ЭНДОПРОТЕЗ КОЛЕННОГО СУСТАВА Российский патент 1996 года по МПК A61F2/38 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для восстановления анатомо-функциональных возможностей опорно-двигательного аппарата, в частности коленного сустава, и может быть использовано в травматологии и ортопедии.

Известен эндопротез коленного сустава, содержащий плоское основание, снабженное опорными площадками с впадинами для суставных элементов бедра, и закрепленные по контуру основания передний и боковые элементы крепления, каждый из которых включает в себя накладку для взаимодействия с наружной анатомической структурой кости [1]
Недостаток известного эндопротеза заключается в том, что элементы крепления закреплены на основании без возможности поступательного перемещения в горизонтальной плоскости относительно его контура. Поэтому во время имплантации возникает необходимость дополнительно заглублять накладки в кортикальный слой кости, если поперечные размеры последней превышают таковые размеры основания эндопротеза.

В результате, во-первых, увеличивается объем оперативного вмешательства, а во-вторых, утончается кортикальный слой кости, что приводит к ослаблению крепления эндопротеза на ней.

Наиболее близким по технической сущности данному изобретению является эндопротез коленного сустава, содержащий плоское основание, снабженное фигурным выступом спереди, установленные на основании с возможностью поворота в горизонтальной плоскости две опорные площадки с впадинами для суставных элементов бедра, закрепленные по контуру основания передний и боковые элементы крепления, каждый из которых включает в себя накладку для взаимодействия с наружной анатомической структурой кости, и элементы фиксации каждой опорной площадки на основании [2]
Недостатком этого эндопротеза является то, что конструктивное исполнение его элементов фиксации опорных площадок на основании не позволяет без подвывиха коленного сустава заменить, например, при повторной операции отслужившую свой срок службы опорную площадку новой. А т.к. подвывих в большинстве случаев приводит к разрыву связочного аппарата коленного сустава, то это может привести к дополнительному оперативному вмешательству, например, к аллопластике связочного аппарата сустава, что усложняет и затрудняет манипуляции при замене опорной площадки.

Недостатком известного эндопротеза является и то, что в нем, как и в эндопротезе [1] элементы крепления закреплены на основании без возможности поступательного перемещения в горизонтальной плоскости относительно его контура. По этой причине увеличиваются объем и глубина резекции кортикального слоя кости во время имплантации эндопротеза, ослабляется его крепление на большеберцовой кости и, следовательно, снижается надежность крепления эндопротеза на ней.

Цель изобретения заключается в упрощении и облегчении манипуляций при замене отслужившей свой срок службы опорной площадки новой, а также в уменьшении объема и глубины резекции кортикального слоя кости и в повышении надежности крепления эндопротеза на ней.

Цель достигается тем, что в известном эндопротезе коленного сустава, содержащем плоское основание, снабженное фигурным выступом спереди, установленные на основании с возможностью поворота в горизонтальной плоскости две опорные площадки с впадинами для суставных элементов бедра, закрепленные по контуру основания передний и боковые элементы крепления, каждый из которых включает в себя накладку для взаимодействия с наружной анатомической структурой кости, и элементы фиксации каждой опорной площадки на основании, упомянутые выше элементы фиксации включают в себя установленную на фигурном выступе съемную С-образную стопорную шайбу, снабженную лапками и расположенными на них упорами, соединительный элемент в виде упругой скобы и размещенные на примыкающих друг к другу поверхностях основания и каждой опорной площадки шип и гнездо с пазом, причем шип выполнен на основании под углом к его продольной оси, имеет форму призмы со скосами типа "ласточкин хвост", гнездо с пазом выполнены в задней части опорной площадки симметрично ее продольной оси, паз имеет поперечные размеры, превышающие поперечные размеры шипа, гнездо снабжено конусообразной канавкой, скоба установлена в гнезде и обхватывает шип, взаимодействующие между собой поверхности гнезда, скобы и шипа конгруэнтны, при этом опорные площадки снабжены выемками спереди, выемки и упоры взаимодействуют между собой, а С-образная шайба выполнена упругой с возможностью поджатия опорных площадок к фигурному выступу.

