FR2915871A1

FR2915871A1 - Posterior dynamic stabilization device for vertebral column, has one-piece unit forming viscoelastic core and made of elastomer material which is biocompatible with human body, where unit takes form of helical coil with shock-absorbing pads

Info

Publication number: FR2915871A1
Application number: FR0703294A
Authority: FR
Inventors: Frederic Fortin; Johann Robin; Brice Sennequier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2008-11-14

Abstract

The device (2) has a one-piece unit (21) which forms a viscoelastic core of the device and made from an elastomer material that is biocompatible with a human body. The one-piece unit takes the form of a helical coil (210) which has two shock-absorbing pads (211 a, 211b) positioned symmetrically on either side and extending into collar-protected rods. Ends of the pads are provided with limit stop elements. Two arms of the device form an angle with a neutral axis.

Description

PERFECTIONNEMENT A UNE PROTHESE DE STABILISATION DYNAMIQUE POSTERIEUREIMPROVEMENT TO A POSTERIOR DYNAMIC STABILIZATION PROSTHESIS

APPLICABLE AU RACHISAPPLICABLE TO RACHIS

Objet de l'invention: La présente invention est un perfectionnement d'une prothèse applicable au rachis, implantable par voie postérieure et dont les moyens fonctionnels ajoutés par rapport à ceux de l'art antérieur augmentent la durée de vie et les performances mécaniques de ladite prothèse et permet plus facilement au disque de se régénérer. OBJECT OF THE INVENTION The present invention is an improvement of a prosthesis applicable to the spine, implantable posteriorly and whose functional means added with respect to those of the prior art increase the service life and the mechanical performance of said prosthesis and allows the disc to regenerate more easily.

Art Antérieur : Le problème à résoudre est d'adapter au disque endommagé un dispositif qui lui permet de la soulager le plus possible tout en garantissant une bonne résistance aux sollicitations mécaniques subies par le disque et le dispositif ajouté, ceci en soulageant le disque le mieux possible. Dans un art antérieur ancien, on utilisait deux types de dispositifs : Un premier qui consistait en un ligament tendu entre les deux vis 20 de fixation aux os, ce dispositif ne pouvant travailler qu'en traction et compression ne jouant aucun rôle en torsion. Un deuxième qui se compose de vis pédiculaires reliées par un ligament comprimant par une tension importante un cylindre creux en polymère entourant le ligament , le cylindre étant placé entre les deux 25 vis pédiculaires, ce dispositif pouvant aussi travailler en flexion compression. Dans un art antérieur plus récent : le brevet allemand DE 102004011685 Bierderman Motech (figure 1) propose un dispositif composé d'un moyen central (tube lisse), de chaque coté duquel sont 30 placées des séries spires capables d'avoir une élasticité suffisante pour travailler suivant le mode de travail d'un disque sain : la traction et la compression. Ce dispositif, bien qu'améliorant nettement les performances de ceux qui sont précités dans l'art antérieur ancien, est vraisemblablement fabriqué dans un matériau métallique, il est 35 compliqué à concevoir et offre par ailleurs des risques de rupture non négligeables dus à son mode de fabrication. ( notamment au niveau des spires) Pour résoudre le problème posé, il est préférable d'utiliser un matériau viscoélastique dont on peut obtenir des formes simples avec un bon comportement mécanique et notamment un amortissement efficace, fonction essentielle visée pour ce dispositif. PRIOR ART: The problem to be solved is to adapt to the damaged disk a device that allows it to relieve as much as possible while ensuring good resistance to mechanical stresses on the disk and the added device, this relieving the disc best possible. In an ancient prior art, two types of device were used: a first which consisted of a ligament stretched between the two bone fixation screws, this device being able to work only in tension and compression, playing no role in torsion. A second which consists of pedicular screws connected by a ligament compressing by a large voltage a hollow polymer cylinder surrounding the ligament, the cylinder being placed between the two pedicle screws, this device can also work in flexion compression. In a more recent prior art: German Patent DE 102004011685 Bierderman Motech (FIG. 1) proposes a device composed of a central means (smooth tube), on each side of which are placed series of turns capable of having sufficient elasticity to to work according to the working mode of a healthy disc: traction and compression. This device, although clearly improving the performance of those mentioned above in the ancient prior art, is probably made of a metallic material, it is complicated to design and also offers significant risks of rupture due to its mode. Manufacturing. (In particular at the turns) To solve the problem, it is preferable to use a viscoelastic material which can be obtained simple shapes with good mechanical behavior including effective damping, essential function targeted for this device.

Le brevet Fortin FR. 0605 890 a donc utilisé très récemment cette technique à l'aide d'une simple spire facilement obtenue par moulage (figure 2). Cette invention se différencie énormément du brevet allemand par sa simplicité et sa fonction amortissante très au point et io ayant déjà une bonne résistance en fatigue La présente invention perfectionne la précédente par l'adjonction de moyens nouveaux qui vont lui donner des fonctions nouvelles, telles que notamment l'amélioration des propriétés mécaniques, une nouvelle préhension du dispositif qui permettra de l'implanter plus 15 facilement et plus rapidement par voie postérieure, et de lui appliquer également, si nécessaire, des précontraintes. Les dessins servant à mieux comprendre la présente invention sont : Art antérieur 20 Figure 1 planche 1 /7 : dispositif amortisseur formé de deux parties (en forme de ressort multi spires à comportement élastique) et comportant une partie centrale et des bagues Figure 2 planche 1/7 : dispositif amortisseur formé d'une spire unique viscoélastique comportant une partie centrale et des bagues et 25 possédant à l'intérieur du dispositif une âme traversant le dispositif et fabriquée dans un matériau à comportement viscoélastique The patent Fortin FR. 0605 890 has therefore very recently used this technique with a simple turn easily obtained by molding (Figure 2). This invention differs enormously from the German patent in its simplicity and its very good damping function and already having good fatigue strength. The present invention improves the previous one by the addition of new means which will give it new functions, such as in particular the improvement of the mechanical properties, a new grip of the device which will allow it to be implanted more easily and more rapidly by the posterior route, and to also apply, if necessary, prestressing thereto. The drawings for better understanding the present invention are: Prior art 20 Figure 1 plate 1/7: damping device formed of two parts (shaped multi-turn spring with elastic behavior) and having a central portion and rings Figure 2 plate 1 / 7: damping device formed of a single viscoelastic turn comprising a central portion and rings and having inside the device a core passing through the device and made of a material with viscoelastic behavior

Perfectionnement Figure 3 planche 2/7 : Nouveau dispositif amortisseur en vue de 30 face épousant l'angle de lordose anatomique 13 Figure 4 planche 2/7 : vue en perspective montrant les variations du diamètre dans différentes coupes qui évoluent le long de la spire Figure 5 planche 2/7 : vue éclatée des différents moyens 35 composant le dispositif objet de l'invention, âme centrale et bagues Figure 6 planche 2/7 : vue en coupe transversale au niveau des bagues du dispositif. Improvement Figure 3 Plate 2/7: New shock absorbing device in front of the angle of anatomical lordosis 13 Figure 4 Plate 2/7: perspective view showing the variations of the diameter in different sections that evolve along the turn Figure Board 2/7: exploded view of the various means 35 constituting the device object of the invention, central core and rings Figure 6 board 2/7: cross-sectional view at the rings of the device.

