RU2300350C2 - Hip joint endoprosthesis - Google Patents

Abstract

FIELD: medicine; traumatic surgery; orthopedics.

SUBSTANCE: endoprosthesis has hollow, head, neck, leg, washer consisting of movable members, separated by gaps one from another; washer is disposed between surface of head and bottom of hollow. Endoprosthesis also has corrugated casing made of resilient material, which casing seals cavity of joint, which cavity is filled with lubricant. Members of washer are made in form of rings, which rings are put one onto another by their flat surfaces making contact one to another by means of surfaces being parallel to edge of hollow. External surfaces of rings are congruent to internal surface of hollow, internal surfaces are congruent to surface of head. Member of washer disposed between poles of head and of hollow is made in form of concave-convex menisci with spherical surfaces disposed concentrically. Top convex surface is congruent to internal surface of hollow and lower one, being concave in center, namely, head; flat edges of meniscus are conjugated with flat ends of ring-shaped member disposed lower. Gaps provide ability of making rocking shifts of members of washer between surfaces of head and of hollow, one relatively other, as well as rotational motions around their own axes. Members of washer and head are sustained in hollow by means if flange with fold, which flange is fixed at edge of hollow by means of air-proof washer. Corrugated casing is attached along end of fold and onto plug of neck. Cavity of casing, filled with lubricant is connected with cavity of joint, formed by capillary spaces, through openings in fold of flange.

EFFECT: improved results of cure; prolonged service life; optimization of bio-mechanical properties of endoprosthesis.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области медицины и используется в травматологии и ортопедии для замещения патологически измененного тазобедренного сустава.The invention relates to medicine and is used in traumatology and orthopedics to replace a pathologically altered hip joint.

Известны различные конструкции эндопротезов тазобедренного сустава, в которых для уменьшения износа трущихся поверхностей головки и впадины используют смазочную жидкость. В эндопротезах тазобедренного сустава [1, 2] смазочная жидкость, депонированная в емкостях базального отдела шейки, посредством плунжера подается к суставной щели по каналам, выполненным в шейке и головке. Оба устройства под базальными отделами шейки имеют амортизаторы, демпфирующие осевые нагрузки на головку в опорную фазу шага, а в одном из этих устройств [2], кроме того, имеется амортизирующая прокладка, размещенная между двумя сферическими, концентрически расположенными чашами впадины.Various designs of hip arthroplasty are known in which a lubricating fluid is used to reduce wear on the rubbing surfaces of the head and cavity. In the endoprosthesis of the hip joint [1, 2], the lubricating fluid deposited in the containers of the basal cervical region is fed through the plunger to the joint space through the channels made in the neck and head. Both devices under the basal sections of the neck have shock absorbers damping axial loads on the head in the supporting phase of the step, and in one of these devices [2], in addition, there is a shock-absorbing pad located between two spherical, concentrically located cavity basins.

Известно, что жесткий металлический корпус ацетабулярного компонента противоречит физиологии вертлужной впадины таза. В процессе нагрузки впадина несколько удлиняется и возвращается в исходное положение в фазу переноса конечности, т.е. жесткая впадина не работает в резонанс с костью вертлужной впадины таза. Поэтому в эндопротезах тазобедренного сустава стали использовать пластичные полиэтиленовые прокладки [3]. Однако по сравнению с другими материалами, используемыми для изготовления эндопротезов, полиэтилен имеет максимальный линейный износ [4]. Поэтому четко наметилась тенденция отказа от комбинированных пар трения жесткий/эластичный материал, в пользу пар трения металл/металл, что уменьшило количество наблюдавшихся случаев асептического расшатывания эндопротезов. От концентрического расположения чаш с амортизирующей прокладкой между ними, также нельзя ожидать дифференцированного распределения нагрузок на впадину в зависимости от положения шейки бедра, начиная от момента перехода к опорной фазе шага и дальнейшего ее углового перемещения до момента перехода к фазе переноса. Кроме того, амортизирующая прокладка подвержена гистерезису и недостаточно долговечна.It is known that the rigid metal casing of the acetabular component contradicts the physiology of the acetabulum of the pelvis. During the load, the depression lengthens somewhat and returns to its original position in the phase of limb transfer, i.e. the hard cavity does not work in resonance with the pelvic acetabulum bone. Therefore, plastic polyethylene gaskets began to be used in hip arthroplasty [3]. However, in comparison with other materials used for the manufacture of endoprostheses, polyethylene has a maximum linear wear [4]. Therefore, there is a clear tendency to abandon combined friction pairs of hard / elastic material, in favor of metal / metal friction pairs, which reduced the number of cases of aseptic loosening of endoprostheses observed. From the concentric arrangement of the cups with a shock-absorbing pad between them, one also cannot expect a differentiated distribution of the loads on the cavity depending on the position of the femoral neck, starting from the moment of transition to the reference phase of the step and its further angular displacement to the moment of transition to the phase of transfer. In addition, the shock-absorbing pad is subject to hysteresis and is not durable enough.

