Крепежный элемент, устройство, используемое в протезной хирургии, способ фиксации крепежного устройства для протеза сустава в ткани кости и устройство для крепления несущего нагрузку протеза в костной ткани - RU2114578C1

Чертежи

Показать все 32 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к осесимметричным крепежным элементам, предназначенным для имплантации в ткань с целью закрепления протезов и т.п., устройствам, содержащим такие элементы, крепежным узлам, содержащим такие элементы, и к способам фиксации таких элементов в ткани.

В первом аспекте изобретение относится к осесимметричным элементам крепления протезов, деталей искусственных суставов и т.п., выполненным из материала, совместимого с тканью и снабженным внешней винтовой резьбой, проходящей от входного конца в сторону противоположного установочного конца.

Такие элементы, выполненные в виде винтов, известны, например, из US-A-5064425. Подобные элементы длительное время и с большим успехом выпускаются фирмой Нобель Фарма АБ для использования главным образом в стоматологии, под товарным знаком Branemark System. Как правило, такие штифты выполняются из титана и имеют поверхность, снабженную микроуглублениями и/или макроуглублениями, для достижения оптимальной остеоинтеграции с окружающей костной тканью. Варианты такой обработки поверхности описаны, например, в US-A-4330891.

Очень часто, главным образом в зубоврачебной практике, такие элементы подвергаются в основном осевым нагрузкам со стороны установленных на них с помощью соответствующих проставок искусственных зубов или зубных мостов. В последнее время такие элементы, выполненные в виде винтов, нашли применение, например, при закреплении искусственного сустава бедра, голеностопного и кистевого суставов. Патенты US-A-5041139 и US-A-5108444 описывают устройства, с помощью которых подобные крепежные винты закрепляются в костях перпендикулярно их осевому направлению.

Целью изобретения является создание крепежного элемента описанного выше типа способного противостоять как осевым, так и радиальным нагрузкам со стороны протезов, деталей искусственных суставов и т.п., предназначенных для присоединения к элементу непосредственно или через соответствующие прокладки.

Другой целью изобретения является создание устройства крепления, включающего по меньшей мере один подобный крепежный элемент и соединяющийся с крепежным элементом или крепежными элементами имплантируемый элемент, приспособленного для оптимального и точного размещения в углублении, предварительно выполненном в костной ткани и имеющего возможность непосредственного соединения с элементами протеза (или с дополнительными элементами протеза, так как имплантируемое тело само может рассматриваться как элемент протеза). Такое устройство крепления в предпочтительном варианте выполнения имеет существенные преимущества с точки зрения хирургической техники, в частности позволяет существенно уменьшить количество составных частей, необходимых для различных видов соединения. Потребное пространство при использовании предлагаемого устройства крепления также существенно меньше, чем при использовании известных устройств крепления.

В соответствии с первым аспектом изобретения предлагается крепежный элемент, имеющий форму осесимметричного тела вращения, предназначенный для имплантации в ткань и для закрепления протезов, деталей искусственных суставов и т. п., выполненный из материала, совместимого с тканью, снабженный внешней резьбой, имеющий входной и установочный концы и паз, проходящий в глубь элемента от его наружной поверхности на некотором расстоянии от входного конца.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения указанный паз выполнен с возможностью установки и удаления заглушки, которая закрывает паз при установке штифта и при заживании. После того, как штифт будет надежно закреплен в ткани, возможна замена заглушки на элемент крепления протеза, который устанавливается в паз после удаления заглушки.

Паз может быть выфрезерован в штифте, а боковые поверхности паза выполнены так, чтобы обеспечить установку заглушки с возможностью ее снятия.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения имеется осевое отверстие, которое выполнено со стороны установочного конца крепежного элемента и которое сообщается с пазом, начинающимся от того же конца. Глубина отверстия больше длины паза или равна ей.

Предпочтительно заглушка имеет корневую часть, размеры и форма которой позволяют ей входить в указанное отверстие, и выступающую часть уменьшенной толщины, отходящую от корневой, причем заглушка может быть вставлена в крепежный элемент со стороны установочного конца так, чтобы ее корневая часть располагалась внутри отверстия, а выступающая входила в паз, заполняя его собой.

Заглушка может быть удалена из осевого отверстия после остеинтеграции крепежного элемента в окружающую ткань и заменена элементом протеза, имеющим часть, по форме соответствующую заглушке, которая, будучи вставлена в паз, занимает его и часть осевого отверстия. Деталь протеза, вставленная таким образом в паз, может быть выполнена в виде держателя для другой его детали, например для части искусственного сустава.

В соответствии с другим вариантом паз может быть выполнен с канавками на его боковых поверхностях, проходящими перпендикулярно оси крепежного винта и предназначенными для взаимодействия с соответствующими боковыми буртиками на детали протеза для ее фиксации в осевом направлении по отношению к крепежному винту.

После введения крепежного элемента в ткань заглушка может быть легко заменена деталью протеза в виде держателя, имеющего часть такой же формы и конструкции, что и заглушка, взаимодействующего с крепежным винтом и имеющего опорную пластину для крепления деталей протеза.

Изобретение также относится к крепежным устройствам, имеющим один или более крепежных элементов, выполненных в соответствии с изобретением. Подобные крепежные устройства могут быть использованы, например, для восстановления суставов, таких как голеностопные, коленные, бедренные, суставы рук и т.д.

Такое имплантируемое крепежное устройство для протеза сустава может включать в себя по меньшей мере один осесимметричный крепежный элемент для имплантации в ткань, изготовленный из материала, совместимого с тканью, предназначенный для крепления протезов, деталей искусственных суставов и т. п., снабженный внешней резьбой, проходящей от его установочного до его входного конца, имеющий на некотором расстоянии от входного конца по меньшей мере один паз, выполненный на его внешней резьбовой поверхности и приспособленный для вворачивания в предварительно выполненное вблизи сустава отверстие параллельно оси или плоскости сустава и для удержания с помощью паза с возможностью ее снятия детали протеза, используемой как искусственный сустав.

