Эндопротез коленного сустава

Полезная модель относится к медицине, а именно, к травматологии, ортопедии и имплантологии.
Замена коленного сустава на эндопротез (артропластика) является распространенной ортопедической операцией, количество которых прогрессивно возрастает. Процент осложнений и неудовлетворительных результатов эндопротезирования коленного сустава достаточно велик и составляет 3,3-13,2%. Увеличить эффективность операций по артропластике возможно путем повышения уровня биосовместимости эндопротезов при использовании новых материалов и покрытий, а также путем разработки новых, высокотехнологичных конструкций эндопротезов.
Создание внутрикостных металлических конструкций с покрытиями, обладающими повышенной прочностью и износостойкостью, является актуальным в современной имплантологии и биоинженерии поверхности.
Известна конструкция тотального эндопротеза коленного сустава [Патент ЕР №0636353 А1, опубл. 01.02.1995]. Устройство содержит бедренный компонент в виде дугообразных салазок, имеющих форму анатомической поверхности мыщелков бедра, большеберцовый компонент с основанием, опирающимся на ножку с ребрами жесткости, опорный стержневой штырь. Между бедренным и большеберцовым компонентами расположена полиэтиленовая платформа, которая имеет со стороны бедренного компонента выемки по форме усеченных сфер под салазки бедренного компонента, а на другой стороне платформы выполнен продолговатый паз под опорный штырь. Устройство обеспечивает полный объем движений в суставе.
Недостатком данной конструкции является недостаточная твердость и износостойкость внешней поверхности дугообразных салазок бедренного компонента.
Известна конструкция эндопротеза коленного сустава, содержащая бедренный компонент, выполненный в виде салазок из двух параллельных, скрепленных между собой дуг, имеющих с внутренней стороны опорную плоскость для дистального опила бедренной кости, большеберцовый компонент, выполненный в виде основания, с противоположных сторон которого закреплены ограничитель и ножка с ребрами жесткости, опорный штырь, платформу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, на одной стороне которой выполнены выемки, сопряженные по цилиндрической поверхности с дугами салазок бедренного компонента, а с другой стороны в платформе выполнены дугообразный и направляющий пазы, в которых установлены соответственно ограничитель и опорный штырь [Патент РФ №2145821, МПК A61F 2/38, опубл. 27.02.2000].
Недостатком данной конструкции является недостаточная твердость и износостойкость внешней поверхности салазок бедренного компонента.
Наиболее близким к технической сущности предлагаемой полезной модели является конструкция эндопротеза коленного сустава, которая содержит бедренный компонент, выполненный в виде салазок из двух параллельных, скрепленных между собой дуг, имеющих с внутренней стороны опорную плоскость для дистального опила бедренной кости, большеберцовый компонент, выполненный в виде основания, с противоположных сторон которого закреплены ограничитель и ножка с ребрами жесткости, опорный штырь, платформу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, на одной стороне которой выполнены выемки, сопряженные по цилиндрической поверхности с дугами салазок бедренного компонента, а с другой стороны в платформе выполнены дугообразный и направляющий пазы, в которых установлены соответственно ограничитель и опорный штырь, салазки дуг бедренного компонента и сопряженные с ними выемки в платформе выполнены по форме цилиндрических поверхностей, переходящих в касательные плоскости, каждая из которых расположена под углом, равным 5-13° к соответствующей плоскости, параллельной опорной плоскости дистального опила бедренной кости и проведенной через соответствующую линию касания [Патент РФ №2271175, МПК A61F 2/38 (2006.01), опубл. 10.03.2006].
Недостатком данной конструкции является недостаточная твердость и износостойкость внешней поверхности салазок бедренного компонента.
Задачей полезной модели является создание эндопротеза коленного сустава с механически высокопрочной внешней поверхностью салазок бедренного компонента.
Технический результат полезной модели заключается в упрочнении внешней поверхностисалазок бедренного компонента эндопротеза коленного сустава в результате синтеза углеродной алмазоподобной беспористой пленки.
согласно новому техническому решению
2
+
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом эндопротезе коленного сустава, содержащим бедренный компонент, выполненный в виде салазок из двух параллельных, скрепленных между собой дуг, имеющих с внутренней стороны опорную плоскость для дистального опила бедренной кости, большеберцовый компонент, выполненный в виде основания, с противоположных сторон которого закреплены ограничитель и ножка с ребрами жесткости, опорный штырь, платформу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, на одной стороне которой выполнены выемки, сопряженные по цилиндрической поверхности с дугами салазок бедренного компонента, а с другой стороны в платформе выполнены дугообразный и направляющий пазы, в которых установлены соответственно ограничитель и опорный штырь, салазки дуг бедренного компонента и сопряженные с ними выемки в платформе выполнены по форме цилиндрических поверхностей, переходящих в касательные плоскости, каждая из которых расположена под углом, равным 5-13° к соответствующей плоскости, параллельной опорной плоскости дистального опила бедренной кости и проведенной через соответствующую линию касания, , на внешней поверхности салазок бедренного компонента эндопротеза имеется углеродная алмазоподобная беспористая пленка, синтезированная в процессе ионно-лучевой обработки в вакуумной среде углекислого газа (СО) пучком ионов аргона (Ar).
