close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 07367

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7367
(13) C1
(19)
(46) 2005.09.30
(12)
7
(51) A 61F 2/32
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ЭНДОПРОТЕЗ ТАЗОБЕДРЕННОГО СУСТАВА
(21) Номер заявки: a 20011134
(22) 2001.12.28
(43) 2003.06.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем
им. В.А.Белого НАН Беларуси (BY)
(72) Авторы: Пинчук Леонид Семенович;
Цветкова Елена Александровна;
Николаев Владимир Иванович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение Институт механики металлополимерных систем
им. В.А.Белого НАН Беларуси (BY)
(56) SU 1648445 A1, 1991.
RU 2082356 C1, 1997.
JP 01300949 A, 1989.
EP 0615733 A1, 1994.
RU 2138226 C1, 1999.
RU 2160072 C1, 2000.
US 5092898 A, 1992.
JP 04341258 A, 1992.
EP 0481855 A1, 1992.
FR 2707479 A1, 1995.
BY 7367 C1 2005.09.30
(57)
Эндопротез тазобедренного сустава, содержащий закрепляемую в вертлужной впадине чашку, в которой расположена шаровая головка, установленная на фиксируемой в бедренной кости изогнутой ножке, и шарики, отличающийся тем, что между головкой и
чашкой установлен контактирующий с ними полимерный вкладыш со сферической полостью, сопряженной с головкой, во вкладыше по оси, расположенной во фронтальной
плоскости тела человека с имплантированным эндопротезом и проходящей через центр
головки, выполнено цилиндрическое отверстие, в котором по подвижной посадке установлена металлическая вставка, контактирующая с чашкой и образующая с головкой зазор,
Фиг. 1
BY 7367 C1 2005.09.30
в котором находятся шарики, зафиксированные с возможностью вращения в углублениях,
выполненных во вставке, и контактирующие с головкой и вставкой.
Изобретение относится к области медицинской техники, изделия которой применяются в травматологии и ортопедии, в частности к созданию искусственных тазобедренных
суставов, имплантируемых человеку.
Типичная конструкция эндопротеза тазобедренного сустава [1] включает вертлужный
и тазовый компоненты. Первый из них состоит из металлической чашки, закрепляемой (с
помощью резьбы, винтов или костного цемента) в вертлужной впадине, и установленного
в чашке полимерного (сверхвысокомолекулярный полиэтилен, СВМПЭ) вкладыша, снабженного сферической полостью. Бедренный компонент, имеющий вид металлического
стержня специальной конфигурации, фиксируют (с помощью костного цемента или без
него) в костно-мозговом канале бедренной кости. На шейке, укрепленной на верхнем конце стержня, установлена шаровая головка из металла или керамики. После имплантации
эндопротеза она входит в сферическую полость вкладыша, образуя с ним подвижное сопряжение.
Вертлужный компонент эндопротеза тазобедренного сустава [2] имеет конструкцию,
аналогичную приведенной выше. Ее особенность состоит в регулировании плотности посадки вкладыша в чашку. Наружный размер вкладыша и размер сопряженной с ним полости в чашке таковы, что вставить первый во вторую можно только после охлаждения
вкладыша ниже температуры человеческого тела. В процессе эксплуатации при этой температуре вкладыш оказывается закрепленным в чашке за счет теплового расширения полимера.
Недостатки конструкций [1] и [2] порождены низкой износостойкостью пары головка полимерный вкладыш. При работе имплантированного эндопротеза преобладает усталостное изнашивание вкладыша, которое сопровождается выкрашиванием с поверхности
трения полимерного слоя толщиной 10-40 мкм. Поэтому скорость изнашивания металлополимерных эндопротезов тазобедренного сустава составляет в среднем 0,2 мм/год. Интенсивное изнашивание вкладышей обусловливает недопустимо малые сроки между
первичной и повторной (ревизионной) операциями эндопротезирования.
Более высокой износостойкостью характеризуется протез вертлужной впадины [3] с
парой трения керамика - керамика. Шаровая головка бедренного компонента эндопротеза
образует подвижное сопряжение со вкладышем, выполненным в виде кольца, снабженного внутренней сферической поверхностью.
Недостатки этой конструкции: присущая керамическим деталям хрупкость; высокая
жесткость соединения головка - вкладыш, практически не демпфирующего ударные нагрузки на эндопротез; как следствие, недостаточная комфортность искусственного сустава
и повышенная вероятность хрупкого разрушения кольца, что может привести к непредсказуемым последствиям.
Прототипом изобретения является эндопротез тазобедренного сустава [4]. Он содержит
чашку, в которой расположена шаровая головка, закрепленная на изогнутой ножке, фиксируемой в костно-мозговом канале бедренной кости. Между сопряженными поверхностями чашки и головки имеется зазор, в который помещены шарики. Они зафиксированы
в углублениях, выполненных в головке таким образом, что все шарики находятся в контакте как с дном углублений, так и с внутренней поверхностью чашки.
Недостатки прототипа:
повышенная жесткость эндопротеза;
высокие контактные напряжения на площадках контактирования шариков и головкой,
и чашкой;
трудность смазывания траекторий контактирования шариков с чашкой;
необходимость выполнения чашки из высокопрочного износостойкого материала.
2
BY 7367 C1 2005.09.30
Задачи, на решение которых направлено изобретение:
1) демпфирование эндопротезом ударных нагрузок;
2) снижение напряжений на площадках контакта шариков с головкой;
3) подача в зону трения эндопротеза смазочных физиологических жидкостей организма;
4) устранение контакта шариков с чашкой;
5) повышение износостойкости эндопротеза.
Поставленная задача решается тем, что известная конструкция эндопротеза тазобедренного сустава, состоящего из закрепляемой в вертлужной впадине чашки, в которой с
зазором расположена шаровая головка, установленная на фиксируемой в бедренной кости
изогнутой ножке, и шариков, которые помещены в зазор, зафиксированы в углублениях,
выполненных в головке, и контактируют с головкой и чашкой, имеет новые элементы и
характеризуется их новым взаимодействием. Между головкой и чашкой помещен контактирующий с ними и имеющий новую конструкцию полимерный вкладыш со сферической
полостью, сопряженной с головкой. Во вкладыше по оси, которая расположена во фронтальной плоскости тела человека с имплантированным эндопротезом и проходит через
центр головки, выполнено цилиндрическое отверстие. В нем по подвижной посадке установлена металлическая вставка, контактирующая с чашкой и образующая зазор с головкой. В зазоре находятся металлические шарики, которые зафиксированы с возможностью
вращения в углублениях, выполненных во вставке, и контактируют с головкой и вставкой.
Количество шариков, находящихся в зазоре между головкой и вставкой, и расположение углублений под них на обращенной к головке поверхности чашки выбирают в зависимости от массы и физической активности пациента.
Сущность изобретения состоит в следующем. Во-первых, контакт металлических шариков и головки воспринимает значительную часть нагрузки на искусственный сустав.
Благодаря этому снижается давление в подвижном сопряжении головка - полимерный
вкладыш. Это приводит к увеличению износостойкости и технического ресурса вкладыша, который демпфирует ударные нагрузки, обеспечивая податливость эндопротеза. Вовторых, благодаря возможности поворота вставки во вкладыше и равномерному распределению нагрузки между шариками уменьшается вероятность образования бороздок износа на головке. В-третьих, точечный контакт шариков и головки обусловливает низкое
трение в искусственном суставе. Таким образом, предложенная конструкция соединяет
достоинства износостойкого эндопротеза с парой трения металл-металл и "мягкого" эндопротеза с парой полимер-металл.
Примеры предложенной конструкции эндопротеза тазобедренного сустава приведены
на фиг. 1, где изображено поперечное сечение имплантированного эндопротеза во фронтальной анатомической плоскости, и на фиг. 2, где показан вид по стрелке А на торец
вставок различной конструкции.
Эндопротез тазобедренного сустава (фиг. 1) состоит из вертлужного и бедренного компонентов. В состав вертлужного компонента входят металлическая (титановый сплав, нержавеющая сталь, сплав Co-Cr-Mo и др.) чашка 1 и полимерный (СВМПЭ) вкладыш 2.
