Brevet FR2700260A1 — publié le 19940713

La présente invention concerne les pièces rotuliennes artificielles pour prothèses de genou, c'est-à-dire les éléments qui permettent de restaurer l'articulation du genou entre le fémur et le tibia, et plus particulièrement la pièce dénommée "rotule". Il est rappelé qu'une prothèse de genou comporte essentiellement une pièce fémorale apte à être fixée sur le fémur et épousant sensiblement la forme d'un "U", le fond et l'un des côtés du "U" définissant deux surfaces condyliennes séparées par un espace vide pour le passage des ligaments, l'autre côté du "U" définissant une trochlée, un plateau tibial apte à être fixé sur le tibia, et des moyens pour coupler les deux surfaces condyliennes avec le plateau tibial. In fait, pour réaliser des prothèses de quelque articulatioll que ce soit, les techniciens essayent de copier les élénients de cette arliculalioll quand elle est totalement saine. Il en est par exemple ainsi pour la prothèse de hanche sur le mode d'une rotule du type mâle-femelle dont la reconstitution est relativement facile à obtenir mécaniquement parce que les mouvements de l'articulation de la hanche ne sont pratiquement que des rotations autour d'un point. Il n'en est pas de même pour une prothèse de genou qui est beaucoup plus difficile à réaliser en raison de la complexité des mouvements du tibia par rapport au fémur qui sont des combinaisons de rotations et de translations. Les Demandeurs ont déjà réalisé une prothèse de genou qui leur donne satisfaction. Cette prothèse comporte essentiellement une pièce fémorale apte à être fixée sur le fémur, la pièce fémorale épousant sensiblement la forme d'un "U", le fond et l'un des côtés dudit "U" définissant deux surfaces condyliennes, ces deux surfaces étant séparées par un espace vide pour le passage de ligaments, l'autre côté dudit "U" définissant deux surfaces de trochlée, un plateau tibial apte à être fixée sur le tibia, des moyens pour coupler les deuxdites surfaces condyliennes avec ledit plateau tibial, le plateau tibial étant constitué par deux plaques et par des moyens pour monter en rotation ces deux plaques l'une sur l'autre autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe du tibia, une première plaque étant apte à être fixée sur le tibia, l'autre seconde plaque étant tournée vers le fémur, des moyens pour coupler les deux surfaces condyliennes avec le plateau tibial comprenant deux patins disposés entre respectivement les deux surfaces condyliennes et la seconde plaque du plateau tibial, les deux patins étant montés coulissant en translation suivant, respectivement, deux axes rectilignes et parallèles, chaque patin comportant une surface de glissement en rotation pour la surface condylienne qui lui est associée. Dans certains cas, il est possible de conserver la rotule initiale qui peut coopérer avec la prothèse de genou rappelée ci-dessus. En revanche, si la rotule est elle-même endommagée, il est bien sûr nécessaire de la restaurer, elle aussi, pour obtenir un fonctionnement du genou aussi semblable que possible à celui de l'articulation naturelle. Les réalisations de rotules artificielles qui ont été mises au point jusqu'à ce jour ne donnent pas entière satisfaction car elles ne permettent pas d'obtenir l'ensemble des mouvements originaux de la rotule naturelle. La présente invention a ainsi pour but de réaliser une pièce rotulienne pour prothèse de genou, qui permette de restituer les mouvements d'une articulation de genou originelle sans créer de gêne pour le patient sur lequel elle est destinée à être implantée, et qui soit d'une réalisation mécanique aisée, notamment en ne comportant que des surfaces dont la définition est relativement simple et donc facilement usinables. Plus précisément, la présente invention a pour objet une pièce rotulienne artificielle pour prothèse de genou comportant une pièce fémorale apte à être fixée sur le fémur, ladite pièce fémorale épousant sensiblement la forme d'un "U", le fond et l'un des côtés dudit "U" définissant deux surfaces condyliennes séparées par un espace vide pour le passage de ligaments, l'autre côté dudit "U" définissant deux surfaces de trochlée, les deux dites surfaces de trochlée étant séparées par une surface rotulienne en creux comportant une surface de fond bordée par des surfaces de forme sensiblement sphérique, ladite pièce rotulienne artificielle étant caractérisée par le fait qu'elle comporte:: - un corps d'embase, - un logement un creux réalisé dans ledit corps d'embase pour constituer l'élément femelle d'un emboîtement, - Ull bouton, et - des moyens pour monter ledit bouton en rotation dans ledit logement autour d'un premier point de façon qu'une partie dudit bouton émerge dudit logement, - ladite partie dudit bouton émergeant dudit logement comportant deux première et deuxième surfaces sphériques concaves respectivement sensiblement complémentaires desdites surfaces sphériques bordant et appartenant à ladite surface rotulienne, ces deux première et deuxième surfaces sphériques concaves ayant sensiblement la même valeur de rayon de courbure et étant symétriques l'une de l'autre par rapport à un premier plan passant par ledit premier point de rotation. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels: I.es figures 1 et 2 représentent un premier mode de réalisation d'une pièce rotulienne selon l'invention dans deux vues en coupe suivant deux plans perpendiculaires, la coupe selon la figure 1 étant référencée l-I sur la figure 2 et la coupe selon la figure 2 étant référencée Il-Il sur la figure 1, Les figures 3 à 5 représentent, respectivement vu de face, de côté et de dessous, un autre mode de réalisation d'une pièce rotulienne selon l'inventioll, La figure 6 représente schématiquement un genou humain afin de mieux faire comprendre le but visé par la mise en oeuvre de l'invention et les avantages de cette invention, et La figure 7 représente, sous forme schématique, trois positions possibles d'une pièce rotulienne selon l'invention en association avec une prothèse de genou. Bien que les figures ne représentent pas un même mode de réalisation d'une pièce rotulienne selon l'invention, dans un souci de simplification, les mêmes éléments y portent les mêmes références, quelle que soit la figure sur laquelle ils apparaissent. I.es figures 1 et 2 représentent un premier mode de réalisation d'une pièce rotulienne selon l'invention vu en coupe suivant deux plans perpendiculaires. La pièce rotulienne artificielle 1 est destinée à coopérer, comme il sera explicité ci-après, avec un prothèse de genou 2 comportant une pièce fémorale 3 apte à être fixée sur un fémur. La pièce fémorale épouse sensiblement la forme d'un "U", le fond et l'un des côtés du "U" définissant deux surfaces conds liennes séparées par un espace vide pour le passage de ligaments, l'autre côté du "U" définissant deux surfaces de trochlée 4, 5 de forme cylindrique et séparées par une surface rotulienne 6 en creux comportant une surface de fond 7 bordée par des surfaces 8, 9 de forme sensiblement sphérique, ces deux surfaces se raccordant aux surfaces cylindriques de trochlée 4, 5. La pièce rotulienne 1 selon les figures l et 2 comporte un corps d'embase i0 dans lequel est réalisé un logement un creux 11 conformé pour être apte à constituer l'élément femelle d'un emboîtement. Dans ce logement est disposé un bouton 12, sachant que cet élément 12 est désigné par le vocable "bouton" essentiellement en raison de sa forme, mais non de sa fonction qui sera définie ci-après. Le corps d'embase 10 comporte des moyens 20 pour l'associer aux ligaments rotuliens 55. Ces moyens sont connus en eux-mêmes et ne seront pas plus amplement développés. Il est prévu en outre des moyens 13 pour monter le bouton 12 de façon qu'il pivote en rotation dans le logement 11 autour d'un premier point 14 et qu'une partie 15 de ce bouton 12 émerge du logement 11. La partie 15 du bouton émergeant du logement 11 comporte deux première 16 et deuxième 17 surfaces sphériques concaves respectivement complémentaires des deux surfaces sphériques 8, 9 bordant et appartenant à la surface rotulienne en creux G, ces deux première 16 et deuxième 17 surfaces sphériques concaves ayant sensiblement la même valeur de rayon de courbure et étant symétriques l'une de l'autre par rapport à un premier plan 18 passant par le point de rotation 14. De façon avantageuse, le bouton 12 comporte en outre une surface de liaison 19 sensiblement complémentaire de la surface de fond 7 de la surface rotulienne 6. Les moyens 13 pour monter le bouton 12 en rotation dans le logement il autour du point 1 4 de façon qu'une partie 1 5 de ce bouton émerge du logement sont avantageusement constitués, comme illustré sur les figures 1 et 2, par le fait que le logement 11 est délimité par une paroi 40 cylindrique de révolution autour d'un axe 41 passant par le point 14, cette paroi 40 se terminant sur une ouverture 22 en forme de zone sphérique 42 à deux bases et ayant pour centre de courbure le point de rotation 14, et par un fond 47 comportant une partie en forme de calotte sphérique 43 dont le centre de courbure est confondu avec le point 14 et dont le rayon de courbure est inférieur à celui de