DOMAINE DE L'INVENTION

L'invention concerne un dispositif de stabilisation dynamique inter épineux ou interlamaire, qui travaille de manière multiaxiale en même temps qu'il amortit les sollicitations mécaniques appliquées. Ce dispositif présente des fonctions multiples, et des avantages plus nombreux en particulier une meilleure durée de vie, que ceux de l'art antérieur, que nous allons examiner en détail.

ART ANTERIEUR

Quatre documents de l'art antérieur seront examinés :

Il s'agit tout d'abord d'un premier document qui est un brevet français publié sous le numéro FR2884136, qui décrit un implant chirurgical assistant les mouvements de deux vertèbres successives et qui comprend (voir figure 1 de l'art antérieur) des pièces supérieures et inférieures 2 et 3 assemblées entre elles, par des moyens d'association réciproques 16 qui servent de rotule, composés d'un logement 17 recevant une protubérance 18 de forme ovoïdale, entourée par un moyen viscoélastique 19 qui absorbe les chocs. Un tel assemblage entre des pièces de rigidité très différente avec des formes proches de celle d'un œuf, possède des changements brusques de rayons de courbures. Ceci va générer des interfaces où des matériaux différents sont liés mécaniquement entre eux. Ces derniers vont se déformer de manière très différente et créer des précontraintes d'assemblage, avec de grandes zones de contact qui induisent des frottements importants et donc un vieillissement accéléré du dispositif 1. De plus, dans ce concept, le moyen viscoélastique 19 est ouvert sur le milieu biologique extérieur, potentiellement très agressif avec les matériaux viscoélastiques, ce qui va rajouter une accélération supplémentaire au vieillissement par les phénomènes d'oxydation, de calcification et d'hydrolyse.

Un deuxième document, le brevet Français FR2915367 décrit une invention (voir figures 2 et 3) composée d'une pièce supérieure 2 et inférieure 3 comprenant chacune des éléments de liaison rigide 20 et viscoélastique 30 ui forment une liaison pivot. Ces moyens sont assemblés entre eux par des goupilles 51 qui viennent les traverser transversalement et donc fortement les fragiliser, notamment en ce qui concerne l'élément viscoélastique 30 qui va se déformer avec la présence d'orifices 50 constituant des amorces de rupture lorsque le dispositif 1 sera soumis à des forces mécaniques.

Un troisième document, le brevet FR2951630 décrit une invention qui ne possède pas de fonction d'amortissement aussi performante que la présente invention. De plus, les jeux adoptés dans cette invention de l'art antérieur sont différents des espaces crées par les rayons R1 et R2 de la cavité centrale qui contient l'élément viscoélastique dans laquelle ce dernier peut se déformer avec moins de frottement. Il est possible dans la présente invention d'amortir les sollicitations mécaniques en traction, ce qui était impossible avec 'invention de l'art antérieur.

Un quatrième document, le brevet US 20070233096 décrit un dispositif qui suggère seulement une différence de courbure entre deux surfaces et cette suggestion graphique étant insuffisamment décrite pour aboutir à la présente invention.

La présente invention décrit et revendique de nouveaux éléments, pièces, matériaux et conception formant les moyens qui vont amener à définir un nouveau dispositif. Ce sont :

- un élément viscoélastique central et les composants qui l'entourent,

- de nouvelles pièces que les dispositifs de l'art antérieur ne comportent pas. Elles sont plus faciles à réaliser et à assembler, tout en résistant mieux aux contraintes subies dans l'environnement du rachis. Les formes des crochets supérieurs et inférieurs ont été spécifiquement étudiées pour s'imbriquer facilement entre les vertèbres et pour se superposer entre eux. L'ensemble de ces nouveaux moyens va permettre à la présente invention d'avoir de nouvelles applications, notamment les possibilités de basculement et de rotation multiaxiale ceci, indépendamment de tout aspect d'amortissement qui est essentiel. Les mouvements de rotation pourront s'effectuer de manière indépendante des mouvements de compression et de ceux liés à l'amortissement du dispositif, fonctions impossibles à réaliser avec les inventions précitées de l'art antérieur.

