Brevet FR2838633A1 — publié le 20031024

la prothese. - 1 1 Plusieurs points meritent d'etre consideres avant de concevoir, de fabriquer, et d'implanter une prothese. Apres avoir decouvert le mode de fonctionnement de ['articulation du genou, base sur des principes de physique et de mecanique incontournables. S (page Internet: http://genoux.free.fr) il apparat qu'il est possible de reproduire fidelement le mouvement de flexion extension du genou avec une prothese a axe unique et fixe, mais que certains criteres doivent etre observes et respectes pour ameliorer le fonctionnement et la fiabilite de la prothese. J'ai deja presente trots criteres (certificat d'utilite n 9805005.) Je me suds attarde plus tard sur d'autres facteurs pouvant ameliorer le bon fonctionnement d'une prothese, et surtout sa fiabilite. La presente invention concerne toute prothese totale du genou a axe unique et fixe, mais egalement la prothese de hanche sur un point tres important. Je reprends les trots criteres deja presentes. - 1 - Positionnement precis de l'axe d'articulation. - 2 - Suppression du moment d'inertie engendre par ['angle tibia femur (angle de valgus) durant le mouvement (marche, course) Cette action dans le but essentiel d'eviter les contraintes en rotation dans un sens puis dans l'autre a chaque pas; contraintes alternatives et repetitives qui finissent par provoquer descellements et autres ennuis d'usures supplementaires. -3- Positionnement precis de la trochlee par rapport a la rotule, done a ['insertion du ligament rotulien, afin que la pression exercee par la rotule se repartisse de fa,con harmonieuse sur les deux faces de la trochlee artifcielle, car un desequilibre entrane automatiquement des contraintes nefastes, entre autre en rotation, pouvant provoquer a l' extreme une luxation de la rotule. - 2 1 Avant d'aller plus loin je dois presenter la base du principe de fonctionnement de ['articulation du genou que j'ai decouvert: - Planche 1 / 5 fig. 1 -Sur chaque condyle j'ai isole deux zones caracteristiques - En position arriere un arc de cercle de 1 a 2 de rayon R qui represente la bande de glissement du condyle. La ligne reliant le centre de la bande de glissement de chaque condyle donne l' axe d' articulation unique et fixe. - En position avant basse de 2 a 3 une zone legerement bombee servant au blocage de ['extension. Senles les zones arrieres de glissement de 1 a 2 servent au mouvement de flexion extension. Des que commence la flexion les zones 2 a 3 se liberent automatiquement de l'appui qu'elles possedent sur chaque menisque. (en tirets sur la fgure.) -Figure 2. Le condyle interne, genou gauche, en position sur son menisque. Les menisques (elements femelles.) Sont les sieges des condyles (elements males) Principe de fonctionnement du genou, page Internet: http: //genoux.free.fr Pour un bien etre certain, il est indispensable que la prothese puisse produire une flexion minimum de 140 afin que la personne puisse s'accroupir sans probleme, done que l'arriere de la cuisse puisse venir en appoi sur le mollet. Position qu'il faut obtenir sans contrainte sur les elements de la prothese en fin de flexion. Il serait bon d'avoir une tolerance de quelques degree supplementaires afn d'eviter toute mauvaise surprise. Le mouvement de flexion et le mouvement d'extension vent a considerer sous deux aspects Planche 2 / 5 fg. 3. - 3 1 1) EN CHARGE, c'est a dire en position debout, la flexion est directement tributaire du quadriceps (muscles avants de la cuisse) qui intervient pour contrbler l'inertie du corps qui descend. Durant ['extension le quadriceps est encore pleinement sollicite pour vaincre la pesanteur 2) EN PASSIF, c'est a dire assis sur le bord d'une table jambes pendantes. Pour etendre la jambe en extension complete le quadriceps est sollicite, mais pour prolonger la flexion, afin d'amener le tibia sous la cuisse, se vent les ischiojambiers qui interviennent (muscles arrieres