УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОТАЛЬНОГО ЭНДОПРОТЕЗИРОВАНИЯ КОЛЕННОГО СУСТАВА Российский патент 2000 года по МПК A61F2/38 

Изобретение относится к травматологии и ортопедии и может быть использовано для полного замещения коленного сустава.

Известно устройство для тотального эндопротезирования коленного сустава (см. EP 0636353 A1 от 01.02.95 г.) (1). Устройство содержит бедренный компонент, который выполнен в виде салазок, имеющих форму дуги и приближенных по форме к анатомической поверхности мыщелков бедра, большеберцовый компонент, содержащий выступ храповика в виде стержня, платформу, расположенную между бедренным и большеберцовым компонентом и имеющую с одной стороны выемки в виде усеченных сфер под салазки бедренного компонента, а с другой стороны - отверстие или продолговатый паз под стержень выступа храповика большеберцового компонента.

Это устройство не может реализовать объем движений и динамику, адекватную физиологической. К тому же устройство ненадежно, т.к. не рассчитано на работу с повышенными нагрузками.

Наиболее близким аналогом является устройство для тотального эндопротезирования коленного сустава (см. PCT WO 96/38103 от 05.12.96 г.) (2).

Устройство (2) содержит бедренный компонент в виде салазок, имеющих форму дуги, большеберцовый компонент, выполненный с выступами храповика и ограничителя, платформу, расположенную между бедренным и большеберцовым компонентами и имеющую с одной стороны выемки, сопряженные с салазками бедренного компонента, а с другой - дуговой паз под выступ ограничителя и паз под выступ храповика, между которыми расположена перемычка, фиксаторы для крепления бедренного и большеберцового компонентов.

Однако устройство (2) нестабильно и при повышенных нагрузках, несмотря на наличие ограничителей, может произойти непредусмотренное смещение платформы за пределы большеберцового компонента. Это приведет к дискомфорту пациента и в конечном итоге может привести к поломке протеза.

Кроме того, устройство (2) не может воспроизводить объем движений и динамику, в достаточной степени адекватные физиологии коленного сустава.

Дополнительно к этому устройство (1) имеет недостаточную площадь контакта трущихся поверхностей, что приводит к повышенному износу, к пониженной эксплуатационной надежности и долговечности.

Задачей предложенного устройства является увеличение стабильности положения сопрягаемых плоскостей, увеличение физиологической адекватности воспроизведения движений и динамики эндопротеза коленного сустава при одновременном расширении возможностей устройства, увеличениe эксплуатационной надежности и долговечности.

Для решения этой задачи в устройстве для тотального эндопротезирования коленного сустава, содержащем бедренный компонент в виде салазок, имеющих форму дуги, большеберцовый компонент, выполненный с выступами храповика и ограничителя, платформу, расположенную между бедренным и большеберцовым компонентами и имеющую с одной стороны выемки, сопряженные со салазками бедренного компонента, а с другой - дуговой паз под выступ ограничителя и паз под выступ храповика, между которыми расположена перемычка, фиксаторы для крепления бедренного и большеберцового компонентов, согласно изобретению салазки бедренного компонента и выемки на платформе сопряжены по усеченным цилиндрическим поверхностям, паз под выступ храповика на платформе выполнен в виде направляющей щели, переходящей в коническое гнездо со скругленным основанием, выступ храповика снабжен упором, жестко связанным с ним через поясок, и расположен вдоль оси симметрии большеберцового компонента, при этом выступ храповика подвижно связан с направляющей щелью для создания поперечных перемещений большеберцового компонента относительно платформы и образует на выходе из щели шарнир для поворотов большеберцового компонента относительно вертикальной оси, упор выступа храповика подвижно связан со стенками конического гнезда для ограничения угла поворота, а выступы храповика и ограничителя связаны перегородкой, длина которой соответствует длине направляющей щели, высота выступа храповика меньше высоты выступа ограничителя, но больше высоты перегородки, а высота перемычки между дугообразным пазом под выступ ограничителя и пазом под выступ храповика уменьшена на высоту перегородки.

