Brevet FR2678162A1 — publié le 19921231

Composant fémoral de prothèse de hanche, à cimenter" L'invention a trait à un composant fémoral de hanche, comportant un col terminé en tronc de cône pour l'emmanchement d'une tête prothétique sphérique, et faisant saillie d'un fût apte à être scellé avec un ciment polymère dans une cavité pratiquée dans l'épiphyse supérieure du fémur à partir d'un plan de résection du col naturel jusqu'au canal médullaire, ce fût comprenant, entre le col et une lame diaphysaire à axe rectiligne qui s'effile vers une pointe terminale inférieure, un tronçon épiphysaire qui s'élargit de la lame à un socle de col autour d'une fibre médiane formant arc dont l'amplitude correspond à l'angle cervico-diaphysaire naturel, pour raccorder l'axe de la lame diaphysaire à celui du col. Dans le présent texte, la terminologie appliquée aux éléments de composant de prothèse sera calquée sur la terminologie relative à l'anatomie du fémur et de l'articulation coxo-fêmorale, et les adjectifs utilisés pour définir la position relative des éléments, se référant, à la manière usuelle, à cette position par rapport au corps humain. Ainsi, la lame diaphysaire viendra se placer dans la partie supérieure de la diaphyse du fémur, constituée d'une paroi corticale tubulaire entourant le canal médullaire, et le tronçon épiphysaire s'insérera dans l'épiphyse supérieure de ce fémur, constituée d'une paroi corticale enveloppant une masse d'os spongieux, la cavité de scellement étant pratiquée dans cette masse. L'angle cervico-diaphysaire est l'angle constitué par les axes respectifs du col et de la diaphyse dans sa partie supérieure. Les prothèses articulaires, et notamment les prothèses de hanche, sont destinées à être substituées à des éléments naturels de l'articulation, endommagés pour restituer la liberté de mouvement de l'articulation saine. Or, la restitution de la liberté de mouvement de l'articulation présente deux aspects: un premier aspect se rapporte à la forme des éléments que l'on substitue aux éléments naturels supprimés, et à leur position relative par rapport aux éléments naturels conservés. Cet aspect, primordial, est celui auquel se limite, bien souvent, l'état de la technique. L'autre aspect, qui vise à parfaire la restitution de la liberté de mouvement, se rapporte à la liaison des composants de prothèse aux os qu'ils recomplètent, pour obtenir une transmission des efforts aussi proche que possible de la transmission naturelle à laquelle la structure osseuse est adaptée, ou au moins, à laquelle l'organisme est accoutumé. A l'origine, les composants fémoraux de prothèse de hanche étaient scellés dans une cavité creusée dans l'épiphyse supérieure, à l'aide d'un polymère réticulant biologiquement compatible; ensuite sont apparus des composants implantables sans ciment : un premier type recherchait la liaison rigide du fût au fémur par coincement du fût contre le cortex; un deuxième recherchait la liaison rigide, au moins à terme, par un traitement de surface du fût pour munir celui-ci d'une couche poreuse dans laquelle l'os spongieux, en croissance, pénètre pour former ancrage (ce phénomène est appelé couramment réhabitation). Toutefois, les composants à cimenter gardent leur intérêt dans un certain nombre d'indications, par exemple lorsque le cortex ne peut supporter sans risque d'éclatement le coincement du fût, ou que la croissance de l'os spongieux environnant le fût risque d'être insuffisante pour réhabiter le revêtement poreux du fût. Le composant de l'invention est destiné à être cimenté. Fréquemment, dans l'état de la technique, on a admis qu'il suffisait que le composant de prothèse reproduise correctement l'angle cervico-diaphysaire pour qu'il remplisse sa fonction, l'ajustement de l'orientation de l'axe du col en projection sur un plan