ЭНДОПРОТЕЗ ТАЗОБЕДРЕННОГО СУСТАВА
HIP JOINT ENDOPROSTHESIS

Изобретение относится к медицине, а именно к оперативной ортопедии, и может быть использовано для эндопротезирования тазобедренного сустава.
Известны различные эндопротезы тазобедренного сустава, которые при установке бедренного компонента позволяют изменять такие параметры, как офсет, антеторсию шейки эндопротеза, длину конечности (натяжение пельвио-трохантерных мышц).
Так, например, в ножке эндопротеза (патент РФ №2245690) имеется цилиндрический канал, в котором с возможностью вертикальных перемещений и фиксации размещено основание шейки, имеющее цилиндрическую форму, соответствующую цилиндрическому каналу. Это позволяет в процессе установки (после вправления головки) изменять натяжение пельвио-трохантерных мышц и, соответственно, длину конечности. Недостатком данного эндопротеза является то, что обеспечивается изменение только длины конечности, офсета (за счет использования различных головок), а возможность изменения антеторсии шейки эндопротеза отсутствует.
Известен эндопротез тазобедренного сустава (патент РФ 2265419), основание шейки которого выполнено в виде сегмента зубчатого колеса. В цилиндрическом канале самой ножки вдоль ее оси установлен цилиндрический червяк. Червяк составляет червячную передачу с основанием шейки, за счет которой имеется возможность изменять шеечно-диафизарный угол, косвенно изменяя офсет и длину конечности. Недостатком данного эндопротеза является отсутствие возможности изменения антеторсии шейки эндопротеза.
Известны эндопротезы тазобедренного сустава с модульными шейками, например, эндопротез фирмы Zimmer  M/L Taperwith Kinectiv  Technology с модульными шейками (http://www.zimmer.com/medical-professionals/products/hip/ml-taper-kinectiv-technology.html, дата обращения 01.05.2015 г.).
Эндопротез такого типа представляет собой систему, состоящую из модульного бедренного компонента и набора шеек различной конфигурации. За счет подбора соответствующей шейки имеется возможность изменять офсет, длину конечности, антеторсию шейки. Недостатком данного эндопротеза является необходимость наличия набора шеек.
Недостатком всех перечисленных эндопротезов является то, что изменение офсета, длины конечности, антеторсии шейки обеспечивается только во время операции. После операции изменение этих параметров невозможно.
В то же время в современной травматологии и ортопедии имеются имплантаты, позволяющие изменять свои параметры, например, длину под влиянием внешнего электромагнитного поля, см., например, A. Gupta, J. Meswania, R. Pollock, S.R. Cannon, T.W.R. Briggs, S. Taylor, G. BlunnNon-invasivedistalfemoralexpandableendoprosthesisforlimb-salvagesurgeryinpaediatrictumours. - thejournalofboneandjointsurgeryvol. 88-B, No. 5, may 2006. Наиболее часто подобные конструкции применяются в детской онкологии, когда есть необходимость в процессе роста ребенка увеличивать длину пораженной конечности.
Наиболее близким из известных эндопротезов тазобедренного сустава к заявляемому является патент РФ №2296536, A61F 2/32. Эндопротез содержит головку, цилиндрическую шейку с резьбой, вертельный отдел, ножку, стопорный винт, контргайку и сферическое тело. На сферическом теле закреплен своим основанием цилиндрический стакан с резьбовым каналом под шейку. Контргайка установлена на шейке между торцом стакана и сферическим телом с возможностью фиксации уровня погружения шейки в стакан. Стопорный винт выполнен с гнездом под торцевой ключ и поверхностью, конгруэнтной сферическому телу, для контакта с последним. Стопорный винт установлен на резьбе с наружной части вертельного отдела. Данный эндопротез в процессе установки позволяет изменять офсет, антеторсию шейки эндопротеза, длину конечности (натяжение пельвиотрохантерных мышц). Однако, все эти манипуляции, также как и у вышеперечисленных аналогов возможны только во время операции.
Задача изобретения - обеспечение в послеоперационном периоде возможности изменения длины конечности, изменения антеторсии шейки эндопротеза и, соответственно, предотвращение вывихов в суставе, увеличение амплитуды движений в суставе, создание условий для оптимального натяжения пельвио-трохантерных мышц.
Для решения поставленной задачи в известном эндопротезе тазобедренного сустава, состоящем из вертлужного компонента, вкладыша, сферической головки, шейки и ножки эндопротеза, основание шейки имеет форму цилиндра с выступом внизу, имеет также внутреннюю резьбу вдоль основания и располагается в цилиндрическом канале, находящемся в верхней части ножки эндопротеза и расположенном вдоль оси ножки, в канале параллельно ему по всей его длине с наружной стороны имеются пазы, соединяющиеся друг с другом в нижней части канала в один единый паз, причем выступ основания шейки находится в одном из пазов, в средней части ножки имеется первая полость, расположенная вдоль оси ножки, в нижней части ножки имеется вторая полость в виде прямоугольного параллелепипеда, расположенная вдоль оси ножки, при этом вторая полость соединена с первой полостью и с цилиндрическим каналом верхней части ножки посредством верхнего и нижнего цилиндрических сквозных отверстий, расположенных вдоль оси ножки, в нижнем сквозном отверстии и второй полости имеются стержень прямоугольного сечения, магнит в форме параллелепипеда с прямоугольным отверстием в центре, находящийся на стержне во второй полости, и зажимающая его снизу пружина, находящаяся на стержне, причем при отсутствии воздействия на магнит внешнего магнитного поля он находится в блокирующем пазу в форме прямоугольного параллелепипеда, расположенном перпендикулярно оси ножки в верхней части второй полости, а в верхнем сквозном отверстии имеется шпилька, ввинченная в резьбу основания шейки, причем в первой полости находится редуктор, соединенный с верхним концом стержня и с нижним концом шпильки.
При изучении других известных конструктивно-технических решений в данной области медицины указанная совокупность признаков, отличающая изобретение от прототипа, не была выявлена.
На фиг. 1 приведена структурная схема эндопротеза тазобедренного сустава (вертлужный компонент, вкладыш, головка, резьба основания шейки не показан), масштабы, на фиг. 2 - структурная схема бедренного компонента эндопротеза (шейка, редуктор, магнит, пружина не показаны), масштаб 1:1, на фиг. 3 - шейка эндопротеза, масштаб 1:1, на фиг. 4 - наглядное изображение (объемный рисунок) редуктора, масштаб 4:1, на фиг. 5 - разрез ножки эндопротеза (секущая плоскость проходит вдоль продольной оси, по центру), масштаб 1:1, на фиг. 6 - схема поворота шейки эндопротеза тазобедренного сустава, масштаб 2:1, на фиг. 7 - схема изменения длины конечности и расположения магнитной системы.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
1 - шейка;
2 - основание шейки;
3 - выступ основания шейки;
4 - ножка;
5 - паз ножки;
6 - единый паз;
7 - первая полость;
8 - верхнее цилиндрическое сквозное отверстие;
9 - крышка верхней полости;
10 - редуктор;
11 - нижнее цилиндрическое сквозное отверстие;
12 - вторая полость;
13 - крышка нижней полости;
14 - магнит;
15 - пружина;
16 - блокирующий паз.
На фиг. 2 приняты следующие обозначения:
4 - ножка;
5 - паз ножки;
6 - единый паз;
7 - первая полость;
8 - верхнее цилиндрическое сквозное отверстие;
11 - нижнее цилиндрическое сквозное отверстие;
12 - вторая полость;
16 - блокирующий паз.
На фиг. 3 приняты следующие обозначения:
1 - шейка;
2 - основание шейки;
3 - выступ основания шейки;
17 - канал шейки;
18 - внутренняя резьба основания шейки.
На фиг. 4 приняты следующие обозначения:
10 - редуктор.
На фиг. 5 приняты следующие обозначения:
1 - шейка;
2 - основание шейки;
3 - выступ основания шейки;
4 - ножка;
5 - паз ножки;
7 - первая полость;
8 - верхнее цилиндрическое сквозное отверстие;
10 - редуктор;
11 - нижнее цилиндрическое сквозное отверстие;
12 - вторая полость;
14 - магнит;
15 - пружина;
16 - блокирующий паз;
19 - шпилька;
20 - стержень.
