ES2585628T3 - Articulación de rodilla con función de articulación cuádruple y prolongación de bisagra - Google Patents

Abstract

Articulacion mecanica, en particular endoprotesis para una articulacion humana, que comprende una primera seccion de articulacion (110) con una primera superficie de articulacion (115), una primera seccion complementaria de articulacion (210) con una primera superficie complementaria de articulacion (215), una segunda seccion de articulacion (120) con una segunda superficie de articulacion (125) y una segunda seccion complementaria de articulacion (220) con una segunda superficie complementaria de articulacion (225), estando unidas rigidamente ambas secciones de articulacion (110, 120) formando una primera parte de articulacion (100) y estando unidas rigidamente ambas secciones complementarias de articulacion (210, 220) formando una segunda parte de articulacion (200), y siendo la articulacion para una articulacion de rodilla humana y situandose la primera superficie de articulacion (115) en la parte femoral-lateral, la primera superficie complementaria de articulacion (215) en la parte tibial-lateral, la segunda superficie de articulacion (125) en la parte femoral-medial y la segunda superficie complementaria de articulacion (225) en la parte tibial-medial, formando la primera superficie de articulacion (115) y la primera superficie complementaria de articulacion (215) al tocarse en un primer punto de contacto una primera union articulada y la segunda superficie de articulacion (125) y la segunda superficie complementaria de articulacion (225) al tocarse en un segundo punto de contacto una segunda union articulada, de modo que la primera parte de articulacion (100) puede realizar con respecto a la segunda parte de articulacion (200) un movimiento de pivotamiento en un plano funcional principal, describiendose en relacion al plano funcional principal las magnitudes de las curvaturas de la primera superficie de articulacion (115) y de la primera superficie complementaria de articulacion (215) en el primer punto de contacto mediante primeros centros de curvatura y las magnitudes de las curvaturas de la segunda superficie de articulacion (125) y de la segunda superficie complementaria de articulacion (225) en el segundo punto de contacto mediante segundos centros de curvatura, caracterizada por que dentro del plano funcional principal para angulos de pivotamiento en un primer intervalo angular los centros de curvatura no coinciden, formando normalmente un cuadrilatero, y para angulos de pivotamiento en un segundo intervalo angular al menos dos de los centros de curvatura coinciden, y formando ambas partes de articulacion (100, 200) para angulos de pivotamiento en el primer intervalo angular un acoplamiento mecanico de cuatro elementos y para angulos de pivotamiento en el segundo intervalo angular una articulacion de bisagra.

Description

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DESCRIPCION

Articulacion de rodilla con funcion de articulacion cuadruple y prolongacion de bisagra Campo de la invencion

Las formas de realizacion de la presente invencion se refieren a una articulacion mecanica, en particular a una endoprotesis para una articulacion humana, normalmente una articulacion de rodilla humana. Espedficamente, algunas formas de realizacion se refieren a una articulacion mecanica con funcion de articulacion cuadruple en un primer intervalo angular y funcion de bisagra en un segundo intervalo angular.

Antecedentes de la invencion

Debido a lesiones o a desgaste, las articulaciones de un ser vivo pueden deteriorarse de manera que ya no puedan desempenar su funcion natural. Como reemplazo se conocen articulaciones mecanicas artificiales, que con frecuencia se implantan como endoprotesis en el cuerpo.

Por el documento EP 0617595 se conoce una articulacion de rodilla segun el preambulo de la reivindicacion 1.

Tales articulaciones mecanicas deben imitar, en el caso ideal, las funciones de la articulacion natural para todo el intervalo angular, es decir desde la extension o incluso sobreextension hasta la flexion maxima, y a este respecto cooperar con el aparato muscular de manera que un control muscular aprendido tambien desencadene en adelante los mismos movimientos articulares. Han de tenerse en cuenta a este respecto, sin embargo, las posibilidades de los materiales de las articulaciones mecanicas, que por regla general no permiten una recreacion “equivalente” de la naturaleza. Sin embargo, las articulaciones mecanicas conocidas no siempre permiten esto de manera suficiente. Asi, se conocen por ejemplo articulaciones de rodilla artificiales que reproducen bien la cinematica natural de la rodilla en el caso de angulos de flexion pequenos como los que se producen al caminar o al correr. Angulos de flexion pequenos pueden ser a este respecto por ejemplo angulos de 0° (articulacion estirada tal como al estar de pie) a 30° (ligera flexion). En el caso de grandes angulos de flexion, en cambio, tal como los que pueden aparecer por ejemplo al montar en bicicleta con un sillin bajo, la cinematica se desvia del comportamiento natural. En tales protesis debe ajustarse, por ejemplo, el sillin no tan bajo para montar en bicicleta. Tampoco puede adoptar o abandonar facilmente la persona en cuestion una posicion en cuclillas.

Por tanto existe la necesidad de proporcionar articulaciones humanas mejoradas, en particular endoprotesis para articulaciones humanas tales como la articulacion de rodilla.

Sumario de la invencion

En vista de los problemas mencionados anteriormente, se proporciona una articulacion mecanica de acuerdo con la reivindicacion 1 independiente. Otros perfeccionamientos ventajosos, que pueden combinarse entre si de cualquier manera adecuada, pueden derivarse de las reivindicaciones dependientes, de los dibujos y de la description.

Segun una forma de realizacion se proporciona una articulacion mecanica, en particular una endoprotesis para una articulacion humana. La articulacion mecanica comprende una primera section de articulacion con una primera superficie de articulacion, una primera seccion complementaria de articulacion con una primera superficie complementaria de articulacion, una segunda seccion de articulacion con una segunda superficie de articulacion y una segunda seccion complementaria de articulacion con una segunda superficie complementaria de articulacion. Ambas secciones de articulacion estan unidas rigidamente formando una primera parte de articulacion y ambas secciones complementarias de articulacion estan unidas rigidamente formando una segunda parte de articulacion. La primera superficie de articulacion y la primera superficie complementaria de articulacion forman al tocarse en un primer punto de contacto una primera union articulada y la segunda superficie de articulacion y la segunda superficie complementaria de articulacion forman al tocarse en un segundo punto de contacto una segunda union articulada, de modo que la primera parte de articulacion puede realizar con respecto a la segunda parte de articulacion un movimiento de pivotamiento en un plano funcional principal. En relation al plano funcional principal, las magnitudes de las curvaturas de la primera superficie de articulacion y de la primera superficie complementaria de articulacion en el primer punto de contacto estan descritas mediante primeros centros de curvatura y las magnitudes de las curvaturas de la segunda superficie de articulacion y de la segunda superficie complementaria de articulacion en el segundo punto de contacto estan descritas mediante segundos centros de curvatura. Dentro del plano funcional principal, para angulos de pivotamiento en un primer intervalo angular los centros de curvatura no coinciden, formando normalmente un cuadrilatero, y para angulos de pivotamiento en un segundo intervalo angular al menos dos de los centros de curvatura coinciden, conforme a lo definido en la reivindicacion 1.

Asimismo, la divulgation va dirigida a procedimientos segun los cuales funcionan las articulaciones mecanicas descritas o mediante los cuales se fabrican. Estos procedimientos contienen etapas de procedimiento para realizar las funciones de las articulaciones o para establecer esta funcionalidad.

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Breve descripcion de las ilustraciones

Algunos de los aspectos anteriormente mencionados y detallados adicionalmente se especifican mas detalladamente en la descripcion y se explican al menos en parte con referencia a las ilustraciones.

la figura 1

las figuras 2A y 2B la figura 3

la figura 4

las figuras 5A a 5E

la figura 6

las figuras 7 y 8

muestra una vista en perspectiva de una articulacion mecanica con funcion de articulacion cuadruple para una mejor comprension y/o de acuerdo con formas de realization descritas en el presente documento; ilustran la proportion rodadura-deslizamiento;

muestra una superficie de articulacion y una superficie complementaria de articulacion laterales junto con trayectoria de contacto al pivotar la articulacion de acuerdo con formas de realizacion descritas en el presente documento;

ilustra la proyeccion de trayectorias de contacto en un plano y representa parametros cinematicos de la articulacion mecanica de acuerdo con formas de realizacion descritas en el presente documento;

muestran proyecciones sagitales de una articulacion de rodilla mecanica de acuerdo con formas de realizacion descritas en el presente documento junto con parametros geometricos; muestra una proyeccion sagital de una articulacion de rodilla mecanica de acuerdo con formas de realizacion descritas en el presente documento junto con parametros cinematicos; muestran proyecciones sagitales de una articulacion de rodilla mecanica de acuerdo con formas de realizacion descritas en el presente documento junto con parametros geometricos o cinematicos en diferentes estados de flexion.

Descripcion detallada

En las descripciones de las ilustraciones, numeros de referencia iguales se refieren a componentes iguales o similares. Generalmente se describen solo las diferencias entre formas de realizacion individuales. Las ilustraciones no estan necesariamente a escala y sirve de ilustracion.