perpendiculaire à l'axe de la diaphyse pouvant se régler au moment de l'implantation en aménageant de façon appropriée la cavité de scellement dans l'épiphyse. En corollaire ces prothèses sont utilisables indifféremment pour les articulations coxo-fémorales. Les Demandeurs ont constaté que, notamment pour les composants fémoraux à cimenter, la transmission correcte des efforts de l'articulation de la hanche aux os de la jambe nécessitait une adaptation du composant à la structure de l'épiphyse supérieure et du haut de la diaphyse intéressé par la lame diaphysaire. Pour cette adaptation, l'invention apporte un composant fémoral de prothèse de hanche, comportant un col terminé en tronc de cône pour l'emmanchement d'une tête prothétique sphérique et faisant saillie d'un fût apte à être scellé par un ciment polymère dans une cavité pratiquée dans l'épiphyse supérieure du fémur à partir d'un plan de résection du col naturel jusqu'au canal médullaire, ce fût comprenant, entre le col et une lame diaphysaire à axe rectiligne qui s'effile vers une pointe terminale inférieure, un tronçon épiphysaire qui s'élargit de la lame diaphysaire jusqu'à un socle de col, autour d'une fibre médiane formant un arc dont l'amplitude correspond à l'angle cervico-diaphysaire naturel, pour raccorder l'axe de la lame diaphysaire à celui du col, caractérisé en ce que, le composant étant structurellement défini en rapport à sa position implantée, soit droite, soit gauche, le fût présente une face postérieure plane et une face antérieure qui, étant plane et symétrique de la face postérieure par rapport à un plan frontal passant par l'axe de la lame diaphysaire sur l'étendue de celle-ci, s'incurve vers l'extérieur le long du tronçon épiphysaire jusqu'au socle de col, tandis que les axes du col et de la lame diaphysaire sont concourants et définissent conjointement un plan cervico-diaphysaire qui forme avec le plan médian de la lame diaphysaire, et en avant de ce plan, un angle dièdre compris entre 80 et 120. Par cette disposition, le fût, et notamment la lame diaphysaire se trouvent convenablement orientés par rapport au fémur autour de l'axe de la lame, cet axe coïncidant avec l'axe de la diaphyse; ceci résulte de ce que le cortex diaphysaire présente une section en forme de triangle, avec une base antérieure et deux côtés externe et interne formant un angle postérieur, de sorte que la lame diaphysaire peut porter sur le cortex avec son plan frontal médian parallèle à la base antérieure, contre des côtés également inclinés, à proximité des angles avec la base qui sont fortement arrondis.En outre, la pointe de la lame diaphysaire se trouve presque centrée dans le cortex, et ne porte pas sur la paroi corticale; cet appui de la pointe de la lame diaphysaire sur la paroi corticale, que comportent nombre de prothèses de l'état de la technique, est source de douleurs pour le sujet implanté, et peut provoquer un descellement du fût. L'orientation définie de la lame diaphysaire assure l'orientation convenable de l'axe du col du fémur, ce col se trouvant placé, sur l'épiphyse supérieure du fémur, dans sa position naturelle. En outre, la face plane postérieure du fût constitue une surface de référence pour l'insertion de ce fût dans la cavité préparée, tandis que la face antérieure incurvée vers l'extérieur forme chapeau pour clore la cavité de scellement en fin d'insertion, lorsque la base du socle de col coïncide avec le plan de résection du col naturel, afin d'éviter que le ciment en cours de prise ne reflue à l'extérieur de l'épiphyse. En disposition préférée le fût comporte des bords arrondis reliant ses faces postérieure et antérieure, un bord interne qui, rectiligne à la partie inférieure de la lame diaphysaire, s'incurve suivant une courbe concave régulière en s'écartant de l'axe de la lame diaphysaire