Наиболее близким по своему техническому решению заявляемому является эндопротез тазобедренного сустава [5]. Устройство содержит впадину, головку, отделенную от впадины прокладкой, шейку, вертельный отдел и ножку. Прокладка выполнена двухслойной. Первый слой, закрепленный на дне впадины, изготовлен из упругоэластичного материала микропористой структуры, а второй слой, закрепленный на первом, выполнен в форме полигональных пластин из трибологически устойчивого материала, разделенных между собой капиллярными щелями. Поверхности пластин, прилегающие к первому слою прокладки, конгруэнтны его поверхности, а прилегающие к головке - конгруэнтны поверхности последней. Между внутренним краем торца впадины и буртом шейки размещен, закрепленный на них, упругоэластичный чехол, образующий герметичную полость, заполненную смазочной жидкостью и сообщающуюся через микропоры первого слоя прокладки с капиллярными щелями, разделяющими пластины. Через эти щели смазочная жидкость поступает к трущимся поверхностям.Closest to its technical solution, the claimed is a hip joint endoprosthesis [5]. The device comprises a cavity, a head separated from the cavity by a gasket, a neck, a trochanteric section and a leg. The gasket is double layer. The first layer, fixed at the bottom of the cavity, is made of an elastic material of microporous structure, and the second layer, fixed at the first, is made in the form of polygonal plates of tribologically stable material, separated by capillary slots. The surfaces of the plates adjacent to the first layer of the gasket are congruent to its surface, and adjacent to the head are congruent to the surface of the latter. Between the inner edge of the end of the cavity and the collar of the neck there is an elastic-elastic cover fixed to them, forming an airtight cavity filled with lubricating fluid and communicating through the micropores of the first layer of the gasket with capillary slots separating the plates. Through these slots, the lubricant flows to rubbing surfaces.

Поверхностный слой прокладки, выполненный из полигональных пластин, разделенных между собой капиллярными зазорами, обеспечивает более дифференцированное восприятие и гашение знакопеременных нагрузок, воздействующих на головку при любой фазе шага и при любом положении шейки, а наличие капиллярных щелей обеспечивает равномерное распределение жидкости по всей поверхности головки. Однако в данном устройстве упругоэластичный материал микропористой структуры, выстилающий впадину, подвержен гистерезису с достаточно быстрым понижением функциональных качеств и износом.The surface layer of the gasket, made of polygonal plates separated by capillary gaps, provides a more differentiated perception and damping of alternating loads acting on the head at any phase of the step and at any position of the neck, and the presence of capillary slots ensures uniform distribution of fluid over the entire surface of the head. However, in this device, the elastic material of the microporous structure lining the cavity is subject to hysteresis with a fairly rapid decrease in functional qualities and wear.

Сущность изобретения заключается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения искомого технического результата, а именно: улучшения исходов лечения за счет повышения долговечности устройства благодаря улучшению системы смазывания трущихся элементов и оптимизации биомеханических качеств эндопротеза.The invention consists in a combination of essential features sufficient to achieve the desired technical result, namely: improving treatment outcomes by increasing the durability of the device by improving the lubrication system of the rubbing elements and optimizing the biomechanical qualities of the endoprosthesis.

