FR2886550A1 - Acceleration head for modular hip prosthesis, has tapered cavity covered of layer of ductile and/or malleable biocompatible material which adapts itself to geometry of male frustum of cone of femoral rod - Google Patents

Abstract

The head (1) has a tapered cavity (2) for its fixation on a male frustum of a cone (3) of the neck of a femoral rod (4) for being engaged in a diaphysis channel of a femur. The head is articulated in a cavity (5) with a prosthetic or natural complimentary shape fixed to the acetabulum of a patient. The cavity (2) is covered of a layer of ductile and/or malleable biocompatible material which adapts itself to the geometry of the cone of the rod.

Description

La présente invention a pour objet une tête de reprise en céramique pourThe subject of the present invention is a ceramic recovery head for

prothèse de hanche modulaire. Ce type de prothèse comporte généralement une tête sphérique fixée à une tige fémorale (pièce introduite dans le canal diaphysaire du fémur du patient) et s'articulant dans une forme  modular hip prosthesis. This type of prosthesis generally comprises a spherical head fixed to a femoral stem (piece introduced into the diaphyseal canal of the patient's femur) and articulating in a form

complémentaire naturelle ou prothétique fixée au cotyle du patient.  complementary natural or prosthetic attached to the patient's acetabulum.

Dans les prothèses de hanche actuelles, la tête sphérique est souvent fixée à la tige fémorale grâce à un système de cône Morse, le col de la tige comportant une extrémité tronconique destinée à venir s'engager dans une cavité de forme complémentaire ménagée dans la tête.  In current hip prostheses, the spherical head is often attached to the femoral stem by a Morse cone system, the neck of the stem having a frustoconical end intended to engage in a complementary shaped cavity in the head .

Parmi les matériaux utilisés pour produire les têtes, figurent les céramiques, notamment d'alumine et de zircone. Ces céramiques sont utilisées principalement pour leur caractéristique de grande dureté et ceci malgré une relative fragilité face aux concentrations localisées de contraintes. Cette fragilité relative est due à leur incapacité à se déformer sous une force, empêchant ainsi une délocalisation et/ou une répartition distribuée des contraintes.  Materials used to produce the heads include ceramics, including alumina and zirconia. These ceramics are used mainly for their characteristic of great hardness and this in spite of a relative fragility compared to the localized concentrations of stresses. This relative fragility is due to their inability to deform under a force, thus preventing relocation and / or distributed distribution of stresses.

Afin d'éviter ces concentrations de contraintes susceptibles d'entraîner la rupture de la tête en céramique, une solution consiste à ménager une partie déformable à la surface du cône mâle situé à l'extrémité de la tige fémorale. Cette partie déformable est créée par une rugosité calibrée équivalente à un micro-filetage, qui permet de concentrer les charges sur les sommets du filet de la partie métallique du cône de la tige, et ainsi permet la déformation des sommets de ce micro-filetage pour s'adapter parfaitement à la géométrie et aux dimensions du cône femelle de la tête. Cette adaptation est rendue nécessaire par l'impossibilité de produire des pièces de géométrie parfaite aux dimensions exactes.  In order to avoid these stress concentrations likely to cause the rupture of the ceramic head, one solution is to provide a deformable portion on the surface of the male cone at the end of the femoral stem. This deformable part is created by a calibrated roughness equivalent to a micro-threading, which makes it possible to concentrate the loads on the vertices of the thread of the metal part of the cone of the rod, and thus allows the deformations of the vertices of this micro-threading to adapt perfectly to the geometry and dimensions of the female cone of the head. This adaptation is made necessary by the impossibility of producing pieces of perfect geometry with exact dimensions.

Pour diverses raisons cliniques, telles qu'un descellement du cotyle ou bien une luxation nécessitant de modifier les tensions des parties musculaires, le chirurgien peut être amené à changer une tête de prothèse sans pour autant changer la tige qui peut être bien intégrée dans le fémur et donc délicate à enlever sans risque pour le patient.  For various clinical reasons, such as acetabulum loosening or dislocation requiring muscle tension to be altered, the surgeon may have to change a prosthesis head without changing the stem that can be well integrated into the femur. and therefore delicate to remove safely for the patient.

Lorsque le chirurgien enlève une tête, il est déconseillé de remettre une tête en céramique sur le cône de la tige qui a pu être déformé par la pose et la mise en charge, lors de la vie de la prothèse.  When the surgeon removes a head, it is not advisable to put a ceramic head on the cone of the stem that may have been deformed by the laying and loading, during the life of the prosthesis.

