RU2662710C2 - Biarticular fluid-circulating anatomically adaptable hip endoprosthesis - Google Patents
Biarticular fluid-circulating anatomically adaptable hip endoprosthesis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2662710C2 RU2662710C2 RU2016117468A RU2016117468A RU2662710C2 RU 2662710 C2 RU2662710 C2 RU 2662710C2 RU 2016117468 A RU2016117468 A RU 2016117468A RU 2016117468 A RU2016117468 A RU 2016117468A RU 2662710 C2 RU2662710 C2 RU 2662710C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conical
- shell
- leg
- protrusion
- acetabular cup
- Prior art date
Links
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 6
- 210000000588 acetabulum Anatomy 0.000 claims description 22
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 claims description 22
- 235000012773 waffles Nutrition 0.000 claims description 9
- 210000004394 hip joint Anatomy 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 210000000845 cartilage Anatomy 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 210000001981 hip bone Anatomy 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 3
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 2
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- -1 chirulen Substances 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 210000001624 hip Anatomy 0.000 description 2
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 2
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 210000004197 pelvis Anatomy 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 206010002091 Anaesthesia Diseases 0.000 description 1
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 241000785684 Sander lucioperca Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000037005 anaesthesia Effects 0.000 description 1
- 238000011882 arthroplasty Methods 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 210000001179 synovial fluid Anatomy 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/32—Joints for the hip
- A61F2/36—Femoral heads ; Femoral endoprostheses
- A61F2/3609—Femoral heads or necks; Connections of endoprosthetic heads or necks to endoprosthetic femoral shafts
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в ортопедии и травматологии при лечении травм, заболеваний и повреждений тазобедренного сустава.The invention relates to medical equipment and can be used in orthopedics and traumatology in the treatment of injuries, diseases and injuries of the hip joint.
В медицинской технике известны конструкции тотальных эндопротезов тазобедренного сустава (ТБС), например, фирмы «MATHIS» (Австрия. Mathis Orthopadie GmbH, 2351 Wiener Neudorf. Info.at @ mathismedical.com), а также фирмы «Bicontact» (ООО «Б.Браун Медикал, Украина», www.b braun.ua), характеризующиеся наличием клиновидной ножки, сферической головки, полусферического вкладыша и полусферической вертлужной чашки. Ножка устанавливается и фиксируется в интрамедуллярном канале тазобедренной кости, а вертлужная чашка устанавливается без возможности перемещения в вертлужной впадинеIn medical technology, designs of total hip arthroplasty (TBS) are known, for example, MATHIS (Austria. Mathis Orthopadie GmbH, 2351 Wiener Neudorf. Info.at @ mathismedical.com), as well as Bicontact (B. Ltd.) Brown Medical, Ukraine ”, www.b braun.ua), characterized by the presence of a wedge-shaped leg, a spherical head, a hemispherical insert and a hemispherical acetabular cup. The leg is installed and fixed in the intramedullary canal of the hip bone, and the acetabular cup is installed without the possibility of movement in the acetabulum
Установка вертлужной чашки тотального эндопротеза в вертлужной впадине таза требует, во-первых, удаления зачастую неповрежденного хрящевого слоя и придания впадине правильной сферической формы под сферическую наружную поверхность вертлужной чашки для обеспечения ее полного прилегания к костной ткани таза, и во-вторых, ее закрепления (фиксации), для чего используются костные шурупы или специальные конструктивные элементы в виде, например, резьбы с большим шагом на ее наружной сферической поверхности, усложняющие конструкцию и увеличивающие ее массу, что негативно отражается на биомеханике ТБС. В результате значительно увеличивается продолжительность операции, что не всегда допустимо по причине увеличения времени пребывания пациента под наркозом. Кроме того, необходимо иметь специальный медицинский инструментарий для подготовки вертлужной впадины, специальные костные шурупы и воротки. Удаление хрящевого слоя и части костной ткани, а также ее вынужденные повреждения фиксирующими чашку механическими элементами, увеличивают срок восстановления пациента.Installing an acetabular cup of a total endoprosthesis in the acetabulum of the pelvis requires, firstly, removing the often undamaged cartilaginous layer and giving the cavity a regular spherical shape under the spherical outer surface of the acetabular cup to ensure its full fit to the bone tissue of the pelvis, and secondly, its fixing ( fixation), for which bone screws or special structural elements are used in the form, for example, of thread with a large pitch on its outer spherical surface, complicating the design and increasing its mass, which negatively affects the biomechanics of TBS. As a result, the duration of the operation significantly increases, which is not always permissible due to the increase in the patient's time spent under anesthesia. In addition, it is necessary to have special medical tools for the preparation of the acetabulum, special bone screws and knobs. Removal of the cartilaginous layer and part of the bone tissue, as well as its damage caused by mechanical elements fixing the cup, increase the patient's recovery time.
