Introduction

Les prothèses unicompartimentales (PU) du genou suscitent actuellement un regain fort d’intérêt à la fois en Europe et aux États Unis.

Les excellents résultats publiés par certains auteurs ont fait reconsidérer la stratégie chirurgicale devant une arthrose unicompartimentaire. (1-10-11-12-23)

Berger ⁽⁵⁾ fait état de 98 % de survie de prothèses à plateau fixe à 10 ans de suivi minimum. Macaulay ⁽²⁰⁾ constate une excellente survie des PUC tout en assurant une qualité de vie optimale et une disparition des douleurs avec ce type d'implant. Mac Allister ⁽²²⁾ insiste sur le fait qu'une prothèse unicompartimentaire donne de meilleurs résultats tant en performance qu'en satisfaction que les PTG dans le traitement des arthroses unicompartimentaires.

Riddle ⁽²⁴⁾ a estimé qu'aux USA l'augmentation d'implantation de PU a été en moyenne de 32,5 % par an de 1998 à 2005. Le nombre d'implants posés est passé en volume de 6570 à 44990 ; en parallèle la progression des prothèses totales de genou (PTG) a été de 9,4 %. Certains pays ont analysé la « part de marché » des PU par rapport aux PTG, sur les mêmes périodes les registres suédois rapportent 9.4 à 11.7 % d'uni par rapport aux PTG, 11.8 à 15.1 pour le registre australien et 8 % pour le registre canadien.

Pour Chambat ⁽¹¹⁾ l'indication de PU représente 8 à 10 % de l'ensemble des prothèses de genou alors qu'au Royaume Uni ce chiffre représente 20 à 25 % des poses de prothèses de genou.

La prothèse unicompartimentale a retrouvé un droit de cité en raison de l'attraction  des opérateurs pour la chirurgie mini-invasive, et le désir de récupération fonctionnelle plus rapide des patients.

P. Cartier ⁽⁸⁾ a insisté sur le fait qu’une PUC n’était pas la « moitié d’une PTG » mais une prothèse à part entière. L’amélioration des ancillaires et des techniques de pose lui a permis de publier des résultats montrant 92 % de survie à 12 ans avec la prothèse MARMOR (MOD III®) ⁽⁹⁾. Ces résultats étant d’ailleurs meilleurs que ceux de l’inventeur de la prothèse éponyme. Epinette et Manley ⁽¹²⁾ rapportent une survie de 96,43 % à 10 ans de la prothèse UNIX® sans ciment recouverte d'hydroxyapatite (HA).

En parallèle certains auteurs ont décrit des échecs précoces (1-14) le plus souvent en rapport avec une cause tibiale qu'elle soit un effondrement osseux, une fracture du plateau tibial ou un descellement précoce.

Sur une série personnelle de 448 PU implantées dont 18 % de prothèses unicompartimentales externes (PUCE), nous avons eu à reprendre 38 PU par PTG.

Comme pour Alleto ⁽¹⁾, 3/4 de nos reprises étaient dues à une anomalie de positionnement de l'embase tibiale dans le plan frontal ou sagittal.

Les mal-positions frontales

Une anomalie de positionnement en hauteur de la pièce tibiale induit une surcontrainte du compartiment opposé impliquant à plus ou moins long terme une dégradation arthrosique de ce compartiment. Mazas et Bensadoun ⁽²¹⁾ ont quantifié le transfert des charges sur le compartiment opéré en fonction de l’axe mécanique mesuré après mise en place d’une PUC.

- Hypo-correction de 5° : le compartiment opéré reçoit 54 % de la charge totale.
- Hyper-correction de 5° : 88 % de la charge passe par le compartiment dit sain c’est à dire à l’opposé de la PUC.
- Hyper-correction de 10° : la prothèse est pratiquement en décharge.

Dans le plan sagittal

La pente postérieure tibiale peut-être calculée de différentes façons selon le référentiel vertical choisi.

Brazier et Col ⁽⁷⁾ retrouvent 11.4° +/- 3.6 mesuré par rapport à la corticale antérieure du tibia, 10.3° +/- 3 sur l'axe anatomique et 8.2° +/- 3.5 sur l'axe fibulaire.

Pour Julliard et al ⁽¹⁸⁾, la pente est en moyenne de 7.03° +/- 0.21°. Jenny et al ⁽¹⁷⁾ ont introduit la notion de pente méniscale plus proche de l'anatomie du patient que la pente osseuse radiologique. La variabilité des mesures anatomiques sur une série de tibias radiographiés de profil est de règle. Les extrêmes ont pu être mesurés de -2 à +19° de pente tibiale postérieure ⁽¹⁸⁾.

L'augmentation de la pente postérieure du tibia est un des facteurs qui influent sur la flexion du genou prothésé (6-15). Toutefois l’excès de pente postérieure donne un effet de tiroir antérieur actif ⁽¹⁵⁾.

