CH618873A5

CH618873A5 -

Info

Publication number: CH618873A5
Application number: CH105978A
Authority: CH
Inventors: Jackson Ewell Upshaw; Charles Edward Meisch
Original assignee: Howmedica
Priority date: 1977-02-02
Filing date: 1978-01-31
Publication date: 1980-08-29
Also published as: DE2802655A1; JPS5741942B2; US4081866A; IE46323B1; JPS5397296A; FR2379278A1; IE780213L; GB1570863A; CA1095654A; DE2802655C2; FR2379278B1

Description

L'invention concerne une prothèse d'articulation du genou permettant de simuler les mouvements normaux des surfaces articulaires du genou naturel, en particulier les mouvements de rotation et de dérotation se produisant pendant la flexion et l'extension. Bien que l'articulation du genou soit généralement considérée comme une articulation à charnière, ce qui implique que ses mouvements soient des mouvements de flexion et d'extension s'effectuant autour d'un axe horizontal, la grande dimension et les formes particulières des surfaces condyliennes d'articulation présentées par le fémur sont telles que le mouvement normal du genou permet également une certaine rotation limitée et que le mouvement de translation de l'articulation du genou s'effectue en fait autour de trois axes dans l'espace.

Des formes diverses et nombreuses d'arthroplastie du genou ont été proposées au cours des dernières années pour tenter d'obtenir l'équivalent de ces formes générales de mouvement et de géométrie articulaire. Il existe généralement deux types principaux de prothèses du genou, à savoir les prothèses à charnière et les prothèses sans charnière. Dans la première forme, on procède à ime résection du genou et on remplace la partie enlevée par un dispositif métallique du type à charnière comportant des tiges distales, épaisses et évasées de fixation qui pénètrent profondément dans les canaux médullaires du fémur et du tibia. De tels dispositifs ont été décrits antérieurement par Shiers, Young et Walldius. Bien que ces dispositifs assurent la stabilité au cours des mouvements de flexion et d'extension du genou, ils ne permettent des mouvements qu'autour d'un seul axe et n'autorisent pas de rotations d'abduction et d'adduction lors de la flexion et de l'extension. L'amplitude du mouvement est limitée et rares sont les patients pouvant fléchir le genou au-delà de 90°. De plus, la mise en place de ces dispositifs demande l'enlèvement d'une quantité importante d'os, avec un raccourcissement du membre dans le cas où, pour telle ou telle raison, la prothèse doit ensuite être retirée pour permettre la réalisation d'une arthrodèse.

Des prothèses plus récentes, de conception différente, tentent de reformer les deux surfaces articulaires du genou de manière à constituer une prothèse du type sans charnière. De tels dispositifs ont été décrits dans l'art antérieur sous la forme de dispositifs à un seul condyle, par exemple, la prothèse polycentrique, ou bien à deux condyles, par exemple la prothèse géométrique. Cependant, chacun de ces dispositifs utilise des surfaces articulaires condyliennes fémorales identiques présentant des sections transversale et longitudinale identiques. Ces caractéristiques articulaires condyliennes sont différentes de celles du genou normal et elles ne permettent pas les mêmes mouvements que ceux réalisés avec un genou normal. Par conséquent, ces dispositifs ne reproduisent que partiellement les mouvements naturels du genou.

Dans d'autres formes de réalisation, un moulage des condyles fémoraux distaux a été réalisé de manière à produire une circumduction dans différents plans. Il est alors nécessaire d'introduire dans le canal médullaire une longue tige et de sectionner les ligaments latéraux et croisés. De tels dispositifs ont été décrits par Ewald, Helfet, Aufranc et Turner. Même en utilisant du métha-

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crylate de méthyle comme ciment de fixation, ces dispositifs présentent des caractéristiques instables, car la complexité des mouvements du genou tend à provoquer des efforts de torsion importants et à entraîner finalement une usure et un affaiblissement du joint.

