Усовершенствованный протез тазобедренного сустава - RU2600056C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится: к способу оптимизации геометрической формы бедренной ножки протеза тазобедренного сустава, имплантируемой в бедренную кость, к бедренной ножке протеза тазобедренного сустава, изготавливаемой указанным способом, и к системе протезирования тазобедренного сустава, используемой при имплантации указанной бедренной ножки в бедренную кость.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Бедренная ножка протеза тазобедренного сустава, имплантируемая в бедренную кость, содержит шейку и фиксирующую часть в виде клина, сужающегося к дистальному концу. Такие ножки известны, например, из патента США №4908035, полностью включенного в данное описание посредством ссылки. Чтобы имплантировать такую ножку хирургическим путем, обнажают тазобедренный сустав и выполняют резекцию шейки бедренной кости. Затем подготавливают проксимальный участок бедренной кости для введения в него фиксирующего клина. Подготовка предусматривает создание в проксимальном участке бедренной кости ложа для фиксирующего клина, для чего используют подходящие инструменты, в частности один или более рашпилей соответствующей формы. В общем случае каждый рашпиль вбивают в медуллярную полость бедренной кости, содержащую губчатый слой кости и мягкую ткань для того, чтобы выскоблить или счистить костную ткань и в итоге получить ложе, форма которого соответствует форме фиксирующего клина ножки протеза. Если ножку имплантирует без использования цемента, клин предпочтительно выполнить прямым, как описано в документе ЕР 0240815 В1. В этом случае, как показано на фиг.1, для изготовления ложа под фиксирующий клин в бедренной кости 1 необходимо открыть медуллярную полость 2 не только в плоскости 3 проведения резекции шейки бедренной кости 1, но и дальше в латеральном направлении в область большого вертела 4 - чтобы таким образом получить ложе для фиксирующего клина, ориентированное в аксиальном направлении.

Хотя такая техника имплантации обеспечивает стабильность сустава и хорошее прорастание кости после операции, приходится выполнять резекцию и отделение сухожилий и мышечных креплений в области большого вертела 4. Это обязательно предполагает серьезные операционные повреждения, в частности в таких функционально значимых структурах как сухожилия и мышцы при том, что надлежащее функционирование тазобедренного сустава после такой операции зависит от работоспособности указанных мышц и сухожилий.

В последнее время появляется все больше протезов тазобедренных суставов с использованием минимально инвазивных хирургических методов. Такие методы направлены на более быструю и менее болезненную реабилитацию пациента, с менее продолжительным пребыванием в больнице. При осуществлении таких минимально инвазивных хирургических методов стремятся избежать резекции сухожилий и мышц в области большого вертела 4. Обычно это означает, что вместо создания ложа под фиксирующий клин, как это показано на фиг.1, создают ложе как на фиг.2, демонстрирующей, что целостность большого вертела 4, по существу, не нарушена, поскольку медуллярная полость 2 открыта по плоскости 3, и большой вертел подрезан так, как отмечено номером позиции 5. Таким образом, получают ложе для имплантации бедренной ножки протеза тазобедренного сустава, ориентированное по большей части своей длины, по существу, аксиально и имеющее слегка закругленный или изогнутый проксимальный участок. В такой ножке надлежит избавиться от части или от всей вертлюжной боковины фиксирующего клина ножки. Вариант осуществления такой бедренной ножки 6 протеза тазобедренного сустава показан на фиг.3 и описан в патентном документе США №2009/0036994, полностью включенном в настоящий документ посредством ссылки. Протез такой формы содержит фиксирующий клин, подходящий для имплантации посредством минимально инвазивных хирургических способов, сохраняя при этом, насколько это возможно, преимущества традиционных имплантатов с прямой ножкой.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как показано на фиг.3, бедренная ножка 6 содержит шейку 7 и фиксирующий клин 8, сужающийся к дистальному концу 9. Латеральная узкая сторона дистального конца 9 содержит дистальный прямой участок 10 и проксимальный изогнутый участок 11, причем прямой участок 10 имеет длину L_D, составляющую от 60 до 75% общей длины L_G клина 8. Латеральный прямой участок 10 может иметь плавный переход в латеральный изогнутый участок 11, то есть располагаться тангенциально, как показано на фиг.3, или же переход с неоднородностью, то есть располагаться под тупым углом. Штриховой линией 12 показана вертлюжная боковина, имеющаяся во многих известных протезах, но отсутствующая в данном случае.