Nous avons choisi de mesurer la pente tibiale postérieure. Nous ne planifions pas plus de 5° de pente postérieure dans l'ancillaire de coupe tibiale.

La problématique de la diminution des erreurs de positionnement prothétique

L'analyse de notre expérience de la chirurgie mini invasive du genou, logique pour ce type d'implant, nous a permis de constater une augmentation des erreurs de positionnement du condyle fémoral.

L'augmentation potentielle du nombre de PU à implanter, doublée de la nécessité de mettre en place ces prothèses par une voie réduite chaque fois que cela est possible nous a contraint à nous intéresser aux guides de coupe personnalisés à usage unique. Le cahier des charges de modélisation de cet ancillaire devant permettre de réduire les anomalies de pose de façon significative. La modélisation doit permettre d'obtenir un interligne horizontal et une pente tibiale postérieure de 3°.

Le varus résiduel toléré pour les génu varum ne doit pas dépasser 5°. Toute hypercorrection est à proscrire de façon absolue. Il en est de même pour les genu valgum. Enfin la prothèse doit être auto-stable lors des essais per-opératoires.

Cette approche décrite par Lombardi ⁽¹⁹⁾ trouve actuellement des applications pratiques à travers des ancillaires de pose « dédiés » développés par plusieurs laboratoires. Certains auteurs ont décrit ces systèmes personnalisés comme une avancée significative dans la planification et la chirurgie des PTG (4-13-16).

L’ingénierie, indispensable pour générer de tels guides de coupe, se base en règle sur une IRM en pondération T1, associée à une étude axiale comprenant des coupes passant au niveau de la hanche, du genou et de la cheville.

Une telle analyse morphologique et axiale est faite de routine pour les prothèses totales de hanche (PTH) sur mesure en utilisant un mode scannographique ⁽³⁾. Nous avons pour notre part fait le choix raisonné d'utiliser une reconstruction osseuse et axiale par tomodensitométrie.

Si le gain de temps opératoire peut être un des arguments d'utilisation des guides de coupe personnalisés (4-25) le concept de mise en place d'une prothèse articulaire dans un espace capsulo ligamentaire préservé semble plus intéressant. Les guides de coupe sur mesure doivent permettre de remplir le cahier des charges d'une PUC : remplacer la zone d'usure par un espace équivalent en flexion et en extension. La notion de congruence articulaire et isométrie ligamentaire devrait être garantie tout au cours du cycle de flexion.

Figure 1.

Figure 2.

Système de conception assisté par ordinateur (CAO), (Système Empreinte® – Euros)

Etape 1 : Examen tomodensitométrique

Le scanner doit être paramétré aux normes du système Empreinte®. Un protocole spécifique est dédié au système, les données numériques sont réalisées au format DICOM. Les données sont transmises à l'industriel par internet ou par CD (fig. 1).

Etape 2 : Filtrage des données DICOM

Les images sont traitées et permettent de modéliser en 3D les surfaces fémorales et tibiales du genou à opérer. Les données DICOM permettent de caractériser la peau, les muscles et l'os par des nuances de gris proportionnelles à la densité tissulaire. Le filtrage des données permet de délimiter les contours osseux par le différentiel de contraste existant entre la corticale osseuse et les parties molles.

Etape 3 : Reconstruction 3D

Les surfaces filtrées sont exportées vers un logiciel de CAO. Les surfaces obtenues sont retravaillées et donnent un modèle volumique (fig. 2). Cette étape permet de rendre compatible la modélisation du fémur et du tibia avec les guides de coupe sur mesure et les implants prothétiques définitifs.

Etape 4 : Positionnement des repères anatomiques

Le même logiciel de CAO est utilisé pour positionner les repères anatomiques caractérisant le genou : angles HKS, pente tibiale, niveau de l'interligne articulaire. Cette étape permet de choisir la taille des implants, de les positionner afin de répondre au plus près à l'anatomie du genou.

Les coupes osseuses sont à ce stade visualisées et peuvent être modifiées à la demande. Une proposition peut être alors faite à l'opérateur en tenant compte de l'alignement optimal du membre inférieur.

Etape 5 : Planification préopératoire chirurgicale

L'opérateur reçoit les données et la proposition de planification. La proposition est réalisée en 3D, il est possible de modifier les paramètres de réglage ainsi que la taille des implants (fig. 3 et 4).

Etape 6

Sur la base de cette étude préopératoire, le système en CAO 3D, les guides de coupe seront mis en place selon la planification finale validée par l'opérateur. Le système permet la visualisation virtuelle des guides de coupe prothétique en place, ainsi que l'implantation virtuelle de la prothèse (fig. 5).

