СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ГИЛЬЗА ДЛЯ АНКЕРНЫХ СТЕРЖНЕЙ ДВУХ ПРОТИВОПОЛОЖНО РАСПОЛОЖЕННЫХ ПРОТЕЗОВ
CONNECTING SLEEVE FOR ANCHOR RODS OF TWO OPPOSED PROSTHESES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к соединительной гильзе для анкерных стержней двух противоположно расположенных протезов, предпочтительно на удлиненной кости, такой как бедренная кость. Соединительная гильза содержит две приемные втулки, каждая из которых предназначена для стержня протеза, и расположенную между ними разъемную стыковочную область для соединения с фиксацией от сдвига и от проворачивания.
Уровень техники
В частности, у удлиненных костей часто на обоих концах имеются суставы. Это, прежде всего, справедливо для удлиненных костей крупных конечностей, таких, например, как бедренная кость или плечевая кость. По причинам заболевания или износа может так произойти, что на одном или на обоих концах имплантируют искусственные подвижные сочленения, так называемые эндопротезы сустава. В некоторых случаях это происходит сначала на одном конце кости, а на другом конце одновременно, в более поздний момент времени или вовсе не производится. В частности, у удлиненных костей часто на обоих концах имеются суставы. Это, прежде всего, справедливо для удлиненных костей крупных конечностей, таких, например, как бедренная кость или плечевая кость. По причинам заболевания или износа может так произойти, что на одном или на обоих концах имплантируют искусственные подвижные сочленения, так называемые эндопротезы сустава. В некоторых случаях это происходит сначала на одном конце кости, а на другом конце одновременно, в более поздний момент времени или вовсе не производится.
Бывают случаи, в которых удлиненная кость из-за заболевания, в частности дефектов кости, очень сильно ослаблена и потому не может быть носителем эндопротезов сустава на своих концах. Кроме того, как показал опыт, самое позднее после имплантации второго эндопротеза сустава на другом конце могут возникнуть осложнения. В частности, они могут заключаться в том, что хотя анкерные стержни, вставленные в этом случае с обоих концов в удлиненную кость, и создают усиление кости в соответствующих концевых областях (а именно там, где воткнуты стержни), но не в промежуточной области, в которой не присутствует ни один из двух анкерных стержней. Тем самым эта область, даже если она биологически сама по себе здорова, относительно ослаблена по сравнению с концевыми участками, усиленными анкерными стержнями. Как показывает медицинская практика, при этом из-за неравномерного распределения сил и, таким образом, возникновения локально значительно повышенной нагрузки, могут происходить переломы костей.
Известен армирующий имплантат, на концах имеющий по приемной втулке для стержня эндопротеза сустава, а между ними - жесткую соединительную деталь (WO 2013/167655 А1). Соединительная деталь выполнена в виде клинообразного разъема. Она имеет два симметрично, но встречно расположенных клиновых элемента, острия которых в каждом случае входят в карманообразные выемки на другой из этой пары приемных втулок. Таким образом получается разъемное соединение, имеющее в сомкнутом состоянии хорошую передачу усилий и высокую эксплуатационную надежность. Однако в противовес этому возникает недостаток, состоящий в том, что для такого клинообразного разъема требуется высокая точность изготовления для достижения желательной высокой надежности крепления. Кроме того, изготовление карманообразных выемок чрезвычайно трудоемко, однако важно для обеспечения искомого стопорения от вращения. Все перечисленные факторы устанавливают границы более широкого применения и миниатюризации, например, для применения на плечевой кости.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в разработке усовершенствованного армирующего имплантата, который был бы менее затратным и более подходящим для более миниатюрного конструктивного исполнения.
