CH629097A5 - Prosthesis joint - Google Patents

Description

La présente invention concerne les prothèses et constitue un développement de l'invention décrite dans le brevet CH N° 597847. The present invention relates to prostheses and constitutes a development of the invention described in patent CH No. 597847.

Le brevet précité concerne une articulation du genou pour endoprothèse et propose un dispositif constitué d'un élément condy-lien fémoral ayant une surface portante relativement convexe, un élément condylien tibial ayant une surface portante relativement plane, et un élément méniscal ayant deux surfaces portantes opposées dont l'une est relativement concave et l'autre relativement plane pour coopérer respectivement avec les surfaces portantes fémorale et tibiale. L'élément méniscal simule la fonction naturelle du ménisque dans les différents modes de rotation des deux autres éléments, tout en maintenant une distribution relativement uniforme de la charge sans perturber sensiblement les fonctions naturelles des muscles et des ligaments. The aforementioned patent relates to a knee joint for a stent and proposes a device consisting of a femoral condy-link element having a relatively convex bearing surface, a tibial condylar element having a relatively planar bearing surface, and a meniscal element having two opposite bearing surfaces. one of which is relatively concave and the other relatively planar for cooperating respectively with the femoral and tibial bearing surfaces. The meniscal element simulates the natural function of the meniscus in the different modes of rotation of the other two elements, while maintaining a relatively uniform distribution of the load without significantly disturbing the natural functions of the muscles and ligaments.

Une étude plus approfondie de la cinématique d'une telle articulation a montré, ce qui n'est pas évident, qu'on pouvait avantageusement appliquer le même principe à d'autres articulations de prothèse. En conséquence, l'invention concerne une articulation de prothèse conforme à la revendication 1. A more in-depth study of the kinematics of such a joint has shown, which is not obvious, that the same principle could advantageously be applied to other prosthetic joints. Consequently, the invention relates to a prosthesis joint according to claim 1.

L'articulation de la présente invention est applicable à une endoprothèse autre que pour le genou, particulièrement pour le remplacement d'une articulation naturelle complexe mettant enjeu deux os qui ont des surfaces portantes respectives dont l'une est convexe et l'autre relativement plane ou concave. C'est le cas pour les articulations de l'épaule, du poignet, de la cheville, des doigts et des orteils. The joint of the present invention is applicable to a stent other than for the knee, particularly for the replacement of a complex natural joint involving two bones which have respective bearing surfaces, one of which is convex and the other relatively flat. or concave. This is the case for the joints of the shoulder, wrist, ankle, fingers and toes.

Ces applications de l'invention sont fondées sur une conception particulière des formes et des fonctions des éléments de base de l'articulation, à savoir des surfaces articulaires et des os adjacents, des ligaments et des tendons par lesquels les muscles agissent sur les os. Selon cette conception, les surfaces articulaires permettent pratiquement tous les mouvements, sauf l'interpénétration mutuelle, et les os adjacents servent principalement à transmettre des efforts de compression. Les autres éléments de l'articulation servent à commander et à limiter les mouvements des surfaces en présence, et également à résister aux efforts de traction et à les transmettre. Ces éléments auxiliaires créent une interdépendance entre les éléments principaux de l'articulation et cette interdépendance est essentielle au bon fonctionnement de l'articulation qui n'offre qu'une faible stabilité intrinsèque avec des surfaces de portée non congruentes, c'est-à-dire de courbures sensiblement différentes. These applications of the invention are based on a particular conception of the forms and functions of the basic elements of the joint, namely the articular surfaces and adjacent bones, ligaments and tendons by which the muscles act on the bones. According to this conception, the articular surfaces allow practically all movements, except mutual interpenetration, and the adjacent bones serve mainly to transmit compressive forces. The other elements of the articulation serve to control and limit the movements of the surfaces present, and also to resist tensile forces and to transmit them. These auxiliary elements create an interdependence between the main elements of the articulation and this interdependence is essential for the proper functioning of the articulation which offers only a low intrinsic stability with non-congruent bearing surfaces, that is to say say of significantly different curvatures.

Cette conception est fondée sur les constatations suivantes: This conception is based on the following observations:

a) Les articulations à surfaces non congruentes concernent au moins un os allongé et ces os se terminent toujours par des parties renflées qui portent les surfaces articulaires. a) The joints with non-congruent surfaces relate to at least one elongated bone and these bones always end in swollen parts which carry the articular surfaces.

b) Les parties renflées sont pour l'essentiel constituées d'os trabéculaire avec une enveloppe relativement mince d'os cortical, la partie allongée de l'os étant une structure tubulaire épaisse d'os cortical. b) The swollen parts are mainly made of trabecular bone with a relatively thin envelope of cortical bone, the elongated part of the bone being a thick tubular structure of cortical bone.

