FR2739550A1

FR2739550A1 - Prothese articulaire digitale a axe flottant

Info

Publication number: FR2739550A1
Application number: FR9511718A
Authority: FR
Inventors: Jacques Gaidry; Michel Hassler; Francois Moutet
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1995-10-05
Filing date: 1995-10-05
Publication date: 1997-04-11
Anticipated expiration: 2015-10-05
Also published as: FR2739550B1; EP0855885A1; WO1997012566A1

Abstract

L'invention concerne une prothèse articulaire digitale comprenant une première pièce (10) pourvue d'une chape femelle (13) articulée sur une deuxième pièce (20) pourvue d'une chape mâle (23) par une broche de liaison (4). Une bague interne (3) et des bagues externes (1, 2) montées sur les chapes assurent des mouvements à frottements réduits avec la broche (4). Des jeux, notamment entre bagues externes (1, 2) et bague interne (3), procurent à la prothèse des possibilités de mouvements conformes à une articulation digitale normale.

Description

PROTHESE ARTICULAIRE DIGITALE
A AXE FLOTTANT
La présente invention se rapporte au domaine des prothèses articulaires digitales utilisées pour remplacer les articulations métacarpo-phalangiennes et inter-phalangiennes.

Les prothèses articulaires digitales ou implants articulaires ont été développées pour tenter de restaurer l'usage des doigts de la main chez des personnes ayant subi un traumatisme ou atteintes de maladies (par exemple l'arthrose post-traumatique, la polyarthrite rhumatolde) conduisant à la détérioration progressive des articulations digitales, voire à leur destruction.

La prothèse idéale devrait permettre de restituer les mouvements caractéristiques des articulations digitales. Le principal mouvement autorisé par les articulations digitales est le mouvement de flexion-extension des doigts.

L'articulation digitale possède deux autres degrés de liberté qui sont utilisés particulièrement pendant le mouvement de flexion-extension du doigt : elle permet un mouvement de rotation partielle de la première phalange sur elle-même et un débattement latéral de part et d'autre de l'axe de la phalange. Selon l'articulation considérée, l'amplitude du mouvement selon les deux degrés de liberté de débattement latéral et de rotation partielle est variable : par exemple l'articulation métacarpo-phalangienne autorise un débattement latéral des doigts d'amplitude variable selon les sujets et selon les doigts, tandis que les articulations inter-phalangiennes donnent un débattement latéral d'amplitude faible dans les articulations proximales et nul ou très faible dans les articulations distales.

La prothèse idéale devrait également être solide et résister à l'usure pour avoir une durée de vie la plus longue possible. Son action ne devrait pas être entravée par la repousse tissulaire. Son implantation devrait conduire à une résection d'os minimale afin d'assurer autant que possible la conservation du patrimoine osseux du patient.

Certaines prothèses de l'art connu permettent de reproduire tous les mouvements physiologiques des articulations digitales. Elles présentent cependant certains inconvénients : manque de solidité, blocage de l'articulation dû à une repousse tissulaire, inflammation permanente due à des phénomènes de rejet.

Les matériaux utilisés pour réaliser ce genre de prothèse ont bien sûr une importance considérable.

Les implants en silicone, qui semblaient très prometteurs, se sont révélés finalement décevants avec le temps. Ils sont la cause de rupture d'implants, d'instabilités latérales, de manque de force, de douleurs résiduelles, de réactions pathologiques de l'organisme à cette matière.

On connaît également d'autres prothèses articulaires digitales réalisées à partir de matériaux de natures différentes. Ainsi, J.L. CONDAMINE,
J.Y. BENOIT, J.J. COMTET, J.H. AUBRIOT, dans un article paru dans les Annales de Chirurgie de la Main, volume 7, nO 4, 1988, pages 283 à 297 et intitulé "Proposition pour une arthroplastie digitale. Etude critique des premiers résultats" ont proposé des prothèses constituées d'une pièce proximale en acier inoxydable et d'une pièce distale en polyéthylène. L'association de matériaux tels que le titane et le polyéthylène a également été proposée (voir par exemple
FR-A-2 620 932).

Pour remédier à certains défauts majeurs parmi ceux énumérés ci-dessus, à savoir le défaut de solidité, une insuffisante résistance à l'usure et une mauvaise compatibilité biologique, qui nécessitent une nouvelle intervention chirurgicale, une nouvelle prothèse a été proposée par le document FR-A-2 680 967.