L'invention concerne une prothèse du genou conçue pour accroître la plage des mouvements anatomiques autour des trois axes spatiaux contrôlant les mouvements du genou normal. La prothèse selon l'invention, est cependant conçue de manière à permettre le maintien des ligaments latéraux et croisés se trouvant à l'intérieur de la capsule fibreuse de l'articulation du genou. L'invention répond à ce but par la création d'une prothèse pouvant supporter une charge et dans laquelle les éléments fémoral et tibial coopèrent pour produire un engagement articulaire mutuel mais limité. L'élément fémoral est du type à deux condyles, présentant une configuration particulière dans laquelle les supports condyliens présentent le même profil en section transversale, mais des profils différents en section longitudinale, de manière à permettre une articulation sur un élément tibial présentant des surfaces convergentes supérieures concaves.

La prothèse d'articulation du genou selon l'invention comprend des éléments fémoral et tibial qui coopèrent. L'élément fémoral comporte des organes de fixation destinés à être implantés dans un fémur du corps humain, et deux supports condyliens espacés, reliés par un segment intercondylien. Les supports condyliens comprennent un organe médian et un organe latéral. L'axe longitudinal de l'organe médian est disposé sous un angle de 3 à 7°, convergeant antérieurement, par rapport à l'axe longitudinal de l'élément fémoral.

Chacun des supports condyliens présente une surface articulaire convexe, orientée vers le bas et présentant des côtés intérieur et extérieur dont le profil en section transversale est défini par un arc de cercle s'élevant vers le côté intérieur de la surface articulaire, et dont le profil en section longitudinale est défini par une courbe condylienne ayant au moins trois rayons de courbure. Chaque courbe comprend une section centrale et deux sections terminales, et le rayon de courbure de la section terminale postérieure de chaque courbe est plus petite que le rayon de courbure des sections centrale et terminale antérieures de ladite courbe. La courbe condylienne de l'organe latéral a au moins un rayon de courbure de la section centrale plus grand que celui du tronçon central de la courbe de l'organe médian.

L'élément tibial comporte des organes de fixation à l'os destinés à être implantés dans le tibia, et deux organes espacés à plateau, reliés par un segment à protubérance intercondylienne. Les organes à plateau présentent des surfaces d'appui médiane et latérale comprenant chacune des côtés intérieur et extérieur. L'axe longitudinal des organes d'appui médian et latéral est disposé de manière à former un angle de 3 à 7°, convergeant antérieurement, avec l'axe longitudinal de l'élément tibial. L'angle de convergence de chacun des organes d'appui est sensiblement égal à l'angle de convergence du support condylien médian. Chacun des organes d'appui présente une surface articulaire concave orientée vers le haut et destinée à coopérer avec la surface articulaire convexe correspondante présentée par le support condylien défini par un arc de cercle dont le rayon est au moins égal au plus grand rayon de courbure du support condylien correspondant.

Les surfaces d'appui des organes à plateau présentent chacune un profil en section transversale défini par une partie de quadrant circulaire reliée par une zone progressive de transition progressive à une partie sensiblement tangente, horizontalement, audit quadrant. La partie de quadrant se courbe vers le haut et vers le côté intérieur de la surface d'appui, de manière à former des parois latérales qui guident le mouvement d'articulation des supports condyliens.

Il est apparu que cette configuration particulière de la prothèse selon l'invention permet d'obtenir des mouvements suffisants de rotation et de dérotation en cours de flexion et d'extension, ces mouvements s'approchant des mouvements anatomiques.

Lorsque la prothèse approche de la limite permise de son mouvement, elle est contrôlée ou maintenue également par des surfaces de guidage s'élevant au-dessus des surfaces d'appui du plateau tibial et constituant une paroi continue de forme circonflexe sur les côtés intérieur et postérieur desdites surfaces d'appui. Une meilleure répartition des charges peut également être obtenue à l'aide de surfaces d'appui concaves aussi larges ou, de préférence, plus larges que les éléments condyliens fémoraux correspondants. Afin d'accroître la stabilité, la prothèse peut présenter également une surface articulaire rotulienne non symétrique qui, avec une base de support intercondylien, relie les supports médian et latéral l'un à l'autre.