Figure 7 planche 3/7 : vue éclatée du dispositif et de ses vis de fixation sur le rachis équipées de bouchons de serrage Figure 8 planche 3/7 : vue du même dispositif assemblé, monté sur les vis de fixation au rachis équipées de bouchons de serrage Figure 9 planche 4/7 : vue de profil du même dispositif monté sur le rachis et fonctionnant en traction Figure 10 planche 4/7 : vue de profil du même dispositif monté sur le rachis et fonctionnant en compression Figure 11 planche 5/7 : vue de profil du même dispositif monté 1 o sur le rachis et fonctionnant en flexion Figure 12 planche 5/7 : vue de profil du même dispositif monté sur le rachis et fonctionnant en extension Figure 13 planche 6/7 : vue postérieure du même dispositif monté sur le rachis et fonctionnant en flexion latérale 15 Figure 14 planche 6/7: vue postérieure du même dispositif fonctionnant en torsion non fixé sur le rachis Figure 15 planche 7/7 : vue postérieure du dispositif inséré dans les têtes de vis avec la pince de préhension spécifique Figure 16 planche 7/7: vue postérieure du dispositif 20 précontraint en distraction exerçant un effort de rappel en compression sur les vertèbres Figure 17 planche 7/7 : vue postérieure du dispositif fixé sur le rachis sans précontrainte Figure 18 planche 7/7 : vue postérieure du dispositif précontraint 25 en compression exerçant un effort de rappel en distraction sur les vertèbres. Figure 7 plate 3/7: exploded view of the device and its fixation screws on the spine equipped with clamping plugs Figure 8 plate 3/7: view of the same assembled device, mounted on the spinal fixation screws equipped with plugs tightening Figure 9 plate 4/7: side view of the same device mounted on the spine and operating in tension Figure 10 board 4/7: side view of the same device mounted on the spine and operating in compression Figure 11 board 5/7: side view of the same device mounted 1 o on the spine and operating in flexion Figure 12 board 5/7: side view of the same device mounted on the spine and operating in extension Figure 13 board 6/7: rear view of the same mounted device Figure 14 Plate 6/7: Posterior view of the same device operating in torsion not fixed on the spine Figure 15 Plate 7/7: posterior view of the device inserted in the head s of screw with the specific gripper Figure 16 board 7/7: posterior view of the device 20 prestressed in distraction exerting a compressive return force on the vertebrae Figure 17 board 7/7: posterior view of the device fixed on the spine without prestressing Figure 18 board 7/7: posterior view of the prestressed device 25 in compression exerting a restoring effort in distraction on the vertebrae.

