entre les coefficients de dilatation thermique en jeu. Quoi qu'il en soit, un tel procédé conduit avantageusement à l'obtention simultanée de deux ébauches de bandage, qu'il suffit ensuite d'usiner pour les polir et les effiler, et qui sont propres conjointement à l'équipement d'une même pièce fémorale. Un deuxième procédé suivant l'invention implique l'obtention individuelle d'une telle ébauche de bandage par engagement, à force et à chaud, d'une plaquette en céramique dans une rainure conformée au profil recherché. Il suffit, ensuite, comme précédemment, d'usiner l'ébauche de bandage ainsi obtenue. Les objets de l'invention, leurs caractéristiques et leurs avantages, ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels; la figure 1 est une vue en perspective d'une prothèse du genou mettant en oeuvre une pièce fémorale suivant l'invention; la figure 2 est, à échelle supérieure, une vue en perspective de cette seule pièce fémorale, avec, en place, l'un des deux bandages en céramique qu'elle comporte tandis que l'autre en est retiré; la figure 3 est une vue partielle en coupe transversale de cette pièce fémorale, suivant la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 est une vue partielle en coupe transversale analogue à celle de la figure 3, pour une variante de réalisation de la pièce fémorale suivant l'invention; les figures 5 A, 5 B, 5 C, 5 D, 5 E et 5 F sont des vues en plan ou en plan- coupe illustrant diverses phases successives d'un procédé propre, suivant l'invention, à la réalisation d'un tel bandage en céramique; les figures 6 A, 6 B sont des vues en perspective illustrant deux phases successives d'un autre procédé propre, suivant l'invention, à l'obtention d'un tel bandage en céramique. Tel qu'illustré sur la figure 1, une prothèse totale de genou 10 comporte, globalement, une partie fémorale 1 OA et une partie tibiale l OB. Seule la partie fémorale 1 OA est en cause ici. S'agissant de la partie tibiale 1 OB, il suffira d'indiquer qu'elle se compose, usuellement, et tel que représenté, de deux pièces, à savoir une pièce de support 11, qui est en général métallique, et qui est ancrée dans le tibia 12 à équiper, en bout de celui-ci, et une pièce de frottement 13, qui est rapportée sur la pièce de support 11, et qui, réalisée, elle, en matière synthétique, et, en pratique, en polyéthylène haute densité, forme, en surface, le plateau tibial 14 correspondant, avec les surfaces articulaires, ou glènes, non visibles sur la figure, avec lesquelles doit coopérer en roulement et glissement la partie fémorale 1 OA. En pratique, cette partie fémorale 10 A se réduit à une pièce fémorale unique 15. Dans la forme de réalisation représentée, cette pièce fémorale 15, qui est une pièce métallique, comporte, sous la forme générale d'une fourche globalement cintrée autour d'un axe horizontal, d'une part, deux branches latérales 16, qui sont destinées à être chacune respectivement appliquées aux deux condyles 17 du fémur 18 à traiter, pour coopération avec les glènes du plateau tibial 14 correspondant, et, d'autre part, une partie médiane 20, avec laquelle se raccordent, globalement en V, les branches latérales 16 précédentes, et qui, à la racine de celles-ci, présente une saignée 21, largement adoucie, formant la trochlée fémorale associée. Suivant l'invention, chacune des branches latérales 16 est munie, sur une partie au moins de sa longueur, et, en pratique, sur la totalité de sa longueur utile, d'un bandage 22, en céramique. Les bandages 22 dont est ainsi équipée la pièce fémorale 15 forment des pièces qui, distinctes de cette pièce fémorale 15, sont dûment rapportées sur celle-ci, en lui étant convenablement assujetties. Par exemple, figures 1 à 3, chacun de ces bandages 22 est engagé dans un logement 23 prévu à cet effet sur la branche latérale 16 correspondante, et il est assujetti par sertissage à celle-ci, par rabattement, contre lui, des bords 24 de ce logement 23. En variante, figure 4, il est procédé par collage. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 4, des moyens d'amortissement sont en outre interposés entre une branche latérale 16 de la pièce fémorale 15 et le bandage 22 qu'elle porte. Par exemple, et tel que représenté, il s'agit d'un matelas 25 en matériau élastique. Ce matelas 25 est engagé dans le logement 23 correspondant, en étant rapporté par collage sur le fond de celui-ci. Le bandage 22 peut lui être ensuite rapporté par collage. Dans la forme de réalisation représentée, le bandage 22 déborde du contour du logement 23, et surplombe, avec jeu, les bords 24 de celui-ci. Mais il n'en est pas obligatoirement ainsi. Quoi qu'il en soit, chacun des bandages 22 mis en oeuvre se présente sous la forme générale d'une lamelle qui, globalement cintrée autour d'un axe orthogonal à sa plus grande dimension, va en diminuant de largeur, de manière dissymétrique, de l'arrière vers l'avant. En bref, les bandages 22 sont effilés du côté de la saignée 21 formant la trochlée fémorale, et ils sont globalement symétriques l'un de l'autre par rapport à l'axe de celle-ci. Pour la constitution de ces bandages 22, on