L'invention sera décrite plus en détail à l'aide d'un exemple d'exécution représenté au dessin annexé dans lequel:

la fig. 1 est une vue schématique en perspective éclatée d'une prothèse totale du genou selon l'invention telle qu'elle se présente dans le genou humain après sa mise en place;

la fig. 2 est une vue en plan antérieure de la prothèse montrée sur la fig. 1 ;

la fig. 3 est une coupe transversale postérieure de la prothèse montrée sur la fig. 1 ;

la fig. 4 est une élévation supérieure de l'élément fémoral de la prothèse réalisée selon l'invention;

les fig. 5 et 6 sont des vues montrant les profils curvilignes des organes condyliens médian et latéral, respectivement;

la fig. 7 est une vue en plan supérieure de l'élément tibial montré sur la fig. 3 ;

la fig. 8 est une vue en plan inférieure de l'élément tibial montré sur la fig. 7 ;

la fig. 9 est une élévation latérale de l'élément tibial montré sur la fig. 7, et la fig. 10 est une vue partielle en plan postérieure du côté latéral de l'élément fémoral.

Comme représenté en particulier sur la fig. 1, après mise à découvert chirurgicale de l'articulation du genou et préparation et ostéotomie convenables des surfaces du fémur et du tibia, une prothèse totale 10 du genou peut être mise en place dans la jambe gauche comme représenté. Cette prothèse comprend un élément fémoral 12 à deux condyles et un élément tibial 13. Les divers ligaments et tendons reliant les os et réglant et déterminant les mouvements de l'articulation du genou ne sont pas représentés, contrairement au profil général de l'extrémité inférieure du fémur et de l'extrémité supérieure du tibia. Les références numériques 14 et 16 désignent, respectivement, deux supports condyliens fémoraux espacés, à savoir un support condylien latéral représenté en 14 et un support condylien médian représenté en 16. Ces supports condyliens sont reliés par un segment ou une base 18 de support intercondylien et par une plaque 20 présentant une surface articulaire rotulienne non symétrique qui tend à accroître la stabilité et à maintenir l'alignement convenable des condyles, même lorsqu'une dérive se produit dans l'os au bout d'une longue durée d'utilisation. La forme de chacune des surfaces articulaires, en section longitudinale, est définie par une courbe condylienne. Les courbes condyliennes du support condylien latéral 14 et du support condylien médian 16 ne sont pas identiques, comme décrit plus en détail en regard des fig. 5 et 6.

L'élément fémoral comporte également un tenon 22 s'élevant de la surface intérieure 24 du support condylien latéral 14, et un tenon 26 s'élevant de la surface intérieure 28 du support condylien médian 16. Ces tenons sont destinés à la fixation de l'élément fémoral au fémur. Ces organes de fixation sont convenablement logés dans une zone sectionnée du fémur. Afin d'accroître la force de fixation ou d'ancrage de l'élément fémoral sur le fémur, le côté inférieur de la surface articulaire rotulienne 20 présente une face striée 30 donnant à cette surface un aspect gaufré qui, après application de ciment chirurgical, favorise la fixation de l'élément fémoral 12 au fémur et renforce la fixation du ciment. Ce montage

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permet d'utiliser des tenons 22 et 26 de fixation relativement courts par rapport aux tiges ou ailettes classiques de fixation, introduites dans les canaux médullaires et utilisées dans d'autres types de prothèse à deux condyles.