Следует заметить, что для получения максимальных преимуществ от осуществления минимально инвазивного хирургического метода, необходимо сохранить как можно больше костной ткани в области большого вертела 4, при этом форма проксимального изогнутого участка 11 ножки 6 с фиг.3 должна быть комплементарна профилю 5 выреза, выполненного в ложе для фиксирующего клина так, чтобы между клином 8 и ложем не было зазоров. Хотя костная ткань может прорастать в небольшие зазоры шириной до 0,2 мм, зазоры большего размера не могут быть перекрыты. В результате лизиса краев может произойти ослабление посадки протеза. Поэтому важно при изготовлении ложа постепенно увеличивать размер используемого рашпиля, заканчивая рашпилем, размер которого позволяет получить оптимальную посадку клина 8 внутри ложа. Обычно решение этой задачи зависит от техники обращения хирурга с рашпилем и индивидуальных свойств костной ткани.

Одним из вариантов осуществления изобретения предусмотрен способ оптимизации геометрической формы фиксирующего клина бедренной ножки протеза тазобедренного сустава, пример которого показан на фиг.3, обеспечивающий оптимальную посадку между фиксирующим клином и ложем фиксирующего клина.

Другим вариантом предусмотрена система протезирования тазобедренного сустава, используемая при имплантации указанного фиксирующего клина бедренной ножки в бедренную кость, обеспечивающая оптимальную посадку между фиксирующим клином и ложем фиксирующего клина.

Согласно еще одному варианту предусмотрен способ оптимизации геометрической формы бедренной ножки протеза тазобедренного сустава, причем бедренная ножка содержит шейку и соединенный с шейкой фиксирующий клин, сужающийся к дистальному концу и имеющий латеральную узкую сторону, включающую в себя дистальный прямой участок и проксимальный изогнутый участок, соответствующий кривой, причем переход между указанными дистальным прямым участком и проксимальным изогнутым участком происходит во внешней латеральной точке, при этом указанным способом предусмотрено средство оптимизации профиля кривой указанного проксимального изогнутого участка в процессе выполнения шагов итерационного моделирования с использованием набора кривых, каждая из которых определяется траекторией, очерчиваемой внешней латеральной точкой клина при извлечении профиля ножки из полости, форма которой комплементарна форме ножки.

В других вариантах при извлечении профиля ножки из полости сохраняется контакт между латерально-дистальным и проксимально-медиальным контурами ножки и соответствующими им границами полости.

При этом предусмотрены также варианты, в которых на первом шаге итерации первую кривую определяют траекторией, очерчиваемой внешней латеральной точкой при прохождении к медиальной стороне произвольно выбранной проксимальной точки на участке клина, примыкающем к шейке, при извлечении профиля ножки из полости, форма которой комплементарна форме ножки, с сохранением при этом контакта между латерально-дистальным и проксимально-медиальным контурами ножки и соответствующими им границами полости; причем ряд следующих шагов итерации предусматривает, что кривую, определенную на предыдущем шаге итерации, используют в качестве профиля проксимального изогнутого участка ножки, причем новую кривую определяют траекторией, очерчиваемой внешней латеральной точкой при извлечении ножки с указанным профилем из первоначальной полости, с сохранением при этом контакта между латерально-дистальным и проксимально-медиальным контурами ножки и соответствующими им границами полости; при этом новую кривую, определенную траекторией, очерчиваемой внешней латеральной точкой на последнем шаге итерации, принимают в качестве профиля проксимального изогнутого участка фиксирующего клина бедренной ножки.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения предусмотрена бедренная ножка протеза тазобедренного сустава, геометрическая форма которой оптимизирована в соответствии со способом согласно первому аспекту изобретения.

