close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10179

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.02.28
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
A 61F 2/38
ЭНДОПРОТЕЗ КОЛЕННОГО СУСТАВА
(21) Номер заявки: a 20041064
(22) 2004.11.19
(43) 2006.06.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт механики
металлополимерных систем имени
В.А.Белого Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Пинчук Леонид Семенович;
Цветкова Елена Александровна; Сементовская Елена Аркадьевна; Николаев Владимир Иванович; Алипчиков
Сергей Михайлович; Урецкий Валерий Борисович; Скакун Павел Григорьевич; Белоенко Евгений Дмитриевич (BY)
BY 10179 C1 2008.02.28
BY (11) 10179
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт механики металлополимерных систем имени
В.А.Белого Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(56) US 2004/0002767 A1.
FR 2839649 A1, 2003.
FR 2837093 A1, 2003.
EP 1354571 A1, 2003.
RU 2114580 C1, 1998.
RU 2204359 C2, 2003.
SU 1061811 A, 1983.
US 5413604 A, 1992.
US 5782925 A, 1998.
US 4081866, 1978.
US 4257129, 1981.
(57)
1. Эндопротез коленного сустава, состоящий из бедренного компонента в виде скобы,
закрепляемой на подготовленном торце бедренной кости и имеющей выпуклую контактную поверхность с переменным радиусом кривизны, берцового компонента, который
представляет собой пластину с конической ножкой, закрепляемой в костно-мозговом канале большеберцовой кости, и зафиксированной на пластине менискового компонента,
который выполнен в виде плиты, снабженной на верхнем торце вогнутой поверхностью
трения, конгруэнтной контактной поверхности скобы, отличающийся тем, что на плиту
Фиг. 7
BY 10179 C1 2008.02.28
надет по свободной посадке тонкостенный цилиндр, по нормали к верхнему торцу которого внутрь тонкостенного цилиндра прикреплена лента, имеющая в плане форму медиального и латерального менисков коленного сустава, а в поперечном сечении - форму
криволинейного треугольника, широкая сторона которого закреплена на тонкостенном
цилиндре, а острие входит в зазор между краями контактных поверхностей скобы и плиты.
2. Эндопротез по п. 1, отличающийся тем, что лента выполнена из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
3. Эндопротез по п. 1, отличающийся тем, что лента выполнена из композиционного
материала на матрице из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, армированной волокнистым углеродным каркасом.
4. Эндопротез по п. 3, отличающийся тем, что армирующий ленту каркас выполнен
из металлического материала.
5. Эндопротез по пп. 3-4, отличающийся тем, что матрица из сверхвысокомолекулярного полиэтилена вся или в поверхностном слое ленты переведена в состояние студня, а в
микропорах студня находится жидкость, выбранная из ряда: синовиальная жидкость, заменитель синовиальной жидкости, лекарственное средство, способствующее заживлению
операционной раны и обладающее хорошей смазочной способностью.
Изобретение относится к разработке вживляемых в тело человека искусственных коленных суставов.
Эндопротезы - механические приспособления, имплантируемые в тело человека взамен отсутствующих органов и частей тела. Эндопротезирование суставов - современный
эффективный метод восстановления подвижности суставов путем их полной или частичной замены эндопротезами.
Эндопротезы коленного сустава (ЭКС) подразделяют на четыре конструктивных типа санные, петлевые, ротационные и комбинированные. Санные ЭКС наиболее просты по
конструкции. Они моделируют конфигурацию поверхности трения естественного коленного сустава и обеспечивают взаимное скольжение с качением бедренного и большеберцового (далее - берцового) компонентов эндопротеза в сагиттальной плоскости.
Санный эндопротез "ENDO-Model", выпускаемый фирмой W. Link GmbH & Co, предназначен для замены одного из мыщелков (медиального или латерального) бедренной
кости и сочлененного с ним участка берцовой кости с овальным углублением (медиальной
гонартроз). Бедренный компонент в виде узкой криволинейной скобы из сплава CoCrMo
крепят на подготовленном для имплантации участке кости с помощью стержней специальной формы. Берцовый компонент в виде пластины фиксируют на торцевом запиле берцовой кости с помощью цемента и/или профильной ножки. В пластине жестко фиксируют
вставку из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Крепление бедренного
компонента может быть выполнено с помощью специального ребра и шурупов [1].
