Brevet FR2916955A1 — publié le 20081212

SYSTÈME ARTICULAIRE ROTULIEN APTE À ÊTRE IMPLANTÉ ENTRE DEUX PORTIONS D'OS La présente invention concerne les systèmes articulaires rotuliens aptes à être implantés entre deux portions d'os, qui trouvent une application particulièrement avantageuse pour maintenir deux vertèbres l'une par rapport à l'autre tout en leur permettant une certaine liberté de rotation. Il est déjà connu un système articulaire rotulien apte à être implanté entre deux portions d'os qui comporte deux pièces dont l'une, la pièce femelle, comporte un logement en creux et l'autre, la pièce mâle, comporte une partie en saillie apte à plonger dans le logement, et des moyens de pivotement, comme une bille sphérique, montés en coopération entre l'extrémité libre de la partie en saillie et le logement de façon que les deux pièces soient aptes à pivoter l'une par rapport à l'autre. Il existe aussi des systèmes de ce type, qui comportent en plus des moyens pour limiter l'amplitude du pivotement des deux pièces l'une par rapport à l'autre. Les systèmes connus comme ceux succinctement décrits ci-dessus sont parfaitement adaptés pour, par exemple, remplacer une articulation comme celle entre le fémur et l'os iliaque, mais ils ne le sont pas pour réaliser une liaison articulaire rotulienne entre deux os comme deux vertèbres ou analogues. Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de réaliser un système articulaire rotulien apte à être implanté entre deux portions d'os qui pallie au moins en grande partie les inconvénients mentionnés ci-dessus des système similaires de l'art antérieur et qui soit particulièrement adapté à la réalisation d'une articulation rotulienne entre deux vertèbres ou analogues. Plus précisément, la présente invention a pour objet un système articulaire rotulien apte à être implanté entre deux portions d'os, comportant: • deux première et seconde pièces, la première pièce comprenant un logement en creux débouchant sur la paroi latérale de ladite première pièce par une ouverture et la seconde pièce comprenant une partie en saillie apte à plonger dans ledit logement, • des moyens de pivotement montés en coopération entre l'extrémité libre de la partie en saillie et ledit logement de façon que les deux première et seconde pièces soient aptes à pivoter l'une par rapport à l'autre, et • des moyens pour limiter, à une première valeur donnée, l'amplitude du pivotement des première et seconde pièces l'une par rapport à l'autre, caractérisé par le fait que les moyens de pivotement sont constitués par au moins : • un segment sphérique convexe de rayon de valeur R, ledit segment sphérique convexe étant défini entre deux premier et deuxième plans sensiblement parallèles, le centre de ce segment sphérique convexe étant situé entre ces deux premier et deuxième plans, avantageusement à égale distance de ceux-ci, • des moyens pour solidariser ledit segment sphérique convexe avec l'extrémité libre de ladite partie en saillie, • deux calottes sphériques concaves de même rayon de même valeur R que le rayon du segment sphérique convexe, définies dans ledit logement de façon qu'elles aient le même centre et que leurs ouvertures respectives soient situées dans deux troisième et quatrième plans sensiblement parallèles, le centre de ces deux calottes sphériques étant situé entre ces troisième et quatrième plans, avantageusement à égale distance de ceux-ci, • la distance séparant les troisième et quatrième plans étant au moins égale à la distance séparant les premier et deuxième plans, pour que le segment sphérique convexe soit apte à être librement positionné, dans une première position, entre les deux calottes sphériques quand les premier, deuxième, troisième et quatrième plans sont tous sensiblement parallèles entre eux et que, après une rotation d'une valeur angulaire donnée, il se positionne de façon congruente, dans une seconde position, dans les deux calottes sphériques concaves. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au 30 cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels : Les figures 1 et 2 représentent deux vues en coupe orthogonales d'un mode de réalisation du système articulaire rotulien selon l'invention apte à être implanté entre deux portions d'os, la figure 1 étant une coupe référencée I-I sur la figure 2 et la figure 2 étant une coupe référencée II-II sur la figure 1, La figure 3 représente une vue très schématique du mode de réalisation selon les figures 1 et 2 du système articulaire rotulien selon l'invention, dans une application à son implantation entre deux vertèbres, La figure 4 représente une vue en coupe schématique, selon le même plan de coupe que celui pour la figure 2, d'un autre mode de réalisation d'une partie du système selon l'invention, et La figure 5 représente une vue en coupe schématique, selon le même plan de coupe que celui pour les figures 2 et 4, d'un autre mode de réalisation d'un élément constitutif du système selon