HU219444B - Felületpótló térdprotézis - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya felületpótló térdprotézis, amely három elemből,combcsonti – femoralis protéziselemből (1), tibialis elemből, amelyegy műanyag persely, a tibialis elemet (2) befogadó, lábszárhozcsatlakozó fémtálcából (3) áll. A találmány szerinti felületpótlótérdprotézist az jellemzi, hogy a combcsonti – femoralis protéziselem(1) mediális ágának a mozgásban szerepet játszó íve kúpos spirálissal,laterális ágának íve pedig logaritmikus spirálissal van meghatározva,a műanyag perselyt befogadó fémtálca (3) pedig a lábszárcsonttérdízületi felszínéhez van rögzítve. ŕ

Description

A találmány tárgya felületpótló térdprotézis, amely három elemből, combcsonti elemből - femoralis protéziselemből -, tibialis elemből - műanyag perselyből -, a tibialis elemet befogadó, lábszárhoz csatlakozó fémtálcából áll.

A térdízület pótlása műízületekkel történhet. Amenynyiben nagyfokú alaki elváltozások pótlására van szükség úgy ezt csak a két felszín szoros mechanikai összeköttetésével lehet biztosítani. Ezt a célt szolgálják a különböző zsanéros, illetve tengelyes protézisek. Amennyiben a kötélszerkezeteknek megfelelő szalagrendszerek viszonylag épek, és a két felület egymáson történő elcsúszását limitálják, elégséges a mozgásban részt vevő felületek pótlása.

Az eddig ismert, a térdfelület pótlását szolgáló műízületek combcsonti eleme lényegében két közelítően párhuzamos görgőből állnak, melyek az irodalomban már a század elején leírt úgynevezett Fick-elven alapulnak. Ezek az oldalsíkban közelítően ellipszis alakzatúak, a különböző alkotógörbék centruma egy spirálon, az úgynevezett evolután helyezkedik el. Ez biztosítja, hogy a térd hajlításakor, illetve nyújtásakor a térdízület alkotóelemeinek megfelelően mozgás közben a két csont összeköttetését biztosító szalagrendszer folyamatosan feszes maradjon.

A térdfelületi pótlások gépészeti elveken alapultak úgy, hogy az anatómiai alkotórészek eltávolítása után egyszerű egytengelyű perselyes csukló biztosítja a mozgást. Ennek nagy hátránya, hogy az emberi mozgáskor szükséges forgó mozgást nem biztosítja, emiatt a térd környező lágy részei feszülnek, melynek következtében megnyúlnak. Az ismert térdprotézisek egy jelentős része egyenes síkú polietilén műanyag betéten fekszik, ami az alkotórészek egymáson való elcsúszását biztosította, de az ízület stabilitását csökkentette. A gömb és a sík felület találkozásánál egypontos érintkezés alakult ki, amely a műanyag betét nagyfokú kopásához vezet. Egy másik lehetséges elképzelés a vályúszerűen kiképzett műanyag betét, amely azonban akadályozza végrotáció kialakulását, melynek következtében a protézis és a csont között csúsztatófeszültség alakult ki, mely a protézis kimozdulásához vezet. A protézis kimozdulásának megakadályozására és a forgó mozgás biztosítására a fémtálcában zsámolyszerűen kialakított műanyag betétet alkalmaznak. Az emberi testben a protéziselemek közé benövő kötőszövetek azonban ezt a mozgást akadályozzák, és mellette fájdalmat eredményeznek.

A mozgást szabályozó ütközők a véghelyzetekben az erők továbbadásával a csonthatáron okoznak kimozdulást. Az ismert térdprotézisek hátránya, hogy a normál emberi élethez szükséges mozgások során az alkotóelemek igen hamar elhasználódnak, vagy mechanikus lazulás következik be.