Третьим вариантом осуществления изобретения предусмотрена система протезирования тазобедренного сустава, используемая при имплантации бедренной ножки в бедренную кость, содержащая бедренную ножку, геометрическая форма которой оптимизирована в соответствии с описанными выше способами, и рашпиль, выполненный с возможностью изготовления полости в бедренной кости и задающий проксимальный изогнутый участок с профилем, соответствующим проксимальному изогнутому участку фиксирующего клина бедренной ножки.

Следует принять во внимание, что хотя в общем случае форма ложа в бедренной кости выполняется хирургом в соответствии с формой вставляемого в бедренную кость фиксирующего элемента протеза, некоторыми вариантами настоящего изобретения предусмотрено, что профиль проксимального изогнутого участка определяется кривой, очерчиваемой самым большим из набора рашпилей. Другими словами, скорее форма протеза может определяться кривой, очерчиваемой рашпилем, а не наоборот.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже различные аспекты настоящего изобретения описаны со ссылками на примеры, проиллюстрированные сопроводительными чертежам, на которых:

фиг.1 - схематическое изображение продольного разреза резецированной головки бедренной кости перед имплантацией ножки протеза тазобедренного сустава, известного из уровня техники;

фиг.2 - изображение, аналогичное фиг.1, относящееся к резецированной головке бедренной кости перед имплантацией ножки протеза тазобедренного сустава другого типа;

фиг.3 - вид сбоку бедренной ножки протеза тазобедренного сустава, известного из уровня техники;

фиг.4a-4d - схематическое изображение последовательности действий на первом шаге итерации для оптимизации геометрической формы профиля бедренной ножки с фиг.3;

фиг.5а-5с - схематическое изображение последовательности действий на втором шаге, следующей за последовательностью, аналогичной последовательности с фиг.4a-4d;

фиг.6 - вид сбоку профиля бедренной ножки протеза тазобедренного сустава, оптимизированного в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.7 - схематическое изображение рашпиля, профиль которого соответствует профилю бедренной ножки с фиг.6.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Осуществление итерационного способа оптимизации геометрической формы бедренной ножки протеза тазобедренного сустава можно начать с использования бедренной ножки 20 традиционной формы, выполненной на основе проксимальной части усредненной бедренной кости, параметры которой определены посредством рентгеновской съемки или аналогичным путем. Профиль одной такой ножки 20 показан на фиг.4а, где он содержит шейку 21 и фиксирующий клин 22, сужающийся к дистальному концу 23. Клин 22 может расширяться от дистального конца 23 к проксимальному концу по всем сторонам. В другом варианте фиксирующий клин 22 может расширяться в медиально-латеральном направлении, имея при этом, по существу, плоские переднюю и заднюю поверхности. Медиальная узкая сторона 24 выходит из этого конуса, переходя в плавно изогнутую дугу 25, оканчивающуюся в плоскости, проходящей перпендикулярно оси 26 шейки и завершающей шейку 21 со стороны фиксирующего клина 22. Сама шейка 21 завершается концевым пальцем 27, который конически сужается в наружном направлении, и на котором можно разместить сферическую головку сочленения (не показана). Латеральная узкая сторона 28 с противоположной стороны клина 22 расширяется от конуса до латеральной точки 29, после чего образует вертлюжную боковину 30 и через выступ 31 переходит в плоскость, завершающую шейку.

В предпочтительном варианте фиксирующий клин 22 имеет прямоугольный профиль поперечного сечения, которое может также быть трапециевидным или ромбовидным. Расширяющаяся часть клина 22 имеет угол конусности предпочтительно от 0,5 до 6°, в основном от 1 до 3°, в частности на вентральной и/или дорсальной стороне ножки 22.

В одном из вариантов способ оптимизации может содержать частичное или полное удаление вертлюжной боковины 30 с получением проксимального изогнутого участка 32 (см. фиг. 4d), профиль которого соответствует оптимизированной кривой, как показано на фиг. 6. В этом варианте изогнутый участок 32 проходит от латеральной точки 29 до выступа 31. Латеральная точка 29 может находиться на уровне метафиза, то есть в латеральной метафизарной точке клина 22. Латеральная узкая сторона 28 ножки 20 может иметь дистальный прямой участок 33 длиной от 60 до 75% включительно от общей длины бедренной ножки 20.