Недостаток такой конструкции состоит в неизбежной и достаточно скорой ревизионной операции по замене частичного ЭКС на полный эндопротез из-за разницы в параметрах трения и изнашивания естественного и искусственного мыщелков.
Классическая конструкция санного ЭКС разработана фирмой "Aesculap", которая выпускает его под торговой маркой "Search®". Бедренный компонент ЭКС имеет вид скобы,
конфигурация и метод крепления которой на подготовленном для имплантации торце
бедренной кости зависят от того, будут ли сохранены в прооперированном суставе крестообразные связки и надколенник. Берцовый компонент выполнен в виде пластины, повторяющей форму плато берцовой кости и снабженной гнездом специальной формы. В
гнездо плотно (со щелчком) помещают деталь трения в виде вставки из СВМПЭ. Пластину крепят на подготовленном торце берцовой кости цементом и шурупами. Для регулируемой фиксации на костях скобу и пластину снабжают профильными ножками, в
2
BY 10179 C1 2008.02.28
которых закрепляют цилиндрические вставки той или иной длины путем посадки на стандартный конус [2].
Недостаток этой модели ЭКС состоит в том, что ее можно применять только при хорошем функциональном состоянии связок коленного сустава и окружающих его мышц.
Для устранения этого недостатка конструкцию санного ЭКС усложняют, например,
путем введения направляющего эксцентрика, который прикреплен к скобе и при ее качении по вставке из СВМПЭ скользит по специальной дорожке во вставке [3]. На дорожке
имеются ограничители, соответствующие крайним положениям коленного сустава при
сгибании-разгибании. Аналогичная конструкция ЭКС [4] предохраняет искусственный
сустав при сгибании-разгибании от смещения из сагиттальной плоскости. Нежелательные
смещения компонентов санного ЭКС предупреждают [5] с помощью выступа на скобе,
который при вращении сустава входит в прорезь берцового компонента. Прорезь оснащена стопором, ограничивающим вращение. В конструкции [6] выступ выполнен на вставке
из СВМПЭ, а прорезь - в скобе.
Недостатки ЭКС [3-6] состоят в существенном усложнении конструкции, которое не
решает окончательно проблему оперирования пациентов с ослабленными связками коленного сустава. В этих случаях усложненные санные эндопротезы при прочих равных условиях не выдерживают конкурунции со стороны других типов ЭКС.
Основная проблема, возникающая при использовании санных ЭКС (как впрочем и
всех эндопротезов суставов), состоит в необходимости снижения скорости изнашивания
подвижного соединения скобы и сопряженной детали трения. С этой целью оптимизируют
взаимное перемещение деталей трения эндопротеза. Патентом [7] защищена оптимальная
геометрия профиля поперечного сечения поверхности трения ЭКС: ее медиальный сагиттальный профиль образован двумя дугами разного радиуса, центры которых лежат на вертикальной оси коленного сустава. В конструкцию [8] введен регулятор траектории
движения скобы. Он выполнен в виде бобышки, которая установлена вертикально в берцовой части эндопротеза и несет оси, перемещающиеся при движении сустава по криволинейным пазам, выполненным в стенах скобы.
Недостатки этих решений состоят в том, что они кардинально не изменяют механизм
изнашивания санного ЭКС. Изнашивание полимерной вставки происходит по усталостному механизму, что предопределяет повышенную скорость изнашивания всех ЭКС.
Прототипом изобретения является модульный (т.е. унифицированный, состоящий из
взаимозаменяемого комплекса деталей) ЭКС [9]. В его состав входят: 1) бедренный компонент в виде закрепляемой на подготовленном торце бедренной кости скобы, выпуклая
поверхность трения которой подобна суставной поверхности бедренной кости и разделена
разрезом в скобе на латеральную и медиальную половины; 2) берцовый компонент в виде
пластины с полой ножкой, укрепляемой в костно-мозговом канале берцовой кости; 3)
компонент, названный менисковым, представляющий собой деталь трения в виде плиты,
укрепленной на пальце, который вставляют в полость ножки бедренного компонента. Поверхность трения менискового компонента конгруэнтна поверхности трения скобы и разделена пазом на медиальную и латеральную половины. В пазу с возможностью
скольжения установлен ползун, несущий шип, который входит в разрез скобы. Контактируя с последней, шип ограничивает перемещения компонентов при сгибании-разгибании
искусственного сустава и стабилизирует его в сагиттальной плоскости.
