Способ повышения изгибной жесткости ножки эндопротеза тазобедренного сустава и конструкция ножки для его реализации

Изобретение относится к медицине. Способ повышения изгибной жесткости ножки эндопротеза тазобедренного сустава с продольным сквозным отверстием, имеющим фаски на концах. Используют снабженную фасками цилиндрическую стержневую вставку. Ножку предварительно охлаждают, вызывая уменьшение длины, размещают в отверстии цилиндрическую стержневую вставку, которую предварительно нагревают, вызывая увеличение ее длины, развальцовывают концы вставки, обеспечивая ее фиксацию в отверстии ножки, доводят температуру ножки и вставки до первоначальной температуры, способствуя появлению в материале ножки растягивающих, а в материале вставки сжимающих осевых напряжений, и создают тем самым в материале ножки суммарное сжимающее напряжение, повышающее плотность структуры материала в осевом направлении и повышение изгибной жесткости. Установленная в сквозном отверстии предварительно растянутая цилиндрическая вставка зафиксирована от перемещения в осевом направлении с помощью утолщений по концам, беззазорно размещенных в конических полостях, образованных фасками сквозного отверстия ножки. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции, повышение срока эксплуатации, устранение негативных последствий ревизионных операций в случае перелома стержневой части ножки и замены ножки, уменьшение времени операции. 7 ил.

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в ортопедии и травматологии при лечении заболеваний и повреждений тазобедренных суставов.

Известна ножка эндопротеза тазобедренного сустава (Пат. Ru №2066153 С1, МПК A61F 2/32).

Недостаток данного изобретения заключается в том, что в случае перелома ножки эндопротеза удаление всей конструкции очень проблематично, так как при этом приходится прибегать к рассечению бедренной кости для извлечения из ее канала дистального отломка стержня ножки, что делает всю процедуру весьма травматичной.

В качестве прототипа взята конструкция ножки эндопротеза тазобедренного сустава по патенту UA №102453, С2, МПК A61F 2/32 (2006.01), содержащая стержневую часть со сквозным ступенчатым отверстием под металлический трос, растянутый в осевом направлении и зафиксированный от осевых перемещений с помощью цангового зажима с приводной гайкой. Поскольку трос находится под действием растягивающегося усилия, стержневая часть ножки нагружается сжимающими напряжениями, которые уменьшают изгибные деформации и повышают прочность ножки. В случае поломки ножки, находящейся в канале кости, фрагмент ножки извлекается из нее с помощью троса.

Недостатками прототипа можно считать следующее.

Во-первых, это сложность конструкции из-за большого числа входящих в ее состав элементов (трос, цанга, гайка и соответственно ножка), что повышает стоимость ее изготовления.

Во-вторых, витой тросовый элемент не является стабильно жестким в осевом направлении и довольно быстро утратит вследствие растяжения (удлинения) созданное в нем растягивающее усилие, вызывающее продольное сжимающее напряжение в стержневой части ножки.

В-третьих, конструкция цангового зажима конца троса предопределяет осевое перемещение цанги при создании зажимного усилия. Это перемещение противоположно направлению создаваемого в тросе растягивающего усилия, а поскольку цанга находится в прямом контакте с тросом, ее перемещение приведет к уменьшению этого усилия, а следовательно, к снижению влияния этого растяжения на сжатие стержня ножки и ее прочность (изгибающую жесткость).

В-четвертых, необходимо иметь специальное оборудование для создания растягивающего усилия в тросе, предусмотреть для этого участок троса, выступающий из цанги и гайки, для его захвата и натяжения, который затем необходимо удалить (отрезать), что приводит к неэффективному расходованию дорогостоящего троса.

Причиной, которая препятствует обеспечению прототипом необходимого позитивного результата, заключающегося в повышении надежности и долговечности эндопротеза, а следовательно, в улучшении качества жизни человека, является конструкция ножки существующих эндопротезов.

Признаками прототипа, которые совпадают с существенными отличиями заявляемого изобретения, являются наличие стержня с фланцами и шейки, а также сквозное продольное отверстие в стержне.

Задачи, решаемые с помощью предлагаемого изобретения, заключаются в упрощении конструкции ножки, в повышении срока ее эксплуатации, в практическом устранении негативных последствий ревизионных операций в случае перелома стержневой части ножки и замены ножки, уменьшении времени операции.