Etape 7 : Conception des guides

Les guides de positionnement Empreinte® sont aussi destinés à assister l'opérateur dans le positionnement des broches. La position des broches ainsi que les surfaces osseuses modélisées serviront de référentiel pour concevoir un guide de coupe tibial et un guide de coupe fémoral.

Ces guides sont conçus pour épouser les surfaces osseuses du patient et n'autorisent qu'une seule possibilité de mise en place sur la corticale osseuse.

Etape 8 : Fabrication des guides

• Résine n°1 (fig. 6)
• Résine n° 2 (fig. 7) : Guide de coupe distale
• Résine n° 3  (fig. 8) : Chanfreins

Les guides sont fabriqués en polyamide à partir des données CAO numériques 3D avec le procédé de frittage laser.

Nous avons choisi pour les PUC le scanner. Le RDV est plus rapide, l'examen moins cher, les rayonnements très diminués avec les nouvelles générations de scanner.

Le travail de l'ingénieur est plus rapide et plus simple.

Figure 3

Figure 4

Figure 5

Figure 6

Figure 7

Figure 8

Figure 9

Figure 10 : a) Vue de 3/4 médial. b) Vue supérieure. c) Vue de face.

Figure 11

Figure 12

Figure 13

Figure 14

Figure 15

Technique opératoire

Installation

Garrot pneumatique installé à la racine de la cuisse, la jambe est fléchie sur appui permettant de maintenir le genou à différents degrés de flexion, une cale latérale est positionnée au niveau du garrot.

Incision

Antéro interne courte pour la PUCI et latérale pour les PUCE. L'abord se continuera directement sur la partie supérieure du plateau tibial associant libération médiale puis antéro médiane jusqu'à la saillie de la tubérosité tibiale antérieure.

Arthrotomie

Le bord médial du tendon patellaire est repéré et écarté, l'espace est ainsi libéré sur une surface triangulaire. L'arthrotomie permet de réséquer le ménisque médial restant. Le ligament de Hoffa est incisé sur la ligne médiane et rabattu avec la capsule afin de permettre la visualisation de l'insertion du ligament croisé antérieur et donc le bord latéral du plateau tibial médial.

TEMPS TIBIAL

Le genou est positionné en extension (fig. 9)

Mise en place du bloc de coupe tibiale en résine n°1 :

Le gabarit tibial en résine est appliqué sur le tibia et épouse totalement le rebord tibial antérieur (fig. 10 a-b-c).

La mise en place du guide de coupe tibiale est univoque, seul garant de la reproductibilité de la planification pré-opératoire.

La partie spatulée du guide est située entre le condyle fémoral et le plateau tibial, la partie triangulaire du bloc de coupe venant s’appuyer sur la métaphyse du tibia dégagée en début d’intervention.

Le maintien en extension et varus améliore et garantit la stabilisation de la résine avant sa fixation par broches.

Test de positionnement : chaque chirurgien peut évaluer la future coupe selon les repères habituels et ses propres critères chirurgicaux en glissant une lame de scie dans la fente antérieure du bloc de coupe.

La pièce en résine est fixée par 2 broches après validation finale (fig. 11).

La coupe tibiale est alors réalisée le genou en extension, (fig. 12).

Il faut réaliser ensuite la coupe sagittale de façon classique afin d’extraire le bloc osseux du plateau tibial interne (fig 13).

Bien que la taille définitive du plateau ait été validée en pré-opératoire, la mise ne place d'un plateau tibial d'essai peut confirmer la validité de la coupe. Cette étape opératoire n'est pas en théorie indispensable.

TEMPS FEMORAL

Coupe distale fémorale :

Le gabarit en résine qui est la deuxième pièce de l'ancillaire (résine N°2), reproduit l'écart planifié et validé sur ordinateur.

Le gabarit fémoral en résine est appliqué sur la coupe tibiale, le genou étant positionné en extension complète (fig. 14).

La résine N°2 est alors fixée par deux broches.

La lame de scie est mise en place dans la fente du guide de coupe fémoral personnalisé afin de réaliser la coupe distale (fig. 15).

Cette coupe fémorale est parallèle à la coupe tibiale première. Elle permettra une fois le condyle prothétique positionné, d'obtenir un interligne identique en extension à celui calculé en pré-opératoire. Rappelons que la coupe tibiale a été modélisée selon la parallèle au plan de l’interligne et non pas par rapport à la perpendiculaire à l’axe mécanique du genou. Ceci, entraînera un varus résiduel constant et mesuré dans les PUCI et un valgus obligatoire dans les PUCE (fig 16).

Cependant, lorsqu’il s’agit d’un tibia dit « orthogonal » l’interligne est perpendiculaire à l’axe mécanique du tibia.

On peut alors, en accord avec l’ingénieur informaticien, calculer une hauteur de coupe fémorale située 2 mm plus haut afin de créer artificiellement un interligne oblique et ainsi redonner un varus post-opératoire (fig 17).