Поставленная задача решается согласно изобретению признаками, изложенными в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В предлагаемой в изобретении соединительной гильзе для анкерных стержней двух противоположно расположенных протезов, предпочтительно на удлиненной кости, такой как бедренная кость, содержащей первую приемную втулку для одного из стержней протезов на одном конце соединительной гильзы и вторую приемную втулку для второго из стержней протезов на противоположном конце соединительной гильзы, и расположенную между ними разъемную, а также выполненную с возможностью соединения с фиксацией от сдвига и от проворачивания стыковочную область предусмотрено, что каждая из приемных втулок на своей стороне, прилежащей к стыковочной области, имеет по соответствующей вилке, которые образуют пару взаимодействующих между собой вилок, при этом каждая вилка содержит зубцы и основание, и на подошве вилки (называемом по тексту основанием вилки) расположен сопрягающий блок, боковые поверхности которого находятся на таком расстоянии друг от друга, которое соответствует внутренней ширине вилки, и боковые поверхности образованы для поверхностного прилегания к бокам вилки, при этом имеется по меньшей мере один крепежный винт, расположенный проходящим поперек через вилку.
Основой изобретения стало осознание того факта, что вилочную конструкцию для сочленения изготовить проще, чем известное клиновое соединение, и все-таки удовлетворить требованиям в отношении передачи усилий и эксплуатационной надежности. В частности, благодаря предлагаемой в изобретении вилочной конструкции удалось отлично соблюсти критичное стопорение против нежелательных проворачиваний, а, следовательно, и прочность на скручивание, и притом при ощутимо меньших затратах. В изобретении авторы воспользовались тем, что, в отличие от известного из уровня техники клинового соединения, для вилочной конструкции не требуется точная посадка. В принципе, между вилкой и сопрягающим блоком используется посадка с зазором, при этом избыточный зазор устраняется посредством крепежных винтов. Тем самым в изобретении достигнуто элегантное сочетание хороших свойств по передаче усилий, повышенной прочности на скручивание с пониженными требованиями к производственным допускам. Это беспрецедентный технический результат, не имеющий аналогов в уровне техники.
В начале последующего описания следует дать разъяснение некоторых употребляемых в настоящем документе терминов.
Под вилкой здесь понимается конструкция, имеющая по меньшей мере два продолговатых, параллельных, зубцеподобных выступа, расположенных подковообразно, между которыми находится основание вилки. При этом основание вилки также может быть образовано другим конструктивным элементом, например, блоком, который в отдельных случаях также может иметь конструктивное исполнение за одно целое с вилкой.
Согласно изобретению с помощью малозатратных мер удалось сформировать силовую перемыкающую связь между двумя анкерными стержнями протезов, при которой состояние кости в промежутке существенной роли не играет. Силовое перемыкание функционально вполне достаточно, так что при необходимости можно сделать резекцию кости в промежутке. Тем самым изобретение также подходит, в частности, для использования при протезировании на тонких костях, таких как плечевая кость.
Целесообразно, чтобы в сопрягающем блоке была предусмотрена приемная скважина для крепежного винта, ориентированная поперек направления протяженности вилки, и притом предпочтительно на обеих приемных втулках. Такое расположение приемной скважины позволяет посредством крепежного винта добиться, во-первых, фиксации предлагаемого в изобретении сочленения, выполненного в виде вилки, а, во-вторых, целесообразного уменьшения люфта. Это справедливо, прежде всего, тогда, когда приемная скважина предусмотрена на обеих приемных втулках в соответствующем сопрягающем блоке. Предпочтительно, чтобы у каждой вилки был предусмотрен собственный крепежный винт.
Предпочтительно, чтобы боковые стороны сопрягающего блока были выполнены комплементарно к бокам вилки. Тем самым боковые стороны функционируют в качестве посадочных поверхностей для вилки, так что существует выгодное для передачи усилий поверхностное прилегание. Это не только в целом имеет преимущество для передачи усилий, но и повышает защиту от нежелательных проворачиваний, а, следовательно, и прочность на скручивание. При этом предпочтительно, чтобы расстояние между боковыми сторонами было выбрано соответствующим расстоянию между зубцами вилки.
Предпочтительно, чтобы боковые стороны сопрягающего блока были выполнены наклонными друг к другу, а именно таким образом, что меньшее расстояние между ними имеется в направлении вилки, то есть в направлении, в котором указывают зубцы вилки. Таким образом, если смотреть в поперечном сечении, получается конический характер боковых сторон, что, во-первых, облегчает взаимовтыкание, а во-вторых, благоприятствует достижению беззазорности. При этом можно получить дополнительное преимущество, если поверхности вилки наклонены комплементарно к боковым сторонам, а именно предпочтительно на тот же самый угол, что и боковые стороны. Таким образом, получается совпадение по градусной мере угла на всей площади поверхности, оптимальное для высоких показателей передачи усилий и прочности на скручивание.