Недостатки прототипа:
менисковый компонент, несмотря на свое название, является обычной опорной деталью трения, которая ни по конструкции, ни по кинематике взаимодействия с другими компонентами, ни по функциям, выполняемым в составе эндопротеза, не напоминает мениск
естественного сустава;
повышенная скорость изнашивания менискового компонента;
достаточно сложная конструкция эндопротеза обусловливает усложнение хирургической техники его имплантации.
3
BY 10179 C1 2008.02.28
Задачи изобретения:
1) снизить скорость изнашивания эндопротеза;
2) ввести в конструкцию эндопротеза элемент, моделирующий функции мениска естественного синовиального сустава;
3) сохранить традиционную технику хирургического вмешательства, характерную для
имплантации простейшего санного ЭКС.
Поставленная задача достигается тем, что известная конструкция эндопротеза коленного сустава, состоящего из бедренного компонента в виде металлической скобы, которая
снабжена выпуклой контактной поверхностью с переменным радиусом кривизны и закреплена на подготовленном торце бедренной кости, берцового компонента, который представляет собой металлическую пластину с конической ножкой, закрепляемой в костномозговом канале большеберцовой кости, и зафиксированного на пластине менискового
компонента, который выполнен в виде плиты, снабженной на верхнем торце вогнутой поверхностью трения, конгруэнтной контактной поверхности скобы, дополнена новой деталью, изменяющей распределение сил и кинематику контактного взаимодействия деталей в
узле трения эндопротеза. На плиту надета по свободной посадке деталь (искусственный
мениск) в виде тонкостенного, охватывающего плиту цилиндра. По нормали к его верхнему торцу внутрь цилиндра прикреплена лента, имеющая в плане форму медиального и
латерального менисков естественного коленного сустава, а в поперечном сечении - форму
криволинейного треугольника, широкая сторона которого прикреплена к цилиндру, а остри входит в зазор между краями контактных поверхностей скобы и плиты.
Второй вариант изобретения состоит в том, что лента, прикрепленная к цилиндру, выполнена из СВМПЭ.
Третий вариант изобретения предусматривает выполнение ленты из композиционного
материала на матрице из СВМПЭ, армированной волокнистым углеродным каркасом.
Четвертый вариант изобретения закрепляет армирование ленты из СВМПЭ металлическими элементами в виде сетки, фольги или несущей конструкции.
Заключительный пятый вариант предусматривает выполнение ленты по предыдущим
вариантам из СВМПЭ, переведенного в состояние студня целиком или в поверхностном
слое ленты. В микропорах студня находятся синовиальная жидкость, ее заменители или
лекарственные средства (ЛС), способствующие заживлению операционной раны и обладающие хорошей смазочной способностью.
Сущность изобретения состоит в том, что на опорную плиту, воспринимающую основную нагрузку на искусственный сустав, надета полимерная деталь, которая выполняет
в эндопротезе функции мениска естественного коленного сустава. Натуральный мениск
прикреплен наружным краем к капсуле сустава, а его острый край входит в зазор на периферии подвижного сопряжения суставных концов бедренной и берцовой костей. Благодаря
гибкости капсулы, при движениях коленного сустава возможны независимые перемещения
в горизонтальной плоскости медиального и латерального менисков, входящих в подвижное
сопряжение. Искусственный мениск обеспечивает аналогичные перемещения благодаря
эластичности ленты и свободной посадке на плиту тонкостенного легкогодеформируемого
цилиндра. Таким образом, повышается чувствительность искусственного сустава к изменению режимов фрикционного нагружения, на которое он реагирует автоматическим
регулированием площадок контактирования и перераспределением нагрузок в подвижном
сопряжении. Благодаря этому снижается скорость изнашивания эндопротеза. Простота
установки искусственного мениска на плиту и отсутствие деталей, затрудняющих вправление сустава после фиксации компонентов эндопротеза, упрощают хирургическую технику имплантации.