c) A proximité des surfaces articulaires, les trabécules de l'os sont orientés sensiblement perpendiculairement à la surface et cette orientation se poursuit dans la partie allongée de l'os. Une telle structure est parfaitement adaptée à la transmission et à l'absorption d'efforts de compression, à la différence de la partie allongée de l'os qui peut transmettre des efforts de compression, de traction et de cisaillement. c) Near the articular surfaces, the trabeculae of the bone are oriented substantially perpendicular to the surface and this orientation continues in the elongated part of the bone. Such a structure is perfectly suited to the transmission and absorption of compressive forces, unlike the elongated part of the bone which can transmit compressive, tensile and shear forces.

d) Les ligaments qui retiennent l'os allongé de l'articulation s'attachent généralement dans la région où la partie allongée s'épanouit pour former la partie renflée de l'os. d) The ligaments that hold the elongated bone of the joint generally attach to the region where the elongated part opens out to form the bulging part of the bone.

Dans ce contexte, l'articulation selon la présente invention est avantageuse, car elle ne transmet que des efforts de compression et ses premier et second éléments peuvent être substitués aux surfaces articulaires convexes et relativement planes, ce qui assure une compatibilité optimale avec la structure osseuse adjacente. De plus, l'épaisseur du troisième élément peut être choisie de manière à éviter un relâchement excessif des ligaments et des tendons qui risquerait de rendre la prothèse instable. In this context, the joint according to the present invention is advantageous, since it transmits only compressive forces and its first and second elements can be substituted for the convex and relatively flat articular surfaces, which ensures optimal compatibility with the bone structure. adjacent. In addition, the thickness of the third element can be chosen so as to avoid excessive loosening of the ligaments and tendons which would risk making the prosthesis unstable.

Les avantages de l'articulation selon l'invention appliquée à une endoprothèse autre que pour le genou peuvent être obtenus avec des surfaces portantes relativement simples et faciles à fabriquer. Plus précisément, les surfaces coopérantes des premier et troisième éléments peuvent avoir des formes complémentaires à section circulaire dans au moins un plan, et de préférence des formes sphériques épousant celle de l'os naturel adjacent, alors que les surfaces coopérantes des second et troisième éléments peuvent être planes. The advantages of the joint according to the invention applied to a stent other than for the knee can be obtained with bearing surfaces which are relatively simple and easy to manufacture. More precisely, the cooperating surfaces of the first and third elements may have complementary shapes of circular section in at least one plane, and preferably spherical shapes matching that of the adjacent natural bone, while the cooperating surfaces of the second and third elements can be flat.

Une autre application de l'invention concerne les exoprothèses, et particulièrement les membres artificiels. Par rapport aux solutions de l'art antérieur, l'articulation selon l'invention offre une meilleure mobilité, sa construction est nettement plus simple et son entretien est facilité par le fait que le remplacement du troisième élément permet de compenser l'usure des surfaces portantes. Si l'on considère par exemple le cas d'une jambe artificielle, il est fréquent de prévoir une articulation simple à axe fixe au niveau du genou. Dans sa forme la plus élémentaire, cette articulation permet un mouvement de flexion-extension autour d'un axe transversal fixe, mais ne simule que très imparfaitement l'articulation naturelle dont l'axe transversal se déplace d'avant en arrière au fur et à mesure de la flexion du membre. -En pratique, une telle articulation simplifiée manque de stabilité en extension si son axe fixe est situé dans la partie antérieure et rend la flexion difficile si son axe est situé dans la partie postérieure. Pour résoudre ces problèmes, on a proposé des articulations dont l'axe transversal est déplaçable par divers artifices, notamment une espèce de denture engrenant et roulant sur une dent opposée, ou une liaison à quatre barres articulées. Ces complications mécaniques augmentent le coût de l'articulation et rendent son entretien délicat. De plus, une telle articulation ne permet des mouvements de l'axe de rotation que dans le sens antérieur-postérieur. La marche normale implique des mouvements de rotation des os de la jambe principalement au niveau de la hanche, de la cheville et de l'articulation subtalaire, mais aussi au niveau du genou. La plupart des jambes artificielles actuellement disponibles n'ont pas d'articulation au genou ou à la cheville et les rotations correspondantes doivent se produire entre le «pied» de la prothèse et le sol ou entre le moignon de la cuisse et son logement dans la prothèse. Another application of the invention relates to exoprostheses, and in particular artificial limbs. Compared to the solutions of the prior art, the joint according to the invention offers better mobility, its construction is much simpler and its maintenance is facilitated by the fact that the replacement of the third element makes it possible to compensate for the wear of the surfaces. bearing. If we consider for example the case of an artificial leg, it is common to provide a simple articulation with a fixed axis at the knee. In its most basic form, this articulation allows a flexion-extension movement around a fixed transverse axis, but only very imperfectly simulates the natural articulation whose transverse axis moves back and forth as and when measurement of limb flexion. -In practice, such a simplified articulation lacks stability in extension if its fixed axis is located in the front part and makes flexion difficult if its axis is located in the posterior part. To solve these problems, joints have been proposed whose transverse axis is displaceable by various devices, in particular a kind of toothing meshing and rolling on an opposite tooth, or a connection with four articulated bars. These mechanical complications increase the cost of the joint and make it difficult to maintain. In addition, such a joint allows movements of the axis of rotation only in the anterior-posterior direction. Normal walking involves rotational movements of the leg bones mainly at the hip, ankle and subtalar joint, but also at the knee. Most of the artificial legs currently available do not have a knee or ankle joint and the corresponding rotations must occur between the “foot” of the prosthesis and the ground or between the thigh stump and its housing in the prosthesis.