la zone sphérique 42. La partie 44 du bouton 12 qui est apte à entrer dans le logement 11 comporte un segment sphérique 45 à deux bases et complémentaire de la zone sphérique 42, et une partie 46 en saillie sur le segment sphérique 45, cette partie en saillie 46 étant complémentaire de la calotte sphérique 43 du fond 47 du logement 11. Elle a sensiblement la forme d'une demi-sphère de même ras On que la calotte sphérique 43. Ia pièce rotulienne 1 décrite ci-dessus en regard des figures i et 2 permet d'obtenir des résultats que celles de l'art antérieur ne donnent pas. Ces résultats seront plus amplement développés ci-après, en même temps que ceux obtenus avec le mode de réalisation qui est illustré sur les figures 3 à 5. Selon le mode de réalisation illustré sur les figures 3 à 5, la pièce rotulienne comporte, comme dans le mode de réalisation selon les figures 1 et 2, un corps d'embase 10 et un bouton 12. Ce dernier étant identique à celui qui est décrit en regard des figures 1 et 2, sa définition ne sera donc pas reprise ici. le corps d'embase 10 comporte aussi des moyens 20 pour l'associer aux ligaments rotuliens. Ces moyens sont connus en eux mêmes et ne seront pas, non plus, développés ici. En revanche, le corps d'embase 10 comporte, sur sa face 21 bordant l'ouverture 22 du logement 11, quatre surfaces concaves sphériques, respectivement une troisième 23, une quatrième 24, une cinquième 25 et une sixième 26. Ces quatre surfaces concaves sphériques 23-2G ont respectivement pour centres de courbure les points 33-36 et sont sensiblement symétriques deux à deux par rapport à deux deuxième et troisième plans perpendiculaires 27, 28 appartenant au corps d'embase 10 et passant par le premier point de rotation 14 du bouton 12 défini ci-avant.La valeur des rayons de courbure de ces quatre surfaces concaves sphériques 23-26 est sensiblement égale à celle des rayons de courbure des surfaces 8, 9 appartenant à la surface rotulienne 6 définie ci-avant (figure 2). l)ans une réalisation avantageuse, la valeur du raeoíl de courbure des deux première 1G et deuxième 17 surfaces concaves du bouton 12 est légèrement inférieure à la valeur des rayons de courbure des troisième à sixième surfaces concaves sphériques 23-26 du corps d'embase 10. Cette différence est plus particulièrement visible sur la figure 4. ls surfaces concaves sphériques 23-26 du corps d'embase 10 sont en outre réalisées de façon que les droites passant sensiblement par leur centre de courbure et leur sommet soient sensiblement concourantes en un point 56 situé sur l'axe 41 défini ci-dessus et du côté du fond 47 du logement il. l)e cette façon, lorsque les deux surfaces concaves 1 6, 17 du bouton 1 2 sont en contact avec les deux surfaces sphériques 8, 9 de la surface rotulienne 6 reliant les deux surfaces de trochlée de la pièce fémorale de la prothèse de genou, le corps d'embase 10 peut basculer autour du bouton pour que deux de ses quatre surfaces concaves sphériques 23-26 puissent alternativement venir, elles aussi, au contact de ces deux surfaces 8, 9. Par exemple, en se référant au mode de réalisation illustré sur les figures 3 à 5 et en fonction de la position du bouton 12 par rapport au corps d'embase 10 (figure 5), lorsque les deux surfaces 23, 26 sont au contact des surfaces 8, 9, les deux surfaces 24, 25 en sont éloignées, et réciproquement. Dans ce cas, le basculement se fait autour du plan 28.Bien entendu les surfaces concaves 16, 17 du bouton 12 restent, elles, constamment en contact avec les surfaces sphériques 8, 9 de la surface rotulienne 6. Dans un mode de réalisation avantageux, l'amplitude du basculement du corps d'embase par rapport au bouton est généralement d'environ soixante degrés. La pièce rotulienne selon l'invention fonctionne de la façon suivante Il faut tout d'abord rappeler que la rotule est un élément essentiel au bon ronctionncment de l'articulation du genou en glissant sur la surface rotulienne reliant les surfaces de trochlée. Normalement, la rotule se déplace en étant très fortement appliquée sur la surface rotulienne par le quadriceps, et ce, d'autant plus que la flexion du tibia 51 par rapport au fémur 52 est plus accentuée. La figure G-a représente très schématiquement la force qui s'exerce sur la rotule quand le genou est fortement fléchi. Par contre, cette force de coaptation appliquée sur la rotule diminue au cours du mouvement d'extension de la jambe, jusqu'à avoir tendance, lorsque le genou est en hyper-extension comme illustré sur la figure 6-c, à s'inverseur et à décoller la rotule de la surface de liaison de trochlée. Dans une position