Известна также конструкция однополюсного эндопротеза ТБС (Патент Украины, UA №93823 от 10.03.2011. Бюл. №5), включающего в себя пустотелую головку, состоящую из соединенных между собой с помощью самоуплотняющейся конической резьбы упругой сферической оболочки и шейки, снабженной центральным глухим коническим отверстием для сопряжения с конусом ножки ТБС. Полость головки заполнена биоинертной жидкостью под избыточным давлением.The construction of a single-pole TBS endoprosthesis is also known (Patent of Ukraine, UA No. 93823 dated 03/10/2011. Bull. No. 5), which includes a hollow head consisting of an elastic spherical shell and a neck connected to each other by a self-sealing conical thread, equipped with a central blind conical a hole for interfacing with the cone legs TBS. The head cavity is filled with bioinert liquid under overpressure.
Конструктивное исполнение данного эндопротеза призвано улучшить биомеханику за счет снижения массы, а также увеличить срок его службы благодаря демпфированию упругой головкой возникающих при ходьбе ударных нагрузок, нарушающих стабильность расположения ножки вследствие ее расшатывания в интрамедулллярном канале тазобедренной кости.The design of this endoprosthesis is designed to improve biomechanics due to weight reduction, as well as to increase its service life due to the damping by the elastic head of shock loads that occur when walking, which violate the stability of the leg due to its loosening in the intramedullary canal of the hip bone.
По-существу, данная конструкция является эндопротезом головка тазобедренной кости, т.е. лишь частью тотального эндопротеза ТБС, поскольку отсутствует вертлужная чашка, устанавливаемая в вертлужной впадине. Сферическое подвижное соединение присущее ТБС образовано полой головкой и хрящевым слоем вертлужной впадины. Недостаточность выделяемой только одним хрящевым слоем синовиальной жидкости, выполняющей функции естественной смазки ТБС человека, приводит к более интенсивному его износу (истиранию), чем обладающей гораздо большей износостойкостью сферической головки. Таким образом, являясь функционально пригодным, эндопротез по причине износа хрящевого слоя характеризуется небольшим сроком эксплуатации, что приводит к необходимости проведения ревизионной операции.Essentially, this design is a hip head endoprosthesis, i.e. only part of the total TBS endoprosthesis, since there is no acetabular cup installed in the acetabulum. The spherical movable joint inherent in TBS is formed by a hollow head and a cartilaginous layer of the acetabulum. The insufficiency of the synovial fluid secreted by only one cartilaginous layer, which functions as a natural lubricant for human TBS, leads to more intensive wear (abrasion) than a spherical head with much greater wear resistance. Thus, being functionally suitable, the endoprosthesis due to the wear of the cartilage layer is characterized by a short life, which leads to the need for revision surgery.
Существенным конструктивным недостатком данного эндопротеза является имеющаяся возможность перерастания упругих деформаций тонкостенной сферической оболочки головки в пластические деформации при ударных или чрезмерных нагрузках, приводящих к необратимому изменению ее первоначальной правильной сферической формы или даже к разрыву, что объясняется отсутствием конструктивных элементов, являющихся ограничителями (упорами) ее прогибов в пределах упругих деформаций. Фактически таким ограничителем является поверхность вертлужной впадины, но как только часть оболочки головки при повороте в процессе ходьбы выходит за ее пределы, в соответствии с законом Паскаля вся действующая на головку нагрузка будет перераспределяться и вызывать повышенную деформацию (выпучивание) именно этой части оболочки.A significant structural drawback of this endoprosthesis is the possibility of the elastic deformation of a thin-walled spherical shell of the head developing into plastic deformations under shock or excessive loads, leading to irreversible change in its initial regular spherical shape or even to rupture, which is explained by the absence of structural elements that limit it (stops) deflections within elastic deformations. In fact, such a limiter is the surface of the acetabulum, but as soon as a part of the head shell during rotation goes beyond its limits, in accordance with Pascal’s law, all the load acting on the head will be redistributed and cause increased deformation (buckling) of this particular part of the shell.
К недостатку конструкции следует также отнести технологическую сложность изготовления тонкостенной оболочки, имеющей фактически форму шара и разную толщину стенок. Кроме того, используемая в качестве соединительной коническая самоуплотняющаяся резьба не позволяет осуществлять изменение давления в полости головки путем ее наворачивания на шейку (или свинчивания), т.к. герметичность конического резьбового соединения достигается только при определенном относительном расположении с натягом витков резьбы.A design flaw should also include the technological complexity of manufacturing a thin-walled shell, which actually has the shape of a ball and different wall thicknesses. In addition, the conical self-sealing thread used as a connecting thread does not allow for a change in pressure in the head cavity by screwing it on the neck (or screwing), because the tightness of the conical threaded connection is achieved only with a certain relative arrangement with an interference fit of the threads.