Cette prothèse comprend deux pièces médullaires de préférence en alliage de titane réunies par un axe en matière biocompatible et à faible coefficient de frottement (par exemple en pyrocarbone) libre en rotation dans un palier réalisé également en cette matière. Cette structure permet d'éviter tout contact ou frottement autre qu'entre des matières à faible coefficient de frottement. L'association d'une matière telle que le pyrocarbone avec un métal tel que le titane permet d'obtenir une prothèse biocompatible, de grande robustesse et de grande fiabilité dans le temps.

La prothèse divulguée par le document
FR-A-2 680 967 n'assure que le mouvement de flexion-extension d'une articulation digitale qui est le principal mouvement de cette articulation. Elle ne permet pas de mouvement de rotation partielle de la première phalange sur elle-même ni son débattement latéral. Cet implant étant contraint, il y a un risque de descellement de l'une des queues diaphysaires de la prothèse, ce descellement pouvant se produire soit entre le ciment et la masse osseuse, soit entre le ciment et la queue de l'implant. En l'absence de butée, il peut se produire, lors d'un mouvement d'extension, un dépassement de l'amplitude normale de ce mouvement que les tendons ne peuvent empêcher.D'autre part, la repousse tissulaire venant adhérer à la surface du caisson (c'est-à-dire la surface des parties non scellées de la prothèse) finit par provoquer le durcissement du mouvement flexion-extension.

Afin d'obtenir une prothèse articulaire digitale qui se rapproche le plus possible d'une articulation digitale réelle, on propose, selon la présente invention, une prothèse utilisant les mêmes types de matériaux que la prothèse divulguée dans le document FR-A-2 680 967, mais modifiée de façon à autoriser les mouvements naturels d'une articulation digitale.

L'invention a donc pour objet une prothèse articulaire digitale comprenant
- une première pièce en métal biocompatible formée d'une queue diaphysaire prolongée par une chape femelle à deux flasques opposés et percés chacun d'un trou d'axe transversal par rapport à l'axe diaphysaire,
- une deuxième pièce en métal biocompatible formée d'une queue diaphysaire prolongée par une chape mâle destinée à être engagée entre les flasques de la chape femelle et percée d'un trou d'axe transversal par rapport à l'axe diaphysaire,
- une broche présentant une surface en matière biocompatible et à faible coefficient de frottement, reliant les deux chapes par passage dans lesdits trous,
- une bague, dite bague interne, présentant une surface en matière biocompatible et à faible coefficient de frottement, montée en force dans le trou de la chape mâle et constituant un moyen intermédiaire pour la broche,
- des éléments présentant une surface en matière biocompatible et à faible coefficient de frottement, prévus autour des trous des flasques, caractérisée en ce que
- lesdits éléments sont deux bagues, dites bagues externes, montées en force dans les trous des flasques et constituant également un moyen intermédiaire pour la broche,
- un jeu est prévu entre les bagues externes et la bague interne,
- la broche est montée en force dans l'un des moyens intermédiaires et avec un jeu radial dans l'autre moyen intermédiaire.

Les espaces (ou jeux) ainsi créés entre les pièces en mouvement permettent de retrouver tous les degrés de liberté naturels. Le jeu radial dont est pourvue la broche assure une fonction d'avancée ou de recul de la queue diaphysaire distale combinée avec un déplacement du centre de rotation de l'articulation vers le haut ou vers le bas pendant un mouvement de flexion-extension. Ce jeu radial, associé au jeu prévu entre bague interne et bagues externes, permet également la fonction de rotation axiale de la queue distale ainsi que la fonction de débattement latéral.

Des chanfreins peuvent être prévus sur des faces des moyens intermédiaires situées en vis-à-vis pour constituer des surfaces de frottement. Ceci procure l'avantage de diminuer les pressions entre la bague interne et les bagues externes dans une position où le débattement latéral est associé à un mouvement de flexion-extension.

Selon une variante de réalisation préférée de la présente invention, la broche est montée en force dans les bagues externes et avec un jeu radial dans la bague interne.

Le métal biocompatible est de préférence à base de titane, par exemple un alliage de titane biomédical.

La broche, la bague interne et les bagues externes présentent de préférence des surfaces en pyrocarbone. Le pyrocarbone peut être obtenu à l'état de dépôt sur un substrat compatible (généralement du graphite) par décomposition thermique d'un hydrocarbure gazeux.

Les axes des queues diaphysaires peuvent présenter, lorsqu'ils sont disposés parallèlement entre eux, un décalage d'une distance déterminée afin d'améliorer la ressemblance avec la réalité.

La prothèse selon l'invention peut posséder en outre des moyens formant butée pour limiter l'amplitude du mouvement d'extension. Ces moyens formant butée peuvent être constitués par des faces des chapes prévues pour venir en contact l'une avec l'autre pour une amplitude maximale déterminée du mouvement d'extension.

Chaque queue diaphysaire peut posséder au moins un méplat longitudinal. Ceci permet de mieux immobiliser en rotation les queues diaphysaires dans les canaux médullaires.

Afin d'éviter que la repousse tissulaire n'adhère au caisson de la prothèse, les pièces en métal peuvent avantageusement présenter, à l'exception des queues diaphysaires, des surfaces de faible rugosité (par exemple des surfaces polies) revêtues d'un dépôt biocompatible, par exemple un dépôt de carbone effectué à basse température.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels
- la figure 1 est une vue partiellement en coupe et de dessus d'une prothèse articulaire digitale selon l'invention,
- la figure 2 est une vue de la prothèse articulaire digitale selon l'invention, selon la coupe
II-II de la figure 3,
- la figure 3 est une vue partiellement en coupe et de côté d'une prothèse articulaire digitale selon l'invention,
- la figure 4 est un diagramme illustrant le trajet du centre de rotation sur l'os proximal pour une articulation naturelle.

Une prothèse articulaire digitale selon l'invention est représentée à la figure 1 en vue de dessus, c'est-à-dire comme si elle était implantée dans une main dont on regarderait le dessus.

La prothèse comprend une première pièce 10 en métal biocompatible comportant une queue diaphysaire 11 pourvue d'une succession de gorges radiales contribuant à assurer un meilleur scellement de la queue dans le canal médullaire de l'os concerné. Deux méplats opposés (seul le méplat 12 est visible sur cette figure) sont usinés sur la queue diaphysaire 11. Côté articulation, la queue est prolongée par une chape femelle 13 à deux flasques opposés 14 et 15 (voir la figure 2) percés de trous alignés 16 et 17 d'axe transversal par rapport à l'axe de la queue diaphysaire 11.

La prothèse comprend une deuxième pièce 20 en métal biocompatible comportant une queue diaphysaire 21 pourvue, comme la queue 11, d'une succession de gorges radiales et de deux méplats opposés (seul le méplat 22 est visible). Côté articulation, la queue est prolongée par une chape mâle 23 percée d'un trou 24 d'axe transversal par rapport à l'axe de la queue diaphysaire 21.

Chaque trou 16 et 17 de la chape femelle 13 reçoit, en ajustement serré, une bague (dite bague externe) 1 et 2 respectivement. Le trou 24 de la chape mâle 23 reçoit, en ajustement serré, une bague 3 dite bague interne. Une broche 4 assure la liaison entre les chapes mâle et femelle. La broche 4 est montée en ajustement serré dans les bagues 1 et 2 et est donc immobilisée en rotation et en translation. Un choix judicieux des cotes permet la répartition convenable du serrage des bagues externes sur la chape femelle et de la broche sur les bagues externes. Ce choix peut être effectué et vérifié sans problème par l'homme du métier.

Les bagues externes 1 et 2, la bague interne 3 et la broche 4 offrent des surfaces biocompatibles et à faible coefficient de frottement. Ces surfaces sont avantageusement en pyrocarbone. Le pyrocarbone peut être obtenu à l'état de dépôt sur un substrat en graphite comme cela est montré sur la figure 2 où la broche 4 présente un dépôt de pyrocarbone 41 sur un substrat cylindrique 42 en graphite.

L'alésage de la bague interne 3 inserrée dans le trou 24 de la chape mâle est d'un diamètre supérieur au diamètre de la broche 4. Le jeu radial ainsi créé peut varier entre 0,5 et 2 mm. Comme cela est visible sur les figures 1 à 3, un jeu latéral est aussi prévu entre la bague interne et les bagues externes. Ce jeu latéral peut être compris entre 0,5 et 2 mm. Grâce au jeu radial et au jeu latéral, la broche 4 peut évoluer avec une certaine liberté angulaire dans l'alésage de la bague interne, sans position préférentielle. Dans le sens longitudinal, on voit qu'il existe un effet de piston possible entre les pièces 10 et 20 de la prothèse grâce au jeu radial existant entre la broche 4 et l'alésage de la bague interne 3. La broche peut être appelée axe flottant dans son logement.

