Brevet FR2846875A1 — publié le 20040514

-1 La présente invention a pour objet une embase tibiale de prothèse totale de genou, formée d'un plateau métallique fixé dans l'os tibial et d'un insert mobile doté d'une rotation asymétrique contrôlée. Cette embase peut s'adapter à une quelconque pièce fémorale prothétique, par adaptation de la face supérieure de l'insert mobile, et ainsi vient compléter une gamme préexistante. Une prothèse totale de genou comprend un implant fémoral, en règle générale fait de métal, un plateau tibial également métallique, et entre ces deux pièces se glisse un insert le plus souvent en polyéthylène, qui fait office 10 de joint d'usure, et qui se trouve lié plus ou moins étroitement au plateau tibial. Un problème essentiel à résoudre dans les prothèses de genou réside dans la solution apportée simultanément dans la mobilité des deux implants fémoral et tibial entre eux et dans leur état de congruence, c'est15 à-dire leur qualité à s'emboîter parfaitement l'un sur l'autre. La mobilité souhaitée se retrouve dans deux plans orthogonaux de l'espace anatomique, le plan sagittal (flexion - extension) et le plan transversal (rotations interne et externe). Dans une prothèse totale de genou, une forte mobilité de l'implant 20 fémoral par rapport à l'implant tibial peut être obtenue en réalisant des surfaces de contact peu congruentes entre les condyles fémoraux et l'insert tibial (c'est-à-dire des surfaces dont les zones de contact sont limitées) . Malheureusement, cette faible congruence a pour contrepartie des pressions élevées exercées sur l'insert, ce qui a pour conséquence d'engendrer une 25 forte usure du polyéthylène qui le constitue. Pour réduire le plus possible l'usure du polyéthylène du plateau tibial, il convient donc de réaliser les prothèses de façon à ce que l'implant fémoral et l'implant tibial présentent une excellente congruence. Mais celle-ci offre à son tour un inconvénient puisqu'elle réduit considérablement la mobilité en rotation des pièces les une par rapport aux autres, créant ainsi des contraintes nocives notamment au niveau de la fixation du plateau tibial dans l'os. C'est pour cette raison que l'on a vu apparaître des prothèses de genou à forte congruence dont l'insert tibial est capable de rotation dans un plan transversal. - 2 Presque toutes les prothèses à insert mobile proposent un axe de rotation parfaitement centré. Cette symétrie dans la rotation ne correspond pas à la mécanique du genou telle que décrite par exemple par le professeur Bousquet ( Saint- tienne). Il apparaît en effet que la moitié externe du genou.5 est beaucoup plus mobile que la moitié interne, quel que soit l'état des ligaments croisés, conservés ou non lors de l'implantation d'une prothèse totale de genou. Michael J.;Pappas a montré que le mouvement du ménisque externe du genou était trois fois plus important que celui du ménisque interne lors des rotations. Cette inadéquation de la rotation symétrique des prothèses 10 se traduit par le risque-bien connu de luxation rotatoire de l'insert en polyéthylène. En effet, lors de mouvements forcés de rotation-flexion, le déplacement important ( et normal) du compartiment externe de l'insert entraîne le mouvement inverse, tout aussi important mais non physiologique, de la moitié interne du même insert, qui va alors se décoapter du condyle fémoral et se luxer. Pour cette raison, certains plateaux tibiaux présentent dès butées de sécurité, mais des cas de rupture de butée et/ou de polyéthylène ont été rapportés, ce qui trahit l'importance de la contrainte. Les prothèses décrites ci-dessus ont un axe de rotation fixe, ponctuel. Là encore l'étude de la cinétique du genou ( Bousquet) montre qu'il existe des 20 centres instantanés de rotation, qui décrivent une aire de plus d'un centimètre carré, située essentiellement dans la moitié interne de la surface spinale ( lieu d'insertion des croisés) de l'extrémité supérieure du tibia. Il n'est donc pas recommandé de retenir la voie d'un axe de rotation contraint, par usage soit de plots ajustés dans une cavité, soit de rails, qui ne permet à l'insert en 25 polyéthylène qu'un seul et même mouvement, quelles que soient les positions du genou. L'adaptation de la prothèse à la cinétique du genou, à la tension différente des structures ligamentaires périphériques, garante d'une réduction des contraintes mécaniques dans l'implant, d'une plus grande longévité de 30 celui-ci, et d'un résultat fonctionnel optimal passe donc par le choix retenu dans l'invention, qui évite les écueils analysés ci-avant. Conformément à l'invention, I'insert en polyéthylène est donc mobile sur le plateau tibial métallique, par glissement sur une surface polie. Des moyens de contrôle de ce glissement rotatoire sont prévus sur le plateau métallique et 35 l'insert qui comportent