Brevet FR2770772A1 — publié le 19990514

La présente invention concerne une prothèse de jambe. On connaît une prothèse de jambe (jambe artificielle) comportant une partie fémorale (emboitable sur le moignon du patient), une partie tibiale et une partie pied, les parties fémorale et tibiale étant articulées entre elles pour former une articulation de genou mobile en flexion et en extension et dont la mobilité est associée à celle d'un piston qui est monté mobile dans une chambre de transvasement hydraulique d'amortissement et de verrouillage pour s'opposer à la flexion de l'articulation de genou lorsque la partie pied est sous charge et actionne des moyens de pilotage d'un organe de fermeture du transvasement hydraulique. Toutefois, ces prothèses connues sont de structure relativement complexe. Il en résulte un coût de fabrication élevé et un manque de fiabilité. De plus, les réglages, qui sont nombreux, sont délicats et malcommodes à effectuer. Selon l'invention, on propose une prothèse de jambe du type précité, dans laquelle la chambre de transvasement comporte deux volumes situés de part et d'autre du piston et reliés l'un à l'autre par un double circuit de transvasement comportant, montés en parallèle, l'organe de fermeture piloté et un clapet anti-retour permettant le transvasement hydraulique exclusivement pour l'extension de l'articulation de genou. La fonction de verrouillage de l'articulation de genou en flexion est ainsi assurée par une structure simple et fiable. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le piston est rappelé élastiquement dans le sens de l'extension de l'articulation de genou. Dans un premier mode de réalisation de la chambre hydraulique, le piston est monté coulissant dans la chambre de transvasement hydraulique et est attelé à une tige liée à l'articulation du genou. De préférence alors, la tige traverse la chambre de transvasement hydraulique. Dans un second mode de réalisation de la chambre hydraulique, le piston est monté pivotant dans la chambre de transvasement hydraulique, pour former un vérin rotatif. Dans un premier mode de réalisation de l'organe de fermeture, l'organe de fermeture est constitué par un clapet. Dans un second mode de réalisation de l'organe de fermeture, l'organe de fermeture est constitué par un tiroir. Avantageusement, l'organe de fermeture étant monté coulissant, l'étanchéité entre cet organe de fermeture et les éléments de structure de la partie tibiale par rapport auxquels il coulisse est assurée, quelle que soit la position de l'organe de fermeture, par une membrane souple, assurant une étanchéité absolue. Dans un premier mode de réalisation des moyens de pilotage de l'organe de fermeture, ceux-ci comportent une tige d'actionnement coulissante ayant une extrémité inférieure coopérant avec une surface de came de la partie pied et une extrémité supérieure attelée à l'organe de fermeture. Dans un second mode de réalisation des moyens de pilotage de l'organe de fermeture, ces moyens comportent un conduit pneumatique ayant une extrémité inférieure raccordée à une chambre pneumatique déformable disposée sous la plante de la partie pied et une extrémité supérieure débouchant dans une chambre de pilotage pneumatique d'un piston portant l'organe de fermeture. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple non limitatif. I1 sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels - la figure 1 est une vue schématique symbolisant une prothèse de jambe - la figure 2 est une vue partielle en coupe de la partie tibiale d'une prothèse de jambe, illustrant le principe de fonctionnement de la chambre hydraulique d'amortissement et de verrouillage de l'articulation de genou selon l'invention ; - la figure 3 est une vue partielle en coupe des parties tibiale et pied d'une prothèse de jambe conforme à un premier mode de réalisation de l'invention - la figure 4 est une vue de détail agrandie de la zone IV de la figure 3 - la figure 5 est une vue partielle en coupe des parties tibiale et pied d'une prothèse de jambe conforme à un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue en coupe des parties tibiale et pied d'une prothèse de jambe conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7 est une vue en coupe des parties tibiale et pied d'une prothèse de jambe conforme à un quatrième mode de réalisation de l'invention - la figure 8 est une vue de détail agrandie de la zone VIII de la figure 7 - la figure 9 est une vue de détail illustrant la possibilité de prévoir un clapet de sécurité - la figure 10 est une vue analogue à la figure 7, illustrant une variante de réalisation des moyens de pilotage de l'organe de fermeture. En référence aux figures 1 et 2, qui sont des vues schématiques de principe d'une prothèse de jambe selon l'invention, la prothèse comporte une partie fémorale 1, une partie tibiale 2 et une partie pied 3. Les parties fémorale 1 et tibiale 2 sont articulées entre elles pour former une articulation de genou 4. De même, les parties tibiale 2 et pied 3 sont articulées entre elles pour former une articulation de cheville 5. On notera toutefois que l'articulation de cheville 5 n'est pas absolument indispensable et qu'il sera possible de prévoir un autre type de liaison, telle qu'une liaison élastique ou même rigide, entre les parties tibiale 2 et pied 3. En référence plus particulièrement à la figure 2, l'articulation de genou 4 est réalisée au moyen d'un dispositif d'articulation particulier qui n'est pas représenté dans son ensemble à la figure 2 mais qui est d'un genre classique dans le domaine des prothèses de jambe. Cette articulation est associée à une tige 6 qui est attelée à la partie fémorale 1 et qui pénètre dans la partie tibiale 2 pour coulisser sur deux coussinets 7.1 et 7.2 ménagés à l'intérieur de cette partie tibiale. La tige 6 est solidaire d'un piston 8 qui est monté pour coulisser à l'intérieur d'une chambre de transvasement hydraulique 9 ménagée dans la partie tibiale 2. Ce piston 8 est ainsi commandé, dans son mouvement de va-et-vient à l'intérieur de la chambre 9, par la tige 6, de telle sorte que son point mort haut corresponde à une configuration d'extension de la partie tibiale 2 et que son point mort bas corresponde à une configuration de flexion maximum de la partie tibiale 2. On comprend donc que le déplacement du piston 8 dans la chambre 9 est rigoureusement lié au mouvement de flexion de l'articulation de genou 4. Le piston 8 est rappelé élastiquement vers son point mort haut par un ressort de compression 10. La chambre de transvasement hydraulique 9 comporte un volume supérieur 9.1 situé du côté de la face supérieure 8.1 du piston 8 et un volume inférieur 9.2 situé du côté de la face inférieure 8.2 du piston 8. La chambre 9 est en outre pourvue, à son extrémité supérieure, légèrement au-dessus du point mort haut du piston 8, de deux orifices d'écoulement supérieurs 11, 12, et, à son extrémité inférieure, légèrement en-dessous du point mort bas du piston 8, de deux orifices d'écoulement inférieurs 13, 14. Les orifices d'écoulement supérieurs 11, 12 et les orifices d'écoulement inférieurs 13, 14 sont reliés par un circuit de transvasement en dérivation qui permet le transvasement entre les volumes supérieurs 9.1 et inférieurs 9.2 de la chambre 9. Ce circuit comporte un premier conduit 15 reliant les orifices d'écoulement supérieurs et inférieurs 11 et 13, et un second conduit 16 reliant les orifices d'écoulement supérieurs et inférieurs 12 et 14. Les conduits 15 et 16 sont donc montés en parallèle. Sur le conduit 15, est monté un organe de fermeture piloté 17, tel qu'un clapet ou un tiroir. Cet organe de fermeture est piloté par des moyens de pilotage mécaniques, pneumatiques, hydrauliques ou même électriques, qui sont actionnés par le pied 3 de telle sorte que, lorsque le pied 3 est sous charge, l'organe de fermeture 17 obture le conduit 15. Le second conduit 16 est équipé quant à lui d'un clapet anti-retour 19 qui autorise le transvasement hydraulique de l'orifice supérieur 12 vers l'orifice inférieur 14, mais qui s'oppose au transvasement hydraulique dans le sens inverse, c'est-à-dire de l'orifice inférieur 14 à l'orifice supérieur 12. Par conséquent, lorsque l'organe de fermeture 17 est ouvert, le transvasement hydraulique de part et d'autre du piston 8 est possible dans les deux