На фиг. 6 приняты следующие обозначения:
1 - шейка;
4 - ножка;
18 - внутренняя резьба основания шейки;
19 - шпилька;
На фиг. 7 приняты следующие обозначения:
21 - магнитная система;
22, 23 - направление движения;
24 - электромагниты.
Заявляемый эндопротез тазобедренного сустава состоит из вертлужного компонента, вкладыша, сферической головки (на фигурах не показаны), шейки 1, ножки эндопротеза 4. Основание шейки 2 выполнено в форме цилиндра с выступом основания шейки 3 внизу. В основании шейки 2 имеется канал шейки 17 с внутренней резьбой основания шейки 18 (см фиг. 3). Основание шейки 2 располагается в цилиндрическом канале верхней части ножки эндопротеза, расположенном вдоль оси ножки эндопротеза 4. В канале параллельно ему по всей его длине с наружной стороны имеются пазы ножки 5, соединяющиеся друг с другом в нижней части канала в один единый паз 6, причем выступ основания шейки 3 находится в одном из пазов ножки 5 (см фиг. 1, 2). В средней части ножки 4 имеется первая полость 7, расположенная вдоль оси ножки, в нижней части ножки 4 имеется вторая полость 12 в виде прямоугольного параллелепипеда, расположенная вдоль оси ножки 4, при этом вторая полость 12 соединена с первой полостью 7 и с цилиндрическим каналом верхней части ножки посредством верхнего цилиндрического сквозного отверстия 8 и нижнего цилиндрического сквозного отверстия 11, расположенных вдоль оси ножки 4 (см. фиг. 1, 2, 5). Снаружи данные полости закрываются крышкой верхней полости 9 и крышкой нижней полости 13 соответственно. В нижнем сквозном отверстии 11 и второй полости 12 имеется стержень прямоугольного сечения 20 (см. фиг. 5). На стержне 20 располагается магнит 14, выполненный в форме параллелепипеда с прямоугольным отверстием в центре, соответствующим стержню. Магнит 14 располагается во второй полости 12. Внизу магнита 14 имеется зажимающая его пружина 15, находящаяся на стержне 20, причем при ее свободном состоянии магнит 14 находится в блокирующем пазу 16 в форме прямоугольного параллелепипеда, расположенного перпендикулярно оси ножки 4 в верхней части второй полости 12 (см фиг. 1, 5). В верхнем сквозном отверстии 8 имеется шпилька 19, ввинченная во внутреннюю резьбу основания шейки 18, причем в первой полости находится редуктор 10, соединенный с верхним концом стержня 20 и с нижним концом шпильки 19 (см. фиг. 4, 5).
Составные части заявляемого устройства эндопротеза тазобедренного сустава могут быть реализованы следующим образом.
Вертлужный компонент эндопротеза представляет собой типовой вертлужный компонент эндопротеза, выполненный в виде полусферы с различным покрытием для врастания костной ткани, например с плазменным напылением. В вертлужном компоненте эндопротеза могут присутствовать отверстия для дополнительной фиксации его винтами. Материалом для изготовления может служить, любой сплав, применяемый для изготовления эндопротезов, например, CoCrMo. Все компоненты эндопротеза выполняются из парамагнетиков.
Вкладыш может быть выполнен из материалов, обычно применяемых в эндопротезировании, например так называемого «cross-link» полиэтилена.
Головка эндопротеза представляет собой стандартную металлическую головку, обычно применяемую в эндопротезировании. Возможны различные варианты пар трения, например, керамика-керамика, керамика, полиэтилен и другие.
Шейка 1 и ножка 4, крышка верхней полости 9 и крышка нижней полости 13 выполняются из специальных медицинских сплавов, применяемых для изготовления эндопротезов. Фиксация крышек полостей возможна путем механического зажимания в соответствующих пазах ножки. Возможна фиксация путем сварки.
Шеечно-диафизарный угол составляет, как правило, 135 градусов, а также может быть меньше, например 125, для эндопротезирования застарелых повреждений шейки бедренной кости, связанных со значительным укорочением конечности.
Количество пазов ножки 5 целесообразно делать от 3 до 5 в связи с необходимостью изменения положения антеторсии шейки в значениях от 30 градусов антеторсии до 30 градусов ретроторсии, поскольку антеторсия шейки в норме составляет 10-15 градусов.