pour rejoindre le socle de col sensiblement parallèlement à l'axe de celui-ci, tandis que le bord externe est formé de deux segments concourants droits, l'un s'étendant le long de la lame diaphysaire en se rapprochant de l'axe de celleci vers la pointe, et l'autre sur l'étendue du tronçon épiphysaire se rapprochant de l'axe de la lame diaphysaire en s'éloignant de la pointe. Une telle forme facilite l'insertion du fût dans la cavité, insertion exécutée en relevant progressivement le col pour rabattre la lame diaphysaire jusqu'à faire coïncider son axe avec celui de la diaphyse dans la zone intéressée; en effet, la convergence des bords de fût le long de la lame diaphysaire assure une mise en place précise de l'axe de la lame dans un plan frontal, tandis que la forme du bord externe le long du tronçon épiphysaire permet d'épargner le grand trochanter et les insertions ligamentaires qui y sont situées. De préférence, la pointe terminale de la lame diaphysaire est en forme de calotte sphérique. Cela signifie que les épaisseurs de la lame diaphysaire au niveau de sa pointe dans le plan frontal et perpendiculairement à ce plan sont égales, ce qui permet à la pointe de se situer à distance de la paroi corticale, avec sécurité. De préférence également, le tronçon épiphysaire présente, du côté externe du socle du col, une facette supérieure sensiblement plane et perpendiculaire à l'axe de la lame diaphysaire. On frappera sur cette facette pour parfaire la mise en place du composant par "impaction", les chocs agissant ainsi dans l'axe de la lame diaphysaire. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une élévation, vue du côté antérieur, d'un composant fémoral selon l'invention; - la figure 2 est une élévation, vue du côté externe, du composant de la figure 1; - la figure 3 est une vue en plan, par-dessus, du composant des figures 1 et 2; - les figures 4 et 5 sont des vues, correspondant aux figures 1 et 2, d'un composant fémoral, équipé d'une tête sphérique, ce composant étant de la taille minimale d'une famille à tailles croissantes. Selon la forme d'exécution choisie et représentée aux figures 1 à 3, le composant de prothèse comprend un fût 1, qui sera engagé dans le fémur convenablement préparé d'un sujet, et un col 5 qui fait saillie du fût 1 auquel il se raccorde par un socle 4, et se termine par un tronc de cône 6 (cône Morse) sur lequel s'emmanchera une tête sphérique qui sera engagée dans un cotyle, naturel ou de prothèse, pour établir l'articulation naturelle, le col 5 et la tête du composant fémoral se substituant, en emplacement et fonction aux éléments naturels de même nom. Le fût 1 est prévu pour être engagé sur toute sa longueur, et scellé à l'aide d'un ciment polymère, souvent de type acrylique, dans une cavité de forme pratiquée dans l'épiphyse supérieure du fémur du sujet, la cavité s'étendant à partir d'un plan de résection du col naturel jusqu'à la cavité médullaire de la diaphyse. Le fût 1 comprend une lame diaphysaire 2 à axe rectiligne 10 qui s'effile vers une pointe terminale inférieure 7, et un tronçon épiphysaire 3 qui s'élargit depuis la lame diaphysaire 2 jusqu'au socle 4 de col 5, et qui s'étend autour d'une fibre médiane 13 en arc qui raccorde l'axe 10 de la lame diaphysaire à l'axe 11 du col 5. L'amplitude de l'arc de la fibre médiane 13 correspond à l'angle cervico-diaphysaire naturel du sujet. L'angle cervico-diaphysaire moyen étant de 1350, l'arc de la fibre médiane 13 sous-tend un angle de 450, supplément de l'angle cervico-diaphysaire.Les axes 10 de la lame diaphysaire 2 et 11 du col 5 sont concourants au point 12, et l'angle cervico-diaphysaire comporte trois composantes dans trois plans orthogonaux: une composante frontale 15 dans un plan frontal (par référence anatomique) qui est le plan de la figure 1, une composante