Эта сущность заключается в том, что эндопротез тазобедренного сустава содержит впадину, головку, шейку, ножку, прокладку, состоящую из подвижных элементов, отделенных друг от друга зазорами, размещенную между поверхностью головки и дном впадины, и гофрированный чехол из упругого материала, герметизирующий полость сустава, заполненную смазочной жидкостью. Элементы прокладки выполнены в виде колец, уложены друг на друга плоскими контактирующими между собой поверхностями, параллельными торцу впадины. Наружные поверхности колец конгруэнтны внутренней поверхности впадины, внутренние - поверхности головки, а элемент прокладки, расположенный между полюсами головки и впадины, выполнен в виде вогнуто-выпуклого мениска со сферическими, концентрически расположенными поверхностями. Верхняя, выпуклая поверхность этого элемента, конгруэнтна внутренней поверхности впадины, а вогнутая в средней части, нижняя поверхность - поверхности головки. Плоские нижние края мениска сопряжены с плоскими краями нижележащего кольцевидного элемента. Зазоры допускают возможность качательных перемещений элементов прокладки между поверхностями головки и впадины, между собой, а также вращательных движений вокруг собственной оси. При этом элементы прокладки и головка удерживаются во впадине фланцем с отбортовкой, закрепленным на торце впадины через герметизирующую прокладку. Гофрированный чехол закреплен по краю отбортовки и на бурте шейки. Полость чехла, заполненная смазочной жидкостью, через отверстия в отбортовке фланца соединяется с полостью сустава, образованной зазорами.This essence lies in the fact that the hip joint implant contains a cavity, a head, a neck, a leg, a gasket consisting of moving elements separated by gaps located between the surface of the head and the bottom of the cavity, and a corrugated cover made of elastic material that seals the joint cavity filled with lubricant. The gasket elements are made in the form of rings, stacked on top of each other with flat contacting surfaces parallel to the end of the cavity. The outer surfaces of the rings are congruent with the inner surface of the cavity, the inner surfaces of the head, and the gasket element located between the poles of the head and cavity is made in the form of a concave-convex meniscus with spherical, concentrically arranged surfaces. The upper, convex surface of this element is congruent to the inner surface of the cavity, and concave in the middle, the lower surface is the surface of the head. The flat lower edges of the meniscus are paired with the flat edges of the underlying ring-shaped element. The gaps allow the possibility of rocking movements of the gasket elements between the surfaces of the head and cavity, between themselves, as well as rotational movements around its own axis. At the same time, the gasket elements and the head are held in the cavity by a flange with a flange mounted on the end of the cavity through a sealing gasket. The corrugated cover is fixed along the edge of the flanging and on the collar of the neck. The cavity of the cover, filled with lubricating fluid, is connected through the holes in the flange flange to the joint cavity formed by the gaps.

Наличие прокладки, выполненной из элементов в форме колец и мениска, расположенных своими плоскостями параллельно торцу впадины, с наружными поверхностями, конгруэнтными внутренней поверхности впадины и внутренними поверхностями, конгруэнтными головке, установленными с зазорами между дном впадины и поверхностью головки, а также между собой, обеспечивает адекватное восприятие знакопеременных динамических нагрузок на головку вне зависимости от фазы шага и положения шейки, а также статических нагрузок.The presence of a gasket made of elements in the form of rings and a meniscus, located with their planes parallel to the end face of the cavity, with external surfaces congruent to the inner surface of the cavity and internal surfaces congruent to the head installed with gaps between the bottom of the cavity and the surface of the head, as well as between each other, provides adequate perception of alternating dynamic loads on the head, regardless of the phase of the step and the position of the neck, as well as static loads.

Наличие зазоров между контактирующими плоскими поверхностями колец и мениска, а также между ними и поверхностями головки и впадины, образующими суставную полость, заполненную смазочной жидкостью, обеспечивает оптимальные условия для равномерного смазывания всех контактирующих, взаимодействующих поверхностей.The presence of gaps between the contacting flat surfaces of the rings and meniscus, as well as between them and the surfaces of the head and cavity, forming the joint cavity filled with lubricating fluid, provides optimal conditions for uniform lubrication of all contacting, interacting surfaces.

Наличие зазоров, заполненных смазочной жидкостью, обеспечивает качательную подвижность и демпфирование воспринимаемых головкой знакопеременных нагрузок на головку за счет перераспределения жидкости из сблизившихся между собой участков элементов прокладки, а также между ними и поверхностями головки и впадины, в участки с расширившимися с противоположной стороны зазорами. При этом под воздействием головки происходит перемещение колец, приводящее к изменению конфигурации прокладки, которая принимает несколько удлиненную форму, допускаемую шириной зазоров, и работая, таким образом, в резонанс с костью вертлужной впадины таза.The presence of gaps filled with lubricating fluid ensures rocking mobility and damping of alternating loads on the head perceived by the head due to the redistribution of fluid from areas of the gasket elements that are close to each other, as well as between them and the surfaces of the head and cavity, to areas with gaps widening on the opposite side. At the same time, under the influence of the head, the rings move, leading to a change in the configuration of the gasket, which takes a somewhat elongated shape, allowed by the width of the gaps, and thus working in resonance with the bone of the acetabulum of the pelvis.

