CZ307739B6

CZ307739B6 - Kloubní hlavice totálních náhrad kyčelního kloubu

Info

Publication number: CZ307739B6
Application number: CZ2015-948A
Authority: CZ
Inventors: Matej Daniel
Original assignee: ÄŚeskĂ© vysokĂ© uÄŤenĂ technickĂ© v Praze
Priority date: 2015-12-29
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2019-04-10
Also published as: CZ2015948A3

Abstract

Kloubní hlavice totální náhrady kyčelního kloubu sestává ze sférického tělesa (1) pro usazení kloubní hlavice do kloubní jamky (2), zhotovené z polyetylenu či jiného obdobného materiálu a tvořící acetabulární část totální náhrady kyčelního kloubu. Ve sférickém tělese (1) je vytvořen kuželový otvor (3) pro nasazení kloubní hlavice na kuželový krček (4) dříku (5) femorální části totální náhrady kyčelního kloubu, přičemž sférické těleso (1) kloubní hlavice je na své mediální straně opatřeno nejméně jedním povrchovým antisubluxačním vybráním (6), uzpůsobených ke změně posuvu kloubní hlavice v kloubní jamce (2) směrem k jejímu středu vlivem deformace kloubní jamky (2) při zatěžování totální náhrady kyčelního kloubu. Toto povrchové antisubluxační vybrání (6) je přitom tvořeno alespoň jednou rovnou plochou (7) a/nebo tvarovanou plochou (8), přičemž osa tohoto povrchového antisubluxačního vybrání (6) sférického tělesa (1) svírá s osou sférického tělesa (1) směrem mediálně úhel α o velikosti 10 až 50° a hloubka tohoto povrchového antisubluxačního vybrání (6) činí 0,1 až 2 mm.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká kloubní hlavice totálních náhrad kyčelního kloubu, artikulující s kloubní jamkou, zhotovenou z polyetylénu, zejména z polyetylénu s vysokou molekulární hmotností, označovaném jako UHMWPE, či jiného obdobného materiálu.

Dosavadní stav techniky

V současné době existuje řada typů totálních náhrad kyčelního kloubu, které jsou tvořeny femorální a acetabulámí částí. Acetabulámí část je tvořena jamkou, nahrazující původní kloubní jamku, která je kotvena do acetabulámí části pánve, femorální část je pak tvořena dříkem, uzpůsobeným pro ukotvení do kostního kanálu kosti stehenní, a kloubní hlavicí, zapadající do acetabulámí části totální náhrady kyčelního kloubu. Hlavice je sférického tvare a je obvykle opatřena kuželovým otvorem pro nasazení na kuželový krček dříku femorální části, přičemž kuželový otvor v hlavici a kuželový krček dříku vzájemně vytvářejí samosvomé spojení hlavice a krčku.

Jedním z nejčastějších rizik, spojených s operací totální náhrady kyčelního kloubu, které nebylo dosud zcela uspokojivě odstraněno, je nebezpečí luxace, resp. vykloubení totální náhrady. Pokud jde o první vykloubení, je tato komplikace zpravidla řešena opětovným, a to neinvazivním zakloubením totální náhrady bez anestézie, v případě opakování luxace je však nutno v některých případech přistoupit i k reoperaci totální náhrady, což klade značné nároky zejména na pacienta a prodlužuje dobu rekonvalescence. K tak závažným pooperačním komplikacím, jako je takováto luxace totální náhrady, může přitom dojít kdykoli po operaci, a to nejen při kolizi a pádu, ale již například i při běžném usedání na nízkou židli nebo měkké křeslo. Zejména toto nebezpečí pak hrozí v případě, kdy bylo nutno v průběhu operace přistoupit k tzv. dysplastické poloze acetabula.

Pro zabránění vykloubení totální náhrady kyčelního kloubu jsou známé zejména různé úpravy acetabulámích částí totálních náhrad, jako je například řešení dle spisu EP 2 676 635, jehož podstata spočívá v tom, že jamka je tvořena z více částí, které jsou opatřeny soustavou navzájem spolu artikulujících výstupků a drážek a vnější povrch hlavice femorální části náhrady pak opatřen vrchlíkovou prstencovou drážkou, do které zapadá jeden z výstupků na acetabulámí části.

Ze spisu US 2013/231751 je za tímto účelem známé řešení, u něhož je jamka opatřena podpěrným kroužkem hlavice totální náhrady.

Jinými úpravami pro zabránění vykloubení totálních náhrad kyčelního kloubu je jejich opatření dalšími spojovacími a pomocnými díly, jako je například řešení dle spisu WO 2012/163228, jehož podstata spočívá vtom, že pod hlavicí totální náhrady je na jejím krčku uspořádán přídavný prstencový attachment.