horizontale 16 dans un plan horizontal (plan de la figure 3), et une composante sagittale 17 dans un plan passant par l'axe 10 de la lame diaphysaire 2 et perpendiculaire au plan frontal, soit le plan de la figure 2. La composante horizontale 16 correspond à un angle dièdre que fait un plan cervico-diaphysaire qui contient les deux axes 10 de la lame diaphysaire 2, et 11 du col 5 avec le plan frontal qui passe par cet axe 10 de la lame diaphysaire 2. Le composant fémoral représenté aux figures 1-3 est prévu pour un fémur droit. L'axe 11 du col 5 est dirigé en avant, de l'angle dièdre 16, du plan frontal passant par l'axe 10 de la lame diaphysaire 2, pour reproduire la disposition du bassin humain, dans lequel, en station droite debout, les axes généraux des diaphyses fémorales sont parallèles à un plan frontal passant par le centre des cotyles et un peu en arrière. L'angle dièdre 16 reproduit l'angle naturel du col du fémur en projection sur un plan horizontal avec le plan frontal, qui est d'environ 100, et cet angle 16 sera compris entre 80 et 120. Les représentations du composant fémoral gauche correspondant seront l'image spéculaire des représentations du composant droit. Le fût 1 comporte une face postérieure 25 plane, et une face antérieure 24 qui est plane et symétrique de la face postérieure 25 sur l'étendue de la lame diaphysaire 2 par rapport au plan frontal passant par l'axe 10 de la lame diaphysaire; les deux faces 24 et 25 convergent vers la pointe terminale 7, en faisant un angle dièdre de l'ordre de 10 chacune avec le plan frontal, comme on le voit sur la figure 2 où les faces et le plan frontal sont vus en bout. La face antérieure 24 s'incurve vers l'extérieur, sur l'étendue du tronçon épiphysaire 3 depuis la lame diaphysaire 2 jusqu'à son raccordement 24a au socle 4 du col 5. Les faces postérieure 25 et antérieure 24 sont réunies par des bords arrondis, un bord interne 20, 22 et un bord externe 21, 23. Sur l'étendue de la lame diaphysaire 2, les parties de bord interne 20 et externe 21 sont droites, symétriques par rapport à l'axe 10 de la lame diaphysaire, et convergentes vers la pointe terminale 7, le demi-angle de convergence étant d'environ 30 La pointe terminale 7 a la forme d'une calotte, approchant un ellipsoïde, et se raccorde sans cassure aux faces 24 et 25 et aux bords 20 et 21. Le bord interne, sur l'étendue du tronçon épiphysaire 3 s'incurve en une courbe concave 22 régulière en s'écartant de l'axe 10 de la lame diaphysaire 2 pour rejoindre le socle 4 du col 5 sensiblement parallèlement à l'axe 11 de ce dernier. Par ailleurs, le bord externe se compose de deux segments rectilignes concourants 21 et 23. Le premier segment 21 s'étend depuis la pointe 7 au-delà de la lame diaphysaire 2, où il constituait la partie symétrique de la partie de bord interne 20 par rapport à l'axe 10. Le second segment 23 vient en rapprochement de l'axe 10 depuis le segment 21 jusqu'à une facette 8 qui couronne le tronçon épiphysaire 3, est plane et perpendiculaire à l'axe 10 de la lame diaphysaire 2, et se fond dans le socle 4 de col 5. On comprendra que la succession de l'axe 11 de col, de la fibre médiane 13 arquée, et de l'axe 10 de la lame épiphysaire 2 constitue sensiblement la fibre neutre de la poutre formée par le composant fémoral, pour venir se placer en coïncidence approchée au mieux avec la fibre neutre du fémur naturel sain tandis que le bord interne 20, 22, et le segment 21 du bord externe sont en appui réparti sur la majorité de leur longueur sur le cortex, pour assurer le centrage précis de l'axe du fût, et une transmission non localisée des efforts.Cela permet, non seulement de rétablir une articulation qui possède les mêmes libertés de mouvement que l'articulation naturelle saine, mais également de faire travailler les os du bassin et de