ЭНДОПРОТЕЗ ТАЗОБЕДРЕННОГО СУСТАВА

Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована при эндопротезировании тазобедренных суставов.
Известны эндопротезы (см. пат. US 5370706, опубл. 1994) (1), содержащие головку из полимера в форме сферического сегмента, с конусным пазом для сопряжения с шейкой. Стандартный конусный паз позволил использовать головки любых производителей. Однако эксплуатация эндопротезов (1) показала, что под нагрузкой посадка полимерной головки на стандартной шейке ослабевает, искажая конусный паз под шейку, который со временем принимает овальную форму. Это ведет к нестабильной работе эндопротеза и к необходимости ревизионных операций.
Эта проблема решена в эндопротезах тазобедренных суставов, в которых головка выполнена из кобальт-хром-никилевых сплавов, (см. пат US №6464728, опубл. 2002 г. (2), пат. US 6974483, опубл. 2005 (3), пат. ЕР 0797964, опубл. 1997 г. (4)) В этих патентах для восстановления анатомической взаимосвязи между тазовой и бедренной костями используют набор взаимозаменяемых модульных шеек; это обеспечит коррекцию офсета, шеечно-диафизарного угла и длины конечности для широкого круга пациентов. Однако в (2), (3) коррекция выполняется дискретно и реализуется зубчатым концом шейки, сопряженным с ответным пазом в ножке. Технологическая сложность и высокая стоимость такой конструкции ограничит массовое эндопротезирование. Кроме того, это сводит к минимуму достоинства взаимной замены, получаемой эндопротезами при модульной сборке.
Наиболее близким аналогом предложен эндопротез тазобедренного сустава (4), содержащий клинообразную ножку для крепления в ложе бедренной кости, чашку для скрепления с вертлужной впадиной, сферическую головку, вкладыш и модульную шейку, при этом проксимальный участок ножки расположен с наклоном, относительно дистального участка, ограничен верхней стенкой, включающей плоский участок, который размещен с уклоном, причем в проксимальном участке выполнен паз, который расположен перпендикулярно уклону плоского участка верхней стенки и выполнен для соосного крепления в этом пазу конца модульной шейки, имеющего форму, ответную пазу, при этом вкладыш установлен в полости чашки и выполнен с гнездом, охватывающим сферическую головку, которая шарнирно закреплена в гнезде и выполнена с конусным пазом для соосного крепления в нем другого конца модульной шейки.
Однако в (4) шейка сопряжена с ответным пазом ножки пятигранным концом, допускающего только однонаправленное крепление шейки, что ограничивает возможности операции и затянет время подбора необходимой шейки. Вкладыш и чашка сопряжены по сферической поверхности, что ведет к микроподвижности вкладыша, к его повышенному износу, неизменно приводящему к нестабильной работе и сокращающему сроки службы эндопротеза. К тому же не предусмотрены средства и оптимальные параметры, предотвращающие вывих головки. Как в (1), (2), (3), так и в (4) не приведено средств, позволяющих выполнить сочетанную коррекцию варусно-вальгусных отклонений, и отклонений ретроторсии-антеторсии. Это усложняет операцию и ограничивает возможности эндопротезирования.
В (3) не приведены параметры взаимосвязанных сопряженных звеньев (чашки вкладыша, головки, шейки, ножки), позволяющие обеспечить стабильную работу эндопротеза при повышенных нагрузках и исключить повторные операции.
Задача предложенного технического решения состоит в обеспечении стабильной работы эндопротеза при повышенных нагрузках, в повышении надежности крепления головки через вкладыш - с чашкой, а через шейку - с ножкой, и в одновременном обеспечении анатомически правильного соотношения между тазовой и бедренной костями, при расширении возможности взаимозаменяемости элементов многозвенного соединения.
