Эндопротез локтевого сустава - RU2123825C1
Код документа: RU2123825C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к эндопротезу локтевого сустава с элементом плечевой кости, элементом локтевой кости и элементом кости предплечья, в котором элемент локтевой кости направляется в зоне элемента плечевой кости в поворотной опоре, а элемент кости предплечья удерживается в области элемента локтевой кости с возможностью поворота и перемещения в гнезде.
Из немецкой заявки DE-OS 3940728 уже известен эндопротез локтевого сустава этого вида, у которого головка элемента кости предплечья расположена с боковым зазором и возможностью поворота непосредственно в гнезде, выполненном на нижней стороне консоли или поперечины, отформованной на элементе локтевой кости. За счет такого выполнения, с одной стороны, элемент кости предплечья поворачивается вместе с элементом локтевой кости при сгибе и распрямлении предплечья вокруг оси поворота поворотной опоры, а с другой стороны, становятся возможными относительные перемещения элемента кости предплечья относительно элемента локтевой кости, например, во время поворачивания предплечья вокруг его продольной оси для предотвращения при этом скручивающей или изгибаемой нагрузки на кость предплечья, которая может привести к расшатыванию его хвостовика.
Эта конструкция хорошо зарекомендовала себя, поскольку она позволяет осуществлять процессы движения, соответствующие, в значительной мере, естественным возможностям в локтевом суставе. Однако, с другой стороны, эксперименты показали, что движения элемента кости предплечья относительно элемента локтевой кости могут быть еще больше оптимизированы, в особенности, с учетом улучшения выполнения движений поворота головки элемента кости предплечья без отказа от ее поперечной подвижности в гнезде.
В основу изобретения положена, исходя из этого, задача улучшения сочленения между элементом кости предплечья и элементом локтевой кости в эндопротезе локтевого сустава вышеуказанного вида.
Эта задача решается согласно изобретению за счет того, что элемент кости предплечья расположен с возможностью поворота в элементе скольжения, перемещаемом в гнезде. По сравнению с известной головкой элемента кости предплечья, подвижно расположенной в гнезде, которая сама имеет возможность как поворота, так и перемещения в гнезде, за счет выполнения двух раздельных поверхностей сочленения, а именно поверхности скольжения, имеющей форму части сферы, для движений поворота между головкой элемента кости предплечья и элементом скольжения, с одной стороны, и, преимущественно, плоской поверхности скольжения для поперечных перемещений между элементом скольжения и гнездом, с другой стороны, улучшается выполнение движений поворота между головкой элемента кости предплечья и элементом локтевой кости, без необходимости отказаться от поперечной подвижности головки элемента кости предплечья внутри гнезда. Кроме того, элемент скольжения аппарата мышц и связок удерживается в гнезде лучше, чем свободно перемещающаяся в гнезде головка элемента кости предплечья, что значительно снижает вероятность вывиха в области опоры головки элемента кости предплечья при экстремальных нагрузках. За счет увеличения поверхности сочленения в устройстве согласно изобретению уменьшаются прижимы поверхностей, скользящих друг по другу, и, значит, - износ составляющих протеза, выполненных из более мягкого искусственного материала.
Согласно предпочтительному примеру выполнения изобретения предусматривается, что элемент скольжения является подвижным, с двумя степенями свободы, перпендикулярно к средней линии гнезда, благодаря чему он может перемещаться в гнезде как в направлении хвостовика элемента локтевой кости, так и поперечно этому направлению. Это достигается, предпочтительно, за счет того, что элемент скольжения, прилегающий своей плоской верхней стороной к соответствующему плоскому дну гнезда, имеет такие боковые размеры, которые меньше, чем соответствующие внутренние размеры гнезда, благодаря чему между окружной внутренней стенкой гнезда, примыкающей ко дну, и боковой окружной поверхностью элемента скольжения со всех сторон имеется зазор, равный, по меньшей мере, 1 мм или, предпочтительно, немного больше, если элемент скольжения центрально входит в гнездо в положении покоя при неповернутом предплечье. Элемент скольжения и внутренняя стенка гнезда являются вращательно-симметричными относительно их средних линий, причем целесообразно, чтобы последние были соосными при расположении элемента скольжения по центру гнезда. Но является также возможным асимметричное выполнение, в частности, внутренней стенки гнезда. Так, например, внутреннюю стенку целесообразно выполнять эллипсовидной. Решающим при выполнении внутренней стенки является возможность такого направления элемента скольжения его поверхностями по внутренней стенке гнезда, чтобы элемент скольжения не мог заклиниваться в гнезде. С этой целью внутренняя стенка гнезда выполнена с участками, плавно переходящими друг в друга, каждый из которых предназначен для плоской опоры элемента скольжения.