l'invention. Il est tout d'abord précisé que, sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments, quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur l'une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure. II est aussi précisé que les figures représentent essentiellement trois modes de réalisation de l'objet selon l'invention, mais qu'il peut exister d'autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette invention. II est en outre précisé que, lorsque, selon la définition de l'invention, l'objet de l'invention comporte "au moins un" élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Réciproquement, si le mode de réalisation de l'objet selon l'invention tel qu'illustré comporte plusieurs éléments de fonction identique et si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l'objet de l'invention pourra être défini comme comportant "au moins un" de ces éléments. Il est enfin précisé que lorsque, dans la présente description, une expression définit à elle seule, sans mention particulière spécifique la concernant, un ensemble de caractéristiques structurelles, ces caractéristiques peuvent être prises, pour la définition de l'objet de la protection demandée, quand cela est techniquement possible, soit séparément, soit en combinaison totale et/ou partielle. De plus, au sens de la présente description, par "pivotement", il est compris tout type de rotation d'une amplitude donnée autour d'un point dans un angle solide défini par rapport au dit point et que, par "rotation", il est compris uniquement une rotation autour d'un axe. En référence aux figures 1, 2 et 3 prises dans leur ensemble, le système articulaire rotulien selon l'invention apte à être implanté entre deux portions d'os Os1, Os2, par exemple deux vertèbres, figure 3, comporte deux première et seconde pièces 101, 201, la première pièce comprenant un logement en creux 102 débouchant sur la paroi latérale de la première pièce par une ouverture 104 et la seconde pièce 201 comprenant une partie en saillie 204 apte à plonger dans le logement 102. Ces deux pièces peuvent être en métal ou en un autre matériau comme du polyéthylène, du PEEK (polymère "poly-éther-éther-cétone"), de la céramique, etc. Le système comporte en outre des moyens de pivotement 300 autour d'un centre Cr, montés en coopération entre l'extrémité libre 205 de la partie en saillie 204 et le logement 102 de façon que ces deux première et seconde pièces 101, 201 soient aptes à pivoter l'une par rapport à l'autre, et des moyens 400 pour limiter, à une première valeur donnée, l'amplitude de ce pivotement des première et seconde pièces 101, 201 l'une par rapport à l'autre autour de ce centre Cr. Selon l'une des caractéristiques essentielles de l'invention, les moyens de pivotement 300 sont constitués par un segment sphérique convexe 310 de rayon de valeur R, ce segment sphérique convexe étant défini entre deux premier et deuxième plans 311, 312 sensiblement parallèles, le centre de ce segment sphérique convexe étant situé entre ces deux premier et deuxième plans, avantageusement à égale distance de ceux-ci. Les moyens de pivotement 300 comportent aussi des moyens pour solidariser le segment sphérique convexe 310 avec l'extrémité libre 205 de la partie en saillie 204. Ces moyens de solidarisation peuvent être de tous types mais, de façon préférentielle, ils seront constitués par le fait que le segment sphérique convexe 310 et la partie en saillie 204 seront réalisés d'une seule pièce. Les moyens de pivotement 300 comportent également deux calottes sphériques concaves 320-1, 320-2 de même rayon de même valeur R que le rayon du segment sphérique convexe 310, ces deux calottes étant définies dans le logement de façon qu'elles aient le même centre Cr et que leurs ouvertures 340-1, 340-2 respectives soient situées dans deux troisième et quatrième plans 321, 322 sensiblement parallèles, le centre Cr de ces deux calottes sphériques étant situé entre ces troisième et quatrième plans, avantageusement à égale distance de ceux-ci. En outre, figure 2, la distance D séparant les troisième et quatrième plans 321, 322 est au moins égale à la distance d séparant les premier et deuxième plans 311, 312, pour que le segment sphérique convexe 310 soit apte à être librement positionné, dans une première position, entre les deux calottes sphériques quand les premier, deuxième, troisième et quatrième plans 311, 312, 321, 322 sont tous sensiblement parallèles entre eux, et que, après une rotation d'une valeur angulaire donnée (par exemple de quatre-vingt-dix degrés selon le mode de réalisation illustré) lorsque son centre est sensiblement confondu avec le centre Cr des deux calottes sphériques 320-1, 320-2, il se positionne de façon congruente, dans une seconde position, dans les deux calottes sphériques concaves. Le segment sphérique convexe 310 est représenté sur les figures 1 et 2, en traits interrompus lorsqu'il est dans sa première position et, en traits