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WO2015018854A1 - Prothese de genou avec couple de frottement ceramique sur ceramique et plateau mobile en ceramique - Google Patents

Prothese de genou avec couple de frottement ceramique sur ceramique et plateau mobile en ceramique Download PDF

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Publication number
WO2015018854A1
WO2015018854A1 PCT/EP2014/066877 EP2014066877W WO2015018854A1 WO 2015018854 A1 WO2015018854 A1 WO 2015018854A1 EP 2014066877 W EP2014066877 W EP 2014066877W WO 2015018854 A1 WO2015018854 A1 WO 2015018854A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
centric
tibial base
prosthesis according
ceramic
prosthesis
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/EP2014/066877
Other languages
English (en)
Inventor
Laurent Sedel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Assistance Publique Hopitaux de Paris APHP
Original Assignee
Assistance Publique Hopitaux de Paris APHP
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Assistance Publique Hopitaux de Paris APHP filed Critical Assistance Publique Hopitaux de Paris APHP
Publication of WO2015018854A1 publication Critical patent/WO2015018854A1/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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    • A61F2310/00185—Ceramics or ceramic-like structures based on metal oxides
    • A61F2310/00203—Ceramics or ceramic-like structures based on metal oxides containing alumina or aluminium oxide

Definitions

  • the field of the invention is that of the articular prosthesis.
  • the invention relates to a total ceramic prosthesis comprising a ceramic mobile plate to replace the knee joint in a patient.
  • Knee prostheses can be total or partial: unicondylar, total and then hinged or sliding.
  • Sliding prostheses comprise a condylar femoral component and a tibial base, respectively fixed on the profiled ends of the femur and tibia.
  • the majority of prostheses placed are so-called "sliding" prostheses.
  • These sliding prostheses comprise a femoral piece made of metal or ceramic and a polyethylene tibial component generally embedded in the metal tibial base. Some have a mobile polyethylene tray that can move on the tibial plateau.
  • the theoretical advantage of the moving plate is to reduce the wear of the polyethylene by allowing a more consistent adaptation of the friction surfaces and to improve the flexion of the knee when the displacement of the moving plate is not only rotating but also before back ("drawer" movement), the movable plate moving on the tibial surface in the manner of the meniscus.
  • the total prostheses are made of metal and polyethylene.
  • the femoral and tibial bases are made of a metallic material, while a polyethylene pad is mounted fixedly or movably on the tibial base.
  • Other embodiments consist of a ceramic femoral base cooperating with a polyethylene tray, mounted on a tibial base of ceramic or metal.
  • the mobility of the movable plate may be limited by the shape of the metallic receptacle fixed in the tibia which may allow only rotational movements or by a central pin which allows, according to the shape of a lower cavity designed in the movable plate movements rotation and drawer.
  • the prostheses according to this document comprise a metal rod on which is fixed the tibial base, which induces a strong abrasion of the metal. Abrasion of the metal results in the formation of metal debris in the body. The body reacts against these metal particles by producing an inflammatory reaction as described with the polyethylene particles.
  • the invention particularly aims to overcome these disadvantages of the prior art.
  • an object of the invention is to provide, in at least one embodiment, a knee prosthesis that is more resistant than current prostheses.
  • Another object of the invention is to implement, in at least one embodiment, such a prosthesis that allows patients to resume normal physical activity.
  • the invention also aims to provide, in at least one embodiment, a prosthesis which limits the inflammatory reactions.
  • the invention also aims, in at least one embodiment, to provide a prosthesis that allows to reform a more resistant fibrous tissue playing the natural role of the ligaments of the knee by remodeling under mechanical stress fibrous structures.
  • a tibial base including an anchor heel for insertion into the upper portion of a prepared tibia of a patient
  • a centric movable platen having a lower surface and an upper surface
  • a femoral element adapted to be fixed to the lower part of a prepared femur of a patient, having an essentially concave portion intended to come into contact with the lower portion of the prepared femur and a convex portion adapted to cooperate with said centric movable plate ;
  • the movable plate and the femoral element are entirely of the same ceramic material and are configured to be congruent with each other.
  • centric means an element for centering the knee joint.
  • the movable plate is movable in a forward / backward, lateral and rotary direction.
  • the movable plate according to the invention is never solely rotary.
  • anterior part of said femoral element is also able to cooperate with a ball joint.
  • the invention is based on a completely new and original approach to design a total knee prosthesis in which all the surfaces in contact with the elements of the component are made of the same ceramic material.
  • the prosthesis according to the invention comprises a mobile plate made of the same ceramic material as the femoral element.
  • the second is that the ceramic is a material of fragile behavior that can break during the propagation of a crack. This is why the choice of medical grade alumina and the designs favor thicknesses that can avoid this risk.
  • said ceramic material has a thickness of between 4 mm and 14 mm.
  • the Applicant has indeed found that ceramic prostheses whose thickness is outside this range are brittle, which is not desirable.
  • the Applicant has, moreover, surprisingly found that the behavior of two ceramic pieces against each other made it possible to obtain a prosthesis that is very strong and stronger than existing ones.
  • the perfect congruence between the femoral element and the movable plate makes it possible to reduce the friction between the parts and consequently the risk of wear of the prosthesis.
  • a clearance between parts of a few tens of microns is ideal to allow liquids to penetrate into the interface ensuring the lubrication of the contact and the absence of noise often related to dry friction.
  • the clearance between the parts must be between 10 ⁇ and 100 ⁇ . Below 10 ⁇ , the liquid will not circulate sufficiently. Beyond 100 ⁇ , the risk of stress concentration on part of the prosthesis becomes too high.
  • the condylespace / movable plate are portions of cylinders with the same radius of curvature and the contact surface movable plateau / tibial base is flat.
  • These forms are obtained by specific manufacturing and lapping techniques, mastered by the industry specialized in medical prostheses. Briefly, the profiles of the different parts produced are evaluated by measuring the radii of curvature of the various parts after subjecting the parts to different wear tests. The purpose of these measurements is to obtain a spacing between the parts, and more precisely between the movable plate and the femoral element, between 10 ⁇ and 100 ⁇ .
  • ceramics are more tolerated by the body than metal or polyethylene.
  • the advantage of ceramic-ceramic friction is to allow the recreation of a fibrous tissue or "neoligament" playing the role of natural ligaments after adaptive remodeling.
  • the formation of a fibrous tissue more resistant and of better quality with the prostheses according to the invention than with conventional prostheses in which the friction surfaces are metal against polyethylene or ceramic against polyethylene.
  • the wear particles, generated in small amounts during the movements of the joint, do not cause macrophage reaction in the body. Consequently, the prostheses according to the invention make it possible to avoid the problem of osteolysis and the risk of loosening of the prosthesis observed with the current prostheses.
  • the Applicant notes that small amounts of alumina particles can generate a particularly dense fibrous tissue, denser than that formed around current prostheses.
  • This fibrous tissue helps strengthen and stabilize the joint capsule and ligaments. Therefore, the prostheses according to the invention allow patients to find a knee joint more stable and more resistant to effort. This feature allows patients to keep their prosthesis longer and regain normal physical activity.
  • the prostheses according to the invention are more resistant and limit or even avoid the disadvantages observed with current prostheses in which the movable plate is made of polyethylene.
  • the present invention thus enables patients to return to a normal life with a higher level of physical activity than is currently allowed. It is no longer necessary to reoperate them to replace the used prosthesis or, at the very least, the expiry date of a new operation is considerably delayed compared to current prostheses.
  • the ceramic material is an alumina ceramic (Al 2 O 3 ), which makes it possible to obtain the synthesis of a fibrous fabric of better quality than other ceramics.
  • alumina ceramic Al 2 O 3
  • Such materials are of surgical quality, that is to say that they must comply with the standards in force relating to materials for the manufacture of surgical prostheses.
  • the alumina ceramic may be a polycrystalline dense ceramic obtained from an aluminum oxide powder compressed at temperatures of about 1600 ° C by the HIP (High Isostatic Pressure) process.
  • the ceramic has a particle size less than 2 ⁇ . More preferably, the ceramic used for the manufacture of the prosthesis according to the invention has a particle size between 0.5 ⁇ and 2 ⁇ . Even more preferably, the ceramic has a particle size of 1 ⁇ and 2 ⁇ .
  • the particle size of the ceramic material is determined by any method well known to those skilled in the art.
  • the tibial base comprises an anchor heel in the form of an irregular Morse taper.
  • the irregular Morse taper shape is designed to fit the shape of the patient's tibia. It ensures a very good centering of the tibial base in the profiled end of the patient's tibia.
  • the dimensions of the parts constituting the prosthesis are a function of the size and dimensions of the joint to be replaced.
  • the movable platen may have a maximum thickness of between 4 to 14 mm. This ceramic thickness is sufficient to avoid the squealing phenomenon mentioned above.
  • the upper surface of the movable plate has two condylar cuvettes and the lower part of the femoral element has two condyles, said condyles and said condylar cuvettes each having perfectly congruent mutual friction surfaces.
