CZ13962U1 - Acetabulární komponenta totální náhrady kyčelního kloubu - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká acetabulární komponenty totální náhrady kyčelního kloubu tvořené jamkou.

Dosavadní stav techniky

Totální náhrada kyčelního kloubu se v současné době používá pro náhradu nefunkčního kloubu. Vývoj náhrady kyčelního kloubu je řešen již řadu let a v současné době je na trhu velké množství konstrukcí od celé řady výrobců. Podle druhu operace dělíme náhrady na prvoimplantáty, tj. řešení běžných poškození kloubu a revizní náhrady, tj. řešení reoperací a větších destrukcí klou10 bu. Totální náhrada se skládá z femorální a acetabulární části. Femorální část je tvořena dříkem a hlavicí aje kotvena do kostního kanálku kosti stehenní, acetabulární část nahrazuje kloubní jamku a je kotvena do acetabulární části pánve. Z hlediska navrhovaného řešení jsou zajímavé dosavadní řešení prvoimplantátu acetabulární komponenty.

Moderní konstrukce vycházejí z klasické polyetylenové jamky, kterou navrhl Sir John Chamley v padesátých letech minulého století. Tato jamka je vyrobena z polyetylénu s vysokou molekulární hmotností (UHMWPE) a má hemisférický tvar. Je kotvena do acetabulární kosti pomocí kostního cementu (PMMA). Další vývoj směřoval k zlepšení techniky kotvení jamky a zlepšení její funkčnosti.

Doposud jsou vyvinuty dvě základní metody kotvení umělé jamky: cementovaná jamka a nece20 mentovaná jamka. Cementovaná jamka je fixována kostním cementem a tento způsob kotvení se obvykle používá pro UHMWPE jamky. Necementované náhrady jsou aplikovány bez použití kostního cementu, což znamená, že fixace náhrady probíhá na rozhraní implantát - kostní tkáň. Necementovaná jamka je složena ze dvou částí kovového pláště a vnitřní kontaktní plochy. Kovový plášť jamky je ošetřen povrchovými úpravami, které zvětšují plochu povrchu a podporují osteointegraci kostní tkáně. Vnitřní kontaktní plocha je obvykle řešena UHMWPE vložkou.

U určitého počtu implantací acetabulární komponenty totální náhrady kyčelního kloubu, tedy umělé kyčelní jamky dochází k jejímu uvolnění. Příčiny tohoto jevu jsou různé. U UHMWPE představuje vážný problém otěr polyetylénu a následná reakce organizmu na produkty otěru. Snaha o vyřešení tohoto problému spočívala v hledání vhodných materiálových kombinací kluzné dvojice femorální hlavice - jamka. Nejvhodnější se ukázala být kombinace korundová keramika - UHMWPE. Dále jsou používány materiálové kombinace keramika - keramika nebo kov - UHMWPE. Do současné doby se však nepodařilo uspokojivě vyřešit problematiku otěru UHMWPE. Uvolnění jamky může nastat i z důvodu atrofie kosti ve které je jamka kotvena. Příčinou tohoto jevu jsou vysoké kontaktní tlaky na rozhraní kost - implantát. Příkladem optimali35 zace kontaktních tlaků je sendvičová konstrukce kyčelní jamky, tj. více vrstevná konstrukce. Složením jamky z více vrstev dochází ke zlepšení její tlumící schopnosti a tím se dosáhne zlepšení přenosu zatížení mezi jamkou a kostí. Nevýhodou sendvičové konstrukce je její technická složitost a vysoká cena. Výše uvedené nedostatky stávajících řešení vedou k nízké životnosti kyčelních náhrad a k nutnosti jejich reoperace.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny acetabulární komponentou totální náhrady kyčelního kloubu tvořenou jamkou podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že vnitřní kontaktní plocha jamky má asymetrický tvar tvořený plochou symetrickou ke směru zatížení.

Vnitřní kontaktní plocha je s výhodou tvořena hemisféríckou plochou opatřenou zkosením mediální části pod úhlem 5 až 120°. Vnitřní kontaktní plocha může být rovněž tvořena hemisféríckou

-1 CZ 13962 Ul plochou opatřenou otvorem o průměru 5 až 25 mm, přičemž osa otvoru svírá s vnější rovinnou plochou procházející středem jamky úhel 0 až 120° nebo může mít vnitřní kontaktní plocha laterálně hemisférický tvar, tvořený vybráním v mediální části.