continus, dans sa seconde position. Il est amené dans sa première position en le faisant pénétrer en translation dans le logement 102 par l'ouverture 104. De façon avantageuse, le système comporte en outre des moyens 350 pour maintenir le segment sphérique convexe 310 quand il est dans sa seconde position, tout en lui permettant un certain pivotement d'une amplitude déterminée dans les deux calottes sphériques 320-1, 320-2, d'une seconde valeur donnée supérieure à la première valeur donnée de l'amplitude de pivotement des deux pièces 101, 201 l'une par rapport à l'autre obtenue par les moyens 400 comme décrit ci-après, mais en limitant l'amplitude de sa rotation autour d'un axe longitudinal 360 passant par le centre Cr et le centre 361 de l'ouverture 104 à une valeur déterminée, figure 1, de façon que le segment sphérique convexe 310 reste toujours en coopération congruente dans les deux cavités 320-1, 320-2 et qu'il soit empêché de revenir à sa première position. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens 350 définis ci-dessus pour maintenir le segment sphérique convexe 310 quand il est dans sa seconde position, sont très avantageusement constitués par une goupille 352 et des moyens 354 pour monter la goupille 352 en déplacement par rapport à la première pièce 101, par exemple comme illustré sur les deux figures 1 et 2 par vissage ou analogue, de façon que, pour une première position de cette goupille, son extrémité libre 356 pénètre dans le logement 102 pour coopérer avec le segment sphérique convexe 310 afin de le maintenir sensiblement dans sa seconde position, en traits continus sur les figures 1 et 2 et que, pour une seconde position de cette goupille, en traits interrompus sur ces mêmes figures, cette même extrémité libre 356 ne coopère pas avec le segment sphérique convexe 310. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, lorsque la goupille 352 est dans sa première position, son extrémité libre 356 coopère avec le segment sphérique convexe 310 en pénétrant partiellement dans une cavité 358 réalisée dans ce segment sphérique convexe. Les dimensions et la forme de cette cavité 358 sont déterminées par rapport à celles de l'extrémité 356 de la goupille 352 pour que, en l'absence des moyens 400 mentionnés ci-dessus limitant à une première valeur donnée l'amplitude de pivotement des deux pièces 101, 201, le segment sphérique convexe 310 serait apte à pivoter dans les cavités sphériques concaves 320-1, 320-2 d'une amplitude de valeur supérieure à la première et que, dans tous les cas, avec ou sans les moyens 400, la rotation du segment sphérique convexe 310 autour de l'axe longitudinal 360 soit limitée comme mentionné ci-dessus. Dans ces conditions, en présence des moyens 400, la paroi de la cavité 358 ne vient pas au contact de l'extrémité libre 356 de la goupille, ce qui permet le pivotement des première et seconde pièces 101, 201 l'une par rapport à l'autre. En revanche, la paroi de cette cavité 358 permet de limiter la rotation de ces deux pièces l'une par rapport à l'autre autour de l'axe longitudinal 360 pour empêcher que le segment sphérique convexe 310, dès que par exemple le système articulaire rotulien est implanté, ne sorte des deux cavité 320-1, 320-2. Il est précisé que les figures représentent un mode de réalisation de ces moyens de maintien 350, mais qu'ils peuvent être réalisés de différentes façons. En outre, la goupille 352 peut être située à d'autres emplacements, par exemple au sommet du logement 102, c'est-à-dire dans une position orthogonale à celle qui est représentée sur les figures. Cette goupille 352 peut même être dans une position dans laquelle elle peut coopérer, non pas directement avec le segment sphérique convexe 310 comme dans le mode de réalisation illustré sur les figures, mais avec par exemple une rainure circulaire réalisée dans la partie en saillie 204, comme représenté en traits interrompus en 380 sur la figure 1. Il est même à souligner que les deux types de réalisation, selon le mode référencé en 350 et selon le mode référencé en 380, peuvent être présents tous les deux dans un même mode de réalisation du système selon l'invention. Comme défini auparavant, le système comporte des moyens 400 pour limiter l'amplitude du pivotement des première et seconde pièces 101, 201 l'une par rapport à l'autre, à une valeur inférieure à celle qui pourrait être obtenue par les moyens 350 dont un exemple de réalisation a été donné ci-dessus. Ces moyens 400 sont conçus pour supporter pratiquement tous les efforts de pivotement des deux pièces 101, 201 l'une par rapport à l'autre. Ils sont constitués par le fait que la section de l'ouverture 104 du logement 102 est supérieure d'une valeur donnée à la section 250 de la partie en saillie 204, prise sensiblement dans le plan de l'ouverture 104 quand le segment sphérique convexe 310 est dans sa seconde position. En outre, de façon préférentielle, l'ouverture 104 du logement 102 a une forme