Примеры предложенной конструкции ЭКС приведены на рисунках:
фиг. 1-4 - все основные детали (кроме крепежных) эндопротеза, расположенные в том
порядке, в каком они будут имплантированы в сустав: фиг. 1 - бедренный компонент,
фиг. 2 - берцовый, фиг. 3 - плита, фиг. 4 - искусственный мениск;
4
BY 10179 C1 2008.02.28
фиг. 5 и 6 - поперечные сечения искусственного мениска плоскостями А-А и Б-Б
(плоскости показаны на фиг. 4);
фиг. 7 - вид собранного эндопротеза во фронтальной плоскости;
фиг. 8 - поперечное сечение искусственного мениска, выполненного по варианту 3.
Скоба 1 (бедренный компонент эндопротеза) выполнена с пятью гранями 2 на внутренней поверхности. Это обеспечивает ее жесткую фиксацию на соответствующим образом (с min резекцией) подготовленном торце бедренной кости. Дополнительная фиксация
скобы обеспечивается с помощью пары стержней 3. Выпуклая контактная поверхность 4
скобы имеет переменный радиус кривизны, моделирующий конфигурацию поверхности
трения суставного конца бедренной кости. В задней части скоба снабжена разрезом 5, а
спереди контактная поверхность 4 выполнена с выемкой 6, ось которой расположена в сагиттальной плоскости.
Берцовый компонент эндопротеза состоит из пластины 7, снабженной ножкой 8, фиксируемой в костно-мозговом канале большеберцовой кости. Дополнительную фиксацию
осуществляют с помощью стержней 9. Резьбовое отверстие 10 и пара глухих отверстий 11
служат для крепления на пластине плиты 12.
Плита 12 снабжена на верхнем торце выемками 13, криволинейная поверхность которых конгруэнтна контактной поверхности 4 скобы. Плиту крепят к пластине 7 с помощью
пары выступов (расположенных на нижней плоскости плиты и входящих в отверстия 11)
и винта (вворачиваемого в резьбовое отверстие 10), которые на фиг. 1-4 не показаны. Винт
устанавливают в отверстие 14, снабженное цилиндрическим углублением под головку
винта.
Искусственный мениск выполнен в виде тонкостенного, при монтаже охватывающего
плиту цилиндра 15. По нормали к его верхнему торцу внутрь цилиндра прикреплена лента 16.
В плане она имеет форму медиального и латерального менисков естественного сустава.
Поперечное сечение ленты показано на фиг. 5 и 6.
На фиг. 6 видно, что в сечении искусственного мениска фронтальной плоскостью лента имеет вид криволинейного треугольника, широкая сторона которого прикреплена к цилиндру, а острый край 17 направлен к оси цилиндра. В сечении сагиттальной плоскостью
(фиг. 7) лента имеет меньшую длину, а ее края 18, входящие в разрез 5 и в выемку 6 на
скобе, выполнены закругленными.
На фиг. 7 изображен вид собранного эндопротеза во фронтальной плоскости. Скоба 1
контактирует с плитой 12, которая оперта на пластину 7, с помощью ножки 8 и стержней 9,
зафиксированной в большеберцовой кости. Цилиндр 15 искусственного мениска по свободной посадке надет на плиту 12. Лента 16 острым краем входит в зазоры на периферии
подвижного сопряжения скобы 1 и плиты 12. Благодаря разрезу 5 и выемке 6 на выпуклой
контактной поверхности скобы в центральной зоне области контактирования имеется зазор 19, в который входят закругленные края 18 ленты.
При движении искусственного сустава криволинейная поверхность 4 скобы скользит
по конгруэнтной поверхности выемок 13 плиты, передавая на нее основную нагрузку.