Кроме того, для решения поставленной задачи в устройстве для тотального протезирования коленного сустава, согласно изобретению, дугообразный паз под выступ ограничителя может быть усечен несимметричной стенкой с соответствующей для левого или правого колена стороны для ограничения поворотов голени относительно вертикальной оси на 8-10^o кнаружи и на 15-20^o кнутри.

Кроме того, для решения поставленной задачи в устройстве для тотального протезирования коленного сустава, согласно изобретению, в коническом гнезде паза под выступ храповика может быть выполнено сквозное отверстие под синтетический эндопротез передней крестообразной связки с образованием по периметру отверстия площадки для опирания выступа храповика, между упором и выступом храповика выполнено второе сквозное отверстие под синтетический эндопротез указанной связки, проходящее через большеберцовый компонент и сообщенное в рабочем положении с указанным отверстием в коническом гнезде.

Технический результат состоит в увеличении стабильности эндопротеза за счет подбора геометрии и сочетания параметров сопрягаемых поверхностей платформы, бедренного и большеберцового компонентов, позволяющих увеличить физиологическую адекватность эндопротеза коленного сустава в движениях и в динамике, а также увеличить эксплуатационную надежность и долговечность.

На фиг. 1 приведен поперечный разрез предложенного эндопротеза коленного сустава в сборе.

На фиг. 2-3 показано взаимное расположение бедренного компонента и платформы эндопротеза коленного сустава при изгибе ноги в двух крайних положениях.

На фиг. 4-6 приведено взаимное расположение платформы и большеберцового компонента соответственно при поперечных и вращательных движениях большеберцового компонента относительно платформы и относительно вертикальной оси.

На фиг. 7-9 приведено положение платформы и большеберцового компонента при поперечных и вращательных движениях большеберцового компонента соответственно относительно платформы и относительно вертикальной оси при выполнении дугового паза под ограничительный выступ с несимметричной стенкой.

Устройство содержит бедренный компонент 1 (правый или левый) эндопротеза коленного сустава, большеберцовый компонент 2 (правый или левый) и расположенную между ними платформу 3 (см. фиг. 1).

Бедренный компонент 1 выполнен в виде салазок 1', имеющих форму дуги, наружная поверхность 4 которых подобна анатомической поверхности мыщелков бедра, а на внутренней стороне расположены фиксаторы 5 крепления к бедренной кости.

На торце платформы 3, обращенном к бедренному компоненту 1, выполнены выемки 6 под салазки 1', сопряженные с салазками 1' по усеченной цилиндрической поверхности.

На поверхности большеберцового компонента 2, обращенной к платформе, выполнены выступы храповика 7 и ограничителя 8.

На торце платформы 3, обращенном к большеберцовому компоненту 2, выполнен дуговой паз 9 под выступ ограничителя 8 и паз 10 под выступ храповика 7, между которыми расположена перемычка 11.

Паз 10 под выступ храповика 7 на платформе 3 выполнен в виде направляющей щели 12, переходящей в коническое гнездо 13 со скругленным основанием 14.

Дуговой паз 9 под выступ ограничителя 8 может быть выполнен симметричным, как на фиг. 4-6, и может быть выполнен с несимметричной стенкой 15, как на фиг. 7-9. Несимметричная стенка 15 расположена с соответствующей для правого или левого колена стороны.

Выступ храповика 7 снабжен жестко связанным с ним через поясок 16 упором 17, имеет форму цилиндра с вытянутым основанием и расположен вдоль оси симметрии большеберцового компонента 2.

Кроме того, выступ храповика 7 подвижно связан с направляющей щелью 12 для создания поперечных перемещений большеберцового компонента 2 относительно платформы 3 и образует на выходе из направляющей щели 12 шарнир 18, обеспечивающий вращение большеберцового компонента 2 относительно вертикальной оси.

Упор 17 выступа храповика 7 взаимодействует со стенками конического гнезда 13 для ограничения угла поворота.