Достижению поставленной технической задачи способствует также и то, что каждый элемент крепления дополнительно содержит ползун в форме призмы типа "ласточкин хвост"; а основание дополнительно снабжено расположенными по обе стороны от его продольной оси двумя направляющими выступами, двумя зажимными и направляющими колонками, причем направляющие выступы расположены в задней части основания, а каждый зажим смонтирован в передней части основания, включает в себя прижим в виде планки, установленной на колонках с возможностью перемещения в перпендикулярном плоскости основания направлении и выполненной в форме сектора, одна из прямолинейных образующих которого параллельна продольной оси основания, а другая параллельна направляющему выступу, при этом ползун переднего элемента крепления размещен между прямолинейными образующими секторов, которые параллельны продольной оси основания, ползуны боковых элементов крепления расположены между направляющими выступами и прямолинейными образующими секторов, которые параллельны направляющим выступам, а взаимодействующие между собой поверхности ползунов, направляющих выступов и упомянутых выше образующих секторов конгруэнтны. Кроме этого, зажим выполнен винтовым, а между прямолинейными образующими сектора выполнен острый угол.

Указанные особенности изобретения представляют его отличия от прототипа и обуславливают новизну предложения, эти отличия являются существенными, поскольку именно они обеспечивают создание достигаемого технического результата, отраженного в технической задаче, и отсутствуют в известных технических решениях с тем же эффектом.

На фиг. 1 показан эндопротез; на фиг.2 вид А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 разрез Г-Г на фиг.1; на фиг. 6 разрез Д-Д на фиг.1; на фиг.7 разрез Е-Е на фиг.2; на фиг.8 - разрез Ж-Ж на фиг. 3; на фиг.9 и 10 варианты выполнения зажима: на фиг.9 - разрез И-И на фиг.4, на фиг.10 разрез К-К на фиг.9; на фиг.11 и 12 примеры выполнения внутрикостного фиксатора: на фиг.11 узел I на фиг.5, на фиг.12 - узел II на фиг.5.

Эндопротез коленного сустава (фиг.1, 2 и 3) содержит плоское основание 1, снабженное фигурным выступом 2 спереди, установленные на основании 1 с возможностью поворота в горизонтальной плоскости опорные площадки 3 и 4 с впадинами для суставных элементов бедра (на чертежах не показаны), закрепленные по контуру 5 основания 1 передний 6 и боковые 7 и 8 элементы крепления, каждый из которых включает в себя накладку 9 для взаимодействия с наружной 10 анатомической структурой большеберцовой кости 11, и элементы 12 фиксации каждой опорной площадки 3 и 4 на основании 1.

Элементы 12 фиксации опорных площадок 3 и 4 на основании 1 включают в себя установленную на фигурном выступе 2 съемную С-образную стопорную шайбу 13, снабженную лапками 14 и 15 с расположенными на них упорами 16 и 17, соединительный элемент в виде упругой скобы 18 и размещенные на примыкающих друг к другу поверхностях 19 и 20 основания 1 и опорных площадок 3 и 4 шип 21 и гнездо 22 с пазом 23. Шип 21 выполнен на основании 1 под углом к его продольной оси 24 и имеет форму призмы со скосами типа "ласточкин хвост". Гнездо 22 и паз 23 выполнены в задней части 25 каждой опорной площадки 3 и 4 симметрично продольной оси 26. Паз 23 имеет поперечные размеры, превышающие поперечные размеры шипа 21. Гнездо 22 снабжено конусообразной канавкой 27. Скоба 18 установлена в гнезде 22 и обхватывает шип 21. Взаимодействующие между собой поверхности 28, 29, 30 и 31 (фиг.7 и 8) гнезда 22, скобы 18 и шипа 21 конгруэнтны. Опорные площадки 3 и 4 снабжены выемками 32 и 33 (фиг. 1) спереди. Выемки 32 и 33 и упоры 16, 17 взаимодействуют между собой. С-образная шайба 13 выполнена упругой с возможностью поджатия опорных площадок 3 и 4 к фигурному выступу 2.

Благодаря такому конструктивному исполнению элементов фиксации 12 каждая опорная площадка 3 и 4 укрепляется на основании 1 путем заведения ее сбоку с последующим разворотом в горизонтальной плоскости в направлении фигурного выступа 2 и стопорением шайбой 13.

А благодаря упругости скобы 18 последняя устанавливается в гнезде 22 посредством ее сжатия. После того как сжимающее усилие со скобы 18 снимают, она расправляется и фиксируется в гнезде 22 от выпадения благодаря тому обстоятельству, что их взаимодействующие между собой поверхности конгруэнтны.

Для обеспечения возможности перемещения элементов крепления 6, 7 и 9 в поперечном относительно контура 5 основания 1 направлении в предложенном эндопротезе каждый элемент 6, 7 и 8 дополнительно содержит ползун 34 (фиг.4) в форме призмы со скосами типа "ласточкин хвост", а основание дополнительно снабжено расположенными по обе стороны от его оси 24 двумя направляющими выступами 35, двумя зажимами 36 и направляющими колонками 37, 38 и 39. Направляющие выступы 35 расположены в задней части 40 основания 1. Каждый зажим 36 смонтирован в передней части 41 основания 1, включает в себя прижим в виде планки, установленной на колонках 37, 38 и 39 с возможностью перемещения в перпендикулярном плоскости основания 1 направлении и выполненной в форме сектора 42. Прямолинейная образующая 43 сектора 42 параллельна оси 24 основания 1, а его прямолинейная образующая 44 параллельна направляющему выступу 35. Ползун 34 переднего элемента крепления 6 размещен между образующими 43 сектора 42, а ползуны 34 боковых элементов крепления 7 и 8 расположены между направляющим выступом 35 и образующей 44 сектора 42. Взаимодействующие между собой поверхности 45, 46, 47 и 48 (фиг.7) ползунов 34, направляющих выступов 35 и образующих 43 и 44 секторов 42 конгруэнтны, при этом между образующими 43 и 44 секторов 42 выполнен острый угол, а зажимы 36 выполнены винтовыми.

Благодаря такому исполнению сектора 42 ползуны 34 и накладки 9 боковых элементов крепления 7 и 8 направлены к передней части 41 основания 1, что исключает возможность давления одного из упомянутых выше элементов крепления на головку малоберцовой кости. В результате этого исключается возможность ее деструкции и некроза и повышается способность протеза к вживлению.

Для обеспечения надежной и жесткой фиксации эндопротеза на опиле большеберцовой кости 11 последний дополнительно снабжен Т-образным внутрикостным фиксатором 45 (фиг.5 и 6), составные элементы 46, 47 и 48 которого скреплены между собой посредством разъемного самоконтрящегося соединения и связаны с накладками 9 с возможностью регулирования их положения относительно контура 5 основания 1. Элемент 46 фиксатора 45 имеет форму ступенчатого стержня, с одной стороны которого выполнена проушина 49, а с другой наружная винтовая нарезка 50. Элемент 47 фиксатора 45 выполнен в виде ступенчатого стержня с двусторонней наружной винтовой нарезкой 51 и 52, а элемент 48 представляет собой ступенчатый стержень, снабженный внутренней и наружной винтовыми нарезками 53 и 54. Для исключения возможности образования люфта в узле соединения элементов 46, 47 и 49 их соприкасающиеся между собой поверхности 55, 56, 57 и 58 (фиг.12) выполнены конусообразными и конгруэнтными, а для обеспечения самоконтроля разъемного соединения элемент 48 дополнительно снабжен упругими выступами 59 в виде лепестков цанги.

Кроме этого, для обеспечения возможности регулирования положения накладок 9 относительно контура 5 основания 1 элементы 46, 47 и 48 снабжены шайбами 60 (фиг. 11), закрепленными на них посредством гаек 61. Накладки 9 скрепляются с фиксатором 45 посредством втулок 62 с внутренней винтовой нарезкой 63, снабженных конусообразными головками 64 (фиг.5 и 6). Кроме этого, накладки 9 снабжены фигурными выступами 65 с конусообразными углублениями 66 под упомянутые выше головки 64. Для предотвращения возможности ослабления крепления накладок 9 к фиксатору 45 втулки 62 снабжены упругими выступами 67 в виде лепестков цанги, а гайки 61 конусообразными фасками 68 для взаимодействия с упомянутыми выше выступами 67.

Благодаря такому конструктивному исполнению элементов 46, 47 и 48 фиксатора 45 обеспечивается самоконтрение разъемного соединения при свинчивании их между собой и исключается возможность ослабления крепления основания 1 на опиле кости 11 после обрастания упругих выступов 67 соединительной костной тканью.

С целью обеспечения возможности изменения углового положения накладок 9 элементов крепления 6, 7 и 8 относительно плоскости основания 1 в соответствии с индивидуальными особенностями кости 11 переходный участок от накладки 9 к ползуну 34 выполнен упругим. Для обеспечения плотного прилегания накладок 9 к кости 11 взаимодействующая с наружной анатомической структурой 10 поверхность у накладок 9 элементов 7 и 8 имеет форму части поверхности конуса, а у накладки 9 элемента 6 выполнена в форме части поверхности цилиндра.

В предложенном эндопротезе опорные площадки 3 и 4 изготовлены из биологически инертного полимерного материала, обладающего высокими антифрикционными свойствами, а остальные составные элементы выполнены из биологически инертного высокопрочного титанового сплава.

Для аллопластики большеберцового плато коленного сустава проводятся следующие подготовительные операции:
вначале, применяя специальный шаблон для обработки рентгенограмм (на чертежах не показан), по рентгенограмме коленного сустава определяется типоразмер эндопротеза и положение накладок 9 элементов 6, 7 и 8 относительно контура 5 основания 1, при котором достигается их плотное прилегание к наружной анатомической структуре 10 кости 11 с учетом индивидуальных особенностей последней; затем уточняются расстояния между накладками 9 и гайками 61 элементов 46, 47, 48 и подбирается необходимое количество шайб 60 для обеспечения изложенного выше условия;
после чего шайба 60 устанавливается на элементах 46, 47, 48 фиксатора 45 и закрепляются на них гайками 61;
после чего выполняется передняя артротомия и остеотомия бугристости большеберцовой кости 11 с сохранением собственного связочного аппарата сустава;
далее лоскут мягких тканей вместе с фрагментом бугристости и собственной связкой надколенника откидывается кверху и конечность в суставе сгибается;
затем осуществляется ревизия состояния медиального и латерального плато большеберцовой кости 11 и определяется объем оперативного вмешательства по формированию ее суставной поверхности.

Аллопластика большеберцового плато сустава предложенным эндопротезом приводится в следующей последовательности.

Вначале по специальному кондуктору (на чертежах не показан) выполняется экономная резекция медиального и латерального плато большеберцовой кости 11.

Далее по контуру (на чертежах не показан) в большеберцовой кости 11 выполняется Т-образное отверстие под фиксатор 45 и выемки под выступающие элементы 68 (фиг.9) секторов 42.

После этого элементы 46, 47 и 48 фиксатора 45 устанавливаются в упомянутом выше отверстии, центрируются с помощью специальной спицы (на чертежах не показана) и свинчиваются между собой до соприкосновения их конусообразных поверхностей 55, 56, 57 и 58, при этом выступы 59 элементов 48 смыкаются и плотно прижимаются к винтовой нарезке 52 элемента 47, в результате чего происходит самоконтрение разъемного соединения фиксатора 45.

После проведенных манипуляций основание 1 заводится на опил большеберцовой кости 11 спереди, благодаря U-образной форме и рациональному расположению элементов 6, 7 и 8, и центрируется на нем визуально.

Затем элементы 6, 7, 8 с помощью специального установочного приспособления (на чертежах не показано) прижимаются к наружной анатомической структуре 10 кости 11 и посредством винтовых зажимов 36 фиксируются. Для чего головки 69 (фиг.10) зажимов 36 поворачиваются по часовой стрелке до взаимодействия с упорами 70, секторы 42 перемещаются вверх по колонкам 37, 38, 39 и прижимают ползуны 34 элементов 6, 7, 8 к плоскости основания 1.

Далее накладки 9 элементов 6, 7 и 8 прикрепляются к наружной анатомической структуре 10 кости 11 посредством свинчивания втулок 62 с винтовыми нарезками 50, 51 и 54 элементов 46, 47 и 48 фиксатора 45. При этом благодаря упругости элементов крепления 6, 7 и 8 и форме взаимодействующих со структурой 10 поверхностей накладки 9 плотно прижимаются к наружной структуре 10 кости 11, выступы 67 и фаски 63 втулок 62 и гаек 61 приходят в соприкосновение между собой, выступы 67 раздвигаются и внедряются в губчатую структуру кости 11.

После проведенных манипуляций основание 1 жестко зафиксировано на кости 11 и не может быть смещено относительно контура последней, т.к. этому будут препятствовать элементы крепления 6, 7, 8 и Т-образный фиксатор 45.

Далее на основание 1 устанавливаются опорные площадки 3 и 4. С этой целью соединительные скобы 18 поворачиваются в гнездах 22 и устанавливаются в исходное состояние, т.е. симметрично осям 26 площадок 3 и 4 таким образом, что ее зев направлен к пазу 23. Затем каждая опорная площадка 3 и 4 последовательно заводится на основание 1 сбоку до соприкосновения внутренней поверхности скобы 18 с соответствующей поверхностью шипа 21. Благодаря тому, что поперечные размеры паза 23 превышают поперечные размеры шипа 21, последний свободно заходит в зев скобы 18. Далее площадки 3 и 4 поворачиваются в направлении выступа 2 до упора с ним. В этот момент скоба 21 занимает положение относительно паза 23, показанное на фиг.3, и препятствует смещению соответствующей опорной площадки кверху, кпереди, кзади и в направлениях, перпендикулярных оси 24 основания 1 благодаря форме взаимодействующих между собой поверхностей 28, 29, 30 и 31 гнезда 22, скобы 18 и шипа 21. После этого на выступе 2 основания 1 устанавливается стопорная шайба 13. Шайба 13 заводится спереди до соприкосновения ее внутренней поверхности с выступом 2. Благодаря своей упругости вначале лапки 14, 15 с упорами 16 и 17 расходятся, а после соприкосновения ее упомянутых выше поверхностей с выступом 2 лапки 14, 15 сходятся и фиксируют шайбу 13 на последнем. В это же время упоры 16 и 17 вступают во взаимодействие с выемками 32 и 33 площадок 3 и 4 и препятствуют их развороту в исходное состояние.

Таким образом, после проведенных манипуляций площадки 3 и 4 установлены надежно на основании 1 и закреплены на нем.

После эндопротезирования убеждаются в функциональных возможностях сустава, для этого проверяют сгибательную и разгибательную функцию сустава и натяжение его связочного аппарата.

Затем собственная связка надколенника вместе с лоскутом мягких тканей и фрагментом бугристости укладываются на месте, и рана послойно ушивается.