Взаиморасположение элемента скольжения и гнезда целесообразным образом зависит от соответствующих анатомических особенностей пациента, для которого предназначен протез, и соответствующего положения сгиба элемента кости предплечья. От этих факторов также зависит то, в каком положении относительно гнезда находится элемент скольжения в положении покоя при неповернутом предплечье. В этом положении покоя элемент скольжения может также находиться вне центра гнезда.
Согласно другому предпочтительному примеру выполнения изобретения элемент скольжения имеет выемку, представляющую часть сферы, соответствующую сферической форме головки элемента кости предплечья, в которую последняя входит по-существу без зазора таким образом, что наружная поверхность головки элемента кости предплечья и внутренняя поверхность выемки соприкасаются друг с другом и скользят друг по другу, причем они образуют поверхность сочленения для движения поворота головки элемента кости предплечья относительно элемента локтевой кости. Согласно другой форме предпочтительного выполнения изобретения предусмотрено, что внутренняя поверхность выемки, имеющая форму части сферы, выполнена немного больше, чем поверхность полусферы. Благодаря этому, головка элемента кости предплечья фиксируется в элементе скольжения и предотвращается осевое перемещение между элементом скольжения и головкой элемента кости предплечья. Элемент скольжения выполнен из материала, совместимого с организмом человека, предпочтительно, из полиэтилена высокой плотности (HDPE). Этот материал имеет достаточную эластичность, позволяющую вставить головку элемента кости предплечья в выемку, при упругой раздаче (расширении) стенки выемки вокруг входного отверстия для узкой шейки вокруг элемента кости предплечья, примыкающего к головке элемента кости предплечья, до тех пор, пока головка элемента кости предплечья не войдет в выемку. Вследствие упругости, деформированная область стенки примет затем свое первоначальное положение.
Гнездо выполнено, предпочтительно, на нижней стороне консоли, которая, преимущественно, перпендикулярна к хвостовику элемента локтевой кости и к плоскости поворота поворотной опоры и, предпочтительно, соединена за одно целое с элементом локтевой кости таким образом, что консоль и, значит, гнездо имеют возможность совместного поворота с элементом локтевой кости относительно элемента плечевой кости. Элемент локтевой кости и консоль так же, как и элемент плечевой кости и элемент кости предплечья с головкой элемента кости предплечья, выполнены, предпочтительно, из металлического материала имплантата, совместимого с организмом человека, предпочтительно, из CoCrMo, так, что в сочетании с элементом скольжения, выполненным из полиэтилена высокой плотности, в области плоской поверхности сочленения между элементом скольжения и дном гнезда, так же, как и в области поверхности сочленения, имеющей форму части сферы между головкой элемента кости предплечья и элементом скольжения, образуется пара материалов уменьшенного трения CoCrMO/HDPE.
Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью примера выполнения, показанного на чертеже.
На фиг. 1 показан в частично вытянутом
виде спереди эндопротез локтевого сустава;
фиг. 2 - вид сбоку элемента плечевой кости и элемента локтевой кости эндопротеза локтевого сустава согласно фиг. 1,
фиг. 3 - элемент
скольжения, вставленный в гнездо элемента локтевой кости, и головка элемента кости предплечья, зафиксированная в элементе скольжения, в продольном разрезе,
фиг. 4 - в упрощенном виде
эндопротез локтевого сустава, имплантированный в кость, с частичным разрезом.
Эндопротез локтевого сустава, показанный на чертеже, состоит по-существу из элемента 1 плечевой кости, элемента 2 локтевой кости, вставленного с возможностью поворота в поворотную опору 4 элемента 1 плечевой кости, а также элемента 3 кости предплечья, головка 7 которого введена в выемку 9 элемента 5 скольжения, имеющего форму части сферы, который, в свою очередь, размещен с возможностью поперечного перемещения в гнезде 6 на нижней стороне консоли 8, выступающей над элементом 2 локтевой кости.
