Brevet FR2894459A1 — publié le 20070615

PROTHESE DE DISQUE INTERVERTEBRALE AMORTISSANTE IMPLANTABLE PAR VOIE POSTERIEURE --------------------------------------------------Domaine de l'invention: La présente invention concerne une prothèse de disque intervertébral insérée par voie postérieure , elle dispose de moyens nouveaux qui lui confère une capacité d'amortissement en assurant un bon ancrage . Art Antérieur : nous rappellerons brièvement la constitution d'un disque intervertébral liant deux corps vertébraux Depuis les travaux de Van Steen Brugghe en 1956 .de nombreux brevets mentionnent des réalisations diverses de disque intervertébral Actuellement , les concepts de prothèses discales peuvent se répartir selon deux groupes : les prothèses totales de disques intervertébraux les prothèses de nucleus pulposus Il existe plusieurs méthodes chirurgicales utilisant divers types d'implants pour traiter les pathologies du disque intervertébral selon leur gravité. Les traitements les plus répandus sont les ablations des hernies discales et les fusions vertébrales. La formation d'une hernie discale est provoquée par une déchirure de tissus fibreux du disque ( l'annulus) qui laisse sortir une partie du nucleus composé de cellules gélatineuses . Ces cellules dégénérées se regroupent et se logent, pour les hernies les plus sévères entre le système nerveux et la vertèbre en formant une boule de matière qui comprime la racine nerveuse ou la moelle épinière, en provoquant des douleurs intenses , obligeant à une intervention chirurgicale rapide. 30 Après ce traitement , le patient est généralement soulagé et peut reprendre une activité normale. Au bout d'un certain temps , bon nombre de ces patients vont rapidement avoir d'autres douleurs. En effet les cellules exclues du disque intervertébral ne seront pas remplacées par de nouvelles cellules saines qui se reformeraient " in situ". Il n'existe pas de cicatrisation spontanée comme pour la peau et les os. C'est pourquoi, il reste généralement un vide partiel dans la cavité discale qui va être une source d'instabilité du rachis. Le disque lésé va généralement s'affaisser davantage en laissant échapper d'autres cellules du nucleus en provoquant à nouveau des douleurs; il s'agit dans ce cas d'une récidive d'hernie discale. D'autre part, pour compenser l'insuffisance discale , les facettes articulaires situées sur l'arc postérieur des vertèbres vont être surchargées et leur surface articulaire risque de se dégrader en provoquant d'autres douleurs. Arrivé à ce stade il devient nécessaire de remplacer la totalité du disque intervertébral par une prothèse . Ces dispositifs sont composés de différents éléments difficilement implantables , car, imposant des actes chirurgicaux lourds et traumatisants , ils sont employés lorsque le disque intervertébral à traiter est altéré . L'implantation d'une telle prothèse est difficile; elle se réalise par voie antérieure , ce que peu d'opérateurs sont capables de réaliser dans l'état actuel de la technique. Quand les fonctionnalités du disque et les liaisons vertébrales sont trop atteintes, la seule solution consiste alors à faire une greffe osseuse entre les vertèbres en restaurant un espace intervertébral suffisant pour éviter toute compression du système nerveux. C'est la fusion vertébrale. Cette dernière se fait avec des implants tels que des cages, des vis , des tiges qui vont , en bloquant tout mouvement des deux vertèbres favoriser la formation d'un pont osseux. Ils ont comme avantage d'être plus facilement implantable par voie postérieure qui facilite la mise en place , en même temps qu'elle permet à l'opérateur de visualiser la partie affectée du du système nerveux. Mais cette fusion vertébrale a des conséquences néfastes à moyen terme sur la répartition des contraintes des autres éléments du rachis. En effet le disque intervertébral sain situé au dessus de celui qui a été remplacé par de l'os va être extrêmement sollicité , il va compenser l'absence de mobilité du premier. Ainsi le risque de dégénérescence du disque intervertébral supérieur est élevé, si le patient reprend une activité intense . Il s'en suit alors une autre intervention chirurgicale pour le disque supérieur , et ainsi de suite .. On comprend la nécessité de régler définitivement le problème dés les premiers symptômes pour éviter les souffrances et le risque d'une cascade d'interventions chirurgicales dont le résultat est en fin course un blocage graduel du dos qui entraîne des dégradations irréversibles des capacités physiques du patient. On comprend la nécessité d'intervenir par la voie postérieure pour les avantages qu'elles apportent aux opérateurs. Une première invention brevetée sous le n EP0919209 décrit une prothèse de nucleus composée d'un bloc d'hydrogel sec qui une fois implanté va se charger en eau et gonfler d'au moins un millimètre en hauteur. L'opérateur doit au préalable réaliser une incision dans l'annulus assez large pour introduire la prothèse et la faire pivoter d'un quart de tour dans son site d"implantation pour que le plus grand coté du parallélépipède rectangle se retrouve face à l'incision de l'annulus. Il est en effet indispensable que la prothèse ne ressorte pas de la cavité qu'elle occupe. L'annulus déjà lésé et dont on a aggravé la déchirure joue un rôle essentiel de rempart pour maintenir l'implant en place dans la cavité laissée par le nucleus. On comprend parfaitement qu'un rempart qui dispose d'une large ouverture que l'on ne peut refermer ne puisse remplir cette fonction, , ce qui explique les nombreux cas de prothèses expulsées après leur mise en place. Le brevet EP 1391 188 "Espaceur intervertébral" décrit une cale qui se place dans l'axe intervertébral , une fois retirée la partie dégénérée. Cette cale a une forme transconique pour limiter les effets 5 d'expulsion , elle comporte en outre des griffes ou des pointes pour mieux stabiliser l'ancrage sur l'os Le matériau choisi est unique , dans ce cas : soit il est dur et il n'y a alors aucune restitution d'amortissement du corps vertébral , ce qui provoque une fusion 10 soit il est élastique , et il apparaît évident que les seules pointes coniques ne peuvent assurer un ancrage suffisant sur l'os et que l'ancrage devient alors aléatoire avec un risque l'expulsion. La présente invention permet de restituer les fonctions amortissantes du disque intervertébral sans créer de fusion , 15 contrairement à l'antériorité précitée , et d'autre part grâce à la petite de chaque composants combinant deux matériaux , l'un rigide et l'autre viscoélastique, il est possible d'insérer et d'ancrer la prothèse dans le disque intervertébral pathologique par une voie postérieure 20 -une bonne fiabilité d'ancrage -une souplesse suffisante permettant la restitution des propriétés d'amortissement du disque intervertébral 25 30 Les dessins servant à la compréhension de l'invention sont figure 1 de la planche 1/6 : vue en perpective du dispositif formé de ses deux moyens dont l'un est inséré et l'autre en cours d' insertion. figure 2 de la planche 1/6 : vue en perpective du dispositif formé de ses deux moyens insérés. figure 3 de la planche 2/6 : vue en perpective d'un des deux moyens essentiel de l'invention. figure 4 de la planche 2/6 : vue de profil d'un des deux 10 moyens essentiel de l'invention . figure 5 de la planche 3/6 : vue en coupe transversale d'un des deux moyens essentiel de l'invention figure 6 de la planche 3/6 : vue en coupe longitudinale d'un des deux moyens essentiel de l'invention 15 figure 6d de la planche 3/6 : vue en coupe longitudinale de la déformation du matériau viscoélastique lorsque le patient se penche en avant. figure 7 de la planche 4/6 : vue en coupe transversale d'une demi-prothèse travaillant en compression 20 figure 8 de la planche 4/6 : vue en coupe transversale d'une demi prothèse travaillant en traction figure 9 de la planche 5/6 : vue en coupe transversale d'une demi-prothèse, au repos , insérée dans son espace intervertébral figure 10 de la planche 5/6 : vue en coupe transversale d'une 25 demi-prothèse, travaillant en flexion latérale insérée dans son espace intervertébral figure 11 de la planche 6/6 : vue de profil d'une demi-prothèse , insérée dans son espace intervertébral et se trouvant dans un état de repos 30 figure 12 de la planche 6/6 : vue de profil d'une demi-prothèse, insérée dans son espace intervertébral , et travaillant en flexion extension Le dispositif 1 est une prothèse de disque intervertébrale destinée à remplacer un disque intervertébral . Il est formé d'au moins d'un moyen l 0 constituant la moitié de la prothèse . Chaque moyen 10 comprend: - un moyen central 100 qui est un bloc de matériau viscoélastique Mv dont les caractéristiques mécaniques , notamment la raideur, et l'amortisse-ment , se rapprochent de très prêt de celles d'un disque intervertébral sain. - des moyens 101a et b qui enserrent le moyen 100 et qui sont fabriqués en matériaux métalliques , ou dans tout autre matériau rigide compatible avec le corps humain L'assemblage des moyens précédents (IOla et b) avec le moyen 100 (matériau viscoélastique Mv ) est obtenu par moulage 1.5 ou injection du matériau Mv, lors de sa phase liquide, dans des orifices ou cavités ou excroissances ayant des formes appropriées à la rétention , les dits orifices ou excroissances étant situés sur certaines parties des moyens 101 a ou b qui enserrent le moyen 100 Ces orifices possèdent des formes étudiées pour obtenir une 20 bonne rétention du moyen 100 après polymérisation et résister aux sollicitations mécaniques. Le fonctionnement de la prothèse (1) est régi par un comportement aux sollicitations dynamiques propres à chacun des moyens (10) faisant parti de la prothèse (1) , qui reproduit chacun 25 dans son emplacement les capacités d'amortissement et de raideur d'un disque intervertébral sain, cette indépendance de fonctionnement permettant à chacun des moyens (10) de contrôler tous les déplacements en utilisant chacun ses propres caractéristiques. 30 Chaque moyen 10 indépendant l'un de l'autre est ancré dans les plateaux vertébraux adjacents à l'espace intervertébral. Les fonctionnalités de chaque moyen sont les suivantes: -les moyens rigides 101 a et b restent quasi indéformables -sous l'action d'une force de compression , le bloc viscoélastique 100 se déforme sur ses flancs latéraux 121 et 122 (figures 7 et 8) en formant des formes convexes extérieures . -sous l'action d'une force de traction , le bloc viscoélastique 100 se déforme sur ses flancs latéraux 121 et 122 en formant des formes concaves extérieures Lorsque le patient se penche en avant, figure (12), chaque moyen 10 de la prothèse 1 se comporte comme le montre la figure 6d : le matériau Mv correspondant au moyen central 100 voit sa partie avant 104 gonfler par une diminution du rayon de courbure R la partie 105 située au col 107 se rétrécir et la partie 100 perdre son angulation en devenant rectiligne. Lors des flexions et extensions du patient , les deux moyens travaillent de manière similaires avec des déformations semblables mais avec des amplitudes différentes propres à chacun , ceci grâce à l'absence de liaison mécanique entre les deux moyens 10. Cette indépendance de fonctionnement des moyens 10 permet ainsi d'amortir toutes les sollicitations mécaniques, chacun des moyens 10 contrôlant les déplacements intervertébraux auquels il sera soumis. La prothèse a été conçue pour se substituer au disque intervertébral tout en garantissant une bonne stabilité en empêchant les risques d'expulsions ou d'arrachement par un bon ancrage de chaque moyen et de tout ou partie de ses composants . Cette stabilité est assurée par un bon ancrage du moyen 10 dans les plateaux intervertébraux et par une bonne solidarisation du moyen 100 viscoélastique avec les moyens rigides 101 a et b , le moyen 10 ainsi formé a ainsi une bonne tenue au vieillissement sous sollicitations dynamiques répétées (fatigue) . Trois risques possibles d'expulsion ou d'arrachement sont ainsi écartés : -un premier risque d'expulsion de la prothèse 1 complète ou d'un moyen 10 pourrait se produire vers l'arrière , il correspond a l'expulsion complète de tout ou partie du dispositif 1 un premier risque d'arrachement pourrait concerner la 5 désolidarisation du moyen 100 avec les moyens rigides 101 a et b , il y aurait glissement ou éjection du moyen 100 -un deuxième risque d'arrachement pourrait concerner la dégradation du moyen 100 dans le temps sous les sollicitations répétées et une mauvaise tenue au vieillissement. 10 Un bon ancrage sans risque d'expulsion de la prothèse entière est résolu par une bonne pénétration dans l'os de moyens 103 a et b qui sont de préférences des dents rigides placées sur les moyens 10l a et b. En effet, chaque plateau 10l a et b est muni sur sa face supérieure d'une forme dentelée 103 a et b dites 15 "en crêtes de coq" qui possèdent au moins deux dents 1060, 1061 , 1062 , 1063 destinées à s'encastrer dans les plateaux vertébraux préalablement préparés pour recevoir le dispositif 1 formé de ses deux moyens 10 Cette dentelure facilite l'introduction grâce au sens privilégiée 20 des courbures des dents 1060, 1061, placées dans le sens de l'introduction et qui par ailleurs contrarient l'expulsion puisque le coté abrupt de la "crête de coq" est placé en sens inverse de l'introduction . Les plateaux 10l a et b du moyen 10 font un angle 8 qui correspond à l'angle anatomique normal (entre 0 et 10 ) entre 25 les vertèbres lombaires et que l'on choisit en fonction de chaque cas pour restituer parfaitement la courbure du rachis. Cette angulation renforce la stabilité des moyens 103 a et b ainsi que la capacité d'ancrage du moyen 10 constituant au minimum la demi-prothèse , du fait que les hauteurs des crêtes des 30 dents 1060, 1061 , sont décroissantes en allant vers l'arrière de la prothèse 1 (figure 6) Par ailleurs la face avant 104 du moyen 10 a une forme bombée intervertébrale et pratiquement sans risque d'endommagement pour les tissus environnants. Un autre risque pourrait correspondre à la désolidarisation des moyens 100 et des moyens 10la et b; il a été résolu grâce aux formes des orifices de coulée ou d'injection retenant le matériau Mv du moyen 100 après polymérisation . Les formes de ces orifices de rétention sont particulières aussi bien en coupes transversales que longitudinales (figures 5 et 6) La forme FT de la coupe transversale possède des excroissances de formes FTQ et FT2 en queue d'aronde qui permettent une bonne solidarisation et qui font résister le moyen 100 aux risques de déchaussement par traction dudit moyen 100 par rapport aux moyens 101 a et b La forme FL de la coupe longitudinale ayant une forme angulée par l'angle B possède à l'avant une forme FLN en forme d'enclume dont la face supérieure 104 est bombée ( figure 4) Dans cette coupe longitudinale ( figures 6 et 6d) la partie centrale (moyen 100) possède deux extrémités FL2 et Fu en forme de queue d'aronde qui bloquent toute translation ou glissement du moyen 100 par rapport aux moyens rigides 101 a et b qui l'enserrent Un autre risque d'arrachement pourrait concerner la dégradation du moyen 100 dans le temps sous les sollicitations répétées , il dépend des caractéristiques mécaniques du matériau Mv. Ce matériau Mv est de préférence un élastomère de polyuréthane réticulé , il possède à la fois des caractéristiques de bonne stabilité in vivo et biocomptabilité , lui assurant un bon vieillissement sous les sollicitations dynamiques qu'il subit , Si on compare le matériau Mv en caractéristiques mécaniques de compression avec celles d'un disque intervertébral , on obtient des résultats entre le matériau Mv et le disque intervertébral qui montrent une équivalence de comportement du point de vue du 2,5 4 6 Tassement (%) 0 2 o 8 10 du pourcentage de tassement. Les caractéristiques obtenues montrent une parfaite cohérence avec les niveaux de contraintes appliquées sur un disque intervertébral compatible avec un comportement mécanique en compression qui est le mode principal de fonctionnement du disque Ces caractéristiques permettent à la prothèse 1 réalisée à partir du matériau Mv de conserver un bon vieillissement dans l'environnement des tissus qui lui procure notamment une bonne résistance à l'hydrolyse à l'oxydation et aux attaques enzymatiques . La biocomptabilité du matériau favorise son intégration in situ , en diminuant ainsi les risques d'expulsion . Les propriétés viscoélastiques du matériau Mv se rapprochent donc au plus près de celles d'un disque intervertébral dont les fonctions essentielles sont d'assurer une mobilité suffisante combinée avec un bon amortissement. Grâce a cette combinaison de moyens rigides et viscoélastiques fortement associés , le déchaussement est impossible Cette prothèse remplace avantageusement celles de l'art antérieur , par son comportement très voisin d'un disque intervertébral sain. 15 20 25 30 REVENDICATIONS 1. Prothèse de disque intervertébrale (1) caractérisée en ce qu'elle est formée d'au moins un moyen (10) constituant la 5 moitié de la prothèse, chaque moyen 10 comprenant : un moyen central .. (100) qui est un bloc de matériau viscoélastique Mv dont les caractéristiques mécaniques , notamment la raideur et l'amortissement se rapprochent au plus prêt de celle d'un disque intervertébral sain. 10 - des moyens .. (10 l a . et.. b) qui enserrent le moyen (100) et qui sont fabriqués en matériaux métalliques , ou dans tout autre matériau rigide compatible avec le corps humain, l'assemblage des moyens précédents (10l a et b) avec le moyen (100) étant obtenu par moulage ou injection du matériau Mv, dans des orifices ou cavités 15 ou excroissances ayant des formes appropriées à la rétention , les dits orifices ou excroissances étant situés sur certaines parties des moyens 101 a ou b qui enserrent le moyen (100) 2. Prothèse. de disque intervertébrale (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce que lesdits orifices possèdent des founes 20 étudiées tant en coupes transversales que longitudinales telle que la forme (FT) transversale posséde des excroissances de formes (FT] et FT2) en queue d'aronde, la forme (FL) longitudinale ayant une forme angulée par l'angle ( B) en ayant à l'avant une forme d'enclume (FLN) , dont la face avant (104) est bombée, la partie 25 centrale possédant deux extrémités (FL2 et FL3) également en queue d'arronde qui. bloquent toute translation ou glissement du moyen (100) par rapport aux moyens rigides (101 a et b) en assurant ainsi une bonne rétention et une bonne solidarisation entre les moyens (100) et les moyens (101 a et b) 30 3. Prothèse de disque. intervertébrale (1) selon la. revendication 1 caractérisée en ce que : -les moyens rigides (101 a et b) sont réalisés en un matériau quasi indéformable , alors que le moyen (100) est réalisé dans un matériau déformable sous l'action de trois modes de déformation qui peuvent se combiner : premier mode : sous l'action d'une force de compression , le bloc viscoélastique (100) se • déforme sur ses flancs latéraux ( 121 et 122) en formant des formes convexes extérieures , deuxième mode : sous l'action d'une force de traction , le bloc viscoélastique (100) se déforme sur ses flancs latéraux (121 et 122) en formant des formes concaves extérieures . troisième mode : sous l'action de mouvements antériopostérieurs du patient, la partie avant (104) du moyen (100) voit son rayon de courbure R diminuer , la partie (105) du moyen (100) située au col (107) se rétrécir et son angulation définie par un angle B tendre vers zéro 4. Prothèse de disque intervertébrale (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (103 a et b) dentelure formée des dents rigides placées sur les moyens (10la et b) qui pénètrent dans l'os , chaque plateau (10la et b) étant muni sur sa face supérieure d'une forme dentelée (103 a et b) dites. "en crêtes de coq" possédant au moins deux dents (1060, 1061 ) destinées a s'encastrer dans les plateaux vertébraux pour assurer un bon ancrage de ladite prothèse (1) 5. Prothèse de disque intervertébrale (1) selon la revendication 4 , caractérisée en ce que ladite dentelure facilite l'introduction grâce au sens privilégiée des courbures des dents (1060, 106-1) placées dans le sens de l'introduction et qui par ailleurs contrarient l'expulsion, le coté abrupt de la "crête de coq" étant placé en sens inverse de l'introduction . 6. Prothèse de disque intervertébrale (1) selon la revendications 5 caractérisée en ce que les plateaux (101a et b) du moyen (10 ) font un angle B correspondant à l'angle anatomique normal entre les vertèbres lombaires , angle choisi en fonction de chaque cas pour restituer parfaitement la courbure du rachis, cette angulation renforçant la stabilité des moyens (103 a. et b) ainsi que.. la capacité d'ancrage du moyen (10) grâce également au fait que les hauteurs des crêtes des dents (1060, 1061 , ) décroissent en allant vers l'arrière de la prothèse (1) . 20 25 30