В качестве прототипа заявляемого изобретения по конструкции и принципу функционирования принят биартикулярный эндопротез ТБС, производимый Messrs. BEZNOSKA Ltd (Delnicka 2727, 27201 Kladno, Czech Republic; www.beznoska.cz; mailbox @ beznoska.cz). Эндопротез включает в себя клиновидную ножку с конусом для установки сферической головки, вкладыш с запорным кольцом, являющимся ограничителем угла поворота ножки, и вертлужную чашку, размещаемую в вертлужной впадине с возможностью угловых перемещений.As a prototype of the claimed invention, the biarticular endoprosthesis of TBS manufactured by Messrs is adopted by the design and principle of operation. BEZNOSKA Ltd (Delnicka 2727, 27201 Kladno, Czech Republic; www.beznoska.cz; mailbox @ beznoska.cz). The endoprosthesis includes a wedge-shaped leg with a cone for installing a spherical head, an insert with a locking ring, which is the limiter of the angle of rotation of the legs, and an acetabulum placed in the acetabulum with the possibility of angular movements.
Негативные последствия от использования данного эндопротеза проявляются в виде интенсивного износа участков хрящевого слоя вертлужной впадины, находящихся в контакте со сферической поверхностью вертлужной чашки. Это связано с тем, что в отличие от сферической поверхности вертлужной чашки, имеющей правильную, т.е. строго сферическую форму, анатомическая сферическая поверхность хрящевого слоя вертлужной впадины имеет неправильную сферическую форму, а характеризуется наличием участков разной кривизны, углублений и выступов. Конструктивное исполнение эндопротеза характеризуется большой массой, в частности вертлужной чашки, что негативно влияет на биомеханику (динамику), во многом определяющую степень интенсивности износа хрящевого слоя, а следовательно, и срок службы ТБС.The negative consequences of the use of this endoprosthesis are manifested in the form of intensive wear of the cartilaginous layers of the acetabulum in contact with the spherical surface of the acetabulum. This is due to the fact that, unlike the spherical surface of the acetabulum, which has the correct one, i.e. strictly spherical shape, the anatomical spherical surface of the cartilaginous layer of the acetabulum has an irregular spherical shape, and is characterized by the presence of sections of different curvature, recesses and protrusions. The design of the endoprosthesis is characterized by a large mass, in particular the acetabular cup, which negatively affects the biomechanics (dynamics), which largely determines the degree of wear rate of the cartilaginous layer, and therefore the life of the TBS.
Недостатком прототипа также является плохая смазываемость открытого сферического подвижного соединения «головка - вкладыш», что приводит к ускоренному износу контактных поверхностей и образованию вследствие износа твердых фракций (титан, хирулен, сапфир, керамика и др.), попадающих в мышечные ткани человека и вызывающих вредные тканевые реакции (воспаления), а также негативно влияющих на работу как первичного, так и ревизионных эндопротезов. Попадание продуктов износа в подвижное соединение «головка - хрящевой слой» приводит к более интенсивному износу последнего.The disadvantage of the prototype is also the poor lubricity of the open spherical movable connection “head-liner", which leads to accelerated wear of contact surfaces and the formation due to wear of solid fractions (titanium, chirulen, sapphire, ceramics, etc.) that enter human muscle tissue and cause harmful tissue reactions (inflammation), as well as negatively affecting the operation of both primary and revision endoprostheses. The ingress of wear products into the moving head-cartilage layer joint leads to more intense wear of the latter.
Задачи, которые решаются с помощью заявляемого изобретения, заключаются, во-первых, в создании закрытой зоны размещения и работы сферического соединения «головка - вкладыш», которая способна удерживать искусственную смазку и исключать попадание продуктов его износа в организм человека, во-вторых, в обеспечении условий адаптации сферической поверхности вертлужной чашки к поверхности хрящевого слоя вертлужной впадины, способных увеличить площадь их контакта с целью более равномерного распределения нагрузки, а в-третьих, в уменьшении массы эндопротеза для улучшения биомеханики движения.The tasks that are solved using the claimed invention are, firstly, to create a closed zone for the placement and operation of the spherical connection "head - liner", which is able to hold artificial lubricant and prevent the ingress of products of its wear into the human body, and secondly, providing conditions for adapting the spherical surface of the acetabular cup to the surface of the cartilaginous layer of the acetabulum, capable of increasing the area of their contact in order to more evenly distribute the load, and thirdly, to reduce endoprosthesis sy to improve the biomechanics of movement.
Для решения поставленных задач, существующая конструкция биартикулярного эндопротеза ТБС, содержащая ножку клиновидной формы, сферическую головку, вертлужную чашку, вкладыш, имеющий с головкой подвижное сферическое соединение, снабжена трубчатой конической гофрированной упругой оболочкой армированной по концам соответственно меньшим и большим кольцами, ножка имеет на проксимальном конце выступ с тремя участками в виде усеченных конусов: первого для фиксации сферической головки, второго переходного и третьего резьбового прилегающего к ножке, при этом верхнее меньшее основание третьего участка является большим основанием второго участка, а у первого меньшее основание служит большим основанием третьего участка. Вертлужная чашка выполнена в виде двух концентрично расположенных с зазором и соединенных между собой по краям полусферических оболочек, образующих между собой щелевидную полость, причем наружная полусферическая оболочка выполнена упругой, при этом, щелевидная полость с помощью отверстий в зоне соединения полусферических оболочек связана с полостью трубчатой конической гофрированной упругой оболочки, внутренняя полусферическая оболочка имеет со стороны вогнутой поверхности край с конической резьбовой поверхностью, а на выпуклой стороне - «вафельную» поверхность, в углублениях которой выполнены радиальные каналы. Вкладыш выполнен с наружной «вафельной» поверхностью в углублениях которой выполнены радиальные каналы и зафиксирован с помощью грибовидной упругой защелки во внутренней полусферической оболочке вертлужной чашки, нижняя часть вкладыша выполнена с кольцевым воротничком, имеющим коническую торцевую поверхность, расширяющуюся наружу для упора во второй переходной участок выступа ножки с возможностью ограничения угла поворота выступа с ножкой, при этом нижняя часть вкладыша со стороны выпуклости имеет пазы на торце с переходом на воротничок. Радиальные каналы, выполненные в углублениях «вафельных» поверхностей вкладыша и внутренней полусферической оболочки, выполнены соосными. Меньшее кольцо меньшего диаметра указанной трубчатой конической гофрированной упругой оболочки имеет внутреннюю коническую самоуплотняющуюся резьбу для герметичного соединения с третьим участком выступа, а большее кольцо большего диаметра имеет наружную коническую самоуплотняющуюся резьбу для герметичного соединения с конической резьбовой поверхностью края внутренней полусферической оболочки вертлужной чашки. Полость, образованная трубчатой конической гофрированной упругой оболочкой заполнена биоинертной антифрикционной наножидкостью с возможностью циркуляции и сообщается с поверхностями выступа, вкладыша, и через упомянутые отверстия и пазы со щелевидной полостью вертлужной чашки, и далее через упомянутые каналы с подвижным сферическим соединением головки и вкладыша.To solve the tasks, the existing design of the biarticular endoprosthesis of the TBS, containing a wedge-shaped leg, a spherical head, an acetabular cup, an insert with a movable spherical connection with the head, is equipped with a tubular conical corrugated elastic shell reinforced at the ends with smaller and larger rings respectively, the leg has a proximal the end is a protrusion with three sections in the form of truncated cones: the first for fixing the spherical head, the second transitional and the third threaded adjacent on to the leg, wherein the upper smaller base of the third portion is larger base of the second portion, and at first the smaller base is the large base of the third portion. The acetabular cup is made in the form of two hemispherical shells concentrically arranged with a gap and connected to each other along the edges, forming a slit-like cavity, and the outer hemispherical shell is made elastic, while the slot-like cavity is connected with the holes in the connection zone of the hemispherical shells with a conical tubular cavity corrugated elastic shell, the inner hemispherical shell has an edge with a conical threaded surface on the side of the concave surface, and on the convex with Oron - "wafer" surface, in recesses which radial channels are made. The insert is made with an outer “waffle” surface in the recesses of which radial channels are made and fixed with a mushroom-shaped elastic latch in the inner hemispherical shell of the acetabular cup, the lower part of the insert is made with an annular collar having a tapered end surface that extends outward to abut the second transition section of the protrusion legs with the possibility of limiting the angle of rotation of the protrusion with the leg, while the lower part of the liner on the convex side has grooves at the end with the transition to voro Cochin. Radial channels made in the recesses of the "waffle" surfaces of the liner and the inner hemispherical shell are made coaxial. The smaller ring of smaller diameter of said tubular conical corrugated elastic shell has an internal conical self-sealing thread for tight connection with the third portion of the protrusion, and the larger ring of larger diameter has an external conical self-sealing thread for tight connection with the conical thread surface of the edge of the inner hemispherical shell of the acetabular cup. The cavity formed by the tubular conical corrugated elastic shell is filled with bioinert antifriction nanofluid with the possibility of circulation and communicates with the surfaces of the protrusion, liner, and through said openings and grooves with a slit-like cavity of the acetabulum, and then through the said channels with a movable spherical connection of the head and liner.
Между совокупностью заявляемых признаков изобретения и техническими результатами, обеспечиваемыми предлагаемым изобретением, существует причинно-следственная связь, заключающаяся в том, что, во-первых, подвижное сферическое соединение «вкладыш-головка» размещено в герметичной полости, образованной вертлужной чашкой, трубчатой конической гофрированной упругой оболочкой и выступом ножки, способной удерживать циркулирующую по каналам (отверстиям) искусственную смазку (антифрикционную жидкость), уменьшающую трение, а следовательно, и износ подвижного сферического соединения, и исключить попадание продуктов износа в ткани человека, во-вторых, наличие в конструкции вертлужной чашки наружной упругой полусферической оболочки, позволяет ей за счет упругих деформаций адаптироваться к форме поверхности хрящевого слоя вертлужной впадины, что приводит к увеличению площади контакта, более равномерному распределению нагрузки и снижению интенсивности его износа, и в- третьих, выполнение выпуклой поверхности внутренней полусферической оболочки вертлужной чашки и наружной поверхности вкладыша «вафельными» и замещение части их материала с большим удельным весом жидкостью, обладающей меньшим удельным весом, позволяет уменьшить их массу без снижения прочностных характеристик и улучшить тем самым биомеханические характеристики эндопротеза.Between the totality of the claimed features of the invention and the technical results provided by the invention, there is a causal relationship, namely, that, firstly, the movable spherical connection "liner-head" is placed in a sealed cavity formed by an acetabular cup, a tubular conical corrugated elastic the shell and the protrusion of the legs, capable of holding artificial lubricant (antifriction fluid) circulating through the channels (holes), which reduces friction, and therefore wear of the movable spherical joint, and to prevent the ingress of wear products into human tissue, and secondly, the presence of an external elastic hemispherical shell in the acetabular cup design allows it to adapt due to elastic deformations to the surface shape of the cartilaginous layer of the acetabulum, which leads to an increase in the contact area, more uniform distribution of the load and a decrease in the intensity of its wear, and thirdly, the implementation of the convex surface of the inner hemispherical shell of the acetabular cup and the outer the surface of the liner "waffle" and replacing part of their material with a large specific gravity with a liquid having a lower specific gravity, allows to reduce their mass without reducing the strength characteristics and thereby improve the biomechanical characteristics of the endoprosthesis.
На фиг. 1 показана конструкция заявляемого биартикулярного жидкостно-циркуляционного эндопротеза ТБС в разрезе; на фиг. 2 - фрагмент вафельной сферической поверхности вертлужной чашки и вкладыша; на фиг. 3 - схема контакта жесткой сферической поверхности вертлужной чашки с хрящевым слоем вертлужной впадины; на фиг. 4 - схема контакта упругой сферической поверхности вертлужной чашки с хрящевым слоем вертлужной впадины; на фиг. 5 - схема деформации трубчатой конической гофрированной оболочки при увеличении объема поступающей в ее полость циркулирующей антифрикционной жидкости.In FIG. 1 shows the design of the inventive biarticular fluid-circulation endoprosthesis of TBS in the context; in FIG. 2 - a fragment of the wafer spherical surface of the acetabular cup and liner; in FIG. 3 is a contact diagram of a rigid spherical surface of an acetabular cup with a cartilaginous layer of the acetabulum; in FIG. 4 is a contact diagram of an elastic spherical surface of an acetabular cup with a cartilaginous layer of the acetabulum; in FIG. 5 is a diagram of the deformation of a tubular conical corrugated shell with an increase in the volume of circulating antifriction fluid entering its cavity.
В состав элементов конструкции заявляемого эндопротеза (фиг. 1) входят клиновидная ножка 1, имеющая на проксимальном конце выступ в виде усеченного конуса с тремя участками: первого резьбового 2 прилегающего к ножке, образующего с внутренней конической самоуплотняющейся резьбой меньшего кольца меньшего диаметра 3 трубчатой конической гофрированной упругой оболочки 4 герметичное соединение, второго 5 для фиксации сферической головки 6, образующей подвижное сферическое соединение с внутренней сферической поверхностью вкладыша 7, нижняя часть которого снабжена кольцевым воротничком 8 с расширяющейся наружу конической торцевой поверхностью для упора в третий переходной участок 9 усеченного конуса с возможностью ограничения угла поворота ан выступа с ножкой, при этом верхнее меньшее основание третьего участка является большим основанием второго участка, а у первого меньшее основание служит большим основанием третьего участка.The composition of the structural elements of the claimed endoprosthesis (Fig. 1) includes a wedge-shaped leg 1, which has a protrusion in the form of a truncated cone with three sections at the proximal end: the first threaded 2 adjacent to the leg, forming, with an internal conical self-sealing thread, a smaller ring of
