ИСКУССТВЕННЫЙ СУСТАВ Российский патент 1996 года по МПК A61F2/30 

Предлагаемое изобретение касается искусственного сустава, предназначенного, в частности, для замены человеческих суставов, состоящих, по меньшей мере, из двух элементов сочленения со сферическими рабочими поверхностями, подвижными относительно друг друга.

В каждом человеческом суставе гладкие и смазанные рабочие поверхности колена скользят и вращаются друг относительно друга. На их движение благодаря жидкостной смазке воздействуют лишь небольшие силы трения, зависящие от скорости перемещения.

Если сустав совершает движение в наиболее характерном для него направлении, то ведомая этим суставом часть тела совершает движение в той же плоскости относительно части тела, связанной с ней, но находящейся в покое. По обе стороны этого движения общее пространство движения ограничено относительно малым угловым диапазоном /например, челюстной сустав, коленный сустав, шарнирообразные суставы/. Оказалось, что известные искусственные суставы не способны имитировать действия натуральных суставов. Они подвержены быстрому износу, в результате чего человек не может нормально жить и работать.

Из описания изобретения (1) известен искусственный сустав, содержащий шарнирные элементы со сферическими рабочими поверхностями, выполненными выпукло-вогнутыми таким образом, что их центры вращения находятся внутри шарнирного элемента с выпуклой рабочей поверхностью, и расположенный между рабочими поверхностями шарнирных элементов распределяющий давление корпус, поверхности скольжения которого прилегают к рабочим поверхностям шарнирных элементов и имеют соответствующую им кривизну.

Недостатком известного сустава является то, что это сочленение с нестабильным давлением. Подобные системы, неприемлемы в качестве искусственных суставов в человеческом теле, где необходимы системы со стабильным давлением.

В основу изобретения положена задача создать искусственные суставы, имеющие такую конструкцию, которая обеспечивает функции в значительной степени подобные естественным суставам и выполняет беспрепятственно и необременительно для человека в течение долгого времени необходимые функции.

Поставленная задача решается тем, что в искусственном суставе, содержащем шарнирные элементы со сферическими рабочими поверхностями, выполненными выпукло-вогнутыми таким образом, что их центры вращения находятся внутри шарнирного элемента с выпуклой рабочей поверхностью, и расположенный между рабочими поверхностями шарнирных элементов распределяющий давление корпус, поверхности скольжения которого прилегают к рабочим поверхностям шарнирных элементов и имеют соответствующую им кривизну, согласно изобретению, расстояние между центрами кривизны шарнирных элементов равно
L=R₂ R₁ D,
где R₁, R₂ радиусы шарнирных элементов; D толщина корпуса на линии соединения центров вращения шарнирных элементов.

Искусственный сустав согласно изобретению может представлять собой параллельное соединение по меньшей мере двух элементов.

Искусственный сустав согласно изобретению может представлять собой последовательное соединение по меньшей мере двух элементов.

Более подробно изобретение иллюстрируется чертежами предлагаемых вариантов исполнения.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема функциональных поверхностей искусственного сустава с выпукло-вогнутым изгибом согласно изобретению.

На фиг. 2 изображена схема шарнира, представляющего собой тазобедренный сустав человека.

На фиг. 3 изображена принципиальная схема искусственного сустава, представляющего собой коленный сустав человека, согласно изобретению.

Как видно из фиг. 1, соответствующий изобретению искусственный сустав состоит из шарнирного элемента 21 и шарнирного элемента 22. Оба шарнирных элемента 21, 22 имеют различные сферическую кривизну. Шарнирный элемент 21 имеет выпуклую рабочую поверхность 23, а шарнирный элемент 22 имеет вогнутую рабочую поверхность 24.

Между шарнирными элементами 21, 22 установлен корпус для распределения давления. Этот корпус для распределения давления имеет поверхности скольжения 26, 27. Шарнирный элемент 22 имеет центр вращения М₁, а круговой контур среза рабочей поверхности 24 шарнирного элемента 22 имеет радиус R₁. Шарнирный элементы 21 имеет центр вращения M₂ и его выпуклая рабочая поверхность 23 имеет в своем круговом контуре среза радиус R₂. При этом центры вращения расположены внутри шарнирного элемента с вогнутой функциональной поверхностью 24. Расстояние между центрами шарнирных элементов определяется из соотношения
L=R₂ R₁ D
При этом D это толщина корпуса 25 линии соединения центров вращения M₁ и M₂ шарнирных элементов.

На фиг. 2 представлен вариант исполнения искусственного сустава, представляющего собой тазобедренный сустав человеческого тела. При этом речь идет о варианте исполнения сустава, соответствующего фиг. 1. Это означает, что представлена выпукло-вогнутая форма. При этом тазобедренный сустав 41 имеет в качестве вогнутой функциональной поверхности опору 43. Центром вращения тазобедренной кости, соответственно, опоры является M₂. Радиус круговой функциональной поверхности опоры R₂.

Другой шарнирный элемент образован бедром 42, имеющим выпуклую функциональную поверхность 44 с центром вращения M₁ и радиусом R₂ в качестве радиуса изгиба. Между обеими шарнирными элементами 41, 42 установлено тело 45 для распределения давления, поверхности скольжения которого 45, 46, прилегающие к рабочим поверхностям 43, 44 имеют кривизну, приспособленную и соответствующую рабочим поверхностям. Целесообразно выполнять корпус 45, распределяющий давление таким образом, чтобы он проходил через середину полусферической части бедра 42.

Так что заявляемый искусственный сустав может выдержать определенное натяжение и не развалиться, например, за счет воздействия силы тяжести ноги человека и, соответственно, голени. То же самое касается наружной поверхности скольжения 47 распределяющего давление корпуса 45, проходящего также поверх половины полусферы рабочей поверхности 43.

В соответствии с изобретением предусмотрено, что это закрепление сустава с помощью корпуса, распределяющего давление, в полном корпусе, образуемой рабочей поверхностью 43, не должно быть по всей окружности.

На фиг. 3 представлен искусственный сустав, заменяющий коленный сустав человека. Эта система состоит из параллельного соединения двух заявляемых шарнирных элементов, соответствующих исполнению сустава согласно фиг. 1. Два шарнирных элемента 52, 53 установлены параллельно друг другу и имеют выпуклую рабочую поверхность 54. Выпуклые рабочие поверхности 54 имеют центр вращения M₁ и радиус R₁ их кругового контура среза.

В большеберцовой кости 55 расположены две параллельные друг другу рабочие поверхности 56, которые выполнены выпуклыми, и центр вращения M₂ которых находится внутри бедра 51. Эти рабочие поверхности 56 имеют соответственно круговой контур среза с радиусом R₂. Между рабочими поверхностями и, соответственно, шарнирными элементами 51, 52 установлен распределяющий давление корпуса 57. Этот распределяющий давление корпус изготовлен таким образом, что его поверхности скольжения 58, 59 по мере необходимости удлиняются над половиной полукруглых поверхностей шарнирных элементов 51, 55, так что шарнирные элементы 51, 55 удерживаются зажатыми.

Кроме того, в соответствии с изобретением, наряду с параллельными соединениями отдельных шарнирных элементов в соответствии с фиг. 1, предусмотрено также последовательное соединение подобных шарнирных элементов в сустав. ЫЫЫ2

Применение: в медицине для эндопротезирования суставов. Сущность: искусственный сустав содержит шарнирные элементы со сферическими рабочими поверхностями, выполненные выпукло-вогнутыми таким образом, что их центры вращения находятся внутри шарнирного элемента с выпуклой рабочей поверхностью, и корпус, расположенный между рабочими поверхностями. Рабочие поверхности корпуса прилегают к рабочим поверхностям шарнирных элементов и имеют соответствующую им кривизну. Расстояние между центрами кривизны шарнирных элементов равно L= R₂ - R₁ - D, где R₁ и R₂ - радиусы шарнирных элементов; D - толщина корпуса на линии соединения центров вращения шарнирных элементов. Искусственный сустав представляет собой или параллельное соединение, или последовательное соединение, по меньшей мере, двух элементов. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Искусственный сустав, содержащий шарнирные элементы со сферическими рабочими поверхностями, выполненными выпукло-вогнутыми так, что их центры вращения находятся внутри шарнирного элемента с выпуклой рабочей поверхностью, и расположенный между рабочими поверхностями шарнирных элементов распределяющий давление корпус, поверхности скольжения которого прилегают к рабочим поверхностям шарнирных элементов и имеют соответствующую им кривизну, отличающийся тем, что расстояние между центрами кривизны шарнирных элементов равно
L R₂ R₁ D,
где R₁, R₂ радиусы шарнирных элементов;
D толщина корпуса на линии соединения центров вращения шарнирных элементов. 2. Сустав по п.1, отличающийся тем, что он представляет собой параллельное соединение по меньшей мере двух элементов. 3. Сустав по п.1, отличающийся тем, что он представляет собой последовательное соединение по меньшей мере двух элементов.