БЕДРЕННЫЙ КОМПОНЕНТ ЭНДОПРОТЕЗА ТАЗОБЕДРЕННОГО СУСТАВА Российский патент 1997 года по МПК A61F2/32 

Изобретение относится к медицине, более конкретно к конструкциям эндопротезов тазобедренного сустава бесцементной фиксации, предназначенным для лечения травматологических, ортопедических и травматологических больных.

Кроме того, он может быть применен и в эндопротезах цементной фиксации.

В первых конструкциях бедренных компонентов ножка повторяла форму костно-мозгового канала бедренной кости и была выполнена в виде искривленного по его длине конуса с уменьшающимся к дистальном концу радиусом (патент США 3141088, 622-23, 1977).

В дальнейшем, исходя из того, что сечение бедренной кости в своей проксимальной части имеет форму треугольника с закругленными углами, а сечение костно-мозгового канала совпадает с центром сечения кости и тоже имеет приближенную к треугольнику форму, конструкция ножки претерпела изменения. В патенте США 4979958, 623-23, 1989-1990, рис. 4.2 она представлена в виде стержня с поперечным сечением в виде равнобедренного треугольника с закругленными вершинами. Задавшись углом при вершине этого треугольника, можно оптимально вписать ножку в канал бедренной кости.

Известно техническое решение (I), где ножку бедренного компонента выполняют также по форме костно-мозгового канала.

Недостатком конструкции является выполнение ножки в виде клина с утолщенной проксимальной частью, на которой при ходьбе под нагрузкой в результате сжатия и деформации бедренной кости действует выталкивающая сила. Кроме этого, выталкивание усиливается давлением костно-мозгового содержимого, подвергающегося компрессии. Все эти усилия концентрируются в области узла трения ацетабулярного компонента эндопротеза тазобедренного сустава, который испытывает в связи с этим дополнительные нагрузки, способствующие разрушению как самого эндопротеза, так и связи его компонентов с костью.

Кроме того, конструкция ножки не предусматривает возможности создания нескольких типоразмеров. Любое изменение конструкции влечет ухудшение его качества.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является эндопротез тазобедренного сустава (2).

Согласно патенту, ножка бедренного компонента с медиальной стороны также выполняется фигурной, образующей в плоской проекции клин, стороны которого сходятся под углом 2 3^o и концу стержня. Помимо этого, передняя и задняя стороны ножки сходятся в направлении от латерального к медиальному под углом 5 10^o.

Благодаря предлагаемой конструкции ножка бедренного компонента работает наподобие клина, образованного как в вертикальной, так и в горизонтальной проекциях, в результате чего уменьшаются кольцевые напряжения в трубчатой кости бедра. Однако и при этом конструкции клинообразная форма ножки остается, и вертикальные выталкивающие усилия, действующие на нее при ходьбе, не устраняются, что приводит к расшатыванию эндопротеза.

В изобретении же конструкция ножки эндопротеза направлена на снятие нагрузок с узла трения ацетабулярного вкладыша и бедренного компонента за счет вертикальной фиксации ножки в проксимальной части костно-мозгового канала.

Для решения поставленной задачи в бедренном компоненте тазобедренного сустава, включающем ножку, проксимальная часть медиальной стороны которой дугообразно изогнута, а дистальная выполнена конусной, воротник, шейку и съемную сферическую головку, ножка с медиальной стороны выполнена фигурной, образующей в вертикальной проекции ромб с расположенной в начале дуги поперечной диагональю, величина которой находится в пропорциональной зависимости как 2 1 от радиуса закругления дистального конца ножки R_к, определяемого из выражения: R_к 2,5 + 0,5 m, где m - условный размер поперечного сечения бедренной кости взрослого человека, при этом угол в верхней части ромба определяется выражением: β_к=1+0,5m, а угол в нижней его части постоянный и выбирается из интервала 0,5 7^o соответственно, при этом высота ножки определяется по формуле: Н_к 115 + 5 m, где Н_к высота ножки, причем передняя и задняя стороны ножки сходятся к медиальной стороне под углом, который определяется по формуле: α_К=6+m, где m 1 до n.

Для лучшего закрепления ножки в костно-мозговом канале ее проксимальная часть выполнена с шероховатым покрытием с открытой пористостью 40 60% и размерами пор от 100 до 200 мкм. Губчатая ткань кости, прорастая, заполняет поры, образуя биологическую фиксацию и дополнительно удерживая ножку.

Наряду с указанными преимуществами предлагаемая конструкция позволяет создать множество типоразмеров с учетом антропологических особенностей человека, необходимо лишь измерить поперечное сечение бедренной кости.

На фиг. 1 изображен бедренный компонент, вид спереди; на фиг.2 сечение А-А, Б-Б; на фиг. 3 бедренный компонент в аксонометрии; на фиг.4 проекция медиальной стороны бедренного компонента, образующая ромб.