choisit de préférence une céramique d'oxyde métallique dont les qualités de biocompatibilité, de résistance mécanique, et de coefficient de frottement vis-à-vis du polyéthylène haute densité, sont optimales. A titre indicatif, il sera indiqué ici que la zircone, et plus précisément la zircone stabilisée à 3 t d'oxyde d'yttrium, donne à cet égard toute satisfaction, en raison, notamment, d'une grande finesse de grain susceptible de permettre un polissage particulièrement poussé. Mais l'alumine, dont le grain est plus gros, peut également convenir. De préférence, cependant, les bandages 22 mis en oeuvre suivant l'invention sont en zircone. Longitudinalement, la forme des bandages 22 s'apparente à celle de patins, leur partie avant étant plus relevée, et plus cintrée, que leur partie arrière. Partant de l'observation que, mis tête-bêche, ces bandages 22 forment globalement un anneau aplati, un premier procédé propre, suivant l'invention, à la réalisation de ces bandages 22 implique, tel que schématisé par un trait interrompu à la figure 5 F, la découpe en diagonale d'un anneau aplati en céramique 27, ce premier procédé conduisant ainsi avantageusement à l'obtention simultanée de deux ébauches de bandage 22 '. De manière plus précise, il est, dans ce cas, procédé comme suit. Tel que schématisé à la figure 5 A, le produit de départ est un anneau en céramique 28 obtenu, de manière usuelle, par cuisson d'une ébauche réalisée par pressage isostatique. Compte tenu des retraits résultant de cette cuisson, cet anneau en céramique 28 n'est pas rigoureusement cylindrique. Il est donc procédé ensuite à son réalésage, tant intérieurement, suivant le cylindre Cl schématisé en traits interrompus sur la figure 5 A, qu'extérieurement, suivant le cylindre C 2, ce qui conduit à l'obtention d'un anneau en céramique 29 parfaitement cylindrique, figure 5 B. S'agissant d'un anneau en zircone, il est tiré ensuite parti de la propriété qu'a une telle céramique de se déformer sous charge à haute température. Tel que schématisé à la figure 5 C, il est en effet alors procédé à l'aplatissement à chaud sous charge de l'anneau initialement cylindrique 29. A titre indicatif, il peut être indiqué que, pour l'obtention de l'aplatissement recherché, il suffit par exemple d'appliquer à l'anneau initialement cylindrique 29 une charge de 3 kg et de le porter à une température de l'ordre de 1500 'C. Par exemple, le cycle thermique correspondant peut impliquer une montée en température de 50 C/mn jusqu'à 1000 C et de 10 'C/mn au-delà, puis un palier de 15 mn à la température de 1500 C atteinte, avant une descente en température symétrique de la montée. En pratique, l'affaissement recherché débute vers 13000 C, et il est pratiquement achevé à 14500 C. En pratique, également, cet affaissement conduit à un aplatissement de l'anneau cylindrique 29 de l'ordre de 10 % suivant son petit axe, plus marqué dans ses zones de contact avec la charge que dans ses zones éloignées de celle-ci. Dans la forme de réalisation illustrée, figure 5 C, la charge C est appliquée suivant une génératrice de cet anneau cylindrique 29, avec contrebutée C' de celui-ci suivant sa génératrice opposée. Mais, en variante, elle peut être répartie entre plusieurs génératrices de cet anneau cylindrique 29, avec une répartition symétrique de la contrebutée correspondante. Quoi qu'il en soit, du fait de son affaissement, l'anneau initialement cylindrique 29 conduit à un anneau aplati 27 dont le contour s'apparente d'une manière générale à celui d'une ellipse. Pour l'obtention de la forme définitive souhaitée pour les bandages 22, il est procédé, ensuite, à une mise en forme de cet anneau aplati 27 avant sa découpe. Suivant l'invention, il est procédé, pour ce faire, par expansion. Plus précisément, l'anneau aplati 27 est disposé dans un moule 32 réalisé en un matériau réfractaire dont le coefficient de dilatation thermique est inférieur au sien, et l'ensemble est porté à une température suffisante pour que, eu égard aux coefficients de dilatation thermique en question, et au jeu périphérique J existant initialement entre l'anneau aplati 27 et le moule 32, cet anneau aplati 27 vienne s'appliquer contre ce moule 32. Par exemple, s'agissant d'un anneau aplati 27 réalisé en zircone, dont le coefficient de dilatation est de l'ordre de 1,7 10-5 par OC le moule 32 est réalisé en alumine, dont le coefficient de dilatation est de l'ordre de 0,7 10-5 par OC. L'anneau aplati 27 est placé à froid dans ce moule 32, et l'ensemble est porté à 15000 C. A cette température, la diminution linéaire de la zircone est d'environ 1 mm supérieure à celle de l'alumine pour une dimension de 60 mm. Cette différence d'expansion conduit l'anneau 27 à se plaquer, de luimême, de manière parfaite, contre le moule 32, tel que schématisé à la figure 5 E, et donc à épouser la forme de ce moule 32. Il est procédé ensuite à l'enlèvement à froid de l'anneau aplati 27 ainsi mis en forme, puis à sa découpe. il Par exemple, les ébauches de bandage 22 ' alors obtenues peuvent avoir une épaisseur de l'ordre de 1 à 2 mm. Bien entendu, les diverses