Для решения поставленной задачи в предложенном эндопротезе тазобедренного сустава, содержащем клинообразную ножку для крепления в ложе бедренной кости, чашку для скрепления с вертлужной впадиной, сферическую головку, вкладыш и модульную шейку, при этом проксимальный участок ножки расположен с наклоном, относительно дистального участка, ограничен верхней стенкой, включающей плоский участок, который размещен с уклоном, причем в проксимальном участке выполнен паз, который расположен перпендикулярно уклону плоского участка верхней стенки и выполнен для соосного крепления в этом пазу конца модульной шейки, имеющего форму, ответную пазу, при этом вкладыш установлен в полости чашки и выполнен с гнездом, охватывающим сферическую головку, которая шарнирно закреплена в гнезде и выполнена с конусным пазом для соосного крепления в нем другого конца модульной шейки, согласно полезной модели, конец шейки, сопряженный с ножкой, имеет форму симметричного четырехгранника, который выполнен с двумя параллельными гранями для расположения во фронтальной плоскости, а две другие грани этого конца шейки, симметрично связывающие параллельные грани, имеют форму равных усеченных конусов, имеющих конусность, равную 3,7°, при этом отношение длины этого конца шейки к длине ее конца, скрепленного с головкой, и к длине шейки, соответствует: 15:12:55,5÷56,6, причем вкладыш выполнен с полукруглым выступом на торце для увеличенного охвата головки вкладышем, а высота этого выступа составляет 0,09÷0,14 от диаметра головки, при этом поверхность вкладыша, и, сопряженная с ним, поверхность чашки, соответственно образованы тремя ответными поверхностями усеченных конусов, переходящими из одной в другую, и выполненными с нижней поверхностью усеченного конуса, отделенной от следующей поверхности круговым буртиком на вкладыше, и, входящей в зацепление с ним, ответной круговой проточкой на чашке, при этом высота нижней поверхности составляет 9/11 от высоты вкладыша со стороны выступа. Кроме того, согласно полезной модели, конец шейки, скрепленный с головкой, расположен с наклоном во фронтальной плоскости под углом 8°, относительно четырехгранного конца шейки, скрепленного с ножкой для коррекции варусно-вальгусных отклонений. Кроме того, согласно полезной модели, конец шейки, скрепленный с головкой, наклонен, относительно четырехгранного конца шейки, скрепленного с ножкой, под углом 8° в плоскости, перпендикулярной фронтальной плоскости для коррекции отклонений ретроторсии-антеторсии. Кроме того, согласно полезной модели, конец шейки, скрепленный с головкой, одновременно наклонен, относительно четырехгранного конца, скрепленного с ножкой, в двух плоскостях, соответственно, во фронтальной плоскости и в плоскости, перпендикулярной фронтальной.
Технический результат предложенного эндопротеза состоит в подборе формы и параметров сопряженных участков многозвенного соединения эндопротеза, позволяющих заранее учесть все возможные положения вкладыша, головки и шейки и ножки при повышенных нагрузках, с одновременным учетом конкретных параметров пациента; в повышении надежности крепления шейки с ножкой, и в одновременном исключении нежелательной подвижности, перекосов или деформацию вкладыша, относительно чашки, а головки - от выпадания из вкладыша в крайних положениях головки, что, в совокупности, позволит сохранить стабильное анатомическое соотношение между тазовой и бедренной костями и обеспечит стабильную работу эндопротеза на долгие сроки службы.
На фиг.1 приведена сборочная схема предложенного эндопротеза (с прямой модульной шейкой).
На фиг 2 показан узел А в увеличенном масштабе.
На фиг.3 показан выносной элемент Б в увеличенном масштабе.
На фиг.4 показан вид на торец вкладыша.
На фиг.5 показан вид спереди модульной шейки, выполненной с наклоном конца шейки, скрепленного с головкой, относительно конца, сопряженного с ножкой (во фронтальной плоскости).
На фиг.6 показан вид сверху шейки, выполненной для коррекции ретроверсии-антеверсии с наклоном, конца шейки, скрепленного с головкой, относительно конца, сопряженного с ножкой (в плоскости, перпендикулярной фронтальной плоскости).
На фиг.7, 8 показаны, соответственно вид спереди и вид сверху шейки, выполненной для сочетанной коррекции варусно-вальгусных отклонений и отклонений ретроверсии-антеверсии.