Cette position, validée par les organismes de veille sanitaire est justifiée par l'augmentation très importante du risque de rupture d'une tête en céramique placée sur un cône mâle déjà utilisé.  This position, validated by health monitoring organizations is justified by the very significant increase in the risk of rupture of a ceramic head placed on a male cone already used.

Le micro-filetage est en effet détruit partiellement ou totalement lors 5 de l'utilisation de la prothèse et les sommets du micro-filetage ne sont plus déformables, ayant déjà été déformés.  The micro-threading is indeed partially or totally destroyed during the use of the prosthesis and the vertices of the micro-threading are no longer deformable, having already been deformed.

Le chirurgien doit donc soit remplacer l'ensemble tête et tige fémorale, malgré les risques que présente cette intervention, soit mettre une tête en métal (acier inoxydable ou alliages de cobalt chrome notamment), malgré les performances moindres de ces têtes et malgré l'usure plus rapide qui en découle.  The surgeon must either replace the entire head and stem femoral, despite the risks that this intervention, or put a metal head (stainless steel or cobalt chromium alloys in particular), despite the lower performance of these heads and despite the faster wear resulting from it.

Cette décision est encore plus délicate lorsqu'une rupture de prothèse est la cause de l'intervention de reprise. Des fragments de la partie fracturée peuvent être non visibles en cours d'opération en raison de leur petite taille et donc rester dans le corps humain.  This decision is even more difficult when a prosthetic rupture is the cause of the recovery procedure. Fragments of the fractured part may be non-visible during operation because of their small size and thus remain in the human body.

Ces fragments peuvent être agressifs et venir ensuite détruire la surface d'une tête de métal, alors qu'ils ne pourraient pas détruire la surface d'une tête en céramique de plus grande dureté que celle de tous les métaux connus et utilisés en orthopédie.  These fragments can be aggressive and then come to destroy the surface of a metal head, while they could not destroy the surface of a ceramic head of greater hardness than that of all metals known and used in orthopedics.

La recherche de solutions permettant d'adapter une tête céramique sur un cône déjà utilisé a conduit à développer sur le marché des bagues intermédiaires possédant un double cône. Le cône mâle extérieur de la tige est adapté à recevoir une tête céramique (grâce à sa géométrie, dimensions et micro-filetage), le cône femelle intérieur étant adapté à la géométrie du cône mâle de la tige.  The search for solutions for adapting a ceramic head to a cone already used has led to the development of intermediate rings having a double cone on the market. The outer male cone of the rod is adapted to receive a ceramic head (thanks to its geometry, dimensions and micro-threading), the inner female cone being adapted to the geometry of the male cone of the rod.

La bague doit être épaisse et rigide pour ne pas se déformer et ainsi répercuter vers l'extérieur un défaut du cône mâle de la tige.  The ring must be thick and rigid so as not to deform and thus pass to the outside a defect of the male cone of the rod.

Cette exigence entraîne l'impossibilité d'utiliser des têtes de diamètre faible, l'épaisseur de matière devenant insuffisante pour supporter les contraintes mécaniques subies lors de la vie active du porteur de la prothèse.  This requirement makes it impossible to use heads of small diameter, the thickness of material becoming insufficient to withstand the mechanical stresses experienced during the active life of the wearer of the prosthesis.

L'objet de l'invention est donc de proposer un moyen pour adapter une tête en céramique sur un cône mâle de tige fémorale partiellement abîmé par la présence antérieure d'une autre tête de géométrie et de dimensions légèrement différentes.  The object of the invention is therefore to provide a means for adapting a ceramic head to a male cone of femoral stem partially damaged by the prior presence of another head of slightly different geometry and dimensions.

Cette invention doit permettre en outre de conserver des têtes dans les diamètres habituellement utilisés en orthopédie (26, 28 et 32 mm notamment).  This invention should also allow to keep heads in the diameters commonly used in orthopedics (26, 28 and 32 mm in particular).

Conformément à l'invention, ce but est atteint en ce que ladite tête de reprise en céramique de reprise pour prothèse de hanche, comprend une cavité tronconique pour sa fixation sur un tronc de cône mâle du col d'une tige fémorale destinée à être engagée dans le canal diaphysaire d'un fémur, la tête étant elle-même destinée à s'articuler dans une cavité de forme complémentaire naturelle ou prothétique fixée au cotyle du patient, caractérisée en ce que la cavité tronconique de ladite tête est recouverte d'une couche de matériau biocompatible ductile et/ou malléable capable de s'autoadapter à la géométrie du cône mâle de la tige.  According to the invention, this object is achieved in that said recovery ceramic recovery head for a hip prosthesis comprises a frustoconical cavity for fixing on a male cone trunk of the neck of a femoral stem intended to be engaged. in the diaphyseal canal of a femur, the head itself being intended to articulate in a cavity of complementary natural or prosthetic form attached to the acetabulum of the patient, characterized in that the frustoconical cavity of said head is covered with a layer of ductile and / or malleable biocompatible material capable of self-adapting to the geometry of the male cone of the rod.

Cette couche est solidaire de la cavité tronconique de la tête, évitant ainsi de créer une interface supplémentaire pouvant générer des particules d'usure. Ladite couche s'adapte parfaitement aux micro- aspérités de la surface de la cavité créées lors de l'usinage de la tête. Ces micro-aspérités sont déterminées afin d'éviter toute fragilisation de la tête et sont donc de l'ordre de quelques centièmes de millimètres.  This layer is integral with the frustoconical cavity of the head, thus avoiding creating an additional interface that can generate wear particles. Said layer adapts perfectly to the micro-asperities of the surface of the cavity created during the machining of the head. These micro-asperities are determined in order to avoid any embrittlement of the head and are therefore of the order of a few hundredths of a millimeter.

Cette couche a pour effet de répartir les contraintes sur des surfaces suffisamment grandes, pour que la force par unité de surface d'appui reste inférieure à la capacité de résistance du matériau constituant la tête en céramique.  This layer has the effect of distributing the stresses on sufficiently large surfaces, so that the force per unit of bearing surface remains less than the resistance capacity of the material constituting the ceramic head.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le matériau composant la couche ductile de la tête en céramique est choisi parmi l'or, le tantale, le nobium, ou un alliage quelconque à base de ces métaux.  According to another characteristic of the invention, the material forming the ductile layer of the ceramic head is chosen from gold, tantalum, nobium, or any alloy based on these metals.

Ces matériaux présentent l'avantage d'être non seulement biocompatibles mais aussi ductiles et/ou malléables.  These materials have the advantage of being not only biocompatible but also ductile and / or malleable.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'épaisseur de la couche de matériau ductile et/ou malléable recouvrant la surface de cavité 30 tronconique de la tête est comprise entre 0,1 mm et 0,3 mm.  According to another characteristic of the invention, the thickness of the layer of ductile and / or malleable material covering the frustoconical cavity surface of the head is between 0.1 mm and 0.3 mm.

Cette plage correspond aux valeurs d'épaisseur optimales de ladite couche. En effet, celle-ci doit être d'épaisseur suffisante pour permettre un lissage mais suffisamment faible pour que des déformations sous les forces liées à la vie normale du patient n'entraînent pas de mouvements qui créeraient des douleurs et des débris d'usure.  This range corresponds to the optimal thickness values of said layer. Indeed, it must be thick enough to allow smoothing but low enough that deformations under the forces related to the normal life of the patient does not cause movements that would create pain and debris of wear.

Cette couche est suffisamment mince pour interdire tout risque de fluage lent de la matière qui la constitue et donc la modification des réglages de longueur de membres que le chirurgien a déterminés et assurés lors de l'intervention chirurgicale.  This layer is thin enough to prohibit any risk of slow creep of the material that constitutes it and thus the modification of limb length settings that the surgeon has determined and insured during the surgical procedure.

De plus, une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,3 mm permet à ladite couche d'absorber des défauts, présents à la surface du cône mâle, de dimension maximale comprise entre 0,2 et 0,6 mm.  In addition, a thickness of between 0.1 and 0.3 mm allows said layer to absorb defects present on the surface of the male cone, with a maximum dimension of between 0.2 and 0.6 mm.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la couche de matériau ductile et/ou malléable est ménagée sur la face interne de la cavité tronconique par déposition chimique en phase vapeur (CDV), déposition chimique en phase vapeur assistée par plasma (PCVD) ou par évaporation réactive activée ou polarisée.  According to another characteristic of the invention, the layer of ductile and / or malleable material is formed on the internal face of the frustoconical cavity by chemical vapor deposition (VDC), plasma-assisted chemical vapor deposition (PCVD) or reactive evaporation activated or polarized.

