FR3093285A1

FR3093285A1 - Gamme de systemes d’implants articulaires a double mobilite

Info

Publication number: FR3093285A1
Application number: FR1902133A
Authority: FR
Inventors: Daniel Noyer; Philippe Bauchu; Alain Cypres; Arnaud Fiquet; Christophe Roy; Olivier Bonnard; Philippe Girardin; Bertrand Seutin; Gualter Vaz; Philip John Roberts
Original assignee: GILES
Current assignee: GILES
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2039-03-01
Also published as: US11951011B2; FR3093285B1; EP3930633A1; US20200276021A1; WO2020178494A1

Abstract

Dans cette gamme de systèmes d’implants articulaires, ledit implant est du type comprenant :– une cupule d’ancrage (1) dans l’un des éléments de l’articulation (2) considérée, définissant une cavité interne lisse de forme sensiblement hémisphérique ;– un insert (3), mobile au sein de la cavité interne de la cupule d’ancrage (1), et dont la surface externe lisse est destinée à coopérer par liaison rotule avec la cavité interne de la cupule d’ancrage (1), et définissant à son tour une cavité interne lisse de forme sensiblement hémisphérique ;– une tête ou bille (4), solidarisée à un second élément de l’articulation, de forme sphérique, destinée à être reçue dans la cavité interne de l’insert mobile (3), et à constituer une seconde liaison rotule. Le rapport du diamètre interne de la cavité interne de la cupule d’ancrage sur le diamètre interne de la cavité interne de l’insert mobile, pour l’ensemble des éléments de la gamme, est constant, quel que soit le diamètre de la bille (4) sélectionnée. Figure pour l’abrégé : Fig 1

Description

GAMME DE SYSTEMES D’IMPLANTS ARTICULAIRES A DOUBLE MOBILITE

Domaine de l’invention

La présente invention concerne le domaine des implants articulaires, notamment à double mobilité, et visant à remplacer les articulations osseuses de géométrie sensiblement hémisphérique du corps humain ou animal.

Elle concerne plus spécifiquement, mais non limitativement l’articulation de la hanche.

Etat antérieur de la technique

Dans le domaine des prothèses totales de hanche, il est connu depuis de nombreuses années le principe dit de la double mobilité, c’est-à-dire de la rotation d’une tête ou bille sphérique, fixée sur une tige prothétique insérée dans le fémur au sein d’un noyau ou insert mobile, capturée par le rétreint dont est pourvu ledit insert mobile, articulation décrite de manière générale comme constituant la petite articulation, l’insert mobile étant le plus souvent réalisé en polyéthylène haute densité. Ledit insert est lui-même mobile également en rotation dans une cupule ou un cotyle ancré dans la cavité acétabulaire du bassin, généralement dénommée grande articulation. Ces deux articulations, grande et petite, sont appelées double mobilité. La petite articulation est mise en œuvre dans les mouvements de faible amplitude et la grande articulation se met en action lorsque le col fémoral de la tige prothétique vient au contact dudit rétreint de l’insert mobile lors des mouvements de grande amplitude. Ce contact est décrit dans la littérature comme étant la troisième articulation, souvent la plus fragile.

Cette double mobilité a permis de diminuer de manière importante les luxations de l’articulation ainsi prothésée. Une telle prothèse a, par exemple, été décrite dans le document FR 2 710 836.

Si, incontestablement, la mise en œuvre de telles prothèses de hanche à double mobilité a, d’une part, réduit le nombre de luxations des articulations ainsi prothésées, et d’autre part, augmenté leur durée de vie, l’expérience montre qu’il demeure cependant un certain nombre de cas pour lesquels ces phénomènes de luxation apparaissent toujours, ou encore que des blocages de l’insert mobile, par de multiples facteurs, au sein de la cupule d’ancrage, résultant de la coopération entre les différentes surfaces de coopération entre les éléments constitutifs de telles prothèses entraînent l’échec prothétique.

Dans la pratique, le chirurgien orthopédique confronté à la nécessité de procéder à la mise en place d’une prothèse totale de hanche, dispose d’une gamme d’implants, typiquement constitués :
– d’une série de cupules d’ancrage, dont le diamètre externe varie de manière discrète et incrémentale, afin de s’adapter aux différentes cavités cotyloïdiennes, dont l’épaisseur standard généralement se situe entre 2 et 4 millimètres ;
– de deux ou trois tailles de bille ou tête articulaires, mais généralement d’un diamètre de 22 et 28 millimètres, destinées, comme déjà dit, à venir se fixer sur la tige prothétique insérée dans le fémur ;
– et enfin d’une série d’inserts mobiles, tenant compte du diamètre externe de la bille et de la variation du diamètre interne de la cavité interne de la cupule d’ancrage.

En d’autres termes, dans une telle gamme, tout d’abord le chirurgien doit choisir l’insert mobile adéquat tenant compte de la cupule d’ancrage choisie, ainsi que du diamètre de la bille choisie. D’un point de vue purement physique, on observe que plus le diamètre des surfaces en contact respectives augmente, et plus le couple de frottement augmente. De ce fait, davantage d’usure est générée au niveau de la grande articulation, c’est-à-dire entre l’insert mobile et la cavité interne de la cupule d’ancrage, qu’au niveau de la petite articulation, c’est-à-dire entre la tête ou bille et la cavité interne de l’insert mobile, sur des amplitudes de mouvements équivalentes. De fait, nonobstant la qualité améliorée des matériaux mis en œuvre, des débris d’usure sont générés, susceptibles d’entraîner des ostéolyses pouvant amener à l’échec prothétique.

Une autre problématique est inhérente à l’épaisseur de l’insert mobile. En effet, si cette épaisseur est trop réduite, la bille ou tête qui le reçoit est susceptible d’engendrer le bris de l’insert en raison des contraintes que ce dernier reçoit, typiquement par fluage par exemple. Corollairement, si l’épaisseur est trop élevée, on est pénalisé au niveau de la grande articulation, c’est-à-dire la coopération entre la surface externe de l’insert et la cavité interne de la cupule d’ancrage. En effet, plus le diamètre externe de l’insert est grand et plus son couple de démarrage, lié au couple de frottement des surfaces mises en jeu et de la masse de cet insert mobile, est élevé, ce qui se traduit par un contact de plus grande énergie au niveau du rétreint de l’insert mobile pouvant être préjudiciable à long terme et souvent observé.

Enfin, il a également été observé des cas de blocage de la grande articulation, notamment par des fibroses ou ostéophytes péri-prothétiques.

L’objet de la présente invention est de proposer une gamme de systèmes d’implants articulaires permettant de surmonter de manière significative ces différents inconvénients.

Exposé sommaire de l’invention

A cet effet, l’invention vise une gamme de systèmes d’implants articulaires, ledit implant étant du type comprenant :
– une cupule d’ancrage dans l’un des éléments de l’articulation considérée, définissant une cavité interne lisse de forme sensiblement hémisphérique ;
– un insert, mobile au sein de la cavité interne de la cupule d’ancrage, et dont la surface externe lisse est destinée à coopérer par liaison rotule avec la cavité interne de la cupule d’ancrage, et définissant à son tour une cavité interne lisse de forme sensiblement hémisphérique ;
– une tête ou bille, solidarisée à un second élément de l’articulation, de forme sphérique, destinée à être reçue dans la cavité interne de l’insert mobile, et à constituer une seconde liaison rotule.

Selon l’invention, le rapport du diamètre interne de la cavité interne de la cupule d’ancrage sur le diamètre interne de la cavité interne de l’insert mobile, pour l’ensemble des éléments de la gamme, est constant.

Dit autrement, le rapport des surfaces de la petite articulation et de la grande articulation est constant pour un diamètre de bille choisi. En effet, diamètres et surfaces respectives sont liés entre eux par les relations classiques et bien connues du calcul d’une sphère, tronquée notamment, s’agissant de l’insert.

D’où il résulte que, quel que soit le paramètre choisi (diamètre ou surface), on conserve le caractère constant des rapports respectifs.

En d’autres termes, le chirurgien praticien détermine, après le fraisage du cotyle du patient, le diamètre externe de la cupule d’ancrage appropriée, afin notamment de conserver le plus de capital osseux possible. Cette cupule d’ancrage déterminée aura une épaisseur telle qu’elle respecte le rapport dimensionnel constant précité, de telle sorte à réduire le couple de frottement de la grande articulation, et corollairement davantage réduire les phénomènes de luxation, outre les phénomènes d’usure susceptibles de conduire, comme indiqué ci-dessus, au blocage de l’articulation et autres risques d’échec prothétique susmentionnés.

Avantageusement, ce rapport est compris entre 1,1 et 3.

Brève description des figures

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

La figure 1 est une représentation schématique illustrant un implant articulaire à double mobilité conforme à l’art antérieur.

La figure 2 est une série de coupes sagittales d’une gamme d’implants articulaires conformes à l’invention, illustrant principalement la variation de l’épaisseur notamment de la cupule externe.

Description détaillée de l’invention

Comme déjà indiqué, la figure 1 représente le schéma de principe d’un implant articulaire à double mobilité conforme à l’état antérieur de la technique.

Fondamentalement, cet implant se compose tout d’abord d’une cupule d’ancrage (1), en forme de calotte, destinée à être fixée au sein d’un premier élément d’une articulation à prothéser (2), et par exemple, la cavité acétabulaire du bassin d’un patient dans le cadre d’une prothèse de hanche.

Cette cupule d’ancrage est réalisée en matériau rigide biocompatible, et par exemple en métal tel que du chrome-cobalt monobloc, ou composite chrome-cobalt adjoint d’une surépaisseur de titane trabéculaire par exemple afin d’alléger celle-ci. Cette cupule d’ancrage définit une cavité interne de forme sensiblement hémisphérique, définissant une première surface interne (S1) d’articulation.

Cette cavité interne de la cupule d’ancrage est destinée à coopérer et recevoir un insert mobile (3), également réalisé en matériau biocompatible, et typiquement en polyéthylène haute densité. Cet insert mobile (3) de forme également sensiblement hémisphérique, est donc destiné à être reçu dans la cavité interne de la cupule d’ancrage (1) pour constituer une première liaison rotule dénommée grande articulation. Le diamètre externe de cet insert mobile (3) est donc, au jeu près, sensiblement égal au diamètre interne de la cavité interne de la cupule d’ancrage (1).

Cet insert mobile (3) comporte également une cavité interne, également de forme sensiblement hémisphérique, et définissant une seconde surface d’articulation (S2), dénommée petite articulation, ladite cavité interne étant destinée à recevoir et coopérer avec une tête ou bille (4) de forme sphérique, solidarisée à un autre élément de l’articulation prothésée, en l’espèce, à une tige fémorale (5), insérée dans la cavité médullaire du fémur de l’articulation considérée.

Classiquement, cette bille (4) est montée sur un cône morse situé à l’extrémité du col (7) de la tige fémorale (5), ce de manière connue. La tige fémorale est typiquement réalisée en un matériau rigide biocompatible comme du titane, du chrome-cobalt, de l’acier inoxydable, etc.

Ce faisant, on crée un double mouvement possible de rotation selon une double liaison rotule, respectivement de l’insert mobile (3) par rapport à la cupule d’ancrage (1), et de la bille (4) par rapport à l’insert mobile (3).

Avantageusement, et pour optimiser le débattement de l’articulation, et corollairement limiter les phénomènes de luxation, la base de l’insert mobile est de forme évasée définissant un rétreint (6), apte à coopérer avec la forme tronconique du col (7) situé à l’extrémité supérieure de la tige (5).

De manière connue, les dimensions de la cupule d’ancrage (1) sont inhérentes, d’une part, à l’articulation considérée, avec pour objectif premier la conservation du capital osseux du patient, et d’autre part, aux contraintes qu’elle est destinée à supporter. De manière classique s’agissant d’un implant pour articulation de la hanche, le diamètre externe des cupules d’ancrage d’une gamme varie typiquement entre 44 et 74 millimètres par incrément de 2 millimètres.

L’épaisseur de la cupule d’ancrage des implants de l’art antérieur est constante dans une gamme standard, et donc suivant la croissance du diamètre extérieur de celle-ci, la surface articulaire (S1), c’est-à-dire de la surface interne de la cavité interne de la cupule d’ancrage, est impactée suivant cette croissance de même que l’épaisseur de l’insert mobile. En raison de l’augmentation de l’épaisseur de l’insert, la surface d’articulation (S1) augmente, et donc corollairement le couple de frottement à ce niveau augmente ; Il s’ensuit que l’usure de la prothèse à ce niveau augmente également pour les mouvements de grande amplitude.

Dans le même esprit, deux tailles de billes articulaires (4) sont classiquement retenues, pour une prothèse de hanche, respectivement un diamètre de 22 et de 28 mm.

Il s’infère que, comme indiqué précédemment, avec les implants de l’art antérieur, afin de tenir compte de la variation du diamètre de la cupule d’ancrage (1), et du diamètre standard de la bille (4), la taille de l’insert mobile va varier, et plus précisément son diamètre externe, en contact avec la surface d’articulation S1, faisant augmenter de facto son épaisseur.

Selon la présente invention, une fois le diamètre externe de la cupule d’ancrage déterminé par le chirurgien, fonction de l’état du cotyle du patient après fraisage et de la conservation maximale recherchée du capital osseux, au sein d’une même gamme de tels implants articulaires, il se déduit naturellement le choix de l’insert, et corollairement celui de la bille. Plus pratiquement, pour des diamètres externes de cupule d’ancrage typiquement compris entre 52 et 74 millimètres, on préférera une bille de 28 millimètres de diamètre dans un souci de limitation du couple de frottement au niveau de la surface (S1). Une fois cette bille sélectionnée, il n’y a plus de choix quant à l’insert, ce dernier étant unique pour une bille de diamètre déterminé. En revanche, et compte tenu de cette unicité, le choix de la cupule d’ancrage en termes d’épaisseur est dicté par le rapport constant recherché de l’invention du diamètre interne de la cavité interne de la cupule d’ancrage, et en l’espèce de la surface de l’articulation (S1), sur le diamètre interne de l’implant mobile, et donc en l’espèce (S2), et typiquement compris entre 1,1 et 3, avantageusement voisin de 1,6.

En revanche, pour des diamètres externes de cupule d’ancrage inférieurs à 52 millimètres, on favorisera une bille de 22 millimètres de diamètre, déterminant alors le choix du second insert dans la gamme d’implants, dont la cavité interne est adaptée à ce diamètre de bille. Là encore, le choix de la cupule d’ancrage en termes d’épaisseur est directement inhérent à cet insert, toujours pour respecter le rapport constant de l’invention.

Dans l’exemple décrit d’implants pour prothèse de hanche, et selon l’invention, la gamme considérée ne comporte que deux billes, respectivement de diamètre 22 ou 28 millimètres, et corollairement deux inserts mobiles, fonction du diamètre de la bille adoptée.

En d’autres termes, tenant compte d’une part, de l’insert mobile sélectionné (dépendant lui-même uniquement du diamètre de la bille choisie), et d’autre part, du diamètre externe de la cupule d’ancrage, déterminé par l’environnement acétabulaire observé par le chirurgien, ce dernier est à même de choisir la cupule d’ancrage la plus adaptée pour le résultat recherché en respectant le rapport conforme à l’invention.

En l’espèce on a représenté sur la figure 2 une série de vues en section sagittale de différents couples cupule/insert mobile conformes à l’invention, dans lesquels on peut observer que pour un insert mobile donné, en l’espèce adapté pour une bille de diamètre 28 millimètres, l’épaisseur de la cupule d’ancrage augmente avec l’augmentation de son diamètre externe, afin de respecter la constance du rapport des diamètres, respectivement interne de la cupule d’ancrage et interne de l’insert. En d’autres termes, si la gamme de billes (4) est composée de 2 tailles, typiquement de diamètre 22 millimètres et de diamètre 28 millimètres pour une hanche, il n’y a pour la gamme d’inserts (3) que deux tailles correspondant respectivement aux tailles des billes (4). Dans les faits, on peut observer au sein de la figure 2, de la gauche vers la droite six cupules d’ancrage dont le diamètre externe varie de 52 à 62 millimètres par incrément discret de 2 millimètres, et corollairement, un seul insert mobile, adapté pour une bille de 28 millimètres.

La situation est rigoureusement analogue pour des cupules d’ancrage, dont le diamètre externe varie de 44 à 50 millimètres, à la différence près que le diamètre de la bille est cette fois de 22 millimètres, et qu’en conséquence, l’insert mis en œuvre est adapté à ce diamètre de la bille.

Avec le respect d’un tel rapport, la présente invention vise à diminuer encore de façon significative les quelques échecs prothétiques des implants à double mobilité de l’art antérieur. En effet la réduction du différentiel de couple de mise en route dans l’articulation entre la petite et la grande articulation entraîne :
– d’une part, le fait que lorsque le col prothétique de la tige vient au contact de l’insert mobile dans les grands débattements, la grande articulation nécessite moins d’énergie à sa mise en action et s’avère donc moins dommageable au rétreint de l’insert mobile qui est le point faible des implants à double mobilité, et
– d’autre part, la surface externe de l’insert mobile est optimisée de sorte que, même dans les cupules d’ancrage de grand diamètre externe, la surface externe dudit insert mobile demeure constante et réduite, limitant ainsi les débris d’usure pouvant entrainer des ostéolyses et donc des échecs prothétiques ; la littérature montre que le nombre de particules émise dans une articulation de la hanche est fonction entre autre de ladite surface externe de l’insert mobile.

Corollairement, en raison de la réduction de ces couples de frottement, les phénomènes d’usure, qui apparaissent inéluctablement nonobstant la mise en œuvre de matériau de dureté élevée, sont également réduits, entraînant ainsi une réduction des débris, et donc optimisant dans le temps la durée de tels implants articulaires.

On conçoit dès lors tout intérêt de la présente invention qui, outre la réduction des phénomènes de luxation d’une part, et de genèse des débris d’autre part, permet sur le plan économique de réduire le nombre d’éléments appartenant à une gamme d’implants articulaires, et sur le plan logistique la réduction des stocks.

En outre, d’un point de vue sécurité pour le patient, la simplification du nombre d’implants articulaires évite nombre d’erreurs opératoires, telles que résultant des erreurs d’étiquetage ou de compatibilité de tailles entre l’insert mobile et la cupule d’ancrage.

Claims

Gamme de systèmes d’implants articulaires, ledit implant étant du type comprenant :
– une cupule d’ancrage (1) dans l’un des éléments de l’articulation (2) considérée, définissant une cavité interne lisse de forme sensiblement hémisphérique ;
– un insert (3), mobile au sein de la cavité interne de la cupule d’ancrage (1), et dont la surface externe lisse est destinée à coopérer par liaison rotule avec la cavité interne de la cupule d’ancrage (1), et définissant à son tour une cavité interne lisse de forme sensiblement hémisphérique ;
– une tête ou bille (4), solidarisée à un second élément de l’articulation, de forme sphérique, destinée à être reçue dans la cavité interne de l’insert mobile (3), et à constituer une seconde liaison rotule,
caractérisée en ce que le rapport du diamètre interne de la cavité interne de la cupule d’ancrage (1) sur le diamètre interne de la cavité interne de l’insert mobile (3), pour l’ensemble des éléments de la gamme, est constant, quel que soit le diamètre de la bille (4) sélectionnée.
Gamme de systèmes d’implants articulaires selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport est compris entre 1,1 et 3, avantageusement voisin de 1,6.
Gamme de système d’implants articulaires selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’épaisseur de l’insert mobile demeure constante pour une taille de bille donnée, quel que soit la cupule d’ancrage mise en œuvre.
Gamme de systèmes d’implants articulaires selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l’insert mobile (3) comporte au niveau de sa base un rétreint (6), destiné à coopérer avec le second élément de l’articulation.