Brevet FR2729481A1 — publié le 19960719

La présente invention est relative à la réalisation de prothèses et se rapporte plus particulièrement à la réalisation de prothèses de la hanche. La prothèse de la hanche comporte généralement un implant fémoral engagé dans la partie supérieure du canal médullaire du fût fémoral. Cet implant est formé d'une tige fémorale destinée à être engagée et fixée dans le canal médullaire du fémur après résection de son extrémité supérieure et présentant à son extrémité destinée à rester à i extérieur du fût fémoral, une saillie formant col prothétique de support d'une tête de remplacement de la tête du fémur. Parmi les prothèses connues à ce jour, on peut citer les prothèses avec simple ou double courbure ne reproduisant pas l'anatomie diaphyso-métaphysaire normale du fût fémoral par manque d'adaptation métaphysaire de la tige fémorale, ce qui entraine un mauvais remplissage du canal médullaire par la tige de la prothèse, et par conséquent donne naissance à des zones de pression excessive et à des zones de pression insuffisante et de ce fait à une répartition non uniforme des pressions sur la tige, nême avec l'emploi de ciment. Le descellement aseptique de la pie fémorale reste une des complications majeures des arthroplasties de la hanche. L'étude de l'évolution des implants fémoraux durant les vingt cinq dernières années montre une tendance générale à l'utilisation de prothèses massives et à la limitation voire à la suppression de l'emploi du client ainsi qu'à la recherche d'un remplissage optimal de la cavité médullaire du fût fémoral. L'invention vise à créer un implant fémoral de prothèse de hanche dont les formes soient particulièrerent bien adaptées au fémur à prothèser tout en améliorant l'ancrage de l'implant et en réduisant les risques de mobilité générateurs de mouvements d'enfoncement, de varisation et de rotation de la prothèse par rapport au fémur qui la reçoit. Elle a donc pour objet un procédé de génération d'instructions numériques pour la commande de la réalisation d'un implant fémoral à stabilité primaire optimisée, caractérisé en ce qu'il consiste a) à prélever sur une population statistiquement signficative de cas de fémurs à traiter des données caractéristiques permettant de définir avec précision la forme du fémur dans la région de pose d'une prothèse de hanche, b) à traiter ces données prélevées dans un ordinateur pour élaborer des algorithmes définissant un profil de prothèse type, c) à effectuer une prise d'image au moins dans le plan frontal et dans le plan sagittal d'un fémur sur lequel doit être posée une prothèse, d) à relever sur lesdites images, les données correspondantes à celles ayant servi à l'élaboration des algorithmes, e) à introduire lesdites données dans l'ordinateur en vue de leur traitement à l'aide des algorithmes de prothèse type et de la génération des instructions numéri- ques servant à la réalisation de ladite prothèse. L'invention a également pour objet un implant fémoral comprenant une tige fémorale destinée à être engagée et fixée dans le canal médullaire d'un fémur et une saillie formant col prothétique de support d'une tête de remplacement de la tête du fémur, caractérisé en ce qu'il est réalisé par le procédé défini ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig.1 est une vue schématique en coupe d'une hanche pourvue d'une prothèse suivant l'invention; - la Fig.2 est une vue schématique dans le plan de la prothèse de la figure 1 montrant certains paraMètres à prendre en compte pour définir la forme de la prothèse suivant l'invention; - la Fig.3 est une vue schématique dans le plan sagittal de certains paramètres géométriques contribuant à définir la forme de la prothèse suivant l'invention; - la Fig.4 est une vue dans le plan frontal de la prothèse suivant l'invention; - la Fig.5 est une vue dans le plan sagittal de la prothèse de la figure 4; et - la Fig.6 est un organigramme illustrant le