  • said tibial base further comprises a housing for receiving a centric piece, said centric piece coming into contact with the lower surface of the movable plate.
  • the tibial base is then made of a metallic material, preferably titanium.
  • This centric piece totally ceramic is built on a model similar to the liner used in hip prostheses.
  • the addition of the centric piece in a metal piece fixed in the patient's bone ensures a stable fixation of the components.
  • Such a centric piece makes it possible to offer a ceramic-ceramic friction surface with the lower surface of the movable plate. As mentioned previously, it is disadvantageous to offer a ceramic friction surface against metal or plastic. It is also difficult to produce a tibial base whose upper surface would be ceramic while the anchor heel would be metal, because of the difficulty of fixing ceramic on metal and major risks of fracture that this causes.
  • the centric piece makes it possible to overcome this problem by making the connection between a metal tibial base and a ceramic mobile plate. Inserted into the adjusted housing of the tibial base, the movements of said centric piece are limited.
  • the invention relates to a knee prosthesis comprising:
  • a tibial base including an anchor heel for insertion into the upper portion of a prepared tibia of a patient and a housing for receiving a ceramic center piece;
  • a centric movable platen having a lower surface for engaging said centric piece and an upper surface
  • a femoral element adapted to be fixed to the lower part of a prepared femur of a patient, having an essentially concave portion intended to come into contact with the lower portion of the prepared femur and a convex portion adapted to cooperate with said centric movable plate ;
  • the convex portion of the femoral element and the upper surface of the movable platen being entirely made of the same ceramic material and being configured to be congruent with each other.
  • the femoral element, the centric piece and the movable plate are entirely made of the same ceramic material.
  • the housing of the metal tibial base has an inner peripheral edge of frustoconical fitting and the centric fixed part has a frustoconical peripheral edge of corresponding shape to the frustoconical inner edge, so that the centric fixed part is enclosed. tightly in the housing.
  • the centric fixed part projects out of the housing.
  • the movable plate and the centric fixed part have plane mutual friction surfaces. This characteristic makes it possible in particular for the mobile plate to slide perfectly on the centric fixed part, which makes it possible to obtain a movement of the joint that is more fluid and more natural, with conservation of the different physiological phases of sliding, rolling characteristics of the knee joint.
  • the centric fixed piece has a taper angle of Morse taper type: 5 ° 40 "In a variant of the invention, the centric piece is fixed on the tibial base, for example, the centric fixed piece can be welded, glued, screwed etc. to the tibial base
  • the centric fixed part is ceramic and more preferably made of the same ceramic material as the movable plate.
  • the femoral element comprises on its anterior surface a protuberance mimicking a trochlea to articulate with the patella of the patient.
  • This trochlea should be more prominent to partially replace the articular part of the patella that would be removed surgically and not replaced by a prosthesis, usually polyethylene, thus avoiding the consequences of a polyethylene button in a totally ceramic prosthesis.
  • Patellar prostheses are not always the rule and many studies have shown that replacement of the patella joint has no significant advantages over a patella simply relieved of its diseased cartilage (spongialization). The dimensional adjustment of the femoro-patellar joint would thus be achieved by the addition of a noticeable thickness on the femoral condylar component.
  • the upper part of centric fixed part has a constant thickness.
  • the centric fixed part is flat.
  • the central fixed part comprises on its upper face a central pin cooperating with a housing in the tibial base and a housing in the movable plate.
  • the central stud is of the same ceramic material as the central fixed part, preferably alumina.
  • the limitation of the movements of the mobile plate can be devolved solely to the generation of fibrous tissues.
  • the upper surface of the centric fixed part itself fixed in the tibial base has a cavity receiving a ceramic pad; it enters a lower cavity mobile platform.
  • This cavity of eccentric shape allows rotation and "drawer” movements while limiting them.
  • the surgeon has the choice to use or not this variant.
  • the tibial base does not include a housing for a centric piece.
  • the upper surface of the tibial base is flat and smooth, which facilitates the sliding of the movable plate.
  • the tibial base is then entirely made of the same ceramic material as the movable plate and the femoral element, preferably alumina.
  • the knee prosthesis according to the second embodiment of the invention comprises:
  • a tibial base including an anchor heel for insertion into the upper portion of a prepared tibia of a patient
  • a centric movable platen having a lower surface and an upper surface
  • a femoral element adapted to be fixed to the lower part of a prepared femur of a patient, having an essentially concave portion intended to come into contact with the lower portion of the prepared femur and a convex portion adapted to cooperate with said centric movable plate ;
  • the tibial base, the movable platen and the femoral component are entirely of the same ceramic material and are configured to be congruent with each other.
  • the movable plate has a perimeter smaller than the perimeter of the upper surface of the tibial base. Movements of the mobile plate are then limited by the generation of fibrous tissue and surrounding muscles and ligaments.
  • the tibial base also has at its upper surface at least one abutment, preferably three abutments, more preferably at least four abutments, said at least one abutment making it possible to limit the abutments. movement of the movable plate to the surface of the tibial base, while continuing to allow rotation and drawer movements to improve the mobility of the knee while maintaining a perfect congruence surfaces.
  • Figure 1 shows a perspective and exploded view of a knee prosthesis according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2 illustrates another view of the prosthesis shown in Figure 1;
  • Figure 3 shows a side view of the assembled prosthesis according to Figures 1 and 2;
  • Figure 4 is a perspective view of a first variant of the tibial base according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 5 is a perspective and exploded view showing the movable plate and the tibial base shown in Figure 4;
  • Figure 6 is a perspective view of a second variant of the tibial base according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 7 is a perspective and exploded view showing the movable plate and the tibial base shown in Figure 6;
  • Figure 8 is a top view of the movable platen moving on the surface of the tibial base, as shown in Figure 7.
  • the general principle of the invention is based on a total knee prosthesis in which the movable plate and the femoral element, as well as the movable plate and the optional centric fixed part, have their respective friction surfaces made of the same ceramic material, these surfaces being perfectly congruent. Contrary to the idea commonly used so far, ceramics make it possible to obtain a particularly resistant knee prosthesis. This resistance is also due to the perfect congruence of the parts relative to each other, including the movable plate relative to the femoral element.
  • the perfect congruence of the movable plate with the femoral element ensures an optimal friction while generating a minimum of wear debris, its mobility ensures the reproduction of the global articular game decomposed in two movements: that of the femoral element on the moving plate associated with the rotational mobility and drawer of the movable plate on the surface of the tibial base.
  • the whole of the innovation thus makes it possible to avoid or at least to limit the probabilities of re-operation of the knee.
  • this perfect congruence is obtained by leaving a game, or a space, between the pieces between 10 ⁇ and 100 ⁇ .
  • ceramics is a material that is particularly well tolerated by the body, in particular alumina ceramics.
  • the ceramic wear particles in small quantities, do not cause a reaction with foreign bodies responsible for the destruction of the prosthesis and the peripheral bone tissue (osteolysis). It has furthermore been observed that the presence of ceramics favors the synthesis of a stronger and thicker fibrous tissue than that obtained with polyethylene and / or metal prostheses. This quality of the fibrous tissue is important because it helps to stabilize and strengthen the knee joint thus replaced.
  • the prostheses according to the invention are stronger than current prostheses. They allow the operated patient to recover a better quality of life by allowing him a higher level of physical activity like the practice of a sport or the exercise of a professional activity.
  • FIGS. 1 to 4 a first embodiment of a knee prosthesis according to the invention is presented.
  • This type of prosthesis belongs to the category of total dentures called "sliding" and movable plate.
  • the represented prosthesis comprises
  • a tibial base 2 a tibial base 2; and a movable plate 3, the plate 3 being placed between the femoral element 1 and the tibial base 2.
  • the femoral element 1 is in the general form of a hollow partial shell defining externally two condyles 11 substantially reproducing the shape of the natural condyles, but whose posterior part floating with the movable plate are portions of cylinders. They are separated by an intercondylar vacuum 12, which globally reproduces the natural intercondylian void.
  • the femoral component defines a femoral housing 13 for receiving the profiled lower end Fl of a femur F.
  • the femoral housing 13 defines two condylar housings 14 separated by an intercondylar pad 15.
  • the femoral component 1 thus has a substantially conventional configuration with particular features thickening of the trochléenne part, a cylindrical shape of the posterior portion of the condyles.
  • the femoral element 1 is entirely made of a material containing or consisting of a ceramic, such as Al 2 O 3 alumina.
  • the tibial base 2 here comprises two separate components reported on one another.
  • the tibial base 2 thus comprises an anchoring heel 21 intended to be mounted on a profiled upper end of a tibia and a centric fixed part 25 which is fixedly received on or in the anchoring heel 21.
  • the anchoring heel 21 comprises an anchoring keel 22 which is intended to be inserted and held in a corresponding bore formed in the upper end T1 of a tibia T.
  • the anchoring heel 21 forms a tray housing 23 which advantageously defines a frustoconical fitting peripheral edge 24. It can thus be said that the tray housing 23 forms a bottom surrounded by a rim internally forming the frustoconical fitting edge 24.
  • the anchoring heel 21 is made of titanium.
  • the outer surface of the titanium being configured to be fixed without cement.
  • the centric fixed part 25 is fixedly received inside the housing 23.
  • the centric fixed part 25 has a frustoconical fitting peripheral edge 28 intended to fit snugly into the housing 23. with an intimate contact with the frustoconical fitting edge 24.
  • the central fixed part 25 defines an upper friction surface 26 which projects out of the tray housing 23.
  • This upper friction surface 26 is preferably perfectly flat: it does not comprise no outgrowth or recessed relief. In a non-drawn variant, it may comprise a cylindrical orifice accepting a ceramic stud unifying this plate with the movable plate.
  • the lower surface 27 may also be flat and parallel to the upper surface 26, so that the centric fixed part 25 has a constant thickness. It can thus be said that the centric fixed part 25 is in the form of a wafer of constant thickness whose circumference is profiled to fit into the tray housing 23 of the anchoring heel 21. According to a drawing not shown , the thickness of the part 23 can marry more closely the internal shape of the tibial base.
  • the centric fixed part 25 is entirely alumina Al 2 0 3 .
  • the centric fixed part 25 can be entirely made of alumina.
  • the movable plate 3, which is disposed between the centric fixed part 25 and the femoral element 1, is a single piece having a contoured upper surface and a lower face defining a friction surface 33, preferably perfectly flat, intended to come into contact with each other. of friction with the upper surface 26 of the central fixed part 25.
  • the lower face comprises an eccentric-shaped orifice for inserting a cylindrical central stud; the shape of the orifice allows rotational and drawer movements according to the needs of the patient by avoiding movements of too great amplitude.
  • the profiled upper surface comprises two condylar cuvettes 31 separated by a protruding intercondylar pad 32.
  • the condylar cuvettes 31 define zones or friction surfaces, respectively for the two condyles 11 of the femoral component 1.
  • the cuvettes 31 and the condyles 11 have mutual friction surfaces cylindrical perfectly congruent, so that there is substantially no play or gap between them. This significantly reduces the friction, and therefore the wear of these parts.
  • the intercondylar block 32 it is engaged in the intercondylar void 12 of the femoral component 1.
  • the condyles 11 slide or slide in the condylar cuvettes 31 with the intercondylar block 32 which moves in the intercondylar vacuum 12 which forms a kind of rail.
  • the intercondylar block 32 does not significantly limit the displacement of the femoral element 1 on the mobile plate 3.
  • the movable plate 3 can move freely without any stress on the centric fixed part 25, being given that their mutual surfaces or zones of friction 26, 33 are perfectly flat.
  • the mobile plate 3 is entirely made of Al 2 O 3 alumina.
  • the central fixed part comprises a central cylindrical stud on either side of its lower and upper surfaces.
  • the movable plate then comprises on its lower surface a housing for housing the central block, and the tibial base also comprises a housing for housing the central block of the fixed part.
  • This central block deliberately limits the movement. The surgeon has the advantage of choosing the option with or without intentional limitation of the mobility of the moving plate.
  • Figures 5 to 9 relate to a second embodiment of the invention.
  • the upper surface of the tibial base is flat and smooth.
  • the tibial base includes no housing for receiving a centric piece, the prosthesis then being devoid of centric piece.
  • the femoral component is not represented again.
  • the femoral element in this second embodiment is identical to that described in FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a tibial base 20 according to a first variant of the second embodiment of the invention.
  • a tibial base according to the second embodiment does not include a housing for receiving a centric piece.
  • the base 20 comprises a tibial plateau 201 having an upper surface 203 perfectly flat and smooth.
  • the tibial plateau has a front face 205 and a rear face 204, both of convex shape.
  • the tibial base 20 is entirely made of the same ceramic material, preferably Al 2 O 3 alumina.
  • FIG. 5 presents a perspective and exploded view of the tibial base 20 with a mobile plate 30.
  • This mobile plate 30 is similar to the mobile plate 3 of the first embodiment: it comprises in particular a lower surface 303 intended to enter contact with the upper surface 203 of the tibial base 20.
  • the surface 303 is also flat and smooth.
  • the plate 30 has on its upper surface two condylar cups 301 and an intercondylar pad 302.
  • the upper surface of the plate 30 is intended to cooperate with a femoral element not shown in this diagram, because identical to that shown in Figures 1 to 3.
  • the tray 30 has a perimeter slightly smaller than the perimeter of the tibial tray 201.
  • the movable tray 30 can move to the surface 203 of the tibial tray 201 in a forward / backward, lateral direction and rotation.
  • the friction of the plate 30 against the surface 203 is limited and generate little Al 2 O 3 alumina ceramic particles.
  • the particles generated contribute to the formation of a fibrous capsule making it possible to strengthen the lateral ligaments and the capsule of the replaced joint.
  • the movable trays 3 and 30 can be interchanged between the first and second embodiments of the invention.
  • no element retains the movement of the plate 30 at the plateau surface 203 211.
  • the movable plate 30 is held in place by the patella, the ligaments and the muscles in place as well as by the tension obtained during the treatment. intervention when choosing the thickness of prosthetic parts.
  • the tibial base 200 includes an anchor keel 212 for insertion into the prepared tibia of a patient.
  • the tibial base 200 also comprises a tibial plateau 211 having a front face 215 and a face rear 214, both of convex shape.
  • the upper surface 213 of the plate 211 is flat and perfectly smooth. However, it has on its surface three stops 216 to retain the movement of the movable plate.
  • the tibial base 200 is entirely made of ceramic, preferably Al 2 O 3 alumina ceramic.
  • FIG. 7 is a perspective and exploded view of the tibial base 200 and the movable plate 30.
  • the perimeter of the plate 30 is smaller than that of the plate 211 so that the plate 30 can be inserted and moved between the plates.
  • abutments 216 of the tibial base 200 As previously, the femoral element is not shown because identical to that described in Figures 1 to 4.
  • the plate 3 can cooperate with the base 200 , provided that its perimeter is smaller than that of the plate 211 so that it can be placed and move between the stops 216.
  • FIG. 8 is a view from above of the movable plate 30 cooperating with the plate 211 of the base plate 200. As shown in this figure, the plate 30 is rotated on the surface 211 of the tibial base plate. 200. Its movement is limited by stops 216.
  • the plate 30 and the base 200 are both entirely made of the same ceramic material, preferably Al 2 O 3 alumina.
  • the lower end of the femur is profiled by the surgeon to fit into the femoral housing 13 of the femoral component 1.
  • the end The upper tibia is profiled to receive the anchoring heel 21.
  • any debris or ceramic dust generates the synthesis of a strong fibrous tissue, forming a shell tissue that envelops the components of the knee prosthesis extending from the femur to the tibia.
  • a tissue shell is formed around the synthetic joint. This tissue shell is enhanced by the production, as the patient moves, small ceramic particles produced during the friction of ceramic parts against each other. 7.
  • the friction surfaces of the parts constituting the prosthesis according to the invention are made of the same ceramic material, preferably alumina.
  • the total knee prostheses according to the invention have all of their surfaces or zones of mutual friction made of the same ceramic material.
  • the wear is greatly reduced and the production of debris or ceramic dust is very low.
  • the small amount of these causes a fibrous reaction in the form of a tissue cladding.
  • the minimum thickness of 4 mm ceramic pieces gives them sufficient strength to avoid breaking.
  • the prostheses according to the invention are more resistant, more stable and allow patients to regain a level of physical activity greater than that allowed with current prostheses.

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Abstract

Prothèse pour genou avec plateau mobile en céramique. L'invention concerne une prothèse pour genou comprenant : • a. une embase tibiale (2, 20, 200) comprenant un talon d'ancrage (22, 202, 212) dans la partie supérieure d'un tibia préparé d'un patient; • b. un plateau mobile centrique (3, 30, 300) présentant une surface inférieure (33, 303) et une surface supérieure; • c. un élément fémoral (1) adapté pour être fixé sur la partie inférieure d'un fémur préparé d'un patient, présentant une partie essentiellement concave destinée à entrer en contact avec la partie inférieure du fémur préparé et une partie convexe apte à coopérer avec ledit plateau mobile centrique; le plateau mobile et l'élément fémoral étant entièrement en un même matériau céramique et configurées pour être congruentes l'une avec l'autre.

Description

Prothèse de genou avec couple de frottement céramique sur céramique et plateau mobile en céramique.
1. Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui de la prothèse articulaire.
Plus précisément, l'invention concerne une prothèse totale en céramique comprenant un plateau mobile en céramique pour remplacer l'articulation du genou chez un patient.
2. Art antérieur
Le remplacement de l'articulation du genou est une intervention fréquente. On estime qu'en 2011, environ 650 000 prothèses ont été posées aux Etats-Unis et 110 000 en France. Les prothèses du genou peuvent être totales ou partielles : unicondyliennes, totales et alors à charnière ou à glissement.
Les prothèses à glissement comprennent une pièce fémorale condylienne et une embase tibiale, fixées respectivement sur les extrémités profilées du fémur et du tibia. La majorité des prothèses posées sont des prothèses dites « à glissement ». Ces prothèses à glissement comportent une pièce fémorale en métal ou en céramique et une pièce tibiale en polyéthylène généralement encastrée dans l'embase tibiale en métal. Certaines présentent un plateau mobile en polyéthylène qui peut se déplacer sur le plateau tibial. L'avantage théorique du plateau mobile est de diminuer l'usure du polyéthylène en permettant une adaptation plus cohérente des surfaces de frottement et d'améliorer la flexion du genou lorsque le déplacement du plateau mobile se fait non seulement en rotation mais aussi d'avant en arrière (mouvement de « tiroir »), le plateau mobile se déplaçant sur la surface tibiale à la manière du ménisque.
Ces prothèses à glissement ne remplacent pas les ligaments latéraux du genou et doivent donc être posées en respectant parfaitement l'architecture naturelle des surfaces du genou et des axes anatomiques. Certaines conservent le ligament croisé postérieur, d'autres non, il existe alors un capot central qui évite la chute du tibia en arrière. Jusqu'à présent, les prothèses totales sont réalisées en métal et en polyéthylène. Selon cette technique, les embases fémorales et tibiales sont réalisées en un matériau métallique, tandis qu'un tampon de polyéthylène est monté de manière fixe ou mobile sur l'embase tibiale. D'autres modes de réalisation consistent en une embase fémorale en céramique coopérant avec un plateau en polyéthylène, monté sur une embase tibiale en céramique ou en métal. La mobilité du plateau mobile peut être limitée par la forme du réceptacle métallique fixé dans le tibia qui peut n'autoriser que des mouvements de rotation ou par un téton central qui permet selon la forme d'une cavité inférieure dessinée dans le plateau mobile des mouvements de rotation et de tiroir.
Toutefois, ces matériaux ne permettent pas de concevoir une prothèse articulaire suffisamment robuste pour permettre aux patients de reprendre une activité physique normale: s'il est aisé de marcher à nouveau avec une prothèse du genou, les patients ressentent une gêne lors d'une marche prolongée ou à la montée et la descente des escaliers. La course ou toute autre activité physique importante restent par ailleurs interdites.
Or, l'âge moyen des patients diminue considérablement. De nombreuses interventions font en effet suite à un accident du sport ou du travail, chez des personnes jeunes et professionnellement actives. Il est par conséquent difficile et particulièrement frustrant pour ces personnes de devoir renoncer à toute forme d'activité physique, voire à leur activité professionnelle.
De plus, le taux d'échec de ces prothèses est actuellement de 10% au bout des dix premières années. Ce taux augmente chez les patients les plus jeunes. L'échec se traduit par la nécessité de réopérer le patient afin de remplacer sa prothèse. Or, ces ré-interventions impliquent d'une part une souffrance importante pour le patient, et d'autre part un coût conséquent pour les systèmes d'assurance maladie. Elles représentent également un risque juridique pour les institutions cliniques ou hospitalières.
Les échecs des prothèses s'expliquent en partie par le comportement des patients qui persistent, malgré les interdictions, à pratiquer une activité physique plus importante que la prothèse ne leur permet. Mais la cause principale de ces échecs réside principalement dans le phénomène d'usure du polyéthylène constituant du couple de frottement. La libération sous contraintes mécaniques des particules d'usure engendre une réaction inflammatoire responsable d'épanchement articulaire, mais aussi de la création d'un granulome de résorption périarticulaire. Une lyse osseuse au niveau des parties du fémur et/ou du tibia avoisinant la prothèse a été observée, pouvant résulter en une perte osseuse importante. Cette ostéolyse peut également conduire au descellement de la prothèse. Lorsque l'usure a été très importante, les pièces métalliques peuvent se trouver mises à nu, aboutissant à des réactions de rejet massives par production de particules métalliques toxiques (metallose).
On connaît le document WO 2011/003621 Al qui décrit notamment des prothèses de genou partiellement en céramique ainsi qu'un dispositif d'usure de ces prothèses. Toutefois, aucune prothèse selon cette technique n'est à ce jour apparue sur le marché, et ce, pour les raisons suivantes.
Tout d'abord, les prothèses selon ce document comprennent une tige en métal sur laquelle est fixée l'embase tibiale, ce qui induit une forte abrasion du métal. L'abrasion du métal se traduit par la formation de débris métallique dans le corps. L'organisme réagit contre ces particules de métal en produisant une réaction inflammatoire comme décrit avec les particules de polyéthylène.
De plus, la fixation des pièces en céramique sur une tige métallique est problématique : il est dans la pratique très difficile de fixer ce type de pièces sans créer des conditions de rupture de la céramique. Le document WO 2011/003621 Al ne décrit d'ailleurs aucune méthode de fixation de ces pièces. En outre, bien que le plateau mobile soit décrit en céramique, la large ouverture ovale au centre du plateau mobile est dans la pratique impossible à réaliser dans un matériau en céramique massive, cette forme d'ouverture et ses dimensions fragilisant la céramique. De même, le choc de l'ouverture pratiquée dans le plateau en céramique contre les butées 18 est de nature à induire des fractures prématurées du plateau en céramique, s'il était en céramique massive.
Une solution pour contrer ces inconvénients est de proposer des pièces en métal recouvertes de céramique. Toutefois, la fine couche de céramique à la surface du métal s'use rapidement et le métal est rapidement mis à nu, provoquant les réactions inflammatoires précédemment évoquées. Cette pratique n'a pas pour le moment montré une quelconque supériorité.
Il est donc nécessaire de concevoir des prothèses totales du genou qui soient plus résistantes à l'usure et qui permettent aux patients de retrouver une vie normale. Il est en outre souhaitable que de telles prothèses limitent les phénomènes inflammatoires.
3. Objectifs de l'invention
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir, dans au moins un mode de réalisation, une prothèse de genou qui soit plus résistante que les prothèses actuelles.
Un autre objectif de l'invention est de mettre en oeuvre, dans au moins un mode de réalisation, une telle prothèse qui permette aux patients de reprendre une activité physique normale.
L'invention a encore pour objectif de proposer, dans au moins un mode de réalisation, une prothèse qui limite les réactions inflammatoires.
L'invention a également pour objectif, dans au moins un mode de réalisation, de proposer une prothèse qui permette de reformer un tissu fibreux plus résistant jouant le rôle naturel des ligaments du genou par remodelage sous contrainte mécanique des structures fibreuses.
4. Exposé de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'une prothèse pour genou comprenant :
a. une embase tibiale comprenant un talon d'ancrage destiné à être inséré dans la partie supérieure d'un tibia préparé d'un patient;
b. un plateau mobile centrique présentant une surface inférieure et une surface supérieure; c. un élément fémoral adapté pour être fixé sur la partie inférieure d'un fémur préparé d'un patient, présentant une partie essentiellement concave destinée à entrer en contact avec la partie inférieure du fémur préparé et une partie convexe apte à coopérer avec ledit plateau mobile centrique;
Selon l'invention, le plateau mobile et l'élément fémoral sont entièrement en un même matériau céramique et sont configurés pour être congruentes l'une avec l'autre.
On entend par « centrique » un élément permettant de centrer l'articulation du genou.
Au sens de l'invention, le plateau mobile est mobile dans une direction avant/arrière, latérale et rotatoire. Ainsi, le plateau mobile selon l'invention n'est jamais uniquement rotatoire.
Il est à noter que la partie antérieure dudit élément fémoral est également apte à coopérer avec une rotule.
Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et originale de concevoir une prothèse totale de genou dans laquelle toutes les surfaces en contact des les éléments la composant sont en un même matériau céramique. Au contraire des prothèses actuelles qui comprennent un élément fémoral en métal ou en céramique, en contact avec un plateau fixe ou mobile en polyéthylène, la prothèse selon l'invention comprend un plateau mobile en un même matériau céramique que l'élément fémoral.
Jusqu'à présent, il n'avait jamais été proposé, à la connaissance de la Déposante, de mettre en contact étroit deux pièces en céramique pour concevoir une prothèse du genou. Il était connu de proposer des prothèses en céramique pour la hanche, chez les personnes jeunes et /ou actives. Toutefois, les sollicitations mécaniques exercées sur l'articulation du genou sont très différentes de celles exercées au niveau de la hanche, les articulations de la hanche et du genou ayant des géométries différentes. L'utilisation de la céramique pour la réalisation d'une prothèse de genou dans laquelle les surfaces de frottement du plateau tibial et de l'élément fémoral sont entièrement en céramique a toujours été rejetée par les prothésistes et les chirurgiens orthopédiques, et ce, pour différentes raisons. La première de ces raisons est que la mécanique du genou est complexe. Lors de la flexion, il se produit des phases successives de roulement et de glissement. Ces phases sont bien tolérées par un couple de matériaux dur/mou, mais ne peux être envisageable avec un couple dur/dur, puisque ce dernier ne fonctionne de façon tribologique satisfaisante que s'il persiste une congruence importante entre les surfaces en frottement. L'artifice du plateau mobile permet un autocentrage permanent lors du mouvement avec un respect des congruences et une adaptation au profil de chaque patient.