Вкладыш, выпуклая сферическая поверхность которого выполнена «вафельной» (фиг. 2), зафиксирован с помощью грибовидной упругой защелки 10 на внутренней полусферической оболочке вертлужной чашки, которая выполнена в виде двух концентрично расположенных с зазором и соединенных между собой по краям полусферических оболочек - внутренней 11 и наружной упругой 12 толщиной S2, образующих между собой щелевидную полость 13 шириной S1, не превышающей величину допустимой упругой деформации наружной полусферической оболочки и не допускающей их перерастание в пластическую деформацию, способную вызвать потерю сферической формы или ее разрушение (разрыв). Обращенная к упругой полусферической оболочке выпуклая поверхность внутренней полусферической оболочки выполнена «вафельной» (фиг. 2), что значительно снижает ее массу без ухудшения прочностных характеристик.The insert, the convex spherical surface of which is made “waffle” (Fig. 2), is fixed using a mushroom-shaped
Внутренняя полусферическая оболочка имеет со стороны вогнутой поверхности край с конической резьбовой поверхностью, образующей герметичное резьбовое соединение с наружной конической самоуплотняющейся резьбой большего кольца 14, армирующего конец большего диаметра трубчатой конической гофрированной упругой оболочки.The inner hemispherical shell has an edge on the concave surface with a conical threaded surface forming a tight threaded connection with the outer conical self-sealing thread of the
Щелевидная полость вертлужной чашки сообщается с полостью 15 трубчатой конической гофрированной упругой оболочки с помощью отверстий (каналов) 16, выполненных в зоне соединен6ия образующих ее полусферических оболочек, и пазов 17 на наружной кольцевой поверхности воротничка с переходом на торцовую поверхность в нижней части вкладыша.The slit-like cavity of the acetabular cup communicates with the
Кроме этого, эти две полости соединены между собой с помощью соосно выполненных в углублениях (карманах) 18 и 19 радиальных отверстий (каналов) 20 и гарантированный радиальный зазор подвижного сферического соединения.In addition, these two cavities are interconnected by means of radial holes (channels) 20 coaxially made in the recesses (pockets) 18 and 19 and a guaranteed radial clearance of the movable spherical connection.
Все полости эндопротеза заполнены биоинертной антифрикционной жидкостью с содержанием наночастиц немодифицированного углерода- фуллерена С60 способствующего значительному (в 8…10 раз) снижению коэффициента трения в подвижном сферическом соединении «головка-вкладыш» (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 СОР АН, 2007. -230 с.); Lashneva V.V., Dubok V.A., Tkachenko Ju.G. Physico-chemical properties of fullerene С60 based coatings // Book of abstract, VIII International Conference - ICHMS'2003, Sudak, Crimea, Ukrain, 14-20 Sept., 2003. p. 718-721).All cavities of the endoprosthesis are filled with bioinert antifriction fluid containing unmodified carbon fullerene C 60 nanoparticles, which contributes to a significant (8 ... 10 times) decrease in the friction coefficient in the movable spherical head-insert connection (Churilov GN Fullerenes: Synthesis and formation theory / G.N. Churilov, N.V. Bulina, A.S. Fedorov; Russian Academy of Sciences, Siberian Branch, Novosibirsk: Publishing House SOR AN, 2007.230 s.); Lashneva VV, Dubok VA, Tkachenko Ju.G. Physico-chemical properties of fullerene C 60 based coatings // Book of abstract, VIII International Conference - ICHMS'2003, Sudak, Crimea, Ukrain, 14-20 Sept., 2003. p. 718-721).
При ходьбе сферическая головка 6 совершает относительно оси вертлужной чашки с вкладышем 7 угловые перемещения αх и αу (фиг. 1), а вертлужная чашка относительно оси вертлужной впадины - дополнительные угловые перемещения αх, αу и угловое перемещение αz. Таким образом конструкция эндопротеза обеспечивает три степени подвижности, свойственные анатомическому ТБС человека.When walking, the spherical head 6 makes angular displacements α x and α y relative to the axis of the acetabular cup with insert 7 (Fig. 1), and the acetabulum relative to the axis of the acetabulum performs additional angular displacements α x , α y and angular displacement α z . Thus, the design of the endoprosthesis provides three degrees of mobility inherent in the human anatomical TBS.
Наличие в конструкции вертлужной чашки наружной упругой полусферической оболочки 12, контактирующей с хрящевым слоем вертлужной впадины, позволяет увеличить площадь контакта между ними, более равномерно распределить нагрузку на хрящевый слой, а следовательно снизить интенсивность его износа, т.е. увеличить время использования эндопротеза без проведения ревизионной операции.The presence in the design of the acetabular cup of the external elastic
При использовании взятого за прототип биартикулярного эндопротеза с жесткой вертлужной чашкой, контакт ее наружной правильной сферической формы поверхности радиусом R1 (фиг. 3) с хрящевым слоем толщиной δ радиусом R2, вследствие ее анатомически неправильной сферической формы происходит по небольшим по площади участкам диаметром D1, ограниченных углом контакта ϕ1, которые и воспринимают усилие F, создаваемое статическим весом человека и динамическими (ударными) нагрузками, возникающими при его движении. В результате, эти участки хрящевого слоя подвержены более интенсивному износу.When using a biarticular endoprosthesis taken as a prototype with a rigid acetabular cup, the contact of its external regular spherical surface with a radius of R1 (Fig. 3) and the cartilaginous layer of thickness δ of radius R2, due to its anatomically irregular spherical shape, occurs in small areas with a diameter of D1 limited contact angle ϕ 1 , which also perceives the force F created by the person’s static weight and dynamic (shock) loads arising from his movement. As a result, these sections of the cartilage layer are subject to more intense wear.