processus de génération de données relatives à la prothèse à réaliser. Sur la Fig.l, on a représenté en coupe schbfflati- que un implant 1 comprenant une tige 2 engagée dans le canal médullaire 3 d'un fémur 4. L'extrémité 5 de l'implant 1 qui fait saillie hors du fémur 4 forme col et porte une sphère 6 engagée dans une cavité 7 d'une cupule 8 fixée dans la cavité cotyloïdienne 9 du patient. Lors de la mise en charge, l'implant fémoral est soumis à des efforts dont la résultante passe par le centre de la liaison sphérique qui constitue l'articulation des pièces prothétiques utilisées dans l'orthroplastie de la hanche. Par sa direction et son intensité, cette résultante peut entraîner la mobilité de l'implant selon trois mouvements principaux - l'enfoncement E - la varisation V - la rotation R désignés par les flèches correspondantes sur la Fig.l. Le succès d'une arthroplastie de la hanche nécessite l'obtention de la stabilité primaire qui conduit à la réalisation d'un implant s'adaptant de façon optimale au fémur à prothèser. La grande diversité de formes de fémurs mise en évidence dans les études statistiques et les observations cliniques, impose une relation directe entre la forme du fémur et la forme de l'implant. Cette relation est établie par la définition d'éléments géométriques et de cotes qui traduisent les choix techniques du praticien ainsi que les caractéristiques des formes du fémur. Ces paramètres qui vont être décrits ci-après en référence aux Fig.2 et 3, constituent une base de données tirée - d'une étude statistique de 515 dossiers préopératoires, - de l'observation clinique de 800 cas, - d'une expérimentation sur banc d'essai. La base de données ainsi constituée permet la définition des formes de l'implant, puis sa production. La vue schématique selon le plan frontal représentée à la figure 2 montre un certain nombre de para en tres importants pour la constitution de la base de don nées. Le point C est le centre d'articulation de l'arthroplastie. L'axe 1F est la projection de l'axe du col prothétique 5 (Fig.l) dans le plan frontal. Le segment AB est un segment qui positionne l'implant dans le plan frontal et définit sa largeur dans le plan de coupe du fémur. L'arc BD définit la zone d'appui cortical interne. Le segment DE définit la zone de terminaison conique de l'implant. L'arc AF définit la zone de raccordement exter- ne. Le segment FG définit la zone d'appui cortical externe. Sur la Fig.2, on a également représenté l'axe 1H qui est la projection de l'axe du col prothétique 5 (Fig.l) dans le plan horizontal. On va maintenant se référer à la Fig.3 sur laquelle apparaissent d'autres paramètres utiles à la constitution de la base de données. L'axe 1S est la projection de l'axe du col prothétique 5 (Fig.l) dans le plan sagittal. L'axe 2 définit l'axe du tiers supérieur du canal fémoral 2 dans le plan sagittal. Larl est l'épaisseur de l'implant dans le plan de coupe du fémur à prothéser. Lar2 est l'épaisseur de l'implant dans la partie médiane. L'axe 3 définit l'axe de la partie médiane du canal fémoral dans le plan sagittal. L'axe 4 définit l'axe du tiers inférieur du canal fémoral dans le plan sagittal. Les paramètres précités tirés d'un grand nombre de cas sont convertis sous forme numérique et traités dans un ordinateur pour l'élaboration de données définissant un profil type de prothèse fémorale. Afin de procéder à la génération des formes d'un implant destiné à être mis en place dans le fémur d'un patient particulier, on procède sur le fémur à prothèser à des prises d'images, par radiographie, par tomodensitométrie ou autre, selon le plan frontal et le plan sagittal et si nécessaire selon des plans horizontaux. Puis, on prélève sur les images obtenues les paramètres correspondants à ceux décrits précédemment qui ont servi à constituer la base de données contenue dans l'ordinateur. On introduit dans l'ordinateur des paramètres relatifs au fémur à traiter, et à l'aide