de la cuisse) En charge durant la flexion, comme durant ['extension la puissance (F) du quadriceps est proportionnelle a la longueur du levier (L). De meme au cours de la flexion complete en passif, la puissance (-f-) des ischiojambiers est proportionnelle au bras de levier (-1-) Considerons l' articulation en extension complete, touj ours fig. 3 Quadriceps relache la rotule s'ecarte naturellement de la trochlee tout en s'affaissant Iegerement; Position naturelle au repos. Des que commence la flexion, ou sur contraction du quadriceps, la rotule reprend contact avec la trochlee en s'elevant legerement (tirets) La trochlee, qui se prolonge par l'echancrure inter-condylienne, se rapproche rapidement de l ' axe d' articulation dans les 90 premiers degree de flexion pour conserver un minimum correspondent au rayon moyen des surfaces de glissement des condyles (l 'externe etant legerement plus gros que l'interne.) Fig. 4 -la rotule vue de face. Fig. 5- la rotule vue de dessus avec la trochlee, senle la crete centrale penetre dans la trochlee, les parties laterales (facettes de glissement) suivent d'abord les bords de la trochlee qui se prolonge par les surfaces de blocage de ['extension (2 a 3) puis les surfaces de glissement (1 a 2) dans leur premier quart. - 4 1 En extension complete quadriceps contracte c'est la partie basse de la rotule qui est en contact avec la trochlee, au cours de la flexion la zone de contact monte progressivement jusqu'en haut de la rotule (tirets gauches) La rotule suit la courbe de la trochlee et se rapproche done de l'axe d' articulation d' environ 25 a 30 mm durant les 90 premiers degree de flexion. L' angle sous lequel s'applique la puissance (F) du quadriceps par rapport au bras de levier (L) varie lui aussi d'une trentaine de degree (valeurs relatives) ce qui provoque une legere variation de puissance durant la flexion extension. Le bras de levier arriere (l) en relation avec les ischiojambiers correspond au rayon moyen des surfaces de glissement des condyles. Il apparat clairement que la fonction du bras de levier arriere (l) est beaucoup moins importante que celle du bras de levier avant (L). DANS LA CONCEPTION D'UNE PROTHESE LA LONGUEUR DU BRAS DE LEVER AVANT NE DOIT PAS ETRE NEGLIGEE. En considerant ['articulation de profl, genou gauche, fg. 6 planche 3 / 5 on obtient naturellement 140 de flexion. (tirets) - En reculant la position de l'axe d'articulation (A1) sur un plan horizontal on augmente tres vite ['amplitude de la flexion maximale ainsi que la longueur du bras de levier avant (L); mais cela provoque un deplacement plus important de la rotule durant la flexion, et le bras de levier arriere diminue d'autant (pointilles) - En elevant l'axe d'articulation (A2) sur le plan vertical on augmente egalement la flexion sans toucher au bras de levier, mais l'espace vice entre condyles et plateau tibial augmente tres vite ( traits points) Il est tres important de donner une amplitude de flexion maximale a une prothese pour qu'en fin de flexion, en position accroupie, l'arriere de la cuisse puisse venir en appui sur le mollet avant que les elements de la prothese n'atteignent leur amplitude totale akin d'eviter toutes contraintes au niveau des zones d'encrages de la prothese. Afin d'obtenir une amplitude plus grande que la normale, il est interessant d'opter pour un recur de l'axe d' articulation de la prothese par rapport a la position naturelle, 5mm suffissent pour obtenir 15 de plus. - 5 1 Planche 4/5 fig. 7. (L) augmentant, ['effort physique a produire sera moins important durant la flexion extension. Le recur plus grand de la rotule sera compense par ['element plastique fixe sur la rotule (planche /5 fig. 9 et 10) La diminution du bras de levier arriere n'aura pas une grande importance Le prof1 naturel de la courbe suivit par la rotule est ideal, seule la difference entre la joue externe de la trochlee, plus grande que l'interne, peut etre