V zájmu zamezení dislokace náhrady je rovněž známé použití různých vymezovacích vložek, jako například řešení dle spisu US 2006/2117815, nebo omezujících vložek dle spisu US2004/078083, případně i zámků dle spisu US 6206929.

Ve většině těchto případů se však jedná o poměrně konstrukčně a výrobně složité úpravy jamek acetabulámích částí totálních náhrad kyčelních kloubů, znamenající i zvýšené nároky na operatéra.

- 1 CZ 307739 B6

Z českého spisu 17312 U1 je sice známá poměrně jednoduchá úprava hlavice totální náhrady kyčelního kloubu, která spočívá v tom, že z hlavice jev rozmezí úhlů 20° až 50° od svislé osy odříznut vrchlík, nicméně tato úprava je určena pro optimalizaci rozložení kontaktního tlaku za účelem snížení otěru kloubní jamky. V současné době vzhledem k vývoji nových materiálů pro kloubní jamky, které mají vyšší otěruvzdomost, jako je výše zmíněný síťovaný UHMWPE, je tato úprava hlavic totálních náhrad již zbytečná a není nutno ji provádět.

Různé další úpravy hlavice totální náhrady kyčelního kloubu jsou pak známá ze spisů EP 1475057 AI, EP 2335653 AI, US 2002/0116068 AI a WO 2009/134421 AI. Konkrétně řešení dle spisu EP 1475057 AI se týká cirkulámích drážek o hloubce až 2 mm, vytvořených na hlavici kloubu, které narušují soudržnost mezní vrstvy kapaliny a vytvářejí zásobárnu pro synoviální kapalinu s cílem snížení kontaktní plochy a tření mezi hlavicí a jamkou.

Řešení dle spisu EP 2335653 AI se pak týká parciální protézy, opatřené na své acetabulámí části nebo femorální částí vybráním, sloužícím rovněž jako rezervoár synoviální tekutiny a pro zlepšení hydrodynamického mazání. Toto vybrání je přitom vytvořeno v oblasti nejvyššího zatížení kloubu.

Předmětem řešení dle spisu US 2002/0116068 AI je systém, který zabraňuje luxaci uzamknutím kloubní hlavice v kloubní jamce. Kloubní hlavice za tímto účelem obsahuje vybrání, jehož primárním účelem je umožnění zavedení hlavice do jamky v rotované pozici, přičemž toto vybrání musí být u tohoto řešení umístěno v ose hlavice nebo na hraně jamky.

Podstatou řešení dle spisu WO 2009/134421 AI je uzamykací náhrada, kde jamka kyčelního kloubu přesahuje hemisférickou plochu. Vzhledem k tomu, že při této konfiguraci není možné zavést sférickou hlavici bez deformace jamky, je daná hlavice, podobně jako v případě řešení dle předchozího spisu US 2002/0116068 AI opatřena vybráním, které umožňuje zavedení hlavice pod specifickým úhlem.

Jak je z těchto spisů patrno, podstatnějšího snížení nebezpečí luxace je docíleno pouze u řešení dle spisů US 2002/0116068 AI a WO 2009/134421 AI, nicméně ani tato řešení nejsou z hlediska jejich konstrukčního řešení, použitelnosti a hladkého průběhu operace optimální a zejména neumožňují využití modulárních systémů totálních kloubních náhrad, které mají dle potřeby navzájem zaměnitelné své acetabulámí a femorální části v průběhu chirurgického výkonu podle uvážení operatéra.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody dosavadního známého stavu techniky jsou do značné míry odstraněny kloubní hlavicí totální náhrady kyčelního kloubu, která je tvořena sférickým tělesem pro její usazení do kloubní jamky, zhotovené z polyetylénu či jiného obdobného materiálu a tvořící acetabulámí část totální náhrady kyčelního kloubu, v němž je vytvořen kuželový otvor pro její nasazení na kuželový krček dříku femorální části totální náhrady kyčelního kloubu podle nyní předkládaného vynálezu.

Podstata vynálezu přitom spočívá v tom, že sférické těleso kloubní hlavice je na své mediální straně opatřeno nejméně jedním povrchovým antisubluxačním vybráním, uzpůsobeným ke změně posuvu kloubní hlavice v kloubní jamce směrem k jejímu středu vlivem deformace kloubní jamky při zatěžování totální náhrady kyčelního kloubu. Toto povrchové antisubluxační vybrání je přitom tvořeno alespoň jednou rovnou plochou a/nebo tvarovanou plochou, přičemž osa tohoto povrchového antisubluxačního vybrání svírá s osou sférického tělesa směrem mediálně úhel I o velikosti 10 až 50° a jeho hloubka činí 0,1 až 2 mm.