d'algorithies construits à partir de la base de données contenue dans celui-ci, on définit les formes de la prothèse à obtenir par génération d'instructions numériques correspondantes. Dans le repère cartésien dont l'axe vertical est défini par l'intersection des plans frontal et sagittal, et dont le centre est le centre C de l'articulation, les éléments géométriques précédemment définis permettent de construire, selon l'organigramme de la Fig.6 1) une ligne directrice gauche continue L dont le rayon de courbure et le rayon de torsion varient de façon continue, et telle que - la projection dans le plan frontal en chacun de ses points représentée à la figure 4, est équidistante des bords interne BD, DE et externe AF, FG préalablement déterminés, - la projection dans le plan sagittal représentée à la figure 5, est tangente aux axes Axe2, Axe3 et Axe4 représentés à la Fig.3. 2) un profil générateur P plan, de forme ovoïde, dont le plan est constamment orthogonal à la ligne directrice (Fig.4) et dont le pôle 0 est l'intersection de la ligne directrice avec le plan de ce profil, ce profil étant tel que - le grand axe de sa projection dans le plan frontal, s'appuie constamment sur les bords interne BD, DE et externe AF, FG, - la longueur du grand axe de sa projection dans le plan sagittal varie continument pour atteindre, aux coordonnées où elles ont été relevées, les valeurs Lar2 et Larl (Fig.3). La partie diaphysaire de la tige de prothèse est définie de façon à assurer le contact os-implant dans les zones choisies par le chirurgien, ainsi que pour faciliter la mise en place de l'implant. Le volume est généré par déplacement du profil générateur P le long de la ligne directrice L. La variation continue de l'abscisse curviligne du point 0 sur celle-ci, entraîne la variation continue des paramètres du profil P. Ce déplacement comporte une rotation globale du profil P autour de son vecteur normal passant par 0. La partie supérieure du volume de la tige de prothèse, est limitée par le plan de résection, défini par le segment AB et le vecteur normal, orthogonal à AB et passant par le centre d'articulation C. Le col prothétique est un volume de révolution dont l'axe est défini par ses projections AxelF, AxelS et Axe 1H. il se raccorde à la queue de l'implant au niveau du plan de resection, avec une collerette 10 d'appui sur le calcar. La prothèse peut également etre dépourvue d ' une telle collerette selon le choix du chirurgien. Enfin, à l'opposé de la collerette 10, est prévu un chanfrein 12 destiné à faciliter le montage de la prothèse. Ainsi que le montrent les sections sorties de la figure 4, où l'on observe les traces du plan frontal P, la matière de la partie supérieure de la tige de prothèse, se répartit de façon asymétrique par rapport au grand ase du profil P. Cette répartition constitue la principale particularité de l'implant. Il est possible d'en contrôler la forme, en plaçant l'implant dans un référentiel ayant pour centre le point C et pour axe principal, l'axe du col 5, Axe 1F (Fig.2). Le référentiel ainsi défini peut servir à la fabrication de la prothèse à l'aide d'une machine outil à commande numérique. Au moyen des algorithmes contenus dans l'ordinateur, on procède donc d'une manière qui va maintenant être décrite en référence à la Fig.6. Après saisie des données relatives au fémur à prothéser, au cours de la phase 20, on procède au cours de phases 21,22, et 23 au calcul de la projection frontale de la ligne directrice L, de la projection sagittale de la ligne directrice L et des paramètres du profil générateur P. Puis au cours de la phase 24, on définit la ligne directrice L et au cours de la phase 25, on définit le profil générateur P. Enfin, au cours de la phase 26, on produit les instructions destinées à générer le volume, c'est à dire la prothèse fémorale à obtenir. A titre d'exemple illustratif, mais nullement limitatif ordonne ci-après les éléments du prograsie à l'aide