Такое крепежное устройство может включать в себя два или более штифтов и имплантируемый элемент, снабженный двумя или несколькими средствами соединения.

В другом аспекте изобретения предлагается способ фиксации крепежного устройства для протеза сустава в ткани кости, образующего один из элементов сустава, включающий выполнение в костной ткани вблизи сустава, подлежащего замене, выемки, форма поперечного сечения которой совпадает с формой поперечного сечения крепежного устройства, содержащего по меньшей мере один крепежный винт и имплантируемый элемент, выполненный с возможностью присоединения к винту и отсоединения от него, причем выемка включает по меньшей мере одно отверстие для установки крепежного винта, проходящее параллельно оси или плоскости сустава, и одну выемку для установки имплантируемого элемента, сообщающуюся с отверстием, завинчивание штифта в отверстие, установку имплантируемого элемента в выемку, сообщающуюся с отверстием, и разъемное соединение имплантируемого элемента с крепежным винтом, позволяющее обеспечить интеграцию крепежного винта и имплантируемого элемента с костной тканью при заживании, открывание поверхности имплантируемого элемента со стороны сустава и прикрепление элемента сустава с возможностью его отсоединения к открытой стороне имплантируемого элемента.

На фиг. 1 показан аксонометрии первый вариант выполнения изобретения;
на фиг. 2 - в аксонометрии второй вариант выполнения изобретения;
на фиг. 3 - 6 - в аксонометрии различные варианты выполнения заглушек и поперечные сечения соответствующих крепежных элементов;
на фиг. 7 - в аксонометрии третий вариант выполнения предлагаемого крепежного элемента;
на фиг. 8 - в аксонометрии заглушка и соответствующая деталь протеза;
на фиг. 9 - в аксонометрии держатель для протеза;
на фиг. 10 - в аксонометрии и в разъединенном виде часть штифта, изображенного на фиг. 7, с соответствующей деталью протеза, изображенной на фиг. 8, а также стопорный винт, показанный в частичном разрезе;
на фиг. 11 - установочный конец предлагаемого крепежного элемента в двух различных вариантах выполнения с соответствующими стопорными винтами, продольные осевые сечения;
на фиг. 12 - в аксонометрии и в разъединенном виде еще одно сочетание крепежного элемента, детали протеза и стопорного винта, выполненные в соответствии с изобретением;
на фиг. 13 - в аксонометрии и в разъединенном виде вариант, аналогичный изображенному на фиг. 12, но с некоторыми отличиями;
на фиг. 14 - вариант, показанный на фиг. 13, в частичном осевом разрезе и собранном состоянии;
на фиг. 15 - еще один вариант выполнения изобретения с деталью протеза в виде держателя для еще одной детали протеза, устанавливаемой в крепежном винте, продольное сечение;
на фиг. 16 и 17 - поперечные сечения по линии B-B варианта, изображенного на фиг. 15, соответственно с удаленным и вставленным фиксирующим клином, причем на фиг. 17 слева, кроме того, показаны в аксонометрии и в разъединенном виде держатель и фиксирующий клин;
на фиг. 18, верхней ее части - частично в плане, частично в разрезе часть детали протеза, устанавливаемая в крепежный винт, и соответствующий крепежный элемент, а на нижней ее части показаны в двух позициях фрагменты видов в плане двух альтернативных крепежных винтов;
на фиг. 19 - в аксонометрии крепежный винт и часть детали протеза по существу той же формы, что и изображенная в верхней части фиг. 18;
на фиг. 20 - еще один вариант выполнения крепежного винта, заглушки и держателя протеза согласно изобретению, продольный разрез;
на фиг. 21 - поперечное сечение по линии A-A на фиг. 20;
на фиг. 22 - в аксонометрии искусственный сустав лодыжки, имеющий два предлагаемых крепежных устройства для закрепления в таранной кости и в большеберцовой кости, причем показан только один из четырех крепежных элементов, а сустав для наглядности изображен в перевернутом виде;
на фиг. 23 - ось сустава, изображенная на фиг. 22, перпендикулярно продольным осям крепежных винтов, из которых изображены все четыре, вертикальный разрез;
на фиг. 24 - в аксонометрии впадина искусственного сустава большеберцовой кости, изображенная на фиг. 22;
на фиг. 25 - в аксонометрии держатель сустава, составляющий часть искусственного сустава, изображенного на фиг. 22 и называемый здесь держателем, имплантируемым в большеберцовую кость;
на фиг. 26 - впадина сустава большеберцовой кости перпендикулярно осям крепежных винтов, вертикальный разрез;
на фиг. 27 - в аксонометрии одна сторона детали сустава, на противоположной стороне которой расположена шаровая часть таранной кости сустава, изображенная на фиг. 22;
на фиг. 28 - к аксонометрии деталь сустава, называемая в дальнейшем держателем, имплантируемым в таранную кость, удерживающую деталь, показанную на фиг. 27 со стороны, к которой крепится ее видимая сторона;
на фиг. 29 - в аксонометрии крепежный винт с изображенным на нем пазом для сустава, изображенного на фиг. 22;
на фиг. 30 - в аксонометрии элемент, имплантируемый в большеберцовую кость, в соответствии с фиг. 25, имеющий съемную крышку;
на фиг. 31 - в аксонометрии элемент, имплантируемый в таранную кость, в соответствии с фиг. 28, имеющий съемную крышку;
на фиг. 32 - в аксонометрии съемная покрышка для элемента, имплантируемого в большеберцовую кость, изображенного на фиг. 30, по сечению A-A;
на фиг. 33,а,b,c,d,f - этапы процесса замены натурального сустава протезом сустава, выполненным в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 1 показывает первый вариант крепежного элемента или штифта 1, представленного в изобретении.

Штифт 1 представляет собой винт с внешней резьбой 2, которая в представленном варианте проходит от одного конца до другого. Один конец 3 резьбы имеет коническую форму и в дальнейшем будет называться входным концом, поскольку он первым входит в отверстие, подготовленное для штифта в костной ткани, перед тем как он будет ввернут в эту кость. Противоположный конец 4 в дальнейшем будет называться установочным концом.