Лента 16 входит в подвижное сопряжение искусственного сустава и защемляется между
скобой и плитой на периферии номинальной площади их контакта. Смещение берцового
компонента эндопротеза относительно бедренного вокруг вертикальной оси обусловливает перераспределение контактных напряжений на поверхностях трения. Свободная посадка цилиндра 15 на плите 12 и гибкость стенок цилиндра в сочетании с эластичностью
ленты 16 обусловливают возможность независимого перемещения участков ленты в зазорах деталей трения. Таким образом, осуществляется автоматическое регулирование площади контакта, распределения по ней давления и скоростей взаимного перемещения
контактирующих деталей эндопротеза. Кинематика перемещения скобы, искусственного
мениска и плиты при движении искусственного сустава подобна кинематике взаимного
перемещения суставных концов бедренной и берцовой костей относительно латерального
и медиального менисков в естественном суставе.
5
BY 10179 C1 2008.02.28
Лента 16 искусственного мениска имеет конфигурацию менисков естественного сустава. Согласно варианту 2 изобретения ее выполняют из СВМПЭ. Такой выбор объясняется, во-первых, эластичностью этого материала, близкой к эластичности хрящевой ткани
естественного мениска коленного сустава, во-вторых - достаточно высокой износостойкостью СВМПЭ и, в третьих - биосовместимостью как самого материала, так и продуктов
его изнашивания, что подтверждено многолетним опытом использования СВМПЭ в эндопротезировании.
Согласно следующему варианту изобретения ленту выполняют в виде композитного
изделия. На фиг. 8 показано поперечное сечение такого искусственного мениска. Цилиндрическая деталь 15, не участвующая в трении, выполнена из эластичного и биосовместимого
силиконового каучука. При ее формовании в качестве закладной детали, помещаемой в
пресс-форму, применена лента 16 композитной структуры. Она снабжена элементами 20
типа ласточкина хвоста, обеспечивающими механическое зацепление ленты и цилиндра.
В структуре ленты имеется углеродный волокнистый каркас 21, расположенный в матрице из СВМПЭ. Достоинства такой конструкции:
повышенная прочность ленты, снижающая вероятность ее разрыва под действием сил,
действующих в искусственном суставе;
уменьшение скорости изнашивания ленты, содержащей антифрикционный и высокопрочный каркас;
образование продуктов изнашивания, "дружественных" к организму, т.к. углеродные
материалы не вызывают реакции отторжения со стороны живых тканей.
Еще один вариант изобретения предусматривает армирование ленты элементами, которые выполнены из биосовместимых металлов (например благородных) или из сплавов,
применяемых в узлах трения эндопротезов - CoCrMo, FeCrNi и др. Эти элементы могут
иметь вид конструкций из фольги или проволоки.
Заключительный вариант изобретения состоит в том, что в лентах перечисленных выше
конструкций СВМПЭ переведен (полностью или в поверхностном слое лент) в состояние
студня, т.е. имеет структуру микропористой матрицы, в порах которой находятся синовиальная жидкость (естественная или искусственная) либо ЛС, ускоряющие заживление операционной раны и обладающие хорошей смазочной способностью. Структура полимерных
студней является неравновесной, поэтому жидкость самопроизвольно (синерезис) или под
действием контактного давления будет выделяться в зону трения эндопротеза, снижая
трение и износ. Выделение ЛС в полость сустава является самым эффективным методом
лечения операционной раны.
Предложенная конструкция ЭКС предназначена для применения в ортопедии при тотальной замене коленного сустава.
Источники информации:
1. Патент FR 2839649, МПК A 61F 2/38, 2003.
2. Патент FR 2837093, МПК A 61F 2/38, 2003.
3. Патент ЕР 1348408, МПК A 61F 2/38, 2003.
4. Патент US 6730128, МПК A 61F 2/38, 2004.
5. Патент СA 2279660, МПК A 61F 2/38, 2000.
6. Патент РФ 2069549, МПК А 61F 2/38, 1996.
7. Патент ЕР 1354571, МПК A 61F 2/38, 2003.
8. Патент РФ 2127096, МПК А 61F 2/38, 1999.
9. Патентная заявка US 2004002767, МПК A 61F 2/38, 2004.
6
BY 10179 C1 2008.02.28
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 8
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
560 Кб
Теги
by10179, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа