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PROTHESE DE REMPLACEMENT DE NUCLEUS OU DE DISQUE INTERVERTEBRAL

DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention a pour objet une prothèse destinée à remplacer complètement un disque intervertébral endommagé de la colonne vertébrale humaine, ou à le remplacer partiellement, en venant se substituer uniquement à son « nucleus pulposus ». Son domaine d'application est donc la chirurgie orthopédique.

Dans la colonne vertébrale, chaque vertèbre est séparée des vertèbres adjacentes par un disque fibro-cartilagineux appelé disque intervertébral. Ces disques ont un rôle d'étai, d'articulation et d'amortisseur entre chaque vertèbre.

La dégénérescence de ces disques altère leurs fonctions et peut causer des douleurs ou des limitations fonctionnelles invalidantes.

Une des techniques utilisées pour traiter les patients atteints de tels désordres est de recourir à la chirurgie afin de remplacer le disque dégénératif complet, ou uniquement son « nucleus pulposus », par une prothèse rétablissant au mieux les fonctions de l'organe excisé.

ETATANTERIEURDE LATECHNIQUE

Différentes prothèses articulaires de disque intervertébral ont été proposées à ce jour, tendant à satisfaire un certain nombre de besoins fondamentaux.

Le premier de ces besoins, par exemple décrit dans les documents US 5 246 458 ou WO9113598, est de permettre trois rotations :

• la première autour d'un axe sensiblement équivalent à l'axe de la colonne vertébrale (rotation),

• la seconde autour d'un axe perpendiculaire au plan sagittal (flexion-extension),

• et la troisième autour d'un axe perpendiculaire au plan frontal (basculement).

Un autre besoin réside dans la réduction des contraintes de contact afin de préserver les surfaces articulaires. Il faut pour cela favoriser un appui surfacique et donc

une congruence permanente des deux surfaces articulaires au cours de leur mouvement relatif, ainsi que des surfaces articulaires les plus grandes possibles.

Les documents connus de l'art antérieur, et par exemple le document WO9113598 déjà mentionné, ou le document FR 2 865 629 omettent ce paramètre, ce qui contraint à l'utilisation d'un couple dur, faute de quoi, on empêche le fonctionnement de la prothèse pour une usure relativement faible des surfaces.

La réponse simultanée à ces deux besoins implique la réalisation d'au moins une interface dite articulaire matérialisée par deux surfaces complémentaires de forme essentiellement sphérique, rigides, et de rayons quasiment égaux, et donc la réalisation d'un implant composé d'au moins deux éléments.

Le dernier besoin fondamental d'une prothèse articulaire est de pouvoir disposer d'une stabilité suffisante pour prévenir sa luxation.

D'autres besoins moins fondamentaux du point de vue cinématique, le sont tout de même du point de vue anatomique, opératoire, et en termes de fabrication.

En effet, comme il a pu être constaté précédemment, l'espace disponible pour loger l'implant est limité.

D'autre part, deux vertèbres en mouvement relatif définissent à chaque instant du mouvement un centre de rotation instantané. Le centre instantané de rotation anatomique entre deux vertèbres, même s'il est faiblement mobile, a une position connue, en dessous de l'espace intervertébral entre le centre et le tiers postérieur des plateaux vertébraux. Le respect de cette position évite la création de mouvements non anatomiques, susceptibles d'endommager les articulations postérieures de la colonne vertébrale.

La réponse à ce besoin peut prendre deux formes différentes. La première consiste à concevoir un implant dont le centre de rotation est fixe et situé dans l'espace approprié, (voir par exemple US2006229725 et WOOl 01893). La seconde réponse à ce

besoin consiste à concevoir un implant dont le centre de rotation est mobile, laissant libres les articulations postérieures de contraindre le mouvement relatif des deux vertèbres adjacentes à l'implant. Ce dernier choix implique la réalisation d'une deuxième interface articulaire, et donc la réalisation d'un implant composé d'au moins trois éléments (voir par exemple EPl 532950 ou FR2865629).

En outre, on a pu constater que la pénétration de tissus de cicatrisation dans des espaces laissés libres dans le volume de la prothèse pouvait entraîner son blocage, et à terme sa fusion dans un massif osseux. Le document US 5 683 465 aborde ce problème.