Как лучше всего видно из фиг. 3, элемент 5 скольжения, выполненный из полиэтилена высокой плотности (HDPE), имеет, преимущественно, плоскую верхнюю сторону 10, соприкасающуюся по плоскости с плоским дном 11 гнезда 6, обращенным вниз, окружную цилиндрическую поверхность 12, перпендикулярную верхней стороне, а также нижнюю сторону 13, обращенную к элементу 3 кости предплечья, в направлении к которой открыта выемка 9, служащая для приема головки 7 элемента кости предплечья. Край 14, проходящий между окружной поверхностью 12 и верхней стороной 8, закруглен, причем радиус его закругления соответствует радиусу закругленного перехода 15 между дном 11 гнезда 6 и внутренней стенкой 16 гнезда 6, ограничивающей дно 11 в боковом направлении.
Диаметр выемки 9 соответствует диаметру головки 7 элемента кости предплечья, благодаря чему внутренняя поверхность выемки 9, имеющая форму части сферы, соприкасается со сферической поверхностью головки 7 элемента кости предплечья и скользит по ней. Головка 7 элемента кости предплечья вместе с примыкающей к ней более узкой цилиндрической шейкой 17, дискообразным заплечиком 18 с круглым поперечным сечением, расположенным под шейкой 17, и с хвостовиком 19, примыкающим к заплечику 18, с диаметром, соответствующим диаметру шейки 17, выполнены за одно целое из CoCrMo таким образом, что поверхность сочленения для движения поворота, то есть внутренняя поверхность выемки 9, являющаяся частью сферы, и сферическая поверхность головки 7 элемента кости предплечья соприкасаются друг с другом и скользят одна по другой, и образованы износостойкой парой материалов HDPE/CoCrMo.
Внутренняя поверхность выемки 9, являющаяся частью сферы, немного больше, чем полусфера, так как ее центральный угол α в плоскости разреза, проходящий через среднюю линию 20 элемента 3 кости предплечья, больше, чем 180o, благодаря чему головка 7 элемента кости предплечья, вставленная в выемку 9 в упомянутой плоскости сечения, на большей части своего периметра охватывается элементом 5 скольжения и фиксируется в выемке 9. Для того, чтобы вставить головку 7 элемента кости предплечья в выемку 9, стенка 21 элемента 5 скольжения, окружающая выемку 9, упруго разжимается в зоне входного отверстия 22 для шейки 17 элемента 3 кости предплечья таким образом, чтобы головка 7 элемента кости предплечья вошла в выемку 9, то есть прошла своим наибольшим диаметром через выходное отверстие 22. Для облегчения ввода головки 7 элемента кости предплечья в выемку 9 выходное отверстие 22 сужается конусно внутрь таким образом, что стенка 21 раздается в этой зоне расклинивающимися усилиями, когда головка 7 элемента 3 кости предплечья вставляется снаружи своей поверхностью в выходное отверстие 22 и затем к элементу 3 кости предплечья прикладывается осевое усилие. После фиксирования головки 7 элемента кости предплечья деформированная стенка 21 элемента скольжения 5 возвращается в свое исходное положение под действием силы упругости и крепко держит головку 7 элемента кости предплечья в выемке 9.
Цилиндрическая внутренняя стенка 16 гнезда 6, являющаяся вращательно-симметричной относительно средней линии 23, имеет диаметр, немного превышающий диаметр цилиндрической окружной поверхности 12 элемента 5 скольжения, благодаря чему при центральном расположении головки 7 элемента предплечья в гнезде 6 и при соосности средних линий 20, 23, соответствующей положению элемента 3 кости предплечья в состоянии покоя при неповернутом предплечье, между внутренней стенкой 16 гнезда 6 и окружной поверхностью 12 элемента скольжения 5 со всех сторон имеется зазор. Например, при внутреннем диаметре гнезда 6, равном 13 мм, наружный диаметр окружной поверхности 12 составляет 10 мм, поэтому зазор, то есть ширина окружного зазора между элементом 5 скольжения и гнездом 6 в положении покоя везде равен 1,5 мм. Благодаря зазору элемент 5 скольжения может перемещаться параллельно дну 11 гнезда 6 с двумя степенями свободы, если предплечье поворачивается вокруг его продольной оси. При этом элемент 5 скольжения устанавливается в гнезде 6 в соответствии с предварительно найденными анатомическими соотношениями и положением сгиба элемента кости предплечья. При соответствующей имплантации локтевого сустава элемент скольжения может устанавливаться в состоянии покоя при неповернутом предплечье, посередине гнезда 6. Гнездо 6 может иметь выполнение, отличающееся от вращательно-симметричного, например, оно может иметь эллиптический край. Решающим, однако, является, что элемент 5 скольжения может, не зажимаясь в гнезде 6, отклоняться к внутренней стенке 16.