valeurs numériques données ci-dessus ne l'ont été qu'à titre d'exemples indicatifs, et elles ne doivent en rien être considérées comme limitatives de l'invention. Après leur obtention, les ébauches de bandage 22 ' sont usinées, de manière, notamment, à être effilées dans leur partie avant. Bien entendu, les bandages 22 correspondants sont polis. Leur polissage peut se faire avant leur mise en place sur les branches latérales 16 de la pièce fémorale 15 qu'ils doivent équiper, ou après cette mise en place. Quoi qu'il en soit, ce polissage se fait suivant les techniques, à pâte diamantée par exemple, usuelles en la matière. Tel que schématisé sur les figures 6 A, 6 B, un autre procédé suivant l'invention implique, pour la réalisation d'une ébauche de bandage 22 ', l'engagement, à force et à chaud, d'une plaquette en céramique 33 dans une rainure 34 conformée au profil recherché pour une telle ébauche de bandage 22 '. Cette rainure 34 est en pratique usinée en conséquence dans un conformateur en matériau réfractaire 35. Par exemple, et tel que schématisé à la figure 6 A, la plaquette 33 résulte de la découpe préalable d'un bloc en céramique initialement parallélépipédique 36. Quoi qu'il en soit, pour les ébauches de bandage 22 ' ainsi obtenues par conformation, il est procédé ensuite comme précédemment. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation et de mise en oeuvre décrites et représentées, mais englobe toute variante d'exécution et/ou de combinaison de leurs divers éléments. Son domaine d'application ne se limite pas non plus seulement au cas o, tel que plus particulièrement décrit et représenté, la pièce fémorale à équiper est en forme de fourche. Au contraire, il s'étend tout aussi bien au cas o, s'agissant d'une prothèse unicompartimentale, cette pièce fémorale ne comporte qu'une seule brancha. REVENDICATIONS 1 Pièce fémorale pour prothèse du genou, caractérisée en ce qu'elle est munie d'un bandage en céramique ( 22). 2 Pièce fémorale suivant la revendication 1, caractérisée en ce que, comportant, sous la forme générale d'une fourche globalement cintrée, d'une part, deux branches latérale, ( 16), qui sont destinées à être chacune respectivement appliquées aux deux condyles du fémur à traiter, pour coopération avec les glènes du plateau tibial ( 14) correspondant, et, d'autre part, une partie médiane ( 20), avec laquelle se raccordent les branches latérales ( 16) précédentes, chacune de ses branches latérales ( 16) est munie d'un bandage en céramique ( 22) sur une partie au moins de sa longueur. 3 Pièce fémorale suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le bandage ( 22) de chacune de ses branches latérales ( 16) est en zircone. 4 Pièce fémorale suivant l'une quelconque des revendications 2, 3, caractérisée en ce que le bandage ( 22) de chacune de ses branches latérales ( 16) s'étend sur la totalité de la longueur utile de celle-ci. Pièce fémorale suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le bandage ( 22) de chacune de ses branches latérales ( 16) va en diminuant de largeur de l'arrière vers l'avant. 6 Pièce fémorale suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le bandage ( 22) de chacune de ses branches latérales ( 16) est assujetti à celle-ci, par exemple par sertissage ou collage. 7 Pièce fémorale suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que, entre chacune de ses branches latérales ( 16) et le bandage ( 22) que porte celle-ci, sont interposés des moyens d'amortissement ( 25). 8 Procédé pour la réalisation d'un bandage propre à l'équipement d'une pièce fémorale suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il implique la découpe en diagonale d'un anneau aplati en céramique ( 27), en sorte qu'il conduit à l'obtention simultanée de deux ébauches de bandage ( 22 '). 9 Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'anneau aplati ( 27) mis en oeuvre résulte de l'aplatissement à chaud sous charge d'un anneau initialement cylindrique ( 29). Procédé suivant l'une quelconque des revendications 8, 9, caractérisé en ce que, avant sa découpe, l'anneau aplati ( 27) est mis en forme. 11 procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que, pour sa mise en forme, l'anneau aplati ( 27) est disposé dans un moule ( 32) réalisé en un matériau dont le coefficient de dilatation thermique est inférieur au sein, et l'ensemble est porté à une température suffisante pour que, eu égard aux coefficients de dilatation thermique en question et au jeu périphérique (J) existant initialement entre l'anneau aplati ( 27) et le moule ( 32), l'anneau aplati ( 27) vienne s'appliquer contre le moule ( 32). 12 Procédé pour la réalisation d'un bandage propre à l'équipement d'une pièce fémorale suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il implique l'obtention d'une ébauche de bandage ( 22 ') par engagement, à force et à chaud, d'une plaquette en céramique ( 33) dans une rainure ( 34) conformée au profil recherché pour cette ébauche de bandage ( 22 '). 13 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que, après son obtention, une ébauche de bandage ( 22 ') est usinée.