Brevet FR2847801A1 — publié le 20040604

Coquille mobile convexo-concave pour prothèse articulaire La présente invention a trait à une coquille mobile, destinée à servir de surface de glissement entre une calotte d'ancrage dans l'os acétabulaire et une bille fixée sur une tige de 5 prothèse fémorale, comprenant un moyen de rétention de ladite bille afin d'en éviter la luxation. Un cotyle de fixation acétabulaire selon la technique antérieure comprend une surface sensiblement hémi sphérique d'articulation avec la bille de la prothèse fémorale et une forme 10 extérieure offrant des aspérités ou gorges destinés soit à une fixation par un ciment osseux soit à une fixation par repousse osseuse dans lesdites aspérités. L'emploi de couples de frottement " polyéthylène sur métal " ou "polyéthylène sur céramique " présente des 15 inconvénients inhérents au matériau le plus fragile: une usure par frottement qui créé des particules venant s'interposer entre les surfaces articulaires, et créant de ce fait une usure accélérée (conduisant à la réintervention), associée parfois à une destruction osseuse due à l'activation des macrophages par les 20 micro particules d'usure du polyéthylène. L'emploi de couples de frottement utilisant des matériaux rigides et très durs tels que: métal sur métal ou céramique sur céramique permet de réduire cette usure par un ratio de 10 à 1, et donc d'accroître la longévité de l'implant, mais leur emploi n'est 25 possible à ce jour que sous forme d'une coquille fixe sertie dans une calotte d'ancrage osseux. (High Tech EP 0 453 694-Ai) Les cupules dites mobiles présentent des avantages reconnus dans leur configurations actuelles, soit pour des prothèses de hanches simples dites céphaliques (Pfizer EP 0 234 30 81 1Ai), soit pour des prothèses totales (Bouvet FR 2 662 930Ai), mais ne sont actuellement pas réalisables avec les matériaux durs plus résistants à l'usure. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités afin de rendre possible le réalisation d'une coquille 35 mobile, en proposant un moyen d'assemblage fiable et simple, réalisable en cours d'intervention par le chirurgien ou le personnel opératoire, donc laissant par cet assemblage " in situ " - 2 un grand choix de réglages de l'implant pour permettre de s'adapter à la morphologie des patients et ce, même en cas de couple de frottement en matériaux rigides, pour assurer à la fois un frottement optimal et la rétention de la bille de la prothèse de 5 hanche dans la coquille mobile, tout en préservant la qualité du second glissement articulaire entre la calotte d'ancrage acétabulaire et la surface externe de la coquille mobile. Cette invention concerne donc un système constitué - d'une coquille mobile dont la surface externe en matériau non 10 rigide est destinée à servir de surface de glissement dans une calotte d'ancrage acétabulaire et dont la surface interne en matériau rigide est articulée sur une bille également en matériau rigide, pour prothèse fémorale de hanche - et d'un moyen de rétention de la bille fémorale et de 15 verrouillage de la pièce interne rigide dans la pièce externe plastique, afin d'en éviter la luxation. C'est donc tant la fonctionnalité que le principe de l'invention qui sont différents de brevets tels que ceux d'OrthoI.D. FR 00 00688, ou Implantology EP 0 412 438 A2, 20 PRINCIPE DE L'INVENTION: La dite coquille mobile pour sa partie externe convexe, destinée à s'articuler dans la calotte d'ancrage acétabulaire, est réalisée dans un matériau plastique biocompatible et présentant de bonnes propriétés tribologiques, de préférence en 25 polyéthylène haute densité. La dite coquille mobile pour sa partie interne concave, destinée à s'articuler sur la bille de la prothèse fémorale, est réalisée dans un matériau biocompatible rigide et dur et présentant de bonnes propriétés tribologiques, de préférence en alliage métallique 30 cobalt chrome, ou en céramique d'alumine ou de zircone. Son rebord intérieur arrondi, sans angle vif agressif pour la bille fémorale, constituant le plan d'ouverture de la pièce rigide, est situé en dessous, de préférence entre un et douze millimètres, du centre de rotation de ladite bille fémorale. Cette disposition est 35 fondamentale pour protéger le couple de frottement -bille sur partie interne rigide de la coquille mobile, surtout lorsqu'ils sont réalisés en matériau rigides et très durs tels que la céramique