Brevet FR2931354A1 — publié le 20091127

Dispositif de stabilisation postérieur dynamique épousant la lordose anatomique -------------------- DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un dispositif de stabilisation vertébrale postérieure dynamique épousant la lordose anatomique, fixé entre deux vis pédiculaires qui amortit toutes les sollicitations mécaniques et qui permet une mobilité contrôlée du segment intervertébral. Ce dispositif va présenter de nouveaux moyens avec des avantages fonctionnels, supérieurs à ceux de l'art antérieur. ART ANTERIEUR : On connaît de nombreux systèmes de fixations vertébrales 1s postérieures rigidifiant un certain nombre de vertèbres en les privant de toute mobilité pour permettre ainsi d'encaisser toutes contraintes mécaniques. Cependant, la première vertèbre adjacente à ce bloc rigide garde toute sa mobilité et cette discontinuité brutale entre le bloc rigide et cette vertèbre libre engendre très souvent une hyper 20 sollicitation des éléments de liaison. Il s'en suit une accélération de la dégénérescence de ce niveau. Ce problème n'a été que très partiellement résolu par des systèmes semi-rigides conçus pour créer une rigidité intermédiaire entre les vertèbres mobiles et les vertèbres fixes. Ces systèmes 25 présentent les inconvénients suivants : - soit ils travaillent uniquement en traction. C'est le cas de tous les dispositifs basés sur les ligaments artificiels. Ces systèmes sont peu élastiques et laissent à l'appréciation de l'opérateur le soin de régler la tension rendant ainsi aléatoire les caractéristiques mécaniques 30 en particulier dans le mode de fonctionnement traction compression qui nous concerne le plus souvent. - soit ils travaillent en compression avec une butée en traction, ce qui rend ces dispositifs inefficaces dés qu'ils doivent assister des déplacements en extension. 35 Quoiqu'il en soit aucun des dispositifs connus ne résout entièrement le problème posé, à savoir : amortir les sollicitations mécaniques existant en traction compression et en flexion auxquelles deux vertèbres peuvent être soumises, en respectant la lordose anatomique, et en autorisant des débattements compatibles avec les sollicitations du corps humain. Nous citerons comme première antériorité le brevet FR 2771280, Dispositif de liaison vertébral résilient composés de deux tiges mobiles raccordées par l'intermédiaire d'un élément amortisseur fait de matériaux métalliques d'élasticité modérée et ayant une rigidité importante. Ce dispositif ne peut en aucun cas avoir les mêmes Io fonctions et la même souplesse que celles obtenues par la présente invention. Ses performances sont limitées et la mobilité du dispositif est plus proche de celle d'une tige métallique rigide que de la mobilité que va procurer la présente invention. 15 Nous citerons comme deuxième antériorité le document n° EP 0669109 � Stabilisierung von benachbarten Rückenwirbeln � Cette antériorité est un cylindre creux en polyuréthane comprimé entre deux têtes de vis pédiculaires réalisé à partir d'un ligament tendu qui traverse le cylindre creux et qui est fixé aux vis par serrage des 20 bouchons. Outre qu'il n'y a pas de possibilité d'obliquité du cylindre en polyuréthane qui ne respecte donc pas la lordose anatomique, ce dernier est très raide et autorise très peu de mobilité du segment intervertébral. Notre invention s'attache au contraire à faciliter la mobilité du segment intervertébral traité en le faisant tendre vers une 25 position anatomique normale (respect de l'angle de lordose lombaire). Nous citerons une troisième antériorité plus récente soit la demande PCT WO03007828 qui décrit et revendique � un dispositif de liaison vertébral souple �. 