CZ304755B6 - Distrakční zařízení délkově přestavitelných chirurgických implantátů - Google Patents

Abstract

Distrakční zařízení délkově přestavitelných chirurgických implantátů pro alespoň částečnou náhradu kostí a/nebo kloubů, umožňující neinvazivní prodloužení implantátů v závislosti na růstu pacienta, sestává z roztahovacího mechanismu (3), uloženého ve spojovacím pouzdru (4) jednotlivých koncových komponent (1, 2) implantátu a magneticky mimotělně ovládatelného alespoň jedním vnějším magnetem (5) prostřednictvím nejméně jednoho ve spojovacím pouzdru (4) pohyblivě uloženého vnitřního permanentního magnetu (6). Roztahovací mechanismus (3) je tvořen stavěcím dříkem (7) s předepjatou tlačnou pružinou (8), který je ve směru prodloužení implantátu přestavitelně uspořádán ve spojovacím pouzdru (4) koncových komponent (1, 2) implantátu, přičemž stavěcí dřík (7) je ve směru délkového přestavení implantátu působením tlačné pružiny (8) opatřen soustavou polohovacích zarážek (9) a vnitřní permanentní magnet (6) nejméně jednou stavěcí západkou (10). Pohybem vnitřního permanentního magnetu (6) uvnitř spojovacího pouzdra (4) působením vnějšího magnetu (5) je stavěcí západka (10) uvolnitelná a zapadající ve směru prodlužování implantátu před jednotlivé polohovací zarážky (9) stavěcího dříku (7).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká distrakčního zařízení délkově přestavitelných chirurgických implantátů, určeného zejména jako součást endoprotéz resp. distálních nebo proximálních umělých náhrad femuru či tibie, jakož i ostatních dlouhých kostí lidského skeletu, zvláště pak u dětských pacientů, umožňujícího neinvazivní prodloužení implantátů v závislosti na růstu pacienta.

Dosavadní stav techniky

V současné době existuje zvláště pro dětské pacienty například s totální endoprotézou kolenního kloubu již řada typů tak zvaných „rostoucích“ endoprotéz, umožňujících jejich délkovou nastavitelnost v závislosti na pokračujícím růstu pacienta. Takovéto nastavování se obvykle provádí mechanickými prostředky, jakými jsou různá závitová vřetena, rohatkové mechanismy a podobně.

Ze spisu EP 144667 je tak známé řešení délkově nastavitelné protézy, tvořené dříkem, jehož jedna část je uzpůsobena pro jeho zavedení do nitrodřeňového kostního kanálu a druhá část pak opatřena závitem, kolem něhož je uspořádáno pouzdro. Délková nastavitelnost je přitom umožněna stavěcím ústrojím, tvořeným maticí a otočným klíčem. V podstatě obdobné řešení je známé i ze spisu US 5 358 524.

Z patentového spisu EP 290767 je dále známá endoprotéza se dvěma vzájemně teleskopicky výsuvnými vřeteny, z nichž jedno je opatřeno vnějším závitem a druhé vnitřním závitem. Vzájemný pohyb obou vřeten je docilován otočným čepem a převodovým ústrojím s kuželovými koly. Teleskopicky výsuvné díly endoprotézy kolenního kloubu jsou známé i z řešení dle patentového spisu EP 548535.

Značnou nevýhodou všech výše uvedených jakož i dalších podobných řešení endoprotéz je zejména nutnost opětovného a mnohdy poměrně rozsáhlého operačního zásahu pro umožnění přístupu k jejich stavěcímu ústrojí, a to při každé změně délkového nastavení protézy, což klade další nároky na pacienta a velké riziko infekce.

Tato nevýhoda je do určité míry odstraněna například řešením dle patentového spisu US 2004/0193266. Předmětem tohoto spisuje protéza pro děti a dospívající mládež, kde délkové nastavení protézy je prováděno magnetickým polem, generovaným vně před tím operované končetiny.

