CH618601A5 - - Google Patents

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CH618601A5
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Robert M Pilliar
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Ontario Research Foundation
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Description

La présente invention a pour objets un procédé de fabrication d'ime prothèse chirurgicale et une telle prothèse. Cette prothèse comprend un support plein en métal et une couche poreuse.
Dans le brevet américain N° 3855638 accordé à Ontario Research Foundation, on a décrit des prothèses chirurgicales constituées par un support en métal recouvert d'une couche métallique poreuse dâns laquelle les tissus osseux peuvent pousser, afin de souder la prothèse au corps. La couche de métal poreux est constituée par des particules métalliques reliées les unes aux autres et au substrat, de manière à former des pores interstitiels reliés entre eux et distribués uniformément sur la couche. La couche poreuse obtenue est constituée de particules de formes régulières. La dimension moyenne des pores interstitiels est d'au moins 50 (j., de manière à permettre aux tissus osseux de pouvoir pénétrer pour assurer l'incorporation de la prothèse dans le corps. Le terme métal utilisé ici (et aussi plus loin) concerne aussi bien les métaux purs que les alliages métalliques.
Comme décrit dans le brevet américain ci-dessus, ces objets composites peuvent être obtenus par frittage de particules métalliques ayant la grandeur voulue, de préférence 50 à 200 (i.
Certains métaux purs pouvant être utilisés pour la formation de couches sur les prothèses chirurgicales et les implants sont pyrophoriques lorsqu'ils se présentent sous la forme de particules très fines. Un de ces métaux purs est le titane, qui est un métal très intéressant pour la formation d'une couche poreuse sur une prothèse chirurgicale ou un implant étant donné sa résistance, son inertie chimique et son faible poids.
Le procédé de fabrication selon l'invention consiste en ce qu'on rend rugueuse la surface du support métallique qui doit être recouverte, en ce qu'on forme un recouvrement visqueux autoporteur en plusieurs couches d'au moins un composé thermodécomposable d'au moins un métal pur, les couches étant collées entre elles et au support et ayant ime épaisseur suffisante pour former, dans le produit final, un recouvrement dont l'épaisseur est comprise entre 100 et 1000 jx, les particules en composés de métal ayant une dimension au moins suffisante pour produire des pores interstitiels dans le recouvrement et la surface de celui-ci qui permettent la pénétration de tissus osseux dans le recouvrement, la porosité du recouvrement étant comprise entre 10 et 40%, en ce qu'on sèche la colle pour former une coque sur le support, en ce qu'on chauffe la coque en ime seule étape pour provoquer la décomposition thermique dudit composé et le frittage des particules décomposées thermiquement, afin de lier les particules de métal pur les unes aux autres et au support en leurs points de contact pour établir un recouvrement métallique formé de plusieurs pores interstitiels reliés entre eux et distribués sensiblement uniformément à travers le recouvrement.
La dimension des particules en composés métalliques est choisie de manière que la grandeur des pores interstitiels obtenus soit suffisante pour permettre aux tissus osseux de pousser dans la couche poreuse, de manière que la prothèse ou l'implant se soude dans le corps. La grandeur des pores interstitiels nécessaire pour permettre aux tissus de pénétrer est également suffisante pour la pénétration des tissus fibreux, par exemple, les tissus tendres du corps, les tissus formant les tendons et les ligaments. La prothèse ou l'implant peut ainsi être utilisée pour la fixation de ligaments ou de tendons, si on le désire.
En général, la grandeur des particules est supérieure à 50 (i et inférieure à 200 ji.
Les tissus mous peuvent généralement pousser dans des ouvertures plus petites que les tissus osseux et, par conséquent, dans le cas où il est nécessaire de faire pousser aussi bien des tissus osseux que des tissus mous, les parties de la prothèse ou de l'implant destinées à recevoir des tissus mous peuvent être recouvertes d'une couche poreuse constituée par des particules de plus petites dimensions que celles utilisées pour les couches destinées à recevoir des tissus osseux.
L'examen microscopique de la surface poreuse obtenue par l'invention montre une surface irrégulière présentant des particules de formes irrégulières, comparativement aux surfaces obtenues selon le brevet américain N° 3855638. La surface à particules de formes irrégulières obtenue par notre invention se comporte de façon très semblable à celle obtenue selon le brevet américain N° 3855638 en ce qui concerne l'adhérence entre la couche et le
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support et la pénétration des tissus osseux conduisant à la fixation et à l'incorporation dans le corps.
Bien qu'en général une couche en métal pur poreux soit formée sur un support fabriqué dans le même métal pur, le support peut être un alliage métallique.
La couche est généralement formée uniquement sur les parties de la prothèse ou de l'implant qui sont destinées à être fixées à un os ou à un autre tissu. Dans certaines applications, seule une partie de la prothèse ou de l'implant doit être recouverte d'une couche poreuse, tandis que, dans d'autres applications, toute la prothèse, ou l'implant, doit être recouverte. De plus, certaines parties de la prothèse peuvent être recouvertes d'une couche poreuse dont les pores ont une certaine grandeur, tandis que d'autres parties de la prothèse peuvent être recouvertes d'une couche poreuse dont les pores sont de grandeurs différentes.
Dans une forme d'exécution préférée, une couche poreuse en titane présentant un réseau de pores interconnectés entre eux et distribués sensiblement uniformément à travers la couche, dont la porosité est comprise entre 10 et 40%, est formée sur un support en titane, par décomposition de particules d'hydrure de titane sur le support. Les particules d'hydrure de titane ont une grandeur supérieure à 50 (j. et de préférence de 50 à 200 |i.
Différentes techniques peuvent être utilisées pour obtenir le produit, objet de l'invention. Ces procédés seront décrits en référence à la forme d'exécution préférée qui utilise des particules en hydrure de titane, mais il est clair, pour les hommes du métier, que des procédés équivalents peuvent être utilisés avec des particules constituées par d'autres composés décomposables thermiquement.
La surface extérieure du support en titane ayant la forme de la prothèse ou de l'implant est d'abord rendue rugueuse, afin d'augmenter l'adhérence entre la couche poreuse et.la surface, par exemple en y soufflant un matériau abrasif.
Ensuite, line couche de particules d'hydrure de titane ayant l'épaisseur voulue est formée sur la surface rendue rugueuse. La couche peut être formée en giclant la surface rugueuse avec un liant et en suspendant ensuite l'objet dans un lit fluidisé de particules d'hydrure de titane, dont les grandeurs présentent la distribution voulue, cela pour former une couche par adhérence des particules au liant. L'objet est ensuite retiré du lit fluidisé et le liant est séché.
Selon une variante du procédé, les particules d'hydrure de titane peuvent être mélangées à un liant pour former une boue légèrement visqueuse, qui est appliquée par giclage sur la surface rugueuse, afin de former une couche, la couche étant ensuite séchée.
Un autre procédé de recouvrement comprend la formation d'une boue de particules d'hydrure de titane et d'un liant, dans laquelle l'article est plongé. Après avoir laissé s'écouler le matériau en excès, le corps recouvert peut être séché.
Après formation de la couche séchée sur le support, l'ébauche est chauffée à une température élevée permettant la décomposition thermique de l'hydrure de titane et la formation d'une couche
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poreuse en particules de titane, reliées ensemble en leurs points de contact et au substrat, de manière à former un réseau de pores interconnectés, entre eux et distribués de façon sensiblement uniforme à travers la couche. Généralement, le chauffage est effectué sous vide pour évacuer l'hydrogène formé par la décomposition.
Le chauffage est généralement effectué en deux étapes, soit la décomposition thermique et le frittage. L'ébauche est chauffée à la température de frittage pendant une période suffisante pour permettre à toutes les particules d'hydrure de titane d'être décomposées avant le frittage.
Le dégagement de l'hydrogène commence à environ 500° C et le frittage est généralement effectué à une température comprise entre 1200 et 1300°C. Une fois que la température de frittage a été atteinte, l'ébauche est maintenue à cette température pour terminer l'opération de frittage.
Après la formation de la couche poreuse, celle-ci peut être usinée et affinée, si on le désire, afin d'augmenter ses caractéristiques de surface.
Le produit formé selon le procédé ci-dessus présente une très grande résistance au cisaillement entre les particules, d'une part, et entre le support de la couche, d'autre part, cette résistance dépassant généralement 140 kg/cm2 (2000 <[/), de sorte que le produit obtenu peut être utilisé pour la soudure de tissus osseux.
On va décrire ci-dessous quelques exemples d'exécution.
Des chevilles métalliques de 60 mm de longueur et 6 mm de diamètre ont été rendues rugueuses et un liant a été giclé sur leurs surfaces, après quoi des particules d'hydrure de titane de 50 à 200 n ont été appliquées à la surface en les immergeant dans un lit fluidisé, de manière à former une couche d'environ 100 p. d'épaisseur.
Les chevilles ont été placées dans une enceinte dans laquelle on a maintenu un vide compris entre 10-5 et 10-6 mm de mercure pour enlever l'hydrogène. Les chevilles ont été amenées à environ 1250°C en 3 h et maintenues à cette température pendant trois autres heures.
On a obtenu une couche irrégulière présentant une distribution uniforme de pores à travers la couche. La porosité a été estimée à environ 30%. Les propriétés de ces échantillons ont été comparées avec les propriétés des chevilles recouvertes de façon semblable et obtenues par le procédé selon le brevet américain N° 3855638 à surfaces régulières.
Un trou a été formé à travers l'enveloppe subéreuse du tibia de plusieurs chiens et les chevilles introduites dans les trous. Certains des chiens ont été sacrifiés après un mois, tandis que d'autres l'ont été après trois mois. Une force a été exercée sur les chevilles pour essayer de les pousser hors des trous. Dans certains cas, l'os s'est fracturé avant que les chevilles puissent être poussées dehors. Dans d'autres, une force d'environ 140 kg/cm2 a été nécessaire pour pousser les échantillons hors des trous, ce qui prouvait que le tissu osseux avait poussé dans la surface. Dans ces cas, le tissu osseux ayant pénétré dans la couche s'est rompu en permettant ainsi de pousser la cheville dehors.
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Claims (9)

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1. Procédé de fabrication d'une prothèse chirurgicale composite construite en métal rigide et constituée par un support métallique plein et une couche poreuse en au moins un métal adhérant à la surface de support et s'étendant sur au moins une partie de cette surface, caractérisé en ce qu'on rend rugueuse la surface du support métallique qui doit être recouverte, en ce qu'on forme un recouvrement visqueux autoporteur en plusieurs couches d'au moins un composé thermodécomposable d'au moins un métal pur, les couches étant collées entre elles et au support et ayant une épaisseur suffisante pour former, dans le produit final, un recouvrement dont l'épaisseur est comprise entre 100 et 1000 |i, les particules en composés de métal ayant une dimension au moins suffisante pour produire des pores interstitiels dans le recouvrement et la surface de celui-ci qui permettent la pénétration de tissus osseux dans le recouvrement, la porosité du recouvrement étant comprise entre 10 et 40%, en ce qu'on sèche la colle pour former une coque sur le support, en ce qu'on chauffe la coque en une seule étape pour provoquer la décomposition thermique dudit composé et le frittage des particules décomposées thermiquement afin de lier les particules de métal pur les unes aux autres et au support en leurs points de contact pour établir tin recouvrement métallique formé de plusieurs pores interstitiels reliés entre eux et distribués sensiblement uniformément à travers le recouvrement.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules du composé métallique passent au travers d'un tamis ayant des mailles de 200 |i.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les particules des composés métalliques ont un diamètre de 50 à 200 |x.
4. Procédé selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le composé métallique est constitué par de l'hydrure de titane.
5. Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le composé métallique est constitué par de l'hydrure de titane et en ce que le chauffage en une étape est effectué dans une enceinte sous vide, l'hydrogène dégagé lors de la décomposition thermique étant retiré de la chambre.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le support en métal est en titane ou en alliage de titane.
7. Prothèse chirurgicale composite obtenue selon le procédé de la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un support plein en métal et une couche poreuse constituée par au moins un métal adhérant à la surface du support et s'étendant sur au moins une partie de cette surface, l'épaisseur de cette couche étant comprise entre 100 et 1000 |i et la porosité de la surface étant comprise entre 10 et 40%, la couche poreuse étant constituée par plusieurs pores reliés entre eux et distribués sensiblement uniformément à travers la surface et dont la grandeur est au moins suffisante pour permettre la pénétration des tissus osseux dans la couche.
8. Prothèse chirurgicale selon la revendication 7, caractérisée en ce que le support est en titane ou en alliage de titane.
9. Prothèse chirurgicale selon la revendication 7, caractérisée en ce que la couche poreuse est en titane ou en alliage de titane.
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