Le dispositif de stabilisation dynamique 2 perfectionnant le 30 dispositif antérieur 1 comporte : Un moyen 21 monobloc âme viscoélastique fabriquée dans le même matériau élastomère à comportement viscoélastique biostable et biocompatible avec le corps humain, ou dans un matériau à caractéristiques équivalentes qui répondrait aux mêmes fonctions. 35 Le moyen 21 monobloc est formé d'une spire 210 de forme hélicoïdale pourvu à ses extrémités d'un épaulement 111 a et capable de travailler sous toutes les formes de sollicitations dynamiques : traction, compression, flexion-extension, torsion, flexion latérale selon des lois de comportement dynamique qui s'approchent au mieux d'une liaison intervertébrale saine. Les différences essentielles entre les moyens et les fonctions du dispositif 2 par rapport au dispositif 1 sont les suivantes : La spire 210 de forme hélicoïdale est reliée à des butées viscoélastiques 211a et 21l b rattachées latéralement et qui n"existaient pas dans le dispositif 1 de l'art antérieur. Ces butées servent à limiter les forts déplacements, en absorbant les sollicitations dynamiques importantes ou violentes, que le premier dispositif 1 ne 1 o pouvait contenir. De plus, la spire 210 peut avoir de préférence une section de diamètre variable à mesure que l'on se déplace vers le milieu de la partie hélicoïdale (figure 4) ceci, dans le but d'optimiser le compromis entre rigidité et amortissement et de mieux répartir les 15 contraintes dans la spire, pour se rapprocher au mieux d'une liaison intervertébrale saine. Le moyen monobloc 21 comporte à ses extrémités des moyens anti-rotation 212a et 212b, lesquels ont des formes polygonales ou avec présence de méplats ou à section non circulaire pour empêcher 20 les bagues 22a et 22b surmoulées sur le moyen 21 de tourner lors des sollicitations de torsion des vertèbres ; ce qui permet également d'exercer une force de rappel lors des sollicitations en torsion du dispositif 2. Le comportement dynamique du nouveau dispositif 2 est ainsi nettement amélioré vis à vis du premier 1. Cependant, toutes les 25 autres caractéristiques dynamiques du dispositif 1 de l'art antérieur sont conservées . Les extrémités du dispositif 2 comportent des bagues 22a et b et des butées 211 a et b qui forment de part et d'autre de la spire 210 un angle 13 par rapport à l'horizontal qui épouse la courbure anatomique 30 du rachis et qui permet ainsi au dispositif 2 d'exercer une force de rappel permanente vers la lordose anatomique afin de ramener la liaison intervertébrale déficiente vers sa position anatomique normale. Contrairement au premier dispositif 1, le nouveau dispositif 2 na pas de coaxialité avec l'axe des bagues ; la spire 210 rattachée 35 latéralement aux butés :211a et b présente ainsi une forme plus compacte que celle du dispositif 1 et donc un encombrement plus faible et de ce fait le dispositif 2 peut être ainsi inséré plus facilement entre deux vis pédiculaires séparées par n'importe quelle distance, à laquelle il s'adapte dans tous les cas. Tous les modes de travail (traction, compression, flexion extension, flexion latérale, torsion figures 9 à 14) sont possibles sans s inconvénient et ils peuvent se produire de manière simultanée Les bagues 22a et 22b comportent à leurs extrémités des gorges 220a et 220b moyens de préhension du dispositif 1 par une pince Ps spécifique utilisée pour son montage dans les vis pédiculaires 2a et 2b avant de procéder au serrage par les bouchons filetées 21a et 21b. lo Une pince Ps a été conçue pour faciliter la préhension du dispositif 2, mais elle a d'autres caractéristiques : Elle permet d'exercer des précontraintes en distraction ou en compression au moment de la pose du dispositif , ce qui permet au dispositif 2 de s'adapter à chaque pathologie rencontrée. 15 Cette pince Ps permet de monter deux dispositifs 2, sur le rachis dans plusieurs configurations : -Figure 16 avec une précontrainte de distraction exerçant une effort de rappel en compression sur les vertèbres -Figure 17 sans précontrainte de montage 20 -Figure 18 avec une précontrainte de compression exerçant une effort de rappel en distraction sur les vertèbres. The dynamic stabilizing device 2 perfecting the prior device 1 comprises: A one-piece viscoelastic soul means 21 made of the same elastomer material with biostable viscoelastic behavior and biocompatible with the human body, or in a material with equivalent characteristics that would fulfill the same functions. The one-piece means 21 is formed of a coil 210 of helical shape provided at its ends with a shoulder 111a and capable of working in all forms of dynamic stresses: traction, compression, flexion-extension, torsion, lateral flexion according to laws of dynamic behavior that come closest to a healthy intervertebral connection. The essential differences between the means and the functions of the device 2 with respect to the device 1 are as follows: The spiral-shaped turn 210 is connected to laterally attached viscoelastic stops 211a and 21lb which did not exist in the device 1 of FIG. These stops serve to limit the large displacements, by absorbing the dynamic or severe dynamic stresses, which the first device 1 can not contain, and the coil 210 may preferably have a cross-section of variable diameter. as we move towards the middle of the helical part (FIG. 4) this, in order to optimize the compromise between stiffness and damping and to better distribute the stresses in the turn, to get closer to the a healthy intervertebral connection The one-piece means 21 comprises at its ends anti-rotation means 212a and 212b, which have polygonal or with presence shapes flats or non-circular section to prevent the rings 22a and 22b overmolded on the means 21 to rotate during the torsional stress of the vertebrae; this also makes it possible to exert a restoring force during the torsional stresses of the device 2. The dynamic behavior of the new device 2 is thus clearly improved with respect to the first 1. However, all the other dynamic characteristics of the device 1 of the prior art are preserved. The ends of the device 2 comprise rings 22a and b and stops 211a and b which form, on either side of the turn 210, an angle 13 with respect to the horizontal which matches the anatomical curvature of the spine and which allows and the device 2 to exert a permanent restoring force towards the anatomical lordosis in order to return the deficient intervertebral connection to its normal anatomical position. Unlike the first device 1, the new device 2 has no coaxiality with the axis of the rings; the turn 210 attached laterally to the stops 211a and b thus has a more compact shape than the device 1 and therefore a smaller footprint and thus the device 2 can be inserted more easily between two pedicle screws separated by n ' any distance, to which he adapts in all cases. All the working modes (traction, compression, flexion extension, lateral bending, torsion figures 9 to 14) are possible without inconvenience and they can occur simultaneously The rings 22a and 22b have at their ends middle grooves 220a and 220b gripping the device 1 by a specific Ps clamp used for its mounting in the pedicle screws 2a and 2b before proceeding to tightening by the threaded plugs 21a and 21b. lo A forceps Ps has been designed to facilitate the gripping of the device 2, but it has other characteristics: It allows to exercise distraction prestressing or compression at the time of installation of the device, which allows the device 2 to to adapt to each pathology encountered. This forceps Ps makes it possible to mount two devices 2, on the spine in several configurations: FIG. 16 with a distraction preload exerting a compressive return force on the vertebrae -Figure 17 without prestressing of assembly 20 -Figure 18 with prestressing of compression exerting a recall effort distracting the vertebrae.