30 Cette antériorité, bien qu'améliorant l'art antérieur des dispositifs métalliques, ne résout pas entièrement le problème que va résoudre la présente invention dont les moyens et fonctions mis en place améliorent très sensiblement les fonctionnalités. C'est ce que se propose de faire la présente invention par la mise 35 en place de moyens nouveaux nécessaires pour obtenir les résultats attendus. Les figures servant à la compréhension de l'invention sont : Figure 1 planche 1/5, vue en coupe du dispositif correspondant au brevet FR 2771280 (Art antérieur moyens entièrement mécaniques) Figure 2 planche 1/5, vue en coupe du document n° EP 0669109 Figure 3 planche 1/5, vue en coupe du dispositif le plus proche dispositif correspondant à la demande PCT WO/03007828 (Art antérieur) Figure 4 planche 2/5, vue en coupe du nouveau dispositif avec ses moyens mis en oeuvre lo Figure 4d planche 2/5, vue de détail du nouveau dispositif avec ses moyens mis en oeuvre Figure 5 planche 2/5, vue en perspective du nouveau dispositif illustrant ses possibilités de multiaxialité Figure 6 planche 2/5, vue en perspective du nouveau dispositif 15 travaillant en mode de flexion et traction-compression Figure 7 planche 3/5, vue en perspective du nouveau dispositif monté sur des vis pédiculaires Figure 8 planche 3/5, vue arrière du nouveau dispositif monté sur des vis pédiculaires avec le repère de positionnement 20 Figure 9 planche 3/5, vue arrière du nouveau dispositif monté sur des vis pédiculaires montrant la limite de position basse en compression Figure 10 et 11 planche 4/5, vue en coupe du nouveau dispositif comportant une butée de sécurité, figure 10 dispositif au repos et 25 figure 11 dispositif en compression Figure 12 planche 4/5, vue d'un nouveau dispositif monté sur trois vis pédiculaires fixées sur des corps adjacents Figure 13 planche 5/5, vue de deux dispositifs objet de l'invention montés sur le rachis 30 Dans la réalisation de l'art antérieur la plus proche Le dispositif (1) le plus proche du nouveau dispositif (2) objet de l'invention comprend : Un ensemble de moyens rigides combinés avec des moyens 35 viscoélastiques dont les premiers transmettent les efforts et les seconds amortissent les sollicitations dynamiques. Les moyens rigides sont constitués de trois éléments : - une tige piston placée dans la partie supérieure - une tige fixe dans la partie inférieure un capot enfermant l'ensemble des moyens viscoélastiques Les moyens viscoélastiques biocompatibles de préférence en silicone ou en polyuréthane sont constitués : - d'un cylindre plein viscoélastique tronqué obliquement 10 - d'un anneau viscoélastique tronqué obliquement dont les faces viennent en contact avec le piston de la tige piston. Le dispositif 1 est capable de fonctionner avec les tiges et dont l'une, la tige piston, se déplace de manière multiaxiale avec un petit angle de déplacement et des débattements déterminés. 15 Il existe un orifice placé à l'une des extrémités du capot qui permet un débattement multi axial de la tige piston du dispositif 1. La forme de cet orifice est définie en fonction des débattements prévus. La tige piston peut ainsi travailler en traction, compression 20 avec un angle a prédéterminé, la tige piston formant alors avec la tige fixe un angle donné dépendant de la forme de l'orifice. Cette antériorité présente des inconvénients trop importants pour résoudre entièrement le problème posé. 25 D'une part, la section la plus faible de l'anneau tronqué obliquement subit trop de contraintes sous l'action des sollicitations mécaniques et par conséquent s' altère rapidement. D'autre part, la tige piston qui forme un angle a avec la tige fixe dans la position neutre vient en butée contre le capot métallique lors 30 de sollicitations importantes ce qui limite les débattements angulaires et donc la mobilité du patient. La section de l'anneau tronqué obliquement présente des zones à parois de faibles épaisseurs induisant le fait que l'anneau oblique ne peut en aucun cas s'opposer aux déplacements de la tige piston vers le bord du capot. Ceci génère 35 des débris d'usure, qui vont aller en s'accentuant et qui sont très préjudiciables à la longévité du dispositif, donc à la santé du patient. On notera également l'absence de force de rappel qui rend5 préjudiciable la réponse dynamique