Brevet FR2904930A1 — publié le 20080222

4932PDEP.doc La présente invention concerne les cotyles de prothèse totale de hanche, et plus particulièrement les cotyles à double mobilité. De façon générale, un cotyle à double mobilité comprend une cupule d'insertion métallique et une pièce articulaire en polymère. La cupule d'insertion métallique est limitée par une face d'ancrage convexe sensiblement hémisphérique conformée pour être ancrée dans une cavité cotyloïdienne du bassin d'un patient, et limitée par une face de réception concave sensiblement hémisphérique. La pièce articulaire comprend une face d'insertion en polymère tel qu'un polyéthylène et en forme de calotte sphérique convexe, conformée pour être insérée et permettre son pivotement dans la face de réception de la cupule d'insertion, et comprend une face réceptrice ayant une cavité articulaire lisse concave pour permettre l'engagement et le pivotement d'une tête de prothèse fémorale. Lors de l'utilisation du cotyle chez un utilisateur, il peut se produire une usure prématurée des surfaces de contact entre la cupule d'insertion métallique et la pièce articulaire en polyéthylène, par suite des pivotements répétés de la pièce articulaire dans la cupule d'insertion métallique lors des mouvements de la jambe de l'utilisateur. Ceci peut obliger à remplacer le cotyle usagé par un cotyle neuf, en procédant à une nouvelle opération de pose de prothèse. L'opération de pose d'une prothèse de hanche peut s'avérer pénible et difficile à supporter pour des personnes d'un certain âge. Il y a donc un besoin de réduire les risques d'usure de la prothèse, afin de prolonger sa durée de vie au maximum, évitant ainsi une nouvelle opération de pose de prothèse. Un premier problème proposé par l'invention est de limiter, dans un cotyle à double mobilité, les risques d'usure des surfaces de contact entre la cupule d'insertion métallique et la pièce articulaire à face d'insertion en polymère tel qu'un polyéthylène. Selon un autre aspect, l'invention vise à concevoir des moyens permettant de fabriquer des cotyles à double mobilité présentant des risques réduits d'usure des surfaces de contact entre la cupule d'insertion métallique et la pièce articulaire lors de l'utilisation du cotyle. L'idée qui est à la base de l'invention est que l'usure progressive des surfaces de frottement respectives de la cupule d'insertion et de la pièce articulaire est augmentée en présence de défauts de conformité relative des surfaces, soit dans leur état de surface, soit dans leur géométrie. 2904930 4932FDEP.doc 2 Pour atteindre ces objets, ainsi que d'autres, l'invention propose donc un cotyle à double mobilité, comprenant : - une cupule d'insertion métallique, limitée par une face d'ancrage convexe sensiblement hémisphérique conformée pour être ancrée dans une cavité 5 cotyloïdienne du bassin d'un patient, et limitée par une face de réception concave sensiblement hémisphérique, -une pièce articulaire, comprenant une face d'insertion en polymère tel qu'un polyéthylène et en forme de calotte sphérique convexe, conformée pour être insérée et permettre son pivotement dans la face de réception de la cupule 10 d'insertion, et comprenant une face réceptrice ayant une cavité articulaire lisse concave pour permettre l'engagement et le pivotement d'une tête de prothèse fémorale, dans lequel : - la face de réception de la cupule d'insertion présente une rugosité faible telle que 15 son paramètre de rugosité Ra soit inférieur à 0,08 pm environ, - la face de réception de la cupule d'insertion présente une sphéricité telle que son défaut de sphéricité soit inférieur à 10 pm environ. Ces paramètres de géométrie de la face de réception de la cupule d'insertion et cet état de surface de la face de réception de la cupule d'insertion 20 permettent de limiter efficacement l'usure des surfaces de contact entre la cupule d'insertion métallique et la pièce articulaire. Lors de l'utilisation du cotyle, du fait des contraintes variables induites dans la pièce articulaire, le polymère constituant la face d'insertion de la pièce articulaire pourra fluer pour venir épouser parfaitement la forme de la face de 25 réception concave sensiblement hémisphérique de la cupule