-2CZ 307739 B6

Řešení dle vynálezu lze použít u kloubních hlavic, zhotovených z nejrůznějších pro tento účel běžně používaných materiálů, jako z nerezavějících ocelí, např. FeNiCr, z různých slitin, např. CoCrMo či TÍ6A14V, případně i z keramiky. Lze je tak operativně dle potřeby použít v patřičné kombinaci s příslušnými ostatními částmi složených totálních náhrad kyčelnich kloubů pro všechny již existující typy těchto náhrad s kloubními jamkami z polyetylénu či jiného obdobného materiálu, podléhajícímu deformaci při zatěžování totální náhrady, a to bez jejich jakýchkoli dalších úprav.

Výhodou tohoto řešení dle vynálezu je skutečnost, že antisubluxačnim vybráním ve sférickém tělese kloubní hlavice, je ve velké míře omezeno nebezpečí vykloubení totální náhrady kyčelního kloubu zejména v takových případech, jako je již výše zmíněná dysplastická poloha acetabula, resp. v případech, kdy není kloubní jamka při operaci umístěna do optimální polohy.

Kromě toho, že antisubluxační vybrání na mediální straně sférického tělesa kloubní hlavice primárně mění směr jejího posuvu v kloubní jamce vlivem deformace kloubní jamky při zatěžování totální náhrady kyčelního kloubu směrem k jejímu středu, může být spojeno i se zvýšením kontaktního tlaku, a to na rozdíl od výše zmiňovaného známého českého spisu 17312 Ul. Změna posuvu kloubní hlavice u řešení dle vynálezu vede překvapivě ke snížení hrany acetabula, tj. k redukci až k úplnému zamezení subluxace s příznivým dopadem na stabilitu kloubu, což bylo ověřeno matematickými modely a řadou experimentů.

Antisubluxační vybrání je vytvořeno ve vnějším povrchu sférického tělesa kloubní hlavice např. frézováním nebo broušením apod., přičemž může být tvořeno i kombinací jak rovné, tak i tvarované, nejlépe kulovité plochy. Nicméně toto antisubluxační vybrání může být samozřejmě vytvořeno i různě složitěji tvarovanými plochami, což je však obvykle výrobně náročnější.

Velikost směru posuvu kloubní hlavice v kloubní jamce je dána velikostí antisubluxačního vybrání ve sférickém tělese kloubní hlavice, vyjádřenou např. poměrem povrchu tohoto antisubluxačního vybrání ke zbývajícímu povrchu sférického tělesa kloubní hlavice, resp. ke kontaktní ploše kloubní jamky a samozřejmě i polohou jamky.

Podstata vynálezu proto spočívá dále vtom, že celková plocha povrchového antisubluxačního vybrání sférického tělesa kloubní hlavice zaujímá s výhodou 10 až 40 % kontaktní plochy kloubní jamky. Co se týče velikosti antisubluxačního vybrání podle vynálezu, lze ho udávat i ve steradiánech, které se pak s výhodou pohybuje od 0,1 do 2,5 sr. Při vyšších hodnotách, resp. rozměrech antisubluxačního vybrání může docházet k narušení kontaktní mechaniky mezi kloubní hlavicí a kloubní jamkou.

Objasnění výkresů

Vynález je dále blíže objasněn výkresy příkladných provedení kloubní hlavice totální náhrady kyčelního kloubu podle vynálezu, kde schematicky znázorňuje:

Obr. 1 - kloubní hlavici v prvním příkladném provedení v příčném řezu

Obr. 2 - kloubní hlavici z obr. 1 v sestavě celé totální náhrady kyčelního kloubu

Obr. 3 - kloubní hlavici ve druhém příkladném provedení v příčném řezu

Obr. 4 - kloubní hlavici ve třetím příkladném provedení v příčném řezu

Obr. 5 - kloubní hlavici ve čtvrtém příkladném provedení v příčném řezu

Obr. 6 - graf závislosti směru posuvu kloubní hlavice v kloubní jamce na cyklu chůze

-3CZ 307739 B6

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Kloubní hlavice totální náhrady kyčelního kloubu v prvním příkladném provedení, sestává dle obr. 1 a obr. 2 ze sférického tělesa 1 pro její usazení do polyetylenové kloubní jamky 2, tvořící acetabulámí část totální náhrady kyčelního kloubu, zhotovené z UHMWPE. Ve sférickém tělese 1 je vytvořen kuželový otvor 3 pro její nasazení na kuželový krček 4 dříku 5 femorální části totální náhrady kyčelního kloubu.