Целесообразно, чтобы приемная скважина на сопрягающем блоке была выполнена с образованием посадки с зазором с крепежным винтом. Посадка с зазором дает не только преимущество упрощения и сокращения затрат при ее реализации, но и она дает преимущество того, что она подходит для компенсации некоторых неточностей. Таким образом, за счет затяжки крепежного винта можно достичь компенсации отклонений размеров, будь то за счет допусков на вилку или на сопрягающий блок, либо обусловленных другими причинами.
Согласно особому предпочтительному аспекту изобретения, который в некоторых случаях может заслуживать отдельной правовой охраны, удаленность приемного отверстия в вилке от основания вилки превышает удаленность приемной скважины в сопрягающем блоке от самого основания вилки. Основой этого стало осознание того факта, при таких геометрических соотношениях при втыкании друг в друга обе вилки при зацеплении с противоположно каждой из них расположенным сопрягающим блоком достигают своего конечного положения прежде, чем основание вилки прильнет к этому противоположному сопрягающему блоку. Это гарантирует, что передача усилий на сопрягающий блок происходит посредством боковых сторон. Это предотвращает возникновение дублированного пути передачи усилий, по которому параллельно сила могла бы действовать непосредственно на сопрягающий блок через основание вилки; это огромное преимущество, поскольку тем самым можно надежно избежать статически неопределенных передаточных отношений.
Целесообразно, чтобы вилка и/или сопрягающий блок на обеих приемных втулках были выполнены симметричными друг другу. Это упрощает изготовление и эксплуатацию, поскольку в самом благоприятном случае на обеих сторонах могут быть использованы одинаковые детали. Это позволяет исключить путаницу.
Предпочтительно, чтобы размер ширины вилки превышал ширину вмещаемого стержня протеза. Таким образом, получаются выгодные соотношения по передаче усилий. Тем самым крутящие моменты, действующие на зубцы вилки, несколько меньше, чем крутящие моменты, действующие на сам анкерный стержень. Это обеспечивает простое, но эффективное противодействие опасности перегрузки стыковочной области, содержащей вилку.
Предпочтительно, чтобы ширина в стыковочной области была больше, чем в области приемных втулок. Таким образом принимается в расчет тот факт, что в критичной стыковочной области несколько повышенная ширина дает преимущество в обеспечении возможности улучшенного восприятия крутящих моментов, что благоприятно для прочности на продольный изгиб и на скручивание. Тем самым общая компоновка остается еще сравнительно компактной, так что она также все еще подходит для имплантации протеза в довольно тонкие удлиненные кости, например, в такую как плечевая кость. Целесообразно, чтобы ориентиром для ширины служил диаметр кости, и предпочтительно, чтобы она была примерно равна диаметру или была меньше или больше на величину до 10-20%.
Целесообразно, чтобы вилка и сопрягающий блок были выполнены за одно целое. Преимущество этого состоит в упрощении изготовления, а также в возможности достижения в целом меньших размеров для всей компоновки.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено подробное описание изобретения на примере варианта его выполнения, сделанное со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг. 1 - изображение в аксонометрии варианта выполнения для соединительной гильзы;
на фиг. 2а и 2б - соответственно, вид сверху и вид сбоку варианта выполнения, показанного на фиг. 1;
на фиг. 3 - деталировочный чертеж для иллюстрации отдельных деталей соединительной гильзы в первом варианте выполнения;
на фиг. 4 - увеличенный фрагмент, подробно иллюстрирующий стыковочную область, содержащую вилку и сопрягающий блок; и
на фиг. 5 - изображение, включающее соединительную гильзу в имплантированном на плечевой кости состоянии.
Осуществление изобретения
Ниже приведено описание варианта выполнения предлагаемой в изобретении соединительной гильзы. Она в каждом случае содержит по приемной втулке 1, 2 на каждом из своих обоих концов, а также стыковочную область 3 между ними. При этом условно примем, что обозначенная номером позиции "1" приемная втулка будет ассоциирована с дистальной стороной, а обозначенная номером позиции "2" приемная втулка - с проксимальной стороной.