Редуктор 10 представляет собой типовой микроредуктор, применяемый в микромоторах, состоящий из набора прямозубых зубчатых шестеренок, составляющих прямозубую цилиндрическую передачу. Общее передаточное отношение редуктора составляет 1:298, например, редуктор от мотора ZGRM12FT20-298, см., например, http://chipster.ru/catalog/robotech/1627.html, дата обращения 21.05.2015 г.
Пружина 15 может быть выполнена из пружинной стали.
Магнит 14 является типовым ферритовым магнитом.
Магнитная система 21 представляет собой специальную медицинскую магнитную систему, см., например, A. Gupta, J. Meswania, R. Pollock, S.R. Cannon, T.W.R. Briggs, S. Taylor, G. BlunnNon-invasivedistalfemoralexpandableendoprosthesisforlimb-salvagesurgeryinpaediatrictumours // Thejournalofboneandjointsurgery (Eng.). - 2006. - VOL. 88-B, No. 5, may. - P. 649-654.
Таким образом, реализация заявляемого эндопротеза не вызывает сомнений, так как для его изготовления используются типовые конструкции, детали и материалы, применяемые в эндопротезировании.
Принцип работы заявляемого эндопротеза заключается в следующем.
Предоперационное планирование и подготовка эндопротеза.
Определяется необходимое значение антеторсии шейки бедренной кости, а также предполагаемая длина конечности. В случае обычного первичного эндопротезирования длина и антеторсия шейки выставляются на ножке перед операцией. В начальном положении (см. фиг. 5) основание шейки 2 находится в самом нижнем положении. При этом выступ основания шейки 3 располагается в едином пазу 6. В данном положении возможно вращение шейки 1 вокруг оси шпильки 19 (совместно со шпилькой или по резьбе) в пределах сектора, который ограничен выступающими частями ножки 4 (см. фиг. 5, 6). Далее ножка 4 размещается рядом с магнитной системой 21 таким образом, чтобы их продольные оси совпадали (см. фиг. 7). При включении питания магнитной системы 21 создается постоянное магнитное поле электромагнитами 24. При этом происходит выдвижение магнита 14 из блокирующего паза 16 за счет притяжения к электромагнитам 24 (см. фиг. 7 стрелка 22). Далее начинается вращение электромагнитов 24, находящихся в магнитной системе 21 по или против часовой стрелки (в зависимости от необходимого движения шейки). За счет притяжения магнита 14 к электромагнитам 24 происходит его вращение вокруг оси О аналогично вращению электромагнитов 24 (см. фиг. 7 стрелка 23).
Поскольку стержень 20 имеет прямоугольное сечение, а магнит 14 прямоугольное отверстие, вращение с магнита 14 передается на стержень 20, также имеется возможность перемещения магнита 14 вдоль стержня с выходом его из блокирующего паза 16. Вращение стержня 20 передается редуктору 10, а с него на шпильку 19. При вращении шпильки 19 начинается выдвижение основания шейки 2 вдоль оси ножки 4. При этом выступ основания шейки 3 попадает в один из пазов ножки 5. При вращении шпильки шейка 1 рукой устанавливается в нужное положение антеторсии, т.е. выступ основания шейки 3 устанавливается в один из пазов. Таким образом устанавливается предполагаемая антеторсия и расстояние, на которое будет выступать шейка 1. После того, как необходимые параметры антеторсии и длины конечности установлены, магнитную систему 21 выключают, при этом за счет растяжения пружины 15 магнит 14 возвращается в блокирующий паз 16.
Установка эндопротеза
Одним из известных способов, например передне-латеральным, осуществляется доступ к тазобедренному суставу. В процессе операции после удаления головки бедренной кости осуществляется обработка вертлужной впадины стандартными развертками. Устанавливается вертлужный компонент эндопротеза одним из известных методов, например «press-fit», затем устанавливается вкладыш. Далее производится обработка бедренного канала специальными развертками, установка ножки 4, головки. Производится вправление головки и послойное ушивание раны.