effacee (fig. 5 planche 2/5) la difference etant corrigee par ['element plastique ajoute a la rotule. Le fond de la trochlee artificielle (5) fig. 7 pourra suivre le meme profil et se prolongera selon un arc de cercle jusqu'au maximum. (centre de l'arc de cercle situe sur la mediane de la droite (6) joignant le depart de la trochlee avec le point arriere necessaire a ['amplitude maximale.) En consequence ['aspect exterieur de ['element femoral de la prothese peut, en occupant le meme volume, etre tres proche de la forme naturelle des condyles. Planche 4/5- fig. 7 et fig. 8. L'ideal de la prothese a axe unique et fxe est. et restera du type charniere, en preferant deux elements tenon mortaises, ( 7 et 8) pour une plus grande stabilite laterale, ce qui permet, en plus, de laisser la trochlee complete sur toute la longueur de ses surfaces de glissement. Le blocage de ['extension pouvant se faire sur les tenons, les zones 9) pouvant etre amenagees avec un tampon souple pour absorber le contact au blocage de ['extension; Contact qu'il ne faut pas negliger car, par exemple, lorsque la cuisse s' eleve, suivit de ['extension du tibia, juste avant que le talon ne touche le sol, il peut se produire un petit choc, un leger claquement. Le profil de la trochlee est a considerer aussi. L'axe fixe de la prothese interdisant toute rotation, aussi bien en actif quand passif, le profil peut prendre divers formes, mais la encore, le profl en (V) fig. 8 semble ideal, assurant un positionnement parfait durant la flexion extension. La largeur du ( V), comme sa profondeur, est a determiner en se souvenant que les ailerons naturels vent supprimes, et qu'en extension complete, quadriceps relache, la rotule avance naturellement en s'affaissant legerement d'environ 1 cm. - 6 1 Le sommet de la crete plastique doit touj ours rester dans le (V) de la trochlee. Cet element plastique (10)- fg. 9 et fg. 10 planche 5/5 doit recouvrir l'essentielle de la surface arriere de la rotule (crete, facettes de glissement) surtout la totalite de sa hauteur, car il ne faut pas oublier que la zone de frottement se deplace sur toute la hauteur. Les deux extremites (haute et basse) etant arrondies. L'element plastique est une seconde surface de glissement adaptee au profl de la trochlee artifcielle qui doit rester parallele sur le plan vertical au profl naturel de la rotule et conserver la meme hauteur. L'ideal est de produire la face d'appui avant de ['element plastique a l'empreinte des facettes de glissement de la rotule. -Analysons les contraintes au niveau de l'emmanchement du tenon dans le canal medullaire fg. 9 planche 5/5 (femur en coupe). En position assise, ['angle femur- tibia correspond a plus ou moins , que se passe-toil lorsque la personne se met debout ? la plupart du temps elle prend appui sur les deux jambes, la masse du corps se trouve alors repartie plus ou moins equitablement sur celles-ci. Le poids sur chaque jambe peut s'exercer indirectement a un niveau different sur le femur, selon que le corps soit plus ou moins penche en avant (inertie du corps, recherche de l'equilibre) Le but de cette image est de montrer ce qui se passe au niveau du tenon scelle, quelque soit la methode, dans le canal medullaire, et qui agit alors comme un simple levier sur certaines zones du canal medullaire En se relevant d'une position assise la puissance (F) du quadriceps intervient simultanement avec le mouvement de bascule du corps en avant (positionnement du centre de gravite) ce qui provoque une tres forte pression sur la zone (11) a la jonction de la coupe femorale avec la prothese. Pression qui se decompose en deux. Sans entrer dans le detail, il appara^t que ['element femoral de la prothese, qui se prolonge par un tenon scelle dans le canal medullaire, agit comme un simple levier sur le bout du femur. - 7 1 L'appui ( A) se produisant au niveau de la zone ( 12) extremite du tenon, la resistance ( R) s'exerce a ['inverse a la jonction femur prothese sur la zone ( 11).Cette derriere zone apparat beaucoup plus fragile que la zone d'appui, et ce, quelque soit la forme du tenon; Le profil en croix permettant une meilleure repartition des contraintes qu'une simple tige (fig. 11) et ce aussi bien sur le plan anteroposterieur qu'en rotation. Si on ajoute a la masse du corps l'inertie d'une detente plus ou moins brutale, ou l'amortissement d'un petit saut, d'un simple ecart provoque par un desequilibre Les conkaintes sur les zones d'appui et de resistance s'amplifent enormement! D'ou que provienne la puissance ( P): saute, elevation du corps par detente brutale, elevation brutale des jambes fiechis, comme cela se produit au passage d'une bosse en ski (ce n'est qu'une image)... La contrainte sur la section du femur peut engendrer L'ECLATEMENT DU CANAL M[EDULLAIRE. Dans les cas enumeres, c'est la zone (11) cote trochlee qui cedera Le phenomene peut etre inverse. Choc sur ['element femoral, par exemple sur elevation du genou qui heurte un obstacle, la puissance (P) change de place, appui (A) et resistance (R) aussi, et c'est la zone arriere (13) qui cedera. Cette analyse rapide, pour soulianer ['importance. voire la necessite d'assurer une securite au niveau de la coupe femoral qui vient en appai sur la prothese; Une collerette a l'empreinte exterieure de la coupe du femur, solidaire de l' clement femoral, qui emprisonnera.it celle ci serait ['ideal. La zone avant (11) est la plus sollicitee, done au moins proteger cette zone par le prolongement (14) de la prothese dans la zone arriere du femur qui n'est que le prolongement de l'echancrure inter condylienne (present aussi fg. 7) Cette portion de collerette solidaire de la prothese absorberait sa part de conkainte engendree sur la zone (11) a condition qu'au montage cette languette soit appliquee au femur, il est done preferable d'en faire autant a ['avant, portion de collerette (15). Ces deux portions de collerette (14) et (15) permettant un meilleur positionnement de ['element femoral. Avec des cotes precises, un leger pincement de la coupe femoral entre ces deux portions de collerette pourrait se faire, celles- ci pourraient alors remplir pleinement leur role. (Forme et position fgl 1 coupe AA). - 8 1 Apres cette analyse, la necessite d'obtenir une grande amplitude de flexion apparat clairement, car en s'accroupissant, si ['element femoral de la prothese vient en butee sur ['element tibial avant que la cuisse ne s'appui sur le mollet, la contrainte engendree sur la coupe femoral par S l'effet levier du tenon de la prothese sera grande.L'appui ( A) passant a ['oppose de la zone (12), la resistance ( R) se produira sur la zone (14), la puissance P ( puissance correspondent logiquement a la moitie du poids du corps, mais pouvant aller jusqu'au poids total de celui ci a ['instant ou le blocage se produit sur la prothese, sans oublier l'inertie du mouvement.) s'appliquant alors sur la longueur totale du femur peut provoquer des degats! Concernant l'effet de levier du tenon de ['element tibial, les risques vent beaucoup moins importants, pour ne pas dire inexistants. La position naturelle du tibia est essentiellement verticale; En position accroupie il ne depasse pas les 45 avant, de plus le plateau tibial est simplement surface conservant a la tete du tibia toute son efficacite. fig. 7 et 8 planche 4/S tenon en position. L' application de ces mesures de securite est valable pour toutes les protheses dont l'immobilisation se fait par tenon; Je nense surtout a la prothese de hanche (figl2). De nombreux accidents se vent deja produit et se produiront encore, car l'emmanchement du tenon dans le canal medullaire fait office de coin! Il est indispensable pour cette prothese de posseder une surface d'appui (16) recevant la coupe femorale, c'est a dire la zone de rupture du col du femur qui aura ete surfacee, et une collerette qui emprisonne la