В некоторых вариантах шаги итерации в описанных способах могут выполняться путем компьютерного моделирования с использованием известного специалистам программного обеспечения для моделирования движения. Первый шаг итерации может содержать моделирование профиля ножки 20, как показано на фиг. 4а, и определение положения точки 29. Затем на участке выступа 31, примыкающего к шейке 21, можно произвольно выбрать проксимальную точку 34. Произвольно выбранная точка 34 может определять первое произвольное положение проксимального конца изогнутого участка 32 и определять тем самым первый профиль 20_I. Процесс моделирования направлен на уточнение этого положения. Затем, как показано на фиг. 4b и 4с, профиль 20_I ножки 20 извлекают из полости 35, форма которой комплементарна форме ножки 20. Во время извлечения латеральную точку 29 можно направлять к медиальной стороне проксимальной точки 34, сохраняя при этом контакт между клином 22 и полостью 35, в частности, между латерально-дистальным контуром 36 и проксимально-медиальным контуром 37 клина 22 и соответствующими границами полости 35. Таким образом, можно имитировать траекторию движения рашпиля, который будет использоваться во время операции для изготовления в бедренной кости полости 35.

Вычерчивают траекторию 38 латеральной точки 29 (например, используя компьютерную графику), изображение которой определяет кривую 39_I. Кривая 39_I представляет собой первое приближение к оптимизированной форме моделируемого проксимального изогнутого участка 32. При этом кривая 39_I может образовывать профиль участка 32 ножки 20_II, как показано на фиг.4d, используемый во второй итерации способа, как показано на фиг.5а-5с.

Во второй итерации профиль ножки 20_II можно снова извлекать из полости 35, сохраняя при этом контакт между латерально-дистальным контуром 36 и проксимально-медиальным контуром 37 клина 22 и соответствующими им границами полости 35. Снова вычерчивают траекторию латеральной точки 29, которая в этот раз определяет новую кривую 39_II.

При этом новая кривая 39_II может образовывать профиль 20_III участка 32 ножки 20_III, как показано на фиг.5с, который потом можно использовать в третьей итерации способа, идентичной описанной выше второй итерации. Некоторыми вариантами предусмотрено по меньшей мере пять итераций. Кроме того, некоторыми вариантами предусмотрено по меньшей мере семь итераций. Каждый раз для определения профиля участка 32 используется кривая 39_N (где N - номер шага итерации), полученная на предыдущем шаге итерации. Было установлено, что во многих случаях после 5-7 итераций положение и профиль кривой 39 уже не будет заметно изменяться и будет получена оптимальная кривая 39_ОРТ. Кривую 39_ОРТ используют для создания оптимального профиля проксимального изогнутого участка 32 фиксирующего клина 22 ножки 20_ОРТ. На фиг.6 профиль 39_ОРТ показан сплошными линиями, при этом вертлюжная боковина 12, удаленная из профиля, а также профили, образованные кривыми 39_I и 39_II после соответственно первой и второй итерации, показаны штриховыми линиями.

Как отмечено выше, оптимальный профиль 39_ОРТ проксимального изогнутого участка может быть основан на кривой, вычерчиваемой рашпилем при обеспечении оптимальной посадки клина. Один из вариантов конструкции такого рашпиля 40 показан на фиг.7. Рашпиль 40 предназначен для изготовления полости в бедренной кости и задает проксимальный изогнутый участок 41, профиль которого соответствует оптимальному профилю 39_ОРТ клина 22. При этом весь профиль рашпиля 40 можно подобрать таким образом, что полость, изготавливаемая в бедренной кости, имеет в точности ту же конфигурацию, что и фиксирующий клин 22 оптимальной ножки 20_ОРТ.