В случае эндопротезирования при застарелых повреждениях бедренной кости, например переломе шейки бедренной кости, когда имеется значительное укорочение нижней конечности и проксимальный отдел бедренной кости смещен кверху, практика показывает, что восстановить во время операции длину конечности без значительного повреждение окружающих мягких тканей и сформировавшихся рубцов практически невозможно. В данном случае подготовка ножки эндопротеза или не проводится вообще или шейка 1 выдвигается на то минимальное расстояние, которое необходимо для входа выступа основания шейки 3 в предполагаемый паз ножки 5, чтобы длина всей ножки была минимальна. Таким образом, достигается минимальная длина выступающей части шейки и, соответственно, возможность малотравматичной установки эндопротеза в положение, при котором длина конечности увеличивается минимально. Увеличение длины конечности до ее нормальной длины производится в послеоперационном периоде аналогично описанной выше методике.
Послеоперационный период.
При недостаточно точной интраоперационной установке ножки 4 эндопротеза или вертлужного компонента эндопротеза может потребоваться коррекция длины конечности, например, при укорочении или удлинении оперированной конечности. Также может потребоваться коррекция антеторсии шейки 1, например, при ротации нижней конечности кнаружи или кнутри для ее правильной установки, или при наличии вывихов в суставе, обусловленных неправильной установкой вертлужного компонента (при избыточной антеверсии вертлужного компонента есть возможность скорригировать ее путем увеличения ретроторсии шейки 1.
Коррекция длины конечности осуществляется следующим образом.
Оперированная нижняя конечность пациента помещается в магнитную систему 21 таким образом, чтобы система располагалась в средней трети бедра (нижний конец ножки 4 не должен доходить до начала магнитной системы 21). Далее производится включение магнитной системы 21, с последующим вращением электромагнитов 24 по или против часовой стрелки (в зависимости от необходимого изменения длины конечности) и выдвижением или задвиганием шейки 1 (см. фиг. 7, механизм движения шейки описан выше в предоперационном планировании). Данную манипуляцию целесообразно производить под рентгенологическим контролем для оценки степени увеличения или уменьшения длины конечности (см. фиг. 5).
В случае необходимости эндопротезирования при застарелых повреждениях бедренной кости, например переломе шейки бедренной кости, когда имеется значительное укорочение нижней конечности, выполнение восстановления длины конечности в один этап приведет к значительному перерастяжению мышц, вследствие чего целесообразно восстанавливать длину конечности в несколько этапов, увеличивая ее на 1-2 мм за один этап, что даст возможность равномерно растянуть образовавшиеся рубцы и сохранить адекватную степень натяжения мышц.
Восстановление необходимой длины конечности, соответственно, центра ротации в искусственном суставе позволяет добиться оптимальной амплитуды движений в суставе.
Коррекция антеторсии шейки после операции осуществляется следующим образом.
Вначале шейка 1 устанавливается в начальное положение (см. фиг. 5). Механизм задвижения шейки 1 описан выше. При этом выступ основания шейки 3 попадает в единый паз 6, появляется возможность вращения шейки 1 в пределах сектора, ограниченного выступающими частями ножки 4. Путем механического поворота нижней конечности пациента рукой врача производится ее поворот на необходимый угол (см. фиг. 7). Далее включается электромагнитная система 21, начинается выдвижение шейки 1 на необходимую длину (при этом выступ основания шейки 3 попадает в необходимый паз ножки 5. Данную манипуляцию целесообразно также выполнять под рентгенологическим контролем для восстановления необходимой длины конечности.
Поскольку для коррекции антеторсии требуется установка шейки в начальное положение, т.е. такое, при котором длина конечности минимальна, то после установки необходимой антеторсии требуется восстановление прежней длины конечности.
Таким образом, в послеоперационном периоде данный эндопротез позволяет исправить погрешности, которые могут быть допущены во время операции по замещению сустава, максимально точно восстановить центр ротации, длину конечности, добиться максимальной амплитуды движений в суставе.
Техническим результатом заявляемого изобретения является:
- увеличение амплитуды движений в суставе;
- возможность изменения длины конечности и восстановления длины с максимальной точностью после операции;
- возможность изменения антеторсии шейки эндопротеза и, соответственно, предотвращение вывихов в суставе после операции;
- создание условий для оптимального натяжения пельвио-трохантерных мышц, оптимизация биомеханических параметров и улучшение результатов лечения.