intermédiaire entre les deux positions extrêmes précédentes, comme représenté sur la figure 6-b, cette force est relativement faible.Plus précisément, il s'exerce sur la rotule un ensemble de trois forces qui, dans une telle position intermédiaire du genou, s'équilibrent sensiblement et donnent une résultante de faible intensité représentée par une flèche 57 de faible longueur. La pièce rotulienne l selon l'invention permet de reconstituer en toute sécurité les mouvements de la rotule décrits ci-dessus et plus particulièrement représentés sur la figure 7. Les trois positions respectivement rappelées ci-avant sont illustrées sur la figure 7, la position selon la figure 6-a étant représentée par la position 5()-A, c'est-à-dire dans la flexion la plus accentuée, la position 50-B représentant une position d'extension intermédiaire et la position 50-C correspondant à la position en hyper-e.xtension. La pièce rotulienne décrite ci-avant est mise en place, par exemple en étant solidarisée avec une partie de rotule originelle qui est solidaire des ligaments 55 entre le fémur 52 et le tibia 51. Elle vient ainsi naturellement au contact de la surface rotulienne 6. Quand le genou est légèrement fléchi, position 50-B, seul, le bouton 12 épouse cette surface rotulienne 6, par ses deux surfaces concaves 16, 17, et le corps d'embase 10 se trouve en équilibre en appui sur ce bouton, sans que les troisième à sixième surfaces concaves 23-2G ne soient au contact de la surface rotulienne 6. Il faut souligné que, le bouton étant monté en rotation autour du point 14, il occupe une position parfaitement congruente du fond de la surface rotulienne 6 sur toute sa longueur quels que soient les efforts qui s'exercent sur le corps d'embase 10. la pièce rotulienne selon l'invention présente des avantages, par rapport aux pièces rotuliennes antérieures, surtout lorsque le genou arrive en flexion maximale et en hyper-extension, c'est-à-dire dans les positions illustrées en 50-A et 50-C. Quand le genou arrive en flexion maximale, position 50-A, la pièce rotulienne glisse sur la surface rotulienne 6 vers son fond 7 et, sous l'action des tensions exercées par les ligaments d'attache sur le tibia 51, elle a tendance a subir une rotation autour d'un axe transversal perpendiculaire à sa direction de glissement sur la surface rotulienne 6. Du fait que le corps d'embase 10 est rotatif par rapport au bouton 12 (et réciproquement) mais que le bouton reste au contact de la surface rotulienne G, le corps d'embase vient alors, lui aussi, au contact des deux surfaces sphériques 8, 9, figure 2, par ses deux surfaces concaves sphériques 24, 25 qui glissent sur elles, ses deux autres surfaces 23, 26 en étant éloignées. La légère différence entre les valeurs des rayons de courbure des surfaces concaves 23-2G du corps d'embase 10 et des surfaces concaves 16, 17 du bouton 12 permet à ce dernier de rester, au moins partiellement par l'un de ses côtés 53, au contact de la surface rotulienne G, comme cela ce voit sur la position 50-A. Le corps d'embase qui est solidarisé aux ligaments conduit donc parfaitement la pièce rotulienne et maintient les ligaments pour qu'ils assurent leurs fonctions anatomiques illustrées sur la figure 6-a. quand le genou arrive en hyper-extension, la pièce rotulienne glisse sur la surface rotulienne 6 vers une position haute, représentée en 50-C. Sous l'action des ligaments d'attache sur le fémur 52, la pièce rotulienne a alors tendance a subir une rotation autour un axe transversal perpendiculaire à sa direction de glissement sur la surface rotulienne 6. Du fait que le corps d'embase 10 est monté rotatif par rapport au bouton i 2 (et réciproquement) mais que le bouton reste au contact de cette surface rotulienne 6, le corps d'embase vient, lui aussi, au contact des deux surfaces sphériques 8, 9 (figure 2), mais par ses deux surfaces concaves sphériques 24, 25 qui glissent sur elles, ses deux autres surfaces 23, 26 en étant alors éloignées. La légère différence entre les valeurs des rayons de courbure des surfaces concaves 23-26 du corps d'embase 10 et des surfaces concaves 16, 17 du bouton 12 permet à ce dernier de rester, au moins partiellement par l'un de ses côtés 54, au contact de la surface rotulienne 6, comme cela ce voit sur la position 50-C. Le corps d'embase qui est solidarisé aux ligaments conduit donc parfaitement la pièce rotulienne dans le mouvement d'hyper-extension du genou et maintient les ligaments pour qu'ils assurent leurs fonctions anatomiques illustrées sur la figure 6-c. A la description ci-dessus, on voit que l'articulation du genou est