Штифт, показанный на фиг. 1, имеет продольное осевое отверстие 8, начинающееся на установочном конце 4. Элемент 4 имеет также прорезь или паз 5а на своей окружной поверхности. Прорезь 5а первоначально закрыта заглушкой 6а, которая вставляется в прорезь 5а с возможностью ее снятия. Заглушка 6а, таким образом, закрывает прорезь 5а при вкручивании элемента 1 в предварительно подготовленное в ткани отверстие и может, как это показано ниже, быть легко удалена, чтобы подготовить штифт к соединению с деталью протеза например, выполненной в виде держателя, приспособленного для крепления других элементов протеза. Прорезь 5а на фиг. 1 вытянута параллельно оси элемента 1, но в альтернативном варианте выполнения может быть вытянута и перпендикулярно ей. Использование такой прорези 5а, которая расположена примерно посередине элемента 1, позволяет ему, в отличие от известных конструкций, воспринимать также и поперечные нагрузки. Прорезь 5а в предпочтительном варианте выполнения проходит до отверстия 8 и сообщается с ним. Продольные стенки прорези 5а имеют продольные канавки, выполненные с возможностью вхождения в них выступов на боковых поверхностях заглушки 6а, которая обладает необходимой эластичностью для того, чтобы она могла быть вставлена в прорезь 5а и удалена из нее при необходимости.

В варианте, представленном на фиг. 2, винт 1 вместо короткой прорези 5а, закрытой с обоих концов, имеет паз 5, проходящий в осевом направлении от его установочного 4 до его входного 3 конца. Как и в случае со штифтом, изображенным на фиг. 1, при его завинчивании и в процессе заживания ткани в месте установки штифта, приводящем к врастанию его в ткань, прорезь 5 занята съемной заглушкой. Боковые поверхности прорези 5 могут иметь канавки или иные углубления, выполненные любым из многочисленных известных способов для удержания заглушки, имеющей соответствующую форму. Так, каждая из фиг. 3 - 6 в верхней части содержит изображение концевой части заглушки 6 той или иной формы поперечного сечения, а в нижней несколько уменьшенный вид элемента, имеющего паз 5 соответствующего сечения. В предпочтительном варианте верхняя поверхность 7 каждой заглушки 6 скруглена, так что переход между наружной поверхностью заглушки и примыкающей окружной поверхностью штифта получается плавным. Заглушки различной формы, представленные на фиг. 3 - 6 в сочетании с соответствующими пазами 5, обеспечивают хорошую фиксацию в требуемом положении. Конечно, заглушке 6 может быть придана и другая форма, например с прямыми боковыми стенками и плоской донной частью для установки во фрезерованном пазу 5, показанном на фиг. 2. Заглушки 6, изображенные на фиг. 3 - 6, могут быть вставлены в соответствующие пазы и удалены из них путем продольного скользящего перемещения. Однако заглушка 6 должна занимать весь паз и быть, например, такой же длины, что и паз 5, чтобы таким образом эффективно предотвращать прорастание ткани в паз на этапе вживления штифта.

Штифт 1, как правило, выполняется из титана или по крайней мере имеет наружный слой титанового покрытия. Для достижения оптимальной остеонитеграции штифт 1 может иметь на наружной поверхности микроуглубления и/или макроуглубления, т. е. углубления, относительно близко расположенные одно к другому и имеющие диаметр от 10 до 10000 нм (микроуглубления) и/или от 1 мкм до 20 мкм и более (макроуглубления). Микроуглубления могут быть нанесены на уже существующие макроуглубления. Известны различные способы нанесения таких углублений на титановые поверхности.

Заглушка 6 должна быть выполнена из материала, который не сразу входит в соединение с тканью, к примеру она может быть выполнена из подходящей для этой цели пластмассы или хорошо отполированной металлической, например титановой, полосы.

Основная идея заключается в том, что при установке крепежного элемента в предварительно выполненное в ткани отверстие паз 5, 5а закрывают съемной заглушкой 6, 6а. Заглушка служит для предотвращения врастания ткани в паз и может быть легко удалена на более поздней стадии и заменена приспособлением для крепления деталей протезов, проставками или другими соединительными элементами протезов и т.п., вставляемыми в освобожденные пазы.

Фиг. 7 - 11 показывают развитие основной идеи, проиллюстрированной на фиг. 1 - 6.

Как видно из фиг. 7, штифт 1 имеет осевое отверстие 8, начинающееся от установочного конца 4 и соединяющееся с продольным пазом 5. В предпочтительном варианте протяженность отверстия 8 в направлении входного конца 3 несколько больше протяженности паза 5. Входной конец 3, имеющий коническую форму, может иметь второе осевое отверстие 10, начинающееся от входного конца 3, и начинающиеся от того же конца пазы 9, образующие режущие кромки 11 для облегчения вкручивания винта в предварительно подготовленное в ткани отверстие. Отверстия 8 и пазы 9, однако, не сообщаются друг с другом. Кроме того в стенках отверстия 8 имеются отверстия 12, предназначенные для ввода в пространство между внешней резьбой и тканью веществ, способствующих росту ткани или антивоспалительных составов.

Заглушка 13, показанная на фиг. 8, в данном варианте имеет форму и размеры, позволяющие ей входить в отверстие 8. Более конкретно, заглушка 13 имеет корневую часть цилиндрической формы, размер которой позволяет ей плотно входить в отверстие 8, и выступающую часть 14 уменьшенной толщины, отходящую в радиальном направлении от корневой и плотно входящую в паз 5. Радиальный размер выступа 14 таков, что его наружная радиальная поверхность является естественным продолжением цилиндрической поверхности штифта. На конце заглушки, который, когда она вставлена, находится у входного конца штифта 1, расположена крестообразная прорезь 15 для взаимодействия с соответствующим инструментом для ввинчивания (не показан), с помощью которого штифт с вставленной заглушкой может быть легко завинчен в предварительно подготовленное в ткани отверстие и зафиксирован в желаемом угловом положении относительно продольной оси. Выступ 14, таким образом, служит для надежной механической передачи вращающего момента, приложенного к заглушке 13 и штифту 1.

