Эндопротез вертлужной впадины

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к травматологии и ортопедии. Изобретение обеспечивает повышение стабильности фиксации вертлужного компонента эндопротеза в костной ткани, улучшение равномерности распределения нагрузок от эндопротеза на тазовые кости, повышение прочности, надежности и долговечности крепежа эндопротеза в костной ткани. Эндопротез содержит винты и сферичную чашку со сквозными отверстиями для спонгиозных винтов. На упомянутых винтах выполнена со стороны их головок метрическая резьба, на всем остальном протяжении до концов винтов - спонгиозная резьба с шагом, равным шагу их метрической резьбы, причем резьбы имеют ход в одном направлении. Диаметр спонгиозной резьбы винтов не более диаметра их метрической резьбы. По меньшей мере, в трех сквозных отверстиях для спонгиозных винтов выполнена метрическая резьба с шагом, равным шагу спонгиозной резьбы винтов. Отверстия для спонгиозных винтов, выполненные с метрической резьбой в чашке, ориентированы так, что их оси пересекаются под углом в диапазоне 105±15° друг к другу в одной точке, совпадающей с общим центром полусфер, образующих поверхности чашки. Чашка выполнена металлической и с пористым покрытием на внешней поверхности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к медицинской технике, используется в травматологии и ортопедии и предназначено для замещения деформированной или разрушенной вертлужной впадины таза.

Для крепления эндопротезов вертлужной впадины к костной ткани используют различные профили кольцевых и винтовых проточек [Сиваш К.М. Аллопластика тазобедренного сустава. М.: Медицина, 1967, с.70-71, рис.17 (а, б, в, г)], выступы, стойки [там же, с.36, рис.8 (а, б, в, г)], в том числе и с фигурными элементами [патент РФ 2021785, 1994], а также костные винты [Мошкович И.А., Виленский В.Я. Полимеры в травматологии и ортопедии. М.: Медицина, 1978, с.139, рис.62].

Все перечисленные эндопротезы, имеющие целью повышение стабильности фиксации к кости, не обладают этим качеством в достаточной степени. Мало того, эндопротезы вертлужной впадины, несущие на своей поверхности кольцевые проточки, при заколачивании их в кость разрушают последнюю, что увеличивает сроки лечения.

Известен эндопротез вертлужной впадины [патент РФ № 2021786, 1994], представляющий собой металлическую чашу с вкладышем из полимерного материала. На боковой поверхности чаши расположены лепестки для фиксации в вертлужной впадине таза, а вдавления внутрь чаши предназначены для удержания в ней вкладыша.

Однако подобная конструкция также не может обеспечить надежную фиксацию эндопротеза.

Известен также эндопротез вертлужной впадины [патент РФ №2131712, 1997], особенность которого заключается в том, что на экваториальной плоскости полусферической полимерной чаши концентрично и к периферии от ее впадины выполнена кольцевая канавка, от которой берут начало каналы, открывающиеся на одной параллели сферической поверхности, при этом оси каналов попарно конвергируют, а элементы крепления к кости выполнены в виде скоб, размещенных с возможностью перемещения и фиксации в каналах.

Размещение выходных отверстий каналов на одной параллели сферической поверхности чаши обеспечивает создание жесткого венчика, образуемого выступающими концами скоб, что повышает стабильность фиксации эндопротеза к костной ткани.

Однако элементы крепления - скобы - размещены в каналах, выполненных без учета реального распределения нагрузок между тазовыми костями, что может привести к неравномерности напряжений и деформаций в жестком венчике, образуемом выступающими концами скоб, и соответствующему неравномерному износу крепежа эндопротеза и кости.

Наиболее близким техническим решением - прототипом - предлагаемого изобретения следует считать эндопротез вертлужной впадины, созданный швейцарской фирмой Mathys Medical Ltd. (см. Ал. А.Надеев и др. «Рациональное эндопротезирование тазобедренного сустава». - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004, с.64). Указанный эндопротез имеет сферичную форму чашки с концентрическими волнами на наружной поверхности. Чашка покрыта гидроксилапатитом или напылением из титана, имеет два штыря и несколько отверстий разного диаметра под спонгиозные винты. Такая конструкция эндопротеза достаточно проста в использовании и обеспечивает прочное соединение с костной тканью. Для профилактики прокручивания и первичной нестабильности служат указанные два штыря.