Выступы храповика и ограничителя 7, 8 связаны между собой перегородкой 19, длина которой соответствует длине направляющей щели 12. Высота выступа храповика 7 меньше высоты выступа ограничителя 8, но больше высоты перегородки 19, а высота перемычки 11 между дугообразным пазом 9 под выступ ограничителя 8 и пазом 10 под выступ храповика 7 уменьшена на высоту перегородки 19.

В устройстве предусмотрено проведение синтетического эндопротеза передней крестообразной связки (не показан) через сквозное отверстие 20, выполненное в коническом гнезде с образованием площадок 21 для опирания выступа храповика 7, через второе сквозное отверстие 22, проходящее между храповиком 7 и упором 17, и через большеберцовый компонент 2.

Принцип работы устройства основан на взаимодействии двух функциональных узлов.

Первый узел представляет собой взаимосвязь салазок 1' бедренного компонента 1, дугообразная форма наружной поверхности 4 которых подобнa анатомической форме мыщелков бедра, и ответных им выемок 6. Выемки 6 выполнены на платформе 3 и сопряжены с салазками 1' по усеченным цилиндрическим поверхностям.

Этот узел представляет собой подшипник скольжения, подвижной частью которого являются салазки 1' бедренного компонента 1. Он обеспечивает вращение бедренного компонента 1 относительно платформы 3 и вращение большеберцового компонента 2 при сгибании ноги. Платформа 3 в данном соединении является неподвижной. В процессе движения величина поверхности контакта меняется незначительно (см. фиг. 2-3) и при изгибе ноги на 110^o площадь контакта трущихся поверхностей для протеза средних размеров составляет 320 мм², что в 10 раз больше площади контакта трущихся поверхностей известных конструкций. Это позволяет снизить износ трущихся поверхностей и, таким образом, увеличить эксплуатационную надежность и долговечность.

Бедренный компонент изготовлен из кобальтoхромового сплава, а платформа - из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.

Второй узел обеспечивает поперечные движения большеберцового компонента 2 относительно платформы 3, подвижной в этом соединении, и вращение большеберцового компонента 2 относительно вертикальной оси. Этим достигается увеличение физиологической адекватности движения предложенного эндопротеза коленного сустава.

Поперечное перемещение большеберцового компонента относительно платформы обеспечивается возможностью перемещения выступа храповика 7 в направляющей щели 12. Длина направляющей щели соответствует длине перегородки 19, связывающей выступы храповика 7 и ограничителя 8, и определяет максимальный ход поперечных перемещений платформы 3.

На выходе из направляющей щели 12 выступ храповика 7 образует с направляющей щелью 12 шарнир 18, который обеспечивает повороты большеберцового компонента 2 в пределах, ограниченных стенками конического гнезда 13 и упором 17 выступа храповика 7.

Дугообразный паз 9 под выступ ограничителя 8 может быть усечен несимметричной стенкой 15 с соответствующей для левого или правого колена стороны для ограничения поворотов голени относительно вертикальной оси на 8-10^o кнаружи и на 15-20^o кнутри, т.е. точно так, как и в физиологии.

Это позволяет увеличить физиологическую адекватность движений и динамики предложенного эндопротеза.

Высота выступа храповика 7 меньше высоты выступа ограничителя 8, но больше высоты перегородки 19, а перемычка 11 между дуговым пазом 9 и пазом под выступ храповика имеет высоту, уменьшенную на высоту перегородки 19.

Такое сочетание параметров позволяет исключить нестабильность и непредусмотренное смещение платформы за пределы большеберцового компонента даже при значительных нагрузках.

В устройстве предусмотрено проведение синтетического эндопротеза передней крестообразной связки через сквозное отверстие 20, выполненное в коническом гнезде с образованием площадок 21 для опирания выступа храповика 7, через второе сквозное отверстие 22, проходящее между храповиком 7 и упором 17, и через большеберцовый компонент 2. Эти отверстия 21 и 22 для проведения через них синтетического эндопротеза связки сообщены в рабочем положении при проведении через них связки. Такая конструкция позволяет совместное эндопротезирование коленного сустава и передней крестообразной связки и, таким образом, расширяет возможности устройства.