ou 3 que les alliages métalliques cobalt chrome, car ces matériaux sont extrêmement sensibles à la rayure (pour les alliages métalliques) et à l'arrachement de grains (pour la céramique), qui se produisent en cas de contact ponctuel sur le bord; Le fait 5 de décaler le plan d'ouverture inférieure d'au moins un millimètre, et de préférence de quatre millimètres supprime ce risque de contact ponctuel agressif car la bille est limitée dans son déplacement selon l'axe de révolution par le moyen de rétention La partie interne rigide est assemblée de préférence en pression et maintenue dans la partie externe en plastique par au moins un des moyens suivants: -pénétration des arêtes situées à la périphérie et de préférence parallèles à l'axe de révolution et en relief de la pièce rigide, 15 dans l'alésage cylindrique correspondant de la partie externe en plastique dont le diamètre est compris entre la dimension sur plat et la dimension au sommet des dites arêtes; - rétraction d'au moins un bourrelet annulaire en relief par rapport à l'alésage cylindrique de la partie externe plastique, lors 20 de l'introduction de la partie interne rigide qui comporte au moins une gorge destinée à recevoir ledit bourrelet annulaire qui peut s'y déployer soit par simple relaxation élastique, soit par l'action mécanique du moyen de rétention. Ledit moyen de rétention de la bille fémorale dans la pièce 25 interne rigide est réalisé en matériau plastique biocompatible (pour éviter toute abrasion avec le col et la bille de la prothèse fémorale de hanche), mais présentant des propriétés mécaniques d'élasticité et résistance à la rupture élevées, de préférence en Peek (polyaryletheretherketone) non renforcé en fibres du fait de 30 leur pouvoir abrasif Ledit moyen de rétention se présente de préférence sous forme d'un anneau fermé, perpendiculaire à l'axe de révolution de la coquille mobile. - Il présente à son ouverture supérieure, orientée vers le pôle de la coquille mobile, des moyens d'expansion facilitant sa 35 dilatation lors de son verrouillage sur la partie interne rigide, et peut servir, dans au moins une configuration, de moyen de rétraction pour le bourrelet annulaire de verrouillage de la partie externe plastique. - Il présente à son ouverture interne inférieure une forme globalement évasée de préférence tronconique, dirigée vers la tige fémorale, dont la pente correspond sensiblement à la pente 5 du col de la prothèse fémorale afin d'assurer un contact linéaire avec celui-ci pour réduire l'usure par abrasion. - Il comporte à sa périphérie inférieure au moins un moyen de solidarisation avec la partie externe plastique, de préférence un épaulement, un bourrelet ou une gorge se verrouillant avec celle10 ci ou encore, dans une configuration différente, un jonc de section circulaire, carrée, rectangulaire, ou toute combinaison de ces sections, introduit "entre cuir et chair " à la jonction globalement cylindrique ou tronconique dudit moyen de rétention, et de la partie externe plastique. De cette manière l'assemblage réalisé peut résister aux efforts d'extraction physiologiques lors des mouvements de la hanche: l'extraction dans l'axe de révolution est contrôlée à la fois par le bourrelet annulaire, par l'assemblage en pression dans la partie externe en plastique (grâce à la pénétration des arêtes 20 situées à la périphérie et en relief de la pièce rigide, dans l'alésage cylindrique correspondant de la partie externe en plastique) et par le moyen de rétention adjacent à l'ouverture inférieure de la calotte. - la migration par enfoncement est contrôlée par le pôle d'appui 25 de préférence en forme de portion de sphère perpendiculaire à l'ouverture inférieure de la calotte, dans l'axe de pression résultant de la charge la bascule est bloquée par l'effet guidage et de rétention créé par la différence d'épaisseur entre l'alésage cylindrique de la 30 partie externe en plastique et les arêtes en reliefs destinées a l'ajustage serré latéral tangentiel de la pièce rigide. Le passage en force de cette zone d'ajustage serré se produit par une déformation élastique qui après passage des reliefs se referme et concoure à la fois au maintien en bascule et à la rétention de 35 ladite calotte d'ancrage, - la rotation entre les pièces interne et externe est bloquée grâce à la pénétration dans la partie externe en plastique des arêtes -5 situées à la périphérie et de préférence parallèles à l'axe de révolution et en relief de la pièce rigide. DESCRIPTION: D'autres avantages et aspects de l'invention ressortiront à 5 la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue éclatée inféro antérieure montrant l'aspect global du système de hanche complet avec:- une calotte d'ancrage (2) en matériau rigide métallique ou céramique, en 10 position dans l'os acétabulaire (20),- la coquille mobile convexo-concave (1) dont la surface externe (11) convexe destinée à s'articuler dans la surface de glissement concave (21) de ladite calotte d'ancrage (2), et la surface interne (12) concave en matériau dur destinée à s'articuler sur la bille (3) d'une 15 prothèse fémorale (31), sont en position assemblée avec le moyen de rétention (4) de la bille (3) - la prothèse fémorale (31) avec son col (32) et sa bille (3) destinée à glisser sur la surface concave de la partie interne (12) en matériau dur. La figure 2 représente la coquille mobile convexo-concave 20 (1) assemblée sur la bille (3) et sur la prothèse fémorale (31), et en particulier la zone de contact linéaire (43) entre l'ouverture interne inférieure du moyen de rétention (4) de la bille (3) fémorale, présentant une forme globalement évasée (42) de préférence tronconique, dirigée vers la tige fémorale (31), dont 25 la pente correspond sensiblement à la pente du col (32) de la prothèse fémorale (31) afin d'assurer un contact linéaire (43) réduisant l'usure par abrasion. La figure 3 représente l'ensemble des pièces avant assemblage, et en particulier un mode de réalisation de la pièce 30 interne en matériau rigide (12) montrant: - Les arêtes (121) situées à la périphérie, de préférence parallèles à l'axe de révolution (124) et en relief de la pièce rigide (12), de manière à pénétrer dans l'alésage cylindrique (111) correspondant de la partie externe (11) en plastique dont le 35 diamètre est compris entre la dimension sur plat et la dimension au sommet des dites arêtes (121) et leur position radiale autour du pole (120), avec l'effet de relief destiné à faire pénétrer les -6 dites arêtes (121) dans l'alésage cylindrique (111) lors de l'assemblage, de préférence en pression, de la dite pièce rigide (12) dans la partie externe (11) en plastique afin de réaliser leur blocage relatif en rotation. - Au moins un moyen de solidarisation avec la partie externe (11) en plastique, constitué dans un mode de réalisation, à titre d'exemple, par une gorge (123) destinée à recevoir le bourrelet annulaire (113) de la partie externe (11) en plastique, qui peut s'y déployer, soit par simple relaxation élastique, soit par 10 l'action mécanique du moyen de rétention (4). - Le début intérieur du rebord arrondi (125), sans angle vif agressif pour la bille (3) fémorale, constituant le plan d'ouverture (126) de la pièce rigide (12), est situé en dessous, de préférence entre un et douze millimètres, du centre de rotation 15 (30) de ladite bille (3) fémorale. Cette disposition est fondamentale pour protéger les surfaces de frottement de la bille (3) et de la partie interne rigide (12) de la coquille mobile (1), surtout lorsqu'elles sont réalisées en matériaux rigides et très durs tels que la céramique ou que les alliages métalliques cobalt 20 chrome, car ces matériaux sont extrêmement sensibles à la rayure (pour les alliages métalliques) et à l'arrachement de grains (pour la céramique), qui se produisent en cas de contact ponctuel sur le bord. Le fait de décaler le plan d'ouverture inférieure (126) grâce à 25 une jupe cylindrique ou conique d'au moins un millimètre, et de préférence de quatre millimètres, de l'équateur (127) de la cavité hémisphérique (128) de la pièce rigide (12) supprime ce risque de contact ponctuel agressif car la bille (3) est limitée dans son déplacement selon l'axe de révolution (124) par le moyen de 30 rétention (4). Les figures 4 et 5 montrent deux modes de réalisation dudit moyen de rétention (4) de la bille fémorale (3) dans la pièce interne rigide (12), qui est de préférence réalisé en matériau plastique biocompatible pour éviter toute abrasion avec le col 35 (32) et la bille (3) de la prothèse fémorale (31) de hanche, mais présentant des propriétés mécaniques d'élasticité et résistance à la rupture élevées, de préférence en Peek (polyaryletheretherketone) non renforcé en fibres du fait de leur pouvoir abrasif. Ledit moyen de rétention (4) et de verrouillage se présente de préférence sous forme d'un anneau fermé perpendiculaire à l'axe de révolution (124) de la coquille mobile. 