la jambe contigus à l'articulation dans les mêmes conditions d'application de forces que l'articulation saine, les lignes de force auxquelles l'organisme est adapté ou habitué étant respectées. Le composant est réalisé en alliage de titane TA6V, et les faces 24, 25 et bords 20, 22; 21, 23 sont traités par microbillage pour favoriser l'adhérence du ciment. Pour la mise en place, après résection du col naturel par un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe qui épargne au mieux les trochanters, une cavité est pratiquée dans l'épiphyse en partant du plan de résection pour déboucher dans le canal médullaire, la cavité ayant une forme correspondant à celle du fût 1. Celui-ci sera introduit dans la cavité préalablement garnie de ciment avec son plan frontal en coïncidence avec le plan frontal du fémur, la face postérieure 25, plane, en appui sur une surface, taillée dans l'épiphyse supérieure, également plane. Par contre, la cavité étant arquée dans le plan frontal pour raccorder l'axe du col à l'axe de la diaphyse, le fût 1 sera introduit suivant le plan frontal en basculant progressivement pour redresser l'axe 10 de la lame diaphysaire.La forme en deux segments rectilignes 21 et 23 du bord externe du fût 1 est adaptée à l'insertion en courbe, et permet de réduire l'emprise de la cavité dans le grand trochanter. La forme en dépouille du fût 1 procurée par la convergence vers la pointe 7 des faces 24 et 25 et des bords 20 et 21 assure que le ciment se trouve réparti en une couche mince d'épaisseur quasi uniforme, gage d'une bonne résistance aux déplacements en service. Par ailleurs, en raison de la légère incurvation de la diaphyse du fémur dans un plan sagittal, avec concavité vers l'avant, la face antérieure 24 va porter, à l'origine du canal médullaire, sur la face antérieure du cortex, tandis que la face postérieure 25 du fût 1 porte, un peu au-dessus de la pointe terminale 7, dans l'angle des faces interne et externe du cortex, ce double appui assurant une bonne coïncidence des plans frontaux de la diaphyse du fémur et de la lame diaphysaire 2. Cette disposition permet à la pointe terminale 7, en calotte, d'être sensiblement centrée dans le canal médullaire. On remarquera de plus que l'accroissement d'épaisseur du fût 1 vers le socle du col 5, résultant de l'incurvation vers l'extérieur de la face antérieure 24 a pour effet que le raccordement 245a de cette face au socle 4 de col vient obturer, dans la dernière phase de l'implantation du composant fémoral, la cavité où se loge le fût 1, de sorte que le ciment de scellement ne peut s'extruder au dehors. En outre cette disposition vient interdire une rotation du fût autour de l'axe diaphysaire lors de l'implantation, rotation qui viendrait fausser l'orientation cherchée du col par rapport au fémur. Le composant représenté correspond en structure à celui qui a été décrit en référence aux figures 1 à 3: toutefois, il est représenté muni d'une tête 9, sphérique sauf l'évidement tronconique pour l'engagement du tronc de cône du col 5, et la zone périphérique tronconique qui entoure l'évidement. Cette tête est en soi classique, et réalisée en céramique d'alumine. Comme il est nécessaire d'adapter les dimensions du composant fémoral aux dimensions du fémur, on a prévu une famille de composants qui présentent tous la même structure de base, mais présentent des tailles adaptées. Ces variations seront de deux sortes, portant sur d'une part la longueur du col 5, d'autre part la taille du fût. La longueur de col doit être prévue indépendante de la taille du fût; on adapte trois longueurs, à savoir comptées du point 12 de concourance des axes 10 de la lame diaphysaire et 11 du col, au centre 9a de la tête, sensiblement 60,4, 56 et 51,5 mm. Pour la taille du fût, on a adopté 8 tailles, qui se distinguent par trois