Jak patrno zejména z obr. 1, sférické těleso 1 kloubní hlavice je na své mediální straně opatřeno ve svém vnějším povrchu vytvořeným antisubluxačním vybráním 6. Toto antisubluxační vybrání 6 je tvořeno jednou rovnou plochou 7, zhotovenou ve vnějším povrchu sférického tělesa 1 kloubní hlavice v jeho pravém kvadrantu nad příčnou osou kloubní hlavice broušením. Průměr sférického tělesa 1 kloubní hlavice v tomto konkrétním příkladu provedení je 28 mm, přičemž celková plocha povrchového antisubluxačního vybrání 6 jejího sférického tělesa i zde zaujímá 20 % kontaktní plochy kloubní jamky 2. Osa povrchového antisubluxačního vybrání 6 jejího sférického tělesa 1 v tomto příkladném provedení svírá s osou sférického tělesa 1 úhel a o velikosti 30° a hloubka h povrchového antisubluxačního vybrání 6 sférického tělesa 1 činí 1 mm.

Na obr. 2 je pak šipkami A a B naznačen směr posuvu sférického tělesa 1 kloubní hlavice v kloubní jamce 2, ke kterému dochází při zatěžování totální náhrady kyčelního kloubu vlivem deformace kloubní jamky 2, přičemž šipka B naznačuje stav u stávajících totálních kloubních náhrad kyčelního kloubu, které nejsou antisubluxačním vybráním 6 opatřeny, a šipka A směr posuvu sférického tělesa i kloubní hlavice v kloubní jamce 2 u řešení podle vynálezu. Jak je patrno ze směru šipek A a B, směr šipky B na rozdíl od směru šipky A ukazuje na vysoké riziko luxace.

Snížení rizika luxace je patrné i z grafů na obr. 6. Z tohoto grafu vyplývá cyklus chůze, obsahující fázi stojnou (0 až 0,6 s) a fázi švihnou (0,6 až 1 s), přičemž z hlediska zatížení je důležitá fáze stojná.

Směr posunutí sférického tělesa 1 kloubní hlavice náhrady je určován vzhledem k ose symetrie kloubní jamky 2, přičemž 90° je na hraně kloubní jamky 2 a při úhlu vyšším než 90° dochází k subluxaci. Jednotlivé křivky přitom označují:

a - průběh u strmě naimplantované jamky s původní hlavicí, k subluxaci dochází v 54% cyklu chůze b - průběh u strmě naimplantované jamky s hlavicí dle vynálezu, k subluxaci dochází v 45% v cyklu chůze c- průběh u normálně naimplantované jamky s původní hlavicí, k subluxaci dochází v 6% cyklu chůze d - průběh u normálně naimplantované jamky s hlavicí dle vynálezu, k subluxaci nedochází

Vliv velikosti antisubluxačního vybrání na riziko subluxace je patrný i z následující tabulky kde je jeho velikost udávána ve steradiánech. Jak je z této tabulky patrno, při velikosti antisubluxačního vybrání 6 o hodnotě 2,2 sr, a to zejména při strmé poloze kloubní jamky 2, dochází již ke zvýšení rizika poškození kontaktních povrchů vzhledem k působícímu vysokému maximálnímu tlaku při zatěžování totální náhrady kyčelního kloubu.

-4CZ 307739 B6

		Normální poloha jamky	Strmá poloha jamky i
		Subíuxace		Subiuxace
		v % cyklu	Maximální	v % cyklu	Maximální i
		chůze	tlax v MPa	chůze	tlak v MPa i
Původní
hlavice		6%	6,5	54%	133
	0,1 sr	3%	6,4	54%	13,3 !
l· . < 1 Velikost	0,4 sr	Q%	6,5	50%	134
; vybrání	0,8 sr	0%	7,5	45%	13,3
i (prostorový
uhel	1,5 sr	0%	11,4	44%	21,3
i kulového
; vrchlíku)	2,2 sí	0,00%	26,6	48%	49,5

Příklad 2

Kloubní hlavice totální náhrady kyčelního kloubu ve druhém příkladném provedení, sestává dle obr. 3 rovněž jako v příkladu 1 ze sférického tělesa 1, v němž je vytvořen kuželový otvor 3 pro její nasazení na zde již neznázoměný kuželový krček 4 dříku 5 femorální části totální náhrady kyčelního kloubu.

