Результат интеллектуальной деятельности: ЭНДОПРОТЕЗ ЛОКТЕВОГО СУСТАВА

Изобретение относится к области медицины - к травматологии и ортопедии, а точнее к двухэлементным эндопротезам локтевых суставов.

В настоящее время известно значительное количество конструкций эндопротезов локтевого сустава. Например, являющийся наиболее близким к предлагаемому техническому решению и принятый за прототип двухэлементный эндопротез локтевого сустава по патенту РФ №2107475. Данный эндопротез локтевого сустава содержит локтевую и плечевую ножки, соединенные шарнирно с возможностью разъединения, при этом ножки соединены шаровым шарниром, который содержит чашку, выполненную, например, из высокопрочного полиэтилена, а также стопорное кольцо и шар, при этом плечевая ножка расположена таким образом, что в сагиттальной плоскости угол между ее продольной осью и продольной осью шарнира составляет 8-15°, а локтевая ножка выполнена на одном конце с конической поверхностью для соединения с шаром шарнира. При этом шар соединен с локтевой ножкой, а чашка с плечевой ножкой.

Существенным признаком прототипа, совпадающим с признаком предлагаемого технического решения, является то, что он содержит локтевую и плечевую ножки, соединенные шарниром, содержащим шар и выполненную с возможностью вращения относительно его чашку. В принципе общим является и то, что при разгибе между плечевой и локтевой ножками в сагиттальной плоскости образуется угол 8-15°.

Эндопротез прототип, хотя и является наиболее близким к предлагаемому техническому решению, не учитывает анатомобиомеханические свойства локтевого сустава человека, так как анатомобиомеханическая плечелоктевая опора, имея три оси вращения, обладает двумя степенями свободы в отличие от шаровой, имеющей три степени свободы.

Две степени свободы анатомобиомеханической опоры стабилизируются двумя группами мышц, а именно бицепс-трицепс и пронатор-супинатор. Таким образом, в прототипе имеет быть место ни чем не стабилизированная степень свободы, которая и определяет его нестабильность - это боковое движение.

Известные одностепенные (одноосевые) эндопротезы также нестабильны, но уже по другим причинам. Основной причиной нестабильности у них является "поршневой" эффект, который вызван большими отклонениями траектории движения локтевой кости от анатомобиомеханической.

Из сказанного следует, что опора эндопротеза для исключения нестабильности должна иметь три оси вращения и две степени свободы или в опоре две из трех осей вращения должны быть связаны. Ни один из известных двухэлементных эндопротезов не обладает таким свойством. Известно лишь, что для достижения перечисленных свойств в патенте РФ №2123825 введена третья ножка. Но это уже другой класс эндопротезов, установка которых чрезвычайно сложна.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение стабильности сустава.

Указанная задача достигается тем, что в эндопротезе локтевого сустава, содержащем локтевую и плечевую ножки, соединенные шаровым шарниром, содержащим шар и выполненную с возможностью вращения относительно его чашку, шар соединен с плечевой ножкой и является обоймой размещенных в нем эксцентрично двух шаровых элементов, соединенных с чашкой и локтевой ножкой посредством цилиндрического шарнира, ось вращения которого соосна с продольной осью локтевой ножки, при этом эксцентриситет шаровых элементов ε=С·tgα₀, где С - межцентровое расстояние шаровых элементов, α₀ - угол поворота шарнира в дистальной плоскости при полном разгибе.

При этом цилиндрический (одностепенной) шарнир может быть реализован различными конструктивными способами. Например, соединенная с локтевой ножкой чашка может иметь соединенную с ней жестко цилиндрическую ось, соосную с продольной осью плечевой ножки и расположенную диаметрально чашке и шару, проходящую, во-первых, через отверстия в шаре, выполненные с зазором, обеспечивающим возможность наклона оси, а, во-вторых, через отверстие в эксцентрично расположенных шаровых элементах, выполненное по скользящей посадке, т.е. шаровые элементы являются обоймой цилиндрического шарнира. Или, например, цилиндрическая ось может быть жестко соединена с шаровыми элементами, а вращаться внутри чашки или локтевой ножки, выполняющих роль обоймы цилиндрического шарнира.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения от прототипа являются те, что шар соединен с плечевой ножкой, а чашка с локтевой; шар сам является обоймой размещенных в нем эксцентрично двух шаровых элементов, соединенных с чашкой и локтевой ножкой посредством цилиндрического шарнира, ось вращения которого соосна с продольной осью локтевой ножки; при этом шаровые элементы расположены внутри обоймы-шара с эксцентриситетом шаровых элементов ε=С·tgα₀, где С - межцентровое расстояние шаровых элементов, α₀ - угол поворота шарнира в дистальной плоскости при полном разгибе.

В предложенном эндопротезе введена связь между осью вращения в плоскости сгибания и осью бокового вращения. Эта связь обеспечена эксцентрично установленными смежными шарами, связанными с локтевой ножкой, и определяется следующим уравнением: tgα=ε/C·Sinϕ, которое следует из геометрических построений, где α - угол поворота локтевой ножки относительно плечевой в сагиттальной плоскости, который при данной конструкции эндопротеза является зависимым от угла разгиба сустава ϕ и в крайнем положении (полный разгиб 180°) равен α₀ (равный 8-15°), ε - эксцентриситет установки шаров, где С - межцентровое расстояние шаровых элементов, ϕ - угол сгиба-разгиба сустава. При изготовлении эндопротеза все данные параметры наиболее целесообразно выбирать, исходя из анатомобиологических параметров пациента. Приведенное уравнение описывает анатомобиологическую траекторию движения локтевой кости, при которой нагрузки, возникающие в суставе, минимальны.