Соотношение между глубиной гнезда 6, открытого вниз, и высотой элемента 5 скольжения лежит в диапазоне от 1:2 до 2:3, поэтому элемент 5 скольжения частично выступает вниз за плоский нижний край 24 гнезда 6. При высоте элемента 5 скольжения, равной, примерно, 5 мм, глубина гнезда 6 составляет от 5 до 7 мм и поэтому достаточно велика, чтобы удерживать в гнезде 6 элемент 5 скольжения с поддержкой аппарата мышц и связок у шейки 17.
Консоль 8, снабженная гнездом 6, отформована, преимущественно, перпендикулярно к хвостовику 25 элемента 2 локтевой кости и к плоскости поворота поворотной опоры 4, на верхнем конце элемента 2 локтевой кости, причем сбоку она выступает за элемент 2 локтевой кости в направлении внешней стороны локтевого сустава. Консоль 8 имеет уплощенную поверхность 27 с закругленными краями и боковые ограничивающие поверхности, примыкающие с трех сторон преимущественно, перпендикулярные к верхней стороне 27.
Элемент 2 локтевой кости и соединенная с ним консоль 8 выполнены из CoCrMo, поэтому на поверхности сочленения для поперечного перемещения, которые образованы скользящими друг по другу поверхностями гнезда 6 или элемента 5 скольжения, то есть плоским дном 11 гнезда и верхней стороной 10 элемента 5 скольжения, также получается износостойкая пара трения CoCrMo/HDPE.
Другие части эндопротеза локтевого сустава, то есть поворотная опора и элемент плечевой кости имеют выполнение, аналогичное описанному в упомянутой заявке DE OS 3940728, поэтому информацию, приведенную там, относящуюся к остальному выполнению протеза, в особенности, размеров и взаимного расположения составляющих элементов, следует рассматривать как часть данной заявки.
После имплантации эндопротеза локтевого сустава заплечик 18 элемента 3 кости предплечья накладывается своей нижней стороной сверху на поверхность разреза, на верхнем краю отделенной кости предплечья 30, в то время, как хвостовик 19 закреплен в канале 31 кости предплечья 30 (фиг. 4). При этом поверхность разреза кости предплечья 30 расположена таким образом, что расстояние между нею и дном 11 гнезда 6 равно расстоянию между нижней стороной заплечика 18 и верхней стороной 10 элемента 5 скольжения, зафиксированного на головке 7 элемента кости предплечья.
Элемент 1 плечевой кости вставлен в плечевую кость 32, нижний конец которой, состоящий из пористых костей 33, выфрезировывают для установки поворотной опоры 4, в то время как хвостовик 25 закреплен в канале 35 локтевой кости 36.
Реферат
Эндопротез предназначен для эндопротезирования локтевого сустава и может быть использован в травматологии и ортопедии. Эндопротез относится к локтевому суставу с элементом плечевой кости, элементу локтевой кости и элементу кости предплечья, в котором элемент локтевой кости направляется в зоне элемента плечевой кости в поворотной опоре, а элемент кости предплечья удерживается в гнезде с возможностью поворота и перемещения в области элемента локтевой кости. Элемент кости предплечья установлен с возможностью поворота в элементе скольжения, имеющем возможность, перемещения в гнезде. Технический результат заключается в улучшении сочленения между элементом кости предплечья и элементом локтевой кости в эндопротезе локтевого сустава. 28 з.п. ф-лы, 4 ил.