La deuxième est que la céramique est un matériau de comportement fragile qui peut se casser lors de la propagation d'une fissure. C'est la raison pour laquelle les choix de l'alumine de qualité médicale et les dessins privilégient des épaisseurs susceptibles d'éviter ce risque.
Outre le risque sanitaire pour le patient que ces chiffres traduisent, les cas de rupture de prothèse représentent un coût et un risque juridique important pour les professionnels de santé. Il est à comparer aux risques 10 fois plus élevés de réinterventions dues aux conséquences des réactions aux débris d'usure des prothèses contenant du polyéthylène.
Un autre préjugé à l'encontre de l'utilisation de la céramique dans le cadre d'une prothèse totale pour genou est la possibilité que le frottement de deux pièces en céramique l'une contre l'autre produise un crissement à chaque mouvement, ce bruit étant entendu par le patient et parfois même par l'entourage du patient. Ce phénomène a déjà été observé dans certaines prothèses de la hanche et est particulièrement gênant au quotidien pour le patient. Le dessin des pièces ainsi que l'interposition de particules métalliques est l'élément en cause les plus souvent rapporté. L'invention permet d'éviter cet inconvénient en prévoyant une épaisseur de céramique suffisamment épaisse. L'utilisation de ciment lors du placement de la prothèse permet également de limiter ce phénomène.
De préférence, ledit matériau céramique présente une épaisseur comprise entre 4 mm et 14 mm. La Déposante a en effet constaté que les prothèses en céramique dont l'épaisseur se situe en dehors de cette plage sont cassantes, ce qui n'est pas souhaitable. La Déposante a, en outre, constaté de manière surprenante que le comportement de deux pièces en céramique l'une contre l'autre permettait d'obtenir une prothèse très résistante et plus robuste que celles existantes. La parfaite congruence entre l'élément fémoral et le plateau mobile permet de diminuer les frictions entre les pièces et par conséquent, le risque d'usure de la prothèse. Un jeu entre les pièces de quelques dizaines de microns est idéal pour permettre aux liquides de pénétrer dans l'interface assurant la lubrification du contact et l'absence de bruits souvent liés à des frottements à sec. De préférence, le jeu entre les pièces doit être compris entre 10 μιη et 100 μιτι. En dessous de 10 μιτι, le liquide ne circulera pas suffisamment. Au delà de 100 μιτι, le risque de concentration des contraintes sur une partie de la prothèse devient trop élevé.
Au sens de l'invention et dans la description qui suit, la parfaite congruence des pièces les unes par rapport aux autres est obtenue lorsque les pièces s'emboîtent parfaitement et lorsqu'il n'existe aucune zone au niveau des surfaces de frottement des pièces l'une contre l'autre dans laquelle les contraintes mécaniques sont concentrées. Cette congruence parfaite peut également être qualifiée d'idéale dans la description.
Cette congruence parfaite ou idéale des éléments frottants est obtenue grâce aux choix de formes simples des surfaces frottantes : l'espace condyles/plateau mobile sont des portions de cylindres de même rayon de courbure et la surface de contact plateau mobile/embase tibiale est plane. Ces formes sont obtenues par des techniques de fabrication et de rodage spécifiques, maîtrisées par l'industrie spécialisée en prothèses médicales. Brièvement, les profils des différentes pièces produites sont évalués grâce à la mesure des rayons de courbure des différentes pièces après avoir soumis les pièces à différents tests d'usure. L'objectif de ces mesures est d'obtenir un espacement entre les pièces, et plus précisément entre le plateau mobile et l'élément fémoral, compris entre 10 μιη et 100 μιτι.
De plus, la céramique est davantage tolérée par l'organisme que le métal ou le polyéthylène. L'avantage du frottement céramique contre céramique est de permettre de recréer un tissu fibreux ou « néoligament » jouant le rôle des ligaments naturels après remodelage adaptatif. On observe en effet la formation d'un tissu fibreux plus résistant et de meilleure qualité avec les prothèses selon l'invention qu'avec des prothèses usuelles dans lesquelles les surfaces de frottement sont en métal contre du polyéthylène ou en céramique contre du polyéthylène. Les particules d'usure, générées en faible quantité lors des mouvements de l'articulation, ne provoquent pas de réaction macrophagique dans l'organisme. Par conséquent, les prothèses selon l'invention permettent d'éviter le problème d'ostéolyse et le risque de descellement de la prothèse observés avec les prothèses actuelles.
Bien au contraire, la Déposante constate que de faibles quantités de particules d'alumine permettent de générer un tissu fibreux particulièrement dense, plus dense que celui formé autour des prothèses actuelles. Ce tissu fibreux participe à renforcer et stabiliser la capsule articulaire et les ligaments. Par conséquent, les prothèses selon l'invention permettent aux patients de retrouver une articulation du genou plus stable et plus résistante à l'effort. Cette particularité permet donc aux patients de conserver leur prothèse plus longtemps et de recouvrer une activité physique normale.
Pour toutes ces raisons, les prothèses selon l'invention sont plus résistantes et limitent, voire évitent, les inconvénients observés avec les prothèses actuelles dans lesquelles le plateau mobile est en polyéthylène. La présente invention permet ainsi aux patients de retrouver une vie normale avec un niveau d'activité physique supérieur par rapport à ce qui leur est aujourd'hui permis. Il n'est plus nécessaire de les réopérer pour remplacer la prothèse usagée ou, à tout le moins, l'échéance d'une nouvelle opération est considérablement retardée par rapport aux prothèses actuelles.
De préférence, le matériau céramique est une céramique d'alumine (Al203), qui permet d'obtenir la synthèse d'un tissu fibreux de meilleure qualité par rapport aux autres céramiques. De tels matériaux sont de qualité chirurgicale, c'est à dire qu'ils doivent être conformes aux normes en vigueur relatives aux matériaux pour la fabrication de prothèses chirurgicales. Par exemple, la céramique d'alumine peut être une céramique dense polycristalline obtenue à partir d'une poudre d'oxyde d'aluminium compressée à des températures d'environ 1600°C grâce au procédé HIP (High Isostatic Pressure).
De préférence, la céramique présente une granulométrie inférieure à 2 μιτι. De manière davantage préférée, la céramique utilisée pour la fabrication de la prothèse selon l'invention présente une granulométrie comprise entre 0,5 μιη et 2 μιτι. De manière encore davantage préférée, la céramique a une granulométrie 1 μιη et 2 μιτι. La granulométrie du matériau céramique est déterminée selon toute méthode bien connue de l'homme de l'art.
Avantageusement, l'embase tibiale comprend un talon d'ancrage sous forme d'un cône Morse irrégulier. La forme de cône Morse irrégulier est conçue pour s'ajuster à la forme du tibia du patient. Il assure un très bon centrage de l'embase tibiale dans l'extrémité profilée du tibia du patient.
Les dimensions des pièces constituant la prothèse sont fonction de la taille et des dimensions de l'articulation à remplacer. Par exemple, le plateau mobile peut présenter une épaisseur maximale comprise entre 4 à 14 mm. Cette épaisseur de céramique est suffisante pour éviter le phénomène de crissement évoqué précédemment.
Avantageusement, la surface supérieure du plateau mobile présente deux cuvettes condyliennes et la partie inférieure de l'élément fémoral présente deux condyles, lesdits condyles et lesdites cuvettes condyliennes présentant chacun des surfaces de frottements mutuels parfaitement congruentes.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, ladite embase tibiale comprend en outre un logement destiné à recevoir une pièce centrique, ladite pièce centrique entrant en contact avec la surface inférieure du plateau mobile.
Dans un tel mode de réalisation, l'embase tibiale est alors en un matériau métallique, de préférence le titane.
Cette pièce centrique totalement en céramique est bâtie sur un modèle similaire au liner utilisé dans les prothèses de hanche. L'adjonction de la pièce centrique dans une pièce métallique fixée dans l'os du patient permet d'assurer une fixation stable des composants. Une telle pièce centrique permet d'offrir une surface de frottement céramique contre céramique avec la surface inférieure du plateau mobile. Comme mentionné précédemment, il est désavantageux d'offrir une surface de frottements céramique contre métal ou plastique. Il est également difficile de produire une embase tibiale dont la surface supérieure serait en céramique tandis que le talon d'ancrage serait en métal, du fait de la difficulté de la fixation céramique sur métal et des risques importants de fracture que cela engendre. La pièce centrique permet de palier ce problème en faisant le lien entre une embase tibiale en métal et un plateau mobile en céramique. Insérée dans le logement ajusté de l'embase tibiale, les mouvements de ladite pièce centrique sont limités.