Jak je z obr. 3 patrno, antisubluxační vybrání 6 je zde na rozdíl od příkladu 1 vytvořeno v podobě široké drážky o šířce 12 mm a hloubce 1 mm, ohraničené celkem dvěma bočními a jednou rovnou plochou 7, které jsou zhotoveny ve vnějším povrchu sférického tělesa 1_ kloubní hlavice frézováním, přičemž hrany drážky je vhodné opatřit zaoblením.

Plocha tohoto povrchového antisubluxačního vybrání 6 sférického tělesa 1 zde zaujímá 10 % kontaktní plochy kloubní jamky 2.

Osa povrchového antisubluxačního vybrání 6 jejího sférického tělesa 1_ v tomto příkladném provedení svírá s osou sférického tělesa 1 úhel a o velikosti 20°.

Příklad 3

U kloubní hlavice ve třetím příkladném provedení, zobrazeném na obr. 4, je antisubluxační vybrání 6 v jejím sférickém tělese 1 na rozdíl od rovných ploch 7 v předchozích příkladech provedení tvořeno tvarovanou plochou 8 v podobě zahloubeného kulového vrchlíku o poloměru 28 mm a hloubce zahloubení 2 mm. Plocha povrchového antisubluxačního vybrání 6 sférického tělesa 1 kloubní hlavice zde zaujímá 30 % kontaktní plochy kloubní jamky 2.

Osa povrchového antisubluxačního vybrání 6 jejího sférického tělesa 1 v tomto příkladném provedení svírá s osou sférického tělesa 1 úhel a o velikosti 50°.

-5CZ 307739 B6

Příklad 4

U kloubní hlavice ve čtvrtém příkladném provedení, zobrazeném na obr. 5, je antisubluxační vybrání 6 na mediální straně jejího sférického tělesa 1 tvořeno soustavou tvarovaných ploch 8 v podobě kulovitých zahloubení o poloměru 1,5 mm a hloubce zahloubení 0,2 mm. Celková plocha takto vytvořeného povrchového antisubluxačního vybrání 6 sférického tělesa 1 zde zaujímá 40 % kontaktní plochy kloubní jamky 2.

Osa povrchového antisubluxačního vybrání 6 sférického tělesa 1 v tomto příkladném provedení prochází středem plochy, na níž je soustava tvarovaných ploch 8 vytvořena, přičemž svírá s osou sférického tělesa 1_ úhel a o velikosti 40°.

Změna směru posuvu sférického tělesa 1 kloubní hlavice v kloubní jamce 2 je u obou příkladů 2 a 3 obdobná jako u kloubní hlavice v prvním příkladném provedení, tj. jako na obr. 2.

Ve všech případech je v průběhu operace samozřejmě důležité kloubní hlavici 1 na kuželovém krčku 4 již implantovaného dříku 5 svým antisubluxačním vybráním 6 orientovat mediálním směrem.

Průmyslová využitelnost

Řešení dle vynálezu je určeno pro totální náhrady kyčelního kloubu všech typů s kloubními jamkami, zhotovenými z polyetylénu či jiného obdobného materiálu, a to jak u náhrad cementovaných, tak i necementováných nebo hybridních, a lze jej případně využít i u kloubních hlavic endoprotéz ramenního kloubu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Kloubní hlavice totální náhrady kyčelního kloubu, sestávající ze sférického tělesa (1) pro její usazení do kloubní jamky (2), zhotovené z polyetylénu či jiného obdobného materiálu a tvořící acetabulámí část totální náhrady kyčelního kloubu, v němž je vytvořen kuželový otvor (3) pro nasazení sférického tělesa (1) kloubní hlavice na kuželový krček (4) dříku (5) femorální části totální náhrady kyčelního kloubu, vyznačující se tím, že sférické těleso (1) kloubní hlavice je na své mediální straně opatřeno nejméně jedním povrchovým antisubluxačním vybráním (6), uzpůsobeným ke změně posuvu kloubní hlavice v kloubní jamce (2) směrem k jejímu středu vlivem deformace kloubní jamky (2) při zatěžování totální náhrady kyčelního kloubu, které je tvořeno alespoň jednou rovnou plochou (7) a/nebo tvarovanou plochou (8), přičemž osa tohoto povrchového antisubluxačního vybrání (6) svírá s osou sférického tělesa (1) směrem mediálně úhel a o velikosti 10 až 50° a hloubka tohoto povrchového antisubluxačního vybrání (6) činí 0,1 až 2 mm.

2. Kloubní hlavice totální náhrady kyčelního kloubu podle nároku 1, vyznačující se tím, že celková plocha povrchového antisubluxačního vybrání (6) jejího sférického tělesa (1) zaujímá 10 až 40 % kontaktní plochy kloubní jamky (2).