Для обеспечения возможности снятия площадок 3 и 4 с основания 1, например, при повторной операции с целью замены отслужившей свой срок площадки новой выполняются манипуляции в последовательности, обратной их установке.

Предлагаемый эндопротез коленного сустава надежно закрепляется на опиле большеберцовой кости и обладает следующими преимуществами в сравнении с известными:
удобство демонтажа при замене опорной площадки;
экономия резекции костной ткани;
фиксация к наружной анатомической структуре кости; не оказывает давления на окружающие ткани и не вызывает пролежни и вторичные деформации.

Использование: в медицинской технике, а именно в ортопедии и травматологии. Сущность: эндопротез коленного сустава содержит U-образное плоское основание, снабженное фигурным выступом спереди, установленные на основании опорные площадки, закрепленные по контуру основания, элементы крепления с накладками и элементы фиксации каждой опорной площадки на основании. Эндопротез содержит С-образную стопорную шайбу с лапками и упорами. Элементы фиксации включают в себя упругую скобу, гнездо и шип. Шип выполнен на основании, а гнездо - в каждой опорной площадке. Скоба установлена в гнезде и обхватывает шип. Стопорная шайба установлена на выступе. Упоры взаимодействуют с выемками, выполненными в опорных площадках. 3 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Эндопротез коленного сустава, содержащий плоское основание, снабженное фигурным выступом спереди, установленные на основании с возможностью поворота в горизонтальной плоскости две опорные площадки с впадинами для суставных элементов бедра, закрепленные по контуру основания передний и боковые элементы крепления, каждый из которых включает в себя накладку для взаимодействия с наружной анатомической структурой кости, и элементы фиксации каждой опорной площадки на основании, отличающийся тем, что элементы фиксации включают в себя установленную на фигурном выступе съемную C-образную стопорную шайбу, снабженную лапками и расположенными на них упорами, соединительный элемент в виде упругой скобы и размещенные на примыкающих одна к другой поверхностях основания и каждой опорной площадки шип и гнездо с пазом, причем шип выполнен на основании под углом к его продольной оси, имеет форму призмы со скосами типа "ласточкин хвост", гнездо с пазом выполнено в задней части опорной площадки симметрично ее продольной оси, паз имеет поперечные размеры, превышающие поперечные размеры шипа, гнездо снабжено конусообразной канавкой, скоба установлена в гнезде и охватывает шип, а взаимодействующие между собой поверхности гнезда, скобы и шипа конгруэнтны, при этом опорные площадки снабжены выемками спереди, выемки и упоры взаимодействуют между собой, а C-образная шайба выполнена упругой с возможностью поджатия опорных площадок к фигурному выступу. 2. Эндопротез по п. 1, отличающийся тем, что каждый элемент крепления дополнительно содержит ползун в форме призмы со скосами типа "ласточкин хвост", а основание дополнительно снабжено расположенными по обе стороны от его продольной оси двумя направляющими выступами, двумя зажимами и направляющими колонками, причем направляющие выступы расположены в задней части основания, а каждый зажим смонтирован в передней части основания, включает в себя прижим в виде планки, установленной на колонках с возможностью перемещения в перпендикулярном плоскости основания направлении и выполненной в форме сектора, одна из прямолинейных образующих которого параллельна продольной оси основания, а другая параллельна направляющему выступу, при этом ползун переднего элемента крепления размещен между прямолинейными образующими секторов, которые параллельны продольной оси основания, ползуны боковых элементов крепления расположены между направляющими выступами и прямолинейными образующими секторов, которые параллельны направляющим выступам, а взаимодействующие между собой поверхности ползунов, направляющих выступов и образующих секторов конгруэнтны. 3. Эндопротез по п.2, отличающийся тем, что между прямолинейными образующими каждого сектора выполнен острый угол. 4. Эндопротез по п.2, отличающийся тем, что зажим выполнен винтовым.