Для выполнения поставленных задач ножку эндопротеза, снабженную продольным сквозным отверстием, предварительно охлаждают, вызывая уменьшение длины, размещают в отверстии цилиндрическую стержневую вставку, которую предварительно нагревают, вызывая увеличение длины, развальцовывают концы вставки, обеспечивая ее беззазорную фиксацию в отверстии ножки, доводят температуру ножки и вставки до температуры окружающей среды, способствуя повышению в материале ножки растягивающих, а в материале вставки сжимающих осевых напряжений, и создают тем самым в материале ножки суммарное сжимающее напряжение, повышающее плотность структуры ее материала в осевом направлении и изгибную жесткость.

При сравнении аналогов и прототипа с предлагаемым техническим решением видно, что оно проявляет новые технические свойства, заключающиеся в более простом способе и конструкции механизма создания в ножке требуемых по величине напряжений сжатия, стабильностью сохранения изгибной жесткости, определяющей прочность и долговечность ножки.

На фиг. 1 изображена ножка эндопротеза тазобедренного сустава до охлаждения; на фиг. 2 - цилиндрическая вставка до нагрева; на фиг. 3 - ножка после охлаждения; на фиг. 4 - вставка после нагрева; на фиг. 5 - собранная ножка при температуре ее элементов, равной температуре окружающей среды; на фиг. 6 - схема образования изгибающего момента, вызывающего перелом ножки; на фиг. 7 - рентгеновский снимок перелома ножки эндопротеза.

Реализация способа осуществляется следующим образом.

На начальной стадии ножка 1 имеет длину l_H1 (фиг. 1), а вставка 2 - длину l_в1 (фиг. 2), меньшую на величину δ=l_H1-l_в1 где δ - величина тепловой линейной деформации ножки, выполненной, например, из титанового сплава. Затем ножку охлаждают, например, в жидком азоте, вызывая уменьшение ее длины на величину (-Δl_H1) (фиг. 3), а вставку, выполненную из упругого титана, нагревают, используя, например, установку ТВЧ (токи высокой частоты), вызывая увеличение ее длины на величину тепловой деформации (+Δl_в1). При этом обеспечивают соотношение длин ножки l_H2 и вставки l_в2 после их соответственно охлаждения и нагрева, при котором

l_в2-l_H2=(Δl_H+Δl_в).

Затем вставку размещают в отверстии 3 ножки, развальцовывают ее концы, обеспечивая полное заполнение образованных фасками шириной С конических углублений 4 по концам сквозного отверстия материалом вставки (фиг. 5), и доводят температуру материалов ножки и вставки до температуры начальной стадии, вызывая тем самым создание в ножке сжимающих усилий F_сж, вызванных как уменьшением длины вставки, так и удлинением ножки, чему способствуют развальцованные концы 5 вставки.

В имплантированном состоянии (фиг. 6), наличие в костной ткани мягких участков (спонгиозных костных образований), прилегающих к кортикальной кости, способствует созданию в процессе движения человека изгибающего момента М, вызывающего угловые смещения верхней части чашки эндопротеза относительно ножки, т.е. изгибную деформацию ножки, что может приводить ее поломке (фиг. 7). Наличие в ножке 1 вставки 2, являющейся, по - существу, упругим элементом (круглой стержневой пружиной), сохраняющей свою целостность, позволяет извлечь отделившийся фрагмент ножки без сложных хирургических процедур, негативно отражающихся на состоянии здоровья пациента.

Способ повышения изгибной жесткости ножки эндопротеза тазобедренного сустава с продольным сквозным отверстием, имеющим фаски на концах, отличающийся тем, что используют снабженную фасками цилиндрическую стержневую вставку, ножку предварительно охлаждают, вызывая уменьшение длины, размещают в отверстии цилиндрическую стержневую вставку, которую предварительно нагревают, вызывая увеличение ее длины, развальцовывают концы вставки, обеспечивая ее фиксацию в отверстии ножки, доводят температуру ножки и вставки до первоначальной температуры, способствуя появлению в материале ножки растягивающих, а в материале вставки сжимающих осевых напряжений, и создают тем самым в материале ножки суммарное сжимающее напряжение, повышающее плотность структуры материала в осевом направлении и повышение изгибной жесткости, при этом установленная в сквозном отверстии предварительно растянутая цилиндрическая вставка зафиксирована от перемещения в осевом направлении с помощью утолщений по концам, беззазорно размещенных в конических полостях, образованных фасками сквозного отверстия ножки.