sens, c'est-à-dire de l'orifice supérieur 11 vers l'orifice inférieur 13 et de l'orifice inférieur 13 à l'orifice supérieur 11. Par contre, lorsque l'organe de fermeture 17 est fermé, aucune circulation hydraulique dans le conduit 15 n'est possible. Seule une circulation unidirectionnelle de l'orifice supérieur 12 vers l'orifice inférieur 14 dans le canal 16 est autorisée par le clapet anti-retour 19. Le transvasement hydraulique dans la chambre 9 de part et d'autre du piston 8 est donc possible exclusivement de la partie de la chambre 9 située du côté de la face supérieure du piston 8 vers la partie de la chambre 9 située du côté de la face inférieure de ce piston, si bien que le piston 8 ne peut se déplacer que vers son point mort haut et ne peut en aucun cas descendre vers son point mort bas. En résumé, il résulte de la structure décrite cidessus que, lorsque l'organe de fermeture 17 est ouvert, le piston 8 et la tige 6 peuvent se déplacer librement dans une direction ascendante ou descente, avec néanmoins un amortissement fluide résultant du transvasement hydraulique. Comme le déplacement de la tige 6 est lié à l'amabilité de l'articulation du genou 4, il en résulte que cette articulation est libre en flexion comme en extension. Par contre, lorsque l'organe de fermeture 17 est fermé, le piston 8 et la tige 6 ne peuvent se déplacer que vers le haut, mais pas vers le bas. L'articulation de genou 4 est donc verrouillée à la flexion, c'est-à-dire qu'elle ne peut se fléchir. Mais elle reste mobile en extension. Ainsi, lorsque le pied est sous charge, les moyens de pilotage ferment l'organe de fermeture 17, si bien que l'articulation de genou 4 ne peut se fléchir accidentellement (par exemple en cas de perte d'équilibre): la prothèse de jambe ne peut donc se dérober sous le poids de son utilisateur. Néanmoins, même sous charge, le clapet unidirectionnel 19, permettant un verrouillage exclusivement à la flexion de l'articulation de genou 4, donne la faculté à l'utilisateur de redresser sa prothèse de jambe grâce à l'absence de verrouillage à l'extension de l'articulation de genou 4. Aux figures 3 et 4, on a représenté un premier mode de réalisation détaillé des parties tibiale 20 et pied 21 d'une prothèse de jambe conforme à l'invention. La partie tibiale 20 renferme une chambre de transvasement hydraulique 22 dans laquelle est monté un piston coulissant 23 rappelé vers son point mort haut par un ressort de compression 24 et solidaire d'une tige 25 traversant la chambre 22. La tige 25 est montée coulissante sur deux coussinets 26, 27 ménagés à l'intérieur de la partie tibiale 20 et possède une extrémité supérieure équipée d'un organe d'attelage 28 pour sa liaison à la partie fémorale (non représentée). La chambre de transvasement 22 possède des orifices d'écoulement supérieurs 29 et des orifices d'écoulement inférieurs 30 situés de part et d'autre des points morts haut et bas du piston 23. Les orifices d'écoulement supérieurs 29 et inférieurs 30 sont reliés par un circuit de transvasement en dérivation qui comporte une portion tubulaire 31 s'étendant autour de la chambre d'écoulement 22, une chambre annulaire inférieure 33 communiquant avec la portion tubulaire 31 par l'intermédiaire de canaux de passage 32, et une canalisation centrale 34 communiquant avec les orifices inférieurs 30 de la chambre de transvasement 22 et débouchant à l'opposé dans la chambre inférieure annulaire 33. A son extrémité débouchant dans la chambre annulaire 33, le canal central 34 est délimité par un siège de clapet 36 obturé de façon sélective par un clapet 37. Le clapet 37 comporte une coupelle d'étanchéité 38 dans laquelle est disposée un joint annulaire 39 destiné à venir en appui contre le siège de clapet 36. Le clapet 37 est monté coulissant entre une position d'obturation dans laquelle il est en appui contre le siège de clapet 36 et ferme l'écoulement hydraulique dans le circuit de transvasement, et une position d'ouverture dans laquelle il est écarté du siège de clapet 36 pour autoriser l'écoulement dans le circuit hydraulique dans les deux directions. Le clapet 37 est rappelé dans sa position d'ouverture par un ressort de