Brevet FR2989263A1 — publié le 20131018

DISPOSITIF DE STABILISATION DYNAMIQUE INTERVERTEBRALE DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un dispositif de stabilisation dynamique inter épineux ou inter lamaire, qui travaille de manière multiaxiale en flexion compression en même temps qu'il amortit les sollicitations mécaniques appliquées. Ce dispositif présente des fonctions multiples, et des avantages plus nombreux en particulier : une meilleure durée de vie, que ceux de l'art antérieur, que nous allons examiner en détail. ART ANTERIEUR Deux documents de l'art antérieur le plus récent seront examinés : Il s'agit tout d'abord d'un premier document qui est un brevet français publié sous le numéro FR2884136, qui décrit un implant chirurgical assistant les mouvements de deux vertèbres successives et qui comprend (voir figure 1 de l'art antérieur) des pièces supérieures et inférieures 2 et 3 associées entre elles, par des moyens d'association réciproques qui servent de rotule, composés d'un logement recevant une protubérance de forme ovoïdale, entourée par un moyen viscoélastique qui absorbe les chocs. Un tel assemblage entre des pièces de rigidité très différente avec des formes proches de celle d'un oeuf, possédant des changements brusques de rayons de courbures, va générer des interfaces où des matériaux, liés mécaniquement entre eux, vont se déformer de manière très différente, ce qui va créer des précontraintes d'assemblage, avec de grandes zones de contact et induire des frottements importants conduisant à un vieillissement accéléré du dispositif 1. De plus, dans ce concept, le moyen viscoélastique est ouvert sur le milieu biologique extérieur, potentiellement très agressif avec les matériaux viscoélastiques, ce qui va rajouter une accélération supplémentaire au vieillissement par les phénomènes d'oxydation, de calcification et d'hydrolyse. Un deuxième document, le brevet Français publié sous le numéro FR2915367, décrit une invention 1 composée d'une pièce supérieure 2 et inférieure 3 comprenant chacune des éléments de liaison respectifs 20, rigide et 30, viscoélastique, qui forment une liaison pivot. Ces moyens sont assemblés entre eux par des goupilles 51 qui viennent les traverser transversalement et donc fortement les fragiliser, notamment en ce qui concerne l'élément viscoélastique 30 qui va se déformer avec la présence d'orifices 52 constituant des amorces de rupture lorsque le dispositif 1 sera soumis à des forces mécaniques en compression. La présente invention décrit et revendique de nouveaux éléments, pièces , matériaux et conception formant les moyens qui vont amener à définir un nouveau dispositif. Ce sont: l'élément viscoélastique central et les pièces et matériaux entourant cedit moyen viscoélastique. et de nouvelles pièces que les dispositifs de l'art antérieur ne comportent pas. Elles sont plus faciles à réaliser et à assembler, tout en résistant mieux aux contraintes subies dans l'environnement du rachis. Les formes des crochets supérieurs et inférieurs ont été spécifiquement étudiées afin de s'imbriquer facilement entre les vertèbres et en se superposant entre eux. L'ensemble de ces nouveaux moyens va permettre à la présente invention d'avoir de nouvelles applications, notamment les possibilités de basculement et de rotation multiaxiale ceci, indépendamment de tout aspect amortissement qui est essentiel. Les mouvements de rotation pourront s'effectuer de manière indépendante des mouvements de compression et de ceux liés à l'amortissement du dispositif, fonctions impossibles à réaliser avec les inventions précitées de l'art antérieur. Les figures servant à la compréhension de l'invention sont : Figure 1 vue en coupe du dispositif correspondant au brevet FR 288413 (Art antérieur). Figure 2 - vue en coupe du dispositif correspondant au brevet FR2915307 (Art antérieur) Figure 3 -vue en perspective du dispositif correspondant au brevet FR2915307 (Art antérieur) Figure 4 -vue en coupe du nouveau dispositif avec l'ensemble de ses moyens. Figure 5 -vue en perspective du nouveau dispositif illustrant ses possibilités de multi axialité. Figure 6 -vue en coupe du nouveau dispositif