A continuation se describe, para una mejor comprension, una endoprotesis para una articulacion de rodilla humana. Por consiguiente se usan terminos tales como femur (hueso femoral), femoral (relativo al femur), tibia (pierna o hueso de la pierna) y tibial (relativo a la pierna). Sin embargo, esto no implicara limitation alguna a articulaciones de rodilla humanas. Las articulaciones mecanicas mejoradas tambien pueden reemplazar, por ejemplo, articulaciones de rodilla de animales o incluso otras articulaciones distintas de una articulacion de rodilla, por ejemplo una articulacion vertebral. Tambien es concebible un uso en robots. Para tales otras articulaciones han de sustituirse los terminos conforme a sus equivalentes respetivos.

En la figura 1 se muestra, con vistas a la orientation, un sistema de coordenadas x-y-z. Un plano sagital, es decir un plano que discurre de arriba abajo y de delante atras por el cuerpo, corresponde en este caso a un plano paralelo al plano x-z. Discurriendo en la direction x positiva se designa en este caso con “posterior” la direction hacia atras, es decir hacia la parte dorsal, es decir hacia la espalda. De manera correspondiente, la direccion x negativa discurre h hacia la parte anterior, es decir hacia delante hacia el pecho. La direccion medial designa la direccion perpendicular a un plano sagital hacia el lado interior de la rodilla, lateral la direccion hacia el lado exterior de la rodilla. En la figura 1, la direccion medial discurre en la direccion y negativa, la direccion lateral en la direccion y positiva. Se muestra por tanto la rodilla derecha. Para una rodilla izquierda habria que representar toda la figura en un plano sagital en simetria especular.

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una articulacion mecanica. La articulacion mecanica comprende una section de articulacion 110 femoral-lateral y una section de articulacion 120 femoral-medial, que estan unidas formando una parte de articulacion 100 femoral. Normalmente, la union entre las partes de articulacion es rigida. La articulacion mecanica comprende ademas una seccion complementaria de articulacion 210 tibial-lateral y una seccion complementaria de articulacion 220 tibial-medial, que estan unidas formando una parte de articulacion 200 tibial. Tambien en este caso puede ser rigida la union entre las partes de articulacion.

La seccion de articulacion femoral-lateral presenta una superficie de articulacion 115, la seccion de articulacion 120 femoral-medial una superficie de articulacion 125, la seccion complementaria de articulacion 210 tibial-lateral una superficie complementaria de articulacion 215 y la seccion complementaria de articulacion 220 tibial-medial una superficie complementaria de articulacion 225. La denomination superficie de articulacion y superficie complementaria de articulacion, o seccion de articulacion y seccion complementaria de articulacion, se ha elegido por el siguiente motivo. En cada caso una superficie de articulacion 115, 125 de la parte de articulacion del femur 100 toca la correspondiente superficie complementaria de articulacion 215, 225 de la parte de articulacion de la tibia 200. A este respecto surge, normalmente debido a una union por fuerza muscular, una union articulada lateral entre la seccion de articulacion 110 femoral-lateral y la seccion complementaria de articulacion 210 tibial-lateral y una union articulada medial entre la seccion de articulacion 120 femoral-medial y la seccion complementaria de articulacion 220 tibial-medial. Si no se habla especialmente de un par de superficies de articulacion, concretamente superficie y superficie complementaria, entonces por el termino general “superficie de articulacion” ha de entenderse

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tambien una superficie complementaria de articulacion.

En la figura 1 se tocan la seccion de articulacion 110 femoral-lateral y la seccion complementaria de articulacion 210 tibial-lateral en un punto de contacto KL lateral. La seccion de articulacion 210 femoral-medial y la seccion complementaria de articulacion 220 tibial-medial se tocan en un punto de contacto KM medial. El contacto se produce en el caso de una endoprotesis implantada normalmente por la aplicacion de fuerza, es decir la union por fuerza debido a fuerzas de peso y/o musculares. Se habla a este respecto tambien de articulacion, la formacion de una union articulada mediante interaccion de dos superficies que ruedan/deslizan una sobre otra.

En general, de acuerdo con algunas formas de realizacion, las partes de articulacion pueden estar unidas de manera separable. La union se produce como se explico anteriormente mediante union por fuerza. La union se produce entonces no mediante elementos tales como, por ejemplo, pernos, pernos de bisagra, abrazaderas o similares. Esto corresponde al modelo biologico al menos en cuanto a la articulacion de rodilla. Se evitan piezas adicionales que pueden estar sujetas a desgaste, pueden ser complicadas de fabricar y caras y/o interferir en el desarrollo natural del movimiento. En otras formas de realizacion, una articulacion mecanica puede presentar tales elementos de union. Esto puede servir, por ejemplo, para una mayor estabilidad.

La posicion de los puntos de contacto depende del estado de flexion. Generalmente la posicion de los puntos de contacto puede cambiar. Un cambio de la posicion de los puntos de contacto a lo largo de una trayectoria de contacto se produce en el caso de la superficie de articulacion y la superficie complementaria de articulacion, cuando la superficie de articulacion y la superficie complementaria de articulacion ruedan una sobre otra o cuando el movimiento tiene al menos una cantidad de rodadura. Hay dos tipos de deslizamiento: 1) La posicion del punto de contacto se mantiene invariable sobre la trayectoria de contacto de la superficie de articulacion, cuando la superficie complementaria de articulacion se desliza sobre la superficie de articulacion y por tanto el contacto solo se desplaza sobre la superficie de articulacion complementaria. 2) Al reves, el punto de contacto permanece invariable sobre la trayectoria de contacto de la superficie complementaria de articulacion, cuando la superficie de articulacion se desliza sobre la superficie complementaria de articulacion. En general, en el caso de un cambio del estado de flexion de la articulacion, puede producirse una mera rodadura, un mero deslizamiento, o con frecuencia al mismo tiempo y de manera proporcional una rodadura y un deslizamiento. La proporcion de las cantidades de rodadura y deslizamiento se denomina proporcion rodadura-deslizamiento.

La proporcion rodadura-deslizamiento se define como el cociente de los diferenciales de los desplazamientos de contacto. Esto se ilustra en la figura 2A con ayuda de circulos que ruedan y/o se deslizan uno sobre otro. A este respecto K1 sobre el circulo 1 y K2 sobre el circulo 2 son en cada caso los puntos que coinciden, en la situacion mostrada, dando lugar al punto de contacto momentaneo. Los diferenciales de los desplazamientos de contacto se designan con dsKi y dsK2. Para la proporcion rodadura-deslizamiento es valido que p = dsKi / dsK2 o p = dsKi / dsK2 en funcion del sistema de referencia, estando el sistema de referencia en el denominador. A este respecto p = 1 significa una mera rodadura. Un mero deslizamiento de una parte con respecto a la otra se expresa mediante p = 0,

0 p = ~. Los movimientos de rodadura-deslizamiento tienen valores positivos entremedias. Si los circulos giran alrededor de su punto central en el mismo sentido (es decir las orbitas se mueven enfrentadas en el punto de contacto), entonces predomina igualmente un mero deslizamiento, aunque entonces es de p < 0. Las trayectorias de contacto no tienen por que ser curvas lisas. Los diferenciales han de formarse a lo largo de las curvas. En la figura 3 se muestra el cambio del punto de contacto lateral KL sobre la superficie de articulacion 215 tibial-lateral. La superficie de articulacion 215 esta representada en su posicion tras el giro mediante lineas continuas. La superficie de articulacion 215 ha rodado, con respecto a la situacion de extension 215' mostrada en la figura 1 de la superficie de articulacion, a lo largo de la superficie de articulacion 115 femoral-lateral. El punto de contacto original de la figura

1 se designa con KL'. A este respecto KL' se muestra por un lado en lineas discontinuas con respecto a su posicion en la situacion de extension 215', y por otro lado con un contorno continuo en su posicion tras el giro. El punto de contacto momentaneo tras el giro se designa con KL. Sobre la superficie 215 se indica al menos una parte de una trayectoria de contacto 216, que adoptan los puntos de contacto momentaneos al pivotar la articulacion a lo largo de un intervalo angular sobre la superficie de articulacion 215.

Generalmente, en formas de realizacion que se refieren a una articulacion de rodilla mecanica, esta articulacion de rodilla mecanica realiza un movimiento de pivotamiento principalmente en un plano sagital. Los movimientos de rotacion y/o abduccion/aduccion axiales que posiblemente aparecen adicionalmente con el movimiento de pivotamiento son relativamente pequenos. En el caso de una articulacion de rodilla, el plano funcional principal es por tanto un plano sagital. Este es el caso por ejemplo tambien en las articulaciones de dedo. En otras articulaciones, como por ejemplo vertebras, pueden producirse tambien flexiones en planos frontales. Tambien para vertebras puede ser el plano funcional principal un plano sagital, por ejemplo si se considera una sobreflexion hacia delante. Para vertebras, el plano funcional principal no tiene que ser sin embargo necesariamente un plano sagital, por ejemplo cuando se considera una inclinacion lateral del torso o la rotacion axial.