compression 40. La chambre annulaire 33 possède une paroi de fond qui est formée par une membrane souple 35 étanche dont le bord périphérique externe est pincé entre deux pièces fixes de structure de la partie tibiale 20 et qui est attelée en son centre au clapet 37 de manière que la coupelle 38 et le joint 39 soient situés dans la chambre 33 alors que la partie restante du clapet 37 par laquelle on commande sa position soit située à l'extérieur de la chambre 33. L'organe de fermeture 17 étant monté coulissant, l'étanchéité entre cet organe de fermeture et les éléments de structure de la partie tibiale par rapport auxquels il coulisse est ainsi assurée, quelle que soit la position de l'organe d'étanchéité, par la membrane souple 35. La membrane 35 est une membrane dite à déroulement du type de celles bien connues utilisées dans le domaine des pompes à membrane. Le circuit de transvasement hydraulique comporte également, en parallèle avec le conduit central 34, un conduit secondaire 41 reliant la chambre inférieure annulaire 33 aux orifices inférieurs 30 de la chambre de transvasement 22. Ce conduit 41 est équipé d'un clapet anti-retour 42 autorisant l'écoulement exclusivement à sens unique de la chambre inférieure annulaire 33 vers les orifices inférieurs 30 de la chambre de transvasement 22, c'est-à-dire des orifices supérieurs 29 vers les orifices inférieurs 30 de cette chambre. Le pilotage du clapet de fermeture 37 est assuré au moyen d'une tige d'actionnement tubulaire 91 qui est raccordée à son extrémité inférieure à la partie pied 21 et qui est attelée, à son extrémité supérieure, à un coulisseau 92 qui est monté coulissant dans un coussinet 93 ménagé dans la partie inférieure de la partie tibiale. Le coulisseau 92 est de forme tubulaire et possède intérieurement une paroi transversale 94 qui présente en son centre un taraudage 95 dans lequel est engagée une tige filetée 96 équipant l'extrémité inférieure du clapet de fermeture 37. Le clapet 37 est ainsi solidaire du coulisseau 92 et, par suite, de la tige d'actionnement 91. Le vissage de la tige filetée 96 du clapet 37 dans le taraudage 95 permet un réglage de sa position par rapport au siège 36 et donc la vitesse de flexion de la jambe. La fermeture du clapet 37 est donc commandée directement par la partie pied lorsque celle-ci touche le sol et fait remonter le coulissant 92 dans son logement à l'encontre de l'effort de rappel du ressort 40. De plus, indépendamment du rappel élastique du ressort 40, la tige 91, le coulisseau 92 et le clapet 37 sont rappelés en position d'ouverture du clapet par leur poids propre, ainsi que par la force d'inertie centrifuge due au pivotement de la partie tibiale lorsque celle-ci est ramenée vers 1' avant. Le coulissement du coulisseau 92 est limité inférieurement par un doigt de butée 98 qui s'étend transversalement à l'intérieur d'un logement 97 ménagé dans le coulisseau 92 et ayant une dimension longitudinale supérieure à celle du doigt de butée 96, de manière à ménager un jeu correspondant au débattement longitudinal du coulisseau 92. A la figure 5, on a représenté un second mode de réalisation détaillé de l'invention. La partie supérieure de la partie tibiale 20 est identique à celle décrite dans le cadre du premier mode de réalisation illustré par les figures 3 et 4. On retrouve ainsi la chambre de transvasement 22 équipée de son piston 23 et ayant ses orifices supérieurs et inférieurs 29 et 30 reliés par le circuit de transvasement 31, 32, 33, 34. Le pilotage du clapet de fermeture 37 est assuré au moyen d'une tige d'actionnement 43 qui est montée coulissante dans un coussinet 44 ménagé dans la partie inférieure de la partie tibiale 20. Cette tige d'actionnement 43 est équipée, à son extrémité inférieure, d'un galet 45 qui coopère avec une surface de came 46 ménagée sur le talon de la partie pied 21. La partie pied 21 étant en l'espèce articulée à l'extrémité inférieure de la partie tibiale 20 autour d'un axe 47, la surface de came 46 est sensiblement excentrique par rapport à cet axe 47, de telle sorte que lorsque la partie pied 21 est en appui contre le sol et pivote vers le haut, le glissement de la