Dans la prothèse réalisée selon l'invention, les courbes condyliennes des supports condyliens fémoraux 14 et 16 ont une forme particulière par le fait que chaque courbe présente différents rayons de courbure. Comme montré sur les fig. 5 et 6, la courbe condylienne de chaque support condylien comporte au moins trois sections. La courbe condylienne du support condylien médian 16 est divisée en une section terminale antérieure 32, une section centrale 34 et une section terminale postérieure 36. De même, la courbe condylienne du support condylien latéral 18 est divisée en une section terminale antérieure 38, une section centrale 40 et une section terminale postérieure 42. Chaque section peut comporter un ou plusieurs rayons, les mêmes rayons étant de préférence utilisés pour les sections terminales 32 et 38 des supports condyliens 14 et 16. De même, les sections terminales 36 et 42 utilisent de préférence les mêmes rayons. Cependant, les rayons de courbure des sections terminales postérieures 36 et 42 des éléments condyliens 14 et 16 sont plus petits que les rayons de courbure des sections centrales et terminales antérieures. Comme montré sur la fig. 6, le rayon de courbure de la section centrale 40 de la courbe condylienne du support condylien latéral 14, c'est-à-dire le rayon de courbure moyen, est plus grand que le rayon de courbure ou rayon moyen de la section centrale 34 de la courbe condylienne de l'élément condylien médian 16. Les différences de dimensions entre les courbes condyliennes latérale et médiane, résultant de l'utilisation d'un rayon de courbure de la courbe condylienne latérale plus grand que le rayon de courbure de la section centrale 34 de la courbe condylienne médiane, comme décrit précédemment, favorise les mouvements souhaités de rotation lors des flexions et extensions.

Bien que les surfaces curvilignes des supports condyliens 14 et 16 aient des sections longitudinales différentes, le profil en section transversale des deux surfaces articulaires peut être le même. Comme montré sur la fig. 10, chaque élément condylien comporte un côté intérieur 44 ou 44' et un côté extérieur 46 ou 46' et le profil en section transversale de chacun des supports condyliens 14 et 16 est défini par un arc de cercle qui est orienté principalement vers le haut et vers l'intérieur, sur le côté intérieur 44 de chaque élément condylien, dans la zone proche des ligaments croisés, sur une certaine partie de ladite section transversale.

Lorsque les supports condyliens 14 et 16 sont reliés antérieurement par un élément 20 présentant une surface d'articulation de la rotule, une encoche intercondylienne intérieure 48 est formée par la jonction des parties qui en section transversale, sont courbées vers le haut des condyles. Cette encoche permet une interaction contrôlée avec une protubérance intercondylienne 19 faisant partie de l'élément tibial 13 pour permettre une articulation convenable tout en empêchant un déplacement antérieur lors du mouvement du genou et tout en réduisant les mouvements de flottement ou de décalage de l'élément fémoral.

La plaque 20 d'articulation de la rotule apporte une certaine stabilité supplémentaire à la prothèse tout en présentant une surface concave 50 d'appui destinée à recevoir la rotule naturelle ou une prothèse de rotule. Dans certaines formes de réalisation, une plaque non symétrique peut être souhaitée.

Il est apparu que le mouvement de rotation contrôlé, souhaité pour simuler le mouvement anatomique de l'articulation naturelle du genou, peut être favorisé par inclinaison de l'un des éléments condyliens. Comme montré sur la fig. 4, l'organe condylien radial 16 est disposé de manière à former un angle d'environ 3 à 7°, convergeant antérieurement, avec l'axe longitudinal A de l'élément fémoral 12, alors que l'organe condylien latéral 14 est de préférence à peu près parallèle à l'axe longitudinal A.

Dans la prothèse décrite, l'élément tibial 13 présente une surface articulaire supérieure de plateau constituée par deux organes concaves 15 et 17 d'appui, comme montré sur les fig. 1 et 7. Comme représenté sur la fig. 9, chacune des surfaces concaves de ces organes d'appui a un profil tel que sa section longitudinale est définie par un arc de cercle dont le rayon est supérieur ou égal au plus grand rayon de courbure du support condylien correspondant.