duquel le procédé suivant l'invention est mis en oeuvre. Ce procédé original de génération d'un volute complexe, permet de réaliser l'objectif d'adaptation de la prothèse à la cavité métaphysaire du fémur, indispensable pour obtenir la stabilité primaire de l'implant, tout en positionnant le centre de l'articulation dans des conditions biomécaniques optimales. En outre, ce procédé offre également une grande facilité de production, puisqu'à partir d'un nombre restreint de paramètres géométriques, la forme à produire peut être définie de façon continue, donc numérisée avec une précision adaptée au procédé de production, soit pour réaliser une prothèse personnalisée, soit pour réaliser une gamme de prothèses susceptibles de répondre au plus grand nombre de cas. ELEMENTS DE PROGRAMME DE MISE EN OEUVRE DU PROCEDE DE L'INVENTION. DEF FNLimoz (REAL X,REAL Txa (*)) IF X RETURN Txz (1,3)@(X-Txz (1,1))+Txz (1,2) ELSE IF X RETURN ((Txz (Z,1)+X+Txz (3,2)) *X+Txz (3,3))+X+Txz (3,4) ELSE IF X RETURN ((Tez (4,1)*X+Txz (4,2))*X+Txz (4,3))*X+Txz (4,4) ELSE RETURN Txz (2,3)*(X-Txz (2, 1))+Txz (2,2) END IF - END END IF FNEND DEF FNSecy (REAL R,REAL Ray,REAL Rq) RETURN Ray*COS (R) *Rq FNEND DEF FNSecz (REAL R,REAL Lar,REAL Rqu,REAL Depext) RETURN Lar*SIN(R)*(1+Depext*(1-SIN(1.5*R)))*Rqu FNEND DEF FNLa (REAL T,REAL Q,REAL Largeur (*),REAL Z)'LARGEUR DE PROFIL IF T RETURN (Largeur (1) *T+Largeur (2))*T+Largeur (@) ELSE RETURN Largeur (5) END IF FNEND DEF FNPlan (REAL M(*),REAL U(*),REAL V(*)) @ @ RETURN (M(1)-U(1))*V(1)+(M(2)-U(2))*V(2)+(M(3)-U(3))*V(3) FNEND DEF FNDroite (REAL Y,REAL Z,REAL Cent (*),REAL Mm(*),INTEGER P2) RETURN (Y-Cent (1))*(Mm(P2,2)-Cent (2))-(Z-Cent (2))*(Mm (P2.1)-Cent(1)) FNEND DEF FNTh (REAL T) RETURN (EXP (2*T)-1) / (EXP (2*T)+1) FNEND DEF FNRr (REAL X,REAL Bx,REAL Dx,REAL Rb,REAL Dac,REAL Rac) IF X RETURN Rb+(X-Bx)*TAN(Dac) END IF IF X RETURN Rb ENt' IF RETURN Rb+Rac-SQR (Rac^2-(Dx-x)^2) FNEND DEF FNLimcy (REAL X,INTEGER I,REAL Fpst(*)) IF X J=9 ELSE IF x J=12 ELSE IF @ J=15 ELSE J=18 END JF END IF END IF PETURN (Fost :I. 0)@2+F@st (I,0+1))@@+Fpst (I.J+2) DcF FNT abl @REAL @,REAL @(*)) INTEGER Y Y=PROUND (X,O) IF Y RETURN T(3)@(X-T(1))+T(4) ELSE IF Y RETURN T(Y) ELSE RETURN T(5)*(X-T(2))+T(6) END IF END IF FNEND DEF FNTablp(REAL X,REAL T(*)) INTEGER Y Y=PROUND (X,O) IF Y RETURN T(3) ELSE IF Y RETURN (T(Y+5)-T(Y-5))/(10*T(7)) ELSE RETURN T(5) END IF END IF FNEND DEF FNLimoyp (REAL X, INTEGER I,REAL Fpst (*)) IF X J=9 ELSE IF X J=12 ELSE IF X J=15 ELSE J=18 END IF END IF END IF RETURN 2*Fpst (I,J)*X+Fpst (I,J+1) FNEND DEF FNDepext (REAL T,REAL O) RETURN . 3*(1-FNTh (.01*(T-Q))) -NENO DEF FNAntev (REAL T,REAL Q) RETURN (1-FNTh (.05*(T-Q)))/2 FNEND REVENDICATIONS 1. Procédé de génération d'instructions numériques pour la commande de la réalisation d'un implant fémoral à stabilité primaire optimisée, caractérisé en ce qu'il consiste a) à prélever sur une population statistiquement significative de cas de fémurs à traiter des données caractéristiques permettant de définir avec précision la forme du fémur dans la région de pose d'une prothèse de hanche, b) à traiter ces données prélevées dans un ordinateur pour élaborer des algorithmes définissant un profil de prothèse type, c) à effectuer une prise d'image au oins dans le plan frontal et dans le plan sagittal d'un fémur sur lequel doit etre posée une prothèse, d) à relever sur lesdites images, les données correspondantes à celles ayant servi à ltélaboration des algorithmes, e) à introduire lesdites données dans 1 'ordina- teur en vue de leur traitement à l'aide des algorithmes de prothèse type et de la génération des instructions nrnéri- ques servant à la réalisation de ladite prothèse. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on procède également à des prises d'images par tomodensitométrie. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le profil de la prothèse est défini à partir d'une courbe directrice gauche (L) dont la projection dans le plan frontal est équidistante des projections (BD, DE, AF, FG) dans le plan frontal du contour de la tige de prothèse et dont la projection dans le plan sagittal est tangente à l'axe (Axe2) du tiers supérieur du canal fémoral (2) du fémur à prothèser, dans le plan sagittal, à l'axe (Axe3) de la partie médiane du canal fémoral (2) dans le plan sagittal et à l'axe (Axe4) du tiers inférieur du canal fémoral dans le plan sagittal et par un profil générateur plan (P) de forme ovoide déplacé le long de la ligne directrice (L) et le plan dudit profil étant constamment orthogonal à la ligne directrice (L) et son pôle (O) étant l'intersection de la ligne directrice (L) avec le plan du profil (P). 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le grand axe de la projection du profil (P) dans le plan frontal s'appuie constamment sur les bords interne (BD,DE) et externe (AF,FG) de la projection du contour de la tige de prothèse dans le plan frontal. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la longueur du grand axe de la projection du profil (P) dans le plan sagittal varie continument pour atteindre aux coordonnées où elles ont été relevées les valeurs (Lar2 et Larl) de l'épaisseur de l'implant respectivement dans sa partie médiane et dans le plan de resection (AB) du fémur à prothèser. 6. Procédé suivant l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la variation continue des coordonnées du pôle (O) du profil (P) due au déplacement de ce point le long de la ligne directrice gauche (L) entraîne la variation continue des paramètres du profil générateur (P). 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le déplacement du profil générateur (P) le long de la ligne directrice gauche (L) comporte une rotation globale dudit profil générateur autour de son vecteur normal passant par son pôle (O). 8. Procédé suivant l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le volume du col prothétique (5) est un volume de révolution dont l'axe est défini par ses projections (AxelF, AxelS, AxelH) dans les plans frontal, sagittal et horizontal et se raccorde à la tige de prothèse au niveau du plan de resection (AB). 9. Implant fémoral comprenant une tige fémorale (2) destinée à être engagée et fixée dans le canal médul- laire (3) d'un fémur (4) et une saillie formant col prothétique (5) de support d'une tête (6) de remplaceient de la tête du fémur, caractérisé en ce que la tige fémo- rale (2) est constituée par un volume engendré par déplacement d'un profil générateur (P) de forme ovoïde le long d'une ligne directrice gauche (L) dont la projection dans le plan frontal est équidistante des projections (BD,DE, AF,FG) dans le plan frontal du contour de la tige de prothèse et dont la projection dans le plan sagittal est tangente à l'axe (Axe2) du tiers supérieur du canal fémoral (2) du fémur à prothèser, dans le plan sagittal, à l'axe (Axe3) de la partie médiane du canal fémoral (2) dans le plan sagittal et à l'axe (Axe4) du tiers inférieur du canal fémoral dans le plan sagittal, le plan dudit profil générateur (P) étant constamment orthogonal à la ligne directrice (L) et son pôle (O) étant l'intersection de la ligne directrice (L) avec le plan dudit profil générateur (P). 10. Implant fémoral suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le col prothétique (5) est un volume de révolution dont l'axe est défini par ses projections (AxelF, AxelS, AxelH) dans les plans frontal, sagittal et horizontal et se raccorde à la tige de prothèse (2) au niveau des plans de résection (AB). 11. Implant fémoral suivant l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la matière de la partie supérieure de la tige de prothèse (2) se répartit de façon asymétrique par rapport au grand axe du profil générateur (P). 12. Implant fémoral suivant l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il est réalisé par le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8.