On constate aussi que les bagues externes servent de butées au déplacement latéral de la bague interne. Par rapport à la prothèse articulaire digitale décrite dans le document FR-A-2 680 967, le maintien latéral de la chape mâle s'effectue maintenant par deux éléments (les bagues externes) au lieu de quatre (deux joues de maintien et deux flasques rapportés).

La présente prothèse a comme avantage supplémentaire de requérir moins d'éléments constitutifs.

Tous les mouvements possibles entraînant des frottements sont réalisés entre des éléments présentant des surfaces en pyrocarbone.

Comme cela est visible sur la figure 1, les bagues externes 1 et 2 possèdent des chanfreins sur leurs faces dirigées vers l'intérieur de l'articulation et d'inclinaison telle qu'en positions extrêmes le frottement de la bague interne sur les bagues externes soit surfacique afin de diminuer les pressions. L'angle de chanfreinage peut être choisi dans une gamme allant d'environ 5 à environ 150. Pour se rapprocher du comportement naturel d'une articulation digitale, ce chanfrein peut être réalisé sur seulement un secteur pour limiter la liberté du mouvement latéral en fonction de l'amplitude du mouvement de flexion-extension. La limite supérieure indiquée pour l'angle de chanfreinage peut être augmentée si l'on souhaite augmenter l'amplitude des débattements latéraux et axiaux.

La figure 1 montre la prothèse dans une position de débattement latéral. La figure 2 représente, vue en coupe transversale selon l'axe de la broche, l'articulation en position de rotation autour de l'axe de la queue diaphysaire de la chape mâle. Cette rotation axiale peut être prévue pour se faire selon un angle maximum compris entre environ 5 et 150 de part et d'autre de la position neutre.

La figure 3 montre le caisson de la prothèse en coupe. Elle permet de se rendre compte de l'amplitude du mouvement de piston que peut effectuer la pièce 20, entre une première position esquissée en trait mixte pour laquelle la pièce 20 est arrêtée en position rétractée par un côté de la broche 4 (position non représentée sur la figure), et une seconde position représentée effectivement sur la figure pour laquelle la pièce 20 est arrêtée en position étirée par un côté opposé de la broche 4.

La figure 3 montre qu'il a été prévu une butée pour limiter le mouvement de flexion-extension à une amplitude jugée maximale. Cette butée est constituée par des faces 18 et 28, des chapes respectivement 10 et 20 pour le mouvement d'extension, et par des faces 19 et 29 des mêmes chapes pour le mouvement de flexion. A titre indicatif, on peut ainsi limiter ce mouvement à un angle de - 50 pour l'extension et + 1050 pour la flexion.

Comme le montre la figure 3, l'axe des trous 16 et 17 des flasques de la chape femelle, et par conséquent l'axe de la broche 4, est décalé par rapport à l'axe de la queue diaphysaire 11 d'une distance comprise entre 0,5 et 3 mm. De même, lorsque les queues diaphysaires 11 et 21 ont leurs axes placés parallèlement entre eux, ces axes ne sont pas confondus mais sont décalés d'une hauteur (l'articulation étant vue de côté à la figure 3) comprise entre 0,5 et 3 mm.

Le décalage de l'axe de la broche et le décalage des axes des queues diaphysaires améliorent la ressemblance entre la prothèse articulaire et l'articulation réelle.

La prothèse selon l'invention s'adapte particulièrement bien a toutes les morphologies. En effet, l'étude anatomique du lieu géométrique du déplacement du centre de rotation d'une articulation digitale réelle montre que ce déplacement n'est pas identique d'un individu à un autre. Comme il n'est pas envisageable de réaliser des prothèses personnalisées pour chaque patient, le fait de rendre la broche libre dans la bague interne permet au mouvement de flexion-extension de s'effectuer librement suivant la morphologie propre de chaque individu, donc de ne pas soumettre la prothèse à des contraintes mécaniques supplémentaires. On peut faire varier les limites inférieures et supérieures des valeurs données plus haut pour réaliser par exemple des prothèses évitant volontairement certains mouvements en fonction du type de maladie dont souffre le patient.

A titre d'exemple, le diagramme non chffré de la figure 3 représente le trajet du centre de rotation sur l'os proximal d'une articulation naturelle pour trois individus I1, I2 et I3.

Le caisson est de préférence poli pour lui conférer une faible rugosité et est revêtu d'un dépôt biocompatible, par exemple un dépôt de carbone basse température de type PVD (Physical Vapour Deposition).