Ce cas est rare, le plus souvent vu pour la modélisation d'une PUC pour ostéonécrose condylienne, et nous obtiendrons alors 2° de varus fémoral.

Pour notre part, nous demandons une coupe tibiale oblique en bas et en dedans de 2°.

Le genou est ensuite positionné en flexion

Coupes et chanfreins postérieurs, et trous d’ancrage :

Une troisième pièce en résine modélisée sera positionnée sur la coupe tibiale, le genou étant maintenu à 90°. Elle viendra s’appliquer sur la coupe distale du fémur et permettra grâce à sa fente inférieure de couper le condyle postérieur (écart validé). Le calcul de la hauteur de coupe permettra d’obtenir un varus de 2° en flexion pour les PUCI, et un valgus induit de 2°  pour les PUCE (fig. 18).

La fente supérieure du bloc de résine permettra de réaliser le chanfrein (fig. 19). Les coupes sont ainsi intégralement effectuées et la prothèse d'essai pourra être implantée, (fig. 20) la taille de l'implant étant prévue et validée par le planning pré-opératoire.

Pour notre part, nous n'utilisons pas systématiquement une prothèse d'essai car il n'y a pas de possibilité de recoupe.

Les orifices d'ancrage de la prothèse sont perforés à la mèche, permettant d’implanter indifféremment une prothèse unicompartimentale cimentée ou sans ciment.

Comme pour une prothèse classique, il est nécessaire d'ostéotomiser la partie postérieure résiduelle du condyle osseux dépassant en arrière du condyle prothétique.

Avantages de cette technique :

1- Taille de l’incision. Elle est réduite. Ces blocs de coupe personnalisés sont conçus comme des ancillaires mini-invasifs (fig. 21).

2- Précision et reproductibilité de la coupe tibiale obtenue grâce à la modélisation du bloc de coupe.

3- Optimisation du placement du condyle fémoral sur le plateau tibial par la planification préopératoire, le choix de l'opérateur pourra se faire indifféremment pour une PU à plateau mobile ou à plateau fixe.

Avantages du matériel :

Ce concept permet de poser une prothèse unicompartimentale avec une simple instrumentation de base de genou  augmentée des blocs de coupe en polyamide, et de quelques pièces ancillaires complémentaires (fig. 22).

Cette technique est dores et déjà reproductible, nous l’avons utilisée pour la mise en place de prothèses unicompartimentales internes ou  externes.

Conclusion

Nous nous sommes intéressés à cette technique spécifique, après avoir suivi l’évolution des ancillaires personnalisés dédiés à certaines PTG.

Nous avons les mêmes sensations d'amélioration technique, mais plus de certitude de fiabilité mécanique.

Nous avons opté pour des coupes dépendantes, avec fentes préétablies, alors que pour les PTG, les coupes restent indépendantes, les guides devant permettre une modification technique par le chirurgien en peropératoire.

Il nous a semblé que les blocs de coupe personnalisés devenaient encore plus intéressants pour les prothèses partielles, car  la mode du « mini-open » a induit de facto des erreurs de positionnement du plateau tibial et même des condyles.

Rappelons que les revues cliniques à long terme montrent que les échecs des prothèses partielles sont souvent dus à une anomalie de hauteur du plateau opéré le plus souvent en hyper-correction ⁽¹⁰⁾.

Les contraintes anatomiques, doivent être analysées avec précision si l'on souhaite obtenir un bon résultat à long terme des PUC. Celles-ci doivent être prises en compte et calculées en préopératoire ⁽²⁶⁾ puis reproduites en per-opératoire en utilisant un système cohérent de guides de coupe personnalisés qui intègrera le volume des espaces libérés par les coupes osseuses mais aussi la congruence et l’isométrie ligamentaire vis à vis de ces surfaces dans le genou en mouvement.

La fabrication d’un ancillaire de coupe tibiale a pour nous, non seulement simplifié la technique,  mais a aussi permis de gagner du temps opératoire, et surtout de sécuriser le résultat pour donner une pente satisfaisante, une coupe frontale parallèle à l’interligne, et une hauteur de l'interligne physiologique. Des blocs de coupe fémoraux découlent des coupes dépendantes centrées, respectant l’écart du varus ou valgus souhaité.

Ainsi, la mise en place d'une PUC nous semble plus sécurisée et confirme bien qu'il ne s'agit pas d'une hémi PTG, mais bien du remplacement d'un compartiment articulé usé entouré de son enveloppe capsulo- ligamentaire. 

Ultime précaution : les pièces en résine sont usinées en double exemplaire pour faire face à une chute éventuelle ou à un problème de stérilisation.  

Figure 16

Figure 17

Figure 18

Figure 19

Figure 20

Figure 21

Figure 22