Brevet FR3004338A1 — publié le 20141017

Amortisseur intervertébral polyaxial stabilisant un ou plusieurs segments vertébraux DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un amortisseur intervertébral polyaxial stabilisant un ou plusieurs segments vertébraux, 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 plus fonctionnels, que ceux existant dans l'art antérieur. ART ANTERIEUR On connaît de nombreux systèmes de fixations vertébrales 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 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 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 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. Quoi qu'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 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. 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 bouchons. Outre le fait 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 position anatomique normale (respect de l'angle de lordose lombaire). Les figures servant à la compréhension de l'invention sont : Figure 1 - planche 1/6, vue en coupe du dispositif correspondant au brevet FR 2771280 (Art antérieur : moyens entièrement mécaniques) Figure 2 - planche 1/6, vue en coupe du dispositif correspondant au brevet n° EP 0669109 (Art antérieur) Figure 3 - planche 2/6, vue en coupe du nouveau dispositif au repos avec ses 15 moyens mis en oeuvre Figure 3d - planche 2/6, vue de détail en coupe du nouveau dispositif au repos avec tous ses moyens mis en oeuvre Figure 4 - planche 2/6, représentation géométrique d'un espace disponible permettant des déformations en limitant les frottements 20 Figure 5 - planche 2/6, vue de détail en coupe du nouveau dispositif sous contrainte avec ses moyens mis en oeuvre Figure 6 - planche 3/6, vue en perspective du nouveau dispositif illustrant sa polyaxialité Figure 7 - planche 3/6, vue en perspective du nouveau dispositif travaillant en 25 mode de flexion et traction-compression Figure 8 - planche 3/6, vue en perspective du nouveau dispositif monté sur des vis pédiculaires Figure 9 - planche 4/6, vue arrière du nouveau dispositif monté sur des vis pédiculaires avec le repère de positionnement 30 Figure 10 - planche 4/6, vue arrière du nouveau dispositif monté sur des vis pédiculaires montrant la limite de position basse en compression Figure 11 - planche 4/6, vue de profil d'une variante du nouveau dispositif montrant les possibilités angulaires de la tige inférieure Figure 12 - planche 5/6, vue en perspective d'une première variante du 35 nouveau dispositif Figure 13 - planche 5/6, vue en perspective d'une deuxième variante du nouveau dispositif Figure 14 - planche 5/6, vue en perspective d'une troisième variante du nouveau dispositif 40 Figure 15 - planche 6/6, vue de la troisième variante de deux dispositifs montés sur le rachis. DESCRIPTION 45 Le dispositif 1 objet de l'invention est une combinaison de moyens rigides et de moyens viscoélastiques permettant au dispositif 1 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 50 efforts de compression et de flexion appliqués sur les vis pédiculaires. Le dispositif 1 comprend (figures 3, 3d et 8) : - Une tige piston mobile 10 comportant une tête de piston 100 à son extrémité, - Un bloc amortisseur viscoélastique 13 comportant une face convexe 130, - un capot de protection 11, - une tige fixe 12 faisant un angle y par rapport à l'axe du capot 11, qui comporte à son extrémité située à l'intérieur du capot, une surface concave 120 en contact avec la face convexe 130 du bloc amortisseur viscoélastique 13, - Un anneau viscoélastique 14 logé à l'intérieur du capot 11 renfermant les 10 moyens viscoélastiques 13 et 14. Le capot 11 comporte dans sa partie supérieure un orifice conique 110 (figure 3d) dont la conicité permet les débattements angulaires de la tige piston mobile 10 et pouvant servir également de butée sans exercer de concentration de contrainte tout 15 en limitant les débattements angulaires de la tige. La face intérieure 111 du capot permet également d'offrir la plus large surface de contact possible à l'anneau viscoélastique 14, qui vient en parfait appui sur cette face du capot 11 en limitant ainsi les contraintes dans l'anneau 14. 20 Le bloc amortisseur viscoélastique 13 du dispositif 1, possède sur sa face convexe 130, un rayon de courbure R2 plus petit que le rayon de courbure R1 de la surface interne concave 120 de la tige fixe 12, ce qui lui permet de se positionner au centre de ladite surface concave 120 et de réduire les surfaces de contact donc les frottements. 