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WO2001076511A1 - Insert cotyloidien pour prothese totale de hanche - Google Patents

Insert cotyloidien pour prothese totale de hanche Download PDF

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WO2001076511A1
WO2001076511A1 PCT/FR2001/001015 FR0101015W WO0176511A1 WO 2001076511 A1 WO2001076511 A1 WO 2001076511A1 FR 0101015 W FR0101015 W FR 0101015W WO 0176511 A1 WO0176511 A1 WO 0176511A1
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WO
WIPO (PCT)
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cup
head
alumina
polyethylene
insert according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2001/001015
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Paul Carret
Jean-Paul Cisterne
Michel-Henri Fessy
Emmanuel Baulot
Frédéric FARIZON
André Rambert
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Societe dEtudes de Recherches et de Fabrication SAS SERF
Original Assignee
Societe dEtudes de Recherches et de Fabrication SAS SERF
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Filing date
Publication date
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Priority to US10/240,959 priority patent/US20030171817A1/en
Publication of WO2001076511A1 publication Critical patent/WO2001076511A1/fr
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Definitions

  • the present invention relates to an acetabular insert for a total hip prosthesis.
  • the deterioration of the cotyioid cavity frequently involves the installation of a total hip prosthesis.
  • a prosthesis comprises, on the one hand, a femoral element having a medullary rod intended to be fixed to the bone inside the femur, and the free end of which is provided with a spherical head and, on the other hand hand, an acetabular element intended to be engaged and fixed in the acetabular cavity.
  • the acetabular element delimits a spherical cavity receiving, with the possibility of pivoting, the spherical head of the femoral element.
  • a known acetabular element in particular from document FR 2 710 836, consists of a core of material promoting sliding, most often of high density polyethylene, which delimits the cavity in which the spherical head is pivotally mounted.
  • This polyethylene core is inserted into a metal cup fixed in the cotyioid cavity. Most of the movements are obtained by pivoting the spherical head inside the core. However, in certain large amplitude movements, the polyethylene cup can also pivot inside the metal cup. It is thus possible to obtain a double mobility of the spherical head relative to the cotyioid cavity.
  • Patent application FR 99 08 1 94 describes a total hip prosthesis, in which the surfaces in contact with the head and the core are made of materials with hard friction.
  • the object of the invention is to provide a total hip prosthesis allowing dual mobility, on the one hand, of the spherical head relative to the nucleus and, on the other hand, of the nucleus relative to the cotyioid cavity, which limits the risks of dislocation and which has a significant longevity.
  • the prosthesis that it relates to, of the type comprising a spherical head disposed at one end of a medullary rod intended to be fixed to the bone inside the femur, and mounted articulated inside '' a core, itself mounted articulated inside an acetabular component constituted for example by a metal cup fixed in the cotyioid cavity, the spherical head is made of zirconia and the core includes an inner cup which, intended for mounting the spherical head, consists of an alumina cup on which is immobilized a polyethylene cup overmolded on the cup in alumina, and in that the spherical head is arranged to be able to be engaged without constraint in the inner cup and to be able to be retained directly in this cup, without action of the outer polyethylene cup.
  • the retention of the head in the cup is ensured by the inner cup without the use of any elastic retention by the outer polyethylene cup.
  • the alumina cup has, from its bottom and in the direction of its opening, a portion of spherical surface with the same radius as that of the head of the femoral element, extending over more than a half-sphere, and extended below its equatorial plane by a cylindrical portion of diameter less than that of the head of the femoral element.
  • the head comprises, on a part of its surface, at least one zone of material withdrawal relative to the spherical surface, corresponding to a reduction in diameter to a value less than the diameter of the inlet of the inner cup, to allow effortless passage of the head into the inlet thereof, in a position in which the mounting axis of the head on the neck of a femoral stem is inclined relative to the axis of the entry.
  • the polyethylene cup has a return covering at least partially the edge of the alumina cup delimiting the opening thereof. This return of the polyethylene cup serves as a stop for the neck of the femoral stem during significant inclinations thereof.
  • the return of the polyethylene cup includes an inlet of generally conical shape which widens outwards.
  • the latter has a certain number of flats formed on its periphery and comprises at least one annular and peripheral groove perpendicular to its axis.
  • the zirconia head has a frustoconical recess with a taper of the order of 4 °, allowing it to be mounted on a neck of corresponding taper belonging to a femoral stem.
  • This low taper makes it possible to generate significant frictional forces opposing the expulsion of the zirconia head from the scope of the femoral neck, without needing for this a significant axial impaction force, which would be detrimental to the good mechanical strength of the zirconia head.
  • This insert can be mounted in a metal cup fixed in the cotyioid cavity by lugs or studs, or forcefully engaged in this cavity.
  • a prosthesis has the advantages of dual mobility, as well as the advantages of hard friction, zirconia-alumina, having a low wear rate, and avoiding the release of polyethylene, as is the case when the head of the prosthesis is engaged in a polyethylene cup. This results in a considerably increased lifetime of the prosthesis compared to a prosthesis comprising metal-polyethylene or alumina-polyethylene friction, while avoiding the drawbacks resulting from the release of polyethylene particles inside the organism.
  • Figure 1 is an exploded perspective view of the various parts of this insert
  • Figure 2 is a sectional view of the core along the line II-II of Figure 1;
  • Figure 3 is a sectional view during the introduction phase of the prosthesis head inside the core;
  • Figure 4 is a sectional view of the prosthesis in the implanted position.
  • the prosthesis shown in the drawing comprises a spherical head 2 mounted at one end of a medullary rod, not shown in the drawing, intended to be fixed to the bone inside the femur.
  • Head 2 is mounted on the medullary rod via a conical neck 3 secured to the rod, with a cone cone of the order of 4 °, engaged in a recess 4 in the head 2.
  • the head 2 has, on its outer face , two zones 5 of material withdrawal arranged symmetrically, and centered on a plane perpendicular to the entry of the recess 4.
  • the head 2 is intended to be mounted articulated inside a core 6 comprising an alumina cup 7 on which is molded a cup of high density polyethylene 8.
  • Figure 1 is a very schematic and theoretical view, insofar as the cup 8 does not exist as such and independently, since it is molded on the cup 7.
  • the cup 7, which is made of alumina, comprises, on its outer face, several flats 9 as well as a peripheral annular groove 10.
  • the flats 9 and the groove 10 aim to ensure excellent blocking of the cup in polyethylene 8 on the cup at a lumine 7.
  • the polyethylene cup has a return 12 partially covering the edge of the cup 7 delimiting the opening thereof.
  • the return 1 2 has a conical entry 1 3 flared outwards.
  • the alumina cup has, from its bottom and in the direction of its entry or opening, a spherical surface portion 14 of the same radius as that of the head 2 of the femoral element extending over more than half a sphere and extended by a cylindrical portion 1 5 of diameter smaller than that of the head of the femoral element.
  • the head 2 of zirconia inside the cup 7 of alumina by virtue of the areas of material withdrawal that the head comprises.
  • These material withdrawal zones in fact provide, at their level, a section which is smaller than the section of the inlet of the cup 7 in its cylindrical portion 1 5.
  • This insert can be mounted in a metal cup 1 6, for example a cup engaged in force and maintained by notches 1 7 in the bone 1 8 in which is formed the cotyioid cavity. It can be noted that, as shown in FIG. 4, the return 12 of the cup 8 in polyethylene stop form for the neck 3 of the medullary rod, when movements of large amplitude are carried out.
  • the invention brings a great improvement to the existing technique by providing an acetabular insert for total hip prosthesis, the lifespan of which is very important, insofar as friction takes place between the zirconia of the spherical head and the alumina of a cup, the mobility being increased thanks to the possibility of pivoting of the polyethylene cup inside the metal cup 16 fixed in the basin.
  • the invention is not limited to the sole embodiment of this acetabular insert, described above by way of example, on the contrary it embraces all variants.
  • the means for blocking the polyethylene cup on the alumina cup could be different and constituted not by flats and by a groove but by hollow cavities, that the return of the polyethylene cup could have a different shape, that the alumina cup could have a chamfer at its entry, or that the polyethylene cup could be mounted in a metal cup fixed otherwise than by force in the cotyioid cavity, without being so far from the scope of the invention.

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Abstract

Insert cotyloïdien comprenant une tête sphérique (2) disposée à une extrémité d'une tige médullaire, et montée articulée à l'intérieur d'un noyau, lui-même monté articulé à l'intérieur d'un composant acétabulaire. La tête sphérique (2) est réalisée en zircone et le noyau comprend une cupule intérieure (7) constituée par une cupule en alumine sur laquelle est immobilisée une cupule (8) en polyéthylène surmoulée sur la cupule en alumine (7). En outre, la tête sphérique (2) est agencée pour pouvoir être engagée sans contrainte dans la cupule (7) et retenue directement et uniquement par celle-ci.

Description

INSERT COTYLOÏDIEN POUR PROTHESE TOTALE DE HANCHE
La présente invention a pour objet un insert cotyloïdien pour prothèse totale de hanche. La détérioration de la cavité cotyioïdienne implique fréquemment la mise en place d'une prothèse totale de hanche. Une telle prothèse comprend, d'une part, un élément fémoral présentant une tige médullaire destinée à être fixée à l'os à l'intérieur du fémur, et dont l'extrémité libre est munie d'une tête sphérique et, d'autre part, un élément cotyloïdien destiné à être engagé et fixé dans la cavité cotyioïdienne. L'élément cotyloïdien délimite une cavité sphérique recevant, avec possibilité de pivotement, la tête sphérique de l'élément fémoral.
Un élément cotyloïdien connu, notamment par le document FR 2 710 836, est constitué par un noyau en matériau favorisant le glissement, le plus souvent en polyethylene de haute densité, qui délimite la cavité dans laquelle la tête sphérique est montée pivotante. Ce noyau en polyethylene est inséré dans une cupule métallique fixée dans la cavité cotyioïdienne. L'essentiel des mouvements est obtenu par pivotement de la tête sphérique à l'intérieur du noyau. Cependant, dans certains mouvements de grande amplitude, la cupule en polyethylene peut également pivoter à l'intérieur de la cupule métallique. Il est ainsi possible d'obtenir une double mobilité de la tête sphérique par rapport à la cavité cotyioïdienne.
La demande de brevet FR 99 08 1 94 décrit une prothèse totale de hanche, dans laquelle les surfaces en contact de la tête et du noyau sont réalisées dans des matériaux à frottement dur.
Le but de l'invention est de fournir une prothèse totale de hanche permettant de réaliser une double mobilité, d'une part, de la tête sphérique par rapport au noyau et, d'autre part, du noyau par rapport à la cavité cotyioïdienne, qui limite les risques de luxation et qui dispose d'une longévité importante.
A cet effet, dans la prothèse qu'elle concerne, du type comprenant une tête sphérique disposée à une extrémité d'une tige médullaire destinée à être fixée à l'os à l'intérieur du fémur, et montée articulée à l'intérieur d'un noyau, lui-même monté articulé à l'intérieur d'un composant acétabulaire constitué par exemple par une cupule métallique fixée dans la cavité cotyioïdienne, la tête sphérique est réalisée en zircone et le noyau comprend une cupule intérieure qui, destinée au montage de la tête sphérique, est constituée par une cupule en alumine sur laquelle est immobilisée une cupule en polyethylene surmoulée sur la cupule en alumine, et en ce que la tête sphérique est agencée pour pouvoir être engagée sans contrainte dans la cupule intérieure et pour pouvoir être retenue directement dans cette cupule, sans action de la cupule extérieure en polyethylene.
La rétention de la tête dans la cupule est assurée par la cupule intérieure sans mise en œuvre d'une quelconque rétention élastique par la cupule extérieure en polyethylene.
Afin d'assurer une surface portante maximale de la tête sphérique et d'assurer la rétention de celle-ci, la cupule en alumine comporte, depuis son fond et en direction de son ouverture, une portion de surface sphérique de même rayon que celui de la tête de l'élément fémoral, s'étendant sur plus d'une demi-sphère, et prolongée en dessous de son plan équatorial par une portion cylindrique de diamètre inférieur à celui de la tête de l'élément fémoral.
Afin de permettre l'introduction de la tête à l'intérieur de la cupule en alumine, la tête comporte, sur une partie de sa surface, au moins une zone de retrait de matière par rapport à la surface sphérique, correspondant à une réduction de diamètre à une valeur inférieure au diamètre de l'entrée de la cupule intérieure, afin de permettre le passage sans effort de la tête dans l'entrée de la celle-ci, dans une position dans laquelle l'axe de montage de la tête sur le col d 'une tige fémorale est incliné par rapport à l'axe de l'entrée.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la cupule en polyethylene comporte un retour recouvrant au moins partiellement le bord de la cupule en alumine délimitant l'ouverture de celle-ci. Ce retour de la cupule en polyethylene sert de butée au col de la tige fémorale lors d'inclinaisons importantes de celle-ci.
Afin de ne pas limiter excessivement les mouvements du col de la tige fémorale, le retour de la cupule en polyethylene comprend une entrée de forme générale conique s'évasant vers l'extérieur. Afin d'assurer une excellente tenue de la cupule en polyethylene sur la cupule en alumine, celle-ci comporte un certain nombre de méplats ménagés sur sa périphérie et comporte au moins une rainure annulaire et périphérique perpendiculaire à son axe.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la tête en zircone comporte un évidemment tronconique avec une conicité de l'ordre de 4°, permettant son montage sur un col de conicité correspondante appartenant à une tige fémorale. Cette faible conicité permet de générer des forces de frottement importantes s'opposant à l'expulsion de la tête en zircone de la portée du col fémoral, sans avoir besoin pour cela d'une force d'impaction axiale importante, qui serait préjudiciable à la bonne tenue mécanique de la tête en zircone.
Cet insert peut être monté dans une cupule métallique fixée dans la cavité cotyioïdienne par des pattes ou des plots, ou engagé en force dans cette cavité. Une telle prothèse possède les avantages de la double mobilité, ainsi que les avantages d'un frottement dur, zircone- alumine, présentant un taux d'usure faible, et évitant les relargages de polyethylene, comme tel est le cas lorsque la tête de la prothèse est engagée dans une cupule en polyethylene. Il en résulte une durée de vie de la prothèse considérablement augmentée par rapport à une prothèse comportant un frottement métal-polyéthylène ou alumine-polyéthylène, tout en évitant les inconvénients résultant du relargage des particules de polyethylene à l'intérieur de l'organisme.
De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cet insert :
Figure 1 est une vue en perspective éclatée des différentes pièces constitutives de cet insert ;
Figure 2 est une vue en coupe du noyau selon la ligne ll-ll de figure 1 ; Figure 3 est une vue en coupe au cours de la phase d'introduction de la tête de la prothèse à l'intérieur du noyau ;
Figure 4 est une vue en coupe de la prothèse en position implantée.
La prothèse représentée au dessin comprend une tête sphérique 2 montée à une extrémité d'une tige médullaire, non représentée au dessin, destinée à être fixée à l'os à l'intérieur du fémur. La tête 2 est montée sur la tige médullaire par l'intermédiaire d'un col conique 3 solidaire de la tige, avec un cône de conicité de l'ordre de 4°, engagé dans un évidement 4 de la tête 2. La tête 2 présente, sur sa face extérieure, deux zones 5 de retrait de matière disposées symétriquement, et centrées sur un plan perpendiculaire à l'entrée de l'évidement 4. La tête 2 est destinée à être montée articulée à l'intérieur d'un noyau 6 comprenant une cupule en alumine 7 sur laquelle est surmoulée une cupule en polyethylene de haute densité 8. La figure 1 est une vue très schématique et théorique, dans la mesure où la cupule 8 n'existe pas en tant que telle et de façon indépendante, puisqu'elle est surmoulée sur la cupule 7. La cupule 7, qui est en alumine, comprend, sur sa face extérieure, plusieurs méplats 9 ainsi qu'une rainure annulaire périphérique 10. Les méplats 9 et la rainure 10 visent à assurer un excellent blocage de la cupule en polyethylene 8 sur la cupule en alumine 7. La cupule en polyethylene présente un retour 12 recouvrant partiellement le bord de la cupule 7 délimitant l'ouverture de celle-ci. Le retour 1 2 comporte une entrée conique 1 3 évasée vers l'extérieur.
La cupule en alumine présente, depuis son fond et en direction de son entrée ou ouverture, une portion de surface sphérique 14 de même rayon que celui de la tête 2 de l'élément fémoral s'étendant sur plus d'une demi-sphère et prolongée par une portion cylindrique 1 5 de diamètre inférieur à celui de la tête de l'élément fémoral.
Il est pourtant possible d'introduire la tête 2 en zircone à l'intérieur de la cupule 7 en alumine grâce aux zones de retrait de matière que comporte la tête. Ces zones de retrait de matière procurent en effet, à leur niveau, une section qui est inférieure à la section de l'entrée de la cupule 7 dans sa portion cylindrique 1 5. Après engagement dans une position dans laquelle l'ouverture de l'évidement tronconique 4 est sensiblement perpendiculaire à l'entrée de la cupule 7, la tête peut être basculée avant montage du col conique 3. Une fois ce montage effectué, la tête de la prothèse ne peut plus être retirée de la cupule en alumine 7.
Cet insert peut être monté dans une cupule métallique 1 6, par exemple une cupule engagée en force et maintenue grâce à des crans 1 7 dans l'os 1 8 dans laquelle est ménagée la cavité cotyioïdienne. Il peut être noté que, comme montré à la figure 4, le retour 1 2 de la cupule 8 en polyethylene forme butée pour le col 3 de la tige médullaire, lorsque sont effectués des mouvements de grande amplitude.
Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un insert cotyloïdien pour prothèse totale de hanche, dont la durée de vie est très importante, dans la mesure où les frottements se font entre le zircone de la tête sphérique et l'alumine d'une cupule, la mobilité étant augmentée grâce à la possibilité de pivotement de la cupule en polyethylene à l'intérieur de la cupule métallique 16 fixée dans le bassin. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cet insert cotyloïdien, décrit ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi notamment que les moyens de blocage de la cupule en polyethylene sur la cupule en alumine pourraient être différents et constitués non pas par des méplats et par une rainure mais par des cavités en creux, que le retour de la cupule en polyethylene pourrait avoir une forme différente, que la cupule en alumine pourrait posséder un chanfrein au niveau de son entrée, ou encore que la cupule en polyethylene pourrait être montée dans une cupule métallique fixée autrement qu'en force dans la cavité cotyioïdienne, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Insert cotyloïdien pour prothèse totale de hanche du type comprenant une tête sphérique (2) disposée à une extrémité d'une tige médullaire destinée à être fixée à l'os à l'intérieur du fémur, et montée articulée à l'intérieur d'un noyau, lui-même monté articulé à l'intérieur d'un composant acétabulaire constitué par exemple par une cupule métallique fixée dans la cavité cotyioïdienne, caractérisé en ce que la tête sphérique (2) est réalisée en zircone et le noyau comprend une cupule intérieure (7) qui, destinée au montage de la tête sphérique (2), est constituée par une cupule en alumine sur laquelle est immobilisée une cupule (8) en polyethylene surmoulée sur la cupule en alumine (7), et en ce que la tête sphérique est agencée pour pouvoir être engagée sans contrainte dans la cupule intérieure (7) et pour pouvoir être retenue directement dans cette cupule (7), sans action de la cupule extérieure (8) en polyethylene.
2. Insert cotyloïdien selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la cupule en alumine (7) comporte, depuis son fond et en direction de son ouverture, une portion de surface sphérique ( 14) de même rayon que celui de la tête (2) de l'élément fémoral, s'étendant sur plus d'une demi- sphère, et prolongée en dessous de son plan équatorial par une portion cylindrique (1 5) de diamètre inférieur à celui de la tête de l'élément fémoral.
3. Insert cotyloïdien selon l'une des revendications 1 t 2, caractérisé en ce que la tête (2) comporte, sur une partie de sa surface, au moins une zone (5) de retrait de matière par rapport à la surface sphérique, correspondant à une réduction de diamètre à une valeur inférieure au diamètre de l'entrée de la cupule intérieure (7), afin de permettre le passage sans effort de la tête dans l'entrée de celle-ci, dans une position dans laquelle l'axe de montage de la tête sur le col d 'une tige fémorale est incliné par rapport à l'axe de l'entrée.
4. Insert cotyloïdien selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la cupule (8) en polyethylene comporte un retour ( 1 2) recouvrant au moins partiellement le bord de la cupule (7) en alumine délimitant l'ouverture de celle-ci.
5. Insert cotyloïdien selon la revendication 4, caractérisé en ce que le retour ( 1 2) de la cupule (8) en polyethylene comprend une entrée (1 3) de forme générale conique s'évasant vers l'extérieur.
6. Insert cotyloïdien selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la cupule (7) en alumine comporte un certain nombre de méplats (9) ménagés sur sa périphérie.
7. Insert cotyloïdien selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la cupule (7) en alumine comporte au moins une rainure annulaire et périphérique (10) perpendiculaire à son axe.
8. Insert cotyloïdien selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la tête (2) en zircone comporte un évidemment tronconique (4) avec une conicité de l'ordre de 4°, permettant son montage sur un col (3) de conicité correspondante appartenant à une tige fémorale.
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