Az US 5 203 807 számú szabadalmi leírásból megismerhető protézis vezérgörbéi oldalsíkban elhelyezkedő logaritmikus spirált képeznek, így messze eltérnek az emberi térd valóságos mozgáspályájától. Jellemző, hogy a hivatkozott szabadalom jogosultja, Evans úr a protézis működésére az alábbiakat közli: „a protézis harántsíknak megfelelő rotációs mozgást enged meg”. Ez lényegében azt jelenti, hogy a mozgás egy külső kényszer hatása alatt történik, holott a felületek geometriája olyan kényszert jelent a terhelés alatti mozgáskor, amely önmagában véve aktív módon valósítja meg a térdízület ismert mozgásait. Például, amikor állunk, a két láb kifelé fordul, hogy nagyobb területű alátámasztást biztosítson a test egyensúlyi helyzetének kialakítására, de ezt nem külső erők idézik elő, hanem a geometria a térdet ennek a szükséges helyzetnek felvételére kényszeríti. Guggoláskor pedig ennek a fordítottja jön létre, a térdek zárásával, amely ugyancsak az alátámasztás biztosítására szolgál.

Az US 5 203 807 számú leírás hangsúlyozza, hogy csak az első 20 fokos hajlításnál veszi figyelembe az úgynevezett végrotáció kialakulását, pedig a teljes mozgáspálya mentén forgó mozgás jön létre, igaz, hogy a hajlítás második stádiumában a térdszalagok lazább összeköttetése miatt a rotáció mértéke csökken.

Hasonló elven működik az US 5 133 758 számú szabadalom szerinti megoldás, amely a combcsont ízületi végét leegyszerűsített spirál által meghatározott alakban adja meg. A szalagrendszer szerepének tulajdonítja a forgó mozgását, ehhez a tibialis műanyag tányér felületét elsekélyesíti. Tehát nem annak a geometriai szerepére épít.

Az FR 2 722 978 számú szabadalom szintén az egy síkban mért felszín görbéjére épít. A DE OS 3 138 978 számú szabadalom szerint térdprotézis az anatómiai combcsonti elemre épül, de a spirális által meghatározott felszín kényszerpályájának oldására egysíkú ellendarabot képez, amely természetesen a protézis összetartó erejét minimalizálja.

Jelen találmány célkitűzése olyan emberi térdízület felszíni pótlására alkalmas térdprotézis kialakítása, amely alkatrészeinek egymáson történő elmozdulása az ízület mindennapi működéséhez szükséges mozgásokat hozza létre.

A találmány szerinti felületpótló térdprotézis kialakítása során a feltalálók abból indultak ki, hogy az emberi és állati ízületek az evolúció során a szükségleteknek megfelelően alakultak ki, végső formájuk tökéletes funkciót eredményez, tehát alakzatának megközelítésével kell a pótlást megtervezni.

Jelen találmány lényegét a mozgásban szerepet játszó felületek kialakítása jelenti, mely a működést meghatározó módon eltér az eddig ismert és szabadalmaztatott felületpótló térdprotézisekétől.

A találmány azon felismerésből indul ki - amelyet a háromdimenziójú elemzések is alátámasztanak -, hogy a mechanikából ismert „merev test gömbi mozgását” kell az új protézissel megvalósítani.

A térdízület bonyolult működésének megismeréséhez nem elég az emberi test kinematikájának ismerete, tehát a végtagok makromozgásainak külső leírása. Ezért mind kádávereken, mind élő embereken sorozatban komputertomográfiás és MRI-felvételeket készítettünk. Úgynevezett heurisztikus szűrő kialakításával a különböző mozgáshelyzetekben megállapítottuk az érintkezési pontok térbeli koordinátáit, és az adatok alapján meghatároztuk a pontos mozgáspályát, mely az ízület belső érint2

HU 219 444 Β kezőgumóin a tér három irányába hajló ívet alkot. Ez a megállapítás forradalmian új. Az egyes vizsgálatok adatai alapján megállapítottuk a spirális emberre jellemző átlag értékét. Kiderült, hogy a spirális egy kúpspirális adott szegmensének felel meg, mely az érintkező felszínek vonatkozásában meghatározza a felszín geometriáját.