25 La différence entre les rayons de courbure R1 et R2 crée un espace disponible Ed en forme de calotte sphérique amincie d'épaisseur nulle au pôle (voir figure 4), situé entre la surface interne concave 120 et le bloc amortisseur viscoélastique 13 ; l'espace Ed étant déterminé de manière à ce que le bloc amortisseur viscoélastique 13 puisse se déformer librement, quelle que soit la 30 contrainte exercée par la tige piston mobile 10. Cet espace Ed est défini de manière à autoriser les déformations du bloc amortisseur en minimisant les frottements sur la surface concave 120 et en limitant les cisaillements ce qui optimise la durée de vie du dispositif 1. 35 Le dispositif 1 est fixé à des vis pédiculaires (figure 8) par les extrémités des tiges 10 et 12. Ces deux tiges forment entre elles un angle y, position neutre du dispositif non contraint. Cet angle y, compris entre 0 et 30° reproduit l'angle de la lordose anatomique du rachis, position de parfait équilibre, autour de laquelle le dispositif 1 va toujours tendre à revenir grâce à une force de rappel élastique 40 exercée par l'anneau et le bloc viscoélastiques 14 et 13, ceci, quelles que soient les sollicitations dynamiques et les déplacements qui sont imposés à la tige 10. Le dispositif 1 comprend la tige fixe 12 qui forme l'angle y par rapport à l'axe vertical central du capot 11 et à la position neutre de cette tige fixe 12. La tige piston 10 est positionnée dans l'axe du capot et se déplace dans les deux sens selon cet 45 axe en comprimant : - le bloc viscoélastique 13 grâce à la face inférieure 102 de la tête de piston 100 lors des mouvements de compression - l'anneau viscoélastique 14 grâce à la face supérieure 101 du piston 100 lors 50 des mouvements de traction et flexion (figure 3d). Le déplacement axial de la tige piston 10 mobile peut être combiné avec des déplacements angulaires S2 de cette même tige grâce au contact entre les deux faces 101 et 102 du piston 100 (figure 3d). La déformation des moyens viscoélastiques 13 et 14 permet un débattement angulaire de la tête de piston 100 autour de sa position neutre en fonction des contraintes appliquées. Sous sollicitations mécaniques, les moyens viscoélastiques 13 et 14 sont alors comprimés sur une partie de leur surface et exercent une force de rappel élastique sur la tête de piston 100 tendant à ramener la tige 10 dans l'axe du capot 11. Le piston 100 de la tige 10 possède un congé de raccordement 103 sur sa face inférieure 102 qui évite de créer des amorces de rupture du bloc amortisseur viscoélastique 13 lors d'un débattement angulaire du piston 100 (figure 5). De même, l'anneau viscoélastique 14 dispose d'un congé de raccordement 140 sur sa face 141 pour limiter les risques d'amorce de rupture lors d'une prise d'angle du piston 100. Cet anneau viscoélastique 14 permet également d'exercer une force de rappel élastique sur les débattements angulaires de la tige 10 par la déformation possible de son diamètre interne 142 (figure 5). Les déformations possibles de l'anneau viscoélastique 14 permettent l'amortissement des débattements angulaires 12 de la tige 10. La géométrie de l'orifice conique 110 du capot 11 permet de limiter les débattements de la tige 10 à l'intérieur d'un cône défini par l'angle de polyaxialité S2 de l'ordre de 15°. Quand le dispositif 1 est soumis à des contraintes de compression, la face inférieure 102 du piston 100 va comprimer l'élément viscoélastique 13, les deux faces en contact étant planes, permettent de répartir les contraintes sur la totalité des surfaces en contact. La tige fixe 12 comporte à l'extrémité située à l'intérieur du dispositif 1, la surface concave 120 qui, au repos, épouse par un contact ponctuel, la face convexe 130 du bloc amortisseur viscoélastique 13. Ces faces convexe 130 et concave 120, permettent le centrage de l'élément viscoélastique 13 avec la tige 12 et le capot 11 de manière à ce que le moyen viscoélastique 13 soit parfaitement centré à l'intérieur du capot 11. Cette conception permet à l'élément viscoélastique 13 de se déformer sans aller au contact des parois internes du capot 11 tout en évitant frottements et sur contraintes très préjudiciables à la longévité du moyen viscoélastique 13. D'autre part, ce centrage par la concavité 120 et la convexité 130 de la tige fixe 12 et de l'élément viscoélastique 13 limite le déplacement radial de l'élément viscoélastique 13 qui pourrait être provoqué par un mouvement en flexion de la tige piston 10, le piston 100 exerçant une pression oblique sur le moyen viscoélastique 13 (figure 5). La tige piston mobile 10 comporte un repère r (figures 9 et 10) destiné à une parfaite mise en place du dispositif 1. Ce repère r est visé par l'opérateur lors de la mise en place de la tige piston 10 et doit être aligné avec la face inférieure des têtes de vis pédiculaires V. Cet alignement permet de conserver une distance e (de quelques mm) entre la face supérieure du capot 11 et la face inférieure des têtes de vis pédiculaires V, ceci afin de limiter dans l'élément viscoélastique 13, les contraintes et déplacements induits au delà de cette limite. Dans les cas de sollicitations dynamiques trop élevées, la face inférieure de la vis