Действие усилия F на упругую полусферическую оболочку 12 заявляемой конструкции эндопротеза (фиг. 4), вызывает ее упругое деформирование - прогибы и выпучивания (в соответствии с законом Паскаля), приводящие к увеличению угла контакта ϕ1 до угла ϕ2 и площади (пятна) контакта до диаметра D2, большего D1, а следовательно, к более равномерному распределению нагрузки на хрящевый слой и снижению интенсивности его износа.The action of the force F on the elastic
В процессе ходьбы, упругая полусферическая оболочка 12, деформируясь, постоянно адаптируется к анатомической форме поверхности хрящевого слоя, а «вафельная» поверхность внутренней полусферической оболочки 11 вертлужной чашки является ограничителем ее упругих прогибов. Происходящее в процессе ходьбы изменение величины нагрузки F вызывает циркуляцию находящейся в полостях антифрикционной жидкости. При увеличении нагрузки она выдавливается из щелевидной полости 13 упруго деформирующейся наружной полусферической оболочки через каналы (отверстия) 16, пазы 17, карманы 18, 19, радиальные отверстия 20 и гарантированный зазор в подвижном сферическом соединении в полость 15 трубчатой конической гофрированной оболочки 4, вызывая упругую деформацию (выпучивание) боковых стенок гофров на величину δ (фиг. 5). При уменьшении нагрузки упругая полусферическая оболочка 12 принимает первоначальную форму, а жидкость выдавливается из полости трубчатой конической гофрированной оболочки обратно в щелевидную полость 13 благодаря накопленной в стенках гофров энергии упругой деформации.During walking, the elastic
Углубления (карманы) 19 «вафельной» поверхности вкладыша выполняют роль гидроаккумуляторов, обеспечивающих необходимую подпитку подвижного сферического соединения смазывающей антифрикционной жидкостью, которая циркулируя через гарантированный зазор выносит из него твердые продукты износа, способствуя тем самым снижению интенсивности износа его элементов. Увеличение срока службы эндопротеза происходит также благодаря тому, что обладающие высокой твердостью и износостойкостью наночастицы немодифицированного углерода (фуллерена), находящиеся в жидкой смазке, внедряясь в материал, например, хируленового вкладыша, т.е. шаржируя его, повышают твердость и износостойкость контактной поверхности вкладыша.The recesses (pockets) 19 of the “waffle” surface of the liner act as accumulators that provide the necessary recharge of the movable spherical joint with a lubricating antifriction fluid, which, through the guaranteed gap, removes solid wear products from it, thereby reducing the wear rate of its elements. An increase in the life of the endoprosthesis is also due to the fact that non-modified carbon (fullerene) nanoparticles with high hardness and wear resistance, located in a liquid lubricant, penetrate into the material, for example, of a chirulen liner, i.e. by sharpening it, they increase the hardness and wear resistance of the contact surface of the liner.
Наличие упругой полусферической оболочки позволяет демпфировать импульсные нагрузки на ножку эндопротеза, приводящие к ее расшатыванию в интрамедулярном канале тазобедренной кости и поломке. Изменением давления жидкости в щелевой полости можно изменять жесткость упругой оболочки, адаптируя эндопротез к весу пациента, т.е. к действующей на ТБС нагрузке, с учетом характера его повседневной жизнедеятельности.The presence of an elastic hemispherical shell allows damping impulse loads on the leg of the endoprosthesis, leading to its loosening in the intramedullary canal of the hip bone and damage. By changing the fluid pressure in the slit cavity, the stiffness of the elastic membrane can be changed, adapting the endoprosthesis to the patient’s weight, i.e. to the load acting on TBS, taking into account the nature of its daily life.
Для изготовления элементов эндопротеза используются традиционные материалы: ножка, вертлужная чашка, трубчатая коническая гофрированная упругая оболочка с армирующими кольцами - титановый сплав, в том числе упругий, или биоинертные стали; головка - керамика, искусственный сапфир; вкладыш - сверхвысокомолекулярный полиэтилен «Chirulen», искусственный сапфир.Traditional materials are used for the manufacture of endoprosthesis elements: leg, acetabular cup, tubular conical corrugated elastic shell with reinforcing rings - titanium alloy, including elastic, or bioinert steel; head - ceramics, artificial sapphire; insert - ultra-high molecular weight Chirulen polyethylene, artificial sapphire.