travaillant en compression. Figure 7 - vue en coupe du nouveau dispositif travaillant en flexion. Figure 8 - vue en coupe du nouveau dispositif. Figure 9 - vue de détail en coupe montrant les différences des rayons de courbure entre les parties rigides et le moyen viscoélastique. Figure 10 -vue en coupe d'une variante du dispositif avec l'ensemble de ses moyens. Figure 11 -vue de détail en coupe d'une variante du dispositif montrant les différences des rayons de courbure entre les parties rigides et le moyen viscoélastique. Figure 12 -vue en perspective du nouveau dispositif monté sur des vertèbres. Figure 13 -vue de profil de deux dispositifs superposés et montés sur les vertèbres. Figure 14 -vue en perspective, d'une variante du dispositif, avec un crochet inférieur adapté au sacrum Figure 15 -vue en perspective de cette variante montée sur le rachis entre la cinquième vertèbre lombaire et le sacrum. Figure 16 -Caractéristique en compression de la charge appliquée sur le dispositif en 40 fonction du déplacement Le dispositif 1 objet de l'invention, comprend quatre éléments rigides et un élément viscoélastique (figures 4 et 5) : - un crochet supérieur 10, 45 - un piston 11 fixé au crochet supérieur 10, - un crochet inférieur 13, 50 - un corps cylindrique creux 14, fixé sur le crochet inférieur 13, - un élément viscoélastique central 12 Ces moyens supérieur et inférieur 11 et 13 vont pouvoir se mouvoir de manière multiaxiale en s'appuyant avec un minimum de contact sur un moyen central 5 12 qui accepte les déformations en compression et en flexion. Le moyen 12 est posé sur une surface interne concave 130 du crochet inférieur 13, qui forme, avec le corps cylindrique creux 14, une cavité C à l'intérieur de laquelle pénètre le piston 11 jusqu'au contact avec l'élément viscoélastique 12. Le dispositif 1 peut effectuer un mouvement analogue à celui d'une rotule sans se détériorer tout en intégrant un 10 amortissement. Le dispositif 1 autorise tous les mouvements multiaxiaux entre les deux crochets 10 et 13, grâce à une combinaison de l'ensemble des moyens que sont les deux crochets 10 et 13, le piston 11 et le corps cylindrique creux 14 avec l'élément 15 viscoélastique 12, qui logé dans la cavité C, joue simultanément le rôle d'un amortisseur et d'une rotule, reprenant sa forme initiale lorsque cessent les sollicitations. L'élément viscoélastique 12 situé dans la cavité C placée entre le piston 11 20 et la surface interne concave 130 du crochet inférieur 13 (figure 9), possède sur sa face convexe un rayon de courbure R2 différent du rayon de courbure R1 de la surface interne concave 130 (figure 10). Si ces rayons de courbures étaient équivalents aux jeux près de montage on obtiendrait une forte adhérence, incompatible avec un bon comportement du bloc viscoélastique 12. Ce dernier 25 subirait, comme dans les antériorités, des concentrations de contraintes élevées et des frottements importants, qui entraîneraient sa destruction prématurément. Dans la présente invention, les valeurs des rayons R1 et R2 sont calculées afin d'obtenir : 30 - un centrage automatique de l'élément viscoélastique 12 dans la cavité C, - un contact permanent de l'élément viscoélastique 12 avec la surface interne concave 130 du crochet inférieur 13 et le piston 11 pendant toutes les déformations subies, quelles que soient leurs orientations, - une usure minimale de l'élément viscoélastique 12. 35 On obtient ces résultats par la réduction maximale, des surfaces de contact, entre l'élément viscoélastique 12 et les moyens rigides 11 et 13 sans jamais les annuler et notamment quand le dispositif 1 ne subit pas de contrainte de compression. 