du dispositif 1 inadapté à la biomécanique du rachis. C'est pourquoi, cette antériorité ne peut pas être utilisée pour résoudre entièrement notre problème. Dans une réalisation préférentielle de l'invention : Le dispositif 2 est une combinaison de moyens rigides et de moyens viscoélastiques permettant au dispositif 2 de former un angle y en position neutre entre ses deux éléments de fixation aux vis pédiculaires et d'exercer un effort de rappel élastique permanent autour de cette position en amortissant les efforts de compression et de flexion appliqués sur les vis pédiculaires. Le dispositif 2 comprend : - une tige piston 20 mobile comportant une tête de piston 200 à son extrémité - un bloc amortisseur viscoélastique 23 comportant une face convexe 230 - une tige fixe 22 faisant un angle y par rapport à l'axe du capot 21 qui comporte à l'extrémité située à l'intérieur du dispositif 2, une surface concave 220 qui épouse parfaitement la face convexe 230 du bloc amortisseur viscoélastique 23 - un anneau viscoélastique 24 logé à l'intérieur du capot 21 renfermant les moyens viscoélastiques 23 et 24. Les jeux d'assemblage de cet anneau vis à vis de la tige piston 20 et du capot 21 ont été optimisés à partir d'essais en endurance pour conserver un rappel élastique satisfaisant. Le capot 21 comporte dans sa partie supérieure un orifice conique 210 dont la conicité permet les débattements angulaires de la tige piston mobile 20 pouvant servir également de butée sans exercer de concentration de contrainte tout en limitant les débattements angulaires de la tige. La face intérieure du cône 211 permet également d'offrir la plus large surface de contact possible à l'anneau viscoélastique 24 qui vient en parfait appui sur cette face du capot et limitant ainsi les contraintes dans l'anneau 24. Le dispositif 2 est fixé aux vis pédiculaires par les extrémités des tiges 20 et 22. Ces deux tiges forment entre elles un angle y, position neutre du dispositif non contraint. Cet angle y reproduit l'angle de la lordose anatomique du rachis , position de parfait équilibre, autour de laquelle le dispositif 2 va toujours tendre à revenir grâce à une force de rappel élastique exercée par l'anneau et le bloc viscoélastiques 24 et 23, ceci, quelles que soient les sollicitations dynamiques et les déplacements qui sont imposés à la tige 20. Le dispositif 2 comprend la tige fixe 22 qui forme l'angle y par lo rapport au capot 21 et à la position neutre de la tige piston 20 mobile. La tige piston 20 est positionnée dans l'axe du capot et se déplace dans les deux sens selon cet axe en comprimant le moyen viscoélastique 23 grâce à la face inférieure 202 de la tête de piston 200 lors des mouvements de compression et flexion et en comprimant 15 aussi l'anneau viscoélastique 24 grâce à la face supérieure du piston 201 lors des mouvements de traction et flexion. Le déplacement axial de la tige piston 20 mobile peut être combiné avec des déplacements angulaires SZ de cette même tige grâce au contact entre les deux fâces 201 et 202 du piston 200. 20 Lorsque le dispositif est au repos, l'absence de jeu induit des contacts sans contraintes entre la 1;ête de piston 200 et les moyens viscoélastiques 23 et 24 grâce au type d'assemblage effectué. La déformation des moyens viscoélastiques 23 et 24 permet une prise d'angle de la tête de piston 200 autour de sa position neutre en 25 fonction des contraintes appliquées. Sous sollicitations mécaniques, les moyens viscoélastiques 23 et 24 sont alors comprimés sur une partie de leur surface et exercent un effort de rappel élastique sur la tête de piston 200 tendant à ramener la tige 20 dans l'axe du capot 21. 