Приемные втулки 1, 2 имеют по существу одинаковую конструкцию. Они отличаются лишь разной длиной и разной шириной соответствующего приемного канала. Разъяснение конструкции приведено на примере дистально расположенной приемной втулки 1. Она имеет по существу форму полого цилиндра с гладкой наружной боковой поверхностью и предпочтительно изготовлена из биосовместимого материала, в частности металла, такого как титан, или сплава кобальта, хрома и молибдена (CoCrMo). Наружный диаметр согласован с шириной кости, на которой предусмотрена имплантация. В большинстве случаев наружный диаметр, как правило, выбран таким образом, что он почти совпадает с диаметром кости, в отдельных случаях подвергнутой резекции. Это означает, что наружный диаметр выбран не больше, чем это соответствует ширине кости. В настоящем варианте выполнения соединительная гильза предусмотрена для имплантации на плечевой кости 9.
Приемная втулка 1 в своем внутреннем пространстве имеет полость 10, проходящую в осевом направлении. Она выполнена в форме цилиндрического канального отверстия, но также может иметь иную форму, например, коническую, в виде отверстия со ступенчатым изменением диаметра с одним или несколькими уступами и т.д. Полость 10 оканчивается на внешнем торце приемной втулки 1. В боковой поверхности приемной втулки 1 предусмотрены пары рядов прорезей, в каждом случае противоположных друг другу. На передней и задней сторонах расположено несколько прорезей 15 (см. фиг. 2б), в то время как на обеих боковых сторонах расположено несколько прорезей 16 (см. фиг. 2а), со смещением в осевом направлении по отношению к прорезям 15. При этом смещение между прорезями 15 и 16 выбрано таким, что ряды щелей смещены друг относительно друга примерно на половину дистанции между прорезями. Это изображено на фиг. 1.
Кроме того, приемные прорези 15, 16 ориентированы таким образом, что их оси перекрещиваются с центральной осью 19 внутреннего пространства 10. Они служат для вмещения крепежных винтов для фиксации всунутого в приемную полость 10 анкерного стержня эндопротеза. Для этого каждая из приемных прорезей 15, 16 снабжена резьбой 17 для приема крепежного винта 18, выполненного в виде потайного винта (см. фиг. 3).
Проксимальная приемная втулка 2 выполнена соответствующим образом, имеет полость 20, прорези 25, 26 и центральную ось 29. Во избежание повторений ее подробное описание не приводится, а в случае необходимости можно обратиться к изложенному выше описанию элементов конструкции приемной втулки 1, смысл которых остается в силе. В рассматриваемом варианте выполнения приемная втулка 2 выполнена несколько короче, чем приемная втулка 1.
Стыковочная область 3 находится на конце проксимальной, соответственно дистальной приемной втулки 1, 2, противоположном соответствующему торцу. На каждой из обеих приемных втулок 1, 2 расположено по соответствующей вилке 31, 32, каждая из которых имеет два диаметрально противоположных зубца 33, 33' вилки. Оба зубца 33, 33' вилки в каждом случае выполнены зеркально симметричными. У каждого из них на его конце имеются соответствующие находящиеся на одной линии друг с другом отверстия 35, 35', служащие для приема крепежного винта 5. Для этого у отверстия 35' есть внутренняя резьба, выполненная для взаимодействия с наружной резьбой на стержне крепежного винта 5. Отверстие 35 выполнено в виде сквозной прорези и имеет раззенкованную часть для утапливания головки крепежного винта 5.
Два зубца 33, 33' вилки расположены U-образно, при этом между ними находится основание 34 вилки. На каждом из оснований 34 вилки предусмотрен сопрягающий блок (фитинг) 4. Этот сопрягающий блок 4 может быть выполнен, как в рассматриваемом варианте выполнения, за одно целое с соответствующей вилкой 31, 32. Каждый из двух сопрягающих блоков 4 имеет приемную скважину 45, выполненную поперек продольной оси 19, или 29 соответствующей приемной втулки 1, 2. Она служит для вмещения стержня крепежного винта 5. Диаметр приемной скважины 45 выбран таким образом, что стержень крепежного винта 5 входит в него по посадке с зазором. На резьбовой области каждого крепежного винта 5 может быть помещен полиэтиленовый штифт для фиксации винта.