Наличие упругого гофрированного чехла с полостью, заполненной смазочной жидкостью и соединяющейся через отверстия в отбортовке фланца с полостью сустава, обеспечивает герметичность системы смазки и сохранение смазочной жидкости, а также ее циркуляцию при движениях в суставе, вызывающих изменения объема полости чехла.The presence of an elastic corrugated cover with a cavity filled with lubricating fluid and connecting through the holes in the flange flange with the joint cavity ensures the tightness of the lubrication system and preservation of the lubricating fluid, as well as its circulation during movements in the joint, causing changes in the volume of the cover cavity.

На чертеже изображена проксимальная часть эндопротеза тазобедренного сустава, включающая головку, впадину и субкапитальный отдел шейки (продольное сечение).The drawing shows the proximal part of the hip joint endoprosthesis, including the head, cavity and subcapital section of the neck (longitudinal section).

Устройство содержит головку 1, установленную во впадине 2. Между ними размещена прокладка, выполненная из элементов в виде обращенных друг к другу своими плоскими поверхностями колец 3, причем эти поверхности расположены параллельно торцу впадины 2. Наружные поверхности колец 3 конгруэнтны внутренней поверхности впадины 2, а внутренние поверхности - поверхности головки 1. Элемент прокладки, расположенный между полюсами головки 1 и впадины 2, имеет форму вогнуто-выпуклого мениска 4, нижние края которого сопрягаются с плоскостью колец, параллельной торцу впадины. Выпуклая сторона мениска 4 конгруэнтна внутренней поверхности впадины 2, а нижняя, вогнутая в средней части, - поверхности головки 1. Плоские края нижней поверхности мениска 4 контактируют с плоскостью нижележащего кольцевидного элемента 3. Между мениском 4 и головкой 1, между кольцами 3, мениском и впадиной 2 имеются зазоры, достаточные для осуществления качательных движений колец 3 и мениска 4 между поверхностями головки 1 и впадины 2, а также их вращательных движений вокруг собственной оси. Головка 1 и элементы 3,4 прокладки удерживаются во впадине 2 через герметизирующую прокладку 5, фланцем 6 с отбортовкой 7 вокруг его центрального отверстия. По краю отбортовки 7 и бурта 8 шейки 9 закреплен гофрированный чехол 10 конической формы, изготовленный из упругого материала. В отбортовке 7 выполнены отверстия 11, соединяющие полость чехла 10 с полостью сустава, образованную зазорами, окружающими элементы прокладки. Полости заполнены смазочной жидкостью.The device comprises a head 1 installed in the cavity 2. Between them is a gasket made of elements in the form of rings 3 facing each other with their flat surfaces, and these surfaces are parallel to the end of the cavity 2. The outer surfaces of the rings 3 are congruent to the inner surface of the cavity 2, and the inner surfaces are the surfaces of the head 1. The gasket element, located between the poles of the head 1 and the cavity 2, has the shape of a concave-convex meniscus 4, the lower edges of which are mated with the plane of the rings, parallel noy end depression. The convex side of the meniscus 4 is congruent to the inner surface of the cavity 2, and the lower, concave in the middle part, the surface of the head 1. The flat edges of the lower surface of the meniscus 4 are in contact with the plane of the underlying annular element 3. Between the meniscus 4 and the head 1, between the rings 3, the meniscus and there are sufficient gaps in the cavity 2 for the oscillating movements of the rings 3 and the meniscus 4 between the surfaces of the head 1 and the cavity 2, as well as their rotational movements around its own axis. The head 1 and the elements 3,4 of the gasket are held in the cavity 2 through the sealing gasket 5, flange 6 with flanging 7 around its central hole. Along the edge of the flange 7 and the collar 8 of the neck 9, a corrugated cover 10 of a conical shape, made of elastic material, is fixed. In the flanging 7, holes 11 are made, connecting the cavity of the cover 10 with the joint cavity formed by the gaps surrounding the gasket elements. The cavities are filled with lubricating fluid.

Устройство используют следующим образом.The device is used as follows.

Одним из известных хирургических доступов подходят к области тазобедренного сустава, иссекая рубцово-измененные мягкие ткани и капсулу. Резецируют головку и шейку бедра. Заготавливают ложа в костной ткани: в диафизе бедра под ножку протеза, а в вертлужной впадине таза - под впадину протеза. В ложа последовательно вводят ножку и впадину протеза, закрепляя их. Послойно ушивают рану. Дальнейшее ведение - типичное для больных, перенесших операцию эндопротезирования тазобедренного сустава.One of the well-known surgical approaches is approaching the area of the hip joint by excising the scarred soft tissue and capsule. The head and neck of the thigh are resected. A bed is prepared in bone tissue: in the diaphysis of the thigh under the leg of the prosthesis, and in the acetabulum of the pelvis - under the cavity of the prosthesis. In the bed, the leg and the cavity of the prosthesis are successively inserted, fixing them. The wound is sutured in layers. Further management is typical for patients undergoing hip replacement surgery.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №245688, А61F 2/32, БИМП 2005, №4.1. RF patent No. 245688, A61F 2/32, BIMP 2005, No. 4.