Отсутствие возможности попадания продуктов износа сферического подвижного соединения в мышечные ткани организма человека позволяет избежать возникновения воспалительных процессов и дополнительных затрат времени на их удаление из тканей при замене эндопротеза.The inability to get the wear products of the spherical mobile joint into the muscle tissues of the human body avoids the occurrence of inflammatory processes and additional time spent on their removal from the tissues when replacing the endoprosthesis.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016117468A RU2662710C2 (en) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | Biarticular fluid-circulating anatomically adaptable hip endoprosthesis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016117468A RU2662710C2 (en) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | Biarticular fluid-circulating anatomically adaptable hip endoprosthesis |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016117468A RU2016117468A (en) | 2017-11-10 |
| RU2662710C2 true RU2662710C2 (en) | 2018-07-26 |
Family
ID=60264010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016117468A RU2662710C2 (en) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | Biarticular fluid-circulating anatomically adaptable hip endoprosthesis |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2662710C2 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2727856A1 (en) * | 1994-12-07 | 1996-06-14 | Erami | Self-lubricating hip joint prosthesis |
| UA23147A (en) * | 1995-02-21 | 1998-08-31 | Олександр Євгенович Лоскутов | Bipolar femoral endoprosthesis |
| RU2163791C1 (en) * | 1999-11-19 | 2001-03-10 | Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена | Bipolar single-pole hip joint endoprosthesis head |
| RU2259179C2 (en) * | 2003-05-14 | 2005-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Эндосервис" | Bipolar hip joint endoprosthesis |
| JP2007215989A (en) * | 2005-10-20 | 2007-08-30 | Benoist Girard Sas | Total hip prosthesis |
| RU2390318C1 (en) * | 2008-12-29 | 2010-05-27 | Государственное учреждение "Научно-исследовательский центр Татарстана "Восстановительная травматология и ортопедия" | Femoral prosthesis |
| US20100262257A1 (en) * | 2009-04-08 | 2010-10-14 | Patrick Cruchet | Joint Prosthesis for a Human Body and Associated Method |
-
2016
- 2016-05-04 RU RU2016117468A patent/RU2662710C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2727856A1 (en) * | 1994-12-07 | 1996-06-14 | Erami | Self-lubricating hip joint prosthesis |
| UA23147A (en) * | 1995-02-21 | 1998-08-31 | Олександр Євгенович Лоскутов | Bipolar femoral endoprosthesis |
| RU2163791C1 (en) * | 1999-11-19 | 2001-03-10 | Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена | Bipolar single-pole hip joint endoprosthesis head |
| RU2259179C2 (en) * | 2003-05-14 | 2005-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Эндосервис" | Bipolar hip joint endoprosthesis |
| JP2007215989A (en) * | 2005-10-20 | 2007-08-30 | Benoist Girard Sas | Total hip prosthesis |
| RU2390318C1 (en) * | 2008-12-29 | 2010-05-27 | Государственное учреждение "Научно-исследовательский центр Татарстана "Восстановительная травматология и ортопедия" | Femoral prosthesis |
| US20100262257A1 (en) * | 2009-04-08 | 2010-10-14 | Patrick Cruchet | Joint Prosthesis for a Human Body and Associated Method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016117468A (en) | 2017-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220062000A1 (en) | Implant and anchor assembly | |
| AU779337B2 (en) | Cementless prosthetic bearing element | |
| US6660040B2 (en) | Prosthetic joints having reduced area bearing surfaces and application thereof to a range of sizes of prosthetic joints | |
| CN103006353B (en) | Anti-deflection acetabular cup | |
| US20100179663A1 (en) | Acetabular prosthetic devices | |
| EP2451389B1 (en) | Hip joint device | |
| US10357371B2 (en) | Hip prosthesis devices | |
| Derar et al. | Recent patents and designs on hip replacement prostheses | |
| RU2310422C1 (en) | Cotyloid component's cup of hip joint endoprosthesis | |
| US20230000636A1 (en) | Replacement member for a joint replacement | |
| US10729550B2 (en) | Dual mobility acetabular cup assembly for artificial hip joint | |
| Edeland | Suggestions for a total elasto-dynamic intervertebral disc prosthesis | |
| EP3484414B1 (en) | Devices and methods for cementing insert bearing liner into acetabular cup component | |
| RU2662710C2 (en) | Biarticular fluid-circulating anatomically adaptable hip endoprosthesis | |
| US20140343682A1 (en) | Convertible acetabular bearing | |
| RU2653805C2 (en) | Biarticular hip endoprosthesis with spherical hydrostatic support of head | |
| RU2653273C2 (en) | Biarticular liquid anatomically adaptable hip endoprosthesis | |
| CN211094996U (en) | Hip joint system and acetabular prosthesis thereof | |
| US11224517B2 (en) | Mechanically coupled revision hip system and method | |
| CN208851721U (en) | A kind of implanting instrument | |
| RU116769U1 (en) | Joint Endoprosthesis of Isotropic Pyrolytic Carbon | |
| RU2605149C2 (en) | Closed hip endoprosthesis | |
| CN108578021B (en) | Implantation tool | |
| CN110368143B (en) | Humeral head prosthesis | |
| CN211094997U (en) | Hip joint system and acetabular prosthesis thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180820 |