Ceci permet d'empêcher l'adhérence sur le caisson de la repousse tissulaire.

La simplification de la méthode d'immobilisation des bagues externes par rapport à la technique connue permet la réalisation d'un caisson moins volumineux et la diminution de la longueur de résection.

Toujours à titre d'exemple, un implant articulaire de petite taille a été réalisé selon l'invention. Les caractéristiques des mouvements résultant des différents jeux ont été les suivantes
- un mouvement de flexion-extension selon un angle de - 50 à + 1050,
- débattement latéral de 5 autour de la position neutre,
- rotation de l'axe diaphysaire de 50 de part et d'autre de la position neutre,
- déplacement longitudinal (de la position rétractée à la position étirée, correspondant au jeu radial) 0,7 mm.

Pour cet implant, la longueur réséquée est de 8 mm.

Claims

REVENDICATIONS

1. Prothèse articulaire digitale comprenant

- une première pièce (10) en métal biocompatible formée d'une queue diaphysaire (11) prolongée par une chape femelle (13) à deux flasques opposés (14, 15) et percés chacun d'un trou (16, 17) d'axe transversal par rapport à l'axe diaphysaire,

- une deuxième pièce (20) en métal biocompatible formée d'une queue diaphysaire (21) prolongée par une chape mâle (23) destinée à être engagée entre les flasques (14, 15) de la chape femelle (13) et percée d'un trou (24) d'axe transversal par rapport à l'axe diaphysaire,

- une broche (4) présentant une surface en matière biocompatible et à faible coefficient de frottement, reliant les deux chapes (13, 23) par passage dans lesdits trous,

- une bague (3), dite bague interne, présentant une surface en matière biocompatible et à faible coefficient de frottement, montée en force dans le trou (24) de la chape mâle (23) et constituant un moyen intermédiaire pour la broche (14),

- des éléments présentant une surface en matière biocompatible et à faible coefficient de frottement, prévus autour des trous (16, 17) des flasques (14, 15), caractérisée en ce que

- lesdits éléments sont deux bagues (1, 2), dites bagues externes, montées en force dans les trous (16, 17) des flasques (14, 15) et constituant également un moyen intermédiaire pour la broche (4),

- un jeu est prévu entre les bagues externes (1, 2) et la bague interne (3),

- la broche (4) est montée en force dans l'un des moyens intermédiaires et avec un jeu radial dans l'autre moyen intermédiaire.

2. Prothèse articulaire digitale selon la revendication 1, caractérisée en ce que des chanfreins sont prévus sur des faces des moyens intermédiaires situées en vis-à-vis pour constituer des surfaces de frottement.

3. Prothèse articulaire digitale selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la broche (4) est montée en force dans les bagues externes (1, 2) et avec un jeu radial dans la bague interne (3).

4. Prothèse articulaire digitale selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'axe de la broche (4) est à une distance déterminée de l'axe de la queue diaphysaire (11) de la première pièce (10).

5. Prothèse articulaire digitale selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le métal biocompatible est à base de titane.

6. Prothèse articulaire digitale selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la broche (4), la bague interne (3) et les bagues externes (1, 2) présentent des surfaces en pyrocarbone.

7. Prothèse articulaire digitale selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les axes des queues diaphysaires (11, 21) présentent, lorsqu'ils sont disposés parallèlement entre eux, un décalage d'une distance déterminée.

8. Prothèse articulaire digitale selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle possède en outre des moyens formant butée pour limiter l'amplitude du mouvement de flexion-extension.

9. Prothèse articulaire digitale selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens formant butée sont constitués par des faces (18, 28; 19, 29) chapes (13, 23) qui sont prévues pour venir en contact l'une de l'autre pour une amplitude maximale déterminée du mouvement de flexion-extension.

10. Prothèse articulaire digitale selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que chaque queue diaphysaire (11, 21) possède au moins un méplat longitudinal (12, 22).

11. Prothèse articulaire digitale selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que lesdites pièces en métal (10, 20) présentent, à l'exception des queues diaphysaires (11, 21), des surfaces de faible rugosité revêtues d'un dépôt biocompatible.

12. Prothèse articulaire digitale selon la revendication 11, caractérisée en ce que les surfaces de faible rugosité sont des surfaces polies.

13. Prothèse articulaire digitale selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisée en ce que le dépôt biocompatible est un dépôt de carbone effectué à basse température.