2. Патент РФ №2245689, А61F 2/32, БИПМ 2005, №4.2. RF patent No. 225689, A61F 2/32, BIPM 2005, No. 4.

3. Фокин В.А. Идеи Споторно и их развитие сегодня.//Margo Anterior №3-4/2003. Бюл. AO/FSIF и МАТИС МЕДИКАЛ, с.1-5.3. Fokin V.A. Ideas Spotorno and their development today. // Margo Anterior No. 3-4 / 2003. Bull. AO / FSIF and MATIS MEDICAL, pp. 1-5.

4. Фокин В.А. Пары трения для тотальных эндопротезев тазобедренного сустава и проблема износа.//Margo Anterior №4/2000. Бюл. AO/FSIF и МАТИС МЕДИКАЛ, с.1-4, с.5.4. Fokin V.A. Friction pairs for total hip arthroplasty and wear problem. // Margo Anterior No. 4/2000. Bull. AO / FSIF and MATIS MEDICAL, p. 1-4, p. 5.

5. Патент РФ №2198624, А61F 2/32, БИПМ 2003, №5.5. RF patent No. 2198624, A61F 2/32, BIPM 2003, No. 5.

Claims (1)

Эндопротез тазобедренного сустава, содержащий впадину, головку, шейку, ножку, прокладку, состоящую из подвижных элементов, отделенных друг от друга зазорами, размещенную между поверхностью головки и дном впадины, и гофрированный чехол из упругого материала, герметизирующий полость сустава, заполненную смазочной жидкостью, отличающийся тем, что элементы прокладки выполнены в виде колец, уложены друг на друга плоскими контактирующими между собой поверхностями, параллельными торцу впадины, наружные поверхности колец конгруэнтны внутренней поверхности впадины, внутренние поверхности - поверхности головки, а элемент прокладки, расположенный между полюсами головки и впадины, выполнен в виде вогнуто-выпуклого мениска со сферическими концентрически расположенными поверхностями, верхняя, выпуклая, поверхность этого элемента конгруэнтна внутренней поверхности впадины, а вогнутая в средней части нижняя поверхность - поверхности головки, плоские нижние края мениска сопряжены с плоскими краями нижележащего кольцевидного элемента, зазоры допускают возможность качательных перемещений элементов прокладки между поверхностями головки и впадины, между собой, а также вращательных движений вокруг собственной оси, при этом элементы прокладки и головка удерживаются во впадине фланцем с отбортовкой, закрепленным на торце впадины через герметизирующую прокладку, гофрированный чехол закреплен по краю отбортовки и на бурте шейки, а полость чехла, заполненная смазочной жидкостью, через отверстия в отбортовке фланца соединяется с полостью сустава, образованной зазорами.An endoprosthesis of the hip joint containing a cavity, a head, a neck, a leg, a gasket consisting of movable elements separated by gaps located between the surface of the head and the bottom of the cavity, and a corrugated cover made of elastic material, sealing the joint cavity filled with lubricating fluid, characterized the fact that the gasket elements are made in the form of rings, stacked on top of each other with flat contacting surfaces parallel to the end of the cavity, the outer surfaces of the rings are congruent internally the surface of the cavity, the inner surface of the surface of the head, and the gasket element located between the poles of the head and cavity is made in the form of a concave-convex meniscus with spherical concentrically located surfaces, the upper, convex, the surface of this element is congruent to the inner surface of the cavity, and concave in the middle parts the lower surface is the surface of the head, the flat lower edges of the meniscus are paired with the flat edges of the underlying annular element, the gaps allow the possibility of swinging movements of the gasket elements between the surfaces of the head and the cavity, between each other, as well as rotational movements around its own axis, while the gasket elements and the head are held in the cavity by a flange with a flange mounted on the end of the cavity through a gasket, the corrugated cover is fixed along the edge of the flange and on the shoulder neck, and the cavity of the cover, filled with lubricating fluid, through the holes in the flange flange is connected to the joint cavity formed by the gaps.