El estado de flexion de una articulacion de rodilla puede abarcar desde extension o incluso sobreextension hasta una flexion maxima. La extension se asocia con un angulo de pivotamiento de 0 grados. La figura 1 mostraria el estado extendido. A continuation, para simplificar la description, el sistema de coordenadas de la figura 1 se asocia con el femur y la parte de articulacion del femur. Pueden considerarse entonces estacionarias y se mantienen en su

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orientacion tal como se muestra en la figura 1. Esto corresponde unicamente a la eleccion de un sistema de coordenadas que se mueve conjuntamente, y no a una verdadera fijacion del femur con respecto al entorno. El angulo de pivotamiento o angulo de flexion a se define entonces como sigue. Cualquier recta en un plano sagital se une rigidamente con la tibia. Puede ser, por ejemplo, la recta 10 de la figura 1, que incluye RL. Sin embargo, tambien puede tomarse cualquier otra recta. En la figura 3 se representa en linea discontinua la situacion de extension 215' de la parte de tibia lateral. Tambien se muestra en linea discontinua la recta 10 de la figura 1. Si se mueve la articulacion, entonces tambien gira la recta 10 unida rigidamente con la tibia en el plano sagital. En la figura 3 esta linea que gira conjuntamente se designa con la referencia 20 y se representa en linea continua. Esta linea 20 que gira conjuntamente discurre al igual que antes por el punto de contacto KL' original, que con respecto a su posicion en la situacion de extension 215' (contorno en lineas discontinuas) adopta igualmente una nueva posicion (contorno en linea continua). El angulo de flexion a es el angulo entre la recta 10 y su equivalente 20 que ha girado conjuntamente. En general, el angulo de flexion a es el angulo entre cualquier recta unida con la tibia en situacion de extension y la misma recta, pero cuando ha girado conjuntamente. Si se eligen como cualquier recta aquellas que no se situan en el plano sagital, sino oblicuamente al mismo, ha de efectuarse una proyeccion en el plano sagital para determinar el angulo de flexion para el movimiento de flexion en relacion al plano sagital.

En la extension, el femur como prolongacion de la parte de articulacion del femur y la tibia como prolongacion de la parte de articulacion de la tibia se situan esencialmente sobre una recta. Si se deja el femur mentalmente fijo, entones puede concebirse el angulo de pivotamiento o angulo de flexion a tambien como angulo entre la tibia en la situacion de extension y la tibia en la situacion de flexion con el femur “retenido”.

El angulo de pivotamiento o angulo de flexion a puede ascender, por ejemplo, de 0° a 170°, normalmente de 0° a 160°. Tambien es posible una sobreextension, por ejemplo hasta -1, hasta -2, hasta -3 grados, hasta -4 o hasta -5 grados. El intervalo angular de pivotamiento total puede abarcar por ejemplo de -5° a 170°, normalmente de -4° a 160°.

Si la articulacion se guia a lo largo de todo su intervalo angular de pivotamiento, entonces la totalidad de los puntos de contacto describe una curva sobre la superficie de articulacion y una curva sobre la superficie complementaria de articulacion. Esta curva se denomina curva de la zona de contacto o trayectoria de contacto. Para el pivotamiento/flexion de la rodilla mecanica es relevante principalmente la parte de la superficie de articulacion que incluye la trayectoria de contacto. Fuera de ella, la superficie de articulacion puede someterse, por ejemplo debido a otros requisitos anatomicos, a restricciones de forma que no tienen que ver directamente con la funcion de la articulacion.

La trayectoria de contacto puede discurrir en un plano sagital. Este es por ejemplo el caso cuando las superficies de articulacion son de forma circular en el corte con planos frontales en la zona de la trayectoria de contacto. En la figura 3 discurre por ejemplo la trayectoria de contacto 216 en un plano sagital. Sin embargo tambien son posibles otras configuraciones, en las que la trayectoria de contacto tambien cambia en la direction y (medial-lateral), por ejemplo describe al menos por secciones un arco en relacion al plano x-y (planto transversal).

Las curvas de corte de las superficies de articulacion y las superficies complementarias de articulacion con planos sagitales o con planos que se forman por una tangente a la trayectoria de contacto y por el eje z, son normalmente curvadas. La curvatura no descarta que las curvas de corte puedan ser localmente planas, por ejemplo en un punto de inflexion. El termino “superficie curvada” y “curva curvada” describe una propiedad global. Una superficie curvada y una curva curvada pueden ser en general localmente planas en un punto o incluso en un segmento. El radio de curvatura es en este caso infinito en dicho punto o en dicho segmento. La curvatura, como inversa del radio de curvatura, es ahi entonces cero.

Para designar el tipo de curvatura se usan los terminos convexo y concavo. Una curva de corte esta curvada de manera convexa si una union recta entre dos puntos de la curva de corte se situa dentro de la respectiva section o section complementaria de articulacion, y esta curvada de manera concava, si tal union se situa fuera de la respectiva seccion o seccion complementaria de articulacion. Para componentes de articulacion tibiales, “dentro” significa mas proximo a la tibia, para componentes de articulacion femorales “dentro” significa mas proximo al femur. Los terminos “convexo” y “concavo” se usan tambien en relacion a segmentos de curvas de corte.

En la figura 1, por ejemplo, la curva de corte de la superficie de articulacion 125 con el plano x-z es globalmente convexa. La curva de corte de la superficie complementaria de articulacion 225 es al menos en un segmento central globalmente concava. La superficie de articulacion 115 y la superficie complementaria de articulacion 215 son ambas, al menos en un segmento centro, concavas.

En general pueden estar curvadas curvas de corte de un plano frontal con una superficie de articulacion o superficie complementaria de articulacion. Un plano frontal es un plano paralelo al plano y-z de la figura 1. A este respecto las curvaturas de una superficie de articulacion y de su superficie complementaria correspondiente estan normalmente ajustadas de manera complementaria. Ajustadas de manera complementaria significa que una es convexa en estas direcciones y la otra concava. De este modo se obtiene una estabilidad lateral de la articulacion de rodilla mecanica,

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de modo que la parte de articulacion 200 tibial y la parte de articulacion 100 femoral se mantienen en la direccion y (medial-lateral) en posicion estable, porque en caso de un “resbalamiento” mutuo como en el caso de un cabestrante surge un sistema de fuerzas de retorno. En la figura 1, por ejemplo, la seccion 110 es convexa en relacion a cortes con un plano frontal, y la seccion complementaria 210, concava. Seria concebible igualmente una situacion inversa.

Las curvaturas de las superficies de articulacion pueden describirse por centros de curvatura con correspondientes radios de curvatura. A este respecto a continuacion se describe la curvatura en un plano formado por el eje z y la tangente a la trayectoria de contacto. Un circulo con el radio de curvatura alrededor del centro de curvatura se cine en este plano a la trayectoria de contacto. En caso de que la trayectoria de contacto discurra en un plano sagital, la curvatura se describe por tanto en este plano sagital. La curvatura en perpendicular a la tangente a la trayectoria de contacto puede ser positiva (convexa), negativa (concava) o cero. Si a continuacion se habla de “curvatura” sin mas, entonces quiere decirse la curvatura tangencial a la trayectoria de contacto, es decir en el plano formado por el eje z y la tangente. Tambien los terminos convexo y concavo sin mas se refieren a la curvatura en este plano. Si la trayectoria de contacto discurre en un plano sagital y una superficie o superficie complementaria de articulacion se designa como convexa o concava, entones esta propiedad se entiende en relacion a un corte con un plano sagital, que incluye la trayectoria de contacto.

En la figura 1 pueden verse, tal como se describio anteriormente, los puntos de contacto KL y KM de la articulacion en su situacion de extension. Las trayectorias de contacto discurren, en el caso de la articulacion mecanica de la figura 1, en planos sagitales. En el punto KL, la curvatura de la superficie de articulacion 110 femoral-lateral esta descrita por el centro de curvatura MFL, la curvatura de la superficie de articulacion 210 tibial-lateral por el centro de curvatura MTL. Puesto que ambas superficies son convexas en el punto KL, los centros MFL y MTL se situan en cada caso en lados diferentes del punto de contacto. En el caso de la superficie de articulacion 120 femoral-medial, la curvatura en el punto de contacto KM esta descrita por el centro de curvatura MFM, en el caso de la superficie de articulacion 220 tibial-medial, por el centro de curvatura MTM. Puesto que la superficie de articulacion 220 tibial- medial es concava en el punto KM, pero la superficie de articulacion 120 femoral-medial es convexa, los centros se situan en el mismo lado del punto de contacto KM.

La union de los centros de curvatura MFM y MFL femorales se designa como acoplamiento femoral F. La union de los centros de curvatura MTM y MTL tibiales se designa como acoplamiento tibial T. La union de los centros MFL y MTL laterales se designa como acoplamiento lateral o biela lateral RL. La union de los centros MFM y MTM mediales se designa como acoplamiento medial o biela medial RM.

La articulacion mecanica forma en la situacion que puede verse en la figura 1 una articulacion cuadruple mecanica, tambien denominada acoplamiento mecanico de cuatro elementos. Es caracteristico de una articulacion cuadruple de este tipo, por lo general, que cuatro elementos moviles esten unidos mediante cuatro acoplamientos, estando unido cada elemento con dos acoplamientos. En el caso de una protesis para una articulacion de rodilla, la articulacion mecanica descrita en este caso es en un primer intervalo angular de pivotamiento una articulacion cuadruple de este tipo. A este respecto los “componentes” de la parte de articulacion de la tibia y de la parte de articulacion del femur forman, mediante contacto de las superficies de articulacion por union de fuerza, la articulacion cuadruple. Los parametros cinematicos se establecen a este respecto por la forma de las superficies de articulacion. Los cuatro acoplamientos vienen dados por el acoplamiento femoral F, el acoplamiento tibial T, el acoplamiento medial RM y el acoplamiento lateral RL entre los centros de curvatura MFM, MFL, MTM, MTL, tal como se describio anteriormente.