Во время операции ложе в бедренной кости можно изготовить посредством набора рашпилей, размеры которых увеличиваются от рашпиля к рашпилю вплоть до размера, обеспечивающего оптимальную посадку. При этом каждый рашпиль из набора может повторять форму ложа, полученную посредством рашпиля предыдущего размера. Полученное преимущество состоит в том, что рашпиль 40 может представлять собой один из набора рашпилей увеличивающегося размера, в котором каждый рашпиль имеет конфигурацию, соотношение размеров которой совпадает с соотношением размеров рашпиля 40. То есть во время операции хирург начинает изготавливать резецированной бедренной кости ложе соответствующей формы, используя для этого первый, самый маленький рашпиль из набора, и постепенно увеличивает размер используемого рашпиля до получения фиксирующего ложа желаемого размера. Например, если используется набор рашпилей с размерами с 1 (самый маленький) по 7 (самый большой), но ножка 20 должна соответствовать размеру 5, для создания ложа нужного размера хирург будет использовать только рашпили размера с 1 по 5. Таким образом, достигается оптимальная посадка фиксирующего клина 22 в ложе либо без зазора, либо с точно заданным зазором для цемента, в зависимости от того, используется ли цемент при выполнении имплантации. При использовании цемента следует принять во внимание, что размеры задействованных рашпилей могут, при сохранении пропорций, немного превышать размеры ножек 20 так, чтобы при введении фиксирующего клина 22 в его ложе оставалось пространство для цемента.

НОМЕРА ПОЗИЦИЙ

1 бедренная кость

2 медуллярная полость

3 плоскость резекции

4 больший вертел

6 бедренная ножка

7 шейка

8 фиксирующий клин

9 дистальный конец

10 латеральный прямой участок

11 латеральный изогнутый участок

12 вертлюжная боковина (удалена)

L_D длина латерального прямого участка

L_G длина клина

20, 20_i, 20_ii, 20_ОРТ бедренная ножка

21 шейка

22 фиксирующий клин

23 дистальный конец

24 медиальная узкая сторона

25 дуга

26 ось шейки

27 концевой палец

28 латеральная узкая сторона

29 латеральная точка

30 вертлюжная боковина

31 выступ

32 проксимальный изогнутый участок

33 дистальный прямой участок

34 произвольная проксимальная точка

35 полость

36 латерально-дистальный контур 36

37 проксимально-медиальный контур

38 траектория латеральной точки 29

39, 39_i, 39_ii 39_ОРТ кривая проксимального изогнутого участка

40 рашпиль

41 проксимальный изогнутый участок рашпиля 40

Реферат

Группа изобретений относится к медицине. Способ оптимизации геометрической формы бедренной ножки протеза тазобедренного сустава, причем бедренная ножка содержит шейку и соединенный с шейкой фиксирующий клин, сужающийся к дистальному концу и имеющий латеральную узкую сторону, включающую в себя дистальный прямой участок и проксимальный изогнутый участок, соответствующий кривой, причем переход между указанными дистальным прямым участком и проксимальным изогнутым участком происходит во внешней латеральной точке по первому варианту, заключается в том, что предусмотрена оптимизация профиля кривой указанного проксимального изогнутого участка в процессе выполнения шагов итерационного моделирования с использованием набора кривых, каждая из которых определяется траекторией, очерчиваемой внешней латеральной точкой клина при извлечении профиля ножки из полости, форма которой комплементарна форме ножки. Бедренная ножка протеза тазобедренного сустава по первому варианту имеет геометрическую форму, оптимизированную в соответствии с указанным способом по первому варианту. Способ оптимизации геометрической формы бедренной ножки протеза тазобедренного сустава, причем бедренная ножка содержит шейку и соединенный с шейкой фиксирующий клин, сужающийся к дистальному концу и имеющий латеральную узкую сторону, включающую в себя дистальный прямой участок и проксимальный изогнутый участок, соответствующий кривой, причем переход между указанными дистальным прямым участком и проксимальным изогнутым участком происходит во внешней латеральной точке по второму варианту , заключается в том, что предусмотрено средство

Формула