sensiblement tronconique de révolution dont le sommet est sensiblement confondu avec le centre Cr des deux calottes sphériques 320-1, 320-2 et dont l'angle au sommet 13 a une valeur donnée, et la portion de la partie en saillie 204 située dans l'ouverture 104 quand le segment sphérique convexe 310 est dans sa seconde position a elle aussi une forme sensiblement tronconique de révolution dont le sommet est sensiblement confondu avec le centre Cr des deux calottes sphériques 320-1, 320-2, mais dont l'angle au sommet a à une valeur inférieure, d'une valeur déterminée, à la valeur de l'angle au sommet 01) de la surface tronconique de révolution de l'ouverture 104, le diamètre de la petite base 114 de l'ouverture tronconique 104 étant au moins égale au diamètre du segment sphérique convexe 310. Les valeurs des angles J et a sont déterminées pour autoriser une amplitude de pivotement des deux pièces 101 et 201 l'une par rapport à l'autre comme défini précédemment. Selon des réalisations possibles, au moins l'un des éléments suivants: le segment sphérique convexe 310 et les deux calottes sphériques concaves 320-1, 320-2, présente une élasticité de déformation. Par exemple, le segment sphérique convexe 310 peut être constitué, figure 5, d'au moins deux demi-segments sphériques convexes rigides 310-1, 310-2 et de moyens élastiques 315 reliant ces deux demi-segments sphériques convexes rigides entre eux pour former le segment sphérique convexe 310, ces deux demi-segments étant éventuellement guidés en déplacement l'un par rapport à l'autre par des doigts 318 ou analogues. Il est aussi précisé que les deux calottes sphériques concaves 320-1, 320-2 sont réalisées selon l'une des façons suivantes : dans la paroi même du logement 102, comme dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, ou bien dans deux chemises qui seraient alors solidarisées, par exemple par emboîtement, dans la paroi du logement 102, comme schématiquement illustré sur la figure 4. Dans ce dernier cas, comme illustré schématiquement en 395, il peut être prévu des moyens élastiques de mise en pression pour bien maintenir les chemises dans leur logement respectif. Il est également à noter que le segment sphérique convexe 310 et les deux calottes sphériques concaves 320-1, 320-2 peuvent être respectivement réalisés dans deux matériaux différents, par exemple du polyéthylène, de la céramique, du métal pour les calottes sphérique 320-1, 3230-2 et du métal ou de la céramique pour le segment sphérique convexe 310. Il peut même être prévu que les cavités 320-1, 320-2 comportent, à leur sommet, comme représenté en traits interrompus en 390 sur la figure 4, un logement de récupération des déchets de frottement qui se produisent inévitablement entre la paroi des cavités 320-1, 320-2 et le segment sphérique convexe 310.Les deux pièces 101, 201 peuvent prendre différentes formes, par exemple des tiges, pattes, plaques, etc. avec lesquelles, de façon connue, peuvent coopérer des vis pédiculaires ou analogues 500 pour les solidariser avec les deux os Osl et Os2, figure 3. Sur cette figure 3, il est représenté deux vis par pièce mais, en général, il n'y en a qu'une par pièce. Le montage du système d'articulation rotulien selon l'invention et son utilisation par un Praticien se déduisent aisément de la description donnée ci-dessus de la structure de ce système, et il n'est donc pas nécessaire d'en donner une plus ample description. REVENDICATIONS 1. Système articulaire rotulien apte à être implanté entre deux portions d'os (Os1, Os2), comportant • deux première et seconde pièces (101, 201), la première pièce comprenant un logement en creux (102) débouchant sur la paroi latérale de ladite première pièce par une ouverture (104) et la seconde pièce (201) comprenant une partie en saillie (204) apte à plonger dans ledit logement (102), • des moyens de pivotement (300) montés en coopération entre l'extrémité libre (205) de la partie en saillie (204) et ledit logement (102) de façon que les deux première et seconde pièces (101, 201) soient aptes à pivoter l'une par rapport à l'autre autour d'un centre (Cr), et • des moyens (400) pour limiter, à une première valeur donnée, l'amplitude du pivotement des première et seconde pièces (101, 201) l'une par rapport à l'autre, caractérisé par le fait que les moyens de pivotement (300) sont constitués par au moins : • un segment sphérique convexe (310) de rayon de valeur R, ledit segment sphérique convexe étant défini entre deux premier et deuxième plans (311, 312) sensiblement parallèles, le centre de ce segment sphérique convexe étant situé entre ces deux premier et deuxième plans, avantageusement à égale distance de ceux-ci, • des moyens pour solidariser ledit segment sphérique convexe (310) avec l'extrémité libre (205) de ladite partie en saillie (204), • deux calottes sphériques concaves (320-1, 320-2) de même rayon de même valeur R que le rayon du segment sphérique convexe, définies dans ledit logement