5 - Il présente à son ouverture supérieure (44), orientée vers le pôle (120) de la coquille mobile (1), des moyens d'expansion (45) constitués par des encoches, de préférence à fond arrondi (450), facilitant sa dilatation lors de son verrouillage sur la partie interne rigide (12), et peut servir, dans au moins une 10 configuration, de moyen de rétraction pour le bourrelet annulaire (113) de la partie externe plastique (11). - Il présente à son ouverture interne inférieure une forme globalement évasée (42) de préférence tronconique, dirigée vers la tige fémorale (31), dont la pente correspond sensiblement à la 15 pente du col (32) de la prothèse fémorale (31) afin d'assurer un contact linéaire (43) réduisant l'usure par abrasion. - Il comporte à sa périphérie inférieure au moins un moyen de solidarisation avec la partie externe plastique (11), par exemple sous la forme d'un bourrelet (48) en relief se verrouillant avec 20 celle-ci, destiné à passer en force dans l'ouverture inférieure (114) de ladite partie externe plastique (11), ou (fig. 5), dans une configuration différente de préférence sous la forme d'un jonc (480) situé "entre cuir et chair" à la jonction globalement cylindrique ou tronconique (49) dudit moyen de rétention (4) et 25 de verrouillage, et de la partie externe plastique (11). La figure 6 est une vue en coupe de l'assemblage complet, après montage par l'opérateur du moyen de rétention (4) autour du col (32) de la prothèse fémorale (31) puis de la bille (3) sur son cône (34), avant verrouillage dudit moyen de rétention (4) à 30 la fois dans la partie externe plastique (11) et sur la pièce interne rigide (12) avec, à titre d'exemple, un mode de réalisation du moyen de solidarisation entre le moyen de rétention (4) et la partie externe (11) convexe e plastique, sous forme d'un jonc (480) en matériau élastique ou encore en alliage à mémoire de 35 forme, de section circulaire, carrée, rectangulaire, ou toute combinaison de ces sections, introduit "entre cuir et chair " à la jonction (49) globalement cylindrique ou tronconique dudit - 8 moyen de rétention (4) et de la partie externe plastique (11). La figure 7 est une vue en coupe de l'assemblage terminé de la coquille convexo-concave (1) avec la bille (3) et le col (32) cachés, et en particulier du moyen de solidarisation sous forme 5 d'un jonc (480) qui est conçu préférence pour ne pas reculer une fois introduit dans l'orifice (168) en dessous de l'équateur de la partie externe (11) en plastique. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation représentées dans les dessins annexés. 10 REVENDICATIONS 1 - Coquille mobile convexo-concave (1) destinée à servir de surface de glissement entre une calotte d'ancrage (2) dans l'os acétabulaire (20) et une bille (3) fixée sur une tige de prothèse fémorale (31) comprenant: Une partie externe (11) convexe destinée à s'articuler dans la calotte d'ancrage acétabulaire (2), réalisée dans un matériau plastique biocompatible et présentant de bonnes propriétés tribologiques, de préférence en polyéthylène haute densité. - Une partie interne (12) concave destinée à s'articuler sur la bille (3) de la prothèse fémorale (31), réalisée dans un matériau biocompatible rigide et dur et présentant de bonnes propriétés tribologiques, de préférence en alliage métallique cobalt chrome, ou en céramique d'alumine ou de zircone. Ladite partie interne 15 concave (12) est prolongée par une jupe cylindrique ou encore cylindro - conique 1 dont le bord intérieur du rebord arrondi (125), sans angle vif agressif pour la bille (3) fémorale, constituant le plan d'ouverture (126) de la pièce rigide, est situé en dessous, de préférence entre un et douze millimètres du 20 centre de rotation (30) de ladite bille (3) fémorale. - Au moins un moyen de solidarisation entre la partie externe plastique (11) et la partie interne (12) rigide, par exemple sous la forme d'un bourrelet (113) en relief destiné à passer en force dans une gorge (123) destinée à recevoir ledit bourrelet 25 annulaire (113) de la partie externe (11) qui peut s'y déployer, soit par simple relaxation élastique, soit par l'action mécanique du moyen de rétention (4). - Un moyen de rétention (4) permettant de limiter le déplacement selon l'axe de révolution (124) de la bille (3) afin 30 d'en