Ces procédés de déposition sous vide de couches minces permettent tous de déposer un métal sur une céramique en créant une force 15 d'adhésion élevée de la couche mince ainsi déposée.  These vacuum deposition processes of thin layers all enable a metal to be deposited on a ceramic by creating a high adhesion force of the thus deposited thin film.

Avantageusement, ces procédés de déposition sont réalisés sans élévation de température et peuvent être ainsi appliqués sur une pièce totalement terminée d'usinage, sans détériorer la qualité de la céramique c'est-àdire sans altérer sa géométrie, ni son dimensionnel, ni la qualité de superfinition de la partie sphérique.  Advantageously, these deposition processes are carried out without temperature rise and can thus be applied to a totally machined workpiece, without deteriorating the quality of the ceramic, that is to say without altering its geometry, its dimensional, or the quality. superfinishing of the spherical part.

De plus, ces procédés permettent d'obtenir une géométrie du cône femelle (formé par la cavité tronconique recouverte de la couche) suffisamment précise pour ne pas nécessiter d'opération d'usinage ou de reprise. Une telle opération, si elle existait, pourrait polluer ladite couche (par les particules venant des outils de coupe, notamment les meules diamantées qui sont nécessaires pour usiner les céramiques trop dures pour être usinées avec des outils métalliques ou carbures classiques) et créer des contraintes qui pourraient diminuer la tenue de ladite couche sur la masse céramique de la tête.  In addition, these methods make it possible to obtain a geometry of the female cone (formed by the frustoconical cavity covered with the layer) which is sufficiently precise not to require a machining or resumption operation. Such an operation, if it existed, could pollute said layer (by the particles coming from the cutting tools, in particular the diamond grinding wheels which are necessary for machining the ceramics too hard to be machined with conventional metal tools or carbides) and to create constraints which could reduce the resistance of said layer to the ceramic mass of the head.

Un autre avantage de ces procédés pratiqués sous vide ou gaz neutre est qu'ils n'entraînent pas de risque de pollution du produit.  Another advantage of these processes carried out under vacuum or neutral gas is that they do not entail any risk of pollution of the product.

Avantageusement, la couche déposée à l'aide de ces procédés résiste aux stérilisations par rayonnement gamma et bêta, ne s'altère pas dans le temps et ne se détériore pas au contact de liquides corporels.  Advantageously, the layer deposited using these methods is resistant to sterilization by gamma and beta radiation, does not deteriorate in time and does not deteriorate in contact with body fluids.

De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution d'une tête de reprise sphérique utilisée dans une prothèse de hanche modulaire.  In any case, the invention will be better understood with the aid of the description which follows, with reference to the appended schematic drawing representing, by way of example, an embodiment of a spherical recovery head used in a prosthesis. modular hip.

Figure 1 est une vue éclatée et en perspective de cette prothèse de hanche modulaire.  Figure 1 is an exploded perspective view of this modular hip prosthesis.

Figure 2 est une vue en coupe transversale de la tête sphérique selon la ligne II-Il.  Figure 2 is a cross-sectional view of the spherical head along the line II-II.

La figure 1 représente une prothèse de hanche modulaire comprenant une tige fémorale (4) destinée à être engagée dans le canal diaphysaire d'un fémur et une tête de reprise (1) en céramique, de forme sphérique, ellemême destinée à s'articuler dans une cavité de forme complémentaire naturelle ou prothétique (5) fixée au cotyle du patient.  FIG. 1 represents a modular hip prosthesis comprising a femoral stem (4) intended to be engaged in the diaphyseal canal of a femur and a ceramic recovery head (1), of spherical shape, itself intended to articulate in a natural or prosthetic complementary shape cavity (5) attached to the patient's acetabulum.

A l'intérieur de la tête (1) est ménagée une cavité tronconique (2) destinée à recevoir un cône mâle (3) présentant une rugosité calibrée équivalente à un micro-filetage (7), situé à l'extrémité du col de la tige fémorale (4). La tête (1) de forme sphérique est légèrement tronquée selon un plan de coupe parallèle à la surface de fond (9) de la cavité (2) .  Inside the head (1) is formed a frustoconical cavity (2) intended to receive a male cone (3) having a calibrated roughness equivalent to a micro-threading (7), located at the end of the neck of the femoral stem (4). The head (1) of spherical shape is slightly truncated along a cutting plane parallel to the bottom surface (9) of the cavity (2).