A este respecto, en la disposicion espacial en el primer intervalo angular los centros de curvatura son normalmente diferentes entre si. Como mucho, para angulos individuales pueden ser por ejemplo dos centros de curvatura tambien identicos. Las bielas RM y RL pueden situarse en planos sagitales paralelos, por ejemplo si las trayectorias de contacto se situan en estos planos sagitales paralelos tal como se muestra en la figura 1. El acoplamiento tibial y el acoplamiento femoral se situan en cambio en su mayor parte ladeados o se cortan en un punto. En otras formas de realizacion pueden estar ladeados dos, tres o tambien todos los acoplamientos o cortarse en un punto. Las bielas RM y RL pueden estar ladeadas por ejemplo al menos en el caso de algunos angulos de flexion o en algunos intervalos angulares de flexion, cuando las trayectorias de contacto no discurren solo en un plano sagital.

Para explicar la cinematica resulta util a menudo una proyeccion de los acoplamientos y de los centros de curvatura en un plano sagital. Esto se describira mas adelante. En una proyeccion en un plano sagital se usa la expresion “coinciden”, cuando dos centros de curvatura se situan o llegan a situarse en la proyeccion uno sobre otro. La expresion “no coinciden” se usa cuando este no es el caso. En el caso de la articulacion cuadruple, normalmente los centros de curvatura no coinciden. En algunas formas de realizacion forman un cuadrilatero. Por cuadrilatero ha de entenderse tambien una situacion en la que tres o incluso los cuatro centros de curvatura, aunque no coinciden, se situan en la proyeccion en un plano sagital sobre una recta (de modo que la union de los puntos parece mas bien un triangulo, o una recta). En estas formas de realizacion no ha de entenderse sin embargo por cuadrilatero una degeneracion del cuadrilatero, que surge por coincidencia de (al menos dos) centros de curvatura.

La articulacion cuadruple mecanica puede presentar tambien, tal como puede verse en la figura 1, un desplazamiento relativo de las secciones de articulacion lateral y medial en direccion x (anterior-posterior). En la

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figura 1, el desplazamiento esta representado al igual que en la articulacion de rodilla biologica humana de tal manera que la parte lateral esta desplazada hacia la parte posterior. Tal desplazamiento contribuye a que - aparte de una posible ligera sobreextension - no sea posible ningun balanceo de la tibia hacia la parte anterior. En la articulacion de rodilla permanece asi limitada una sobreextension a unos pocos grados.

Una articulacion mecanica, que comprende una mecanica de articulacion cuadruple, se conoce por el documento EP 0 617 595. En esta articulacion de rodilla artificial, la cinematica de una rodilla humana biologica se reproduce bien con angulos de flexion pequenos, es decir con angulos de flexion como los que aparecen al caminar o correr, por ejemplo angulos de 0° a 30°. Con angulos de flexion grandes, que pueden aparecer por ejemplo en cuclillas o tambien al montar en bicicleta, la cinematica se desvia sin embargo considerablemente del comportamiento natural. En particular, al mantener ambos ligamentos cruzados, la interaccion con la protesis en el caso de angulo de flexion grandes es poco natural, pudiendo esperarse un alargamiento excesivo de los ligamentos cruzados y no pudiendo efectuarse por tanto desarrollos de movimiento aprendidos.

Tambien es un objetivo crear una articulacion mecanica mejorada. El analisis de la articulacion previamente conocida del documento EP 0 617 595 muestra que los puntos de contacto en el caso de angulos de flexion pequenos se desplazan hacia la parte dorsal, pero que en el caso de angulos de flexion grandes se produce una inversion del desplazamiento. Los puntos de contacto, mas alla de un cierto angulo de flexion que lleva a un punto de contacto extremo, avanzan por tanto de nuevo hacia la parte anterior. Esto no se corresponde con el comportamiento natural.

De acuerdo con formas de realizacion de la invencion se proporciona una articulacion mecanica que se comporta en un primer intervalo angular como un acoplamiento mecanico de cuatro elementos y en un segundo intervalo angular como una articulacion de bisagra.

En una articulacion de bisagra, los puntos de contacto de las superficies de articulacion permanecen estacionarios o esencialmente estacionarios sobre las superficies complementarias de articulacion o, a la inversa, los puntos de contacto de las superficies de articulacion complementarias permanecen estacionarios o esencialmente estacionarios sobre las superficies de articulacion. A este respecto, “esencialmente estacionario” puede entenderse de modo que la posicion de los puntos de contacto cambia como maximo una distancia que no asciende a mas del 10 %, normalmente a no mas del 5 % o a no mas del 1 %, de la longitud de la trayectoria de contacto. Por el contrario tambien puede tomarse como referencia el diametro de las secciones y secciones complementarias de articulacion en la direccion anterior-posterior. “Esencialmente estacionario” significa que la posicion de los puntos de contacto no cambia mas del 10 %, normalmente no mas del 5 % o no mas del 1 %, del diametro de la respectiva seccion o seccion complementaria de articulacion. Como diametro puede asumirse el punto mas ancho en la direccion anterior-posterior. En el caso de una protesis para una articulacion de rodilla humana, la posicion de los puntos de contacto cambia por ejemplo en relacion a un plano sagital, durante el pivotamiento a lo largo del intervalo de articulacion de bisagra, no mas de 5 mm, normalmente no mas de 1 mm.

Si los puntos de contacto permanecen, durante el pivotamiento de la articulacion de rodilla a lo largo del segundo intervalo angular, estacionarios o esencialmente estacionarios, esto implica por tanto una proporcion rodadura- deslizamiento pequena. Esto significa que la cantidad de deslizamiento es grande o que incluso tiene lugar un mero deslizamiento. Una articulacion de bisagra esta presente cuando la proporcion rodadura-deslizamiento es menor de 0,1, o incluso menor de 0,05 o de manera ideal incluso cero.

El eje de giro momentaneo de la articulacion mecanica discurre en direccion sagital, es decir en direccion medial- lateral, por el punto de corte que se obtiene para dos rectas mediante la biela RM y RL en la proyeccion en un plano sagital. La construccion se describira mas adelante en mas detalle en relacion a las figuras 5-8.

En el intervalo de articulacion de bisagra de la articulacion mecanica, el eje de giro momentaneo de la articulacion permanece durante el pivotamiento a lo largo del intervalo de articulacion de bisagra estacionario o esencialmente estacionario. De manera similar a antes “esencialmente estacionario” puede entenderse de modo que la posicion del eje de giro momentaneo en relacion a un plano sagital no cambia mas del 10 %, normalmente no mas del 5 % o no mas del 1 %, de la longitud de la trayectoria de contacto. Para un intervalo de articulacion de bisagra por ejemplo de 70° a 170°, el eje de giro momentaneo permanece a lo largo de todo el intervalo angular esencialmente estacionario. Por el contrario tambien puede tomarse como referencia el diametro de las secciones y secciones complementarias de articulacion en la direccion anterior-posterior. “Esencialmente estacionario” significa que la posicion de los puntos de contacto no cambia mas del 10 %, normalmente no mas del 5 % o no mas del 1 %, del diametro de la respectiva seccion o seccion complementaria de articulacion. En el caso de una Protesis para una articulacion de rodilla humana, la posicion del eje de giro momentaneo cambia por ejemplo durante el pivotamiento a lo largo del intervalo de articulacion de bisagra no mas del 5 mm, normalmente no mas del 1 mm.

Para describir el cambio/situacion estacionaria de los puntos de contacto o del eje de giro momentaneo se usan tambien las expresiones “desplazarse” o “estar fijo(s)”. Estar fijo(s) corresponde a cuando el eje de giro momentaneo o los puntos de contacto permanecen estacionarios o esencialmente estacionarios. Si el eje de giro momentaneo o los puntos de contacto no estan fijos, entonces un cambio de la posicion tambien se denomina desplazamiento.

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En el caso de una bisagra, los centros de curvatura de dos secciones de articulacion o secciones complementarias de articulacion pueden coincidir en relacion a un plano sagital, por ejemplo en relacion al plano funcional principal. Esto significa que los centros de curvatura se situan uno sobre otro, cuando se proyectan en un plano sagital. El acoplamiento femoral F se situa entonces en direccion sagital en perpendicular al plano sagital, es decir en la direccion medial-lateral.

La expresion “en relacion a un plano" significa, en general, que se indican propiedades de las superficies de articulacion o superficies complementarias de articulacion en relacion a la proyeccion en este plano. En particular pueden proyectarse curvas de superficie como por ejemplo las trayectorias de contacto, dado el caso junto con parametros tales como puntos de contacto, centros de curvatura, acoplamientos y bielas, en un plano sagital.