peripherie de la coupe (base du col du femur) quelques millimetres suffsent pour eviter l'eclatement du femur. La aussi on peut ne considerer que la zone (1 7) la plus sollicitee que l' on protegerait par une portion de collerette (18) a ['oppose; celle ci repartirait le poids du corps ainsi que les contraintes supplementaires engendrees par le mouvement, d'une fa,con beaucoup plus harmonieuse sur la tete du femur a condition, la aussi, qu'au montage (scellement de la prothese) la portion de collerette (18) soit mise en contact avec la base du col, si diffcultes, prevoir une autre portion a ['oppose pour assurer le positionnement correct. 1 A plus forte raison que le poids du corps ne s'exerce pas directement dans l'axe du canal medullaire, le phenomene de levier du tenon dans le canal medullaire se produit la aussi (poids du corps sur longueur du col) Donc effet coin, plus effet de levier qutils faut neutraliser! Le poids du corps compte pour l'essentiel mais il s'ajoutent toujours des contraintes supplementaires: inertie du mouvement, charges diverges, desequilibre a rattraper..... Enfn, le bras de manivelle engendre par la longueur du col du femur sous l' action des flechisseurs et des extenseurs engendre a son tour des contraintes en rotation alternatives et repetitives pouvant etre nefastes au scellement. L'adjonction d'un ou deux petite pies (19) sous la surface d'appui et en peripherie de celle ci peut facilement contrer ces effete qui vent d'autant plus faibles que la personne est agee BEN SUR POUR APPLIQUER DE FACON RATIONNELLE CES SECURITES IL EST INDISPENSABLE D'EMPLOYER LA C F A O. (conception et fabrication assistees par ordinateur.) I1 faut savoir ce que l'on veut! - 2838633 1 REVENDICATIONS 1) Prothese totale du genou a axe que et fixe comportant un element femoral reproduisant les surfaces de glissements des condyles presentant deux portions de sphere et une trochlee et un element tibial ainsi qu'un axe d'ariiculation caracterisee en ce que i'axe d' articulation est recule sur le plan horizontal de 5 mm par rapport au centre des deux portions de sphere rrespondant a l'axe naturel ahn d?obtenir -cne anlitude de flexion superieure a ['amplitude naturelle d'au moins 15 degree et d'ugmenter ainsi le bras de levier avant () tout en diminuant proportionnellement la puissance (F) a produire durant la flexion extension. 2) Prothese totale du genou a axe unique et ixe selon la revendication 1 caracterisee par le fait que l'axe d' articulation est supporte par deux elements tenon mortaises (7) et (g) pour une meiDeure stabilite laterale. 3) Prothese tote du genou a axe unique et firxe se1On revendication 1 caracterisee par le f que l,axe d' articulation est perpendiculaire a 1?axe diaphysaire du fenur, done au tenon d,obilisation dc l'elemerlt moral et l'axe diaphysaire du tibiO7 dOnG du tenon d7iobilisation de element tibi, supprimant ainsi volonAtairement l' angle de valgus done le Qoment d'inertie qu'il engendre. 4) Prothese totale du genou a axe unique et fxe selon l'une quelconque revendication precedente caracterisee par le fait que des portions de colierette ( 14) et ( T 5), voire une collerette entiere emprisonnant la 2 periphe-rie de la coupe ire-morale' vent destmees a neuhaliser les contraintes engendrees par ies differents effete de levier du tenon de ['element femoral dans le canal medullaire. ) Proese totale du genou a axe unique et fixe selon la revendicatisn 1 caracterisee par le fait e ['element moral comporte un tenon d'immobilisatisn possedant un proil1 dc coupe en croix pour une meilleure repadition des difiGerentes contraintes i sexercent sur le canal medullaire. 6) Proese totale du genou a axe unique et fixe selon les revendications precedentes caractensee en se quelle comporte en outre un element plastique (10) dxe a la rotule qui forme une seconde surface de glissement adaptee au proill de la trochlee artificielle qui doit restee parallele sur le