Однако разделение функций прочности крепления и стабильности ориентации относительно подлежащей кости приводит к неравномерности распределения нагрузки на подвздошную, лобковую и седалищную кости, что увеличивает риск возникновения нестабильности вертлужного компонента. Кроме того, увеличивается громоздкость и сложность конструкции эндопротеза.

Техническим результатом предложенного технического решения является повышение стабильности фиксации вертлужного компонента эндопротеза в костной ткани, улучшение равномерности распределения нагрузок от эндопротеза на тазовые кости, повышение прочности, надежности и долговечности крепежа эндопротеза в костной ткани.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в эндопротезе вертлужной впадины, содержащем сферичную чашку со сквозными отверстиями для спонгиозных винтов, на упомянутых винтах выполнена со стороны их головок метрическая резьба, на всем остальном протяжении до концов винтов - спонгиозная резьба с шагом, равным шагу их метрической резьбы, причем резьбы имеют ход в одном направлении, диаметр спонгиозной резьбы винтов не более диаметра их метрической резьбы, по меньшей мере, в трех сквозных отверстиях для спонгиозных винтов выполнена метрическая резьба с шагом, равным шагу спонгиозной резьбы винтов, при этом отверстия для спонгиозных винтов, выполненные с метрической резьбой в чашке, ориентированы так, что их оси пересекаются под углом в диапазоне 105±15° друг к другу в одной точке, совпадающей с общим центром полусфер, образующих поверхности чашки, чашка выполнена металлической и с пористым покрытием на внешней поверхности.

Кроме того, метрическая резьба со стороны головок винтов может быть выполнена на участке винтов длинной не более разности радиусов полусфер, образующих внешнюю и внутреннюю поверхности чашки.

Выполнение сквозных отверстий для спонгиозных винтов в чашке с метрической резьбой с шагом, равным шагу спонгиозной резьбы винтов, а на самих винтах - со стороны их головок метрической резьбы, соответствующей резьбе отверстий чашки, на всем остальном протяжении до конца винтов - спонгиозной резьбы - обеспечивает максимальное сближение усредненных модулей упругости конструкции эндопротеза и показателей костной ткани.

Ориентация отверстий в чашке так, что их оси пересекаются в одной точке под углом из диапазона 105±15° друг к другу в общем центре полусфер, обеспечивает максимальную прочность, статическую и кинематическую устойчивость конструкции и в совокупности с особенностями выполнения резьбы на элементах эндопротеза повышение стабильности фиксации вертлужного компонента эндопротеза в костной ткани, улучшение равномерности распределения нагрузок от эндопротеза на тазовые кости, повышение прочности, надежности и долговечности крепежа эндопротеза в костной ткани.

Выполнение метрической резьбы со стороны головок винтов на участке винтов длинной не более разности радиусов полусфер, образующих внешнюю и внутреннюю поверхности чашки, обеспечивает гарантированное прижатие внешней поверхности эндопротеза к костной ткани тазобедренного сустава и, соответственно, дополнительную надежность крепежа эндопротеза.

Эндопротез вертлужной впадины показан на фиг.1-4.

На фиг.1 представлен общий вид эндопротеза, на фиг.2 - разрез чашки эндопротеза плоскостью симметрии одного из отверстий для спонгиозных винтов, на фиг.3 представлен элемент крепления эндопротеза к костной ткани - спонгиозный винт с особенностями выполнения резьбового крепежа, на фиг.4 - эндопротез, вид со стороны его крепления к тазобедренному суставу.

Устройство содержит металлическую чашку 1, образованную полусферическими внешней 2 и внутренней 3 поверхностями с общим центром 4 (воображаемая точка пересечения радиусов полусфер, образующих поверхности чашки). В чашке выполнены отверстия 5 под спонгиозные винты с метрической резьбой 6, шаг которой равен шагу спонгиозной резьбы 7, выполненной со стороны свободного конца спонгиозных винтов 8. Со стороны головки винтов выполнена метрическая резьба 9 на участке винта длинной не более разности радиусов полусфер, образующих внешнюю 2 и внутреннюю 3 поверхности чашки 1. Оси отверстий 5 пересекаются в одной точке, совпадающей с общим центром 4 точки пересечения радиусов полусфер, под углом α пересечения друг к другу, выбранным в диапазоне 105±15°.