La figura 4 ilustra esta proyeccion. En la figura 4 pueden verse a la derecha y de manera simplificada las superficies de articulacion en representacion tridimensional tal como en la figura 1. Se muestran los contornos de las superficies de articulacion en los planos sagitales en los puntos de contacto. A la izquierda se representa una proyeccion a lo largo del eje y sobre un plano sagital. Las figuras 5-8 muestran estas vistas proyectadas en planos sagitales con trayectorias de contacto de las superficies de articulacion individuales, o secciones de las mismas. La direccion de observacion en las figuras 5-8 es en la direccion y positiva. Una proyeccion tal como se muestra en la figura 3 a la izquierda se observa por tanto en las figuras 5-8 “desde atras”, de modo que la direccion posterior apunta hacia la derecha y la direccion anterior hacia la izquierda. Las figuras 1-4 sirven unicamente como ilustracion y no muestran necesariamente estados de una articulacion mecanica de acuerdo con formas de realizacion de la presente invention.

En formas de realizacion adicionales tambien pueden coincidir tres centros de curvatura en el segundo intervalo angular, el intervalo de bisagra. Para ello, los radios de una superficie de articulacion y una superficie complementaria de articulacion, por ejemplo las mediales, tendrian que ser iguales en el punto de contacto y las superficies estar curvadas de manera convexa y concava (o concava y convexa). Pueden coincidir menos de cuatro centros de curvatura. Sin embargo tambien pueden coincidir al menos tres centros de curvatura coinciden. Por ejemplo, tambien podrian coincidir los cuatro centros de curvatura. Este seria el caso si en el punto de contacto de bisagra por ejemplo ambas superficies de articulacion fuesen convexas y ambas superficies complementarias de articulacion fuesen concavas con los mismos radios de curvatura.

El segundo intervalo angular, el intervalo de bisagra, puede abarcar por ejemplo angulos de flexion de 35° a 180°. Normalmente, el segundo intervalo angular puede ascender a de 40° a 170° de flexion, aun mas normalmente de 70° a 170°. El primer intervalo angular, el intervalo de articulacion cuadruple, puede ascender por ejemplo a angulos de flexion de 0° a 80°, normalmente de 0° a 70°, aun mas normalmente de 0° a 60°. Sin embargo, el primer intervalo angular puede ascender tambien a solo hasta 50°, 45°, 40° o incluso menos. Tambien puede ser posible una sobreextension. En este caso, el limite inferior del primer intervalo angular en lugar de 0° es por ejemplo de -5°, -4°, - 3°, -2° o -1°.

Entre el intervalo de bisagra y el intervalo de articulacion cuadruple puede encontrarse un intervalo de transition. En el intervalo de transicion puede cambiar la cinematica de una proportion rodadura-deslizamiento grande, tal como puede implementarse para la articulacion cuadruple, a una proporcion rodadura-deslizamiento pequena, que es tipica de la bisagra. El intervalo de transicion puede abarcar por ejemplo angulos de flexion de 40°, 30°, 20°, 10° o menos. Puede ir por ejemplo de 40° a 80°. De acuerdo con algunas formas de realizacion, el intervalo de transicion se situa en de 50 a 75° o de 60 a 70°.

La articulacion mecanica mejorada tiene en el primer intervalo angular, es decir para angulos de flexion pequenos como los que aparecen por ejemplo en el caso de una articulacion de rodilla al caminar o correr, una funcion de articulacion cuadruple. A este respecto, el eje de giro momentaneo de la articulacion se situa, tal como se describe mas adelante, cerca de los puntos de contacto. La proporcion rodadura-deslizamiento puede ascender por ejemplo a al menos 0,5 o al menos 0,6. La proporcion rodadura-deslizamiento puede depender del angulo de flexion. Por ejemplo, la proporcion rodadura-deslizamiento a 5° de flexion puede ser casi 1 y a 60° bajar hasta el 60 % de la misma. Esto puede representarse mediante curvas de rodadura-deslizamiento, es decir mediante curvas de valores de proporcion rodadura-deslizamiento en funcion del angulo de flexion. La proporcion rodadura-deslizamiento media en el primer intervalo angular, que puede determinarse mediante integration, puede ascender a por ejemplo al menos 0,6, al menos 0,7 o al menos 0,8. Debido a la elevada cantidad de rodadura y a que se evita una elevada cantidad de deslizamiento, en caso de carga al caminar o al correr se evita que el material de las superficies de articulacion, por ejemplo polietileno, se desgaste. En la inversion del movimiento, por ejemplo de pivotamiento hacia delante a pivotamiento hacia atras, aparece tambien friction estatica, que solicitaria con esfuerzo cortante el material de las superficies de articulacion durante el deslizamiento. Esto puede llevar, por ejemplo, al laminado del polietileno. Una elevada proporcion rodadura-deslizamiento reduce por tanto tambien la solicitation con esfuerzo cortante para flexiones en el intervalo de articulacion cuadruple. En el segundo intervalo angular, el intervalo de bisagra, la cinematica natural se imita mejor de lo que lo haria una mecanica de articulacion cuadruple. Los desarrollos de movimiento aprendidos pueden seguir efectuandose. Asi es posible por ejemplo montar en bicicleta incluso con el sillin bajo o ponerse en cuclillas y de pie.

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En general, cada estado de flexion de la articulacion esta asociado a un par de puntos de contacto KM, KL en cada caso sobre las superficies y superficies complementarias de articulacion. Existen reglas de representacion, que pueden representarse matematicamente, del intervalo angular de pivotamiento A completo de la articulacion sobre las trayectorias de contacto KTM, KTL tibiales, o sobre las trayectorias de contacto KFM, KFL laterales, por ejemplo

f: A —► KTM x KTL

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donde KM_T y KL_T son los puntos de contacto sobre las superficies complementarias de articulacion de la tibia y KM_F y KL_F los puntos de contacto sobre las superficies de articulacion del femur, que estan asociados a un angulo de flexion a. Al adoptar el angulo de flexion a, los puntos KM_T y KM_F coinciden en un punto de contacto KM medial, y los puntos KL_T y KL_F en un punto de contacto KL lateral. De acuerdo con algunas formas de realizacion, la representacion g no es inyectiva. En particular en el intervalo de bisagra varios angulos a pueden estar asociados a los mismos puntos de contacto sobre las superficies de articulacion femorales (por ejemplo mero deslizamiento de la parte de articulacion de la tibia con puntos de contacto invariables sobre la parte de articulacion del femur). En algunas formas de realizacion, la representacion g se limita a todo el intervalo angular de pivotamiento sin el segundo intervalo angular (el intervalo de bisagra) de manera biyectiva. A excepcion de los puntos de contacto de la bisagra se define entonces una representacion inversa g-1. En particular esto significa que no hay inversion del movimiento de los puntos de contacto sobre las superficies de articulacion del femur. Los puntos de contacto se desplazan en estas formas de realizacion normalmente sobre las trayectorias de contacto KFM y KFL de manera continua hacia la parte dorsal hasta los puntos de contacto de la bisagra. Tambien son concebibles formas de realizacion en las que los dicho para la representacion g se aplica por el contrario para la representacion f, es decir para las superficies de la articulacion tibial.

Tambien puede reducirse el momento de giro axial en la articulacion cuadruple mejorada, o esencialmente eliminarse, lo que permite un desarrollo de movimiento estable en el plano funcional principal. Las dos fuerzas de articulacion compresivas, cuyas lineas de accion discurren por los puntos de contacto momentaneos, pueden estar por lo general torcidas una respecto a otra. Esto tiene como consecuencia que ambas fuerzas en cada situacion de flexion generan un momento de giro axial que, con angulos de flexion pequenos, pueden compensarse posiblemente por el musculo popliteo. No obstante, este y a no puede ser el caso con angulos de flexion grandes, por ejemplo cuando el contacto medial en la articulacion cuadruple se desplaza mas rapidamente hacia atras y adelanta al contacto lateral. En una articulacion mecanica de acuerdo con formas de realizacion descritas en el presente documento, las inclinaciones de superficie de las superficies de articulacion a lo largo de las curvas de contacto pueden disenarse de modo que el momento de giro axial se vuelva cero o no cambie de signo.

Para el movimiento o la funcion de la articulacion, se usa por tanto tambien el termino “punto de contacto momentaneo”. De manera correspondiente se usa el termino “centros de curvatura momentaneos", menos para la asociacion de centros de curvatura a un punto de contacto y mas para el movimiento de los centros de curvatura durante el pivotamiento de la articulacion. En algunas formas de realizacion, un punto de contacto se desplaza. Esto significa que el punto de contacto de un movimiento de la articulacion se traslada de manera correspondiente a lo largo de las trayectorias de contacto sobre ambas superficies de articulacion que estan en contacto. Un desplazamiento, tanto en el lado del femur como en el lado de la tibia, puede tener lugar por ejemplo cuando en el caso de una flexion de la articulacion de 10° el punto de contacto se traslada al menos el 10 % de la longitud de la trayectoria de contacto o al menos el 15 % o mas normalmente al menos el 20 %. A este respecto, la magnitud del desplazamiento por cada 10° de flexion depende del estado de flexion ya alcanzado. Como se describio anteriormente, puede cambiar concretamente la proporcion rodadura-deslizamiento, por ejemplo de casi 1 en el caso de angulos muy pequenos puede bajar a 0,6 en el caso de 50-70°. En una articulacion de rodilla humana puede tener lugar un desplazamiento de un punto de contacto por ejemplo cuando un punto de contacto en caso de flexion de 10° se mueve 5 mm, normalmente 6 mm, aun mas normalmente 10 mm.