Méréseinkkel megállapítottuk, hogy a két gumó vonatkozásában a térdízület egyes hajlítási helyzeteiben mennyiben változik a combcsonton, valamint a tibia érintkező felszínén futó mozgáspályák hossza, és ebből az egyes helyzetekre vonatkozó gördülési és csúszási arányokat is meghatároztuk. Az emberi test mozgásának kialakulásában az érintkező felszínek geometriája a porc keménysége, rugalmassága és az ízületi porc lehorgonyzása, valamint az összekötő szalagrendszerek játszanak szerepet.

A találmány szerinti célkitűzést olyan felületpótló térdprotézissel valósítjuk meg, amely három elemből, combcsonti - femoralis - protéziselemből - tibialis elemből, - amely egy műanyag persely -, a tibialis elemet befogadó, lábszárhoz csatlakozó fémtálcából áll, és amelyet az jellemez, hogy a combcsonti - femoralis protéziselem - mediális ágának a mozgásban szerepet játszó íve kúpos spirálissal, laterális ágának íve pedig logaritmikus spirálissal, van meghatározva, a műanyag perselyt befogadó fémtálca pedig a lábszárcsont térdízületi felszínéhez van rögzítve.

A találmány szerinti felületpótló térdprotézis egy előnyös kiviteli alakja esetén a combcsonti - femoralis - protéziselem laterális ágán futó körívek a logaritmikus spirálisra merőlegesen, tehát a frontális síkban elhelyezkedően, míg a mediális ág kúpos spirális térgörbéjén végigfutó körívszelvények pedig az emberi térdízület-szelvénygörbén elhelyezkedésének megfelelően, elforgatva vannak kialakítva.

A találmány szerinti felületpótló térdprotézis egy másik előnyös kiviteli alakjának a tibialis elem - műanyag persely - érintkező felülete, a combcsonti elem ágainak fiziológiás mozgása során érintkező ívhez igazodó, vályúszerü bemunkálással van ellátva.

A találmány szerinti felületpótló térdprotézis egy példaképpeni kiviteli alakját a csatolt ábrák alapján ismertetjük, ahol az

1. ábra a találmány szerinti felületpótló térdprotézis axonometrikus vázlata, a

2. ábra az 1. ábra szerinti felületpótló térdprotézis femoralis - combcsonti - elemének axonometrikus képe, a külső és belső felületének vezetőgörbéivel, a

3. ábra a 2. ábra szerinti femoralis elem hátulnézete, köríves szelvényekkel, a

4. ábra az 1. ábra szerinti felületpótló térdprotézis tibialis - lábszárra illeszkedő - elemének axonometrikus képe, az

5. ábra a 2. ábra szerinti femoralis protéziselem egy másik - egyoldalas, a combcsont belső condylusára illeszkedő - kiviteli alakja felülnézetben, a

6. ábra a 4. ábra szerinti tibialis protéziselem egy másik - egyoldalas, a lábszár belső tibialis platójára illeszkedő - kiviteli alakjának axonometrikus képe.

Az 1. ábra szerinti felületpótló térdprotézis lényegében egy 1 femoralis - combcsonti - elemből, egy 2 tibialis - lábszárra illeszkedő - elemből, műanyag perselyből és egy, a 2 tibialis elemet - műanyag perselyt - rögzítő, önmagában ismert 3 fémtálcából épül fel. Az 1. ábrán egy kétoldalas kiviteli alak látható.

A 2. ábra az 1. ábra szerinti 1 femoralis elem axonometrikus vázlatát mutatja a mozgásban szerepet játszó laterális ágának 4 logaritmikus spirális vezetőgörbéjű külső és a mediális ág 5 kúpos spirális vezetőgörbéjű belső felszíneivel.

A 3. ábra az 1. ábra szerinti femoralis elemet szemlélteti felülnézetben, a 4 logaritmikus spirális vezetőgörbére merőleges 6 köríves szelvényekkel, illetve az 5 kúpos spriális vezetőgörbéjén a szükséges mértékben térben elforgatott 7 köríves szelvényekkel.