11
111
1
11
1
Эндопротез тазобедренного сустава содержит ножку 1 для крепления в ложе бедренной кости, чашку 2 для скрепления с вертлужной впадиной, сферическую головку 3, вкладыш 4 и модульную шейку 5. Проксимальный участок 1 ножки наклонен, относительно ее дистального участка 1. Вкладыш 4 закреплен в чашке 2 и выполнен с гнездом 6 для шарнирного крепления в нем головки,3. Головка 3 связана с ножкой 1 модульной шейкой 5. Конец 7 шейки 5, скрепленный с головкой 3, имеет форму усеченного конуса и соосно расположен в ответном пазу 8 головки 3. Паз 10 под другой конец 9 шейки расположен перпендикулярно плоскому участку 1 верхней стенки проксимального участка 1 (ножки 1). Плоский участок 1 расположен с уклоном. Конец 9 шейки, скрепленный с ножкой 1, и соосный ему, ответный паз 10, выполнены в форме симметричного четырехгранника (см. фиг.2). Две параллельные грани 11 четырехгранного конца 9 выполнены для параллельного расположения во фронтальной плоскости. Две другие противоположные грани 12 конца 9 имеют форму симметричных усеченных конусов, конусность которых равна 3,7°. Шейка 5 выполнена постоянной длины - L. Конец 7 шейки 5 имеет длину L1 a, a конец 9 - длину L2. Наружная поверхность вкладыша 4 и ответная внутренняя полость чашки 2 образованы тремя, переходящими из одной в другую, поверхностями усеченного конуса 13, 14, 15. Нижняя поверхность усеченного конуса 13 (высотой H1) отделена от следующей поверхности 14 круговым буртиком 16 на вкладыше 4 и ответной круговой проточкой 17 на чашке 2. Вкладыш 4 выполнен с полукруглым выступом 18 на торце (см. фиг.1, фиг.4). Высота вкладыша со стороны выступа 18 - H, высота выступа - h.
Устройство используется следующим образом.
Хирургическим доступом вскрывается область тазобедренного сустава; по ходу операции иссекаются рубцовые структуры параартикулярных мягких тканей и капсула сустава. Выполняют резекцию головки и шейки бедренной кости. Подготавливают вертлужную впадину, в которой закрепляют чашку 2 эндопротеза. В подготовленное ложе бедренной кости вводят и закрепляют ножку 1. По параметрам пациента подбирают модульную шейку 5, которую закрепляют соосным концом 9 в ответном пазу 10 ножки 1. На противоположном конце модульной шейки 5 располагают головку 3, которую вправляют во вкладыш 4, с получением шарнирной связи.
1
Модульная шейка 5 соосно закреплена в пазу 10 проксимального участка ножки 1 концом 9. Последний выполнен в виде четырехгранника и расположен перпендикулярно плоскому участку 1 верхней стенки ножки 1, который расположен с уклоном. Форма четырехгранного конца 9, имеющего две параллельные грани 11 для расположения во фронтальной плоскости, и две другие грани 12, имеющие форму усеченного конуса (с конусностью, равной 3,7°), позволила увеличить контактную площадь конца 9 шейки сопряженного с пазом 10 ножки и предотвратить ротацию. Это повысило прочность фиксации шейки. На основании математического расчета, и с учетом известных данных о распределении нагрузок в тазобедренном суставе (см. http://bone-surgery.ru/view/biomehanika_tazobedrennogo_sustava) установлено, что оптимальным является отношение длины L2 конца 9 шейки 5, скрепленного с ножкой 1, к длине L1 ее конца 7, скрепленного с головкой 3 и к длине L шейки 5, соответственно равное 15:12:55,5÷56,6. Это повысило устойчивость эндопротеза с четырехгранным концом 9 шейки при повышенных нагрузках и одновременно дало возможность взаимозаменяемости шейки.