pédiculaire V viendrait en butée sur la face supérieure du capot 11 pour limiter les efforts appliqués sur les moyens viscoélastiques du dispositif 1. Ceci sécurise la tenue mécanique en fatigue du dispositif 1, quels que soient les efforts appliqués.. Le dispositif 1 peut se combiner avec un ou plusieurs autres dispositifs 1 identiques, formant un dispositif 2 (figures 12 ,13 et 14), pour se fixer sur plusieurs étages vertébraux successifs. Le dispositif 2 permet de restaurer la mobilité, la souplesse et l'amortissement sur plusieurs niveaux successifs de la colonne thoraco- lombaire. Le dispositif 1 peut se combiner avec une tige rigide sécable T à la longueur désirée pour rigidifier un ou plusieurs étages vertébraux et préserver la mobilité, la souplesse et l'amortissement d'un ou de plusieurs niveaux supérieurs. La tige fixe rigide sécable T présente l'angle y compris entre 0 et 30° (figure 11) afin d'adapter parfaitement la combinaison de dispositifs à la courbure anatomique du rachis. Cette combinaison de moyens peut former le dispositif 3 ou le dispositif 4 (figures 13 et 14). Les éléments rigides métalliques du dispositif 1 peuvent être avantageusement fabriqués en alliage de chrome-cobalt-molybdène de type CoCr28Mo6 implantable à long terme dans le corps humain, par exemple, afin d'accroître la résistance du dispositif, surtout pour des montages fixés sur un nombre important de vertèbres nécessitant l'utilisation de dispositifs 3 ou 4. 30 35 40 45 50 REVENDICATIONS1- Amortisseur intervertébral polyaxial (1) comprenant des moyens rigides et viscoélastiques qui sont : - une tige piston mobile (10) comportant une tête de piston (100) à son extrémité, - un bloc amortisseur viscoélastique (13) comportant une face convexe (130), - un capot de protection (11), - une tige fixe (12) faisant un angle (y) par rapport à l'axe du capot (11), qui comporte à son extrémité située à l'intérieur du capot, une surface concave (120) en contact 10 avec la face convexe (130) du bloc amortisseur viscoélastique (13), - un anneau viscoélastique (14) logé à l'intérieur du capot (11) caractérisé en ce que le bloc amortisseur viscoélastique (13) du dispositif (1), possède sur sa face convexe (130) un rayon de courbure (R2) plus petit que le rayon de courbure (R1) de la surface interne concave (120) de la tige fixe (12), ce qui lui permet de se positionner 15 au centre de ladite surface concave (120) en réduisant les surfaces de contact donc les frottements. 2- Amortisseur intervertébral polyaxial (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que la différence entre les rayons de courbure (R1) et (R2) crée un espace 20 disponible (Ed) en forme de calotte sphérique amincie d'épaisseur nulle au pôle et situé entre la surface interne concave (120) et le bloc amortisseur viscoélastique (13), l'espace (Ed) permettant au bloc amortisseur viscoélastique (13) de se déformer librement, quelle que soit la contrainte exercée par la tige piston mobile (10), ceci en autorisant les déformations du bloc amortisseur (13), en minimisant les 25 frottements sur la surface concave (120) et en limitant les cisaillements du bloc amortisseur (13), ce qui permet d'optimiser la durée de vie du dispositif (1). 3- Amortisseur intervertébral polyaxial (1) selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le piston (100) possède une face inférieure 102 qui permet de 30 comprimer l'élément viscoélastique (13) quand le dispositif (1) est soumis à des contraintes de compression, les deux faces en contact étant planes afin de répartir les contraintes sur la totalité des surfaces en contact. 4- Amortisseur intervertébral polyaxial (1) selon la revendication 1 caractérisé 35 en ce qu'en cas de sollicitations dynamiques trop élevées, la face inférieure de la vis pédiculaire (V) fixée sur la tige piston mobile 10 vient en butée sur la face supérieure du capot (11) ce qui limite les efforts appliqués sur le moyen viscoélastique (13) du dispositif (1), en sécurisant la tenue mécanique quels que soient les efforts 40 appliqués. 5- Amortisseur intervertébral polyaxial (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif (1) peut se combiner avec un ou plusieurs autres dispositifs identiques, pour former un dispositif (2) qui vient se fixer sur plusieurs étages vertébraux successifs, ce qui permet de restaurer la mobilité, la souplesse et 45 l'amortissement sur plusieurs niveaux successifs de la colonne thoraco-lombaire. 6- Amortisseurs intervertébraux polyaxiaux (3) et (4) selon les revendications 1 et 5 caractérisés en ce que les dispositifs (3) et (4) comportent une tige fixe rigide sécable (T) à la longueur désirée faisant un angle (y) avec l'axe vertical central du 50 capot 11 compris entre 0 et 30° et adaptable au nombre d'étages vertébraux à rigidifier, ce qui permet d'adapter les dispositifs (3) et (4) à la courbure anatomique du rachis.