l'un une cavité centrée, et d'un dessin symétrique - 3 (disposant d'axes de symétrie mais dépourvu de centre de symétrie),l'autre une protrusion ou excroissance, d'un dessin asymétrique et qui vient s'emboîter librement dans la cavité. La profondeur d'emboîtement est d'au moins 6 mm. Il y a donc,selon l'invention, un système pour genou droit et un système pour genou gauche. Selon l'invention, les formes respectives de la cavité et de la protrusion sont ainsi réalisées que l'insert peut effectuer, en glissant sur le plateau qui sert de référence, un mouvement de rotation dont l'amplitude totale est proche 10 de préférence de 40 ( 20 de rotation interne et 200 de rotation externe,qui sont des chiffres voisins des maxima rencontrés dans les études physiologiques récentes), cette rotation s'effectuant au profit de la moitié externe de l'insert. Il ne doit pas être défini un seul centre de rotation mais au moins cinq centres différents, distants d'au moins 1 mm les uns des autres, 15 tous compatibles avec le déplacement souhaité, et tous situés dans une aire d'environ un centimètre carré. Cette aire est située dans la moitié interne du plateau, le long de la ligne médiane, et à mi-chemin du bord antérieur et du bord postérieur du même plateau. Ce type de rotation exclut le recours à une quelconque butée complémentaire, située en bordure du plateau. L'amplitude importante de la rotation des implants exclut également le contact en butée de l'insert dans le plateau sauf à réaliser des mouvements forcés, lors d'une chute par exemple, auquel cas l'invention joue un rôle de sécurité, lorsque les 200 de rotation sont atteints. Selon l'invention, la congruence de l'insert et du plateau autorise une 25 translation latérale modérée, destinée à améliorer le placement du fémur sur le tibia, au regard des tensions ligamentaires. Au total, grâce aux centres instantanés de rotation et à la translation latérale, on peut définir pour un angle donné de rotation de l'insert sur le plateau plusieurs positions de cet insert, ce qui se traduit par une meilleure 30 adaptation de la prothèse à l'anatomie de chaque opéré.La rotation se fait librement selon plusieurs axes aléatoires, dépendant de l'anatomie du sujet opéré et non d'un moyen de guidage contraignant. Il faut ajouter que la fabrication des prothèses de genou suppose l'existence d'une gamme de tailles ( généralement 6) adaptées à la morphologie des opérés. Comme l'invention s'applique essentiellement à -4 permettre un angle donné de rotation, on notera que cet angle est indépendant de la taille de la prothèse et par conséquent l'ensemble cavité-plot peut conserver les mêmes dimensions, ce qui simplifie la fabrication et autorise l'utilisation croisée d'un insert congruent sur sa face supérieure avec.5 une taille donnée de fémur ( par exemple n0 4) et sur sa face inférieure avec la taille voisine de plateau tibial ( n03 ou n05). Cette utilisation croisée n'est pas rare en chirurgie du genou. Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 représente une vue de face en perspective éclatée d'une forme de 10 réalisation, conforme à l'invention, de l'insert (4) en polyéthylène avec son plot (3) et sa tige (5) et du plateau métallique (2) avec sa cavité (1) et son tube creux (6). La figure 2 représente la face inférieure de l'insert avec son plot asymétrique (3) selon un mode de réalisation conforme à l'invention. La figure 3 représente la face supérieure du plateau métallique avec sa cavité symétrique (1) selon un mode de réalisation conforme à l'invention. La figure 4 représente le plateau et l'insert en position neutre l'un par rapport à l'autre, c'est-à-dire sans rotation. La figure 5 représente le plateau et l'insert, ce dernier avec effet de rotation 20 interne de 200. La figure 6 représente le plateau et l'insert, ce dernier avec effet de rotation externe de 200. La figure 7 représente l'aire de localisation des centres instantanés de rotation. La figure 8 représente une variante de forme de la cavité (en diabolo) telle qu'on peut la réaliser dans le plateau métallique selon l'invention. La figure 9 représente une autre variante de cavité (en V). En référence à ces dessins, l'invention, dans une de ses variantes, comprend une cavité symétrique (1) creusée dans le plateau (2) métallique 30 tibial d'une prothèse de genou, ainsi qu'un plot asymétrique (3) formé sur la face inférieure de l'insert tibial afférent (4). Le plot (3) est muni d'un appendice cylindrique (5), le tout venant s'engager dans la cavité (1) et le tube creux sousjacent (6). La forme asymétrique du plot (3) autorise un glissement rotatoire de l'insert (4) 35 sur le plateau (2) en métal poli selon un angle de 200 en rotation interne et 20 en rotation externe en avant et en arrière de la ligne (8) neutre de référence -5 (rotation = 0). Suivant