ПРОТЕЗ КОЛЕННОГО СУСТАВА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК A61F2/38 

Изобретение относится к медицине, в частности травматологии и ортопедии, и может быть использовано для восстановления функции коленного сустава путем эндопротезирования.

Известен выбранный в качестве прототипа эндопротез коленного сустава из титана, состоящий из бедренного компонента, включающего в себя стержень, один конец которого приспособлен для крепления в бедренной кости, а другой конец снабжен платформой, на которой имеется вильчатое крепление для подшипника с ограниченным поворотом вокруг оси до 180^о, выполненное в виде загнутых боковых мыщелковых элементов, и большеберцового компонента, включающего в себя стержень, один конец которого приспособлен для крепления в большеберцовой кости, а другой конец снабжен платформой, на которой имеется две параллельные мыщелковым элементам вогнутости. Но несмотря на то, что материалы выбранного в качестве прототипа протеза обладают свойствами биосовместимости (титан) и хорошими антифрикционными свойствами (фторопласт), они отличаются от костного материала по теплопроводности, тепловому расширению и т.п. а фторопласт обладает холодной текучестью, ограничивающей срок его эксплуатации.

В соответствии с изобретением протез выполнен цельнокерамическим, большеберцовый компонент имеет в плоскости симметрии между вогнутостями со стороны ограничителя поворота подшипника клиновидный упор, для которого между выгнутостями бедренного компонента имеется соответствующее углубление, выгнутые боковые мыщелковые элементы, снабженные по продольной поверхности выпуклостями тороидальной формы, направляющими для которых служат выгнутости большеберцового компонента, которые снабжены по продольной поверхности канавками тороидальной формы, при этом радиус кривизны выпуклостей тороидальной формы уменьшается в направлении сгибания, а радиус кривизны канавок тороидальной формы увеличивается в перпендикулярном сгибанию направлении. За счет совокупности отличительных признаков достигается образование трех пар поверхностей выступ-впадина, первая из которых расположена на оси симметрии и образована клиновым упором и углублением между выгнутостью бедренного компонента и служит для фиксации и стопорения ротации голени в конечном положении при разгибании протеза до угла 180^о, а две другие пары образованы направляющими тороидальной формы и выпуклостями тороидальной формы на боковых мыщелковых элементах и служит для ограничения поворота ротации по оси голени в процессе сгибания.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого коленного протеза; на фиг. 2 коленный протез, вид сбоку; на фиг. 3 изменение пятна контакта пар поверхностей тороидальной формы при разгибании протеза от 180 до 45^о.

Протез коленного сустава состоит из бедренного компонента 1, стержня 2, платформы 3, вильчатого устройства 4, цилиндрического подшипника скольжения 5, с ограничителями поворота 6, выгнутых мыщелковых элементов 7, большеберцового компонента 8, стержня 9, платформы 10, вогнутостей 11, стержня 13, клиновидного упора 12, выпуклостей тороидальной формы 15.

Работа протеза представлена на фиг. 3 изменением зазора (пятна контакта) между боковыми сторонами контактирующих поверхностей тороидальных пар при изменении угла разгибания от 180 до 45^оС, при угле разгибания 180^о поверхности совпадают и зазоры между боковыми сторонами практически отсутствуют.

Способ, выбранный в качестве прототипа, включает подготовку исходных сырьевых материалов, приготовление керамических масс, формование деталей горячим литьем под давлением, высокотемпературную сушку, дообжиговую механическую обработку, обжиг, термическую и механическую обработку после обжига. Известный способ предназначен для изготовления различных деталей и изделий бытовой техники горячим литьем под давлением. Изготовленный по этому способу протез коленного сустава при испытании на стенде разрушается.

Задача решается за счет того, что при испытании и использовании известного способа изготовления, в соответствии с изобретением при дообжиговой механической обработке производят загрубление шероховатости поверхности, вживляемых в губчатую и кортикальную ткань. При послеобжиговой механической обработке производят шлифовку до заданного размера и полировку поверхностей трения тороидальных пар и подшипника. После термической обработки заготовку подвергают двухступенчатой термостабилизации.

Номинальную величину напряженности определяют опытным путем при испытании опытных образцов на стенде на разрушение.

Применение: в медицине для эндопротезирования коленного сустава. Сущность: протез коленного сустава выполнен цельнокерамическим и состоит из бедренного и большеберцового компонентов, которые включают внутрикостные стержни с платформами. Платформы связаны шарниром с ограничителем поворота. Шарнир выполнен в виде цилиндрического подшипника. На платформе бедренного компонента имеется вильчатое крепление для подшипника в виде выгнутых боковых мышелковых элементов. На платформе большеберцового компонента имеются две параллельные мыщелковым элементам вогнутые поверхности, между которыми расположен выступ для связи с подшипником и клиновидный упор. На продольной поверхности мыщелковых элементов выполнены выступы тороидальной формы. На вогнутых поверхностях большеберцового компонента выполнены ответные канавки тороидальной формы. Радиус кривизны выступов уменьшается в направлении сгибания. Радиус кривизны канавок уменьшается в перпендикулярном сгибанию направлении. Способ изготовления протеза коленного сустава заключается в том, что при дообжиговой механической обработке производят загрубление шероховатости поверхности. При послеобжиговой технической обработке производят шлифовку до заданного размера и полировку поверхности трения тороидальных пар и подшипника. После термической обработки заготовку подвергают двухступенчатой термостабилизации. 2 с.и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Протез коленного сустава, выполненный из биосовместимого материала и состоящий из бедренного и большеберцового компонентов, включающих внутрикостные стержни, на соответствующих концах которых имеются платформы, связанные шарниром, имеющим ограничитель поворота, отличающийся тем, что шарнир выполнен в виде цилиндрического подшипника, на платформе бедренного компонента имеется вильчатое крепление для подшипника, выполненное в виде выгнутых боковых мыщелковых элементов, а на платформе большеберцового компонента имеются две параллельные мыщелковым элементам вогнутые поверхности, между которыми расположен выступ для связи с подшипником, и расположенный со стороны ограничителя поворота клиновидный упор, для которого между мыщелковыми элементами бедренного компонента имеется выемка, при этом на продольной поверхности мыщелковых элементов выполнены выступы тороидальной формы, а на вогнутых поверхностях большеберцового компонента выполнены ответные канавки тороидальной формы, при этом радиус кривизны выступов уменьшается в направлении сгибания, а радиус кривизны канавок увеличивается в перпендикулярном сгибанию направлении. 2. Протез по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен из керамического материала. 3. Способ изготовления протеза коленного сустава, включающий в себя подготовку исходных материалов, приготовление керамической массы, формирование заготовки горячим литьем под давлением, высокотемпературную сушку, дообжиговую механическую обработку, обжиг, термическую и послеобжиговую механическую обработку, отличающийся тем, что при дообжиговой механической обработке производят загрубление шероховатости поверхностей, контактирующих с костной тканью, в частности, стержня и платформы, при послеобжиговой механической обработке производят полировку до заданного размера и полировку поверхностей трения тороидальных пар и подшипника, после термической обработки заготовку подвергают двухступенчатой термостабилизации в вакууме и атмосферной среде, после окончательной послеобжиговой механической обработки проводят повторную термостабилизацию с контролем на соответствие номинальной величине напряженности материала. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что дообжиговую механическую обработку производят свободным крупнозернистым абразивным инструментом, а послеобжиговую механическую обработку твердозакрепленным и свободным алмазным инструментом. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что номинальную величину напряженности определяют опытным путем испытанием опытных образцов на стенде на разрушение.