de façon qu'elles aient le même centre (Cr) et que leurs ouvertures (340-1, 340-2) respectives soient situées dans deux troisième et quatrième plans (321, 322) sensiblement parallèles, le centre (Cr) de ces deux calottes sphériques étant situé entre ces troisième et quatrième plans, avantageusement à égale distance de ceux-ci, • la distance (D) séparant les troisième et quatrième plans (321, 322) étant au moins égale à la distance (d) séparant les premier et deuxième plans (311, 312), pour que le segment sphérique convexe (310) soit apte à être librement positionné, dans une première position, entre les deux calottes sphériques quand les premier, deuxième, troisième et quatrième plans (311, 312, 321, 322) sont tous sensiblement parallèles entre eux et que, après une rotation d'une valeur angulaire donnée, il se positionne de façon congruente, dans une seconde position, dans les deux calottes sphériques concaves (320-1, 320-2). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens (350) pour maintenir ledit segment sphérique convexe (310) quand il est dans sa seconde position, tout en lui permettant un certain pivotement dans les deux calottes sphériques (320-1, 320-2), d'une seconde valeur donnée supérieure à la première valeur donnée de l'amplitude de pivotement des deux pièces (101, 201) l'une par rapport à l'autre, mais en limitant l'amplitude de sa rotation autour de l'axe longitudinal (360) passant par le centre (Cr) et par le centre (361) de ladite ouverture (104). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens (350) pour maintenir ledit segment sphérique convexe (310) quand il est dans sa seconde position, tout en lui permettant un certain pivotement dans les deux calottes sphériques (320-1, 320-2), sont constitués par • une goupille (352), et • des moyens (354) pour monter ladite goupille (352) en déplacement par rapport à ladite première pièce (101) de façon que, pour une première position de cette goupille, son extrémité libre (356) pénètre dans ledit logement (102) pour coopérer avec le segment sphérique convexe (310) afin de le maintenir sensiblement dans sa seconde position et que, pour une seconde position de cette goupille, cette même extrémité libre (356) ne coopère pas avec ledit segment sphérique convexe (310). 4. Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait que, pour la première position de la goupille (352), son extrémité libre (356) coopère avec ledit segment sphérique convexe en pénétrant partiellement dans une cavité (358) réalisée dans ledit segment sphérique convexe (310). 5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les moyens (400) pour limiter l'amplitude du pivotement des première et seconde pièces (101, 201) l'une par rapport à l'autre sont constitués par le fait que la section de l'ouverture (104) du logement (102) est supérieure d'une valeur donnée à la section (250) de la partie en saillie (204), prise sensiblement dans le plan de ladite ouverture (104) quand ledit segment sphérique convexe (310) est dans sa seconde position. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite ouverture (104) du logement (102) a une forme sensiblement tronconique de révolution dont le sommet est sensiblement confondu avec le centre (Cr) des deux calottes sphériques (320-1, 320-2) et dont l'angle au sommet (d)) a une valeur donnée, et que la portion de la partie en saillie (204) située dans ladite ouverture (104) quand ledit segment sphérique convexe (310) est dans sa seconde position a, elle aussi, une forme sensiblement tronconique de révolution dont le sommet est sensiblement confondu avec le centre (Cr) des deux calottes sphériques (320-1, 320-2), mais dont l'angle au sommet (a) à une valeur inférieure, d'une valeur déterminée, à la valeur de l'angle au sommet ((D) de la surface tronconique de révolution de ladite ouverture (104), le diamètre de la petite base (114) de l'ouverture tronconique (104) étant au moins égale au diamètre du segment sphérique convexe (310). 7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'au moins l'un des éléments suivants : le segment sphérique convexe (310) et les deux calottes sphériques (320-1, 320-2), présente une élasticité de déformation. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit segment sphérique convexe (310) est constitué d'au moins deux demi-segments sphériques convexes rigides et de moyens élastiques pour relier ces deux demi-segments sphériques convexes rigides entre eux pour former ledit segment sphérique convexe (310). 9. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les deux dites calottes sphériques (320-1, 320-2) sont réalisées selon l'une des façons suivantes : dans la paroi du dit logement (102), dans deux chemises solidarisées avec la paroi du dit logement (102). 10. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le segment sphérique convexe (310) et les deux calottes sphériques (320-1, 320-2) sont respectivement réalisés dans deux matériaux différents.