De plus, le dispositif 2 peut travailler en deux temps pour absorber les efforts qu'il subit ; il possède effectivement un double 25 amortissement en compression. Dans un premier temps, la spire centrale 210 se déforme sous les sollicitations dynamiques de compression jusqu'au contact des butées 221a avec 221 b, ce qui permet d'amortir lesdites sollicitations dynamiques ainsi absorbées par déformation de ladite spire 210. In addition, the device 2 can work in two steps to absorb the efforts it undergoes; it actually has double compression damping. In a first step, the central turn 210 is deformed under the dynamic stresses of compression until it reaches the stops 221a with 221b, which makes it possible to damp the dynamic stresses thus absorbed by deformation of said turn 210.

30 Dans un deuxième temps : les butées 221a et b, étant en contact, les sollicitations dynamiques seront absorbées par compression du matériau viscoélastique des deux butées qui viennent en contact sans déformer davantage la spire 210, ce qui permet de parer à des sollicitations dynamiques en compression plus violentes.In a second step: the abutments 221a and b, being in contact, the dynamic stresses will be absorbed by compressing the viscoelastic material of the two abutments which come into contact without further deforming the turn 210, which makes it possible to counter dynamic stresses in more violent compression.

35 Enfin le dispositif 2 peut être fixé aux vertèbres avec des vis mono axiales ou poly axiales.Finally, the device 2 can be attached to the vertebrae with mono axial or poly axial screws.

Claims

1-Dynamic stabilization device (

2) comprising a one-piece means 21 made of an elastomer material with biostable viscoelastic behavior and biocompatible with the human body, said one-piece means 21 being formed of a spirally-shaped turn (210) capable of working in all forms of dynamic stresses which approach the best of a healthy intervertebral connection, characterized in that the coil (210) is laterally connected to viscoelastic stops (21l and 211b) limiting the high displacements, absorbing significant dynamic stress, even violent.

2-Dynamic stabilization device (2) according to claim 1 characterized in that the coil (210) has a section whose diameter (d) is variable as one moves towards the middle of the helical part, this in order to optimize the compromise between stiffness and damping and better distribute the stresses in the coil, to get closer to a healthy intervertebral connection.

3-Dynamic stabilization device (2) according to claims 1 and 2 characterized in that the one-piece means (21) comprises at its ends anti-rotation means (212a and 212b), which have shapes adapted to prevent the rings 22a and 22b overmolded on the means (21) to rotate during stresses including torsion.

4-dynamic stabilization device (2) according to claims 1 and 2 characterized in that the device (2) is not coaxial with the axis of the rings (21 a and b), the turn (210) attached laterally to stops (21la and b) thus having a compact shape and a small footprint which allows the device (2) to be thus inserted more easily between two pedicle screws separated by any distance, to which it can fit.

5-Dynamic stabilization device (2) according to any one of the preceding claims characterized in that it has at its ends rings (22a and b) and stops (211 a and b) which form, on both sides other of the turn (210), an angle (B) to the horizontal which follows the natural lordosis of the anatomical curvature which allows said device (2) to exert a permanent elastic restoring force tending to bring the deficient intervertebral connection to its healthy anatomical position, with a good adaptation to the spine.

6. dynamic stabilization device (2) according to any one of the preceding claims characterized in that it has rings (22a and 22b) having at their ends grooves (220a and 220b) which constitute gripping means of the device (2) by a specific clamp (Ps) used for its mounting in the pedicle screws (2a and 2b) before then tightening by the threaded plugs (21a and 21b) 20