ce mode de réalisation de l'invention, les moyens de contrôle de la rotation sont pour un plateau tibial métallique ( par exemple de 85 mm dans le grand axe et de 52 mm dans le petit axe) une cavité en forme d'ellipse (1),.5 dont les deux centres sont situés 3 mm en avant du centre du plateau, et dont les dimensions sont de 36 mm dans le grand axe et de 14 mm dans le petit axe. La profondeur de la cavité métallique ainsi réalisée est de 6 mm. Cette cavité est prolongée par une tige creuse (6) sous-jacente, dont l'intérieur communique avec la cavité elle- même. La face supérieure du plateau, l'intérieur de la cavité et de la tige sont polies, afin de recevoir l'insert mobile. Suivant le même mode de réalisation, la face inférieure de l'insert (4) en polyéthylène, en contact avec le plateau métallique, comporte un plot central (3) de forme ovode ( donc asymétrique), dont le côté le plus arrondi correspond à la moitié interne de la prothèse, et le côté le plus effilé à la partie 15 externe. Sous le plot, le polyéthylène forme une tige (5) descendant dans le tube métallique, et suffisamment fine pour autoriser les rotations. L'étude du déplacement maximal de l'insert sur le plateau montre que l'on obtient bien de chaque côté de la position neutre, que l'on peut retrouver dans l'aire (7) définie par l'invention les cinq centres de rotation, et que la translation latérale 20 dépasse 3 mm. Les dimensions extérieures de l'insert mobile, surtout celles du compartiment externe, sont inférieures à celles du plateau métallique, afin d'éviter tout conflit avec les parties molles. L'expérience des inserts mobiles symétriques montre cependant qu'un débord de 5 mm en rotation maximale (donc peu utilisée) n'engendre aucun trouble. Selon d'autres modes de réalisation, non limitatifs - la cavité du plateau peut prendre d'autres formes,notamment caractérisées par une convexité dans l'intérieur de la cavité, par exemple en diabolo (9), en V (10), le plot de l'insert en polyéthylène prenant alors la forme (11) asymétrique correspondante. Ces formes avec convexité ont l'intérêt d'accroître la faculté de 30 glissement sans heurt frontal ni arrêt brutal des parties en contact à l'approche de la rotation maximale. - La tige creuse est de longueur variable, et ses bords peuvent se fondre en courbes douces avec la cavité principale. - la cavité peut être creusée dans le polyéthylène, qui reçoit un plot métallique 35 asymétrique appartenant au plateau. - le plateau peut avoir une forme générale asymétrique pour s'adapter à 6 l'anatomie du tibia. Pour retrouver les centres de rotation instantanée, une des méthodes est la suivante: Sur les schémas du plateau et de l'insert, tracer les axes de symétrie. Superposer les schémas. Réaliser en transparence cinq positions différentes de rotation de l'insert sur le plateau, tout en gardant le plot de polyéthylène dans la cavité. Cinq fois au moins à plus d'un mm de distance l'un des axes de symétrie de l'insert doit se croiser avec l'axe correspondant du plateau en un point situé dans l'aire définie par l'invention. REVENDICATIONS 1. Embase tibiale pour prothèse totale de genou, comprenant: - un plateau (2) fait de métal avec, ouverte à la face supérieure, une cavité (1) centrée, de dessin symétrique, caractéristique car ne disposant pas de centre de symétrie, mais seulement d'axes de symétrie. - un insert mobile (4) sus-jacent avec, sur la face inférieure, un plot (3) d'au moins 6 mm d'épaisseur, et de forme asymétrique, s'engageant librement dans la cavité. On distingue un insert pour genou droit et un insert pour genou gauche. La forme caractéristique du plot asymétrique de l'insert autorise celuici à effectuer un glissement rotatoire asymétrique, au profit de sa moitié 1 0 externe. 2. Embase tibiale selon la revendication 1 o l'angle maximal de rotation ( interne + externe) de l'insert est de préférence voisin de 400, ceci afin d'éviter le phénomène de butée. 3.Embase tibiale avec insert rotatoire à mouvement asymétrique, selon 15 les revendications précédentes, o le dessin du plot formé sous l'insert définit non pas un seul mais plusieurs centres de rotation instantanée, de préférence au moins cinq, séparés d'au moins un millimètre, situés dans une aire (7) d'environ un centimètre carré. Cette aire est située dans la moitié interne du plateau, le long de la ligne médiane, et à mi- chemin du bord antérieur et du bord postérieur du même plateau.La rotation se fait librement selon plusieurs axes aléatoires, dépendant de l'anatomie du sujet opéré et non d'un moyen de guidage contraignant. 4. Embase tibiale selon l'une des revendications précédentes, o la paroi de la cavité (1) présente une ou plusieurs convexités, augmentant la faculté de glissement sans heurt frontal ni arrêt brutal du plot (3) à l'approche de la rotation maximale.