De même, la réalisation de surfaces articulaires sphériques recourt systématiquement à la technologie du tournage, qui présente l'inconvénient de générer un défaut de surface au niveau de l'axe de tournage. Ce défaut est en général situé au centre de la surface articulaire et peut donc engendrer une usure importante de l'implant. Il est donc important de maîtriser ce défaut, ou d'éliminer le contact à cet endroit.

Enfin, on peut noter qu'une grande stabilité entre les composants de la prothèse s'avère utile en cas d'extraction, car il suffit alors de s'arrimer à l'un des composants uniquement pour extraire l'ensemble.

Les solutions proposées par l'art antérieur ne permettent pas de satisfaire l'ensemble de ces différents besoins.

Ainsi, le document EPl 532950 décrit un implant qui laisse libre un espace périphérique important, propice à la fusion osseuse. Cet espace ne peut être comblé par le noyau puisque les rayons des surfaces articulaires, nécessairement inférieurs à la hauteur de l'implant, limitent son diamètre dans un plan perpendiculaire à son axe.

Le document WO2005007040 décrit un implant pourvu d'un élément de jonction des deux plateaux qui le constituent, ledit élément traversant nécessairement la surface articulaire. Ainsi, il accroît inutilement la hauteur de l'implant.

Les documents FR2856587 et US5683465 décrivent un implant dans lequel le centre de rotation est fixe et ne respecte pas le centre de rotation anatomique. En outre, le rayon de courbure des surfaces articulaires est nécessairement très court, pour permettre un débattement convenable, ce qui libère un espace périphérique important, propice à la fusion osseuse, et donc contraire au résultat recherché.

Le document US5895428 décrit un implant, dans lequel les surfaces articulaires sphériques sont surmontées d'une vis dont la fonction est de maintenir ensemble les différents composants. Cette configuration accroît inutilement la hauteur d'implant. En outre, telle qu'elle est présentée, l'implant ne respecte pas le centre de rotation anatomique, et comporte en outre des espaces périphériques propices à la fusion osseuse.

EXPOSE DE L'INVENTION

Le dispositif selon l'invention a donc pour objectif de pallier les différentes déficiences des implants proposés par l'art antérieur, en satisfaisant simultanément tous les besoins évoqués et en apportant des améliorations tant en termes de fabrication qu'en termes d'utilisation, à savoir :

• permettre les trois rotations évoquées en préambule,

• assurer une congruence permanente au cours du mouvement relatif des surfaces articulaires,

• assurer une grande stabilité pour prévenir la luxation, et faciliter l'extraction si nécessaire,

• respecter le centre anatomique de rotation en faisant coïncider avec lui le centre de rotation prothétique, voire de permettre une mobilité du centre de rotation prothétique.

• respecter l'espace intervertébral disponible en limitant la hauteur de l'implant,

• permettre une augmentation maximum des surfaces articulaires et un fonctionnement qui tolère l'usure et donc l'utilisation de matériaux tendres tel que le polyéthylène,

• réduire au minimum les espaces libres propices à la fusion,

• permettre une fabrication simple en supprimant le problème d'usure lié au défaut de surface provenant du tournage,

• permettre une utilisation extrêmement simple basée sur un minimum de 2 composants.

A cet effet, le dispositif selon l'invention est constitué d'une prothèse de remplacement de nucléus ou de disque intervertébral composée d'au moins deux plateaux, respectivement ancrés dans les vertèbres adjacentes par l'intermédiaire de surfaces d'ancrage, les dits plateaux étant mobiles l'un par rapport à l'autre par l'intermédiaire d'au moins une interface définie par deux surfaces dites articulaires, respectivement une surface femelle et une surface mâle, lesquelles ont une forme essentiellement sphérique et des rayons sensiblement égaux.

Selon l'invention, les deux surfaces articulaires sont respectivement intersectées par des surfaces délimitant entre elles un espace de mobilité relative des plateaux lorsque les surfaces articulaires sont coaptées, la surface intersectant la surface articulaire femelle étant contenue dans le volume défini d'une part par la sphère théorique de ladite surface articulaire femelle à l'exclusion d'un point qui définit un pôle, et d'autre part, par un plan équatorial de ladite sphère à l'exclusion dudit plan équatorial lui-même, la surface intersectant la surface articulaire mâle étant plane ou convexe et étant contenue dans un volume délimité d'une part par la sphère théorique de ladite surface articulaire mâle, d'autre part par le plan équatorial à l'exclusion de celui- ci.