Para un desarrollo de movimiento natural y para disminuir las solicitaciones de los materiales es ventajoso disenar la transicion de articulacion cuadruple a bisagra de manera cinematicamente armonica. A este respecto ha de tenerse en cuenta que, en el caso de la articulacion de bisagra, el eje de giro momentaneo tal como se describio anteriormente se situa cerca de los dos centros de curvatura esencialmente coincidentes, por ejemplo cerca de los centros de curvatura MFL y MFM femorales. En el intervalo de transicion de articulacion cuadruple a bisagra se lleva

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en este ejemplo por tanto el eje de giro momentaneo de la proximidad de los puntos de contacto a la proximidad de los centros de curvatura femorales.

A este respecto “en la proximidad" significa que el eje de giro momentaneo se situa alejado de un centro de curvatura, o en general de otro punto de referencia tal como el punto de contacto lateral y/o medial, en relacion a un plano sagital, no mas del 15 % de la longitud de la trayectoria de contacto, normalmente no mas del 10 % de la longitud de la trayectoria de contacto. En una articulacion de rodilla humana, “en la proximidad" puede significar, por ejemplo, que el eje de giro momentaneo no se situa alejado del punto de referencia mas de 10 mm, normalmente no mas de 6 mm.

La figura 2B ilustra en un ejemplo sencillo una relacion entre la posicion del eje de giro momentaneo y la proporcion rodadura-deslizamiento. En la figura 2B, K designa el punto de contacto momentaneo, M1 el punto central de un primer circulo de radio R1 y M2 el punto central de un segundo circulo de radio R2, D la posicion del eje de giro momentaneo, que en el caso mostrado se situa d por encima del punto de contacto K. Siendo wi la velocidad angular alrededor de M1 y vi la correspondiente velocidad orbital, y siendo W2 la velocidad angular alrededor de M2 y v2 la correspondiente velocidad orbital, entonces la velocidad orbital del punto D, por el que pasa el eje de giro momentaneo, es cero. Por tanto es valido que (Ri-cf) coi+(R2+cf) co2 = 0 y, con el segundo sistema como referencia,

n = Z2. = ^2 ' ^2

para la proporcion rodadura-deslizamiento r J) rt ' Finalmente de ello se deriva que

V' | tv * (tj

Se ve por tanto que una disminucion de d, cuando d por tanto resbala en la proximidad del punto

de contacto K y por tanto hacia las superficies de articulacion, lleva a un aumento de la proporcion rodadura- deslizamientos. A la inversa, cuando d se mueve en la direccion de M1, entonces disminuye la proporcion rodadura- deslizamiento. Aunque la figura 2B describe para mayor claridad las proporciones en dos superficies de articulacion circulares, lo mismo es valido tambien para generalizaciones a superficies de articulacion mas complicadas, en particular tambien sobre las superficies de articulacion laterales y mediales de la articulacion mecanica de acuerdo con formas de realizacion descritas en el presente documento y para su eje de giro momentaneo IRA. Por tanto tambien pueden sacarse conclusiones a partir de las proporciones rodadura-deslizamiento indicadas acerca de la importancia de la expresion “en la proximidad".

De acuerdo con algunas formas de realizacion, la curvatura de al menos una superficie de articulacion o al menos una superficie complementaria de articulacion en relacion a un plano sagital es constante. En particular, la curvatura de la trayectoria de contacto en relacion a un plano sagital puede ser constante. La curvatura se describe generalmente como la inversa del radio de curvatura en un punto dado sobre una curva. Tal como se describio anteriormente, a cada angulo de flexion estan asociados puntos de contacto sobre las superficies de articulacion y superficies complementarias de articulacion, a las que a su vez estan asociados radios de curvatura y por tanto curvaturas en relacion a un plano sagital. El hecho de que la curvatura sea constante significa por tanto que las curvaturas son constantes en los puntos de contacto en funcion del angulo de flexion a. El concepto constante abarca que la funcion de curvatura no da saltos, aunque puede presentar pandeos.

Con referencia a las figuras 5-8 se describen formas de realizacion adicionales de la presente invencion. A este respecto la “figura 5" se usa como designation resumida para las figuras 5A a 5E. Las figuras 5-8 muestran vistas sagitales de la articulacion de rodilla mecanica, es decir proyecciones en un plano sagital tal como se describio anteriormente. En especial, aunque sin limitation a ello, las figuras 5-8 muestran dos cortes sagitales superpuestos a traves de las superficies de articulacion 115 y 125, o superficies complementarias de articulacion 215 y 225, laterales y mediales. A este respecto, la trayectoria de contacto KFL femoral-lateral, la trayectoria de contacto KFM femoral-medial, la trayectoria de contacto kTl tibial-lateral y la trayectoria de contacto KTM tibial-medial se situan en este caso en los respectivos cortes sagitales. En general pueden discurrir trayectorias de contacto tambien fuera de los planos sagitales. Las proyecciones en planos sagitales proporcionan sin embargo las mismas ilustraciones que las mostradas en las figuras 5-8.

En la figura 5A puede verse la situation de extension de una forma de realizacion de la articulacion mecanica. El angulo de flexion es a=0°. La superficie complementaria de articulacion 215 tibial-lateral esta curvada en este caso en la zona de contacto KTL de manera convexa y la superficie complementaria de articulacion 225 tibial-medial en la zona de contacto KTM de manera concava. Las superficies de articulacion 115, 125 femorales son convexas en las zonas de contacto KFL, KFM. La posicion de las zonas de contacto KTL, KTM, KFL y KFM se describe con referencia a las figuras 5B-5E. Los puntos de contacto KL y KM entre las secciones de articulacion lateral y medial y sus secciones complementarias en situacion de extension se muestran en la figura 5A. El sistema de coordenadas esta orientado tal como en la figura 1. La direccion y positiva discurre hacia el plano del dibujo, la direccion x positiva hacia la derecha y la direccion z hacia arriba. Las superficies de articulacion lateral y medial de esta forma de realizacion a modo de ejemplo estan ajustadas a escala la una con la otra para la forma de realizacion mostrada, aunque la escala global puede variar en funcion del tamano de la articulacion mecanica.

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La figura 5B muestra la superficie de articulacion 115 femoral-lateral de la figura 5A. Estan marcados tres intervalos FV, FI y FS, que dan lugar, juntos, a la trayectoria de contacto KFL femoral-lateral. A este respecto FV designa el intervalo funcional de la articulacion cuadruple, FI un intervalo de transicion y FS el intervalo de bisagra. La trayectoria de contacto KFL comienza en la marca izquierda del intervalo FV, que corresponde al punto de contacto para angulos de flexion a=0°. El final del intervalo de bisagra no se muestra. La figura 5C muestra la superficie de articulacion 125 femoral-medial de la figura 5A. Tambien en este caso estan marcados, con el mismo significado que en la figura 5B, los tres intervalos FV, FI y FS, que dan lugar, juntos, a la trayectoria de contacto KFM femoral- medial. La trayectoria de contacto KFM comienza en la marca izquierda del intervalo FV, que corresponde al punto de contacto para angulos de flexion a=0°. El final del intervalo de bisagra no se muestra.

La figura 5D muestra la superficie de articulacion 215 tibial-lateral de la figura 5A. Estan marcados tres intervalos FV, FI y FS, que dan lugar, juntos, a la trayectoria de contacto KTL tibial-lateral. A este respecto FV designa el intervalo funcional de la articulacion cuadruple, FI un intervalo de transicion y FS el intervalo de bisagra. El intervalo de bisagra FS existe en este caso esencialmente solo a partir del punto designado por la marca mas a la derecha. Este es, en caso de movimiento en el intervalo de bisagra, el punto de contacto para todo el intervalo angular de bisagra, es decir es estacionario, y se desliza por el intervalo de bisagra de la trayectoria de contacto KFL lateral del femur. La trayectoria de contacto KFL comienza en la marza izquierda del intervalo FV, que corresponde al punto de contacto para angulos de flexion a=0°. El final de la trayectoria de contacto KTL viene dado por el punto de bisagra FS. La figura 5E muestra la superficie de articulacion 225 tibial-medial de la figura 5A. Estan marcados de nuevo los tres intervalos FV, FI y FS, que dan lugar, juntos, a la trayectoria de contacto KTM tibial-medial. A este respecto FV designa de nuevo el intervalo de articulacion cuadruple, Fi un intervalo de transicion y FS el intervalo de bisagra. El intervalo de bisagra FS existe tambien en este caso esencialmente solo a partir del punto designado por la marca mas a la derecha. Este es, en caso de movimiento en el intervalo de bisagra, el punto de contacto para todo el intervalo angular de bisagra, es decir es estacionario, y se desliza por el intervalo de bisagra de la trayectoria de contacto KFM medial del femur. La trayectoria de contacto KFM comienza en la marca izquierda del intervalo FV, que corresponde al punto de contacto para angulos de flexion a=0°. El final de la trayectoria de contacto KTM viene dado por el punto de bisagra FS.

En las figuras 5D y 5E, los intervalos a la derecha del respectivo punto de bisagra FS son intervalos afuncionales 240 por lo que respecta a la flexion de rodilla. Las secciones de superficie de articulacion 217 y 227 prolongan las superficies de articulacion 215 y 225 tal como se muestra en la figura 5A. De acuerdo con otras formas de realizacion, las superficies de articulacion 215, 225 se prolongan fuera de los intervalos de contacto KTL, KTM en el intervalo afuncional 240 con meseta tibial elevada. Esto se ilustra mediante las secciones de superficie de articulacion 216 y 226. Una meseta tibial elevada puede servir para una mayor estabilizacion posterior.

La figura 6 muestra la misma situacion de la articulacion de rodilla en situacion de extension que la figura 5A. se muestran los centros de curvatura MFM y MFL femorales y el acoplamiento femoral F situado entremedias. El acoplamiento femoral F esta proyectado en el plano sagital del dibujo. Su longitud real no puede deducirse por tanto. Adicionalmente se muestran los centros de curvatura MTM y MTL tibiales asi como el acoplamiento tibial T, y el acoplamiento medial RM y el acoplamiento lateral RT. El acoplamiento medial RM y el acoplamiento lateral RL estan ajustados a escala uno con respecto a otro. La longitud real del acoplamiento tibial T no puede deducirse a partir de la figura, ya que el acoplamiento tibial T esta proyectado en el plano del dibujo.

Las prolongaciones de los acoplamientos lateral y medial, es decir dos rectas a traves de las bielas RM y RT, intersecan en el plano del dibujo en un punto. En perpendicular al plano sagital del dibujo a traves de este punto de corte discurre el eje de giro momentaneo IRA de la articulacion. Tal como puede deducirse a partir de la figura 6, el eje de giro momentaneo IRA se situa cerca de los puntos de contacto KM y KL momentaneos en la situacion de extension de la articulacion. Esto implica una elevada cantidad de rodadura durante el pivotamiento de la articulacion desde la situacion de extension. Si se flexiona la articulacion, entonces los puntos de contacto se desplazan debido a la rodadura hacia la parte posterior, es decir en la figura 6 hacia la derecha.

Generalmente, de acuerdo con algunas formas de realizacion, el eje de giro momentaneo puede situarse en la proximidad de al menos un punto de contacto en el caso de un angulo de flexion en el primer intervalo angular y/o en un intervalo angular dentro del primer intervalo angular y/o en todo el primer intervalo angular. El eje de giro momentaneo tambien puede discurrir por al menos un punto de contacto. Sobre la correspondiente superficie de articulacion y superficie complementaria de articulacion tiene lugar entonces una rodadura. En relacion al movimiento de la articulacion, el eje de giro momentaneo puede atravesar durante el pivotamiento, por ejemplo, un punto de contacto.

En la forma de realizacion mostrada en la figura 6, los acoplamientos F, T, RM, RL representan el modelo funcional de la articulacion mecanica. En la construccion mostrada, la mecanica de articulacion cuadruple con una elevada cantidad de rodadura es decisiva para un movimiento entre 0° y 60° de flexion.

A partir de in cierto angulo de flexion aS, es decir para angulos de flexion mayores de aS, es decisiva una mecanica de bisagra para la articulacion mecanica. La figura 7 muestra por separado la superficie de articulacion medial

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femoral y lateral femoral de la figura 6, mostrandose por un lado la situacion de extension como en la figura 6 y por otro lado la situacion con u angulo de flexion a=70°. En la forma de realization mostrada tambien es aS=70°. Un intervalo de transition de la mecanica de articulation cuadruple a la mecanica de bisagra se situa entre 60° y 70°.

Un intervalo de transicion puede estar presente opcionalmente de acuerdo con algunas formas de realizacion de la invention. Por ejemplo, un intervalo de transicion puede estar presente sobre las superficies de articulacion femorales. En algunas articulaciones convencionales, la adaptation o “ajuste” de un intervalo de articulacion de bisagra al intervalo de articulacion cuadruple puede resultar problematico. En principio puede usarse a partir de un angulo predefinido aS la position alcanzada del eje de giro momentaneo IRA para una flexion adicional, es decir para angulos mayores de aS, como eje de bisagra fijo. Las superficies de articulacion pueden prolongarse de manera correspondiente con superficies complementarias tangentes coincidentes con respecto al intervalo de articulacion cuadruple, por ejemplo mediante superficies circulares o casi circulares. Sin embargo, los radios de curvatura de tales prolongaciones pueden ser muy diferentes entonces de los radios de curvatura del intervalo de articulacion cuadruple. Esto puede ser anatomicamente inaceptable. Mediante un intervalo de transicion puede trasladarse, mediante un diseno correspondiente de las superficies de articulacion, el eje de giro momentaneo de una posicion en la proximidad de los puntos de contacto (intervalo de articulacion cuadruple) a la proximidad de los centros de curvatura (bisagra). Los radios de curvatura de la articulacion de bisagra subsiguiente pueden entonces ser tan grandes que sean comparables con los radios de curvatura de la articulacion cuadruple. Esto puede ser anatomicamente ventajoso.

La figura 8 muestra un fragmento ampliado de la figura 7, mostrandose la superficie de articulacion lateral y medial de la parte femoral conjuntamente. La trayectoria de contacto puede dividirse para la forma de realizacion mostrada en las figuras 7 y 8 sobre las superficies de articulacion femorales en tres intervalos funcionales, que se muestran en las figuras 5B-5E. Los tres intervalos funcionales son la section de superficie de articulacion FV con funcionalidad de articulacion cuadruple, la seccion de superficie de articulacion FS con funcionalidad de bisagra y la seccion de superficie de articulacion FI intermedia, que representa un intervalo de transicion. Las secciones de superficie de articulacion de la bisagra existen, en el lado tibial, esencialmente a partir de los puntos FS, mostrados en las figuras 5D y 5E, que no varian esencialmente en el intervalo de bisagra tal como se describio anteriormente. Estos puntos de bisagra FS tibiales tocan las superficies femorales en las figuras 7 y 8 para el angulo de flexion a=70° mostrado en los puntos de contacto KM y KL mostrados. Con un giro adicional de la tibia y por tanto del acoplamiento tibial T en el intervalo de bisagra, estos puntos estacionarios, puntos de bisagra del lado tibial, resbalan a lo largo de las superficies de articulacion femoral. Los puntos de contacto KM y KL se desplazan a este respecto sobre las superficies femorales en las figuras 7 y 8 hacia arriba (hacia la parte posterior). En los puntos de contacto, las curvaturas de la superficie de articulacion femoral y tibial estan disenadas de modo que los circulos de curvatura son concentricos. Esto significa que los centros de curvatura en el punto MS coinciden y el eje de bisagra discurre en perpendicular al plano del dibujo a traves de MS. El eje de bisagra representa el eje de giro momentaneo IRA para todo el intervalo de bisagra.

Los contactos de articulacion KM y KL no se alinean en el intervalo de bisagra en la forma de realizacion mostrada en las figuras 7 y 8. Esto significa que no coinciden en la proyeccion, sino que estan desplazados un angulo p entre rectas a traves de las proyecciones de las bielas RM y rL. En general, de acuerdo con formas de realizacion de la presente invencion, en el intervalo de bisagra el punto de contacto medial y el punto de contacto lateral pueden tener longitudes diferentes. En particular, la posicion tambien puede ser diferente en direction anterior-posterior, por ejemplo el punto de contacto lateral puede estar desplazado dorsalmente, es decir hacia la parte posterior, con respecto al punto de contacto medial. El desplazamiento puede ascender, de acuerdo con algunas formas de realizacion por ejemplo a al menos un 1 %, al menos un 5 % o al menos un 10 % de la longitud de la trayectoria de contacto mas larga o de la del diametro mas grande de una de las partes de articulacion. El desplazamiento puede ascender, por ejemplo, como maximo al 20 %, como maximo al l0 % o como maximo al 5 % de la longitud de la trayectoria de contacto mas larga o de la del diametro mas grande de una de las partes de articulacion. En una rodilla humana, el desplazamiento puede ascender por ejemplo a de 0,3 mm a 10 mm, de 1 mm a 8 mm o de 2 mm a 6 mm. El desplazamiento puede depender de la longitud y de la posicion de los intervalos funcionales (intervalo de articulacion cuadruple, intervalo de transicion, intervalo de bisagra). Tambien pueden derivarse otros valores para el desplazamiento. Un desplazamiento de los puntos de contacto en el intervalo de bisagra puede facilitar, por ejemplo, la adoption de una posicion de cuclillas estable y volver a ponerse de pie desde tal posicion de cuclillas. El aparato muscular puede ajustar en este caso un cambio del contrapeso entre estado mecanicamente estable (posicion de cuclillas) y estado inestable (ponerse de pie).

En la forma de realizacion representada en las figuras 7 y 8, las superficies de articulacion tibiales, no mostradas, son circulares o casi circulares al menos en la zona de contacto, es decir a lo largo de la longitud de la trayectoria de contacto (veanse por ejemplo las figuras 5 y 6). Una configuration de este tipo es facil de producir. Sin embargo pueden usarse de acuerdo con otras formas de realizacion tambien superficies de articulacion tibiales mas generales. Como consecuencia de la circularidad se deriva que el acoplamiento tibial T se mantiene de la misma longitud y solo se gira cuando la parte de articulacion de la tibia pivota con respecto a la parte de articulacion del femur concebida de manera estacionaria. En la forma de realizacion especial de las figuras 7 y 8 puede leerse por tanto el angulo de flexion a entre el acoplamiento tibial T' de la situacion de extension y el acoplamiento tibial T de la

situacion flexionada de la articulacion.

Las formas de realizacion de la presente invencion, que se han descrito con referencia a las figuras 5-8, pueden abarcar por ejemplo perfeccionamientos de la protesis de articulacion de rodilla AEQUOS. Tales protesis AEQUOS 5 de segunda generacion pueden abarcar, por ejemplo, con respecto a las de primera generacion, una parte de articulacion de la tibia invariable. Se mantienen los valores tribologicos adecuados probados de las superficies de articulacion tibiales. La articulacion de bisagra en el segundo intervalo angular se implementaria mediante modification de las superficies de articulacion femorales. Por ejemplo, las formas de realizacion abarcan un perfeccionamiento en el que las curvaturas de las superficies de articulacion femorales cambian de manera 10 constante del intervalo de articulacion cuadruple a lo largo de un intervalo de transition hasta el intervalo de bisagra.

De acuerdo con formas de realizacion adicionales, la articulacion cuadruple mecanica puede comprender al menos una caracteristica del siguiente grupo e caracteristicas: los radios de curvatura femorales ascienden a de 10 mm a 40 mm, por ejemplo de 15 mm a 30 mm o de 20 mm a 25 mm; los radios de curvatura tibiales ascienden a de 20 mm 15 a 90 mm, por ejemplo de 30 mm a 80 mm o de 40 mm a 70 mm; los radios de curvatura tibiales-mediales de las superficies complementaria de articulacion son mayores que los correspondientes radios de curvatura femorales- mediales de las superficies de articulacion (esto tambien puede ser valido para los correspondientes radios de curvatura femorales); las curvaturas tibiales-mediales de las superficies de articulacion son menores que las curvaturas femorales-mediales de las superficies complementaria de articulacion (esto tambien puede ser valido 20 para los correspondientes radios de curvatura femorales); las superficies de articulacion, o superficies complementarias de articulacion, comprenden o se componen de al menos uno de los materiales polietileno (en particular las superficies complementarias de articulacion tibiales), acero, por ejemplo acero al cromo-manganeso (en particular las superficies de articulacion femorales), titanio, ceramica, PEEK y combinaciones de los mismos.

Claims (14)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   65

   REIVINDICACIONES

   1. Articulacion mecanica, en particular endoprotesis para una articulacion humana, que comprende una primera seccion de articulacion (110) con una primera superficie de articulacion (115), una primera seccion complementaria de articulacion (210) con una primera superficie complementaria de articulacion (215), una segunda seccion de articulacion (120) con una segunda superficie de articulacion (125) y una segunda seccion complementaria de articulacion (220) con una segunda superficie complementaria de articulacion (225), estando unidas rigidamente ambas secciones de articulacion (110, 120) formando una primera parte de articulacion (100) y estando unidas rigidamente ambas secciones complementarias de articulacion (210, 220) formando una segunda parte de articulacion (200),

   y siendo la articulacion para una articulacion de rodilla humana y situandose la primera superficie de articulacion (115) en la parte femoral-lateral, la primera superficie complementaria de articulacion (215) en la parte tibial-lateral, la segunda superficie de articulacion (125) en la parte femoral-medial y la segunda superficie complementaria de articulacion (225) en la parte tibial-medial,

   formando la primera superficie de articulacion (115) y la primera superficie complementaria de articulacion (215) al tocarse en un primer punto de contacto una primera union articulada y la segunda superficie de articulacion (125) y la segunda superficie complementaria de articulacion (225) al tocarse en un segundo punto de contacto una segunda union articulada, de modo que la primera parte de articulacion (100) puede realizar con respecto a la segunda parte de articulacion (200) un movimiento de pivotamiento en un plano funcional principal, describiendose en relacion al plano funcional principal las magnitudes de las curvaturas de la primera superficie de articulacion (115) y de la primera superficie complementaria de articulacion (215) en el primer punto de contacto mediante primeros centros de curvatura y las magnitudes de las curvaturas de la segunda superficie de articulacion (125) y de la segunda superficie complementaria de articulacion (225) en el segundo punto de contacto mediante segundos centros de curvatura, caracterizada por que

   dentro del plano funcional principal para angulos de pivotamiento en un primer intervalo angular los centros de curvatura no coinciden, formando normalmente un cuadrilatero, y para angulos de pivotamiento en un segundo intervalo angular al menos dos de los centros de curvatura coinciden, y

   formando ambas partes de articulacion (100, 200) para angulos de pivotamiento en el primer intervalo angular un acoplamiento mecanico de cuatro elementos y para angulos de pivotamiento en el segundo intervalo angular una articulacion de bisagra.
2. 2. Articulacion mecanica segun la reivindicacion 1, en la que en el segundo intervalo angular coinciden menos de cuatro de los centros de curvatura en relacion al plano funcional principal.
3. 3. Articulacion mecanica segun una de las reivindicaciones 1-2, en la que en el segundo intervalo angular en relacion al plano funcional principal coinciden los centros de curvatura de ambas superficies de articulacion (115, 125) y/o coinciden los centros de curvatura de ambas superficies complementarias de articulacion (215, 225).
4. 4. Articulacion mecanica segun una de las reivindicaciones 1-3, en la que para el primer intervalo angular intersecan, en relacion al plano funcional principal, una recta de union entre los centros de curvatura momentaneos de las superficies de articulacion (115, 125) y una recta de union entre los centros de curvatura momentaneos de las superficies complementaria de articulacion (215, 225).
5. 5. Articulacion mecanica segun una de las reivindicaciones 1-4, en la que para el segundo intervalo angular de pivotamiento ambos puntos de contacto se encuentran desplazados en el plano funcional principal.
6. 6. Articulacion mecanica segun una de las reivindicaciones anteriores, en la que la proporcion rodadura- deslizamiento del movimiento de pivotamiento en el primer intervalo angular es mayor de 0,5 y en el segundo intervalo angular menor de 0,1.
7. 7. Articulacion mecanica segun una de las reivindicaciones anteriores, en la que el eje de giro momentaneo del movimiento de pivotamiento para angulos de pivotamiento en el segundo intervalo angular es esencialmente fijo y para angulos de pivotamiento en el primer intervalo angular se desplaza en el plano funcional principal.
8. 8. Articulacion mecanica segun la reivindicacion 7, en la que el eje de giro momentaneo se desplaza de manera continua, durante un movimiento de pivotamiento continuo, del primer al segundo intervalo angular.
9. 9. Articulacion mecanica segun una de las reivindicaciones 1-8, en la que ambos puntos de contacto para angulos de pivotamiento en el segundo intervalo angular son esencialmente fijos y para angulos de pivotamiento en el primer intervalo angular se desplazan en el plano funcional principal.
10. 10. Articulacion mecanica segun una de las reivindicaciones 1-9, en la que en relacion al plano funcional principal la primera superficie de articulacion (115) presenta una primera seccion de superficie conformada de manera convexa, la segunda superficie de articulacion (125) una segunda seccion de superficie conformada de manera convexa, la primera superficie complementaria de articulacion (215) una primera seccion de superficie complementaria

    conformada de manera convexa y la segunda superficie complementaria de articulacion (225) una segunda seccion de superficie complementaria conformada de manera convexa.
11. 11. Articulacion mecanica segun la reivindicacion 10, en la que la primera superficie complementaria de articulacion

    5 (215) presenta una seccion de superficie de articulacion adicional conformada de manera concava.
12. 12. Articulacion mecanica segun una de las reivindicaciones anteriores, en la que el primer intervalo angular abarca al menos 20°, por ejemplo al menos 40° o hasta 60° o hasta 70°.

    10 13. Articulacion mecanica segun una de las reivindicaciones 1-12, en la que la curvatura de al menos una de las

    superficies de articulacion (115, 125) y superficies de articulacion complementarias (215, 225) es constante en el plano funcional principal.
13. 14. Articulacion mecanica segun una de las reivindicaciones 1-13, en la que hay un tercer intervalo angular, en cuyo 15 caso la primera superficie de articulacion (115) y la primera superficie complementaria de articulacion (215) y/o la

    segunda superficie de articulacion (125) y la segunda superficie complementaria de articulacion (225) son incongruentes en relacion al plano funcional principal.
14. 15. Articulacion mecanica segun una de las reivindicaciones 1-14, en la que el eje de giro momentaneo en el plano 20 funcional principal discurre, durante el pivotamiento en el primer intervalo angular, por la proximidad de al menos un

    punto de contacto.