Бедренный компонент эндопротеза тазобедренного сустава содержит ножку 1, проксимальная часть 2 медиальной стороны которой дугообразно изогнута, а дистальная выполнена конусной 3, воротник 4, шейку 5 и съемную сферическую головку 6.

Ножка 1 в проксимальной части выполнена фигурной, образующей в плоской проекции с медиальной стороной ромб 7 (фиг.4). Поперечная диагональ 8 расположена в начале дуги 2. Величина диагонали 8 находится в пропорциональной зависимости от радиуса закругления дистального конца 9 ножки 1. Этот радиус определяется из выражения R_к 2,5 ± 0,5 m, где m условный минимальный размер поперечного сечения бедренной кости взрослого человека.

Угол верхней части ромба β_к определяется выражением: β_к= 1+0,5m где m - условный минимальный размер бедренной кости взрослого человека.

Угол нижней части ромба постоянный для всего ряда типоразмеров и выбирается из интервала 0,5 7^o.

Высота ножки определяется по формуле: Н_к 115 + 5 m, где Н_к высота ножки 1.

Передняя и задняя стороны ножки 1 сходятся к медиальной стороне 11 под углом, который определяется по форуле: α_к= 6+m где m 1 до n. Ножка 1 в проксимальной части выполнена с шероховатым покрытием 13.

Техника установки эндопротеза заключается в следующем: клюшкообразным разрезом длиной 20 см от верхней передней оси крыла подвздошной кости через область большого вертела и по боковой поверхности бедра производится послойно разрез кожи, подкожной клетчатки, поверхностной фасции. По линии разреза рассекают мышцу, натягивающую широкую фасцию бедра, и делают боковые надрезы фасции в области большого вертела.

Выделяют и пересекают у места прикрепления к большому вертелу среднюю и малую ягодичные мышцы. Обнажают капсулу сустава, которую иссекают в видимых пределах. Головку бедра вывихивают в рану и резецируют ее межвертельной линии. Фрезами поочередно, начиная с малого размера и подбирая подходящий размер, убирают остатки хрящевого слоя вертлужной впадины и ввинчивают металлическую чашку эндопротеза. В последнюю вставляется и закрепляется полиэтиленовый вкладыш.

Далее подготавливается ложе в бедренном канале для ножки эндопротеза. Рашпилями, поочередно, начиная с малого и подбирая необходимый размер, разрабатывают канал и готовят ложе для ножки эндопротеза. Затем в канал вводят подобранную ножку эндопротеза на 3/4 его длины. По бокам передней и задней стенок ножки в области малого вертела в канал вводят костные фрагменты, подготовленные заранее из резецированной шейки и головки бедра. Далее забивают ножку эндопротеза до воротника, на шейку ножки помещают головку и вставляют в вертлужную впадину.

Таким образом, ножка эндопротеза оказывается первоначально зафиксированной в разработанном канале костными фрагментамив той своей части, которая образует верхнюю часть ромбовидной фигуры. В дальнейшем костные фрагменты замещаются собственной костной тканью, прочно фиксирующей ножку эндопротеза, особенно в проксимальной части, имеющей развитую поверхность за счет пористого титанового покрытия.

Рану дренируют и послойно ушивают наглухо. Больной на вторые сутки начинает ходить с помощью костылей. На четырнадцатые сутки после снятия швов выписывается из стационара.

Полная нагрузка на операционный сустав разрешается через шесть месяцев после операции.

Для определения условных размеров поперечного сечения бедренной кости взрослого человека были произведены статистические замеры ее характеристического сечения и по ним построен график нормального распределения размеров сечений.

Для получения типоразмеров интервал графика кривой разбивался на участки, в данном случае на 11 участков. По каждому участку проводилось усреднение размеров сечений. Минимальному усредненному размеру присваивался условный номер 1, максимальному условный номер 11.

Построение типоразмеров в соответствии с формулой изобретения осуществляется следующим образом:
для наименьшего типоразмера m 1.

Высота ножки, в мм: Н_к 115 + 5 m, Н_к 115 + 5 • 1 120.

Таким образом, в первом типоразмере высота ножки равна 120 мм.

Угол схождения передней и задней сторон ножки в медиальном направлении, в градусах:

Угол в верхней части ромба, в градусах:

Радиус закругления дистального конца ножки, в мм:
R_к 2,5 + 0,5 m,
R₁ 2,5 + 0,5 •1 3,0.

Величина поперечной диагонали, в мм:
Д_к 2 • R_к
Д₁ 2 • 3 6.

Для среднего типоразмера: m 6.

Высота ножки, в мм: Н_к 115 + 5 • 6 145.

Угол схождения передней и задней стороны ножки в медиальном направлении, в градусах:
α₆= 6+6=12.
Угол в верхней части ромба, в градусах:
β₆= 1+0,5•6=4.
Радиус закругления дистального конца ножки, в мм:
R₆ 2,5 + 0,5 • 6 5,5.

Величина поперечной диагонали ромба, в мм:
Д₆ 2 • 5,5 11.

Геометрически ромб строится по двум углам и поперечной диагонали.

Для максимального типоразмера: m 11.

Высота ножки, в мм: Н_к 115 + 5 • 11 170.

Угол схождения передней и задней сторон ножки в медиальном направлении, в градусах:
α₁₁= 6+11=17.
Угол верхней части ромба, в градусах:
β₁₁= 1+0,5•11=6,5.
Радиус закругления дистального конца ножки, в мм:
R₁₁ 2,5 + 0,5 • 11 8.

Величина поперечной диагонали ромба, в мм:
D₁₁ 2 • 8 16.

Ромб строится геометрически по двум углам и поперечной диагонали.

Количество типоразмеров может быть любое, что обуславливается, с одной стороны, медицинской необходимостью, а с другой стороны техническими и экономическими возможностями производства.

При сжатии кости, как трубчатой структуры, линии главных напряжений в костной ткани располагаются преимущественно под углом 45^o к вертикальной оси. По этим же направлениям действуют силы упругости костной ткани (f₁ и f₂), которые образуют равнодействующую выталкивающую силу F, направленную по вертикальной оси. Эта сила суммируется с силой Р, с которой на конец ножки эндопротеза действует костно-мозговая жидкость.

После введения в костно-мозговой канал ножки и формировании собственной костной ткани в разработанном канале под воротником, на ножку эндопротеза начинают действовать силы давления растущей коcти n₁ и n₂. Помимо этого, при действии на кость сжимающей нагрузки в процессе ходьбы, сжимающие усилия r₁ и r₂ в материале кости передаются по линиям главных напряжений, расположенных под углом 45^o к вертикальной оси кости.

Силы r₁ и r₂ имеют равнодействующую сжимающую силу R, действующую вертикально вниз вдоль оси бедренной кости.

Таким образом, сила R обеспечивает заклинивающий эффект от выдергивающих усилий. На эту же величину уменьшится сила, передающая на трущуюся поверхность головки эндопротеза.

Данная методика эндопротезирования выполнена в клинике кафедры травматологии и ортопедии Российского Университета Дружбы народов у четырех больных. У всех операции и послеоперационный период протекали гладко.

В предлагаемой конструкции ножки таким образом удалось избежать клина, выполнив ее в виде ромба с медиальной стороны, что позволило усилить конструкцию в самом нагруженном сечении, а именно: в начале дуги ее изогнутой проксимальной части. Относительное увеличение опасного сечения происходит в результате того, что она образует поперечную диагональ ромба, в проекции с медиальной стороны.

Данная конструкция ножки эндопротеза тазобедренного сустава изготовлена в 11 экземплярах и проходит испытания в клинике г. Москвы.

Первые испытания дали положительные результаты.

Конструкция с успехом заменяет дорогостоящие, покупаемые за рубежом эндопротезы.

Внедрение конструкции эндопротеза тазобедренного сустава позволит отказаться от закупки их за рубежом.

Использование: в медицине, более конкретно в конструкциях эндопротезов тазобедренного сустава бесцементной фиксации, предназначенных для лечения ревматологических, ортопедических и травматологических больных. Сущность: ножка эндопротеза выполняется фигурной таким образом, что с медиальной стороны она имеет ромбовидную проекцию. Это позволяет обеспечить ее бесцементную фиксацию в вертикальном, в частности в проксимальном направлении бедренной кости, что приводит к дополнительному снятию нагрузок с узла трения и уменьшению износа трущихся поверхностей. 4 ил.

Бедренный компонент эндопротеза тазобедренного сустава, включающий ножку, проксимальная часть медиальной стороны которой дугообразно изогнута, а дистальная выполнена конусной, воротник, шейку и съемную сферическую головку, отличающийся тем, что ножка с медиальной стороны выполнена фигурной, образующей в вертикальной проекции ромб с расположенной в начале дуги поперечной диагональю, величина которой находится в пропорциональной зависимости как 2 1 от радиуса закругления дистального конца ножки R_к, определяемого из выражения
R_к 2,5 + 0,5m,
где m условный минимальный размер поперечного сечения бедренной кости взрослого человека,
при этом угол в верхней части ромба определяется выражением
β_к=1+0,5m,
а угол в нижней его части выбирается из интервала 0,5 7^o, при этом высота ножки определяется по формуле
H_к 115 + 5m,
где Н_к высота ножки,
причем передняя и задняя стороны ножки сходятся к медиальной стороне под углом, который определяется по формуле
α_К=6+m,
где m 1 n.