На фиг. 9 показана деталь протеза в виде держателя 16, предназначенного для присоединения к штифту 1 после остеоинтеграции штифта 1 в ткань и удаления заглушки. Держатель 16 имеет участок точно такой же формы и размеров, как и заглушка 13, т.е. имеющий корневую цилиндрическую часть, плотно входящую в отверстие 8, и выступ уменьшенной толщины, плотно входящий в паз 5. Однако этот выступ имеет участок, который при установке опоры выходит за пределы штифта 1 и несет устройство крепления, к которому могут быть присоединены другие детали протеза. В приспособлении, показанном на фиг. 9, это крепежное устройство содержит установочную пластину 17, выполненную вместе с выступом и основной цилиндрической частью и имеющую отверстия для установки в них винтов или болтов, крепящих деталь протеза к пластине 17.

Фиг. 10 показывает в аксонометрии в разъединенном виде часть штифта 1, изображенного на фиг. 7, с пазом 5, отверстием 8 и соответствующим держателем 16, показанным на фиг. 9 с корневой частью и выступом, предназначенными соответственно для помещения в отверстие 8 и паз 5. Дополнительно на фиг. 10 показана стопорная гайка 18, приспособленная для наворачивания на установочный конец штифта 1 после установки держателя 16, для закрывания установочного конца штифта 1 и закрепления держателя 16 неподвижно в надлежащем положении с предотвращением его продольного перемещения относительно штифта. В связи с этим длина корневой части держателя 16 должна соответствовать глубине отверстия 8 с тем, чтобы, как показано на верхней части фиг. 11, конец корневой части лежал в одной плоскости с торцом установочного конца штифта 1 и был поджат внутренней частью стопорной гайки 18. Верхняя часть фиг. 11 - это осевое сечение в плоскости паза 5 конца штифта, изображенного на фиг. 2 и 10, с держателем 16 и установленной стопорной гайкой 18. Обозначение 19 на фиг. 11 относится к внутренней винтовой резьбе на стенке гайки 18, которая имеет форму колпачка с внутренней резьбой 19, соответствующей внешней резьбе штифта 1. Нижняя часть фиг. 11 показывает другой вариант, где отверстие 8 на участке вблизи установочного конца штифта 1 снабжено внутренней резьбой 20, в которую в этом варианте завинчивается стопорный винт 18 с внешней резьбой. Как показано на фиг. 10 и 11, стопорный винт или гайка имеет крестообразный паз или другое средство взаимодействия с соответствующим инструментом при наворачивании стопорной гайки 18 на конец штифта 1 или вворачивании в него стопорного винта 18.

Запирание держателя 16 может быть выполнено также с помощью обычного стопорного винта, который фиксируется кернением.

В варианте, показанном на фиг. 12, держатель 16 имеет по существу ту же форму, что и на фиг. 9 и 10, но дополнительно снабжен осевым отверстием 21 под винт 22, проходящим через цилиндрическую корневую часть. Винт 22 имеет на переднем конце нарезной участок 23, предназначенный для взаимодействия с соответствующей внутренней резьбой, выполненной на дальнем от установочного конца 4 участке отверстия 8, имеющем уменьшенный диаметр. Головка болта 22 снабжена прорезью для отвертки и может входить в отверстие 8 со стороны установочного конца штифта 1. После установки корневой части держателя в отверстие 8 тело болта 22 может быть вставлено в отверстие 21, а резьбовой конец 23 ввинчен в резьбовой участок 24 отверстия до тех пор, пока головка болта не прижмется плотно к тому концу корневой части, который расположен ближе к установочному концу, предотвращая таким образом возможность осевого перемещения держателя относительно штифта.

Следующий вариант, показанный на фиг. 13 и 14, отличается от изображенного на фиг. 12 тем, что тело винта (обозначенное цифрой 25 на фиг. 13) имеет резьбу по всей своей поверхности, а осевое отверстие в корневой части держателя 16 снабжено соответствующей внутренней резьбой под этот винт. В этом случае конец винта не ввинчивается в резьбовое отверстие штифта 1, а головка винта имеет возможность вращаться, но зафиксирована в осевом направлении в концевом колпачке, имеющем внутреннюю резьбу для навинчивания на внешнюю резьбу штифта вблизи установочного конца. Осевое положение держателя 16 относительно винта 26 и следовательно, относительно штифта может изменяться путем вращения винта 26 посредством его шестигранной головки, выступающей на концевом колпачке, как показано на фиг. 13 и 14, после установки держателя в штифт и закрепления концевого колпачка. Таким образом, возможна точная фиксация положения держателя 16 по длине паза 5.

Фиг. 14 показывает часть осевого сечения варианта, изображенного на фиг. 13, в собранном состоянии.

В другом варианте, показанном на фиг. 15, 16 и 17 держатель 16 имеет корневую часть 28, толщина которой (измеренная в направлении, в котором выступающая часть 27 отходит от корневой) существенно меньше диаметра отверстия 8, что делает возможным ограниченное перемещение держателя 16 относительно штифта 1 в направлении радиальной выступающей части и обратно. Кроме того, поверхность корневой части, находящаяся с той же стороны, что и выступающая часть, снабжена выступами 29 и 30, которые могут взаимодействовать с соответствующими канавками 31 и 32 в отверстии 8, выполненными с той же стороны отверстия, что и паз 5. Съемная вставка (клин) 36 может быть вставлена между стороной корневой части, противоположной выступающей, и поверхностью отверстия, противоположной пазу 5 для того, чтобы предотвратить выход корневой части из канавок 31 и 32. Когда вставка удалена, под нижней частью корневой части 28 образуется свободное пространство 37, как это показано на фиг. 16, куда она может смещаться, при этом осевое положение держателя 16 может быть изменено путем перемещения выступающей части (позиция 27 на фиг. 15) в глубь отверстия и смещения опоры с выходом выступов 29 и 30 из канавок 31 и 32, установки нового положения держателя в продольном направлении, радиального смещения выступающей части в наружном направлении и совмещения выступов 29 и 30 с канавками 31 и 32 уже в новом положении держателя 16. Для фиксации его в этом положении в пространство 37 между корневой частью и участком поверхности отверстия 8 напротив паза 5 вводят вставку 36, предотвращая тем самым смещение держателя и выход выступов 29 и 30 из канавок 30 и 31. Стопорный винт навинчивается на конец штифта или ввинчивается в него и удерживает вставку 36 на месте, фиксируя таким образом положение держателя в штифте. В варианте, показанном на фиг. 16 и 17, вставка 36 имеет полукруглое поперечное сечение, тогда как корневая часть 28 имеет форму, которая может быть получена путем снятия фасок на боковых кромках тела полукруглого поперечного сечения и обеспечения зазора для перемещения корневой части внутрь. Корневая часть 28, таким образом, имеет плоскую поверхность со стороны, противоположной выступающей части 27, взаимодействующую с плоской поверхностью вставки 36. Выступы 29 и 30 и канавки 34 и 32 могут быть образованы соответствующими взаимодействующими сегментами витков резьбы на криволинейной поверхности корневой части 28 и противоположной части отверстия 8 соответственно. Участок переднего конца части 28 держателя, обращенный к входному концу 3 штифта выполнен конусообразным так, чтобы входить в соответствующий конусообразный участок на дне внутреннего отверстия 8. Таким образом опора 16 может быть легко установлена в любое из нескольких положений, обозначенных пунктирными линиями 35 на фиг. 15.

Еще один способ (не показан) установки держателя 16 в паз 5 в заданном положении по оси состоит в том, что корневую часть выполняют более короткой, чем отверстие 8, и используют набор прокладок или заполняющих элементов различных размеров, которые вставляют во внутреннее отверстие перед корневой частью 16 и/или за ней. Колпачок, подобный колпачку 18, изображенному на фиг. 11, в этом случае может использоваться для удержания корневой части и заполняющих элементов в отверстии 8. В другом варианте, показанном в верхней части фиг. 18 и 19, участки боковых поверхностей выступающей части 27, которые, когда она полностью установлена, расположены внутри паза 5, имеют соответствующие выступы 38, которые могут входить в зацепление на выбор с какой-либо из канавок 39, выполненных через интервалы на боковых поверхностях паза 5 вдоль его длины. Выступы 38 и канавки 39 направлены в радиальном направлении по отношению к оси штифта. Протяженность выступов 38 в радиальном направлении незначительно больше, чем глубина паза 5, а корневая часть 28 имеет такую же форму поперечного сечения и размеры относительно отверстия 8, как и в вариантах, представленных на фиг. 15 - 17, так что установка осевого положения держателя 16 на штифте может быть выполнена путем смещения выступа 27 радиально внутрь, до выхода выступов 38 из зацепления с рифлеными поверхностями паза 5, выставления осевого положения держателя 16 в пазу и смещения опоры радиально наружу таким образом, чтобы выступы 38 вошли в канавки в новом положении. Затем держатель 16 фиксируется в установленном положением путем установки клина 36 в пространство 37 под корневой частью и заворачивания стопорного винта или концевого колпачка. На фиг. 18 показаны различные возможные формы поперечного сечения канавок 39, которым в каждом случае соответствует аналогичная форма выступов 38. В другом варианте выступы 38 могут быть выполнены на боковых поверхностях паза 5, а канавки 39 - на боковых поверхностях выступа 27.

В варианте, представленном на фиг. 20 и 21, паз 5 имеет боковые поверхности с продольными канавками, а заглушка выполнена в виде тонкой гибкой пластинки, которая вставляется в паз 5 таким образом, чтобы ее боковые кромки входили в эти продольные канавки. Как и в предыдущих вариантах, заглушка находится на своем месте при имплантации штифта и при последующем заживлении. Когда приходит время устанавливать держатель 16 (на фиг. 20 и 21 он показан уже установленным), отпадает необходимость такого этапа, как удаление полоски-заглушки. Вместо этого на передних концах корневой и выступающей частей 28 держателя 16 выполняют наклонную поверхность 39, которая при вхождении корневой и выступающей частей соответственно в отверстие 8 и паз 5 взаимодействует с верхней частью полоски 6 и отгибают ее внутрь отверстия 8. Корневая часть держателя 16 имеет форму цилиндра с подрезанной боковой поверхностью с дальней от выступающей части, входящей в паз, стороны. Таким образом, в отверстии под корневой частью снова образуется пустое пространство со стороны, противоположной пазу 5. В этом пространстве 40a, показанном на фиг. 20 и 21, размещается полоска 6 при огибании ее вниз наклонной поверхностью 39. В этом варианте гибкая полоска 6 упирается в держатель 16 и служит для фиксации его в заданном положении. Кроме того, неиспользуемый участок паза 5 остается закрытым полоской 6. Часть полоски 6, отогнутая вниз в пространство 40а, обозначена цифрой 40 на фиг. 20 и 21.

Конструкция штифтов, описанных выше, обеспечивает, в первую очередь, условия для крепления деталей протезов, нагружающих штифт перпендикулярно его осевому направлению, создавая, таким образом, оптимальные условия для использования его способности противостоять поперечным нагрузкам. В то же время такое выполнение крепежного винта обеспечивает и существенные функциональные преимущества, так как он может одинаково успешно противостоять как осевым, так и поперечным нагрузкам. Благодаря этому появляется возможность расположения штифта в непосредственной близости от сустава, что в области стоматологии позволяет производить установку штифта в небо спереди, а не сверху, как это делается в настоящее время.