40 La différence des rayons de courbure R1 et R2 crée un espace disponible Z1 situé entre la surface interne concave 130 et l'élément viscoélastique 12 (figure 9) , l'espace Z1 étant déterminé de manière à ce que l'élément viscoélastique 12 puisse se déformer librement quelque soit la contrainte exercée par le piston. Ces caractéristiques de conception permettent de minimiser les frottements 45 entre l'élément viscoélastique 12, le piston 11 et la surface concave 130 du crochet 13, ce qui optimise la durée de vie du dispositif 1. Pour obtenir un fonctionnement optimum du dispositif 1, il est nécessaire que le rayon R1 de l'élément viscoélastique 12 puisse varier en fonction de la charge 50 mécanique qui s'applique en compression sur le dispositif 1 (figure 6).11 faut que le rayon R1 soit inférieur au rayon R2 quand le dispositif 1 ne soit soumis à aucune contrainte (figure 9). Par contre, lorsque le dispositif 1 travaille au maximum de sa capacité, l'espace Z1 tend vers 0 car complètement rempli par l'élément viscoélastique 12 déformé. Par contre quand R1=R2 (figure 6) l'adhérence de l'élément viscoélastique 12 avec le crochet 13 et le piston 11 devient maximale. Il existe un espace (E) périphérique situé entre le corps du piston (11) et l'ouverture circulaire de l'orifice (140) du corps cylindrique creux (14), qui permet des débattements multiaxiaux contrôlés et sous charge du crochet supérieur (10) par rapport au crochet inférieur (13) limités à une compression maximale de l'élément viscoélastique (12) de 1,5 mm. Le piston 11, connecté au crochet supérieur 10, comprend une face inférieure plate avec un rayon de raccordement R3 (figure 9) qui appuie sur l'élément viscoélastique 12 sans l'altérer, empêchant ainsi les contacts avec angle vif, ce qui a pour effet d'adoucir lesdits contacts lors des mouvements de flexion sur l'élément viscoélastique 12, ce dernier possédant un rayon de courbure R4 Pour obtenir ce résultat, les rayons R3 et R4 sont constants et les surfaces de 20 contact des moyens rigides 11 et 13 avec l'élément viscoélastique 12 peuvent être planes. Le crochet supérieur 10 peut pivoter de manière multiaxiale par rapport au crochet inférieur 13 et décrire un angle solide S2 compris entre 1/100n et 1/10n 25 stéradian. Son origine est située à l'intersection entre le plan défini par la surface supérieure plane de l'élément viscoélastique 12 et son centre, grâce à la déformation en flexion-compression de l'élément viscoélastique 12 (figure 5) et également à la présence : 30 de la surface tronc conique oblique 1400 de l'orifice 140 du corps cylindrique creux 14 formant un angle 0 avec la verticale, de la face inférieure oblique du crochet supérieur 10, faisant un angle y avec l'horizontale, d'un espace libre E situé entre le bord du piston 11 et le bord de l'orifice 140 35 du corps cylindrique creux 14, compris entre 0 et 3 mm. Le crochet supérieur 10, mobile par rapport au crochet inférieur 13, possède un débattement p compris entre 0° et 10° et tel que si ri = 0° ; la capacité d'amortissement du dispositif 1 est maximale, alors que si p est maximum sa 40 capacité d'amortissement devient minimum, cette fonction permet de combiner l'amortissement et la mobilité du dispositif 1 entre ces deux valeurs extrêmes. La combinaison de la surface tronc conique oblique 1400 du corps cylindrique 14 avec l'espace E et avec l'élément viscoélastique 12 qui se comprime selon les 45 caractéristiques mécaniques définies par lune courbe force (N) = f(déplacement) (voir figure ci-après) permet des déplacements multiaxiaux contrôlés et sous charge du crochet supérieur 10 par rapport au crochet inférieur 13 jusqu'à une compression maximale de 1,5 mm. Au-delà de cette valeur, le crochet 10 qui possède une surface 100 à son extrémité qui vient en butée contre la surface 141 du corps cylindrique 14. 50 Cette butée sécurise le dispositif 1 dans l'espace intervertébral et garantit un bon fonctionnement du dispositif 1 évitant ainsi tout incident et détérioration lors des surcharges appliquées sur le moyen viscoélastique 12. De plus, la caractéristique en compression de la charge appliquée sur le dispositif 1 en fonction du déplacement (figurel6) montre un mode de déformation quasi-linéaire jusqu'à environ 1,5 mm de compression, ce qui correspond à une force appliquée proche de 310 N. Cette valeur de force correspondant à 1,5 mm de déplacement est volontairement calibrée légèrement inférieure, d'environ 339 N, à celle de rupture des apophyses épineuses sur lesquelles est fixé le dispositif 1, afin que ledit dispositif n'endommage pas les vertèbres en cas de sollicitations mécaniques importantes. Ce dispositif 