éviter la luxation, de préférence réalisé en matériau biocompatible plastique pour éviter toute abrasion avec le col et la bille (3) de la prothèse fémorale (31) de hanche, et présentant des propriétés mécaniques d'élasticité et résistance à la rupture élevées, de préférence en Peek. 2 - Coquille mobile convexo-concave (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce que la partie interne (12) concave destinée à s'articuler sur la bille (3) de la prothèse - 10 fémorale (31) présente un plan d'ouverture inférieur (126) décalé d'au moins un millimètre, et de préférence de quatre millimètres de l'équateur (127) de la cavité hémisphérique (128) de la pièce rigide (12) afin de protéger la bille (3) réalisée en 5 matériau rigide et très dur tels que la céramique sensible à l'arrachement de grains, ou que les alliages métalliques cobalt chrome sensibles à la rayure, en supprimant le risque de contact ponctuel agressif. 3 - Coquille mobile convexo-concave (1) selon l'une 10 quelconque des revendications 1 et 2 caractérisée en ce que la partie interne (12) concave destinée à s'articuler sur la bille (3) de la prothèse fémorale (31) présente des arêtes (121) situées à la périphérie et de préférence parallèles à l'axe de révolution (124) et en relief de la pièce rigide (12), destinées à pénétrer dans 15 l'alésage cylindrique (111) correspondant de la partie externe (11) en plastique dont le diamètre est compris entre la dimension sur plat et la dimension au sommet des dites arêtes (121). Cet effet de relief, destiné à faire pénétrer les dites arêtes (121) dans l'alésage cylindrique (111) lors de l'assemblage de préférence en 20 pression de la dite pièce rigide (12) dans la partie externe (11) en plastique permet de réaliser leur blocage relatif en rotation. 4 - Coquille mobile convexo-concave (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que le moyen de rétention (4) de la bille (3) fémorale présente une zone 25 de contact linéaire (43) de forme globalement évasée (42) de préférence tronconique, dirigée vers la tige fémorale (31), dont la pente correspond sensiblement à la pente du col (32) de la prothèse fémorale (31) afin de réduire l'usure par abrasion. - Coquille mobile convexo-concave selon l'une 30 quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le moyen de rétention (4) de la bille (3) fémorale afin d'en éviter la luxation, se présente de préférence sous forme d'un anneau perpendiculaire à l'axe de révolution (124) de la coquille mobile (1), introduit autour du col (32) de la prothèse fémorale (31), 35 avant fixation sur son cône (34), de la bille (3) dont le diamètre est plus petit de 0,5 à 3mm que le diamètre intérieur dudit moyen de rétention (4). - 11 6 - Coquille mobile convexo-concave selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le moyen de rétention (4) de la bille (3) fémorale présente à son ouverture supérieure (44), orientée vers le pôle (120) de la 5 coquille mobile (1), des moyens d'expansion (45) constitués par des encoches de préférence à fond arrondi (450) facilitant sa dilatation lors de son verrouillage sur la partie interne rigide (12), et servant, dans au moins une configuration, de moyen de rétraction pour le bourrelet annulaire (113) de la partie externe 10 plastique (11). 7 - Coquille mobile convexo-concave selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que le moyen de rétention (4) de la bille (3) fémorale présente au moins un moyen de solidarisation avec la partie externe 15 plastique (11) sous la forme d'un bourrelet (48) en relief destiné à passer en force dans l'ouverture inférieure (114) de ladite partie externe plastique (11). 8 - Coquille mobile convexo-concave selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que le 20 moyen de rétention (4) de la bille (3) fémorale présente au moins un moyen de solidarisation avec la partie externe plastique de préférence sous la forme d'un jonc (480) en matériau élastique ou encore en alliage à mémoire de forme, de section circulaire, carrée, rectangulaire, ou toute combinaison de ces sections, 25 introduit "entre cuir et chair " à la jonction (49) globalement cylindrique ou tronconique dudit moyen de rétention (4) et de verrouillage, et de la partie externe plastique (11) et conçu pour ne pas reculer une fois introduit dans l'orifice (168) situé de préférence en dessous de l'équateur de la partie externe (11) en 30 plastique.