Закрытый эндопротез тазобедренного сустава

Закрытый эндопротез тазобедренного сустава

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в ортопедии и травматологии при лечении травм, заболеваний и повреждений тазобедренного сустава.

В медицинской технике известны конструкции эндопротезов тазобедренного сустава, например, фирмы "MATHIS" (Австрия. Mathys Orthopädie GmbH, 2351 Wiener Neudorf. Info.at@mathysmedical.com), а также фирмы "BiContact"" (ООО "Б. Браун Медикал Украина", www.bbraun.ua), характеризующиеся наличием ножки, головки, вкладыша и чашки.

Недостаток указанных конструкций заключается в открытом исполнении шаровой пары (головка-вкладыш), плохой ее смазываемости, что приводит к износу, уменьшению срока службы, а также попаданию частиц износа в организм человека.

В качестве прототипа заявляемого изобретения по конструкции и принципу функционирования принята конструкция эндопротеза тазобедренного сустава "Мотор Сич ЭТБС" (www.tnp.motorsich.com), содержащего ножку, чашку, вкладыш и головку.

Недостаток данной конструкции заключается в плохой смазываемости открытого шарового подвижного соединения "головка-вкладыш", воспринимающего основную ударно-динамическую нагрузку при ходьбе, что приводит к износу головки и вкладыша, а следовательно, к снижению срока службы эндопротеза. Кроме того, образующиеся вследствие износа твердые фракции (титан, хирулен, сапфир, керамика, нержавеющая сталь) попадают в мышечные ткани человека, вызывая вредные тканевые реакции (воспаления), а также негативно влияют на работу как первичных, так и ревизионных эндопротезов.

Признаками прототипа, которые совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения, являются наличие ножки клиновидной формы с конусом (шейкой), чашки, вкладыша и сферической головки, образующей со сферической полостью вкладыша шаровую пару трения.

Причиной, которая препятствует обеспечению прототипом необходимого положительного результата, заключающегося в повышении срока службы эндопротеза, улучшении качества жизни пациента вследствие отдаления срока проведения ревизионной операции по замене эндопротеза, является конструктивный недостаток шарового подвижного соединения открытого исполнения.

Задача, которая решается заявляемым изобретением, заключается в создании закрытой зоны размещения и работы шарового соединения, которая способна удерживать искусственную смазку и исключать попадание продуктов износа шарового соединения в организм человека.

Для решения поставленной задачи в существующей конструкции тазобедренного эндопротеза, содержащей ножку клиновидной формы с конусом, сферическую головку, чашку в виде полусферы и вкладыш со сферической открытой наружу полостью под сферическую головку, торец вкладыша снабжен наружным кольцевым выступом, между вкладышем и ножкой размещена коническая упругая тонкостенная гофрированная оболочка, один из концов которой большего диаметра армирован кольцом, образующим с торцом и кольцеобразным выступом вкладыша радиально-упорный подшипник скольжения, а другой конец меньшего диаметра армирован кольцом с внутренним коническим отверстием, образующим с конусом ножки неподвижное герметичное соединение, причем на соприкасающихся цилиндрических поверхностях выступа вкладыша и армирующего кольца выполнены кольцевые канавки сферической формы, в которых помещено разрезное упругое стопорное кольцо круглого поперечного сечения. Полость оболочки заполнена жидкой биоинертной субстанцией, содержащей наночастицы углерода, способствующие уменьшению трения в шаровом подвижном соединении головки и вкладыша.

Между совокупностью заявляемых признаков изобретения и техническими результатами, которые обеспечиваются предлагаемым изобретением, существует причинно-следственная связь, заключающаяся в том, что, во-первых, подвижное шаровое соединение вкладыша и головки размещено в закрытой полости охватывающей его гофрированной конической оболочки, способной удержать искусственную смазку, способствующую уменьшению трения, а следовательно, и износа элементов шарового соединения, а во-вторых, продукты износа в виде твердых фрагментов материалов головки и вкладыша удерживаются в закрытой полости оболочки и не попадают в организм человека, что исключает необходимость их удаления из тканей организма при проведении ревизионной операции по замене эндопротеза, т.к. они, попадая в шаровое соединение ревизионного эндопротеза, будут вызывать его повышенный износ.

На фиг. 1 показана конструкция закрытого эндопротеза тазобедренного сустава в разрезе; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - механизм фиксации гофрированной оболочки на вкладыше.

Закрытый эндопротез состоит из ножки клиновидной формы 1 с конусом 2, на которой по посадке с натягом закреплена сферическая головка 3, размещенная в сферической полости вкладыша 4, который, в свою очередь, установлен в сферической полости чашки 5, снабженной отверстиями 6, и закреплен в ней без возможности проворота с помощью выступов 7 трапецеидальной формы (фиг. 2). Шаровое соединение, образованное сферической головкой 3 и вкладышем 4, изолировано от организма человека с помощью конической упругой оболочки с горизонтальными гофрами 8, края отверстий которой армированы кольцами. Кольцо 9 большего диаметра образует с торцовой поверхностью S₁ и цилиндрической поверхностью S₂ кольцевого выступа 10 вкладыша 3 радиально-упорный подшипник скольжения, а кольцо 11 меньшего диаметра с внутренним коническим отверстием образует с конусом 2 ножки неподвижное герметичное соединение с натягом. Кольцо 9 зафиксировано от перемещения в осевом направлении относительно выступа 10 вкладыша 3 с помощью упругого разрезного стопорного кольца 12, размещенного в кольцевых канавках сферической формы, выполненных на обращенных друг к другу цилиндрических поверхностях кольцевого выступа 10 и кольца 9 (фиг. 3).

Наружный диаметр стопорного кольца 12 в свободном состоянии D_н.к принимается равным (D_в+0,5d), а диаметр сферической кольцевой канавки D_с.к на внутренней цилиндрической поверхности армирующего кольца 9 гофрированной оболочки 8 равен (D_в-0,5d), где D_в - наружный диаметр выступа 10; d - диаметр поперечного сечения кольца 12.

В собранном состоянии эндопротеза стопорное кольцо 12 прижато к поверхности кольцевой канавки на армирующем кольце 9 кольцевыми силами, создаваемыми энергией, накопленной в стопорном кольце при его сжатии, и способно вращаться вместе с армирующим кольцом 9 относительно выступа 10 вкладыша 4, создавая с кольцевой канавкой последнего лабиринтное уплотнение.

Внутренняя полость 13 гофрированной оболочки 8 заполнена жидкой биоинертной субстанцией, содержащей наночастицы углерода, например фуллереном С₆₀ (Чурилов Г.Н. Фуллерены: Синтез и теория образования. / Г.Н.Чурилов, Н.В. Булина, А.С.Федоров; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. - 230 с.). Предотвращение утечек жидкой субстанции (фуллерена) из нижней части обеспечивается плотной посадкой (притиркой) армирующего кольца 11 на конус 2, а утечки через радиально-упорный подшипник скольжения в верхней части - постоянным поджатием армирующего кольца 9 к поверхности скольжения S₁ силами, создаваемыми предварительно деформированным в осевом направлении упругой гофрированной конической оболочкой и лабиринтным уплотнением, образованным стопорным кольцом 12 с кольцевой канавкой на выступе 10 вкладыша 4.

В процессе операции ножка 1 устанавливается и фиксируется за счет своей клиновидной формы в канал бедренной кости, а чашка 5 (вертлужный компонент) устанавливается в вертлужной впадине тазовой кости и фиксируется с помощью спонгиозных винтов, для чего в чашке предусмотрены отверстия 6.

Затем в кольцевую канавку выступа 10 вкладыша 4 устанавливается стопорное кольцо 12, на конус 2 ножки надевается коническая гофрированная оболочка 8, которая фиксируется на нем с помощью конуса армирующего кольца 11, полость оболочки заполняется жидкой биоинертной субстанцией, головка 3 защелкивается в сферическую полость вкладыша 4, армирующее кольцо 9 оболочки 8 надвигается на выступ 10 вкладыша до упора в поверхность S₁ и защелкивания стопорного кольца 12 в кольцевую канавку армирующего кольца 9.

При ходьбе сферическая головка 3 с ножкой 1 совершает относительно оси чашки 5 с вкладышем 4 угловые перемещения γ, деформируя (изгибая) гофрированную оболочку, и вращательное движение вместе с оболочкой и верхним армирующим кольцом 9 на угол φ. Жидкая субстанция, захватываемая поверхностью головки, переносится ею в зону контакта сферических поверхностей, осуществляя их смазку. Ввиду малых величин угловых перемещений при вращении кольца 9 оболочки относительно торцевой поверхности S₁ вкладыша и малых величин нагружения упругими силами оболочки износ радиально-упорного подшипника незначителен по сравнению с износом шаровых поверхностей. Кроме того, жидкая субстанция, попадая в малых количествах в зазоры радиально-упорного подшипника, способствует снижению трения, а следовательно, и его износа.

Использование фуллерена С₆₀ позволяет в 8…10 раз уменьшить коэффициент трения, что приводит к существенному увеличению срока службы эндопротеза (см. Lashneva V.V., Dubok V.A., Tkachtnko Ju.G. Physico-chemical properties of fullerene С₆₀ based coatings // Book of abstract. VIII International Conference - ICHMS' 2003, Sudak, Crimea, Ukraine, 14-0 Sept. 2003 - P. 718-721).

Для изготовления элементов эндопротеза используются традиционные материалы: ножка, чашка, оболочка с армирующими кольцами - титан и титановые сплавы; головка сферическая - керамика, нержавеющая сталь, искусственный сапфир; вкладыш - высокомолекулярный полиэтилен "Chirulen", искусственный сапфир.

Образовавшиеся вследствие износа шарового соединения твердые фракции оседают и удерживаются в нижней части оболочки, не попадают в организм пациента, что позволяет избежать возникновения воспалительных процессов и дополнительных затрат времени на удаление этих частиц из тканей при замене эндопротеза.

Закрытый эндопротез тазобедренного сустава, содержащий ножку клиновидной формы с конусом, сферическую головку, чашку в виде полусферы с вкладышем со сферической открытой наружу полостью под сферическую головку, коническую упругую тонкостенную гофрированную оболочку, размещенную между вкладышем и ножкой, причем полость оболочки заполнена жидкой биоинертной субстанцией, отличающийся тем, что торец вкладыша снабжен наружным кольцевым выступом, один из концов оболочки большего диаметра армирован кольцом, образующим с торцом и кольцеобразным выступом вкладыша радиально-упорный подшипник скольжения, а другой конец меньшего диаметра армирован кольцом с внутренним коническим отверстием, образующим с конусом ножки неподвижное герметичное соединение, причем на соприкасающихся цилиндрических поверхностях выступа вкладыша и армирующего кольца оболочки выполнены кольцевые канавки, в которых размещено разрезное упругое стопорное кольцо круглого сечения, при этом жидкая биоинертная субстанция содержит наночастицы углерода, способствующие уменьшению трения между соприкасающимися подвижными поверхностями головки, армирующего кольца и вкладыша.