1 permet de restaurer la biomécanique d'une articulation intervertébrale saine. Les formes des deux crochets supérieur 10 et inférieur 13 sont définies de telle sorte que chaque dispositif 1 pris séparément, peut se superposer avec son voisin. Chaque crochet 10 et 13 possède deux ailerons A, pouvant s'imbriquer par complémentarité dans un autre aileron A voisin, positionné symétriquement par rapport au précédent déjà implanté, ce qui permet de juxtaposer les dispositifs 1 sans qu'ils se gênent ou n'interfèrent entre eux et en conservant un bon alignement sur le rachis. Ceci permet de consolider plusieurs étages intervertébraux avec un bon alignement et sans décalage (figure 13). Les ailerons A (figures 6 et 7) font partie intégrante de chaque crochet et viennent s'encastrer entre les apophyses épineuses et épousent, par leur forme spécifique, le contour des apophyses épineuses stabilisant ainsi le moyen viscoélastique 12 dans son logement en évitant toute translation par rapport à sa position centrale de fonctionnement normale. La partie interne située entre les ailerons a une forme curviligne CUR qui épouse la forme de l'apophyse épineuse et évite tout glissement (figure 12). Le dispositif 1 possède une précontrainte d'assemblage qui met en légère 30 compression le moyen viscoélastique 12, qui, par réaction vient plaquer le piston 11 contre la paroi interne du corps cylindrique 14. Une variante du dispositif 1 (figures 10 et 11), dénommé dispositif 2 comporte un élément viscoélastique 22 biconvexe possédant des rayons de courbures R2 et R5 35 pouvant être identiques ou différents ainsi qu'un piston 21 ayant un rayon de courbure R6, supérieur au rayon de courbure R5 de l'élément viscoélastique 22, de manière à générer un espace libre Z2 permettant la libre déformation, sans frottement excessif avec le piston 21, de l'élément viscoélastique 22 lors des sollicitations mécaniques. La géométrie biconvexe, telle une lentille optique de 40 l'élément viscoélastique 22, combinée à la concavité du piston 21 favorisent les mouvements de type rotule du dispositif 2 en minimisant les risques d'usure des pièces par frottement. Dans une autre forme de réalisation (figure 14), le dispositif 3 qui est une 45 variante du dispositif 1 possède un crochet inférieur 33 qui remplace le crochet inférieur 13 de la précédente version. Le crochet inférieur 33 possède une forme qui rappelle celle d'une scelle de cheval permettant de s'adapter à la forme du sacrum en garantissant une stabilité parfaite. Ce crochet 33 possède deux étriers latéraux 330a et 330b comportant des orifices 331a et 331b qui permettent un emboîtement quasi parfait sur le sacrum et une fixation solide par des moyens d'ancrages, tels que des petites vis, qui traversent lesdits orifices et partiellement l'os du sacrum. Cette forme de dispositif 3 assure une très bonne stabilité au niveau de l'articulation intervertébrale avec le sacrum. Les dispositifs 1, 2 et 3 permettent de restaurer la mobilité et l'amortissement des articulations intervertébrales de la colonne sacro-lombaire. 15 20 25 30 35 40 45 50 REVENDICATIONS1- Dispositif de stabilisation dynamique intervertébrale (1) comprenant les éléments suivants : - un crochet supérieur (10), - un crochet inférieur (13), - un corps cylindrique creux (14), - un élément viscoélastique central (12) caractérisé en ce que le crochet supérieur (10) intègre un piston (11) qui s'appuie avec un minimum de contact sur l'élément viscoélastique (12) ce qui permet aux crochets supérieur (10) et inférieur (13) de se mouvoir de manière multiaxiale dans un angle solide (S2) en acceptant des déformations en compression et en flexion grâce à l'amortissement produit par l'élément viscoélastique (12). 2- Dispositif de stabilisation dynamique intervertébrale (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément central viscoélastique (12) prend appui sur une surface interne concave (130) du crochet inférieur (13), qui forme avec le corps cylindrique creux (14), une cavité (C) à l'intérieur de laquelle pénètre le piston (11) jusqu'au contact avec l'élément viscoélastique (12), ce qui permet au dispositif (1) de se mouvoir comme une rotule. 