Технико-экономический эффект предложенного устройства состоит в создании стабильного эндопротеза, способного повысить физиологическую адекватность движений и динамики, в расширении возможностей устройства при одновременном увеличении эксплуатационной надежности и долговечности.

Изобретение относится к области травматологии и ортопедии и может быть использовано для полного замещения коленного сустава. Технический результат изобретения заключается в увеличении стабильности эндопротеза за счет подбора геометрии и сочетания параметров сопрягаемых поверхностей платформы, бедренного и большеберцового компонентов, позволяющих увеличить физиологическую адекватность эндопротеза коленного сустава в движениях и в динамике, а также увеличить эксплуатационную надежность и долговечность. Устройство для тотального эндопротезирования коленного сустава содержит бедренный компонент в виде салазок, имеющих форму дуги, большеберцовый компонент, выполненный с выступами храповика и ограничителя, платформу, расположенную между бедренным и большеберцовым компонентами и имеющую с одной стороны выемки, сопряженные с салазками бедренного компонента, а с другой - дуговой паз под выступ ограничителя и паз под выступ храповика, между которыми расположена перемычка, фиксаторы для крепления бедренного и большеберцового компонентов. Салазки бедренного компонента и выемки на платформе сопряжены по усеченным цилиндрическим поверхностям. Паз под выступ храповика на платформе выполнен в виде направляющей щели, переходящей в коническое гнездо со скругленным основанием. Выступ храповика снабжен упором, жестко скрепленным с ним через поясок и расположен вдоль оси симметрии большеберцового компонента, при этом выступ храповика подвижно связан с направляющей щелью для создания поперечных перемещений большеберцового компонента относительно платформы и образует на выходе из щели шарнир для поворотов большеберцового компонента относительно вертикали. 2 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Устройство для тотального эндопротезирования коленного сустава, содержащее бедренный компонент в виде салазок, имеющих форму дуги, большеберцовый компонент, выполненный с выступами храповика и ограничителя, платформу, расположенную между бедренным и большеберцовым компонентами и имеющую с одной стороны выемки, сопряженные с салазками бедренного компонента, а с другой - дуговой паз под выступ ограничителя и паз под выступ храповика, между которыми расположена перемычка, фиксаторы для крепления бедренного и большеберцового компонентов, отличающееся тем, что салазки бедренного компонента и выемки на платформе сопряжены по усеченным цилиндрическим поверхностям, паз под выступ храповика на платформе выполнен в виде направляющей щели, переходящей в коническое гнездо со скругленным основанием, выступ храповика снабжен упором, жестко скрепленным с ним через поясок, и расположен вдоль оси симметрии большеберцового компонента, при этом выступ храповика подвижно связан с направляющей щелью для создания поперечных перемещений большеберцового компонента относительно платформы и образует на выходе из щели шарнир для поворотов большеберцового компонента относительно вертикальной оси, упор выступа храповика подвижно связан со стенками конического гнезда для ограничения угла поворота, а выступы храповика и ограничителя связаны перегородкой, длина которой соответствует длине направляющей щели, высота выступа храповика меньше высоты выступа ограничителя, но больше высоты перегородки, а высота перемычки между дуговым пазом под выступ ограничителя и пазом под выступ храповика уменьшена на высоту перегородки. 2. Устройство для тотального эндопротезирования коленного сустава по п. 1, отличающееся тем, что дуговой паз под выступ ограничителя усечен несимметричной стенкой с соответствующей для левого или правого колена стороны для ограничения поворотов голени относительно вертикальной оси на 8 - 10^o кнаружи и на 15 - 20^o кнутри. 3. Устройство для тотального эндопротезирования коленного сустава по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что в коническом гнезде паза под выступ храповика выполнено сквозное отверстие под синтетический эндопротез передней крестообразной связки с образованием по периметру отверстия площадки для опирания выступа храповика, между упором и храповиком выполнено второе сквозное отверстие под указанный синтетический эндопротез передней крестообразной связки, проходящее через большеберцовый компонент и сообщенное в рабочем положении с указанным отверстием в коническом гнезде.