Les organes 15 et 17 d'appui à plateau sont reliés antérieurement par une protubérance intercondylienne 19 qui s'élève sensiblement au-dessus du plan de circumduction desdits organes 15 et 17. Comme montré sur les fig. 7 et 8, la protubérance intercondylienne 19 ne relie les organes d'appui qu'à la partie antérieure du tibia, de manière à créer dans la zone intercondylienne postérieure une ouverture permettant le maintien des ligaments croisés. Chacun des organes 15 et 17 d'appui est disposé de manière à former un angle de 3 à 7°, convergeant antérieurement, avec l'axe longitudinal B de l'élément tibial 13. L'angle de convergence des organes d'appui médian et latéral est sensiblement égal à l'angle de convergence du support condylien médian 16. Le profil en section transversale des organes 15 et 17 d'appui est défini par une partie de quadrant circulaire 25 se prolongeant progressivement en une partie 27 qui est à peu près horizontale et tangente à ladite partie de quadrant. Le rayon de courbure du quadrant circulaire est sensiblement égal au rayon correspondant présenté par la section transversale des supports condyliens 14 et 16. Le quadrant circulaire est courbé vers le haut à partir de chaque surface d'appui, sur les côtés intérieurs 21 et 21', de manière à former des parois latérales condyliennes et intérieures 29 et 31 de guidage. Ces parois 29 et 31 sont réalisées autour et le long d'une partie de l'extrémité postérieure de chaque surface d'appui. Ces parois se sont révélées particulièrement efficaces, avec l'élément fémoral à profil particulier, pour obtenir le mouvement contrôlé nécessaire dans une prothèse lors de la simulation du mouvement anatomique du genou naturel.

Pour sa mise en place dans le tibia, l'élément tibial 13 comporte une ailette 33 de fixation à l'os, faisant saillie vers le bas, sous la protubérance intercondylienne 19, et destinée à la fixation de l'élément tibial sur la face antérieure du tibia. De plus, l'élément tibial comporte, comme représenté sur les fig. 3 et 8, deux ailettes espacées 37 et 35 de fixation, faisant saillie à la face inférieure des organes d'appui 15 et 17 et destinées à fixer également l'élément tibial, en général sur une région sectionnée du tibia. De même que dans le cas de la surface 20 d'articulation de la rotule, la partie antérieure de la zone inférieure de la surface concave d'appui présente des stries 39 et 39' qui permettent une fixation solide de l'élément tibial 13, à l'aide d'un ciment convenable, sur l'extrémité supérieure du tibia après que ce dernier a été préparé convenablement par voie chirurgicale.

Il est apparu qu'une prothèse selon l'invention permet d'obtenir des mouvements maximaux d'articulation qui se rapprochent étroitement des mouvements anatomiques de l'articulation naturelle du genou, tout en évitant les déboîtements et en présentant une stabilité accrue. Cette prothèse est destinée notamment aux patients présentant une érosion des surfaces articulaires, mais conservant leurs ligaments latéraux et croisés et un fonctionnement relativement bon des muscles et du squelette.

L'élément fémoral 12 doit avoir une surface présentant un frottement minimal et il peut être moulé d'une seule pièce en Vitallium ou en tout autre alliage à base de cobalt et de chrome, ou bien en acier inoxydable, ces matières étant hautement polies afin de présenter une usure minimale. En variante, il peut être réalisé en toute autre matière rigide compatible avec les tissus du corps et présentant une résistance convenable. L'élément tibial 13 peut être fabriqué séparément et peut également être réalisé en métal hautement poli. Il est cependant constitué, de préférence,

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d'une céramique convenable ou d'un polymère organique à haute densité, par exemple du polyéthylène à très haut poids moléculaire.

Bien que la prothèse selon l'invention ait été décrite et repré618 873

sentée dans son application à un genou gauche, il est évident qu'elle convient aussi bien à un genou droit, auquel cas on utilise un élément fémoral correspondant à l'image réfléchie de l'élément fémoral 12 décrit ci-dessus, avec un élément tibial identique 13.