presque parfaitement restaurée et que la prothèse permet à tous les éléments originels constitutifs du genou qui ont été conservés lors de sa mise en place, de fonctionner selon des mouvements qui sont presque les mêmes que les mouvements originels, apportant ainsi aux patients qui portent une telle prothèse un confort supérieur à celui qui était apporté par les prothèses de de genou de l'art antérieur. REVENDICATIONS 1. Pièce rotulienne artificielle pour prothèse de genou comportant une pièce fémorale (3) apte à être fixée sur le fémur (52), ladite pièce fémorale épousant sensiblement la forme d'un "U", le fond et l'un des côtés dudit "U" définissant deux surfaces condyliennes séparées par un espace vide pour le passage de ligaments, l'autre côté dudit "U" définissant deux surfaces de trochlée (4, 5), les deux dites surfaces de trochlée étant séparées par une surface rotulienne en creux (6) comportant une surface de fond (7) bordée par des surfaces de forme sensiblement sphérique (8, 9), ladite pièce rotulienne artificielle étant caractérisée par le fait qu'elle comporte:: - un corps d'embase (10), - un logement en creux (11) réalisé dans ledit corps d'embase pour constituer l'élément femelle d'un emboîtement, - un bouton (12), et - des moyens (13) pour monter ledit bouton en rotation dans ledit logement autour d'un point (14) de façon qu'une partie (15) dudit bouton émerge dudit logement, - ladite partie (15) dudit bouton émergeant dudit logement comportant deux première (16) et deuxième (17) surfaces sphériques concaves respectivement sensiblement complémentaires desdites surfaces sphériques (8, 9) bordant et appartenant à ladite surface rotulienne (6), ces deux première et deuxième surfaces sphériques concaves ayant sensiblement la même valeur de rayon de courbure et étant symétriques l'une de l'autre par rapport à un premier plan (18) passant par ledit point de rotation (14). 2. Pièce selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le bouton (12) comporte une surface de liaison (19) sensiblement congruente de la surface de fond (7) de ladite surface rotulienne (6). 3. Pièce selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que la face (21) dudit corps d'embase (10) bordant ledit logement (11) comprend quatre troisième-sixième surfaces concaves (23-26) de forme sphérique, ces dites surfaces étant sensiblement symétriques deux à deux par rapport à deux plans perpendiculaires (27, 28) passant par ledit point de rotation (14), la valeur du rayon de courbure de ces troisième-sixième surfaces concaves sphériques étant sensiblement égale à celle du rayon de courbure des surfaces sphériques (8, 9) bordant ladite surface rotulienne (G). 4. Pièce selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la valeur du rayon de courbure des deux première (16) et deuxième (17) surfaces concaves sphériques du bouton (10) est légèrement inférieure à la valeur du rayon de courbure des troisième-sixième surfaces (23-26). 5. Pièce selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que lesdits moyens (13) pour monter ledit bouton (12) en rotation autour dudit point (14) dans ledit logement (11) de façon qu'une partie (15) dudit bouton émerge dudit logement, sont constitués par le fait que ledit logement (11) est délimité par une paroi (40) de révolution autour d'un axe (41) passant par ledit point de rotation (14), ladite paroi se terminant sur une ouverture (22) en forme de zone sphérique (42) à deux bases et ayant pour centre de courbure ledit point de rotation (14), et par un fond (47) en forme de calotte sphérique (43) dont le centre de courbure est confondu avec ledit point de rotation (14) et dont le rayon de courbure est inférieur à celui de ladite zone sphérique (42), et que la partie (44) dudit bouton (12) apte à être contenue dans ledit logement (11) comporte un segment sphérique (45) à deux bases complémentaire de ladite zone sphérique (42) et une partie en saillie (46) sur ledit segment sphérique complémentaire de ladite calotte sphérique (43) dudit fond (47) dudit logement. 6. Pièce selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée par le fait que lesdites troisième-sixième surfaces concaves sphériques (23-26) dudit corps d'embase (10) sont réalisées de façon que les droites passant sensiblement par leur centre de courbure (33-36) et leur sommet soient sensiblement concourantes en un point (56) situé du côté du fond (47) dudit logement (I I). 7. Pièce selon l'une des revendications 1 à G, caractérisée par le fait que ledit corps d'embase (10) comporte des moyens (20) pour l'associer aux ligaments rotuliens (55).