Les articulations des membres artificiels ne comportent ni ligaments, ni tendons et la présente invention dans une de ses formes d'exécution ouvre donc de nouvelles possibilités dans ce domaine en remplaçant les ligaments et les tendons naturels par des éléments de The articulations of the artificial limbs contain neither ligaments nor tendons and the present invention in one of its embodiments therefore opens up new possibilities in this field by replacing the natural ligaments and tendons with elements of

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tension flexibles reliant les premier et second éléments de l'articulation artificielle. flexible tension connecting the first and second elements of the artificial joint.

L'application de l'invention sous la forme d'une exoprothèse est également possible pour assister une articulation naturelle sans la remplacer. Une telle prothèse est couramment appelée orthose. The application of the invention in the form of an exoprosthesis is also possible to assist a natural joint without replacing it. Such a prosthesis is commonly called orthosis.

La description qui suit se réfère à la figure annexée qui représente, à titre d'illustration, une articulation d'exoprothèse constituant par exemple le genou d'une jambe artificielle. The description which follows refers to the appended figure which shows, by way of illustration, an exoprosthesis joint constituting for example the knee of an artificial leg.

L'articulation illustrée comprend un premier élément 10, un second élément 20 et un troisième élément 30. Le premier élément 10 forme une surface cylindrique convexe 11 qui constitue la première surface portante. Le second élément 20 forme une surface plane 21 qui constitue la seconde surface portante. Le troisième élément 30 forme deux surfaces portantes opposées dont l'une, 31, est cylindrique et coopère avec la première surface portante 11, et dont l'autre, 32, est plane et coopère avec la seconde surface portante 21. Les trois éléments sont maintenus assemblés avec leurs surfaces portantes en contact par des éléments flexibles allongés 40 qui sont fixés en tension entre les premier et second éléments 10 et 20. Dans le cas de la figure, les éléments flexibles 40 sont au nombre de quatre et sont disposés en deux paires croisées dans des plans radiaux par rapport à l'axe des surfaces cylindriques 11 et 31. The illustrated joint comprises a first element 10, a second element 20 and a third element 30. The first element 10 forms a convex cylindrical surface 11 which constitutes the first bearing surface. The second element 20 forms a planar surface 21 which constitutes the second bearing surface. The third element 30 forms two opposite bearing surfaces, one of which, 31, is cylindrical and cooperates with the first bearing surface 11, and the other, 32, of which is planar and cooperates with the second bearing surface 21. The three elements are kept assembled with their bearing surfaces in contact by elongated flexible elements 40 which are fixed in tension between the first and second elements 10 and 20. In the case of the figure, the flexible elements 40 are four in number and are arranged in two pairs crossed in radial planes with respect to the axis of the cylindrical surfaces 11 and 31.

Deux autres éléments flexibles allongés 50 relient les premier et second éléments 10 et 20. Les éléments flexibles 50 sont disposés à l'avant et à l'arrière des éléments principaux 10 et 20 dans un plan médian par rapport à ceux des éléments flexibles 40. Two other elongated flexible elements 50 connect the first and second elements 10 and 20. The flexible elements 50 are arranged at the front and at the rear of the main elements 10 and 20 in a median plane relative to those of the flexible elements 40.

Les éléments principaux 10 et 20 se fixent aux parties supérieure et inférieure de la jambe artificielle. A cet effet, chaque élément comporte une tige 60 qui peut être cimentée, vissée ou fixée de toute autre manière à la partie associée du membre artificiel. The main elements 10 and 20 are fixed to the upper and lower parts of the artificial leg. For this purpose, each element comprises a rod 60 which can be cemented, screwed or fixed in any other way to the associated part of the artificial limb.