Указанный диапазон пространственной ориентации крепежных элементов охватывает оптимальную область максимальной прочности, статической и кинематической устойчивости конструкции эндопротеза и обосновывается природными закономерностями естественной прочности и устойчивости твердых тел исходя из следующих соображений.

Из общих постулатов кристаллографии, в которой различают семь более или менее самостоятельных кристаллографических систем формирования кристаллических решеток твердых тел, следует, что одну из них - тригональную (ромбоэдрическую) - можно представить как результат сжатия или растяжения примитивной кубической решетки Бравэ вдоль одной из главных диагоналей куба. При этом равенство всех сторон решетки (a=b=c - постоянные величины решетки - отрезки вдоль соответствующих кристаллографических осей) и углов (α=β=γ - углы между кристаллографическими осями) сохраняется, но углы перестают быть прямыми. Таким образом, при больших внешних давлениях и, соответственно, высоком уровне внутренних механических напряжений кристаллическая решетка в фазе, соответствующей этим большим давлениям, должна быть гранецентрированной кубической решеткой с углами между осями, соответствующими условию α=β=γ<120°, но не меньше 90°.

Примером является кристаллическая структура алмаза (угол между кристаллографическими осями которого соответствует указанному диапазону и приблизительно равен ≈112°). Такую же кристаллическую структуру имеют классические полупроводники четвертой группы таблицы Менделеева германий и кремний, также обладающие высокими прочностными характеристиками. Всем указанным выше условиям удовлетворяет равенство длины спонгиозных винтов и углов ориентации между их геометрическими осями в конструкции эндопротеза.

Устройство используют следующим образом. Одним из общепринятых способов обнажают область тазобедренного сустава, иссекают капсулу сустава и рубцово-измененные параартикулярные ткани. В случае, если головка бедра деструктирована, ее иссекают и замещают протезом. Желобоватым долотом иссекают измененную вертлужную впадину таза, после чего обрабатывают ее сферической фрезой, соответствующей по размерам чашке 1 имплантируемого эндопротеза вертлужной впадины. Последний вводят в обработанную фрезой впадину. Следующим этапом является введение спонгиозных винтов 8 сначала по спонгиозной резьбе 7 ориентации эндопротеза в костной ткани тазобедренного сустава, а затем по метрической резьбе 6 крепления спонгиозных винтов к металлической чашке и последней - к кости, благодаря чему эндопротез приобретает и сохраняет стабильное положение. После вправления головки бедра (или головки эндопротеза бедра) в сферическую впадину внутренней поверхности 3 рану послойно ушивают.

1. Эндопротез вертлужной впадины, содержащий винты и сферичную чашку со сквозными отверстиями для спонгиозных винтов, отличающийся тем, что на упомянутых винтах выполнена со стороны их головок метрическая резьба, на всем остальном протяжении до концов винтов - спонгиозная резьба с шагом, равным шагу их метрической резьбы, причем резьбы имеют ход в одном направлении, диаметр спонгиозной резьбы винтов не более диаметра их метрической резьбы, по меньшей мере, в трех сквозных отверстиях для спонгиозных винтов выполнена метрическая резьба с шагом равным шагу спонгиозной резьбы винтов, при этом отверстия для спонгиозных винтов, выполненные с метрической резьбой в чашке, ориентированы так, что их оси пересекаются под углом в диапазоне 105±15° друг к другу в одной точке, совпадающей с общим центром полусфер, образующих поверхности чашки, чашка выполнена металлической и с пористым покрытием на внешней поверхности.

2. Эндопротез по п.1, отличающийся тем, что метрическая резьба со стороны головок винтов выполнена на участке винтов длинной не более разности радиусов полусфер, образующих внешнюю и внутреннюю поверхности чашки.