Сопрягающий блок 4 имеет две противоположные боковые стороны 44, на каждой из которых начинается или оканчивается приемная скважина 45. Расстояние между боковыми сторонами 44 соответствует дистанции между двумя зубцами 33, 33' вилки. Боковые стороны 44 предпочтительно ориентированы с легким наклоном друг к другу, так что на своем конце, прилежащем к приемной полости 10, 20, они имеют несколько большее расстояние друг от друга, чем на своем конце, прилежащем к зубцам 33, 33' вилки. Целесообразно, чтобы образованный ими угол составлял порядка 5°.
Соответственно, образованный внутренними поверхностями зубцов 33, 33' вилки зев также слегка конически расширяется. Это означает, что на внешнем, свободном конце этих зубцов расстояние между ними несколько больше, чем в направлении к основанию 34 вилки с сопрягающим блоком 4. Для этого предпочтительно также выбрать образованный ими угол β, совпадающий с углом между посадочными поверхностями 44. Благодаря совпадению этих углов получается предпочтительное в плане передачи усилий поверхностное прилегание внутренних сторон зубцов 33, 33' вилки к боковым сторонам 44 сопрягающего блока 4. Кроме того, за счет угла компенсируются некоторые отклонения допусков, так что даже при не абсолютно точном изготовлении получается надежное соединение с силовым замыканием.
Монтаж осуществляют следующим образом. Сначала обе вилки 31, 32 приводят во взаимно противоположное положение, при этом вилка 31 повернута относительно другой вилки 32 на 90° (см. фиг. 4). Затем обе приемные втулки 1, 2 их вилками 31, 32 надвигают друг на друга настолько далеко, что они входят во взаимосцепление (см. фиг. 1). При этом зубцы 33, 33' вилки 31 прилегают к боковым поверхностям 44 сопрягающего блока 4 противоположной вилки 32, и наоборот. В результате этого отверстия 35, 35' каждой из двух вилок 31, 32 располагаются на одной линии с приемной скважиной 45 сопрягающего блока 4 на "чужой" для нее вилке 32, 31, являющейся составляющей этой пары вилок. Затем в каждом случае один из крепежных винтов 5 продевают через отверстия 35, 35' и приемную скважину 45 и затягивают. За счет затяжки во взаимодействии с конической формой внутренних поверхностей вилок 31, 32 удается достичь фиксации двух приемных втулок 1, 2 друг относительно друга, характеризующейся скомпенсированностью зазора, надежностью и нечувствительностью к допускам. Таким образом, получается жесткая и устойчивая к проворачиванию передача усилий между двумя приемными втулками 1, 2.
В дальнейшем приведено описание со ссылками на фиг. 4. Там буквенными символами "d" и "D" обозначены размеры, характеризующие положение центральных осей, соответственно, приемной скважины 45 в сопрягающем блоке 4 и отверстий 35, 35' в зубцах 33, 33' вилки. Предпочтительно выбирать размеры были таким образом, чтобы размер D не был равен размеру d, а несколько превышал его. Это гарантирует, что соединение между вилками 31 и 32 осуществляется посредством крепежных винтов 5, и через торец сопрягающих блоков 4 не происходит статически неопределимого проведения силы. Это позволяет достичь еще большего повышения нечувствительности по отношению к отклонениям допусков.
На фиг. 5 показана соединительная гильза в имплантированном на плечевую кость 9 состоянии. Здесь можно видеть дистально расположенную приемную втулку 1, проксимально расположенную приемную втулку 2 с находящейся между ними стыковочной областью 3. Ширина в районе стыковочной области 3 незначительно повышена по сравнению с шириной приемных втулок 1, 2. В рассматриваемом варианте выполнения это превышение ширины составляет примерно 10%. Таким образом, получается улучшенное крепление обеих приемных втулок 1, 2 друг относительно друга при пренебрежимом для практического применения и физиологически хорошо переносимом уширении в критичной стыковочной области 3 между двумя приемными втулками 1, 2.