Vnější plocha má s výhodou sférický tvar a acetabulámí komponenta je ve výhodném provedení 5 zhotovena z biokompatibilního polyetylénu s vysokou molekulární hmotností UHMWPE.

Nový typ acetabulámí komponenty vychází z výsledků nedávno vyvinutého modelu pro výpočet rozložení kontaktního tlaku ve fyziologickém kyčelním kloubu. Pomocí tohoto modelu lze studovat význam nenosných částí kloubní plochy. Zjistilo se, že nenosná část v mediální oblasti kloubní plochy způsobí rovnoměrnější rozložení kontaktního tlaku na kloubní ploše a posuv ío místa maximálního tlaku směrem dovnitř acetabula. Z technického hlediska lze získané výsledky vysvětlit na základě asymetrie zatížení kloubu. Z mnohých matematických, modelů jako i z experimentálních měření plyne, že výsledná síla působící v kyčelním kloubu je orientována excentricky vzhledem k hemisféře acetabula a působí směrem k laterálnímu okraji acetabula. Mediálně umístněna nenosná část tak přispívá k symetrii nosné plochy vzhledem k výsledné síle přenášené kloubem. Obdobný efekt může být pozorován také ve fyziologickém kloubu, kde nenosnou částí je fossa acetabuli. V navrhovaném řešení byl tedy použit efekt rovnoměrného rozložení kontaktního tlaku při symetrii kloubní plochy vzhledem k výsledné síle. Protože tento účinek tvaru kloubní plochy na rozložení kontaktního tlaku je možné pozorovat také u fyziologických kloubů, je možné nazvat navrhované řešení jako fyziognomická konstrukce, tj. tvarem využívající vlast20 nosti normálních kloubů. Podstatou řešení je tvar kloubní plochy, který bude symetrický k zatížení. Z měření plyne, že variace směru síly v kyčelním kloubu při různých aktivitách není velká, tj. může se stanovit určitá střední síla, ke které se dimenzuje kontaktní plocha. Změna tvaru nosné plochy se může realizovat odstraněním části hemisférické jamky nebo změnou tvaru vnitřní kontaktní plochy.

Výhoda navrhovaného řešení jev tom, že takto navrhnutá acetabulámí komponenta optimalizuje rozložení tlaku na kloubní ploše ve smyslu snížení jeho maximální hodnoty a jeho rovnoměrnější rozložení. Snížení kontaktního tlaku přispívá k snížení otěru a tak snižuje riziko uvolnění endoprotézy při reakci organizmu na produkty otěru. Kromě toho rovnoměrné rozložení kontaktního tlaku na dotyku acetabulámí a femorální komponenty přispívá také k rovnoměrnému rozlože30 ní tlaku na dotyku acetabulámí komponenty a kosti. Tak je odstraněn problém uvolňování endoprotézy z důvodu existence míst vysoké koncentrace tlaku na rozhraní kost - implantát. Kromě toho rovnoměrné rozložení napětí v kosti podporuje její fyziologický vývoj. Nezanedbatelnou výhodou uvedeného návrhu je jeho konstrukční jednoduchost a z toho plynoucí variabilita. Takto zkonstruovanou jamku bude možné využít jak u cementovaných tak i u necementovaných kotve35 ní v kombinaci s dosavadními femorálními komponentami a její implantace nebude vyžadovat zavádění nových operačních postupů a tuto konstrukci. Toto řešení přispívá ke zvýšení odolnosti endoprotézy a to nejen snížením množství uvolňovaných polyetylenových částic ale také cestou zlepšení interakce kost - endoprotéza. Uvedená konstrukce je konstrukčně jednoduchá a technologicky málo nákladná. Konstrukce jamky není omezena použitým materiálem a teda je možné využít materiály, které jsou v artroplastice běžně používané. Předpokládá se, že snížením otěru u UHMWPE a zlepšením rozložení napjatosti na rozhraní jamka - kost dojde k prodloužení životnosti implantátu.

I

Přehled obrázků na výkresech

Acetabulámí komponenta totální náhrady kyčelního kloubu tvořená jamkou podle tohoto tech45 nického řešení bude podrobněji popsána na příkladech konkrétního provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněna jedna jamka v nárysu v řezu a na obr. 2 je znázorněna tato jamka v půdorysu. Na obr. 3 je znázorněna druhá jamka v nárysu v řezu a na obr. 4 je znázorněna tato jamka v půdorysu. Na obr. 5 je znázorněna třetí jamka v nárysu v řezu a na obr. 6 je znázorněna tato jamka v půdoiysu.

-2CZ 13962 Ul

Příklady provedení technického řešení

Příkladná acetabulámí komponenta totální náhrady kyčelního kloubu je tvořená jamkou £, jejíž vnitřní kontaktní plocha 2 má asymetrický tvar tvořený plochou symetrickou ke směru zatížení.

První konkrétní provedení je takové, že vnitřní kontaktní plocha 2 je tvořena hemisférickou plo5 chou opatřenou zkosením 3 mediální části pod úhlem 60°. Druhé konkrétní provedení spočívá v tom, že vnitřní kontaktní plocha 2 jamky £ je tvořena hemisférickou plochou opatřenou otvorem o průměru 20 mm, přičemž osa otvoru 4 svírá s vnější rovinnou plochou procházející středem jamky £ úhel 60° a třetí konkrétní řešení je takové, že vnitřní kontaktní plocha 2 má mediálně asymetrický tvar, tvořený vybráním 5 v mediální části zatímco laterální část má tvar hemisféricio ký.

Vnější plocha 6 u všech provedení má sférický tvar z důvodu využití standardních implantačních postupů pro jejich fixaci a acetabulámí komponenta je zhotovena z biokompatibilního polyetylénu s vysokou molekulární hmotností UHMWPE, případně z biokompatibilní oxidické keramiky.

Jamka £ může být použitá pro cementovanou i necementovanou aplikaci. Uvedené příklady popisují jamku £ kotvenou prostřednictvím kostního cementu. Může se ovšem využít také pro necementovanou náhradu, kde se využijí jako vložky umístněné do standardní kovové části.

Rozměry navrhovaného implantátu by měly odpovídat typizovaným řadám velikosti náhrad kyčelního kloubu. Náhrada je navržena tak, aby pro její aplikaci mohly být použity zavedené im20 plantační postupy a standardní instrumentária. Pro konkrétní aplikaci bude modifikována běžně vyráběná UHMWPE jamka s vnitřním průměrem 28 až 32 mm, která je osazena dó pouzdra vyrobeného ze slitiny titanu TieAflV (ISO 5832/ΠΙ) s porézní povrchovou úpravou.

Průmyslová využitelnost

Acetabulámí komponenta totální náhrady kyčelního kloubu tvořená jamkou podle tohoto tech25 nického řešení nalezne uplatnění zejména v rámci prvoimplantátu i když její použití pro revizní implantáty není vyloučeno.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Acetabulámí komponenta totální náhrady kyčelního kloubu tvořená jamkou, vyznačující se tím, že vnitřní kontaktní plocha (2) jamky (1) má asymetrický tvar tvořený

   30 plochou symetrickou ke směru zatížení.
2. 2. Acetabulámí komponenta podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní kontaktní plocha (2) je tvořena hemisférickou plochou opatřenou zkosením (3) mediální části pod úhlem (γ) 5 až 120°.
3. 3. Acetabulámí komponenta podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní kon35 taktní plocha (2) je tvořena hemisférickou plochou opatřenou otvorem (4) o průměru 5 až

   25 mm, přičemž osa otvoru (4) svírá s vnější rovinnou plochou procházející středem jamky (1) úhel 0 až 120°.
4. 4. Acetabulámí komponenta podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní kontaktní plocha (2) má laterálně hemisférický tvar, tvořený vybráním (5) v mediální části.

   -3 CZ 13962 Ul
5. 5. Acetabulámí komponenta podle kteréhokoli z výše uvedených nároků, vyznačující se t í m , že její vnější plocha (6) má sférický tvar.
6. 6. Acetabulámí komponenta podle kteréhokoli z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že je zhotovena z biokompatibilního polyetylénu s vysokou molekulární hmotností

   5 UHMWPE.