Предложенная модульная шейка имеет постоянную длину L. При отсутствии значительных повреждений сустава используют прямую модульную шейку (см. фиг.1). В этом случае выполняют коррекцию офсета (расстояния между продольной осью бедренной кости и центром ротации сустава), а также корректируют длину конечности. Для пациентов, у которых смещение вертлужной впадины требует коррекции варусно-вальгусных отклонений, используют шейку, приведенную на фиг.5. Предложено конец 7 шейки, скрепленный с головкой 3, выполнить наклоненным во фронтальной плоскости (под углом 8°), относительно четырехгранного конца 9 шейки, (что основано на среднестатистических данных анатомии тазобедренного сустава (см. http://travmaorto.ru/152.html)) (5). Для пациентов, требующих коррекции ретроверсии-антеверсии, предложен вариант шейки, изображенный на фиг.6 - вид на шейку сверху (в плоскости, перпендикулярной фронтальной плоскости). Конец 7 этой шейки, скрепленный с головкой 3, расположен с наклоном, под углом 8° (см. (5)), относительно четырехгранного конца 9, закрепленного в пазу 10 ножки. Для пациентов со сложным расположением вертлужной впадины используют вариант с сочетанными наклонами шейки (см. на фиг.7 вид спереди, а на фиг.8 - вид сверху). Конец 7 шейки, скрепленный с головкой 3, одновременно наклонен, под одинаковыми углами наклона, равными 8° (см. (5)), соответственно во фронтальной плоскости и в плоскости, перпендикулярной фронтальной, относительно четырехгранного конца 9, скрепленного с ножкой. Опыт показал, что прочная фиксация четырехгранного конца шейки обеспечила стабильную работу эндопротеза при любом расположении вертлужных впадин пациентов.
Симметричная форма четырехгранного конца 9 шейки (см. фиг.2), сопряженого с пазом 10 ножки, позволяет использовать одну шейку для двух вариантов коррекции, относительно четырехгранного конца 9 шейки. Это выполняют простым поворотом шейки в пазу ножки на угол 180°, что расширит возможности коррекции и сократит время операции.
Наружная поверхность вкладыша 4 и ответная полость в чашке 2 выполнены в форме трех поверхностей 13, 14, 15 усеченного конуса, переходящих от одной к другой. Согласование ответных контуров вкладыша 4 и чашки 2 обеспечит неподвижность вкладыша 4 при сложных шарнирных поворотах головки 3 даже при повышенных нагрузках. Это исключит повышенный износ вкладыша, повысит надежность работы и обеспечит стабильную работу эндопротеза. Нижняя поверхность 13 вкладыша и чашки отделена от поверхности 14 круговым буртиком 16 (вкладыша) и, входящий в зацепление с буртиком 16, ответной круговой проточкой 17 на чашке 2. Ограниченная (буртиком 16 и проточкой 17), высота H1 нижней поверхности 13 усеченного конуса составляет 9/11 от высоты Н вкладыша 4, со стороны выступа 18. Эта высота подобрана компьютерным моделированием и подтверждена опытом. Проведенные с учетом этих параметров операции показали, что это повысило удобство монтажа, а также исключило травму мягких тканей. Одновременно созданы условия для взаимозаменяемости в многозвенном соединении эндопротеза.
Высота «h» полукруглого выступа 18 на торце вкладыша составляет 0,09÷0,14 от диаметра головки 3 (диаметр головки 28÷44 мм). Это увеличило охват головки вкладышем с латеральной стороны и предотвратило ее вывихи при повышенных нагрузках. Повышена надежность и обеспечена стабильность работы многозвенного соединения эндопротеза. Вкладыш может быть выполнен из хирулена или из керамики, что расширило возможности взаимозаменяемости.
Технико-экономический эффект предложенного эндопротеза состоит в повышении надежности крепления, за счет подбора формы и оптимальных технологических параметров сопряженных поверхностей чашки, вкладыша, головки, шейки и, ножки, позволяющих выполнить восстановление анатомических соотношений между тазовой и бедренной костями, обеспечить стабильную работу эндопротеза и возможность взаимозаменяемости звеньев многозвенного соединения.