Avantageusement, les surfaces qui intersectent les surfaces articulaires sont situées au voisinage du pôle de l'interface, ledit pôle étant défini par rapport à un axe parallèle à l'axe approximatif de révolution du disque intervertébral naturel.

Selon une variante de réalisation de l'invention, au moins l'une des surfaces qui intersectent les surfaces articulaires est plane.

Selon une variante de réalisation de l'invention, les deux surfaces qui intersectent les surfaces articulaires sont planes.

Selon une version de l'invention, l'espace de mobilité aménagé est comblé au moins partiellement par un corps déformable.

Selon une variante de réalisation, l'implant comporte un troisième élément faisant fonction de noyau mobile, définissant deux interfaces avec les plateaux, d'une part l'interface entre le noyau et l'un des deux plateaux, et d'autre part, l'interface entre le noyau et l'autre plateau.

Selon une variante de réalisation, les deux interfaces sont essentiellement sphériques, orientées dans la même direction, et l'une des deux interfaces étant inclue dans la sphère définie par l'autre.

Selon une variante de réalisation, une des deux interfaces est plane, l'autre est concave.

Ainsi, la prothèse articulaire selon l'invention permet d'établir le meilleur compromis entre les besoins suivants : position du ou des centres de rotation d'une ou des deux interfaces articulaires, aire de la surface de contact pour réduire l'usure, épaisseur de l'implant, mobilité requise par l'implant, inclinaison des interfaces pour empêcher l'expulsion du noyau s'il existe ou la luxation de la prothèse, et comblement des espaces libres, propices à la fusion.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

Diverses autres caractéristiques ressortiront mieux de la description qui suit, réalisée en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. Ces exemples ne sont pas limitatifs, et des combinaisons sont possibles.

Les différents figures sont des vues en section d'un implant conforme à l'invention, dont le côté tête est en haut et le côté sacrum en bas, et qui pourrait être axisymétrique.

La figure 1 représente une coupe d'un disque naturel sain entre deux vertèbres, lieu d'implantation de la prothèse.

Les figures 2 à 8 représentent des implants n'ayant qu'une interface articulaire. Ces implants peuvent tout de même être réalisés en un nombre de composants supérieurs à deux, mais assemblés de manière fixe pour ne plus laisser finalement que deux solides mobiles l'un par rapport à l'autre.

Les figures 9 à 13 représentent des implants comportant deux surfaces articulaires.

La figure 14 est un schéma de principe.

DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION DE L'INVENTION

La figure 1 représente un disque naturel sain séparant deux vertèbres (7) et (8), composé de son nucleus pulposus (NP) et de son annulus (AN).

La figure 2 représente un implant de remplacement du nucléus conforme à l'invention. Sa taille est réduite par rapport à une prothèse totale, de manière à conserver une partie de l'annulus.

La figure 3a représente une prothèse totale de disque conforme à l'invention, en place entre les vertèbres (7) et (8). Dans cette forme particulière de réalisation, les surfaces qui intersectent les surfaces articulaires sont planes et situées approximativement au voisinage du pôle de l'articulation, et le centre instantané de rotation (C) est situé en dessous de l'espace intervertébral.

La figure 3b représente une prothèse totale de disque conforme à l'invention, quasiment identique à celle de la figure 3a, mais pour laquelle on a choisi de positionner le centre instantané de rotation (C) au dessus de l'espace intervertébral. Cette configuration ne respecte pas le centre de rotation anatomique et peut ainsi entraîner des douleurs pour le patient, mais peut techniquement être envisagée.

Suivant la forme d'exécution de l'invention illustrée par la Figure 3a, les plateaux (1) et (2) peuvent chacun être réalisés en un bloc unique d'alliage à base de chrome- cobalt, particulièrement intéressant pour ses propriétés tribologiques, et être aptes à frotter l'un contre l'autre.

Selon la même illustration, l'un des plateaux (1) et (2) peut être réalisé en deux pièce, l'une en chrome-cobalt, l'autre en polyéthylène, les deux pièces étant ensuite assemblées de manière fixe pour former ledit plateau, l'autre plateau étant réalisé d'un bloc en chrome-cobalt, par exemple, le couple de frottement chrome-cobalt contre polyéthylène étant très utilisé en arthroplastie du rachis, de la hanche ou du genou.

En outre, les surfaces d'ancrage (3) et (4) des plateaux (1) et (2) sur les plateaux vertébraux (5) et (6) adjacents peuvent être bombées afin de s'adapter au mieux à leur anatomie, et couvertes d'un revêtement propice à la recolonisation par l'os, un revêtement de titane pur déposé par projection plasma est souvent utilisé. Suivant cette forme de réalisation de l'invention, la pièce en polyéthylène est positionnée de manière fixe dans le plateau (2) inférieur dont il devient une partie intégrante, le plateau étant lui-même ancré à la vertèbre inférieure non représentée, et le plateau (1) supérieur, ancré dans la vertèbre supérieure non représentée est mobile par rapport au plateau (2). La prothèse discale ainsi réalisée permet la restauration de l'espace discale et de la mobilité entre les vertèbres.

Les figures 4a et 4b représentent le principe général de l'invention, à savoir deux plateaux (1) et (2) comportant respectivement des surfaces articulaires sphériques (11) et (12) de rayons approximativement égaux. Chacune des ces surfaces articulaires (11, 12) est intersectée par une surface (13) et (14).

Ce mode de réalisation, conforme à l'invention, représente une surface (13) quelconque, et une surface (14) convexe. Cette figure a vocation à démontrer certains intérêts que l'invention apporte simultanément. ^' ,

En premier lieu, aucun espace libre propice à l'intrusion de tissus cicatriciel ne subsiste, quelle que soit la position relative des plateaux (1) et (2).

Ensuite, le gain de hauteur de la prothèse est démontré par le tracé de la sphère théorique définie par la surface articulaire femelle (11) qui culmine au-delà du volume du plateau (1).

En outre, l'espace (20) de mobilité ainsi défini permet le mouvement illustré par la figure 4b.

Par ailleurs, le centre de rotation prothétique (O) respecte le centre anatomique.

De plus, l'inclinaison des surfaces articulaires est plus importante que dans le cas d'un contact polaire, ce qui apporte une plus grande stabilité.

En outre, le pôle (P) de l'articulation, ou fond de la sphère théorique femelle, présentant en général un défaut de tournage n'est pas un point de contact, ce qui facilite la réalisation de l'implant puisque qu'il n'est plus nécessaire de traiter ce problème.

Enfin, l'implant n'est composé que de deux composants, ce qui facilite sa manipulation et donc son utilisation.

La figure 4c a vocation à expliquer que la désignation, sur une sphère, par exemple celle définie par la surface articulaire (11), d'un point particulier comme pôle (P), entraîne naturellement la définition de :

• un axe unique (XX) de révolution de la sphère joignant le pôle (P) et le centre (O) de sphère ;

• un unique plan (AA), équatorial, donc passant par définition par le centre (O) de sphère, perpendiculaire à l'axe (XX) ;

On peut en outre définir un plan équatorial (BB), passant par définition par le centre (O) de sphère, et ayant une orientation proche de celle du plan (AA).

Ainsi, on peut définir une surface quelconque (13) d'intersection de la surface articulaire (11) contenue dans un volume défini d'une part, par la sphère théorique de ladite surface (11) à l'exclusion d'un point polaire (P) choisi, et d'autre part, par un plan équatorial (BB) approximativement perpendiculaire à la droite joignant le pôle (P) et le centre (O) à l'exclusion dudit plan équatorial (BB) lui-même.

La figure 4d a pour objet d'expliquer le lieu de présence possible de la surface (14) d'intersection de la surface articulaire mâle (12), ici convexe et contenue dans un volume délimité d'une part, par la sphère théorique de ladite surface (12), et d'autre part, par le plan équatorial (BB) défini précédemment à l'exclusion de celui-ci.

La figure 5 a pour objet d'illustrer le choix d'un pôle (P) défini par un axe (XX) parallèle à l'axe approximatif (YY) de révolution du disque intervertébral. Dans cet exemple, les deux surfaces d'intersection (13) et (14) sont planes.

Les figures 6a et 6b illustrent la possibilité qu'offre l'invention de réaliser un système de butée angulaire interne.

Dans la figure 6a, la surface d'intersection (13) est plane, et la surface d'intersection (14) est essentiellement conique et adaptée en ce qu'elle permet un contact selon une ligne (L) quand le plateau (1) atteint le débattement maximum choisi.