Les figures servant à la compréhension de l'invention sont :

Figure 1 , planche 1/9, vue en coupe du dispositif correspondant au brevet FR 2884136 (Art antérieur)

Figure 2, planche 1/9, vue en coupe du dispositif correspondant au brevet FR2915367 (Art antérieur)

Figure 3, planche 1/9, vue en perspective du dispositif correspondant au brevet FR2915367 (Art antérieur)

Figure 4, planche 1/9, vue en perspective du dispositif correspondant au brevet FR2951630 (Art antérieur)

Figure 5, planche 1/9, vue en perspective du dispositif correspondant au brevet US 20070233096 (Art antérieur)

Figure 6, planche 2/9, vue en coupe du nouveau dispositif avec l'ensemble de ses moyens

Figure 7, planche 2/9, vue en perspective du nouveau dispositif illustrant ses possibilités de multi-axialité

Figure 8, planche 2/9, vue en coupe du nouveau dispositif travaillant en compression Figure 9, planche 2/9, vue en coupe du nouveau dispositif travaillant en flexion Figure 10, planche 3/9, caractéristique en compression de la charge appliquée sur le dispositif en fonction du déplacement

Figure 11 , planche 4/9, vue en coupe du nouveau dispositif

Figure 12, planche 4/9, vue de détail en coupe montrant les différences des rayons de courbure entre les parties rigides et le moyen viscoélastique

Figure 13, planche 5/9, vue en coupe d'une première variante du dispositif avec l'ensemble de ses moyens Figure 14, planche 5/9, vue de détail en coupe d'une première variante du dispositif montrant les différences des rayons de courbure entre les parties rigides et le moyen viscoélastique

Figure 15, planche 6/9, vue en perspective du nouveau dispositif monté sur des vertèbres

Figure 16, planche 6/9, vue de profil de deux dispositifs superposés et montés sur les vertèbres

Figure 17, planche 7/9, vue en perspective, d'une deuxième variante du dispositif, avec un crochet inférieur adapté au sacrum

Figure 18, planche 7/9, vue en perspective de cette deuxième variante montée sur le rachis entre la cinquième vertèbre lombaire et le sacrum

Figure 19, planche 8/9, vue isométrique en coupe d'une troisième variante du dispositif montrant ses moyens rigides et viscoélastiques

Figure 20, planche 8/9, vue en coupe de cette troisième variante montrant ses moyens rigides et viscoélastiques au repos, sans contrainte

Figure 21 , planche 8/9, vue en coupe de cette troisième variante en compression uniaxiale

Figure 22, planche 8/9, vue en coupe de cette troisième variante en butée par compression uniaxiale maximale

Figure 23, planche 9/9, vue en coupe de cette troisième variante en traction uniaxiale Figure 24, planche 9/9, vue en coupe de cette troisième variante en flexion.

Le dispositif 1 objet de l'invention, comprend dans un autre mode de réalisation, quatre éléments rigides et un élément viscoélastique (figures 6 et 7) :

- un crochet supérieur 10,

- un piston 11 , fixé au crochet supérieur 10,

- un crochet inférieur 13

- un corps cylindrique creux 14, fixé sur le crochet inférieur 13,

- un élément viscoélastique central 12

Ces moyens supérieur et inférieur 11 et 13 vont pouvoir se mouvoir de manière multiaxiale en s'appuyant avec un minimum de contact sur un moyen central 12 qui accepte les déformations en compression et en flexion. Le moyen 12 est posé sur une surface interne concave 130 du crochet inférieur 13, qui forme, avec le corps cylindrique creux 14, une cavité C à l'intérieur de laquelle pénètre le piston 11 jusqu'au contact avec l'élément viscoélastique 12. Le dispositif 1 peut effectuer un mouvement analogue à celui d'une rotule sans se détériorer tout en intégrant un amortissement.

Le dispositif 1 autorise tous les mouvements multiaxiaux entre les deux crochets 10 et 13, grâce à une combinaison de l'ensemble des moyens que sont les deux crochets 10 et 13, le piston 11 et le corps cylindrique creux 14 avec l'élément viscoélastique 12, qui logé dans la cavité C, joue simultanément le rôle d'un amortisseur et d'une rotule, reprenant sa forme initiale lorsque cessent les sollicitations.

L'élément viscoélastique 12 situé dans la cavité C placée entre le piston 11 et la surface interne concave 130 du crochet inférieur 13, possède sur sa face convexe un rayon de courbure R2 différent du rayon de courbure R1 de la surface interne concave 130 (figure 12). Si ces rayons de courbures étaient équivalents aux jeux près de montage on obtiendrait une forte adhérence, incompatible avec un bon comportement du bloc viscoélastique 12. Ce dernier subirait, comme dans les antériorités, des concentrations de contraintes élevées et des frottements importants, qui entraîneraient sa destruction prématurée.

Dans la présente invention, les valeurs des rayons R1 et R2 sont calculées afin d'obtenir :

- un centrage automatique de l'élément viscoélastique 12 dans la cavité C,

- un contact permanent de l'élément viscoélastique 12 avec la surface interne concave 130 du crochet inférieur 13 et le piston 11 pendant la durée des déformations subies, quelles que soient leurs orientations,

- une usure minimale de l'élément viscoélastique 12.

On obtient ces résultats par la réduction maximale, des surfaces de contact, entre l'élément viscoélastique 12 et les moyens rigides 11 et 13 sans jamais les annuler et notamment quand le dispositif 1 ne subit pas de contrainte de compression.

La différence des rayons de courbure R1 et R2 crée un espace disponible Z1 situé entre la surface interne concave 130 et l'élément viscoélastique 12 (figure 12), l'espace Z1 étant déterminé de manière à ce que l'élément viscoélastique 12 puisse se déformer librement quelle que soit la contrainte exercée par le piston.

Ces caractéristiques de conception permettent de minimiser les frottements entre l'élément viscoélastique 12, le piston 11 et la surface concave 130 du crochet 13, ce qui optimise la durée de vie du dispositif 1.

Pour obtenir un fonctionnement optimum du dispositif 1 , il est nécessaire que le rayon R1 de l'élément viscoélastique 12 puisse varier en fonction de la charge mécanique qui s'applique en compression sur le dispositif 1 (figure 8).ll faut que le rayon R1 soit inférieur au rayon R2 quand le dispositif 1 n'est soumis à aucune contrainte (figure 12). Par contre, lorsque le dispositif 1 travaille au maximum de sa capacité, l'espace Z1 tend vers 0 car il est complètement rempli par l'élément viscoélastique 12 déformé. Par contre quand R1 =R2 (figure 8) l'adhérence de l'élément viscoélastique 12 avec le crochet 13 et le piston 11 devient maximale.

Il existe un espace (E) périphérique situé entre le corps du piston (11 ) et l'ouverture circulaire de l'orifice (140) du corps cylindrique creux (14), qui permet des débattements multiaxiaux de 1 ,5 mm contrôlés et sous charge du crochet supérieur (10) par rapport au crochet inférieur (13) limités à une compression maximale de l'élément viscoélastique (12).

Le piston 11 , connecté au crochet supérieur 10, comprend une face inférieure plate avec un rayon de raccordement R3 (figure 12) qui appuie sur l'élément viscoélastique 12 sans l'altérer, empêchant ainsi les contacts avec angle vif, ce qui a pour effet d'adoucir lesdits contacts lors des mouvements de flexion sur l'élément viscoélastique 12, ce dernier possédant un rayon de courbure R4.

Pour obtenir ce résultat, les rayons R3 et R4 sont constants et les surfaces de contact des moyens rigides 11 et 13 avec l'élément viscoélastique 12 peuvent être planes. Le crochet supérieur 10 peut pivoter de manière multiaxiale par rapport au crochet inférieur 13 et décrire un angle solide Ω compris entre un 100 ^ieme de π et un 10 ^ieme de π stéradian. Son origine est située à l'intersection entre le plan défini par la surface supérieure plane de l'élément viscoélastique 12 et son centre, grâce à la déformation en flexion-compression de l'élément viscoélastique 12 (figure 7) et également à la présence :

- de la surface tronc conique oblique 1400 de l'orifice 140 du corps cylindrique creux 4 formant un angle Θ avec la verticale,

- de la face inférieure oblique du crochet supérieur 10, faisant un angle yavec l'horizontale,

- d'un espace libre E situé entre le bord du piston 11 et le bord de l'orifice 140 du corps cylindrique creux 14, compris entre 0 et 3 mm.

Le crochet supérieur 10, mobile par rapport au crochet inférieur 13, possède un débattement β compris entre 0° et 10° et tel que si β = 0° (figure 9), la capacité d'amortissement du dispositif 1 est maximale, alors que si β est maximum sa capacité d'amortissement devient minimum, cette fonction permet de combiner l'amortissement et la mobilité du dispositif 1 entre ces deux valeurs extrêmes.

La combinaison de la surface tronc conique oblique 1400 du corps cylindrique 14 avec l'espace E et avec l'élément viscoélastique 12 qui se comprime selon les caractéristiques mécaniques définies par la courbe force (N) = f(déplacement) (voir figure 10) permet des déplacements multiaxiaux contrôlés et sous charge du crochet supérieur 10 par rapport au crochet inférieur 13 jusqu'à une compression maximale de 1 ,5 mm. Au-delà de cette valeur, le crochet 10 qui possède une surface 100 à son extrémité vient en butée contre la surface 141 du corps cylindrique 14. Cette butée sécurise le dispositif 1 dans l'espace intervertébral et garantit un bon fonctionnement du dispositif 1 évitant ainsi tout incident et détérioration lors des surcharges appliquées sur le moyen viscoélastique 12. De plus, la caractéristique en compression de la charge appliquée sur le dispositif 1 en fonction du déplacement (figure 10) montre un mode de déformation quasi-linéaire jusqu'à environ 1 ,5 mm de compression, ce qui correspond à une force appliquée proche de 310 N. Cette valeur de force correspondant à 1 ,5 mm de déplacement est volontairement calibrée légèrement inférieure à 339 N, valeur de rupture des apophyses épineuses sur lesquelles est fixé le dispositif 1 , afin que ledit dispositif n'endommage pas les vertèbres en cas de sollicitations mécaniques importantes.

Ce dispositif 1 permet de restaurer la biomécanique d'une articulation intervertébrale saine.

Les formes des deux crochets supérieur 10 et inférieur 13 sont définies de telle sorte que chaque dispositif 1 pris séparément, peut se superposer avec son voisin. Chaque crochet 10 et 13 possède deux ailerons A, pouvant s'imbriquer par complémentarité dans un autre aileron A voisin (figures 8 et 9), positionné symétriquement par rapport au précédent déjà implanté, ce qui permet de juxtaposer les dispositifs 1 sans qu'ils se gênent ou n'interfèrent entre eux et en conservant un bon alignement sur le rachis. Ceci permet de consolider plusieurs étages intervertébraux avec un bon alignement et sans décalage (figure 16). Les ailerons A font partie intégrante de chaque crochet et viennent s'encastrer entre les apophyses épineuses et épousent, par leur forme spécifique, leur contour stabilisant ainsi le moyen viscoélastique 12 dans son logement en évitant toute translation par rapport à sa position centrale de fonctionnement normale. La partie interne située entre les ailerons a une forme curviligne CUR (figure 7) qui épouse la forme de l'apophyse épineuse et évite tout glissement (figure 15).

Le dispositif 1 possède une précontrainte d'assemblage qui met en légère compression le moyen viscoélastique 12, qui, par réaction vient plaquer le piston 11 contre la paroi interne du corps cylindrique 14.