На фиг. 22 и 23 показаны вид в аксонометрии и поперечное сечение искусственного голеностопного сустава, содержащего хорошо отполированный элемент 41 таранной кости, имеющий шарообразную поверхность и выполненный из титанового сплава (Ti6 A14V), и опорный элемент 42 большеберцовой кости, имеющий вогнутую поверхность и выполненный из высокоплотного полиэтилена, а также имплантируемый в таранную кость элемент 43, удерживающий шаровый элемент таранной кости 41, и имплантируемый в большеберцовую кость элемент 44, удерживающий опорный элемент 42. На фиг. 22 и 23 искусственный голеностопный сустав для наглядности показан в перевернутом положении по сравнению с положением, в котором он находится при имплантации. В таком же положении находятся узлы и детали, изображенные на фиг. 24 и 25. На фиг. 22 и 23 детали 41 - 44 собраны в так называемый "прямой" или "вытянутый" узел сустава, т.е. находятся в положении, когда имплантируемые в таранную и большеберцовую кости элементы 43 и 44 находятся на максимальном расстоянии друг от друга и все элементы 41 - 44 расположены вдоль одной оси, совпадающей с центральной осью S - S. Со стороны шарового элемента 41 таранной кости опорный элемент 42 имеет углубление 61 (далее называемое большеберцовой впадиной), поверхность которого представляет собой часть сферы, ограниченную углом примерно 130^o. Со стороны большеберцовой опоры шаровый элемент таранной кости имеет выпуклость, так называемый таранный шар 51, поверхность которой конгруэнтна впадине 61 опорного элемента 42 большеберцовой кости. Когда искусственный голеностопный сустав находится в сборе, шаровый элемент 51 таранной кости находится в контакте с большеберцовой впадиной 61 и может свободно перемещаться в этом положении. Элемент 42 с большеберцовой впадиной в сечении, перпендикулярном оси сустава S - S, имеет форму квадрата с закругленными углами. Основание элемента 42, т.е. его часть, находящаяся с противоположной углублению 42 стороны, наиболее хорошо показана на фиг. 26. Ее форма соответствует форме обращенной к суставу части элемента 44, имплантируемого в большеберцовую кость (фиг. 25).

Часть имплантируемого в большеберцовую кость элемента 44, взаимодействующего с имеющим впадину элементом, выполнена в виде установочной пластины, форма которой соответствует форме поперечного сечения элемента 42, т.е. квадрату с закругленными углами. Сторона элемента 44, имплантируемого в большеберцовую кость, обращенная к элементу 42 с большеберцовой впадиной, имеет углубление такой же формы, ограниченное боковыми стенками 82, имеющими верхнюю поверхность 83. Элемент 44, имплантируемый в большеберцовую кость, имеет плоское дно 81. Внутренние поверхности боковых стенок 82 слегка расходятся в направлении открытых кромок 83 (верхних на фиг. 25), т.е. стенки 82 несколько срезаны. Стенки 82 имеют наружные поверхности 85. Элемент 42 с противоположной впадине 61 стороны имеет выемку 65, 66 (фиг. 26), проходящую по его периферии и образующую квадратный выступ, соответствующий по форме углублению элемента 44 и входящий в него. Этот квадратный выступ ограничен поверхностью 67. Выемка вокруг элемента 42 также выполнена с небольшим уклоном, так что квадратный выступ несколько сужен у торца 67. Когда элемент 42 установлен в элемент 44, боковые стенки 64 элемента 42 лежат в одной плоскости с соответствующими боковыми поверхностями 85 элемента 44, и их контуры совпадают.

По нижней поверхности 81 через центр элемента 44 от стенки 82 до противоположной стенки 82 проходит паз 84. Паз 84 имеет постоянную ширину, прямоугольное поперечное сечение, а также вогнутое дно в форме дуги, если смотреть на него в сечении вертикальной плоскостью, проходящей вдоль паза.

На фиг. 26 хорошо видна сторона элемента 42, противоположная углублению 61. Когда элемент 42 с большеберцовой впадиной установлен на элемент 44, поверхность 65, параллельная торцовой поверхности 67, примыкает к верхней поверхности 83 стенок 82, торцовая поверхность 67 - к донной поверхности 81, а боковые стенки 66 выемки 65, 66, которые имеют небольшой уклон внутрь в направлении поверхности 67, - к соответственно наклоненным поверхностям стенок 82. Ребро 68, по форме соответствующее пазу 84, расположено на торце 67 элемента 42 и делит его поверхность на две одинаковых прямоугольных части. Ребро 68 вставляется в паз 84 имплантируемого в большеберцовую кость элемента 44. Имплантируемый элемент 44 имеет выполненное на нем поперечное центральное ребро 88 в форме полуцилиндра, проходящее по его нижней поверхности (как это показано на фиг. 22 - 25), внутри которого проходит паз 84. Центральное ребро 88 параллельно двум противоположным внешним боковым стенкам 82 элемента 44, имплантируемого в большеберцовую кость, и проходит между двумя другими противоположными внешними боковыми стенками имплантируемого элемента. На обоих концах центральное ребро 88 имеет короткие глухие отверстия 881 для взаимодействия с инструментами и т.п.

Имплантируемый в большеберцовую кость элемент 44 также имеет на нижней стороне два выполненных на нем выступа 86, параллельных ребру 88 и боковым стенкам 82, примыкающие к ним. Выступы 86 имеют большую высоту, чем центральное ребро 88. Каждый выступ имеет корневую часть 861 круглого поперечного сечения, проходящую вдоль всей его длины, и выступающую часть или перемычку 862 уменьшенной толщины по сравнению с корневой частью 861, соединяющую корневую часть 861 с элементом 44. Криволинейная поверхность каждой корневой части 861 ограничена углом примерно 270^o, вершина которого лежит на ее оси. На каждом конце каждой корневой части 861 выполнено центральное осевое отверстие 863, снабженное внутренней резьбой. Элемент 43, имплантируемый в таранную кость, имеет меньшую высоту и является по существу круглым, как это видно из разреза вдоль оси S - S на фиг. 23. Элемент 43 состоит из донной части 71 (фиг. 28) и внешней стенки с наружной поверхностью, внутренней поверхностью 72 и плоской торцевой верхней поверхностью 73. Внутренняя поверхность 72 стенки немного скошена, т.е. имеет уклон по направлению к донной части 71 (иными словами, поверхность имеет форму усеченного конуса), тогда как наружная поверхность стенки имеет четыре плоских участка 78, расположенных на угловом расстоянии 90^o друг от друга относительно оси S - S (фиг. 23). Донная часть 71 имеет два отверстия 74 и 75, просверленных в центральном ребре 77, выполненном на донной части 71 с нижней стороны элемента 43 и проходящем между центрами двух противолежащих плоских участков 78, расположенных на внешней поверхности вышеупомянутой внешней стенки (фиг. 28). С обоих концов центральное ребро 77 имеет короткие глухие отверстия 771 с внутренней винтовой резьбой.

Элемент 43, имплантируемый в таранную кость, имеет на нижней стороне два выполненных на нем параллельно центральному ребру 77 по обе его стороны выступа 76 (фиг. 28). Выступы 76 имеют большую высоту, чем центральное ребро 77, и каждый из них имеет проходящую по всей его длине корневую часть 761 и перемычку 762, причем корневая часть шире перемычки, а ее поперечное сечение имеет вид сегмента, образованного углом около 270^o относительно ее центральной оси. С обоих концов корневой части 761 имеются отверстия 763 с внутренней резьбой для инструмента или аналогичных приспособлений. Таким образом, форма выступов 76 идентична форме выступов 86 элемента 44.

Шаровый элемент 41 таранной кости представляет собой сплошное тело небольшой высоты и включает в себя цилиндрическую часть с выпуклостью в виде части сферы, образующей так называемый таранный шар 51. Криволинейная внешняя поверхность 52 цилиндрического участка имеет два плоских участка, расположенных друг напротив друга. С противоположной от шаровой опоры стороны элемент 41 имеет периферийную круговую выемку с плоской поверхностью 53, образующую центральную часть в форме усеченного конуса. Наружная стенка 54 усеченного конуса, начинающаяся от поверхности 53, таким образом, имеет небольшой наклон. Центральная часть имеет верхнюю поверхность 55 (как это видно на фиг. 27) круговой формы. Два одинаковых конусообразных штырька 57 и 58 расположены на круговой торцевой поверхности указанной центральной части, причем штырек 57 выполнен в центре указанной торцевой поверхности, а штырек 58 смещен по радиусу элемента 41. Плоские участки 59, расположенные на окружной поверхности 52, параллельны диаметру, проходящему через штырьки 57 и 58.

Когда шаровый элемент 41 таранной кости устанавливается на имплантируемый элемент 43, центральная часть, оканчивающаяся поверхностью 55, входит в углубление, ограниченное поверхностью 72 круговой стенки, и поверхность 53 смыкается с верхней поверхностью 73 круговой стенки, а боковая поверхность стенки 54 соприкасается с соответствующей внутренней поверхностью 72 стенки. В донной части 71 имплантируемого в таранную кость элемента 43 выполнены два глухих отверстия 74 и 75, соответствующих по расположению и размерам коническим штырям 57 и 58 шарового элемента 41, которые входят в эти отверстия. Отверстия 74 и 75 не проходят насквозь днище 71, потому что толщина донной части 71 в месте расположения отверстий 74 и 75 увеличена за счет центрального ребра 77, хотя в других местах днище 71 является относительно тонким.

В предпочтительном варианте плоские участки 78 лежат в плоскостях, проходящих тангенциально по отношению к цилиндрическим поверхностям корневых частей 761 с противоположных центральному ребру 77 их сторон. Неглубокая выемка в имплантируемом в таранную кость элементе 43, куда входит шаровый элемент 41 и аналогичная выемка в имплантируемом в большеберцовую кость элементе 44, куда входит элемент 42 с большеберцовой впадиной, могут быть закрыты соответствующими заглушками 87 и 79. Таранная заглушка 79 при установке полностью закрывает переднюю сторону имплантируемого в таранную кость элемента 43, предназначенную для стыковки с шаровым элементом 41, и входит в контакт по кромкам с верхней поверхностью 73 стенки 72. Заглушка 79 элемента таранной кости имеет два глухих отверстия 791 для взаимодействия с инструментом при ее установке и удалении. С внутренней стороны (не показана) заглушка 79 соответствует форме "внутренней" стороны шарового элемента 41 таранной кости, показанного на фиг. 27, которая входит в имплантируемый элемент 43 при установке. Заглушка элемента таранной кости, таким образом, включает элементы, соответствующие стенке и другим частям 53, 54, 55, 57 и 58 элемента 43.

Таким же образом заглушка 87 элемента большеберцовой кости при установке закрывает углубление имплантируемого в большеберцовую кость элемента 44 (фиг. 30). Два глухих отверстия 871 выполнены на наружной поверхности для взаимодействия с инструментом. На фиг. 32 заглушка показана в разрезе. Относительно тонкий круговой край 875 заглушки 87 примыкает к поверхности 83 имплантируемого в большеберцовую кость элемента 44. Толщина тела заглушки 87 в ее центральной части 87,b соответствует глубине, по существу, квадратной выемки имплантируемого элемента 44. Три параллельных ребра 872, 873, 874, имеющие, если смотреть на них сбоку, форму полумесяца, выполнены на внутренней стороне заглушкой 87 и предназначены для закрытия паза 84, расположенного на донной поверхности 81 элемента 44. Для того чтобы удержать заглушку 87 на месте, наружные ребра 872, 874 выполнены более тонкими, чем центральное ребро 873, и обладают некоторой упругостью.

Корневые части 761 и 861 элементов 43 и 44, имплантируемых соответственно в таранную и большеберцовую кости, вставляются в штифты 45, например, такие, как описаны выше со ссылками на фиг. 7 - 10, каждый из которых имеет осевое отверстие, наружную резьбу и продольный открытый паз 91 (фиг. 29), ширина которого немного больше ширины выступающих участков 762 и 862 имплантируемых элементов 43 и 44. На фиг. 22 показан крепежный винт 1, в который вставлен один из боковых выступов 76 элемента 43, имплантируемого в таранную кость. Осевое отверстие штифта 1 (фиг. 29) выполнено глухим. Штифт 1 имеет осевые отверстия, проходящие с противоположных концов и разделенные поперечной стенкой 96, имеющей толщину около двух витков наружной резьбы. На участке поперечной стенки 96 наружная резьба штифта 1 не прерывается. Паз 91 имеет такую же длину, что и более длинное осевое отверстие. Входной конец штифта сужается в виде конуса и имеет три симметрично расположенных продольных паза 94. Наружная резьба крепежного винта 1 является самонарезающей. На установочном конце винта 1 имеется короткий участок с внутренней резьбой 97.

Ниже описывается со ссылками на фиг. 33,а,b,c,d,f процесс восстановления поврежденного голеностопного сустава с использованием крепежных устройств, описанных со ссылками на фиг. 22 - 32.

На фиг. 33,а схематически изображен вид сбоку задней части скелета ступни человека, имеющего таранную кость 101, большеберцовую кость 102, пяточную кость 103 и ладьевидную кость 104.

В процессе восстановления таранную кость, нижнюю часть большеберцовой кости и верхнюю часть пяточной кости обнажают в медиальном направлении, затем с помощью шаблона (не показан) намечают четыре точки, расположенные в углах воображаемого прямоугольника. В этих точках выполняются четыре отверстия 107, проходящие в медиальном/боковом направлении (фиг. 33,b) перпендикулярно плоскости фиг. 33, а,b,c,d,f, длина каждого из которых соответствует длине винта 1. После этого вырезают полость 105, начиная с двух отверстий 107 в таранной кости, и аналогичную полость 106, начиная с двух отверстий 107 в большеберцовой кости 102. Контуры полостей 105 и 106 соответствуют форме имплантируемых элементов 44 и 43 соответственно, если смотреть в продольном по отношению к выступам 76, 77 и 86, 88 направлении. Диаметр отверстий 107 позволяет завернуть в них крепежные винты 1 с самонарезанием резьбы. Фиг. 33,с показывает положение после установки винтовых штифтов. Завинчивание прекращается, когда глубина завернутой части соответствует заданной с точностью до шага резьбы. Затем выставляют угловое положение пазов 91 так, чтобы они находились один против другого попарно (пазы штифтов таранной кости обращены к соответствующим пазам штифтов большеберцовой кости, а пазы штифтов большеберцовой кости обращены к соответствующим пазам штифтов таранной кости).

На следующем этапе элемент 43 с заглушкой 79 и элемент 44 с заглушкой 87 выставляют по линии соответствующих пар штифтов и их пазов 91 и затем вставляют в штифты 1 и в полости 105 и 106 (фиг. 33,d), о вырезанные соответственно в таранной кости 101 и большеберцовой кости 102. Глубина установки может регулироваться с помощью установочных винтов (не показаны), которые расположены в отверстиях 763 и 783 на боковых концах боковых выступов 76 и 86 и которые в установленном положении упираются в поперечные стенки 96 штифтов 1. Элементы 43 и 44 закрепляют во вставленном положении с помощью коротких стопорных винтов (не показаны), которые ввинчивают во внутреннюю резьбу 97 штифтов 1 до тех пор, пока они не упрутся в медиально ориентированные торцы боковых выступов 76 и 86. С той же целью могут использоваться и любые другие устройства для установки и удержания корневых частей элементов протезов, описанные со ссылками на фиг. 7 - 21.

После этого рану зашивают. По окончании непродолжительного периода заживления пациент может продолжать пользоваться своим поврежденным голеностопным суставом. В течение нескольких месяцев штифты 1 вместе с имплантированным в таранную кость элементом 43 и имплантированным в большеберцовую кость элементом 44 все более врастают в окружающую костную ткань и закрепляются в ней. Когда врастание будет сочтено достаточным, пациента оперируют вторично. На этот раз вырезают участки таранной кости и большеберцовой кости, показанные пунктиром на фиг. 33,е, и обнажают заглушки 79 и 87, которые после этого удаляют. Затем устанавливают шаровой элемент 41 таранной кости и элемент 42 в соответствующие углубления в элементе 43 и в элементе 44 и рану зашивают.

Искусственный сустав можно нагружать сразу же после окончания операции. Таким образом, пациенту не приходится даже ненадолго оставаться без сустава, сохранившего какую-то часть своих функций. В то же время, врастание имплантанта на стадии заживления и закрепление его в костной ткани происходит без помех.

Искусственный сустав может быть также закреплен и другим способом, согласно которому отверстия выполняют в таранной кости и/или в большеберцовой кости под углом 90^o по отношению к направлению, показанному на фиг. 33,а, а именно - в направлении спереди назад. В этом случае возможно, придется удалить меньшую часть центрального верхнего участка таранной кости.

Аналогичным образом и другие суставы могут быть заменены полностью или частично. Крепежное устройство в соответствии с изобретением будет полезно для закрепления протезов коленного сустава, сустава бедра, сустава плеча, локтевых суставов и суставов кистей.

Реферат

Изобретение относится к медицине и предназначено для обеспечения крепления деталей искусственных суставов к кости. Крепежные элементы в виде осесиметричного тела вращения из материала, совместимого с тканью, с наружной резьбой, входным и установочным концами и пазом, проходящим от установочного конца и оканчивающимся на некотором расстоянии от его входного конца закрепляют в кости. Деталь протеза корневой частью с выступающей частью вводят в отверстие и паз крепежного элемента и фиксируют относительно кости. Технический результат заключается в возможности уменьшения количества составных частей, необходимых для присоединения протеза к кости. 4 с. и. 21 з.п.ф-лы, 33 ил.

Формула