surface de came 46 sur le galet 45 provoque la remontée de la tige d'actionnement 43 et la fermeture du clapet 37. Une butée de réglage 48, ici réalisée sous la forme d'un goujon coopérant avec un taraudage ménagé dans l'extrémité inférieure de la partie tibiale 20, permet d'ajuster l'angle de relèvement maximum de la partie pied 21. Un ressort 49 assure le rappel vers le bas de la partie pied 21 lorsque celle-ci n'est plus en contact avec le sol. A la figure 6, on a représenté un troisième mode de réalisation détaillé des parties tibiale et pied d'une prothèse de jambe conforme à l'invention, la partie fémorale n'étant pas ici représentée. La partie pied 21 est identique à celle précédemment décrite en référence à la figure 5. Il en est de même de la partie inférieure de la partie tibiale 50, avec laquelle la partie pied 21 coopère. On retrouve ainsi les même moyens de pilotage de l'organe de fermeture, avec la tige d'actionnement 43 montée coulissante dans le coussinet 44 et équipée à son extrémité inférieure du galet 45 en appui contre la surface de came 46 de la partie pied 21. Ce troisième mode de réalisation se différencie essentiellement des premier et second modes par la constitution de la chambre de transvasement 51 et de son piston 52 qui est ici monté pivotant dans la chambre 51. Le piston 52 possède ainsi deux faces actives 53, 54 mobiles entre deux positions angulaires ou points morts. La chambre 51 possède deux orifices 55, 56 distincts et situés angulairement de part et d'autre des points morts des faces actives 53 et 54. Les orifices 55 et 56 sont reliés par un circuit de transvasement qui comportent un canal central 57 communiquant avec l'orifice 55 et débouchant dans une chambre inférieure annulaire 58 qui est elle-même reliée à l'orifice 56 par un conduit 59. A son extrémité inférieure débouchant dans la chambre inférieure annulaire 58, le conduit central 57 est délimité par un siège de clapet 60 obturé de façon sélective par un clapet 61 analogue à celui précédemment décrit et raccordé, par l'intermédiaire d'une rallonge 62 à la tige 43. De même que précédemment, un conduit secondaire 63 est ménagé, en parallèle au conduit central 57, entre l'extrémité 55 de la chambre de transvasement 51 et la chambre inférieure annulaire 58. Ce conduit auxiliaire 53 est équipé d'un clapet anti-retour 64 autorisant exclusivement l'écoulement à sens unique de la chambre inférieure annulaire 58 vers la chambre de transvasement 51. Aux figures 7 et 8, on a représenté un quatrième mode de réalisation détaillé de l'invention. La partie supérieure de la partie tibiale 70 est identique à celle décrite dans le cadre des premier et second mode de réalisation illustrés par les figures 3 à 5. On retrouve ainsi la chambre de transvasement 22 équipée de son piston 23 et ayant ses orifices supérieurs et inférieurs 29 et 30 reliés par un circuit de transvasement comportant la partie annulaire 31. La partie annulaire 31 du circuit hydraulique débouche dans une chambre inférieure qui est reliée aux orifices inférieurs 30 de la chambre de transvasement 22 par un conduit 72, un orifice de communication 73 reliant le canal 72 à la chambre inférieure 71. L'orifice 73 est obturé de façon sélective par un tiroir de fermeture 74 dont le déplacement entre une position d'obturation et une position d'ouverture est commandé par un poussoir 75 rappelé en position d'ouverture par un ressort de compression 76. Le pilotage en position de fermeture est assuré, soit comme dans les modes précédents et conformément aux figures 7 et 8 par une tige d'actionnement 91 raccordée à la partie pied reliée au poussoir 75 par l'intermédiaire d'un coulisseau 92, soit, selon le mode représenté à la figure 9 par la pression pneumatique régnant dans une chambre 77 reliée par un conduit pneumatique 78 à une chambre pneumatique déformable 79 disposée sous la plante de la partie pied 80. Comme dans les modes de réalisation précédemment décrits, un conduit auxiliaire 81 équipé d'un clapet antiretour 82 et ménagé, en parallèle de l'orifice 73, entre le conduit 72 et la chambre inférieure 71. Comme décrit précédemment la paroi de fond est formée par une