Brevet FR3038831A1 — publié le 20170120

La présente invention concerne des cages intervertébrales pour arthrodèse, encore appelées « cages intersomatiques ». L'arthrodèse est une opération chirurgicale qui consiste à fixer deux os initialement mobiles entre eux. Elle est pratiquée pour corriger une lésion dans une zone osseuse et faire disparaître les douleurs liées aux mouvements de cette lésion ; elle est irréversible. Elle est également nommée « fusion ». Chez l'homme, la dégénérescence du disque intervertébral tend à réduire l'espace intradiscal et à rétrécir les foramens par lesquels les racines nerveuses sortent du canal rachidien. Cette dégénérescence fait partie des pathologies du rachis. Pour rappel, les disques intervertébraux se trouvent dans la colonne vertébrale entre deux vertèbres consécutives. Un disque intervertébral comprend un anneau de cartilage muni en son centre d'un noyau gélatineux. Les disques intervertébraux sont élastiques et contribuent ainsi à l'amortissement des chocs subis par une colonne vertébrale. Le traitement chirurgical de la dégénérescence du disque intervertébral peut nécessiter l'arthrodèse (la fusion) d'un ou plusieurs segments vertébraux en recherchant la meilleure position anatomique possible. Cette technique est permet ainsi de bloquer définitivement une ou plusieurs des articulations intervertébrales de la colonne. Afin de restaurer l'espace normal et l'angle sagittal anatomique du segment (lordose), des cages intervertébrales sont implantées entre les vertèbres. Les cages intervertébrales peuvent être pleines ou creuses. Les cages intervertébrales creuses sont en général conçues comme une boite possédant deux orifices, un sur la face inférieure et un sur la face supérieure ; les faces latérales peuvent aussi être ajourées. Le traitement chirurgical conduit en général à aviver les plateaux vertébraux et à employer un greffon osseux, présent au sein de la cage intervertébrale quand celle-ci est creuse et/ou autour de la cage, afin de favoriser la fusion des vertèbres. On notera que dans la chirurgie du rachis lombaire, ces cages intervertébrales sont souvent installées par voie postérieure et qu'elles ont une forme plutôt allongée pour pouvoir passer entre les racines et le fourreau durai. 3038831 2 Dans ce qui suit, on entend par "hauteur" d'une cage la dimension mesurée dans la direction correspondant à l'épaisseur (ou hauteur) d'un disque intervertébral. De nombreuses études ont visé à favoriser la fusion des vertèbres en 5 cherchant à offrir des moyens permettant d'améliorer la compatibilité et la relation des cages intervertébrales avec le tissu osseux; à titre d'exemple, on peut citer l'utilisation de reliefs et/ou de porosités sur la face inférieure et/ou supérieure qui peuvent être de nature à faciliter la fusion. La compatibilité et la relation des cages intervertébrales avec le tissu 10 osseux étant des paramètres critiques pour la qualité et la pérennité du traitement chirurgical, il existe un besoin toujours présent d'améliorer la relation entre une cage intervertébrale et le tissu osseux. A cette fin, la présente invention propose une cage intervertébrale pour arthrodèse constituée : 15 - d'une face supérieure et une face inférieure comprenant respectivement une zone de contact supérieure et une zone de contact inférieure destinées à contacter respectivement une première vertèbre et une deuxième vertèbre consécutive à la première vertèbre, chacune de ces faces comprenant un orifice ; 20 - d'une partie reliant en continuité de matière la face supérieure et la face inférieure et configurée pour former une cavité destinée à recevoir un greffon osseux, où ladite cavité débouche sur les orifices de chacune des faces supérieure et inférieure ; où au moins une partie de la zone de contact supérieure et/ou inférieure est 25 constituée d'un matériau de titane poreux d'une épaisseur d'au moins 1 mm et d'une porosité comprise entre 50 % et 90 %, où le diamètre des pores est compris entre 200 um et 1 mm et où les pores sont répartis de manière apériodique. 