L'application et le fonctionnement du dispositif illustré, du moins en ce qui concerne les éléments principaux 10,20 et 30, sont conformes à la description du brevet CH N° 597847. Ainsi, ces éléments correspondent respectivement au fémur, au tibia et au ménisque d'un genou dont l'articulation permet des mouvements simples ou combinés de roulement, de glissement et de torsion avec s une répartition uniforme des charges de compression. Les éléments flexibles 40 remplissent la fonction des ligaments et servent à maintenir les éléments principaux en compression. En jouant sur les points de fixation des éléments flexibles, on peut obtenir une position de repos particulière correspondant à l'extension complète de la io jambe artificielle. Les éléments flexibles 50 jouent également le rôle de ligaments limitant l'amplitude des mouvements de flexion et d'extension. A cet égard, on notera que les tiges de fixation 60 ne sont pas nécessairement coaxiales lorsque l'articulation est en configuration d'extension complète de manière à améliorer la compatibilité et la 15 stabilité de la jambe artificielle vis-à-vis de la fonction naturelle associée de la hanche. The application and operation of the illustrated device, at least as regards the main elements 10, 20 and 30, are in accordance with the description of patent CH No. 597847. Thus, these elements correspond respectively to the femur, the tibia and the meniscus of a knee whose joint allows simple or combined movements of rolling, sliding and twisting with s a uniform distribution of compression loads. The flexible elements 40 fulfill the function of the ligaments and serve to maintain the main elements in compression. By playing on the fixing points of the flexible elements, it is possible to obtain a particular rest position corresponding to the complete extension of the artificial leg. The flexible elements 50 also play the role of ligaments limiting the amplitude of the flexion and extension movements. In this regard, it will be noted that the fixing rods 60 are not necessarily coaxial when the joint is in the fully extended configuration so as to improve the compatibility and the stability of the artificial leg with respect to the function. natural hip joint.

Dans le cas d'une endoprothèse autre que pour le genou, les éléments 10 et 20 pourraient être en métal et l'élément 30 pourrait être en matière plastique, ce dernier étant de préférence remplaçable 20 pour compenser l'usure. In the case of a stent other than for the knee, the elements 10 and 20 could be made of metal and the element 30 could be made of plastic, the latter preferably being replaceable 20 to compensate for wear.

Il va de soi que l'articulation illustrée n'est qu'un exemple des nombreuses applications de l'invention. On peut imaginer de nombreuses variantes sur le plan de la disposition, du nombre et des 25 caractéristiques des éléments flexibles simulant les ligaments. De plus, les surfaces articulaires peuvent être sphériques ou autre, It goes without saying that the illustrated joint is only one example of the numerous applications of the invention. Many variations can be imagined in terms of the arrangement, number and characteristics of the flexible elements simulating the ligaments. In addition, the articular surfaces can be spherical or other,

comme dans le cas d'une endoprothèse. Enfin, l'invention est applicable à une exoprothèse passive fonctionnant par gravité ou à une exoprothèse active actionnée par des moyens artificiels 30 quelconques. as in the case of a stent. Finally, the invention is applicable to a passive exoprosthesis operating by gravity or to an active exoprosthesis actuated by any artificial means.

Ces possibilités sont en outre applicables aux orthoses actives fournissant une assistance externe à un membre naturel. These possibilities are also applicable to active orthoses providing external assistance to a natural member.

1 feuille dessins 1 sheet of drawings

Claims (5)

629097629097 1. Articulation de prothèse autre qu'endoprothèse pour le genou, caractérisée en ce qu'elle comprend un premier élément ayant une surface portante convexe, un second élément ayant une surface portante approximativement plane et un troisième élément ayant deux surfaces portantes opposées dont l'une est concave et coopère avec celle du premier éléments et dont l'autre est approximativement plane et coopère avec celle du second élément. 1. A prosthetic joint other than a knee endoprosthesis, characterized in that it comprises a first element having a convex bearing surface, a second element having an approximately planar bearing surface and a third element having two opposite bearing surfaces, the one is concave and cooperates with that of the first element and the other of which is approximately planar and cooperates with that of the second element. 2. Articulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surfaces coopérantes convexe/concave ont des sections circulaires sensiblement complémentaires dans au moins un plan. 2. Joint according to claim 1, characterized in that the cooperating convex / concave surfaces have substantially complementary circular sections in at least one plane. 2 2 REVENDICATIONS 3. Articulation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les surfaces coopérantes convexe/concave sont sphériques. 3. Joint according to claim 2, characterized in that the convex / concave cooperating surfaces are spherical. 4. Articulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les premier et second éléments sont complétés par des tiges pour la fixation dans des os formant une articulation naturelle. 4. Joint according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first and second elements are completed by rods for fixing in bones forming a natural joint. 5. Articulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les premier et second éléments sont conçus pour être fixés à des parties d'un membre artificiel et sont reliés par des éléments flexibles et élastiques jouant le rôle de ligaments. 5. Joint according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first and second elements are designed to be fixed to parts of an artificial member and are connected by flexible and elastic elements acting as ligaments .