30 Le piston 200 de la tige 20 possède un congé de raccordement 203 sur sa face inférieure 202 qui évite de créer des amorces de rupture du bloc amortisseur viscoélastique 23 lors d'une prise d'angle du piston 200. De même, l'anneau viscoélastique 24 dispose d'un congé de 35 raccordement 240 sur sa face 241 pour limiter les risques d'amorce de rupture lors d'une prise d'angle du piston 200. Cet anneau viscoélastique 24 permet également d'exercer un effort de rappel élastique sur les débattements angulaires de la tige 20 par la déformation possible de son diamètre interne 242. Les déformations possibles de l'anneau viscoélastique 24 permettent l'amortissement des débattements angulaires SZ de la tige 20 . La géométrie de l'orifice conique 210 du capot 21 permet de limiter les débattements de la tiges 20 à l'intérieur d'un cône défini par un angle de polyaxialité SZ de l'ordre de 15°. En limite de course, la tige piston 20 mobile vient en appui lo linéaire sur la surface conique 210 et non en appui ponctuel comme c'était le cas dans l'invention la plus proche de l'art antérieur (figure 3) ce qui à pour effet de réduire les concentrations de contraintes sur la tige piston 20. 15 Quand le dispositif 2 est soumis à des contraintes de compression, la face inférieure 202 du piston 200 va comprimer l'élément viscoélastique 23, les deux faces en contact étant planes afin de répartir les contraintes sur la totalité des surfaces en contact. La tige fixe 22 comporte à l'extrémité située à l'intérieur du dispositif 2, 20 la surface concave 220 qui épouse parfaitement la face convexe 230 du bloc amortisseur viscoélastique 23. La concentricité de ces faces convexe et concave qui s'appairent parfaitement, permet le centrage de l'élément viscoélastique 23 avec la tige 22 et le capot 21 de manière à ce que le moyen viscoélastique 25 23 soit parfaitement centré à l'intérieur du capot 21 . Cette conception permet à l'élément viscoélastique 23 de se déformer sans aller au contact des parois internes du capot 21 tout en évitant les frottements et des sur contraintes très préjudiciables à la longévité du moyen viscoélastique 23. 30 D'autre part, ce centrage par la concavité 220 et la convexité 230 de la tige fixe 22 et de l'élément viscoélastique 23 empêche tout déplacement radial de l'élément viscoélastique 23 qui pourrait être provoqué par un mouvement en flexion de la tige piston 20, le piston 200 exerçant une pression oblique sur le moyen viscoélastique 23. 35 C'est pourquoi, le fonctionnement du dispositif 2 est nettement amélioré par rapport au dispositif 1 plus limité dans ses débattements et dans sa durée de vie. La tige piston mobile 20 comporte un repère r (figures 8 et 9) destiné à une parfaite mise en place du dispositif 2. Ce repère r est visé par l'opérateur lors de la mise en place de la tige piston 20 et doit être aligné avec la face inférieure des têtes de vis pédiculaire V. Cet alignement permet de conserver une distance e (de quelques mm) entre la face supérieure du capot 2l. et la face inférieure des têtes de vis pédiculaire V, ceci afin de limiter les contraintes et déplacements induits au delà de cette limite dans l'élément viscoélastique 23. Dans le cas où on se retrouverait en présence de sollicitations dynamiques trop élevées, la face inférieure de la vis pédiculaire viendrait en butée sur la face supérieure du capot 21 pour limiter les efforts appliqués sur les moyens viscoélastiques du dispositif 2. Ceci garantit une sécurité pour une bonne tenue mécanique en fatigue du dispositif 2 objet de l'invention. La figure 12 montre comme dans l'antériorité la possibilité d'une combinaison de deux étages vertébraux dont l'un a été fusionné et 20 l'autre rendu mobile par le dispositif 2. Dans une variante possible appliquée à ce dispositif, on intègre une sécurité supplémentaire (figures 10 et 11) qui est une butée centrale placée au fond de la cavité concave 220 de la tige fixe 22. Lors des efforts de compression, le piston 200 de la tige piston 20 25 vient en contact avec la butée b après un déplacement vertical prédéfini de l'ordre de quelques millimètres, ce qui évite les surcharges qui pourraient être appliquées sur le moyen viscoélastique 23. Cette butée b supplémentaire peut se suffire à elle-même ou 30 compléter celle résultant de l'alignement de l'extrémité de la vis avec le repère r. 35