Для проверки заложенных в предложенную конструкцию законов движения в ЦИТО (Центральном институте травматологии и ортопедии г. Москва) был проведен эксперимент на программно-аппаратурном комплексе для восстановления суставов "Радуга-ЦИТО" (патент РФ на полезную модель №34074). Данный комплекс позволяет измерять с помощью шестистепенных тензовесов 3 силы и 3 момента, возникающих между плечевой и локтевой костями при разгибе, причем при этом в нем может быть обеспечена плавная регулировка углов α и ϕ. При фиксированных углах ϕ определялись углы α, которые обеспечивали минимальные нагрузки. Строилась зависимость α (ϕ), которая с достаточной достоверностью описывается приведенным уравнением.

На основании вышеизложенного можно утверждать, что предлагаемый эндопротез является наиболее близкой моделью плечелоктевого сустава человека. Следовательно, благодаря наличию данных отличительных от прототипа признаков, достигается следующий технический результат - полученное пространственное движение локтевой кости, соединенной предложенным эндопротезом анатомобиомеханическое движение, характеризуемое минимальными нагрузками. Таким образом, обеспечивается низкий износ костей пациента (за счет отсутствия "поршневого" эффекта) и достаточная стабильность искусственного сустава.

В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации совокупность признаков, характеризующая предлагаемый эндопротез локтевого сустава, не была обнаружена. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию охраноспособности "новое".

На основании сравнительного анализа предложенного технического решения с известным уровнем техники по источникам научно-технической и патентной литературы можно утверждать, что между совокупностью признаков, в том числе и отличительных, и выполняемых ими функций и достигаемых целей существует неочевидная причинно-следственная связь. На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что техническое решение в предложенном устройстве не следует явным образом из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию охраноспособности "изобретательский уровень".

Предложенное техническое решение может найти применение в травматологии и ортопедии, поэтому данное решение соответствует критерию "промышленно применимо".

Вариант выполнения предлагаемого эндопротоза представлен на фиг.1-3.

На фиг.1 представлен разрез эндопротеза вдоль плечевой ножки при угле сгиба 90°.

На фиг.2 представлен разрез эндопротеза вдоль локтевой ножки при угле сгиба 90°.

На фиг.3 представлен разрез эндопротеза вдоль плечевой ножки при угле сгиба (при полном разгибе) 180°.

Приведенная на фиг.1-3 конструкция эндопротеза содержит локтевую ножку 1, плечевую ножку 2, выполненную за одно целое с вилкой, которая жестко соединяется с шаром 3 (шаровой обоймой) шарового шарнира. В шаре 3 выполнена эксцентричная шаровая обойма для блока 4 из двух смежных шаров. Локтевая ножка 1 выполнена за одно целое с первой полуобоймой шарового шарнира и с цилиндрической осью 7, на которой посредством пружинной шайбы 6 закреплена вторая полуобойма 5 - (фиг.2). При этом блок 4 из двух смежных шаров и цилиндрическая ось 7 образуют цилиндрический шарнир.

Предложенный эндопротез собирается в два этапа.

На заводе-изготовителе выполняется первый этап сборки. При этом блок 4 смежных шаров вставляется в шар 3, который сваривается лазерной сваркой с вилкой плечевой ножки 2. В операционную поступают описанный узел из деталей 2, 3, 4 и детали 1, 5 и 6.

Во время операции выполняется второй этап сборки. В локтевую кость вставляется локтевая ножка 1, а в плечевую кость вставляется плечевая ножка 2 с вилкой, в которой закреплен шар 3, внутри которого, в свою очередь, размещен блок 4 из двух смежных шаров.

Затем локтевая и плечевая кости соединяются эндопротезом. Для этого ось 7 вставляется в отверстие блока 4. Далее на свободный конец оси 7 надеваются полуобойма 5 и пружинная шайба 6.

Вышеописанный эндопротез работает следующим образом.

При разгибе за счет вращения блока 4 из эксцентричных шаров в шаровой обойме 5 вокруг оси Z блок 4 будет поворачиваться также и относительно двух других осей Х и У. Поворачиваясь вокруг оси Х, блок 4 заставит повернуться относительно оси Х ось 7 и соответственно локтевую ножку 1. Это есть боковое движение локтевой кости, зависимое от угла разгиба. Поворот блока 4 вокруг оси У не вызовет поворот локтевой ножки 1 поскольку ее ось и ответное отверстие в блоке 4 выполнены с гарантированным зазором. Причем поворот вокруг оси У локтевой кости стабилизируется пронатором-супинатором.

Угол бокового поворота при полном разгибе (180°) определится из геометрических построений (фиг.3).

α=arc tg 2ε/C

и будет зависеть от угла разгиба ϕ по формуле

α=arc tg 2ε/C×Sinϕ поскольку проекция эксцентриситета ε на плоскость X, Z при повороте локтевой ножки 1 по углу ϕ пропорциональна Sinϕ.

Таким образом, предложен эндопротез, в котором обеспечены две степени свободы, которые стабилизируются двумя группами мышц-стабилизаторов сустава и в котором имеются три оси вращения, причем боковое вращение зависит от угла разгиба по анатомобиомеханической зависимости, которая обеспечивает минимальные нагрузки в суставе.