Чашка с помощью зубьев 3 специальной конфигурации закреплена в тазовой кости 4. Бедренный компонент состоит из металлической ножки 5, на которой посредством шейки 6
зафиксирована шаровая (диаметр - D) головка 7, выполненная из металла. Ножка закреплена в костно-мозговом канале бедренной кости 8. При имплантации эндопротеза головка 7
входит в подвижный контакт со вкладышем 2. Во вкладыше по оси, расположенной во
фронтальной плоскости тела человека внутри центрального угла α между вертикальной
осью шейки 6, установлена выполненная из металла цилиндрическая вставка 9. Она имеет
диаметр d < D и упирается в чашку 1 и буртик 10 во вкладыше 2. В зазоре 11 между вставкой 9 и головкой 7 находятся металлические шарики 12. Они зафиксированы с возможностью
вращения в углублениях, выполненных во вставке. Высота h углублений такова, что шарики
контактируют одновременно с головкой и вставкой. В чашке 1 и вкладыше 2 выполнены
соосные каналы 13, соединяющие вертлужную впадину и зазор в паре трения эндопротеза.
3
BY 7367 C1 2005.09.30
На фиг. 2 показано, что количество шариков 12 и их расположение в углублениях на
торце вставки 9 могут быть различными. На фиг. 2а показана конструкция с тремя шариками, расположенными на равных расстояниях г от центра вставки под углами 120° друг
от друга; на рис. б - симметричное расположение четырех шариков относительно центрального пятого; на рис. в - то же, но шести шариков относительно центрального седьмого.
Эндопротез работает следующим образом.
При нагружении искусственного сустава вкладыш 2 и цилиндрическая вставка 9 (посредством шариков 12) передают нагрузку на головку 7. При отведении-приведении бедра
в сторону или вперед головка вращается со вкладышем и шариками. В результате полная
нагрузка на сустав распределяется между парой скольжения "головка-вкладыш" и парой
вращения "головка-шарики". Поэтому самое слабое звено эндопротеза - полимерный
вкладыш - в значительной мере разгружается и скорость его изнашивания замедляется, что
увеличивает технический ресурс эндопротеза in vivo. Опора качения "головка-шарики"
обеспечивает низкое трение в эндопротезе. Благодаря вращению вставки 9 во вкладыше 2
при оптимальном (по критериям массы и двигательной активности больного) количестве
шариков на головке не образуются бороздки износа. Оптимальное распределение нагрузки
между парами трения скольжения и качения определяется соотношением d/D и углом β,
под которым ось вставки 9 расположена относительно вертикальной оси. Мах нагрузки на
эндопротез действуют в направлениях по вертикали и по оси шейки 6. Поэтому наиболее
благоприятное расположение вставки соответствует условию β < α. Критерием оптимальности конструкции является равенство скоростей изнашивания пар скольжения и качения.
Важное достоинство такого решения состоит в демпфировании ударных нагрузок на эндопротез полимерным вкладышем 2, в то время как основная нагрузка будет восприниматься износостойкой парой качения, обеспечивающей низкое трение. По каналам 13,
соединяющим вертлужную впадину и зазоры в подвижном соединении компонентов протеза, в зону трения поступает синовиальная жидкость и другие физиологические жидкости
организма, обеспечивая смазывание пары трения.
Равномерность смазки реализуется благодаря вращению головки 7 во вкладыше 2 и
вставки 9 относительно вкладыша.
Наличие в конструкции эндопротеза множества зазоров и полостей, сообщающихся с
зоной операционной раны, позволяет использовать их как емкости для лекарственных
средств, например активаторов свертывания крови, антибиотиков и других препаратов,
ускоряющих заживление операционной раны.
Технология изготовления предложенного эндопротеза не содержит операций повышенной сложности и может быть реализована на предприятиях, выпускающих медицинскую технику.
Эндопротез предложенной конструкции предназначен для использования в травматологии
и ортопедии при оперативном лечении тазобедренных суставов, имеющих травматические
повреждения и дегенеративно-дистрофические изменения.Источники информации:
Источники информации:
1. Проспект фирмы PROTEK AG. - Берн, 1984. - С. 19.
2. Заявка РФ 96109082, МПК А 61F 2/34, 1997.
3. Патент Франции 2706284, МПК А 61F 2/34, 1994.
4. Патент РФ 1648445, МПК А 61F 2/32, 1991 (прототип).
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности. 20034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
85 Кб
Теги
07367, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа