ENSEMBLE DE STABILISATION DYNAMIQUE INTERVERTEBRALE

POUR ARTHRODESE

La présente invention concerne un ensemble de stabilisation dynamique intervertébrale pour arthrodèse

L'invention se situe dans le domaine de l'arthrodèse, a savoir de la fusion osseuse entre au moins deux vertèbres adjacentes

L'état de la technique connue fait appel à une cage intra-discale, associée à une tige ou a une plaque Cette dernière, reliant deux vertèbres adjacentes, est solidarisée sur des vis pédiculaires qui pénètrent dans les corps vertébraux en regard

Cette solution connue implique cependant certains inconvénients En effet, il a ete constaté que les patients pourvus de ces composants, sont sujets à des raideurs, ainsi qu'à des mauvaises positions, liées en particulier à une insuffisance de lordose Dans ces conditions, ces patients subissent une usure prématurée du disque placé immédiatement au-dessus de la vertèbre supérieure, parmi celles recevant les vis pediculaires

Ceci étant précisé, l'invention vise à remédier aux différents inconvénients évoqués ci-dessus Elle vise également à proposer un ensemble de stabilisation de type dynamique, qui permet l'absorption des chocs et des vibrations

A cet effet, elle a pour objet un ensemble de stabilisation dynamique intervertébrale pour arthrodèse, destiné à relier au moins deux vertèbres adjacentes, comprenant

- au moins un organe élastique extra-discal, destiné à être disposé à l'arrière de l'espace intervertébral, qui est propre à limiter un déplacement entre deux vertèbres adjacentes dans le sens de la flexion intervertébrale , et - au moins un organe élastique intra-discal assurant une fonction d'écartement intervertébral, cet organe intra-discal élastique étant propre à être écrasé lors de la mise en lordose des deux vertèbres adjacentes, de manière a contrôler cette mise en lordose,

ces deux organes élastiques interagissant mutuellement jusqu'à trouver un point d'équilibre, qui peut ensuite être déplacé d'une façon dynamique mais contrôlée par des forces extérieures telles que le poids du sujet ou la contraction des muscles. Selon d'autres caractéristiques :

- il est en outre prévu un organe élastique extra-discal supplémentaire, propre à s'opposer à la mise en lordose du patient ;

- l'organe élastique intra-discal présente une extrémité propre à se déformer préférentiellement, lors de la mise en lordose du patient ; - l'organe élastique intra-discal présente globalement une forme de C, vu de côté, en étant notamment constitué par une lame ressort ;

- l'organe élastique intra-discal en forme de C présente des moyens de limitation de déformation, notamment un ressort secondaire s'étendant entre les ailes en regard de cet organe élastique ; - l'organe élastique intra-discal comprend un corps médian, à partir duquel s'étendent deux couples d'ailes déformables, cet organe élastique présentant globalement une forme de V, vu de dessus ;

- l'organe élastique intra-discal est pourvu d'un corps rigide de maintien de l'écartement intervertébral, ce corps rigide étant prévu à l'avant, à savoir à l'opposé de l'élément extra-discal de limitation de déplacement ;

- l'organe intra-discal présente une forme annulaire, en étant notamment formé par une lame ressort repliée sur elle-même ;

- il est prévu un corps incompressible, susceptible de se déplacer d'avant en arrière dans le volume intérieur de l'organe intra-discal annulaire ;

- pour au moins un étage vertébral, il est prévu au moins un premier organe extra-discal et au moins un second organe extra-discal, destinés à être implantés de part et d'autre de l'axe sagittal du patient, ainsi qu'au moins un premier organe élastique intra-discal et au moins un second organe élastique intra-discal destinés à être placés de part et d'autre dudit axe sagittal, les raideurs et/ou les élasticités desdits organes élastiques extra-discaux et intra-discaux pouvant être réglées de manière indépendante.

L'invention va être décrite ci-après en référence aux dessins annexes, donnés uniquement a titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels

- la figure 1 est une vue schématique de côté, illustrant deux vertèbres voisines associées a un ensemble de stabilisation dynamique conforme a l'invention ,

- la figure 2 est un graphe illustrant les variations de la tension, en fonction de la longueur ou de l'écartement angulaire des deux organes élastiques intervenant dans cet ensemble de stabilisation , - les figures 3A et 3B sont des vues de côté, illustrant deux configurations différentes de l'ensemble conforme à l'invention ,

- la figure 4 est une vue de côté, analogue a la figure 1 , illustrant une variante de réalisation de l'invention ,

- la figure 5 est une vue de derrière, illustrant une autre variante de réalisation de l'invention ,

- les figures 6 et 7 sont des vues en perspective, illustrant deux alternatives de réalisation de l'organe élastique intra-discal

- les figures 8 et 9 sont des vues respectivement de côte et en perspective, illustrant deux variantes supplémentaires de réalisation de cet organe élastique intra-discal ,

- les figures 10 à 12 sont des vues en perspective, illustrant une alternative supplémentaire de réalisation de cet organe élastique intra- discal, dans trois configurations différentes , et

- les figures 13 et 14 sont des vues de côté, illustrant une dernière alternative de réalisation de cet organe élastique intra-discal, dans deux configurations différentes

La figure 1 illustre, de manière schématique, deux vertèbres adjacentes 10 et 20 qui sont reliées par l'intermédiaire d'un ensemble de stabilisation conforme à l'invention, qui va être décrit plus en détail dans ce qui suit On retrouve, sur cette figure 1 , les corps vertébraux respectifs 12 et 22, ainsi que l'espace intra-discal 30 L'avant et l'arrière du patient correspondent respectivement à la gauche et à la droite sur le dessin

De manière connue en soi, chaque vertèbre est associée à une vis pediculaire respective 14 et 24, implantée grâce à toute procédure appropriée Un premier organe élastique 40, dit arrière ou extra-discal, relie ces deux vis pediculaires, alors qu'un second organe élastique 42, dit avant ou intra-discal, est placé dans l'espace intervertébral

L'organe élastique extra-discal 40 est hé aux vis pédiculaires par tout moyen approprié, lui assurant ou non une articulation par rapport à ces vis De plus, l'organe élastique intra-discal 42 peut être implanté au moyen d'une impaction par voie postérieure, ou postéro-latérale Enfin, on notera que l'ensemble de stabilisation conforme à l'invention peut équiper un nombre d'étages vertébraux supérieur à deux, en particulier égal à trois ou quatre

Ces organes 40 et 42 sont élastiques, à savoir qu'ils sont propres à se déformer sous l'action d'une force qui leur est exercée, proportionnellement à l'intensité de cette force, puis à revenir à leur forme initiale si cette force est supprimée Cette déformation proportionnelle peut être de type linéaire, ou autres, tel que par exemple exponentiel, ou asymptotique Dans le cadre de l'invention, ces deux organes 40 et 42 présentent un matériau constitutif et une structure de tout type, permettant de leur conférer cette propriété élastique décrite ci-dessus Chaque organe élastique peut être, par exemple, réalisé sous forme d'un ressort de tout type approprié, ou encore sous forme d'une association de ressorts entre eux, de toute raideur et de tout type de matériau approprié Cet organe élastique peut également être différent d'un ressort il peut alors être constitué d'une matière élastique, tel qu'un silicone ou un caoutchouc biocompatible simple, ou encore d'un matériau composite pouvant faire appel à des éléments élastiques ainsi qu'à des éléments non élastiques

En définitive, chaque organe élastique au sens de l'invention peut être de tout type et faire appel à tout matériau, de manière à développer une courbe force-déformation correspondant au graphe de la figure 2, qui sera explicité davantage dans la suite de la description

Comme on le verra plus en détail dans ce qui suit, l'organe élastique extra-discal 40 est propre a limiter un déplacement entre les deux vertèbres adjacentes 10 et 20 dans le sens de la flexion intervertébrale Par ailleurs,

l'organe élastique intra-discal 42 est propre à contrôler la mise en lordose de ces deux vertèbres adjacentes tout en maintenant un effet de type « spacer »

De façon plus précise, l'organe élastique intra-discal présente une extrémité avant 42i dont la hauteur est sensiblement invariante, ainsi que deux surfaces opposées 42 ₂ , respectivement supérieure et inférieure, dont chacune prend appui contre un corps vertébral respectif 12 ou 22 On notera que ces surfaces sont susceptibles de se rapprocher ou de s'éloigner mutuellement, de sorte que l'extrémité arrière 42 ₃ de cet organe élastique est propre à se déformer, de manière préférentielle, lors de la mise en lordose du patient Par ailleurs, la présence de l'extrémité avant 42 ₁ sensiblement indéformable permet de garantir une fonction d'écartement intervertébral, de type « spacer »

Ainsi, quel que soit le type d'organe élastique intra-discal, celui-ci est propre à présenter une hauteur minimale, quels que soient les efforts qui lui sont appliqués, ce qui assure l'effet « spacer » évoqué ci-dessus En revanche, le profil de cet organe est susceptible de varier, par diminution de sa hauteur postérieure, voire augmentation de sa hauteur antérieure, selon ses propriétés élastiques, afin d'obtenir une modification de la position des vertèbres préférentiellement dans le sens de la lordose.

Le fonctionnement de l'ensemble de stabilisation intervertébrale, illustré sur cette figure 1 , va maintenant être décrit dans ce qui suit

Lors de la mise en lordose du patient, la contrainte ainsi exercée tend à déformer l'organe élastique 42, par rapprochement mutuel des surfaces 42 ₂ Cet organe exerce alors une force de rappel, matérialisée par les flèches F De ce fait, il oppose une « contre-contrainte » élastique permanente à l'organe extra-discal 40.

Par ailleurs, lors de la mise en cyphose du patient, cet organe extradiscal tend à s'opposer à ce mouvement, selon les flèches F', alors que l'organe intra-discal assure uniquement une fonction d'écarteur intervertébral, sans cependant se déformer substantiellement On notera par conséquent que l'ensemble de stabilisation intervertébrale de l'invention

assure des fonctions différentes, selon le point d'application des forces de gravité du patient.

Ainsi, si le patient se penche en avant, l'organe extra-discal 40 limite la mise en cyphose, tout en répartissant les forces sur l'organe intra-discal 42, sans que la hauteur de ce dernier ne diminue de façon sensible. En d'autres termes, cet organe 42 continue à assurer sa fonction d'écartement intervertébral.

Lorsque le patient se penche en arrière, il déforme de façon élastique et contre résistance l'organe élastique 42, jusqu'à ce que la déformation en lordose trouve sa contrepartie en résistance élastique de la part de cet organe. Un point d'équilibre entre les forces appliquées est alors atteint. A cet égard, on notera que la présence de l'extrémité 42 ₃ assure une déformation préférentielle de cet organe lors de la mise en lordose, à savoir que ce dernier est déformé de façon asymétrique. L'organe intra-discal 42 assure ainsi une double fonction, à savoir tout d'abord l'écartement intervertébral, soit un effet « spacer » et, d'autre part, la mise en lordose intervertébrale du fait de sa déformation asymétrique antéro-postérieure. Du fait de la nature des organes élastiques 40 et 42, un équilibre est obtenu entre les effets mécaniques de ces deux composants, qui correspond avantageusement à la position neutre thérapeutique.

L'interaction entre les organes élastiques 40 et 42 est plus particulièrement illustrée sur le graphe de la figure 2. On retrouve, en abscisses, la tension T exercée sur chacun de ces organes et, en ordonnées, les variations de la dimension caractéristique de chacun de ces organes.

Dans le cas de l'organe intra-discal 42, cette dimension caractéristique est matérialisée par l'angle a , c'est-à-dire l'angle intervertébral qui se confond avec l'angle des deux méplats supérieur et inférieur 42 ₂ de l'organe intra-discal. Ainsi, en référence à la figure 3A, lorsque cet organe 42 est placé entre les vertèbres, sans être associé à l'organe extra-discal 40, ces surfaces définissent un angle noté a ₀ , noté sur la figure 2, qui correspond à une position de cyphose. Puis, au fur et à

mesure de la déformation de cet organe 42, les surfaces 42 ₂ ont tendance à rapprocher, puis à devenir parallèles Si cette déformation se poursuit, ces surfaces ont tendance a se rapprocher l'une de l'autre

On retrouve, sur la figure 3B, un angle a f, qui correspond a une déformation en lordose Cet angle α _f est également reporté sur le graphe de la figure 2 On note, sur cette dernière, une zone inférieure notée I, qui correspond à la cyphose, ainsi qu'une zone supérieure notée II, qui correspond à la lordose

Comme l'illustre cette figure 2, la valeur de l'angle a varie, en fonction de la tension T, entre les valeurs GΌ et a i, selon la courbe C ₄₂ Cette variation, qui est ICI linéaire, peut également être de tout autre type, par exemple exponentiel ou asymptotique

Par ailleurs, on retrouve également sur cette figure 2 les variations, en fonction de la tension qui est appliquée sur l'organe extra-discal 40, de la longueur L de la distance interpédiculaire, qui se confond avec celle de cet organe 40 Ainsi, en l'absence de tension, cette longueur est maximale, à savoir qu'elle possède une valeur notée Lo, pour une cyphose correspondant à la valeur « o pour l'organe intra-discal 42 (figure 3A)

En revanche, pour une position de lordose maximale, correspondant à la valeur a i de la déformation de l'organe intra-discal 42, la longueur de l'organe extra-discal présente au contraire une valeur minimale, notée L _f (figure 3B) La variation de la longueur en fonction de la tension, entre ces valeurs L ₀ et L _f , est matérialisée par la courbe C ₄₀ de la figure 2 Cette variation, qui est illustrée de manière linéaire sur cette figure 2, peut également être de tout autre type, tel qu'exponentiel, asymptotique ou autre

Ces courbes C ₄₀ et C ₄₂ , qui sont respectivement strictement décroissante et strictement croissante en fonction de la tension T, se coupent en un point noté E, correspondant à l'équilibre mécanique imparti par les deux organes élastiques 40 et 42 On conçoit qu'il est possible d'ajuster les caractéristiques mécaniques de ces deux organes 40 et 42 pour que ce point d'équilibre soit le plus voisin possible de la position physiologique neutre Ces caractéristiques peuvent également être telles, que ce point E soit relativement proche de l'axe des ordonnées, à savoir

qu'il peut être atteint pour une valeur de tension T relativement basse On note α _E et LE les valeurs correspondant à ce point d'équilibre

On notera également que ce point d'équilibre E est susceptible de varier en fonction de différents paramètres, propres notamment au patient II s'agit ainsi de l'action du poids, selon que le patient se penche en avant ou en arrière, ainsi que l'action des muscles, selon que ces derniers sont relâches ou au contraire contractes Dans ces conditions, ce point d'équilibre E est susceptible de se déplacer sur le graphe de la figure 2, au sein d'une zone Z, dénommée zone d'équilibre dynamique Cette zone graphique Z peut elle-même être contrôlée dans son étendue par la raideur choisie des différents corps élastiques ainsi maintenus en équilibre du fait de leur interaction mutuelle Ainsi, plus les organes sont raides, et plus les forces du poids du patient et les forces des muscles ont du mal a déplacer le point d'équilibre E Dans le cadre de l'arthrodèse, on utilise avantageusement des organes élastiques dont la raideur est telle que la surface de la zone Z soit relativement faible, c'est-a- dire compatible avec la fusion osseuse

A cet égard, on notera que l'invention trouve son essence dans l'association de ces deux organes élastiques 40 et 42, dont l'interaction permet d'obtenir un équilibre mécanique II est d'ailleurs à souligner que chacun de ces organes élastiques 40 ou 42 ne saurait être utilisé en tant que tel, indépendamment de son association avec l'autre de ces organes élastiques

Une telle utilisation isolée serait même à proscrire, puisqu'elle conduirait à placer le patient dans une position dangereuse, sur le plan anatomique Ainsi, l'emploi de l'organe extra-discal seul conduirait à une lordose excessive, alors que l'utilisation de l'organe intra-discal seul induirait une mise en cyphose trop prononcée

La figure 4 illustre une première variante de réalisation de l'invention, dans laquelle l'organe élastique intra-discal 142 présente une forme de C Ce dernier possède ainsi une âme 142i prévue à l'avant, à savoir a l'opposé de l'organe élastique extra-discal 40 Cette âme se prolonge par deux ailes 142 ₂ , dont chacune prend appui contre un corps vertébral respectif 12 ou 22

Cette lame ressort 142 possède ainsi une extrémité ouverte 142 ₃ , tournée vers l'arrière du patient, qui est propre à être déformée de manière préférentielle lors de la mise en lordose

Par ailleurs, on retrouve un organe élastique extra-discal supplémentaire, désigné par la référence 44, qui est prévu au voisinage de l'organe extra-discal principal 40 Cet organe élastique supplémentaire 44, qui est par exemple solidarisé aux vis pédiculaires 14 et 24, est propre à exercer une force F", tendant à éloigner l'une de l'autre ces vis pédiculaires En d'autres termes, cet organe supplémentaire 44 exerce un effort, dont le sens est opposé à celui exercé par l'organe principal 40

Ceci permet de renforcer l'élasticité de l'organe mtra-discal 142, dans le sens de l'extension intervertébrale, ce qui est avantageux par exemple en l'absence d'une facette articulaire Ainsi, dans ce cas, cet organe supplémentaire 44 tend à s'opposer à une lordose qui serait rendue plus facile du fait de l'absence de butée anatomique en lordose, de manière combinée à l'action de l'organe mtra-discal 142

Comme évoqué précédemment, il est possible de régler de manière indépendante les caractéristiques mécaniques de ces trois organes 40, 44 et 142 On notera en outre que, si l'organe supplémentaire 44 est distinct de l'organe principal 40 sur la figure 4, ces deux organes peuvent en variante être confondus en un seul élément

On peut également prévoir, en référence à la figure 5, d'utiliser deux organes extra-discaux 40a et 40b, ainsi que deux lames ressorts 242a et 242b, placés de part et d'autre de l'axe sagittal A du patient Ceci est avantageux, puisqu'il est possible de régler de façon séparée les caractéristiques mécaniques de chaque couple d'organes élastiques, respectivement intra-discaux et extra-discaux, afin de tenir compte d'un éventuel effondrement dissymétrique latéral du disque

La figure 6 illustre une variante de réalisation de la lame ressort, dans laquelle cette dernière 242' est associée à un ressort secondaire 243, reliant les ailes opposées 242' ₂ Ainsi, lors de la déformation de la lame ressort 242' du fait de la mise en lordose du patient, le ressort 243 oppose une résistance d'intensité contrôlée

A cet égard, on notera qu'il est possible de faire varier les caractéristiques mécaniques de ce ressort 243, en fonction de la pathologie qui doit être traitée, et en particulier si l'effondrement du disque est asymétrique de type droite-gauche A titre de variante non représentée, le ressort 243 peut être remplacé par une lame ressort, analogue à celle 242', qui présente des dimensions inférieures ainsi qu'une résistance plus faible

La figure 7 illustre une variante supplémentaire de réalisation de l'organe élastique intra-discal des figures précédentes Dans ce mode de réalisation, la lame ressort 242 est remplacée par un corps massif 242", présentant également globalement une forme de C, qui est pourvu d'une âme 242i" à partir de laquelle s'étendent deux ailes 242 ₂ " L'âme est creusée d'une échancrure 244, permettant la déformation de ce corps massif à la façon d'une pince à linge

La figure 8 illustre une variante supplémentaire de réalisation de l'organe élastique intra-discal Ce dernier, affecté dans son ensemble de la référence 342, diffère de celui 142 de la figure 4 en ce qu'il comporte un corps rigide non deformable 345, réalisé par exemple sous la forme d'un axe cylindrique, s'étendant transversalement Ce corps rigide 345, qui est fixé par tout moyen approprie contre l'âme 342i de la lame ressort 342, permet de maintenir sensiblement constante la hauteur de cette lame 342, au moins au voisinage de ce corps 345, quel que soit le niveau de contrainte imposé Dans ces conditions, cette lame 342 est propre à assurer de manière fiable sa fonction d'écartement intervertébral.

A cet égard, on notera que cet organe élastique 342 peut être divisé en deux régions La première région 342A, située à l'avant, à savoir à l'opposé de l'organe 40, est sensiblement rigide à l'égard d'un effort de compression vertical, de sorte qu'elle assure plus particulièrement la fonction d'écartement intervertébral Par ailleurs, la seconde région 342B, tournée vers l'organe 40, est propre à être écrasée lors de la mise en lordose, tout en offrant une résistance contrôlée comme cela a été explicité dans ce qui précède

On notera que le corps rigide 345 peut équiper l'implant des figures 6 et 7 En particulier, dans le cas de la figure 7, il peut être logé dans l'echancrure 244

En faisant référence à la figure 5, on note que les deux lames ressort 242a et 242b sont placées sensiblement parallèles l'une par rapport a l'autre, de part et d'autre de l'axe sagittal A Cependant, a titre de variante, on peut prévoir que ces deux lames ressort sont placées de manière oblique, afin de former vues de dessus globalement un V, dont la pointe est tournée vers l'avant, à savoir a l'opposé de l'organe 40 A titre de variante supplémentaire, illustrée à la figure 9, on peut regrouper ces deux lames ressort en un unique organe élastique intra- discal, désigné dans son ensemble par la référence 442 Ce dernier comprend tout d'abord un corps rigide médian 445, réalisé par exemple sous forme d'une sphère, assurant l'effet d'ecartement, de manière analogue au corps rigide 345 de la figure 8

Ce corps rigide 445 est par exemple placé au voisinage de l'axe sagittal A du patient De plus, deux paires d'ailes élastiques 442 ₂ i et 442 ₂₂ s'étendent à partir du corps médian 445, a savoir de part et d'autre de l'axe sagittal A, respectivement à gauche et à droite de celui-ci Ainsi, vu de dessus, l'organe élastique 442 présente une forme de V, dont la pointe est tournée vers l'avant

Chaque couple d'ailes 442 ₂ i et 442 ₂₂ est de nature élastique et déformable, de sorte qu'ils assurent une résistance à l'organe extra-discal, de manière analogue par exemple aux ailes 242 ₂ équipant l'implant de la figure 4 Comme dans le cas de la figure 5, on peut prévoir que ces deux couples d'ailes présentent des caractéristiques mécaniques différentes, de manière à opposer des résistances variables, notamment dans le cas d'un effondrement dissymétrique latéral du disque

Les figures 10 à 12 illustrent une variante supplémentaire de réalisation de l'organe intra-discal, qui est affecté de la référence 542 Dans ce mode de réalisation, cet organe 542 est constitué par une lame ressort, repliée sur elle-même à la manière d'un anneau

Ainsi, par comparaison au mode de réalisation des figures précédentes, cet organe intra-discal ne possède pas d'extrémité ouverte en direction de l'arrière, à savoir sur la droite de la feuille On notera cependant qu'il n'est pas fermé latéralement, a savoir vers l'avant ou l'arrière de la

5 feuille

Sous une pression du poids du corps régulièrement répartie, comme cela est représenté à la figure 11 , la lame ressort annulaire 542 a tendance à s'aplatir, tout en présentant une hauteur qui est sensiblement constante d'arrière en avant En revanche, dans le cas d'une pression asymétrique

I O exercée par le poids du corps, comme à la figure 12, cet organe se déforme dans le sens de la lordose, par diminution du rayon de courbure de sa partie arrière, combinée à une augmentation du rayon de courbure de sa partie avant

Les figures 13 et 14 illustrent une dernière variante de réalisation de 5 l'invention, dans laquelle l'organe élastique intra-discal 642 diffère de celui 542 des figures précédentes, en ce qu'il est pourvu d'une sphère rigide 644, mobile par rapport à la lame ressort d'avant en arrière de celle-ci A cet égard, on notera que la lame ressort 642 est avantageusement fermée sur ses côtés, à savoir vers l'avant et l'arrière de la feuille, de manière à éviter 0 que cette sphère ne s'échappe de son volume intérieur De plus, ce volume intérieur peut être rempli au moyen d'un fluide permettant de faciliter le déplacement de cette sphère

Comme le montre la figure 13, lorsque le poids du corps exerce une action sensiblement répartie le long de l'organe intra-discal, la sphère se 5 trouve sensiblement en position médiane En revanche, en cas d'une action dissymétrique du poids du corps, exercée à l'arrière de l'organe 642, la sphère tend à se déplacer vers l'avant, comme cela est montré à la figure 14 Ceci permet de garantir la fonction d'écartement intervertébral, tout en créant un effet de lordose 0