Une première variante du dispositif 1 (figures 13 et 14), dénommé dispositif 2 comporte un élément viscoélastique 22 biconvexe possédant des rayons de courbures R2 et R5 pouvant être identiques ou différents ainsi qu'un piston 21 ayant un rayon de courbure R6, supérieur au rayon de courbure R5 de l'élément viscoélastique 22, de manière à générer un espace libre Z2 permettant la libre déformation, sans frottement excessif avec le piston 21 , de l'élément viscoélastique 22 lors des sollicitations mécaniques. La géométrie biconvexe, telle une lentille optique de l'élément viscoélastique 22, combinée à la concavité du piston 21 favorisent les mouvements de type rotule du dispositif 2 en minimisant les risques d'usure des pièces par frottement.

Dans une autre forme de réalisation (figure 17), le dispositif 3 qui est une variante du dispositif 1 possède un crochet inférieur 33 qui remplace le crochet inférieur 13 de la précédente version. Le crochet inférieur 33 possède une forme qui rappelle celle d'une scelle de cheval permettant de s'adapter à la forme du sacrum en garantissant une stabilité parfaite.

Ce crochet 33 possède deux étriers latéraux 330a et 330b comportant des orifices 331a et 331b qui permettent un emboîtement quasi parfait sur le sacrum et une fixation solide par des moyens d'ancrages, tels que des petites vis, qui traversent lesdits orifices et partiellement l'os du sacrum.

Cette forme de dispositif 3 assure une très bonne stabilité au niveau de l'articulation intervertébrale avec le sacrum.

Une troisième variante de réalisation du dispositif 1 , dénommée dispositif 4 comprend, quatre éléments rigides et deux éléments viscoélastiques (figure 19) :

- un crochet supérieur 40,

- un piston 41 , fixé au crochet supérieur 40,

- un crochet inférieur 43

- un corps cylindrique creux 44, fixé sur le crochet inférieur 43,

- un élément viscoélastique central 42.

La géométrie des moyens de cette troisième variante que l'on retrouve dans le premier mode de réalisation a été modifiée pour intégrer un moyen supplémentaire, un anneau viscoélastique 45 qui apporte de nouvelles fonctions.

Le piston 41 possède une fixation 410 qui permet le raccordement avec le crochet supérieur 40. Il comporte une géométrie différente de celle du piston 11 car il présente une cavité 411 qui sert de logement à l'élément viscoélastique central 42 ainsi qu'une couronne 412 sur laquelle repose l'anneau viscoélastique 45, nouveau moyen du dispositif 4. Ceci permet d'inclure l'anneau viscoélastique 45 avec le bloc amortisseur 42 dans un espace restreint défini par l'intérieur du corps cylindrique creux 44.

La combinaison de tous ces moyens et l'intégration de l'anneau viscoélastique 45 permet un amortissement des sollicitations mécaniques notamment en traction ce qui n'est pas possible avec les précédentes variantes de l'invention. La couronne 412 du piston 41 agit comme un limiteur de charges appliquées sur l'élément viscoélastique 42 et joue le rôle de butée de sécurité lors des efforts mécaniques extrêmes agissant sur le dispositif 4 en compression.

L'anneau viscoélastique 45 est logé avec un minimum de jeu entre les parois internes du corps cylindrique creux 44 et la partie supérieure du piston 41 , ce qui permet, grâce à ce minimum de jeu, d'obtenir instantanément une force de rappel élastique lors des déplacements en flexion du crochet supérieur 40, tendant à le ramener dans sa position neutre. L'intégration de l'anneau viscoélastique 45 permet d'amortir les sollicitations mécaniques en traction et flexion et d'augmenter l'amplitude de déplacement du dispositif 4 par rapport aux variantes précédentes tout en conservant l'amortissement en compression.

Les dispositifs 1 , 2, 3 et 4 permettent de restaurer la mobilité et l'amortissement des articulations intervertébrales de la colonne sacro-lombaire.