Расширительный бор для придания формы костному углублению, например вертлужной впадине (варианты), способ инплантации протезного компонента в костное углубление, например вертлужную впадину, и комплект для использования в ортопедической хирургии - RU2197185C2
Код документа: RU2197185C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к режущим инструментам или расширительным борам для обработки костных углублений или полостей с целью придания им необходимой формы во время ортопедической операции.
Настоящее изобретение предназначено прежде всего, но не исключительно, для рассверливания полостей тазобедренного сустава (вертлужных впадин) с целью придания им необходимой формы при подготовке к имплантации протеза вертлужной впадины. Поэтому уровень техники описан в отношении режущих инструментов или расширительных боров для придания формы вертлужным впадинам и проблем, возникающих при использовании этих известных режущих инструментов. Предпочтительный вариант выполнения предлагаемого расширительного бора может особенно успешно использоваться для имплантации протезов вертлужной впадины, описанных в WO 97/17140. Однако изобретение может использоваться также для придания формы другим углублениям для установки компонентов протезов искусственных суставов.
Один из известных расширительных боров для придания формы костным углублениям содержит режущую головку, которая при использовании бора вращается вокруг оси для удаления материала из углубления. Режущая головка образована стенкой, имеющей форму полной полусферы, ограничивающей практически закрытую внутреннюю полость. В этой полусферической стенке отштамповано или выполнено другим способом множество относительно малых чашевидных режущих элементов, выступающих наружу, каждый из которых образует небольшую режущую кромку. Такую конструкцию обычно называют "сырной теркой". Каждый режущий элемент образует узкий канал, ведущий от наружной полусферической поверхности во внутреннюю полость режущей головки. Для исключения нежелательного взаимного влияния режущих элементов во время операции рассверливания их, как правило, распределяют по полусферической поверхности асимметрично. В частности, если смотреть в направлении оси вращения, режущие элементы могут быть расположены вдоль спиральной линии.
Недостаток этого известного расширительного бора, имеющего практически закрытую форму и множество малых чашевидных режущих элементов, состоит в том, что в области резания будет находиться отпиленный сыпучий материал (опилки), поскольку режущая головка имеет по существу закрытую конфигурацию и чашевидные режущие элементы образуют лишь узкие каналы для отведения отпиленного материала. Наличие сыпучего материала в области резания может привести к неточной подготовительной обработке костной полости, в результате чего между рассверленной поверхностью полости и вставленным после рассверливания протезом вертлужной впадины будут образованы нежелательные зазоры. Костные новообразования не могут перекрыть слишком большой зазор, поэтому часть поверхности протезной чаши будет слишком удалена от кости, так что нельзя будет обеспечить требуемое закрепление. В результате этого не может быть достигнута оптимальная фиксация чаши, особенно в случае использования нецементируемых протезных компонентов, когда такие зазоры могут уменьшить исходную и долговременную прочность соединения. Кроме того, сыпучий материал будет засорять расширительный бор, вызывая нежелательное чрезмерное тепловыделение в костной ткани, что может ухудшить ее живучесть и, как следствие, уменьшить способность к костному новообразованию, которая является существенным фактором для срастания костей.
Другой недостаток этого известного расширительного бора состоит в том, что операция резания, осуществляемая относительно малыми чашевидными режущими элементами, не обеспечивает получения гладкой поверхности полости. Вместо этого во время операции рассверливания каждый чашевидный режущий элемент создает на поверхности углубления "макробороздки", проходящие по окружности.
Следующий недостаток этого расширительного бора заключается в том, что асимметричное расположение режущих элементов может вызвать нежелательное биение бора во время его вращения. Если говорить более конкретно, в результате асимметричного расположения режущих элементов на полусферической поверхности противодействующие силы, возникающие в каждой режущей точке, могут вызвать ситуацию, когда режущая головка будет неравномерно нагружена. В этом случае результирующая нагрузка, действующая на режущую головку, может сместить и/или наклонить ось вращения, вследствие чего костная полость приобретет нежелательную форму, например эллиптическое поперечное сечение.
Вышеупомянутый недостаток, касающийся образования бороздок, проходящих по окружности, может быть уменьшен путем замены относительно малых чашевидных режущих элементов более длинными режущими кромками, проходящими в практически радиальных плоскостях по полусферической поверхности, как это описано в US 4131116. В этом документе описан режущий инструмент для придания формы углублению, например в бедре, который содержит режущую головку, расположенную на одном конце вращающегося вала и имеющую полностью полусферическую часть с практически закрытой наружной поверхностью. Полусферическая часть ограничивает по существу закрытую внутреннюю полость и имеет множество прорезей, соединяющих эту полость с наружной поверхностью. Для удаления костного материала из углубления во внутреннюю полость головки у каждой прорези имеется режущая кромка, слегка выступающая над полусферической поверхностью. В описанной варианте выполнения одна режущая кронка проходит через полюсную область, т. е. точку пересечения оси вращения с полусферической поверхностью, благодаря чему дно углубления также будет рассверлено.
Для соединения и разъединения режущей головки с валом служат упругие средства быстрого расцепления. Для ограничения смещения этих средств наружу предусмотрена цилиндрическая часть, выполненная за одно целое с основанием полусферической части головки.
В этом же документе описан также известный способ рассверливания, в котором вначале используют режущую головку меньшего радиуса, а затем головки все большего размера для получения углубления большего радиуса.
Недостатком конструкции, описанной в US 4131116, является то, что между режущими средствами и краем полости может иметь место нежелательный эффект "захвата" или "зажатия", особенно при каждом увеличении диаметра режущей головки.
Другой недостаток, присущий режущим головкам в виде полностью полусферического купола, связан с трудностью направления расширительного бора точно по заданной оси вращения без наклона режущей головки в костном углублении.
Поэтому целью настоящего изобретения является создание расширительного бора, с помощью которого рассверливание или подготовка костного углубления может выполняться более точно.
Особой целью изобретения является создание расширительного бора, позволяющего исключить или по меньшей мере существенно уменьшить указанный выше эффект "захвата".
Другой целью изобретения является создание расширительного бора, позволяющего исключить или по меньшей мере существенно упростить указанную выше проблему, связанную с наличием отпиленного материала в области резания между бором и костным углублением.
Следующая цель изобретения - создание расширительного бора, позволяющего получить гладкую внутреннюю поверхность углубления.
Еще одной целью изобретения является создание расширительного бора, который во время операции рассверливания легче направить вдоль заданной оси вращения без наклона бора к этой оси вращения.
Целью изобретения является также создание способа имплантации протезного компонента в костное углубление, позволяющего более точно выполнить операцию придания формы костному углублению или подготовки костного углубления, и создание комплекта инструментов для осуществления этого способа.
Таким образом, предлагаемый расширительный бор для придания формы костному углублению, например вертлужной впадине, содержит режущую головку, имеющую вершину, которая при использовании бора направлена к указанному углублению, и основание, отстоящее от вершины на некотором расстоянии в осевом направлении вдоль оси вращения режущей головки. Режущая головка снабжена режущими средствами для удаления материала из углубления при ее вращении вокруг оси. Согласно изобретению расширительный бор отличается тем, что режущие средства включают относительно длинные главные режущие кромки, каждая из которых проходит в направлении от основания к вершине, и относительно короткие периферийные режущие кромки, количество которых больше количества главных режущих кромок и которые расположены у основания режущей головки и размещены вокруг оси вращения с угловыми интервалами.
Предлагаемый расширительный бор позволяет более точно выполнять операцию придания формы или рассверливания костного углубления по сравнению с известными расширительными борами или режущими инструментами для кости. Благодаря наличию по периферии бора большего числа режущих кромок, чем в его верхней части, нагрузка или давление на периферийные режущие кромки будет меньше, чем на главные режущие кромки. Уменьшение нагрузки на периферийные режущие кромки ослабит вышеупомянутый эффект "захвата", а нагрузка на главные режущие кромки может оставаться достаточно большой для обеспечения необходимого режущего действия. Изобретение позволяет также упростить проблему, связанную с наличием отпиленного материала в области резания. Для этого количество главных режущих кромок в верхней части может быть ограничено настолько, что отпиленный материал может эффективно удаляться через промежутки между главными режущими кромками. Предлагаемый расширительный бор имеет также преимущество по сравнению с первым из указанных выше режущих инструментов, имеющим малые чашевидные режущие кромки. В предлагаемом боре форма каждой из главных режущих кромок будет соответствовать кривизне костной полости, что исключает образование режущих бороздок.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения каждая из главных режущих кромок образована соответствующей ножкой, проходящей между вершиной и основанием режущей головки и соединяющей их друг с другом. В промежутках между соседними ножками выполнены приемные отверстия для отведения отпиленного материала во внутреннюю полость режущей головки. Таким образом, режущая головка представляет собой практически открытую конструкцию, похожую на клетку. В связи с этим следует заметить, что расширительный бор может работать также с одной главной режущей кромкой.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения количество периферийных режущих кромок по меньшей мере в два раза превышает количество главных режущих кромок. Если количество периферийных режущих кромок в целое число раз больше количества главных режущих кромок, периферийные режущие кромки могут быть распределены равномерно по отношению к главным режущим кромкам. Количество тех и других кромок и отношение между ними могут в значительной степени варьироваться в объеме настоящего изобретения.
Для исключения взаимного влияния во время операции рассверливания главные режущие кромки могут быть выполнены "ребристыми". Это значит, что по меньшей мере некоторые из них разделены посредством выемок или подобным способом на меньшие режущие кромки, причем на соседних главных режущих кромках эти выемки расположены по-разному. Благодаря разделению главных режущих кромок на "ребра", во время операции рассверливания каждая из этих кромок будет всегда сохранять достаточный контакт с поверхностью углубления. Если кромки не имеют ребер, существует опасность того, что они могут "подпрыгивать" на поверхности углубления, создавая нежелательное мешающее воздействие на другие кромки.
Другим способом уменьшения взаимного влияния кромок является расположение главных режущих кромок и/или периферийных режущих кромок асимметрично вокруг оси вращения, т.е. с разными угловыми интервалами между ними.
Предпочтительно, если режущая головка содержит часть в виде усеченного купола, полюсная область которого образует вершину режущей головки, причем каждая из главных режущих кромок направлена от нижней области купола к его полюсной области. Преимущество этого варианта выполнения головки заключается в том, что в углублении может быть образована входная цилиндрическая часть без излишнего увеличения глубины расширяемой полости. Цель создания в углублении входной цилиндрической части будет указана ниже. В этом варианте особенно предпочтительно, если режущая головка также имеет цилиндрическое основание, соединенное с усеченной куполообразной частью. Во время рассверливания костного углубления куполообразная часть режущей головки целиком входит в углубление, так что в нем с помощью режущих средств образуется указанная входная цилиндрическая часть, в которую входит, по меньшей мере частично, цилиндрическое основание режущей головки. В результате этого во время операции рассверливания обеспечивается эффективное направление и центрирование цилиндрического основания режущей головки в углублении, при этом исключается или по меньшей мере существенно ограничивается ее случайный наклон.
Предлагаемый способ имплантации протезного компонента в костное углубление, например вертлужную впадину, включает операцию придания костному углублению требуемой формы для приема протезного компонента и последующую операцию введения протезного компонента в костное углубление. Способ отличается тем, что операцию придания костному углублению требуемой формы выполняют с помощью расширительного бора вращательного типа, содержащего режущую головку, которая имеет верхнюю часть, снабженную режущими средствами для удаления материала из костного углубления, и цилиндрическое основание, причем во время операции придания костному углублению требуемой формы верхнюю часть режущей головки целиком вводят в это углубление, так что с помощью режущих средств образуют в нем входную цилиндрическую часть, в которую, по меньшей мере частично, вводят цилиндрическое основание режущей головки. В результате цилиндрическая часть стенки углубления эффективно направляет и центрирует цилиндрическое основание режущей головки, благодаря чему во время операции рассверливания может быть исключен или по меньшей мере уменьшен случайный наклон режущей головки.
Согласно другому аспекту изобретения предложен расширительный бор для придания формы костному углублению, например вертлужной впадине, содержащий режущую головку, имеющую вершину, которая при использовании бора направлена в сторону костного углубления, и основание, отстоящее от вершины на расстоянии в осевом направлении вдоль оси вращения режущей головки, причем режущая головка снабжена режущими средствами для удаления материала из углубления во время вращения головки вокруг оси. Расширительный бор отличается тем, что режущие средства включают относительно длинные главные режущие кромки, каждая из которых направлена от основания к вершине, а основание режущей головки имеет наружную цилиндрическую периферийную поверхность, соосную и параллельную оси вращения, при этом при использовании бора указанная наружная цилиндрическая периферийная поверхность входит, по меньшей мере частично, в углубление и направляется в нем для исключения или уменьшения случайного наклона оси вращения.
Согласно еще одному аспекту изобретения предложен комплект для использования в ортопедической хирургии, включающий в сочетании расширительный бор для подготовки костного углубления, в особенности вертлужной впадины, и чашевидный протезный компонент для имплантации в костное углубление, причем расширительный бор имеет куполообразную часть, снабженную режущими средствами. Комплект отличается тем, что чашевидный протезный компонент имеет куполообразную часть и цилиндрическое основание, причем при использовании этого комплекта костное углубление рассверливают до такой глубины, что в нем образуется входная цилиндрическая часть, в которую, по меньшей мере частично, входит цилиндрическое основание протеза.
Указанные и другие характерные особенности и преимущества изобретения приведены в формуле и станут понятны из последующего подробного описания варианта выполнения предлагаемого расширительного бора, приведенного в качестве примера.
На фиг. 1-7 показан
расширительный бор согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения, где:
фиг.1 показывает вид сбоку,
фиг.2 - вид сверху,
фиг.3 - вид снизу,
фиг.4 - вид
сверху в аксонометрии,
фиг.5 - вид снизу в аксонометрии,
фиг.6 - поперечный разрез по линии VI-VI на фиг.2,
фиг. 7 - показывает в увеличенном масштабе вид сверху части
расширительного бора, изображенного на фиг.2,
фиг.8 схематично показывает в аксонометрии использование расширительного бора, изображенного на фиг.1-7, для придания формы вертлужной
впадине.
На фиг. 1-7 показан расширительный бор или режущая головка 10 согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения, причем идентичные детали обозначены одинаковыми цифровыми позициями. Этот вариант, приведенный в качестве примера, предназначен главным образом для рассверливания вертлужных впадин с целью имплантации в них одноименных протезов. Способ использования режущей головки 10 для этой цели проиллюстрирован на фиг.8.
Если говорить об общей конструкции, то режущая головка 10 состоит из трех частей, выполненных за одно целое: верхней куполообразной части 12 в виде клетки, цилиндрического основания 14 и средства для быстрого расцепления в виде двух крючков 16, с помощью которых режущая головка 10 может быть разъемно соединена с рукояткой (не показана) для вращения режущей головки вокруг оси А. Верхняя куполообразная часть 12 и цилиндрическое основание 14 имеют круглое поперечное сечение с центром на оси А.
Верхняя куполообразная часть 12 выполнена в виде усеченного полусферического купола, т. е. полусферического купола, обрезанного в нижней части так, что, как видно на фиг.1, его высота h меньше радиуса г. Усеченный купол имеет полюсную область 18 и нижнюю область 20, соединенные между собой посредством восьми ножек 22, расположенных вокруг оси А с угловыми интервалами (45o ). Кривизна ножек 22 определяет кривизну усеченного купола. Каждая ножка 22 образует относительно длинную главную режущую кромку 24. В этом варианте выполнения режущая кромка образована режущей поверхностью 26, расположенной в радиальной плоскости, параллельной оси А, и нерабочей поверхностью 28, наклонной по отношению к режущей поверхности 26.
В главных режущих кромках 24 выполнено несколько выемок 30, разделяющих каждую из этих кромок на меньшие режущие кромки. В этом варианте выполнения в каждой ножке 22 образованы две или три выемки 30. Как показано на виде сверху (фиг.2), выемки 30 на двух соседних ножках 22 имеют разное радиальное положение. Это значит, что меньшие режущие кромки будут расположены вокруг оси А по спирали, что видно на фиг.2. При таком выполнении режущие кромки 24 являются ребристыми с целью, указанной выше.
В полюсной области 18 усеченного купола ножки 22 соединены друг с другом посредством кольцеобразной конструкции 32. Две ножки 22 (на фиг.2 эти ножки направлены по линии VI-VI) проходят все расстояние до оси А, что позволяет также рассверливать дно вертлужной впадины. Ножки 22 и кольцеобразная конструкция 32 ограничивают два верхних отверстия 34 в полюсной области 18 усеченного купола.
Цилиндрическое основание 14, выполненное за одно целое с верхней частью 12, имеет форму цилиндрического кольца с гладкой нижней поверхностью 36, гладкой наружной цилиндрической поверхностью 38, гладкой внутренней цилиндрической поверхностью 40 и верхней частью, снабженной выступами 42 в виде зубьев пилы. Если смотреть в радиальном направлении в сторону оси А, каждый выступ 42 имеет треугольное сечение. Наружная в радиальном направлении поверхность 43 каждого выступа 42 является продолжением наружной цилиндрической поверхности 38. Наружный наклонный участок вершины каждого выступа 42 образует относительно короткую периферийную режущую кромку 44.
В рассматриваемом варианте выполнения вдоль окружности нижней части 14 размещены с угловыми интервалами (15o) двадцать четыре периферийные режущие кромки 44. Таким образом, количество периферийных режущих кромок 44 в три раза больше количества главных режущих кромок 24. Одна треть периферийных режущих кромок 44 практически образована концевыми участками главных режущих кромок 24. Таким образом, ножки 22 опираются на цилиндрическое основание 14 и соединяются с ним.
Ножки 22, кольцеобразная конструкция 32 и выступы 42 ограничивают восемь относительно больших сквозных отверстий 46 в верхней куполообразной части 12, соединяющихся с внутренней полостью режущей головки 10. Как видно на чертежах, режущая головка 10 представляет собой практически открытую конструкцию в виде клетки.
Далее со ссылками на фиг.8 описано использование расширительного бора или режущей головки 10 согласно варианту выполнения, изображенному на фиг. 1-7. На фиг. 8 показана часть таза 48 человека с вертлужной впадиной 50, предварительно обработанной режущей головкой 10, показанной в отведенном положении. Наружная форма режущей головки 10, т.е. усеченной куполообразной части и цилиндрического основания, соответствуют внутренней форме подготовленной полости 50. Это значит, что полость 50 рассверлена настолько, что куполообразная часть, т.е. режущие кромки 24 и 44, образуют у входного отверстия полости 50 часть 52 с цилиндрической внутренней стенкой. Во время операции рассверливания эта часть 52 играет роль направляющей поверхности для наружной цилиндрической поверхности 38 режущей головки. После операции рассверливания в подготовленную полость может быть вставлен протез вертлужной впадины, в особенности протез, описанный в WO 95/17140, так что цилиндрическое основание чаши протеза входит во входную цилиндрическую часть углубления с плотной посадкой.
Возможны различные модификации вышеописанного варианта выполнения изобретения в объеме прилагаемой формулы. Так, например, может варьироваться количество ножек 22 и выступов 42. Практически можно было бы использовать лишь одну ножку 22. Кроме того, верхняя часть 12 может иметь наружную форму, отличную от куполообразной. Режущая головка 10 может быть выполнена более компактной, без какой-либо внутренней полости, в этом случае костные опилки должны удаляться с помощью каналов или эквивалентных средств, выполненных между главными режущими кромками. В более простом варианте выполнения головки выемки 30 могут отсутствовать. Периферийные режущие кромки 44 могут быть полностью отделены от главных режущих кромок 24. Наконец, главные режущие кромки 24 и/или периферийные режущие кромки 44 могут быть расположены с разными угловыми интервалами для исключения их взаимного влияния.
Реферат
Изобретение относится к режущим инструментам или расширительным борам для обработки костных углублений или полостей с целью придания им необходимой формы во время ортопедической операции. Расширительный бор содержит режущие средства для удаления материала из углубления при вращении режущей головки. Режущие средства содержат относительно длинные главные режущие кромки, каждая из которых направлена от основания к вершине бора, и относительно короткие периферийные режущие кромки, количество которых больше количества главных режущих кромок и которые расположены у основания и размещены вокруг оси вращения с угловыми интервалами. Также предложен способ имплантации в костное углубление протезного компонента. Во время рассверливания костного углубления верхняя часть бора целиком входит в углубление так, что в нем образуется входная цилиндрическая часть. Кроме того, в изобретении предложен комплект, включающий расширительный бор и протез. В результате создан инструмент, с помощью которого рассверливание или подготовка костного углубления может выполняться более точно, исключен нежелательный "захват" или "зажатие" между режущим средством и краем полости, исключена или по меньшей мере существенно упрощена проблема, связанная с наличием отпиленного материала в области резания между бором и костным углублением, создан расширительный бор для получения гладкой внутренней поверхности углубления, создан расширительный бор, который во время операции рассверливания легче направить вдоль заданной оси вращения без наклона бора к этой оси вращения, создан способ имплантации протезного компонента в костное углубление, позволяющий более точно выполнить операцию придания формы костному углублению или подготовки костного углубления, и создан комплект инструментов для осуществления этого способа. 4 с. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.