Z patentového spisu WO 2001/078614 je rovněž známé chirurgické distanční zařízení pro aplikaci síly ke kosternímu roztahování nebo napínání v těle pacienta neinvazivním způsobem, nebo k působení na implantát, které obsahuje kotevní čep k upevnění první komponenty a druhé komponenty ke kosti nebo k ní sousedícím kostem, přičemž komponenty jsou spojeny roztahovacím zařízením, které tvoří vodící šroub s maticí, otočný permanentní magnet připojený k roztahovacímu zařízení a ovládací zařízení, které tvoří elektromagnetická cívka, umístěná mimo tělo pacienta ke generování pohyblivého nebo proměnného elektromagnetického pole pro otočení permanentního magnetu a prodloužení roztahovacího zařízení. Otočný permanentní magnet je k roztahovacímu zařízení připojen před redukční převodovou skříň, která má první redukční převodový stupeň a druhý redukční převodový stupeň k zajištění převodovému poměru nejméně 100 : 1.

Známé je rovněž řešení dle spisu EP 1642550, jehož předmětem je nastavitelná dálkově ovládaná ortopedická protéza se třemi teleskopickými segmenty s lineárními elektropohony.

-1 CZ 304755 B6

Kromě těchto uvedených příkladů neinvazivně elektricky, magneticky či elektromagneticky seřiditelných protéz je dále známé i řešení dle spisu US 5 626 581, jehož předmětem je implantovatelné zařízení pro prodlužování kosti, které využívá materiál s tvarovou pamětí pro pohon hydraulického čerpadla, jakož i pro pohon rohatkového mechanismu, přičemž dále sestává z pístového a prodlužovacího mechanismu. Ve většině těchto případů se však jedná o poměrně složitá a nákladná řešení, což může omezovat jejich použitelnost.

Materiály s tvarovou pamětí využívá rovněž řešení dle spisu WO 03/043512, jehož předmětem je distrakční zařízení, u něhož je k vyvození potřebné síly použita pružina.

Do určité míry jednodušší řešení jsou pak známá ze spisů US5 071 435aUS5 466 261. Předmětem spisu US 5071 435 je hydraulicky prodlužitelná kostní protéza, sestávající zjednostranně uzavřeného válce, opatřeného výsuvným pístem, pod nímž je ve válci umístěn vak, plněný kapalinou podle potřeby resp. podle požadovaného vysunutí pístu plnícím ventilem ve stěně válce z jeho vnějšího prostoru. Předmětem spisu US 5 466 261 je neinvazivně prodlužitelná protéza pro rostoucí děti, vytvořená na obdobném principu, u níž je ve válci místo vaku použit hydrogel, měnící svůj objem podle množství v něm obsaženého fyziologického roztoku a určující tak velikost vysunutí pístu. Nevýhodou těchto řešení může být omezená přestavitelnost takovýchto protéz, daná velikostí použitého vaku či množstvím použitého hydrogelu a schopnosti jeho absorpce a zvýšené nebezpečí jejich selhání.

Ze spisu WO 2009/115645 je pak pro tyto účely známé osteodistrakční zařízení, které je založeno na magnetostrikčním principu.

Úkolem nyní předkládaného vynálezu je rozšíření sortimentu délkově přestavitelných implantátů resp. jejich distrakčních zařízení s cílem jejich dalšího zdokonalení.

Podstata vynálezu

Tohoto cíle je dosaženo distrakčním zařízením délkově přestavitelných chirurgických implantátů pro alespoň částečnou náhradu kostí a/nebo kloubů, umožňujícím neinvazivní prodloužení implantátů v závislosti na růstu pacienta, sestávajícím z roztahovacího mechanismu, uloženého ve spojovacím pouzdru jednotlivých koncových komponent implantátu a magneticky mimotělně ovladatelného alespoň jedním vnějším magnetem prostřednictvím nejméně jednoho ve spojovacím pouzdru pohyblivě uloženého vnitřního permanentního magnetu podle předkládaného vynálezu. Podstata vynálezu přitom spočívá v tom, že roztahovací mechanismus je tvořen stavěcím dříkem s předepjatou tlačnou pružinou, který je ve směru prodloužení implantátu přestavitelně uspořádán ve spojovacím pouzdru koncových komponent implantátu, přičemž stavěči dřík je ve směru délkového přestavení implantátu působením tlačné pružiny opatřen soustavou polohovacích zarážek. Vnitřní permanentní magnet je pak opatřen nejméně jednou stavěči západkou, pohybem vnitřního permanentního magnetu uvnitř spojovacího pouzdra působením vnějšího magnetu uvolnitelnou a zapadající ve směru prodlužování implantátu před jednotlivé polohovací zarážky stavěcího dříku.