Comme le montre la figure 2, ladite cavité tronconique (2) est recouverte d'une couche mince (6) constituée de matériaux biocompatibles et ductiles et/ou malléables.  As shown in Figure 2, said frustoconical cavity (2) is covered with a thin layer (6) made of biocompatible materials and ductile and / or malleable.

D'un point de vue pratique, dans le cas du remplacement de la tête (1) d'une prothèse de hanche préalablement installée, le micro-filetage (7) du cône (3) est détérioré et ne peut plus parfaitement s'adapter à la cavité tronconique (2). Lors de l'introduction du cône (3) à l'intérieur de la cavité tronconique (2), la couche mince (6) de la cavité tronconique (2) se déforme de manière à s'adapter aux dimensions et à la géométrie du cône mâle (3). Cette déformation de la couche (6) est telle qu'elle permet de répartir les contraintes sur des surfaces suffisamment grandes pour que la force par unité de surface d'appui reste inférieure à la capacité de résistance du matériau céramique de la tête (1), évitant ainsi à cette dernière de rompre sous l'effet de contraintes localisées.  From a practical point of view, in the case of the replacement of the head (1) of a hip prosthesis previously installed, the micro-threading (7) of the cone (3) is deteriorated and can no longer perfectly adapt to the frustoconical cavity (2). During the introduction of the cone (3) into the frustoconical cavity (2), the thin layer (6) of the frustoconical cavity (2) is deformed so as to adapt to the dimensions and the geometry of the male cone (3). This deformation of the layer (6) is such as to distribute the stresses on sufficiently large surfaces so that the force per unit area of support remains less than the resistance capacity of the ceramic material of the head (1) , thus avoiding the latter to break under the effect of localized constraints.

Il va de soi que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus à titre d'exemple, mais qu'elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation entrant dans le champ de protection défini par les revendications ci-annexées.  It goes without saying that the invention is not limited to the embodiment described above by way of example, but that it encompasses all variants within the scope of protection defined by the appended claims.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. Tête de reprise (1) en céramique de reprise pour prothèse de hanche, comportant une cavité tronconique (2) pour sa fixation sur un tronc de cône mâle (3) du col d'une tige fémorale (4) destinée à être engagée dans le canal diaphysaire d'un fémur, la tête (1) étant elle-même destinée à s'articuler dans une cavité de forme complémentaire naturelle ou prothétique (5) fixée au cotyle du patient, caractérisée en ce que la cavité tronconique (2) de la tête (1) est recouverte d'une couche (6) de matériau biocompatible ductile et/ou malléable capable de s'auto-adapter à la géométrie du cône mâle (3) de la tige (4).  1. Resumption ceramic recovery head (1) for a hip prosthesis, comprising a frustoconical cavity (2) for fixing on a male cone trunk (3) of the neck of a femoral stem (4) intended to be engaged. in the diaphyseal canal of a femur, the head (1) itself being intended to articulate in a cavity of complementary natural or prosthetic form (5) attached to the acetabulum of the patient, characterized in that the frustoconical cavity (2 ) of the head (1) is covered with a layer (6) of ductile and / or malleable biocompatible material capable of self-adapting to the geometry of the male cone (3) of the rod (4). 2. Tête de reprise (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce le matériau ductile et/ou malléable est choisi parmi l'or, le tantale, le nobium ou 15 un alliage quelconque à base de ces métaux.  2. Recovery head (1) according to claim 1, characterized in that the ductile material and / or malleable is selected from gold, tantalum, nobium or any alloy based on these metals. 3. Tête de reprise (1) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche (6) de matériau ductile et/ou malléable est comprise entre 0,1 mm et 0,3 mm.  3. recovery head (1) according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the thickness of the layer (6) of ductile material and / or malleable is between 0.1 mm and 0.3 mm. 4. Tête de reprise (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la couche (6) de matériau ductile et/ou malléable est ménagée sur la face interne de la cavité tronconique (2) par déposition chimique en phase vapeur (CDV), déposition chimique en phase vapeur assistée par plasma (PCVD) ou par évaporation réactive activée ou polarisée.  4. recovery head (1) according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the layer (6) of ductile material and / or malleable is formed on the inner face of the frustoconical cavity (2) by deposition chemical vapor phase (CVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PCVD) or activated or polarized reactive evaporation.