d'insertion métallique. La face d'insertion de la pièce articulaire pouvant fluer, et la face de réception de la cupule d'insertion ayant une géométrie sphérique quasi-parfaite, avec un défaut de sphéricité inférieur à seulement 10 pm environ, la pression exercée par la face d'insertion de la pièce articulaire contre la face de réception de 30 la cupule d'insertion sera répartie sur la quasi-totalité de la face d'insertion de la pièce articulaire. On limite ainsi efficacement les zones d'usure prématurée susceptibles par la suite de venir détériorer l'ajustement de la pièce articulaire dans la cupule d'insertion et de provoquer une usure encore plus grande entraînant le remplacement rapide du cotyle. 35 Le paramètre de rugosité Ra de la face de réception de la cupule d'insertion permet de ne pas détériorer très localement la face d'insertion de la 2904930 4932FDEP.doc 3 pièce articulaire et est suffisamment lisse pour favoriser le fluage de la matière de la face d'insertion de la pièce articulaire. De préférence, le jeu fonctionnel entre la pièce articulaire et la cupule d'insertion peut être inférieur à 0,8 mm environ, avantageusement compris entre 5 environ 0,3 mm et 0,8 mm environ. Un tel jeu réduit permet tout d'abord d'éviter les micro mouvements oscillatoires qui se présentent si la pièce articulaire est trop petite par rapport à la cupule d'insertion. Les micro mouvements pourraient créer des zones d'usure prématurée locales de la surface de la pièce articulaire, qui ne tarderaient pas à 10 détériorer l'ajustement de la pièce articulaire dans la cupule d'insertion et à entraîner une accélération de l'usure. D'autre part, un tel jeu est suffisamment grand pour éviter tout blocage de la pièce articulaire dans la cupule d'insertion lorsque la pièce articulaire, sous l'effet de ses contraintes maximales de fonctionnement, se déforme légèrement. 15 Avantageusement, on peut prévoir que : - le paramètre de rugosité Ra de la face de réception de la cupule d'insertion est compris entre environ 0,02 pm et 0,08 pm environ, avantageusement d'environ 0,05 pm, - le défaut de sphéricité de la face de réception de la cupule d'insertion est compris 20 entre environ 2 pm et 10 pm environ, avantageusement d'environ 5 pm. Une telle rugosité et un tel défaut de sphéricité permettent de réaliser le cotyle à moindre frais tout en assurant une excellente longévité de la prothèse par une diminution efficace de l'usure des surfaces de contact entre la cupule d'insertion métallique et la pièce articulaire. 25 De préférence, la face d'insertion convexe de la pièce articulaire peut comporter une rugosité faible telle que son paramètre de rugosité Ra soit inférieur à 0,4 pm environ. Avantageusement, le paramètre de rugosité Ra de la face d'insertion convexe de la pièce articulaire peut être compris entre environ 0,2 pm et 0,4 pm 30 environ, avantageusement d'environ 0,3 pm. On obtient ainsi une rugosité de la face d'insertion convexe de la pièce articulaire qui est compatible avec celle de la cupule d'insertion métallique pour permettre un fluage très local de la matière de la face d'insertion de la pièce articulaire. La pièce articulaire peut ainsi s'ajuster au mieux dans la cupule 35 d'insertion métallique. Selon un autre aspect, l'invention propose un dispositif de polissage d'une cupule d'insertion métallique d'un cotyle à double mobilité, comportant un bol 2904930 4932FDEP.doc 4 de serrage pour tenir la cupule d'insertion en prenant appui sur sa face d'ancrage convexe, comportant des moyens moteurs pour entraîner en rotation le bol de serrage autour d'un axe de rotation coïncidant avec l'axe de symétrie de révolution de la cupule d'insertion, dans lequel : 5 - le dispositif peut comporter un rodoir monté rotatif autour d'un axe de pivotement perpendiculaire à l'axe de rotation du bol de serrage, le rodoir comportant à son extrémité libre un polissoir, - l'axe de pivotement du rodoir peut être sécant avec l'axe de rotation du bol de serrage au centre de la face de réception concave sensiblement hémisphérique de 10 la cupule d'insertion. Un tel dispositif permet d'obtenir facilement et à moindre frais la qualité géométrique et l'état de surface de la cupule d'insertion métallique du cotyle de la présente invention. Avantageusement, le pivotement du rodoir peut être réglable 15 angulairement. De préférence, le rodoir peut être orientable angulairement pour décrire tous les angles compris entre 0 et 90 degrés. Il est ainsi possible d'atteindre avec le rodoir la totalité de la face de réception de la cupule d'insertion. 