La figure 6b représente le plateau (1) incliné et proche de la butée selon une ligne (L) entre la surface (13) essentiellement conique, et la surface (14) plane.

La figure 7a représente une forme particulière de réalisation de l'invention pour laquelle on considère que l'axe (YY) de révolution du disque intervertébral est une approximation des axes de révolution (ZZ) et (WW) de chacun des plateaux vertébraux (5) et (6). Ainsi, le pôle (P) est défini approximativement.

La figure 7b représente le même implant que la figure 7a, en limite de débattement.

La figure 8 représente un mode de réalisation de l'implant dans lequel, un partie de l'espace de mobilité (20) est comblé par un corps déformable (21), par exemple en silicone ou polyuréthane, afin, par exemple, de réaliser un système de butée progressive qui permet une répartition plus homogène la mobilité entre l'étage prothèse et les autres étages naturels de la colonne vertébrale. En effet, un disque naturel oppose une certaine résistance au mouvement relatif de deux vertèbres alors qu'une prothèse telle que celles existantes n'en oppose quasiment pas. Ce déséquilibre peut conduire au moins temporairement à une hyper mobilité du niveau prothèse qui entraîne une déformation locale de la colonne vertébrale, par exemple une cyphose cervicale, ou une sollicitation exagérée des articulations postérieures d'une part, et en contrepartie à une réduction de la mobilité des étages adjacents sains qui peut conduire à leur rigidification.

La figure 9 a pour objet d'illustrer un implant composé de deux plateaux (1) et (2) et d'un noyau (40). Ce mode de réalisation a pour particularité de présenter deux interfaces articulaires (10) et (30) de même orientation, l'une (10), dite interne, étant à l'intérieur de l'autre (30), dite externe. En particulier, le centre (C) de l'interface interne (10) se situe entre l'interface externe (30) et son propre centre (D). L'intérêt de cette disposition particulière est de définir une position stable du plateau (1) par rapport au noyau (40). En effet, si le plateau (1) se déplace de cette position par rapport au noyau (40), la distance entre le plateau (1) et le plateau (2) augmente, ce qui a pour conséquence d'écarter l'une de l'autre les vertèbres (7) et (8) non représentées. Les forces anatomiques exercées sur l'implant ont donc pour conséquence de rappeler le plateau (1) vers sa position stable par rapport au noyau (40) _. pour que la hauteur d'implant redevienne minimum.

On peut relever les avantages suivants résultant de cette forme de réalisation de l'invention :

• les mouvement de rotation et de translation d'une vertèbre par rapport à l'autre sont découplés en raison de la différence de rayons de courbures, l'interface (10) assurant essentiellement les rotations, et l'interface (30) les translations. Cet effet est intéressant pour éviter une sollicitation trop importante des articulations postérieures si l'implant est mal positionné ;

• l'auto-stabilité de l'interface (30) décrite ci-dessus évite une trop grande sollicitation des articulations postérieures de la colonne vertébrale qui, dans ce cas, ne supportent plus seules la charge de contenir la translation ;

• le gain de hauteur à l'interface (10), permet de réduire l'encombrement de l'implant ;

• le gain de stabilité à l'interface (10) et l'auto-stabilité à l'interface (30) décrite ci- dessus permettent d'éviter l'éjection du noyau (40).

La figure 10a a pour objet d'illustrer un implant composé de deux plateaux (1) et (2) et d'un noyau (40). Ce mode de réalisation a pour particularité de présenter une interface articulaire (30) plane ainsi qu'un dispositif interne limitant le débattement en translation.

La figure 10b a pour objet d'illustrer un mode de réalisation particulier présentant une interface articulaire (30) plane ainsi qu'un dispositif externe limitant le débattement en translation.

La figure l i a pour objet d'illustrer un mode de réalisation particulier présentant une interface articulaire (30) essentiellement sphérique ainsi qu'un dispositif externe limitant son débattement.

Les figures 12 et 13 représentent d'autres modes de réalisation des interfaces (10) et (30).

La figure 14 présente un schéma de principe qui représente le lieu de présence possible de l'interface (10) dont le centre (C) est situé sur un rayon de l'interface (30), et l'interface (10) est elle-même située entre l'interface (30) et un plan passant par son propre centre (C) et approximativement perpendiculaire à la droite joignants les centres (C) de l'interface (10) et (D) de l'interface (30).

L'invention n'est pas limitée aux divers exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.