Ainsi, selon ce premier mode de réalisation, l'invention concerne une prothèse pour genou comprenant :
a. une embase tibiale comprenant un talon d'ancrage destiné à être inséré dans la partie supérieure d'un tibia préparé d'un patient et un logement destiné à recevoir une pièce centrique en céramique;
b. ladite pièce centrique en céramique;
c. un plateau mobile centrique présentant une surface inférieure destinée à entrer en contact avec ladite pièce centrique et une surface supérieure;
d. un élément fémoral adapté pour être fixé sur la partie inférieure d'un fémur préparé d'un patient, présentant une partie essentiellement concave destinée à entrer en contact avec la partie inférieure du fémur préparé et une partie convexe apte à coopérer avec ledit plateau mobile centrique;
la partie convexe de l'élément fémoral et la surface supérieure du plateau mobile étant entièrement constituées en un même matériau céramique et étant configurées pour être congruentes l'une avec l'autre.
En ce cas, l'élément fémoral, la pièce centrique et le plateau mobile sont entièrement réalisés en un même matériau céramique.
De manière avantageuse, le logement de l'embase tibiale en métal présente un bord périphérique interne d'emmanchement tronconique et la pièce fixe centrique présente un chant périphérique tronconique de forme correspondante au bord interne tronconique, de sorte que la pièce fixe centrique s'emmanche de manière ajustée dans le logement.
Avantageusement, la pièce fixe centrique fait saillie hors du logement.
De manière avantageuse, le plateau mobile et la pièce fixe centrique présentent des surfaces de frottements mutuels planes. Cette caractéristique permet notamment au plateau mobile de glisser parfaitement sur la pièce fixe centrique, ce qui permet d'obtenir un mouvement de l'articulation plus fluide et plus naturel, avec conservation des différentes phases physiologiques de glissement, roulement caractéristiques de l'articulation du genou.
De préférence, la pièce fixe centrique présente un angle de conicité de type cône Morse : 5°40". Dans une variante de l'invention, la pièce centrique est fixe sur l'embase tibiale. Par exemple, la pièce fixe centrique peut être soudée, collée, vissée etc. sur l'embase tibiale. De préférence, la pièce fixe centrique est en céramique et de manière davantage préférée, en un même matériau céramique que le plateau mobile.
Egalement dans une variante intéressante de ce mode de réalisation, l'élément fémoral comprend sur sa surface antérieure une protubérance mimant une trochlée pour s'articuler avec la rotule du patient. Cette trochlée devrait être plus saillante pour remplacer partiellement la partie articulaire de la rotule qui serait enlevée chirurgicalement et non remplacée par une prothèse, généralement en polyéthylène, évitant ainsi les conséquences d'un bouton en polyéthylène dans une prothèse totalement en céramique. Les prothèses rotuliennes ne sont pas toujours la règle et de nombreuses études ont pu monter que le remplacement de l'articulation de la rotule n'apportait pas significativement d'avantages par rapport à une rotule simplement débarrassée de son cartilage malade (spongialisation). Le rattrapage dimensionnel de l'articulation femoro-patellaire serait ainsi réalisé par l'adjonction d'une épaisseur notable sur la pièce fémorale condylienne.
Dans une variante de ce premier mode de réalisation, la partie supérieure de pièce fixe centrique présente une épaisseur constante. En d'autres termes, la pièce fixe centrique est plane.
Dans une autre variante de ce premier mode de réalisation, la pièce fixe centrale comprend sur sa face supérieure un plot central coopérant avec un logement dans l'embase tibiale et un logement dans le plateau mobile. Avantageusement, le plot central est en même matériau céramique que la pièce fixe centrale, de préférence l'alumine.
Dans ce premier mode de réalisation, la limitation des mouvements du plateau mobile peut être dévolue uniquement à la génération de tissus fibreux. La surface supérieure de la pièce fixe centrique elle-même fixée dans l'embase tibiale présente une cavité recevant un plot en céramique ; celui-ci pénètre dans une cavité inférieure du plateau mobile. Cette cavité de forme excentrique autorise des mouvements de rotation et de « tiroir » tout en les limitant. Selon les caractéristiques du patient et des tissus environnants, le chirurgien a le choix d'utiliser ou pas cette variante.
Dans un second mode de réalisation de l'invention, l'embase tibiale ne comprend pas de logement pour une pièce centrique. Dans ce cas, la surface supérieure de l'embase tibiale est plane et lisse, ce qui facilite le glissement du plateau mobile. Selon le second mode de réalisation, l'embase tibiale est alors entièrement réalisée en un même matériau céramique que le plateau mobile et l'élément fémoral, de préférence l'alumine.
En d'autres termes, la prothèse pour genou selon le second mode de réalisation de l'invention comprend :
a. une embase tibiale comprenant un talon d'ancrage destiné à être inséré dans la partie supérieure d'un tibia préparé d'un patient;
b. un plateau mobile centrique présentant une surface inférieure et une surface supérieure;
c. un élément fémoral adapté pour être fixé sur la partie inférieure d'un fémur préparé d'un patient, présentant une partie essentiellement concave destinée à entrer en contact avec la partie inférieure du fémur préparé et une partie convexe apte à coopérer avec ledit plateau mobile centrique;
dans laquelle, l'embase tibiale, le plateau mobile et l'élément fémoral sont entièrement en un même matériau céramique et sont configurés pour être congruents l'une avec l'autre.
Avantageusement, le plateau mobile présente un périmètre inférieur au périmètre de la surface supérieure de l'embase tibiale. Les mouvements du plateau mobile sont alors limités par la génération de tissu fibreux et des muscles et ligaments environnants.
Dans une variante intéressante de ce second mode de réalisation, l'embase tibiale présente en outre à sa surface supérieure au moins une butée, de préférence trois butées, de manière davantage préférée au moins quatre butées, ladite au moins une butée permettant de limiter les mouvements du plateau mobile à la surface de l'embase tibiale, tout en continuant à autoriser les mouvements de rotation et de tiroir permettant d'améliorer la mobilité du genou tout en conservant une congruence parfaite des surfaces.
5. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :
la figure 1 présente une vue en perspective et en éclaté d'une prothèse pour genou selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
la figure 2 illustre une autre vue de la prothèse présentée à la figure 1 ;
la figure 3 représente une vue de profil de la prothèse assemblée selon la figure l et 2 ;
la figure 4 est une vue en perspective d'une première variante de l'embase tibiale selon un second mode de réalisation de l'invention;
la figure 5 est une vue en perspective et en éclaté représentant le plateau mobile et l'embase tibiale représentée à la figure 4 ;
la figure 6 est une vue en perspective d'une seconde variante de l'embase tibiale selon un second mode de réalisation de l'invention;
la figure 7 est une vue en perspective et en éclaté représentant le plateau mobile et l'embase tibiale représentée à la figure 6 ;
la figure 8 est une vue du dessus du plateau mobile en mouvement à la surface de l'embase tibiale, tels qu'ils sont représentés à la figure 7.
6. Description de modes de réalisation de l'invention
Le principe général de l'invention repose sur une prothèse totale pour genou dans laquelle le plateau mobile et l'élément fémoral, ainsi que le plateau mobile et l'éventuelle pièce fixe centrique, ont leurs surfaces de frottement respectives en un même matériau céramique, ces surfaces étant parfaitement congruentes. Contrairement à l'idée couramment répandue jusqu'à présent, la céramique permet d'obtenir une prothèse pour genou particulièrement résistante. Cette résistance est également due à la parfaite congruence des pièces les unes par rapport aux autres, et notamment du plateau mobile par rapport à l'élément fémoral. La parfaite congruence du plateau mobile avec l'élément fémoral assure un frottement optimal tout en générant un minimum de débris d'usure, sa mobilité assure la reproduction du jeu articulaire global décomposé en deux mouvements : celui de l'élément fémoral sur le plateau mobile associé à la mobilité rotatoire et en tiroir du plateau mobile sur la surface de l'embase tibiale. L'ensemble de l'innovation permet donc d'éviter ou à tout le moins de limiter les probabilités de ré-opération du genou. Au sens de l'invention, cette parfaite congruence s'obtient en laissant un jeu, ou un espace, entre les pièces compris entre 10 μιη et 100 μιτι.
De plus la céramique est un matériau particulièrement bien toléré par l'organisme, notamment la céramique d'alumine. En effet, les particules d'usure de céramique, en faible quantité, ne provoquent pas de réaction à corps étrangers responsable de la destruction de la prothèse et du tissu osseux périphérique (ostéolyse). Il a en outre été observé que la présence de céramique favorisait la synthèse d'un tissu fibreux résistant et plus épais que celui obtenu avec des prothèses en polyéthylène et/ou en métal. Cette qualité du tissu fibreux est importante car elle permet de stabiliser et renforcer l'articulation du genou ainsi remplacée.
Ainsi, les prothèses selon l'invention sont plus résistantes que les prothèses actuelles. Elles permettent au patient opéré de recouvrer une meilleure qualité de vie en lui autorisant un niveau d'activité physique supérieur comme la pratique d'un sport ou l'exercice d'une activité professionnelle physique.
6.1. Description d'un premier mode de réalisation de l'invention
On présente, en relation avec les figures 1 à 4, un premier mode de réalisation d'une prothèse pour genou selon l'invention. Ce type de prothèse appartient à la catégorie des prothèses totales dites « à glissement » et à plateau mobile.
Au vu des figures 1 à 3, la prothèse représentée comprend
- un élément fémoral 1 ;
- une embase tibiale 2 ; et - un plateau mobile 3, le plateau 3 étant placé entre l'élément fémoral 1 et l'embase tibiale 2.
L'élément fémoral 1 se présente sous la forme générale d'une coque partielle creuse définissant extérieurement deux condyles 11 reproduisant sensiblement la forme des condyles naturels, mais dont la partie postérieure flottante avec le plateau mobile sont des portions de cylindres. Elles sont séparées par un vide intercondylien 12, qui reproduit globalement le vide intercondylien naturel. Intérieurement, l'élément fémoral définit un logement fémoral 13 destiné à recevoir l'extrémité inférieure profilée Fl d'un fémur F. Plus en détail, le logement fémoral 13 définit deux logements condyliens 14 séparés par un bourrelet intercondylien 15. L'élément fémoral 1 présente ainsi une configuration sensiblement conventionnelle avec comme particularités un épaississement important de la partie trochléenne, une forme cylindrique de la partie postérieure des condyles.
Selon l'invention, l'élément fémoral 1 est entièrement réalisé en un matériau contenant ou constitué d'une céramique, tel que de l'alumine Al203.
L'embase tibiale 2 comprend ici deux composants séparés rapportés l'un sur l'autre. L'embase tibiale 2 comprend ainsi un talon d'ancrage 21 destiné à être monté sur une extrémité supérieure profilée d'un tibia et une pièce fixe centrique 25 qui est reçue fixement sur ou dans le talon d'ancrage 21.
Le talon d'ancrage 21 comprend une quille d'ancrage 22 qui est destinée à être insérée et maintenue dans un alésage correspondant réalisé dans l'extrémité supérieure Tl d'un tibia T. Au-dessus de la quille d'ancrage 22, le talon d'ancrage 21 forme un logement de plateau 23 qui définit avantageusement un bord périphérique d'emmanchement tronconique 24. On peut ainsi dire que le logement de plateau 23 forme un fond entouré par un rebord formant intérieurement le bord d'emmanchement tronconique 24.
Selon l'invention, le talon d'ancrage 21 est réalisé en titane. La surface extérieure du titane étant configurée pour être fixée sans ciment.
La pièce fixe centrique 25 est reçue fixement à l'intérieur du logement 23. Pour cela, la pièce fixe centrique 25 présente un chant périphérique d'emmanchement tronconique 28 destiné à venir s'emmancher de manière ajustée dans le logement 23 avec un contact intime avec le bord d'emmanchement tronconique 24. La pièce fixe centrale 25 définit une surface supérieure de frottement 26 qui fait saillie hors du logement de plateau 23. Cette surface supérieure de frottement 26 est de préférence parfaitement plane : elle ne comporte aucune excroissance ou relief en creux. Dans une variante non dessinée, elle peut comporter un orifice cylindrique acceptant un plot en céramique unifiant ce plateau avec le plateau mobile.
De même, la surface inférieure 27 peut également être plane et parallèle à la surface supérieure 26, de sorte que la pièce fixe centrique 25 présente une épaisseur constante. On peut ainsi dire que la pièce fixe centrique 25 se présente sous la forme d'une galette d'épaisseur constante dont le pourtour est profilé pour s'adapter dans le logement de plateau 23 du talon d'ancrage 21. Selon un dessin non présentée, l'épaisseur de la pièce 23 peut épouser plus étroitement la forme interne de l'embase tibiale.
Selon l'invention, la pièce fixe centrique 25 est entièrement en alumine Al203. La pièce fixe centrique 25 peut entièrement être réalisée en alumine. Le plateau mobile 3, qui est disposé entre la pièce fixe centrique 25 et l'élément fémoral 1, est une pièce monobloc présentant une surface supérieure profilée et une face inférieure définissant une surface de frottement 33, avantageusement parfaitement plane, destinée à venir en contact de frottement avec la surface supérieure 26 de la pièce fixe centrale 25. Dans une variante non dessinée, la face inférieure comporte un orifice de forme excentrique permettant l'insert d'un plot central cylindrique ; la forme de l'orifice autorise des mouvements de rotation et de tiroir selon les nécessités du patient en évitant les mouvements de trop grande amplitude. La surface supérieure profilée comprend deux cuvettes condyliennes 31 séparées par un plot intercondylien saillant 32. Les cuvettes condyliennes 31 définissent des zones ou surfaces de frottement, respectivement pour les deux condyles 11 de l'élément fémoral 1. Avantageusement, les cuvettes 31 et les condyles 11 présentent des surfaces de frottement mutuelles de forme cylindrique parfaitement congruentes, de sorte qu'il n'y a sensiblement aucun jeu ou interstice entre elles. Cela réduit significativement les frottements, et de ce fait l'usure de ces pièces. Quant au plot intercondylien 32, il est engagé dans le vide intercondylien 12 de l'élément fémoral 1. Lors de la rotation de l'élément fémoral 1 sur le plateau mobile 3, les condyles 11 glissent ou coulissent dans les cuvettes condyliennes 31 avec le plot intercondylien 32 qui se déplace dans le vide intercondylien 12 qui forme une sorte de rail. Avantageusement, le plot intercondylien 32 ne limite pas significativement le déplacement de l'élément fémoral 1 sur le plateau mobile 3. De plus, il faut remarquer que le plateau mobile 3 peut se déplacer librement sans aucune contrainte sur la pièce fixe centrique 25, étant donné que leurs surfaces ou zones de frottement mutuelles 26, 33 sont parfaitement planes.
Selon l'invention, le plateau mobile 3 est entièrement réalisé en alumine Al203. Dans une seconde variante de ce premier mode de réalisation, la pièce fixe centrale comprend un plot central cylindrique de part et d'autre de ses surfaces inférieure et supérieure. Le plateau mobile comprend alors à sa surface inférieure un logement permettant de loger le plot central, et l'embase tibiale comprend également un logement permettant de loger le plot central de la pièce fixe. Un tel mode de réalisation permet de conférer à l'articulation du genou ainsi remplacée des mouvements de rotation et de « tiroir » mieux contrôlés. Ce plot central limite intentionnellement le mouvement. Le chirurgien a l'avantage de choisir l'option avec ou sans limitation intentionnelle de la mobilité du plateau mobile.
6.2. Description d'un second mode de réalisation de l'invention
Les figures 5 à 9 se rapportent à un second mode de réalisation de l'invention.
Dans ce mode de réalisation, la surface supérieure de l'embase tibiale est plane et lisse. L'embase tibiale ne comprend aucun logement pour recevoir de pièce centrique, la prothèse étant alors dépourvue de pièce centrique. Par souci de clarté, l'élément fémoral n'est pas à nouveau représenté. En d'autres termes, l'élément fémoral dans ce second mode de réalisation est identique à celui décrit aux figures 1 à 3.
On présente en relation avec la figure 4 une vue en perspective d'une embase tibiale 20 selon une première variante du second mode de réalisation de l'invention. Comme énoncé précédemment, une embase tibiale selon le second mode de réalisation ne comprend pas de logement permettant de recevoir une pièce centrique. L'embase 20 comprend un plateau tibial 201 présentant une surface supérieure 203 parfaitement plane et lisse. Le plateau tibial présente une face avant 205 et une face arrière 204, toutes deux de forme convexe. Selon l'invention, l'embase tibiale 20 est entièrement réalisée en un même matériau céramique, de préférence l'alumine Al203.
La figure 5 présente une vue en perspective et en éclaté de l'embase tibiale 20 avec un plateau mobile 30. Ce plateau mobile 30 est similaire au plateau mobile 3 du premier mode de réalisation : il comprend notamment une surface inférieure 303 destinée à entrer en contact avec la surface supérieure 203 de l'embase tibiale 20. La surface 303 est également plate et lisse. Le plateau 30 présente à sa surface supérieure deux cuvettes condyliennes 301 et un plot intercondylien 302. La surface supérieure du plateau 30 est destinée à coopérer avec un élément fémoral non représenté sur ce schéma, car identique à celui représenté aux figures 1 à 3.
Comme il est possible de le voir à la figure 5, le plateau 30 a un périmètre légèrement inférieur au périmètre du plateau tibial 201. Le plateau mobile 30 peut se mouvoir à la surface 203 du plateau tibial 201 dans une direction avant/arrière, latérale et de rotation.
Ce faisant, les frottements du plateau 30 contre la surface 203 sont limités et génèrent peu de particule de céramique d'alumine Al203. En revanche, les particules générées contribuent à la formation d'une capsule fibreuse permettant de renforcer les ligaments latéraux et la capsule de l'articulation remplacée.
II est entendu que selon l'invention, les plateaux mobiles 3 et 30 peuvent être interchangés entre les premier et second modes de réalisation de l'invention. Dans cette variante, aucun élément ne vient retenir le mouvement du plateau 30 à la surface 203 de plateau 211. Le plateau mobile 30 est maintenu en place par la rotule, les ligaments et les muscles en place ainsi que par la tension obtenue lors de l'intervention lors du choix de l'épaisseur des pièces prothétiques.
On présente en relation avec les figures 6 à 8 une seconde variante du second mode de réalisation dans lequel le plateau mobile 30 est identique à celui décrit à la figure 5.
D'après la figure 6, l'embase tibiale 200 comprend une quille d'ancrage 212 destinée à être insérée dans le tibia préparé d'un patient. L'embase tibiale 200 comprend également un plateau tibial 211 présentant une face avant 215 et une face arrière 214, toutes deux de forme convexe. La surface supérieure 213 du plateau 211 est plane et parfaitement lisse. Elle présente toutefois à sa surface trois butées 216 permettant de retenir le mouvement du plateau mobile. L'embase tibiale 200 est entièrement constituée en céramique, de préférence en céramique d'alumine Al203.
La figure 7 est une vue en perspective et en éclaté de l'embase tibiale 200 et du plateau mobile 30. Le périmètre du plateau 30 est inférieur à celui du plateau 211 de sorte que le plateau 30 puisse s'insérer et se mouvoir entre les butées 216 de l'embase tibiale 200. De même que précédemment, l'élément fémoral n'est pas représenté car identique à celui décrit aux figures 1 à 4. Il est également à noter que le plateau 3 peut coopérer avec l'embase 200, à condition que son périmètre soit inférieur à celui du plateau 211 de sorte qu'il puisse être placé et se mouvoir entre les butées 216.
La figure 8 est une vue du dessus du plateau mobile 30 coopérant avec le plateau 211 de l'embase 200. Tel qu'il est représenté sur cette figure, le plateau 30 est en mouvement de rotation à la surface 211 de l'embase tibiale 200. Son mouvement est limité par les butées 216.
Le plateau 30 et l'embase 200 sont toutes deux entièrement constituées en un même matériau céramique, de préférence l'alumine Al203.
6.3. Placement d'une prothèse selon l'invention
Lorsque les prothèses selon l'invention sont placées dans le genou du patient, l'extrémité inférieure du fémur est profilée par le chirurgien pour pouvoir s'adapter dans le logement fémoral 13 de l'élément fémoral 1. De manière correspondante, l'extrémité supérieure du tibia est profilée pour accueillir le talon d'ancrage 21. En cas d'usure des surfaces de frottement mutuelles de la prothèse de genou, les éventuels débris ou poussières de céramique engendrent la synthèse d'un tissu fibreux résistant, formant une coque tissulaire qui enveloppe les composants de la prothèse de genou en s'étendant du fémur jusqu'au tibia. Une coque tissulaire se forme autour de l'articulation synthétique. Cette coque tissulaire est renforcée par la production, au fur et à mesure des mouvements du patient, de petites particules de céramique produites lors du frottement des pièces en céramique l'une contre l'autre. 7. Conclusion
Ainsi la présente invention repose sur la synergie de différents facteurs :
- un profilage cylindrique du plateau mobile par rapport à l'élément fémoral permettant de concevoir des pièces parfaitement congruentes, c'est à dire que l'espace entre elles est compris entre 10 μιη et 100 μιη ; et
- les surfaces de frottement des pièces constituant la prothèse selon l'invention sont en un même matériau céramique, de préférence l'alumine.
Ainsi, les prothèses totales de genou selon l'invention ont la totalité de leurs surfaces ou zones de frottements mutuels réalisées en un même matériau céramique. De ce fait, l'usure est fortement réduite et la production de débris ou de poussière de céramique est très faible. Par ailleurs, la faible quantité de celles-ci engendre une réaction fibreuse sous la forme d'un gainage tissulaire. De plus, l'épaisseur minimale de 4 mm des pièces en céramique leur confère une résistance suffisante pour éviter de se casser. Ainsi, les prothèses selon l'invention sont plus résistantes, plus stables et permettent aux patients de retrouver un niveau d'activité physique supérieur à celui autorisé avec les prothèses actuelles.

Claims

REVENDICATIONS
1. Prothèse pour genou comprenant :
a. une embase tibiale (2, 20, 200) comprenant un talon d'ancrage (22, 202, 212) destiné à être inséré dans la partie supérieure d'un tibia préparé d'un patient; b. un plateau mobile centrique (3, 30, 300) présentant une surface inférieure (33, 303) et une surface supérieure;
c. un élément fémoral (1) adapté pour être fixé sur la partie inférieure d'un fémur préparé d'un patient, présentant une partie essentiellement concave (13) destinée à entrer en contact avec la partie inférieure du fémur préparé et une partie convexe apte à coopérer avec ledit plateau mobile centrique (3, 30);
caractérisée en ce que le plateau mobile et l'élément fémoral sont entièrement en un même matériau céramique et sont configurées pour être congruentes l'une avec l'autre.
2. Prothèse selon la revendication 1 dans laquelle le matériau céramique est l'alumine Al203.
3. Prothèse selon la revendication 1 ou 2 dans laquelle la céramique présente une granulométrie comprise entre 0,5-2 μιτι, de préférence entre 1- 2 μιτι.
4. Prothèse selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la surface supérieure du plateau mobile (3, 30) présente deux cuvettes condyliennes (31, 301) et la partie inférieure de l'élément fémoral (1) présente deux condyles (11), lesdits condyles (11) et lesdites cuvettes condyliennes (31, 301) présentant chacun des surfaces de frottements mutuels parfaitement congruentes.
5. Prothèse selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle ledit matériau céramique présente une épaisseur comprise entre 4 et 14 mm.
6. Prothèse selon l'une des revendications précédentes dans laquelle ladite embase tibiale (2) comprend en outre un logement (23) destiné à recevoir une pièce centrique (25), ladite pièce centrique (25) entrant en contact avec la surface inférieure du plateau mobile (3).
7. Prothèse selon la revendication 6 dans laquelle le logement (23) de l'embase tibiale (2) présente un bord périphérique interne (24) d'emmanchement tronconique et la pièce fixe centrique (25) présente un chant périphérique tronconique (28) de forme correspondante au bord interne tronconique (24), de sorte que la pièce fixe centrique (25) s'emmanche de manière ajustée dans le logement (23).
8. Prothèse selon la revendication 6 ou 7 dans laquelle la pièce centrique (25) présente une épaisseur constante.
9. Prothèse selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 dans laquelle le plateau mobile (3) et la pièce centrique (25) présentent des surfaces de frottements mutuels (33, 26) planes.
10. Prothèse selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 dans laquelle la pièce centrique (25) fait saillie hors du logement (23).
11. Prothèse selon l'une des revendications 6 à 10 dans laquelle la pièce centrique (25) est fixe sur l'embase tibiale (21).
12. Prothèse selon l'une des revendications précédentes dans laquelle l'élément fémoral (1) comprend sur sa surface antérieure une protubérance mimant une trochlée pour s'articuler avec la rotule du patient.
13. Prothèse selon l'une des revendications 6 à 12 dans laquelle l'embase tibiale (21) est en un matériau métallique, de préférence le titane.
14. Prothèse selon l'une des revendications 6 à 13 dans laquelle la pièce centrique (25) est en matériau céramique, de préférence l'alumine.
15. Prothèse selon l'une des revendications 6 à 14 dans laquelle la pièce fixe centrale (25) comprend un plot central coopérant avec un logement dans l'embase tibiale (2) et un logement dans le plateau mobile.
16. Prothèse selon la revendication 15 dans laquelle le plot central est en un même matériau céramique, de préférence l'alumine.
17. Prothèse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et 12 dans laquelle ladite embase tibiale (20, 200) ne comprend pas de logement pour une pièce centrique.
18. Prothèse selon la revendication 17 dans laquelle ledit plateau mobile (30) présente un périmètre inférieur au périmètre de la surface supérieure de l'embase tibiale (20, 200).
19. Prothèse selon la revendication 18 dans laquelle ladite embase tibiale (20, 200) présente en outre à sa surface supérieure (213) au moins une butée (216), de préférence trois butées, de manière davantage préférée au moins quatre butées, ladite au moins une butée permettant de limiter les mouvements du plateau mobile (30) à la surface de l'embase tibiale.
20. Prothèse selon l'une des revendications 16 à 19 dans laquelle ladite embase tibiale (20, 200) est entièrement en un matériau céramique, de préférence en un même matériau céramique que ledit plateau mobile (30) et ledit élément fémoral (1).
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