paramètres qui varient conjointement: la longueur du fût entre la facette 8 et la pointe terminale 7, l'épaisseur du fût entre faces 24 et 25, et la largeur entre bords 20, 22 et 21, 23, tandis que sont conservés: le développement du bord interne 20, 22, les angles au sommet entre bords 20 et 21 et entre faces 24 et 25; toutefois, l'axe 10 de la lame diaphysaire 2 de référence pour le point de concours 12 de cet axe avec l'axe du col 11 sera celui du composant de la taille minimale, c'est-à-dire toujours dans la même position relative par rapport au bord interne 20, 22. Ainsi par exemple, la longueur du fût s'étagera entre 141 et 162 mm, la largeur (à hauteur de la transition entre lame diaphysaire et tronçon épiphysaire) s'étagera entre 11,5 et 18,5 mm, et l'épaisseur (à la même hauteur) entre 7,8 et 12,2 mm. Ces normalisations de taille sont destinées à établir un compromis entre les exigences anatomiques des sujets, et les contraintes industrielles d'exécution rationnelle de composants de prothèse. REVENDICATIONS 1- Composant fémoral de prothèse de hanche, comportant un col (5) terminé en tronc de cône (6) pour l'emmanchement d'une tête prothétique sphérique (9) et faisant saillie d'un fût (1) apte à être scellé par un ciment polymère dans une cavité pratiquée dans l'épiphyse supérieure du fémur à partir d'un plan de résection du col naturel jusqu'au canal médullaire, ce fût (1) comprenant, entre le col (5) et une lame diaphysaire (2) à axe rectiligne (10) qui s'effile vers une pointe terminale (7) inférieure, un tronçon épiphysaire (3) qui s'élargit de la lame diaphysaire (2) jusqu'à un socle (4) de col (5), autour d'une fibre médiane (13) formant un arc dont l'amplitude correspond à l'angle cervico-diaphysaire naturel, pour raccorder l'axe (10) de la lame diaphysaire (2) à celui (11) du col (5), caractérisé en ce que, le composant étant structurellement défini en rapport à sa position implantée, soit droite, soit gauche, le fût (1) présente une face postérieure (25) plane et une face antérieure (24) qui, étant plane et symétrique de la face postérieure (25) par rapport à un plan frontal passant par l'axe (10) de la lame diaphysaire (2) sur l'étendue de celle-ci, s'incurve vers l'extérieur le long du tronçon épiphysaire (3) jusqu'au socle (4) de col (5), tandis que les axes (11, 10) du col (5) et de la lame diaphysaire (2) sont concourants et définissent conjointement un plan cervico-diaphysaire qui forme avec le plan médian de la lame diaphysaire (2), et en avant de ce plan, un angle dièdre (16) compris entre 80 et 120. 2- Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fût (1) comporte des bords arrondis (20, 22; 21, 23) reliant ses faces antérieure (24) et postérieure (25), un bord interne (20, 22) qui, rectiligne (20) à-la partie inférieure de la lame diaphysaire (2), s'incurve suivant une courbe concave (22) régulière en s'écartant de l'axe (10) de la lame diaphysaire (2) pour rejoindre le socle (4) du col (5), sensiblement parallèlement à l'axe (11) de ce dernier, tandis que le bord externe (21, 23) est formé de deux segments droits concourants, l'un (21) s'étendant le long de la lame diaphysaire (2) en se rapprochant de l'axe (10) de celle-ci vers la pointe (7), et l'autre (23) s'étendant le long du tronçon épiphysaire (3) en se rapprochant de l'axe (10) de la lame diaphysaire (2) en s'éloignant de la pointe (7). 3- Composant selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pointe terminale (7) de la lame diaphysaire est en forme de calotte se raccordant sans cassure aux faces (24, 25) et bords (20, 21) de la lame (2) 4- Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tronçon épiphysaire (3) présente, du côté externe du socle (4) du col (5), une facette (8) sensiblement plane et perpendiculaire à l'axe (10) de la lame diaphysaire (2).