20 Avantageusement, on peut prévoir que : - le polissoir est une feutrine fixée sur l'extrémité libre du rodoir, -l'extrémité libre du rodoir comporte une forme convexe complémentaire de la face de réception concave de la cupule d'insertion. De préférence, le rodoir peut comporter un arbre creux pour l'amenée de 25 liquide abrasif de polissage jusqu'à son extrémité libre. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'une cupule d'un cotyle selon l'invention ; 30 la figure 2 est une vue en perspective d'un cotyle selon l'invention ; -la figure 3 est une coupe diamétrale du cotyle de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en coupe d'un dispositif de polissage de cupule. Sur la figure 1 est représentée une cupule d'insertion 1 métallique, limitée par une face d'ancrage 2 convexe sensiblement hémisphérique conformée 35 pour être ancrée dans une cavité cotyloïdienne du bassin d'un patient, et limitée par une face de réception 3 concave sensiblement hémisphérique. 2904930 4932PDCP.doc 5 La face d'ancrage 2 comporte des moyens d'ancrage tels qu'un revêtement particulier et des ailettes d'ancrage 4. Comme il est représenté sur les figures 2 et 3, la cupule d'insertion 1 est prévue pour recevoir une pièce articulaire 5, comprenant une face d'insertion 6 en 5 polymère tel qu'un polyéthylène et en forme de calotte sphérique convexe. La pièce articulaire 5 est conformée pour être insérée dans la face de réception 3 concave sensiblement hémisphérique de la cupule d'insertion 1. La pièce articulaire 5 comprend une face réceptrice 7 ayant une cavité articulaire 8 lisse concave pour permettre l'engagement et le pivotement d'une tête de prothèse fémorale (non 10 représentée). La face de réception 3 concave de la cupule d'insertion 1 comporte un paramètre de rugosité Ra compris entre environ 0,02 pm et 0,08 pm environ. La face de réception 3 concave de la cupule d'insertion 1 comporte un défaut de sphéricité compris entre environ 2 pm et 10 pm environ. 15 Dans le cotyle représenté sur les figures 2 et 3, la pièce articulaire 5 est constituée intégralement en polyéthylène. Le paramètre de rugosité de la face de réception 3 concave de la cupule d'insertion 1 et son défaut de sphéricité permettent à la matière constitutive de la face d'insertion 6 convexe de la pièce articulaire 5 de fluer contre la face de 20 réception 3 concave de la cupule d'insertion 1 tout en gardant une géométrie permettant de pivoter librement. Si le paramètre de rugosité et le défaut de sphéricité de la face de réception 3 concave de la cupule d'insertion 1 étaient plus grands, la pièce articulaire 5 viendrait à se déformer et à fluer en prenant une forme non sphérique 25 qui empêcherait son libre pivotement sans effort dans la cupule d'insertion 1. Il se produirait des zones très locales de surpression qui auraient tendance à s'user prématurément. En assurant un fluage faible mais contrôlé de la face d'insertion 6 convexe de la pièce articulaire 5 en une forme parfaitement complémentaire d'une 30 face de réception 3 concave sensiblement hémisphérique à haute qualité géométrique, on assure une moindre usure de la pièce articulaire 5. Du fait que la matière constituant la face d'insertion 6 convexe de la pièce articulaire 5 peut fluer légèrement lors de l'utilisation, il est avantageux de prévoir un jeu fonctionnel j (figure 3) entre la pièce articulaire 5 et la face de 35 réception 3 concave de la cupule d'insertion 1. Ce jeu fonctionnel j peut être compris entre environ 0,3 mm et 0,8 mm environ. 