30 On entend par « répartition des pores de manière apériodique » une répartition des pores selon une structure apériodique, c'est-à-dire selon une structure qui n'est pas construite sur la base d'un motif répété spatialement; on 303 8 8 3 1 3 peut également qualifier une telle répartition d' « aléatoire » ou de « stochastique ». Grace à la présente invention, les inventeurs ont pu montrer qu'il est 5 possible d'améliorer la compatibilité et la relation des cages intervertébrales avec le tissu osseux. On obtient ainsi des fusions stables et pérennes. On constate une bonne colonisation d'une telle cage intervertébrale par le tissu osseux, avec notamment une pénétration efficace de tissus osseux dans la partie de la zone de contact supérieure et/ou inférieure constituée d'un tel 10 matériau de titane poreux. La relation entre une cage intervertébrale et le tissu osseux est ainsi avantageusement améliorée. La présente invention vise également une cage intervertébrale pour arthrodèse comprenant les caractéristiques énoncées dans les modes de 15 réalisations suivants, qui peuvent se combiner selon toutes les configurations techniquement envisageables : - le matériau de titane poreux est constitué d'au moins 95 % en poids de titane métallique, par exemple d'au moins 99 % en poids de titane métallique ; 20 - la porosité du matériau de titane poreux est comprise entre 60 % et 80 °/0 ; - le diamètre des pores du matériau de titane poreux est compris entre 500 pm et 900 pm, par exemple entre 700 pm et 800 pm ; - la partie de la zone de contact supérieure et/ou inférieure constituée 25 d'un matériau de titane poreux occupe une surface supérieure ou égale à 30 % de la surface de la zone de contact respectivement supérieure et/ou inférieure ; - le matériau de titane poreux est constitué d'une pluralité de filaments en matériau de titane dense, entrecroisés et en partie jointifs, où les 30 pores sont formés par l'espace compris entre ces filaments et où les filaments sont de section sensiblement circulaire d'un diamètre compris entre 50 et 500 pm, par exemple compris entre 100 et 300 pm ; 303 8 83 1 4 - la partie reliant en continuité de matière la face supérieure et la face inférieure comprend une ouverture adaptée à recevoir un dispositif de préhension de ladite cage intervertébrale ; - la cage intervertébrale est allongée, la longueur de la face supérieure 5 et de la face inférieure est égale ou supérieure au double de leur largeur, par exemple la longueur est comprise entre 15 mm et 40 mm et la largeur est comprise entre 5 mm et 15 mm ; - l'orifice de la face supérieure et celui de la face inférieure sont allongés et la longueur de chacun des orifices est égale ou supérieure au 10 double de leur largeur, par exemple la longueur est comprise entre 10 mm et 20 mm et la largeur est comprise entre 3 mm et 8 mm ; - le matériau de titane poreux, d'une porosité comprise entre 50 % et 90 %, où le diamètre des pores est compris entre 200 pm et 1 mm et où les pores sont répartis de manière apériodique, est produit par 15 fabrication additive (aussi appelé impression en trois dimensions) ; - la cage intervertébrale est constituée d'un matériau de titane de composition chimique sensiblement constante et la densité du matériau de titane diffère entre au moins deux parties de la cage; selon un autre mode de réalisation, la cage intervertébrale est constituée d'un ou 20 plusieurs matériau(x) biocompatible(s) et du matériau de titane poreux, et la composition chimique du (ou desdits) matériau(x) biocompatible(s) diffère de celle du matériau de titane poreux. D'autres particularités et avantages de la présente invention ressortiront 25 dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, illustrés par les figures annexées, où : Les figures 1 et 2 représentent des schémas de deux modes de réalisation de cages intervertébrales pour arthrodèse. La figure 3 montre une image d'un exemple de matériau de titane poreux 30 constituant au moins une partie de la zone de contact supérieure et/ou inférieure d'une cage intervertébrale pour arthrodèse selon la présente invention. 3038831 5 Les cages intervertébrales pour arthrodèse représentées sur les figures 1 et 2, respectivement notées 1 et 2, comprennent une face supérieure 10 et une face inférieure 20 ; chacune de ces faces comprend une zone de contact, respectivement supérieure 11 et inférieure (non représentée), destinée à 5 contacter respectivement une première vertèbre et une deuxième vertèbre consécutive à la première vertèbre ; chacune de ces faces comprend également un orifice 15 ; dans les cages représentées, la face supérieure 10 est la symétrie miroir de la face inférieure 20. Les deux faces, supérieure et inférieure, sont en regard l'une de l'autre et sont en général légèrement 10 inclinées l'une par rapport à l'autre, d'un angle par exemple compris entre 0° et 20° ; cet angle correspond à la lordose entre les deux vertèbres consécutives. Ces deux faces sont reliées en continuité de matière par une partie 30. Cette partie 30 comprend notamment une paroi qui est en général sensiblement perpendiculaire aux faces supérieure et inférieure. Cette paroi peut faire le tour 15 du pourtour des faces supérieure et inférieure comme représenté en figure 1 ou seulement d'une partie du pourtour des faces supérieure et inférieure comme représenté en figure 2. Cette partie 30 assure la rigidité mécanique de la cage intervertébrale et est configurée pour permettre de résister aux efforts appliqués entre deux vertèbres consécutives. La partie 30 est configurée pour former une 20 cavité 35 destinée à recevoir un greffon osseux. Ladite cavité 35 débouche sur les orifices de chacune des faces supérieure et inférieure. De telles cages intervertébrales sont dites « monoblocs » et la face supérieure 10 n'est pas mobile par rapport à la face inférieure 20. Les cages intervertébrales pour arthrodèse des figures 1 et 2 sont 25 allongées et la longueur L de la face supérieure (dans ce cas similaire à celle de la face inférieure) est égale ou supérieure au double de leur largeur I ; à titre d'exemple cette longueur est comprise entre 15 mm et 40 mm et cette largeur est comprise entre 5 mm et 15 mm. La partie 30 reliant en continuité de matière les deux faces supérieure et 30 inférieure comprend deux faces longitudinales 31 disposées selon un axe correspondant à la longueur et deux faces latérales 32 (pour la figure 1) ou 34 (pour la figure 2) disposées selon un axe correspondant à la largeur. Dans les exemples représentés, les faces longitudinales 31 comprennent des zones 33 3038831 6 amincies, par exemple formées par une structure en résille. Ces zones peuvent être partiellement ou totalement dépourvues de matière. Les cages intervertébrales pour arthrodèse des figures 1 et 2 ont un orifice sur la face supérieure (similaire à celui de la face inférieure) allongé et la 5 longueur de l'orifice est égale ou supérieure au double de sa largeur ; par exemple cette longueur est comprise entre 10 mm et 25 mm et cette largeur est comprise entre 3 mm et 8 mm. La cage intervertébrale pour arthrodèse 1 de la figure 1 est sensiblement parallélépipédique et comprend deux faces longitudinales parallèles et deux 10 faces latérales parallèles. Ces faces longitudinales et latérales sont perpendiculaires entre elles et en général légèrement inclinées par rapport à la normale de la face supérieure et/ou par rapport à la normale de la face inférieure de ladite cage. Une face latérale comprend par ailleurs une cavité 36; cette cavité est destinée à recevoir une extrémité d'une pièce faisant partie d'un 15 dispositif de préhension de la cage intervertébrale ; un tel dispositif de préhension est de nature à permettre au chirurgien de manipuler puis de disposer la cage intervertébrale entre deux vertèbres. Dans le cas du présent exemple, la cavité disposée sur une des faces latérales est filetée et permet à la pièce faisant partie d'un dispositif de préhension de s'y fixer, cette pièce est 20 du type d'une vis. La cage intervertébrale pour arthrodèse 2 de la figure 2 est de forme en « croissant » et comprend deux faces longitudinales incurvées, parallèles l'une à l'autre. Les deux faces latérales sont sensiblement de forme demi-cylindrique, chacune en symétrie miroir de l'autre, et rejoignent en les tangeantant les faces 25 longitudinales incurvées. Ces faces longitudinales et latérales sont en général légèrement inclinées par rapport à la normale de la face supérieure et/ou par rapport à la normale de la face inférieure de ladite cage. Une face latérale comprend par ailleurs une zone 37 qui est destinée à coopérer avec une extrémité d'une pièce faisant partie d'un dispositif de préhension de la cage 30 intervertébrale. Dans le cas du présent exemple, ladite zone disposée sur une des faces latérales comprend une partie cylindrique située entre la face supérieure et la face inférieure de la cage et en retrait des pourtours de ces 303 8 8 3 1 7 faces. Cette partie cylindrique permet de manipuler la cage grâce à un dispositif de préhension comprenant une partie du type d'une pince. Dans les présents exemples selon l'invention, les zones de contact, supérieure et inférieure, des faces respectivement supérieure et inférieure des 5 cages intervertébrales représentées sur les figures 1 et 2 sont constituées d'un matériau de titane poreux d'une épaisseur d'au moins 1 mm et d'une porosité comprise entre 50 % et 90 %, où le diamètre des pores, DP, est compris entre 200 pm et 1 mm et où les pores sont répartis de manière apériodique. 10 La figure 3 montre une image d'un exemple d'un tel matériau de titane poreux. Cette image a été prise grâce à un microscope électronique à balayage dont la tension du faisceau d'électrons est réglée à 15 kV. L'image est un carré dont la dimension d'un côté correspond à une dimension de 3,6 mm. On voit distinctement apparaitre un matériau continu constitué d'une pluralité de 15 filaments 100 se rejoignant par endroits et séparés par du vide en autres endroits. Le matériau est donc de type « ramifié » selon une structure tridimensionnelle. Les filaments, entrecroisés et en partie jointifs, sont en matériau de titane dense. L'espace compris entre ces filaments forme une pluralité de pores. Dans l'exemple représenté, les filaments sont de section 20 sensiblement circulaire d'un diamètre, DF, sensiblement égal à 200 pm et les pores ont un diamètre, DP, sensiblement compris entre 500 pm et 700 pm. Les pores sont répartis de manière apériodique. Selon un mode de réalisation, le matériau de titane poreux est constitué 25 de titane non allié (contenant au moins 99% de titane en poids) ; selon un autre mode de réalisation, le matériau de titane poreux est constitué de titane allié, par exemple d'un alliage comprenant de l'aluminium et du vanadium, connu sous la nomenclature Ti6AI4V ou TA6V. De tels matériaux sont biocompatibles. 30 Selon un mode de réalisation, l'ensemble de la cage intervertébrale est composé d'un unique matériau de titane et seule la densité de ce matériau varie en fonction des parties de la cage intervertébrale; selon un autre mode de réalisation, la cage intervertébrale est constituée d'un ou plusieurs matériau(x) 3038831 8 biocompatible(s) et du matériau de titane poreux et la composition chimique du (ou desdits) matériau(x) biocompatible(s) diffère de celle du matériau de titane poreux. A titre d'exemple, le matériau biocompatible, différent du matériau de titane poreux, est un polymère, par exemple connu sous la dénomination de 5 PEEK. Dans un tel exemple, il est possible de réaliser l'essentiel de la cage intervertébrale dans ledit matériau biocompatible et d'adjoindre sur une face supérieure et/ou une face inférieure de la cage intervertébrale au moins une partie de la zone de contact constituée d'un matériau de titane poreux. Une telle adjonction peut être réalisée par toute technique connue d'un homme du métier 10 susceptible de permettre de « rapporter » un matériau de titane poreux sur un autre matériau. Selon un mode de réalisation, le matériau de titane poreux est fabriqué par fabrication additive (autrement appelé impression en trois dimensions). On 15 entend par « fabrication additive » des procédés de fabrications d'ajout de matière, la plupart du temps assistés par ordinateur. Elle est définie par l'ASTM comme étant le procédé de mise en forme d'une pièce par ajout de matière, par empilement de couches successives, en opposition aux procédés par retrait de matière, tel que l'usinage. On donne communément le nom d' « impression 20 tridimensionnelle » (impression 3D) à une telle technologie. On cite à titre d'exemple des procédés tels que le frittage par laser, comme notamment le frittage sélectif laser (SLS), le frittage laser direct de métal (DMLS) ou encore le E-Beam (EBM). Des « imprimantes » utilisent un laser qui vient durcir une poudre métallique en certains endroits, pour donner forme à l'objet final. On cite 25 également à titre d'exemple des procédés tels que le frittage par faisceaux d'électrons, connu notamment sous l'appellation « EBM » pour « Electron Beam Melting ». REVENDICATIONS1. Cage intervertébrale (1, 2) pour arthrodèse constituée : - d'une face supérieure (10) et une face inférieure (20) comprenant respectivement une zone de contact supérieure (11) et une zone de contact inférieure destinées à contacter respectivement une première vertèbre et une deuxième vertèbre consécutive à la première vertèbre, chacune de ces faces comprenant un orifice (15) ; - d'une partie (30) reliant en continuité de matière la face supérieure (10) et la face inférieure (20) et configurée pour former une cavité (35) destinée à recevoir un greffon osseux, où ladite cavité débouche sur les orifices de chacune des faces supérieure et inférieure ; caractérisée en ce qu'au moins une partie de la zone de contact supérieure et/ou inférieure est constituée d'un matériau de titane poreux d'une épaisseur d'au moins 1 mm et d'une porosité comprise entre 50 % et 90 %, où le diamètre des pores, DP, est compris entre 200 um et 1 mm et où les pores sont répartis de manière apériodique. 2. Cage intervertébrale selon la revendication précédente caractérisée en ce que le matériau de titane poreux est constitué d'au moins 95 % en poids de titane métallique, par exemple d'au moins 99 % en poids de titane métallique. 3. Cage intervertébrale selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la porosité du matériau de titane poreux est comprise 25 entre 60 % et 80 %. 4. Cage intervertébrale selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le diamètre des pores du matériau de titane poreux est compris entre 500 um et 900 um, par exemple entre 700 um et 800 um. 30 5. Cage intervertébrale selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la partie de la zone de contact supérieure et/ou inférieure constituée d'un matériau de titane poreux occupe une surface 3038831 10 supérieure ou égale à 30 % de la surface de la zone de contact respectivement supérieure et/ou inférieure. 6. Cage intervertébrale selon l'une des revendications précédentes 5 caractérisée en ce que le matériau de titane poreux est constitué d'une pluralité de filaments en matériau de titane dense, entrecroisés et en partie jointifs, où les pores sont formés par l'espace compris entre ces filaments (100) et où les filaments sont de section sensiblement circulaire d'un diamètre, DF, compris entre 50 et 500 um, par exemple compris entre 100 et 300 um. 10 7. Cage intervertébrale selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la partie reliant en continuité de matière la face supérieure et la face inférieure comprend une ouverture (36, 37) adaptée à 15 recevoir un dispositif de préhension de ladite cage intervertébrale. 8. Cage intervertébrale selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la cage intervertébrale est allongée et en ce que la longueur de la face supérieur et de la face inférieur est égale ou supérieure au 20 double de leur largeur, par exemple d'une longueur comprise entre 15 mm et 40 mm et d'une largeur comprise entre 5 mm et 15 mm. 9. Cage intervertébrale selon la revendication précédente caractérisée en ce que l'orifice de la face supérieure et celui de la face inférieure sont allongés et en ce que la longueur de chacun des orifices est égale ou supérieure au double de leur largeur, par exemple d'une longueur comprise entre 10 mm et 25 mm et d'une largeur comprise entre 3 mm et 8 mm. 10. Cage intervertébrale selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le matériau de titane poreux, d'une porosité comprise entre 50 % et 90 %, où le diamètre des pores est compris entre 200 um et 1 mm et où les pores sont répartis de manière apériodique, est produit par fabrication additive. 3038831 11 11. Cage intervertébrale selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la cage intervertébrale est constituée d'un matériau de titane de composition chimique sensiblement constante et que la densité du matériau de titane diffère entre au moins deux parties de la cage. 5 12. Cage intervertébrale selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisée en ce que la cage intervertébrale est constituée d'un ou plusieurs matériau(x) biocompatible(s) et du matériau de titane poreux et où la composition chimique du (ou desdits) matériau(x) biocompatible(s) diffère de celle du matériau de 10 titane poreux. 15