2
+
Изготовление предлагаемого эндопротеза коленного сустава может осуществляться путем литья, обработки давлением, механического формообразования (токарного, фрезерного), ионно-лучевой обработки (синтез на внешней поверхности салазок бедренного компонента углеродной алмазоподобной беспористой пленки в процессе ионно-лучевой обработки в вакуумной среде углекислого газа (СО) пучком ионов аргона (Ar)). Материалами для изготовления эндопротеза коленного сустава с биосовместимым покрытием могут служить титан, тантал, цирконий и их сплавы.
1
2
3
3
2
4
5
6
2
1
7
6
8
7
5
13
9
10
11
12
1
14
2
1
15
Полезная модель поясняется чертежом - фиг. 1 и 3D моделью - фиг. 2. На фиг. 1. приведена предлагаемая конструкция эндопротеза коленного сустава, включающая бедренный компонент , имеющий форму салазок  из двух скрепленных между собой параллельных дуг . Наружная поверхность дуг  салазок  и сопряженные с ними выемки  в платформе , имеющие форму цилиндрических поверхностей, переходящих в соответствующие касательные плоскости . С внутренней стороны салазок  бедренного компонента  имеется опорная плоскость , предназначенная для опоры дистального опила бедренной кости. Каждая из касательных плоскостей  (к цилиндрической поверхности соответственно салазок и выемок в платформе) расположена под углом α, равным 5-13° (Патент РФ №2271175, МПК A61F 2/38 (2006.01), опубл. 10.03.2006) к соответствующей плоскости , параллельной опорной плоскости  дистального опила бедренной кости. Платформа  выполнена из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и имеет опорный штырь . Большеберцовый компонент  содержит основание , опирающееся на ножку  с ребрами жесткости . Бедренный компонент  имеет фиксаторы , для установки опила бедренной кости. Внешняя поверхность салазок бедренного компонента имеетуглеродную алмазоподобную беспористую пленку(фиг. 2).
15
2
+
Углеродная алмазоподобная беспористая пленка  имеет повышенные показатели механической прочности (твердости и износостойкости) и толщину 10-25 нм, которая обусловлена технологическими режимами синтеза в процессе ионно-лучевой обработки в вакуумной среде углекислого газа (СО) пучком ионов аргона (Ar).
1
1
14
1
2
3
7
14
9
10
11
12
11
10
5
13
13
1
3
2
4
5
6
6
8
7
Для установки предлагаемого эндопротеза коленного сустава бедренную кость опиливают по форме бедренного компонента  эндопротеза. В подготовленном опиле бедренной кости высверливают два отверстия для установки бедренного компонента диаметром равным диаметру фиксаторов . Бедренный компонент ,имеющий форму салазок  из двух скрепленных между собой параллельных дуг с внутренней стороны имеющий опорную плоскость ,устанавливают на опил бедренной кости таким образом, чтобы фиксаторы совпали с подготовленными отверстиями. Суставной конец большой берцовой кости отпиливается и в нем с помощью специальных инструментов рассверливают костномозговой канал большой берцовой кости под установку большеберцового компонента , который содержит основание , опирающееся на ножку  с ребрами жесткости . Ножку  большеберцового компонента эндопротеза забивают в подготовленное отверстие. На основание устанавливают платформу  выполненную из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и имеющую опорный штырь . Опорный штырь  совмещают с бедренным компонентом , так что наружная поверхность дуг  салазок  и сопряженные с ними выемки  в платформе , имеющих форму цилиндрических поверхностей, переходящих в соответствующие касательные плоскости совпадают. Каждая из касательных плоскостей  (к цилиндрической поверхности соответственно салазок и выемок в платформе) расположена под углом α, равным 5-13° к соответствующей плоскости , параллельной опорной плоскости  дистального опила бедренной кости.
2
1
15
Внешняя поверхность салазок бедренного компонента имеетуглеродную алмазоподобную беспористую пленку, которая обеспечивает повышенную механическую прочность, в частности твердость и износостойкость,и создает необходимые биотехнические условия для эффективной работы эндопротеза при действии функциональных нагрузок.
Внешняя поверхность салазок бедренного компонентапредлагаемой конструкции эндопротеза коленного сустава обладает повышенными показателями твердости за счет сформированной на их поверхности углеродной алмазоподобной беспористой пленки, что подтверждается полученными экспериментальными результатами измерения твердости поверхности изготовленных эндопротезов, значения которой составляют 0,48-0,53 ГПа, что значительно приближено к твердости костной ткани (0,5-0,6 ГПа).
Внешняя поверхность салазок бедренного компонентапредлагаемой конструкции эндопротеза коленного сустава обладает повышенными показателями износостойкости за счет сформированной на их поверхности углеродной алмазоподобной беспористой пленки, что подтверждается полученными экспериментальными результатами измерения износостойкости поверхности изготовленных эндопротезов, значения которой составляют 18,5 мин до появления первых участков подслоя металлической основы тогда, как результат испытания на износостойкость внешней поверхности салазок бедренного компонента (например из титана) без углеродной алмазоподобной беспористой пленки составляет 10,2 мин.
Таким образом, предложенная конструкция эндопротеза коленного сустава создает наилучшие биотехнические условия для эффективной работы эндопротеза, увеличивая тем самым срок функционирования в организме при длительном действии знакопеременных механических нагрузок благодаря синтезу на внешней поверхности салазок бедренного компонента углеродной алмазоподобной беспористой пленки. Данная углеродная алмазоподобная беспористая пленка обеспечивает повышенную механическую прочность внешней поверхности салазок бедренного компонента конструкции эндопротеза в условиях трения.