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REVENDICATIONS

1. Prothèse d'articulation du genou comprenant des éléments fémoral et tibial qui coopèrent, caractérisée en ce que l'élément fémoral comporte des organes de fixation à l'os destinés à la mise en place de cet élément dans un fémur du corps humain, et deux supports condyliens espacés, reliés par un segment intercondylien, les supports condyliens comprenant un organe médian et un organe latéral, l'axe longitudinal de l'organe médian étant disposé de manière à former un angle de 3 à 7°, convergeant antérieurement, avec l'axe longitudinal de l'élément fémoral, chacun des supports condyliens présentant une surface articulaire convexe qui est orientée vers le bas et qui comprend des côtés intérieur et extérieur dont le profil en section transversale est défini par un arc de cercle s'élevant vers le côté intérieur de ladite surface, et dont le profil en section longitudinale est défini par une courbe condy-lienne comprenant au moins trois rayons de courbure, chaque courbe comprenant une section centrale et deux sections terminales, le rayon de courbure de la section terminale postérieure de chaque courbe étant plus petit que le rayon de courbure de la section centrale et de la section antérieure de ladite courbe, la courbe condylienne de l'organe latéral ayant au moins un rayon de courbure de la section centrale plus grand que le rayon de courbure de la section centrale de l'organe médian, l'élément tibial comportant des organes de fixation à l'os, destinés à être mis en place dans le tibia, cet élément comportant également deux organes espacés à plateau, reliés par une protubérance intercondy-lienne, lesdits organes à plateau présentant une surface médiane et une surface latérale d'appui ayant chacune des côtés intérieur et extérieur, l'axe longitudinal des organes médian et latéral d'appui étant disposé de manière à former un angle de 3 à 7°, convergeant antérieurement, avec l'axe longitudinal de l'élément tibial, ledit angle de convergence de chacun des organes d'appui étant sensiblement égal à l'angle de convergence du support condylien médian, chacun des organes d'appui présentant une surface articulaire concave orientée vers le haut, destinée à coopérer avec la surface articulaire convexe présentée par le support condylien correspondant, cette surface articulaire concave étant définie par un arc de cercle dont le rayon est au moins égal au plus grand rayon de courbure du support condylien correspondant, chacune desdites surfaces d'appui à plateau ayant un profil en section transversale défini par une partie d'un quadrant circulaire prolongé progressivement par une partie sensiblement horizontale et tangente à ce quadrant, ledit quadrant étant courbé vers le haut et vers le côté intérieur de la surface d'appui, de manière à former une paroi de guidage du mouvement d'articulation des supports condyliens.
2. Prothèse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'axe longitudinal de l'organe condylien latéral est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de l'élément fémoral.
3. Prothèse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les rayons de courbure des quadrants circulaires des surfaces d'appui sont supérieurs aux rayons de courbure correspondants des profils en section transversale des supports condyliens.
4. Prothèse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les supports condyliens sont reliés antérieurement par une plaque d'articulation de la rotule et produisent une circumduction dans un plan.
5. Prothèse selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite plaque n'est pas symétrique et présente une surface concave d'appui destinée à recevoir la rotule.
6. Prothèse selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites parois latérales intérieures ont une forme circonflexe continue de manière à constituer des organes intérieur et postérieur de guidage.
7. Prothèse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les supports condyliens présentent une surface intérieure sur laquelle des organes de fixation orientés vers le haut sont disposés et destinés à se loger dans une région coupée du fémur pour y fixer l'élément fémoral.
8. Prothèse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les organes de fixation du tibia sont des ailettes qui font saillie vers le bas à la surface inférieure de chacun des organes espacés à plateau, ces ailettes étant destinées à se loger dans une région sectionnée du tibia pour y fixer l'élément tibial.
9. Prothèse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les organes condyliens et espacés d'articulation sont réalisés en métal, l'élément tibial étant réalisé en matière plastique.