Podstata vynálezu dále spočívá v tom, že stavěči dřík je dále opatřen aretačním mechanismem nastavené délky implantátu, sestávajícím z alespoň jednoho odpruženého bloku, na jehož straně, přivrácené ke stavěcímu dříku, je vytvořeno aretační ozubení, zapadající do bočního ozubení, vytvořeného na stavěcím dříku.

Stavěči dřík je v zájmu zamezení rotace uvnitř spojovacího pouzdra s výhodou tvořen čtvercovým profilem se zaoblenými hranami, přičemž polohovací zarážky jsou vytvořeny na jedněch protilehlých stranách čtvercového profilu stavěcího dříku a boční ozubení aretačního mechanismu na jeho druhých protilehlých stranách.

-2 CZ 304755 B6

V zájmu optimální funkce distrakčního zařízení podle vynálezu jsou mezeiy mezi polohovacími zarážkami, vytvořenými na stavěcím dříku, nejméně trojnásobkem šířky stavěčích západek, přičemž polohovací zarážky po jedné straně čtvercového profilu stavěcího dříku leží v ose mezer mezi polohovacími zarážkami, vytvořenými a protilehlé straně čtvercového profdu stavěcího dříku.

Boční ozubení aretačního mechanismu na druhých dvou protilehlých stranách čtvercového profilu stavěcího dříku, jakož i aretační ozubení aretačního mechanismu na jeho odpružených blocích jsou s výhodou tvořena lichoběžníkovými zuby se zkosenými boky ve směru prodloužení implantátu.

Podstata vynálezu dále spočívá v tom, že přenos pohybu vnitřního permanentního magnetu, vyvolaného vnějším magnetem, na stavěči západku je s výhodou zajištěn pákovým mechanismem. Pákový mechanismus umožňuje kyvný pohyb vnitřního permanentního magnetu uvnitř spojovacího pouzdra z jedné jeho strany na druhou, což dovoluje použít pro přestavování stavěči západky pouze jeden vnitřní permanentní magnet, přičemž stavěči západka je vytvořena v podobě kroužku.

V zájmu zamezení nežádoucího uvolnění stavěči západky a jejímu přesmyknutí přes polohovací zarážku na stavěcím dříku, na kterou stavěči západka v nastavené poloze dosedá, je pak ve spojovacím pouzdro umístěna blokovací kulisa proti samovolnému pohybu vnitřního permanentního magnetu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je dále blíže objasněn výkresy příkladného provedení distrakčního zařízení podle vynálezu, kde na obr. 1 je znázorněn nejprve základní princip zařízení se schematicky naznačeným mimotělním magnetickým ovládáním, na obr. 2 je již znázorněno jedno konkrétní příkladné provedení tohoto zařízení pro proximální náhradu tibiální kosti ve vnějším pohledu, na obr. 3 je zobrazen řez A-A z obr. 2, na obr. 4 je zobrazen jeho stavěči dřík, obr. 5 zobrazuje půdorys stavěcího dříku, obr. 6 detail lichoběžníkových zubů bočního ozubení jeho aretačního mechanismu, na obr. 7 je znázorněn řez B-B z obr. 5 a na obr. 8 řez C-C z obr. 7.

Příklad provedení vynálezu

Distrakční zařízení délkově přestavitelných chirurgických implantátů pro alespoň částečnou náhradu kostí nebo kloubů, umožňující neinvazivní prodloužení implantátů v závislosti na růstu pacienta, principiálně sestává, jak je patrno z obr. 1, z roztahovacího mechanismu 3, uloženého ve spojovacím pouzdru 4 mezi pouze schematicky znázorněnou první koncovou komponentou i implantátu a druhou koncovou komponentou 2 implantátu, tvořenou nitrodřeňovým hřebem, a magneticky mimotělně ovládatelného vnějším magnetem 5 prostřednictvím ve spojovacím pouzdru 4 pohyblivě a proti sobě bočně uložených vnitřních permanentních magnetů 6.

Roztahovací mechanismus 3 je tvořen stavěcím dříkem 7 s pomocí opěrné desky 19 předepjatou tlačnou pružinou 8, umístěnou uvnitř stavěcího dříku 7 vjeho ose. Stavěči dřík 7 je ve směru prodloužení implantátu přestavitelně uspořádán ve spojovacím pouzdru 4 koncových komponent i, 2 implantátu a je ve směru délkového přestavení implantátu působením tlačné pružiny 8 opatřen soustavou polohovacích zarážek 9. Vnitřní permanentní magnety 6 jsou pak opatřeny stavěcími západkami 10, pohybem vnitřních permanentních magnetů 6 uvnitř spojovacího pouzdra 4 působením vnějšího magnetu 5 uvolnitelnými a zapadajícími ve směru prodlužování implantátu před jednotlivé polohovací zarážky 9 stavěcího dříku 7.

-3 CZ 304755 B6

Stavěči dřík 7 je dále opatřen aretačním mechanismem 11 nastavené délky implantátu, sestávajícím ze dvou proti sobě uložených odpružených bloků 12 s aretačním ozubením 13, zapadajícím do bočních ozubení 14, vytvořených na stavěcím dříku 7.

Při znázorněném přiložení vnějšího permanentního magnetu 5 z pravé strany dojde na této straně ve směru šipky a k přitažení vnitřních permanentních magnetů 6 se stavěcími západkami 10, čímž se uvolní příslušnou stavěči západkou 10 zajištěná polohovací zarážka 9 stavěcího dříku 7, který se tímto působením tlačné pružiny 8 přestaví do další polohy, kteráje zajištěna dosednutím protilehlé stavěči západky 10 ve směru požadovaného prodloužení implantátu, neznačeném šipkou b, na čelo následující polohovací zarážky 9. Uvolněnou silou tlačné pružiny 8 v průběhu přestavení stavěcího dříku 7 dochází zároveň odpruženými bloky 12 k překonání aretačního mechanismu J_L, který se po opětovném dosednutí další stavěči západky 10 na čelo následující polohovací zarážky 9 znovu zaaretuje.

Tento základní princip je uplatněn v příkladném již praktickém provedení distrakčního zařízení podle vynálezu, které je zobrazeno na obr. 2 až obr. 8.

Jakje pak patrno z obr. 2, distrakční zařízení v tomto příkladném provedení vynálezu je tvořeno spojovacím pouzdrem 4, opatřeném na jednom svém konci spojovacím závěsem 20 s dorazy 21 pro upevnění zde již neznázoměné související koncové komponenty a na druhém svém konci převlečnou maticí 22 pro uzavření spojovacího pouzdra 4. Pro upevnění zde rovněž již neznázorněné druhé koncové komponenty, jak dále patrno z obr. 3, je stavěči dřík 7 ukončen samosvorným vnitřním kuželem 27, nicméně, jak je zřejmé z obr. 1, může být tato druhá koncová komponenta nedílnou součástí stavěcího dříku 7.

Ve spojovacím pouzdru 4, jak je dále patrno z obr. 3, je uložen roztahovací mechanismus 3, který je shodně s principem, zobrazeným na obr. 1, tvořen stavěcím dříkem 7 s pomocí opěrné desky 19 předepjatou tlačnou pružinou 8, který je opatřen soustavou polohovacích zarážek 9 stavěčích západek 10, ovládaných v případě potřeby kyvným pohybem jednoho vnitřního permanentního magnetu 6 přes pákový mechanismus 18. Proti nežádoucímu pohybu vnitřního permanentního magnetu 6 je tento zajištěn blokovací kulisou 23 se zajišťovacím čepem 24, jehož stiskem přes kůži pacienta při potřebě přestavení distrakčního zařízení a prodloužení délky implantátu dojde k uvolnění blokovací kulisy 23. Zajišťovací čep 24 je odpružen pomocnou pružinou 25 a je zároveň opatřen těsnicím o-kroužkem 26. Spojovací pouzdro 4 je z výrobních důvodů provedeno jako dělené, přičemž obě jeho poloviny jsou spojeny již blíže neoznačenými šrouby, přičemž celé spojovací pouzdro 4 je utěsněno proti proniknutí tělních tekutin.

Stavěči dřík 7 je rovněž opatřen aretačním mechanismem 11 nastavené délky implantátu, sestávajícím ze dvou proti sobě uložených odpružených bloků 12 s aretačním ozubením 13, zapadajícím do bočních ozubení 14, vytvořených na stavěcím dříku 7. Tento aretační mechanismus 11 je v tomto příkladném provedení vůči roztahovacímu mechanismu 3 pootočen o 90°, na obr. 3 s řezem v rovině A-A není tudíž patrný.

Stavěči dřík 7, je rovněž opatřen aretačním mechanismem 11 nastavené délky implantátu, sestávajícím ze dvou proti sobě uložených odpružených bloků 12 s aretačním ozubením 13, zapadajícím do bočních ozubení 14, vytvořených na stavěcím dříku 7. Tento aretační mechanismus 11 je v tomto příkladném provedení vůči roztahovacímu mechanismu 3 pootočen o 90°, na obr. 3 s řezem v rovině A-A není tudíž patrný.

Stavěči dřík 7, jak je pak patrno z obr. 4 až obr. 8, je tvořen čtvercovým profilem 1_5 se zaoblenými hranami 16, přičemž polohovací zarážky 9 jsou vytvořeny na jedněch protilehlých stranách čtvercového profilu j_5 stavěcího dříku 7 a boční ozubení 14 aretačního mechanismu IT na jeho druhých protilehlých stranách. Jakje dále patrno z obr. 6, je boční ozubení 14 tvořeno lichoběžníkovými zuby 17 s pod úhlem 35° zkosenými boky ve směru prodloužení implantátu. Obdobně je pak samozřejmě vytvořeno i aretační ozubení 13 aretačního mechanismu 11 na jeho odpruže-4CZ 304755 B6 ných blocích 12. Mezery mezi polohovacími zarážkami 9, vytvořenými na stavěcím dříku 7, jsou trojnásobkem šířky stavěčích západek 10. přičemž, jak blíže patrno z obr. 7, polohovací zarážky 9 po jedné straně čtvercového profilu J_5 stavěcího dříku 7 leží v ose mezer mezi polohovacími zarážkami 9, vytvořenými na protilehlé straně čtvercového profilu 15 stavěcího dříku 7.

V tomto konkrétním příkladu provedení je šířka mezer mezi polohovacími zarážkami 9 o velikosti 3 mm, přičemž šířka těchto polohovacích zarážek 9, jakož i šířka stavěčích západek JO činí 1 mm, což znamená, že při přestavení distrakčního zařízení o jednu polohovací zarážku 9 dojde k prodloužení implantátu o 2 mm.

V poloze vnitřního permanentního magnetu 6, zobrazené na obr. 3, je nutno pro přestavení distrikačního zařízení přiložit vnější permanentní magnet 5 z pravé strany spojovacího pouzdra 4. Stisknutím zajišťovacího čepu 24 dojde k uvolnění blokovací kulisy 23 a tím i k uvolnění vnitřního permanentního magnetu 6, čímž se vnitřní permanentní magnet 6 působením magnetických sil kyvným pohybem přemístí z této jeho jedné krajní polohy směrem k vnějšímu permanentnímu magnetu 5 do jeho druhé krajní polohy. Zároveň přenosem tohoto pohybu vnějšího permanentního magnetu 5 přes pákový mechanismus 18 dojde k uvolnění stavěči západky l_0. Působením tlačné pružiny 8 pak dojde jednak k uvolnění stavěči západky JO. Působením tlačné pružiny 8 pak dojde jednak k uvolnění aretačního mechanismu 11 a k přesmyknutí stavěči západky j_0 přes polohovací zarážku 9, na kterou dosud dosedala na levé straně stavěcího dříku 7, a jednak pohybu stavěcího dříku 7 ve směru požadovaného prodloužení implantátu až do polohy, kdy dojde k dosednutí stavěči západky 10 na následující polohovací zarážku 9 na protilehlé straně stavěcího dříku 7. V této poloze se pohyb stavěcího dříku 7 zastaví, aretačním mechanismem 11 se stavěči dřík 7 zaaretuje a uvolněním zajišťovacího čepu 24 blokovací kulisy 23 se zajistí poloha vnitřního permanentního magnetu 6 v jeho druhé krajní poloze. Při potřebě dalšího prodloužení se vnější permanentní magnet 5 přiloží z opačné, tj. levé strany spojovacího pouzdra 4 a postup se opakuje.

Průmyslová využitelnost

Vynález lze široce použít pro konstrukci délkově přestavitelných implantátů zejména větších kostí a/nebo kloubů.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Distrakční zařízení délkově přestavitelných chirurgických implantátů pro alespoň částečnou náhradu kostí a/nebo kloubů, umožňující neinvazivní prodloužení implantátů v závislosti na růstu pacienta, sestávající z roztahovacího mechanismu (3), uloženého ve spojovacím pouzdru (4) jednotlivých koncových komponent (1, 2) implantátu a magneticky mimotělně ovladatelného alespoň jedním vnějším magnetem (5) prostřednictvím nejméně jednoho ve spojovacím pouzdru (4) pohyblivě uloženého vnitřního permanentního magnetu (6), vyznačující se tím, že roztahovací mechanismus (3) je tvořen stavěcím dříkem (7) s předepjatou tlačnou pružinou (8), který je ve směru prodloužení implantátu přestavitelně uspořádán ve spojovacím pouzdru (4) koncových komponent (1,2) implantátu, přičemž stavěči dřík (7) je ve směru délkového přestavení implantátu působením tlačné pružiny (8) opatřen soustavou polohovacích zarážek (9) a vnitřní permanentní magnet (6) nejméně jednou stavěči západkou (10), pohybem vnitřního permanentního magnetu (6) uvnitř spojovacího pouzdra (4) působením vnějšího magnetu (5) uvolnitelnou a zapadající ve směru prodlužování implantátu před jednotlivé polohovací zarážky (9) stavěcího dříku (7).

   -5CZ 304755 B6
2. 2. Distrakční zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že stavěči dřík (7) je dále opatřen aretačním mechanismem (11) nastavené délky implantátu sestávajícím z alespoň jednoho odpruženého bloku (12), na jehož straně přivrácené ke stavěcímu dříku (7) je vytvořeno aretační ozubení (13) zapadající do bočního ozubení (14) vytvořeného na stavěcím dříku (7).
3. 3. Distrakční zařízení podle nároků la2, vyznačující se tím, že stavěči dřík (7) je tvořen čtvercovým profilem (15) se zaoblenými hranami (16), přičemž polohovací zarážky (9) jsou vytvořeny na jedněch protilehlých stranách čtvercového profilu (15) stavěcího dříku (7) a boční ozubení (14) aretačního mechanismu (11) na jeho druhých protilehlých stranách.
4. 4. Distrakční zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že mezery mezi polohovacími zarážkami (9), vytvořenými na stavěcím dříku (7), jsou trojnásobkem šířky stavěčích západek (10), přičemž polohovací zarážky (9) pojedná straně čtvercového profilu (15) stavěcího dříku (7) leží v ose mezer mezi polohovacími zarážkami (9), vytvořenými na protilehlé straně čtvercového profilu (15) stavěcího dříku (7).
5. 5. Distrakční zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že boční ozubení (14) aretačního mechanismu (11) na druhých dvou protilehlých stranách čtvercového profilu (15) stavěcího dříku (7), jakož i aretační ozubení (13) aretačního mechanismu (11) na jeho odpružených blocích (12) jsou tvořena lichoběžníkovými zuby (17) se zkosenými boky ve směru prodloužení implantátu.
6. 6. Distrakční zařízení podle alespoň jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že přenos pohybu vnitřního permanentního magnetu (6), vyvolaného vnějším magnetem (5), na stavěči západku (10) je zajištěn pákovým mechanismem (18).
7. 7. Distrakční zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že ve spojovacím pouzdru (4) je umístěna blokovací kulisa (23) pro zamezení samovolného pohybu vnitřního permanentního magnetu (6) a nežádoucího přesmyknutí stavěči západky (10) přes polohovací zarážku (9) na stavěcím dříku (7), na kterou stavěči západka (10) v nastavené poloze dosedá.