2904930 4932FDEP.doc 6 Un tel jeu fonctionnel j évite que la pièce articulaire 5 ne se bloque dans la cupule d'insertion 1 lors de sa dilatation qui se produit au cours de son utilisation où les contraintes mécaniques peuvent augmenter. En outre, un tel jeu fonctionnel j est suffisamment petit pour répartir de la 5 façon la plus homogène possible les forces de contact entre la face d'insertion 6 convexe de la pièce articulaire 5 et la face de réception 3 concave de la cupule d'insertion 1. Si le jeu fonctionnel j était trop grand entre la pièce articulaire 5 et la cupule d'insertion 1, le contact entre ces deux pièces se produirait par des zones de faible surface sur lesquelles s'exercerait toute la pression. Ces zones 10 viendraient très vite à s'user et augmenteraient l'instabilité et l'inadéquation de la pièce articulaire 5 et de la cupule d'insertion 1. De préférence, on peut choisir le paramètre de rugosité Ra de la face de réception 3 concave de la cupule d'insertion 1 sensiblement égal à 0,05 pm, et choisir le défaut de sphéricité de la face de réception 3 concave de la cupule 15 d'insertion 1 sensiblement égal à 5 pm. Un tel paramètre de rugosité Ra et un tel défaut de sphéricité semblent être un bon compromis en vue d'obtenir une cupule d'insertion 1 de qualité suffisante pour assurer une bonne longévité du cotyle tout en limitant les coûts d'obtention de la cupule d'insertion 1 d'un tel cotyle. 20 En choisissant un paramètre de rugosité Ra pour la face d'insertion 6 convexe de la pièce articulaire 5 compris entre environ 0,2 pm et 0,4 pm environ, on permet que le fluage de la matière de la face d'insertion 6 convexe de la pièce articulaire 5 soit régulier, très local et homogène sur toute la face d'insertion 6 convexe. 25 Un bon compromis pour le paramètre de rugosité Ra de la face d'insertion 6 convexe de la pièce articulaire 5 semble être d'environ 0,3 pm. Sur la figure 4 est représenté un dispositif de polissage d'une cupule d'insertion 1 d'un cotyle à double mobilité selon l'invention. Ce dispositif comporte un bol de serrage 9 pour tenir la cupule d'insertion 1 en prenant appui sur sa face 30 d'ancrage convexe 2. Le dispositif comprend également des moyens moteurs 10 pour entraîner en rotation le bol de serrage 9 autour de l'axe de rotation 1-1 qui coïncide avec l'axe de symétrie de révolution de la cupule d'insertion 1. Un rodoir 11 est monté rotatif autour d'un axe de pivotement II-II qui est perpendiculaire à l'axe de rotation 1-I du bol de serrage 9. Le rodoir 11 comporte à 35 son extrémité libre 11a un polissoir 12. 2904930 4932FDEP.doc 7 L'axe de pivotement II-II du rodoir Il est sécant avec l'axe de rotation 1-1 du bol de serrage 9 au centre O de la face de réception 3 concave sensiblement hémisphérique de la cupule d'insertion 1. Un tel dispositif permet de polir la face de réception 3 concave de la 5 cupule d'insertion 1 pour obtenir à la fois le paramètre de rugosité Ra approprié et le défaut de sphéricité approprié de la cupule d'insertion 1 du cotyle selon l'invention. Afin de parcourir la totalité de la face de réception 3 concave, le rodoir est réglable angulairement, l'angle a compris entre l'axe de rotation 1-I et le rodoir 10 11 étant variable. L'angle a peut ainsi varier entre 0 et 90 degrés. Du fait de la rotation de la cupule d'insertion 1 autour de l'axe de rotation 1-I, le polissoir 12 peut ainsi parcourir la totalité de la face de réception 3 concave de la cupule d'insertion 1. Dans le dispositif de la figure 4, le polissoir 12 est une feutrine fixée sur 15 l'extrémité libre 11a du rodoir Il, et l'extrémité libre 11a du rodoir 11 comporte une forme convexe complémentaire de la face de réception 3 concave de la cupule d'insertion 1. On polit ainsi la face de réception 3 de la cupule d'insertion 1 avec un rodoir 11 à extrémité libre 11 a qui achève de donner le bon rayon de courbure à la face de réception 3 de la cupule d'insertion 1. 20 Pour améliorer la qualité du polissage et diminuer le temps de l'opération de polissage, le rodoir 11 comporte un arbre creux 11 b à travers lequel il est possible d'amener un liquide abrasif de polissage comme l'indique plus précisément la flèche 13. L'arbre creux 11 b permet d'amener le liquide abrasif de polissage jusqu'à l'extrémité libre 11 a du rodoir 11 où est fixé le polissoir 12. On 25 amène ainsi le liquide abrasif au plus près de la surface de travail entre le polissoir 12 et la face de réception 3 de la cupule d'insertion 1, ce qui permet d'utiliser plus efficacement le liquide abrasif, et ce qui contribue à limiter le volume de liquide abrasif utilisé. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont 3o été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 û Cotyle à double mobilité, comprenant : - une cupule d'insertion (1) métallique, limitée par une face d'ancrage (2) convexe sensiblement hémisphérique conformée pour être ancrée dans une cavité cotyloïdienne du bassin d'un patient, et limitée par une face de réception (3) concave sensiblement hémisphérique, - une pièce articulaire (5), comprenant une face d'insertion (6) en polymère tel qu'un polyéthylène et en forme de calotte sphérique convexe, conformée pour être insérée et permettre son pivotement dans la face de réception (3) de la cupule d'insertion (1), et comprenant une face réceptrice (7) ayant une cavité articulaire (8) lisse concave pour permettre l'engagement et le pivotement d'une tête de prothèse fémorale, caractérisé en ce que : - la face de réception (3) de la cupule d'insertion (1) présente une rugosité faible telle que son paramètre de rugosité Ra soit inférieur à 0,08 pm environ, - la face de réception (3) de la cupule d'insertion (1) présente une sphéricité telle que son défaut de sphéricité soit inférieur à 10 pm environ. 2 û Cotyle double mobilité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le jeu fonctionnel (j) entre la pièce articulaire (5) et la cupule d'insertion (1) est inférieur à 0,8 mm environ, avantageusement compris entre environ 0,3 mm et 0,8 mm environ. 3 û Cotyle à double mobilité selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que : - le paramètre de rugosité Ra de la face de réception (3) de la cupule d'insertion 25 (1) est compris entre environ 0,02 pm et 0,08 pm environ, avantageusement d'environ 0,05 pm, - le défaut de sphéricité de la face de réception (3) de la cupule d'insertion (1) est compris entre environ 2 pm et 10 pm environ, avantageusement d'environ 5 pm. 4 û Cotyle à double mobilité selon l'une quelconque des revendications 1 30 à 3, caractérisé en ce que la face d'insertion (6) convexe de la pièce articulaire (5) comporte une rugosité faible telle que son paramètre de rugosité Ra soit inférieur à 0,4 pm environ. 5 û Cotyle à double mobilité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le paramètre de rugosité Ra de la face d'insertion (6) 35 convexe de la pièce articulaire (5) est compris entre environ 0,2 pm et 0,4 pm environ, avantageusement d'environ 0,3 pm, 2904930 4932rcvmod.doc 9 6 û Dispositif de polissage spécialement adapté pour le polissage de la face de réception (3) d'une cupule d'insertion (1) métallique d'un cotyle à double mobilité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportant un bol de serrage (9) pour tenir la cupule d'insertion (1) en prenant appui sur sa face 5 d'ancrage convexe (2), comportant des moyens moteurs (10) pour entraîner en rotation le bol de serrage (9) autour d'un axe de rotation (1-1) coïncidant avec l'axe de symétrie de révolution de la cupule d'insertion (1), caractérisé en ce que : - le dispositif comporte un rodoir (11) monté rotatif autour d'un axe de pivotement (II-II) perpendiculaire à l'axe de rotation (1-1) du bol de serrage (9), le rodoir (11) 10 comportant à son extrémité libre (11a) un polissoir (12), - l'axe de pivotement (II-il) du rodoir (11) est sécant avec l'axe de rotation (1-1) du bol de serrage (9) au centre (0) de la face de réception (3) concave sensiblement hémisphérique de la cupule d'insertion (1). 7 û Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le 15 pivotement du rodoir (11) est réglable angulairement. 8 û Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le rodoir (Il) est orientable angulairement pour décrire tous les angles compris entre 0 et 90 degrés. 9 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, 20 caractérisé en ce que : - le polissoir (12) est une feutrine fixée sur l'extrémité libre (11a) du rodoir (11), - l'extrémité libre (11a) du rodoir (11) comporte une forme convexe complémentaire de la face de réception (3) concave de la cupule d'insertion (1). 10 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, 25 caractérisé en ce que le rodoir (11) comporte un arbre creux (11b) pour l'amenée de liquide abrasif de polissage jusqu'à son extrémité libre (11a).