3- Dispositif de stabilisation dynamique intervertébrale (1) selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'élément viscoélastique (12) , possède une face convexe présentant un rayon de courbure (R2) plus petit que le rayon de courbure (R1) de la surface interne concave (130), ce qui lui permet de se positionner au centre de ladite surface concave (130), ce qui entraîne la réduction des surfaces de contacts. 4 -Dispositif de stabilisation dynamique intervertébrale (1) selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que la différence des rayons de courbure (R1) et (R2) crée un espace disponible (Z1) situé entre la surface interne concave (130) et l'élément viscoélastique (12), l'espace (Z1) étant déterminé de manière à ce que l'élément viscoélastique (12) puisse se déformer librement quelque soit la contrainte exercée par le piston (11). 5- Dispositif de stabilisation dynamique intervertébrale (1) selon l'une quelconque des précédentes revendications caractérisé en ce que le rayon (R2) de l'élément viscoélastique (12) peut varier en fonction de la charge mécanique qui s'applique en compression sur le dispositif (1) ce qui a pour conséquence que le rayon (R2) soit inférieur au rayon (R1) quand le dispositif (1) n'est soumis à aucune contrainte et, lorsque (R1=R2) le dispositif (1) travaille au maximum de sa capacité, l'espace (Z1) tendant vers 0 est alors rempli par l'élément viscoélastique (12) apte à une telle déformation. 6- Dispositif de stabilisation dynamique intervertébral (1) selon les revendications 2 et 5 caractérisé en ce que il existe un espace (E) périphérique situé entre le corps du piston (11) et l'ouverture circulaire de l'orifice (140) du corps cylindrique creux (14) ,qui permet des débattements multiaxiaux contrôlés et sous charge du crochet supérieur (10) par rapport au crochet inférieur (13) limités à une compressionmaximale de l'élément viscoélastique (12) de 1,5 mm, l'extrémité du crochet (10) venant dans ce cas en butée contre la surface (141) du corps cylindrique (14), cette butée sécurisant ainsi le fonctionnement du dispositif (1) dans l'espace intervertébral. 7- Dispositif de stabilisation dynamique intervertébral (1) selon les revendications 2,5 et 6 caractérisé en ce que la caractéristique en compression du dispositif (1) a un mode de déformation quasi-linéaire jusqu'à 1,5 mm de compression correspondant à une force appliquée volontairement calibrée pour être légèrement inférieure à celle de rupture des apophyses épineuses sur lesquelles est fixé le dispositif (1), afin que ledit dispositif n'endommage pas les vertèbres en cas de sollicitations mécaniques importantes. 8- Dispositif de stabilisation dynamique intervertébral (1) selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que les crochets supérieur (10) et inférieur (13) possèdent deux ailerons (A), voisins capables de s'imbriquer l'un dans l'autre, avec une position symétrique par rapport au précédent, ce qui permet de juxtaposer les dispositifs (1) sans qu'ils n'interfèrent entre eux, tout en conservant un bon alignement des dispositifs sur le rachis. 9- Dispositif de stabilisation dynamique intervertébral (2),selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un élément viscoélastique (22) biconvexe possédant des rayons de courbures (R2) et (R5) ainsi 25 qu'un piston (21) ayant un rayon de courbure (R6), supérieur au rayon de courbure - (R5), de manière à pouvoir générer un espace libre (Z2) permettant la libre déformation, sans frottement excessif avec le piston (21), de l'élément viscoélastique (22) lors des sollicitations mécaniques. 30 10- Dispositif de stabilisation dynamique intervertébral (3), selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il possède un crochet inférieur (33) dont la forme en contact avec le sacrum est proche de celle d'une scelle de cheval permettant de s'adapter à la forme du sacrum en garantissant une bonne stabilité, le crochet 33 possédant deux étriers latéraux (330a et 330b) comportant 35 des orifices (331a et 331b) qui permettent un emboîtement quasi parfait avec le sacrum et une fixation solide par des moyens d'ancrages connus. 40