membrane souple pincée entre deux pièces fixées de structure de la partie tibiale et fixée en son centre au tiroir 74. L'utilisation d'un tiroir permet d'assurer la fermeture du circuit hydraulique, sans qu'il soit nécessaire que la partie pied exerce un effort de fermeture, mécanique ou une pression pneumatique élevée, la seule pression hydraulique qui règne dans la chambre 22, s'exer çant perpendiculairement à l'axe du tiroir. La section annulaire de celui-ci n'étant soumis à aucune pression quelque soit sa position. En référence à la figure 9, de la même façon que le clapet antiretour 82 et parallèlement à celui-ci, il peut être interposé entre le conduit 72 et la chambre inférieure 71 un clapet de sécurité 83 permettant, en cas de surpression accidentelle (chute violente par exemple) dans la chambre 22, de déverrouiller le blocage du genou d'une façon progressive. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents les caractéristiques essentielles de l'invention. REVENDICATIONS 1. Prothèse de jambe comportant une partie fémorale (1), une partie tibiale (2 ; 20 ; 50 ; 70) et une partie pied (3 ; 21 ; 80), les parties fémorale et tibiale étant articulées entre elles pour former une articulation de genou (4) mobile en flexion et en extension et dont la mobilité est associée à celle d'un piston (8 ; 23 ; 52) qui est monté mobile dans une chambre de transvasement hydraulique (9 ; 22 ; 51) d'amortissement et de verrouillage bloquant la flexion de l'articulation de genou lorsque la partie pied est sous charge et actionne des moyens de pilotage (43, 45, 46; 77, 78, 79) d'un organe de fermeture (17 ; 37; 61 ; 74) du transvasement hydraulique, caractérisée en ce que la chambre de transvasement comporte deux volumes situés de part et d'autre du piston et reliés l'un à l'autre par un double circuit de transvasement comportant, montés en parallèle, l'organe de fermeture piloté et un clapet anti-retour (19 ; 42 ; 64 ; 82) permettant le transvasement hydraulique exclusivement pour l'extension de l'articulation de genou. 2. Prothèse de jambe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le piston (8 ; 23 ; 52) est rappelé élastiquement dans le sens de l'extension de l'articulation de genou. 3. Prothèse de jambe selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le piston (8 ; 23) est monté coulissant dans la chambre de transvasement hydraulique (9 ; 22) et est attelé à une tige (6 ; 25) liée à l'articulation du genou. 4. Prothèse de jambe selon la revendication 3, caractérisée en ce que la tige (6 ; 25) traverse la chambre de transvasement hydraulique (9 ; 20). 5. Prothèse de jambe selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le piston (52) est monté pivotant dans la chambre de transvasement hydraulique (51). 6. Prothèse de jambe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'organe de fermeture (17 ; 37 ; 61) est constitué par un clapet. 7. Prothèse de jambe selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'organe de fermeture (74) est constitué par un tiroir. 8. prothèse de jambe selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisée en ce que l'organe de fermeture (17 ; 37 ; 61 ; 74) étant monté coulissant, l'étanchéité entre cet organe de fermeture et les éléments de structure de la partie tibiale par rapport auxquels il coulisse est assurée, quelle que soit la position de l'organe de fermeture, par une membrane souple (35). 9. Prothèse de jambe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de pilotage de l'organe de fermeture comportent une tige d'actionnement coulissante (43) ayant une extrémité inférieure (45) coopérant avec une surface de came (46) de la partie pied et une extrémité supérieure attelée à l'organe de fermeture (37 ; 61). 10. Prothèse de jambe selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les moyens de pilotage de l'organe de fermeture comportent un conduit pneumatique (78) ayant une extrémité inférieure raccordée à une chambre pneumatique déformable (79) disposée sous la plante de la partie pied et une extrémité supérieure débouchant dans une chambre (77) de pilotage pneumatique d'un piston (75) portant l'organe de fermeture (74).