A 4. ábra az 1. ábra szerinti 2 tibialis elem - műanyag persely - axonometrikus vázlata a vályúszerű kialakítású 8 és 9 felszínekkel, amelyek az 1 femoralis elem 4 logaritmikus, illetve 5 kúpos spirális vezetőgörbék legördítésének megfelelően vannak kialakítva. Sagittalis síkbeli íveltsége is érzékelhető, tudniillik az elülső rész kiemelése a térd hátrabicsaklását akadályozza. A 2 tibialis elem frontális síkban fekvő 10 íveltsége nagyobb, mint az 1 femoralis elem íveltsége, miáltal a mozgásszabadság-biztosítás és a testet érő külső mechanikai behatások is ellensúlyozva varnak.

A merev test gömbi mozgását megvalósítandó, a combcsonti 1 femoralis elem mozgásban szerepet játszó felszíneit úgynevezett polhodiakúpra építjük. A küldő felület felszínének vezetőgörbéje 4 logaritmikus spirális vezetőgörbe, míg belső felszínének vezetőgörbéje 5 kúpos spirális vezetőgörbe.

Az ellendarabot, a 2 tibialis elemet, műanyag perselyt - melyet konvencionális 3 fémtálcába helyezünk - vályúszerüen alakítjuk ki.

A 2 tibialis elem vályúszerüen bemunkált külső ívének 8 felszíne az 1 femoralis elem 4 logaritmikus spirális vezetőgörbéje legördítésének, míg belső ívének 9 felszíne az 1 femoralis elem 5 kúpos spirális vezetőgörbéje legördítésének felel meg.

Az ily módon kialakított 1 femoralis és 2 tibialis elem - műanyag persely - olyan protézispárt alkot, ahol a protézispár elemei között a „kúpon” - íven - történő elmozduláskor forgás, azaz az élettaninak megfelelő ízületi mozgás (lásd gömbi mozgás) jön létre guggoláskor is.

Az 1 femoralis elem belső felszínét öt síkkal határoltuk. Ez illeszkedik az általánosan ismert sablonokkal a műtét során kialakítható csontfelületekhez.

A 2 tibialis elem egy műanyag betét, amelynek 10 vályúszerű íveltsége nagyobb, mint az 1 formális elem 6, 7 körszelvényeinek íveltsége, és így a már említett pályakényszer mellett bizonyos mértékű mozgásszabadságot kölcsönöz a nem élettani erőhatások rugalmas elviseléséhez.

A kétoldalas protézisek mellett azonban szükség van az egyoldalas kialakítású protézisekre is. Az ilyen

HU 219 444 Β egyoldalas protézisek mintegy felét képezik a dupla

- külső, belső ívekkel rendelkező - térdprotéziseknek, így azok működése a szándékuknak megfelelő élettani mozgásokat teszi lehetővé.

Az 5. ábra egy ilyen egyoldalas kialakítású 1 femoralis elemet mutat be, amelynek vezetőgörbülete a

2. ábra szerinti kétoldalas 1 femoralis elem belső felszíni 5 kúpos spirális vezetőgörbéjével megegyező.

A 6. ábra egy egyoldalas kivitelű felületpótló térdprotézis 2 tibialis elemét - műanyag perselyt - szemlélteti, amelyik vályúszerűen bemunkált felszínének görbülete az 5. ábra szerinti 1 femoralis elem legördítésének felel meg.

Az egyoldalú 1 femoralis elemet - lásd 5. ábra úgynevezett anatómiai belső felszínnel alakítottuk ki. Ennek előnye, hogy minimális kérgi rész eltávolítását eredményezi, a condylus megtartja anatómiai alakját és ezen keresztül pedig csontszerkezetét.

A találmány szerinti felületpótló térdprotézis

- amelynek előnyös kiviteli alakjait a fentiekben ismertettük - kialakítása az alábbi elvek alapján történt.

A kialakítandó ízületi felszínt borító élettelen anyagok műszaki-mechanikai ismeretei alapján modelleztük a térdprotézist. Miután a test mozgásai az aktuális kinematikai láncot alkotó szektorok megfelelő rotációs kombinációiból állnak, a térdet alkotó csontok formájából adódik, hogy mozgása egy merev test gömbi mozgásaként - két kúpfelület egymáson történő elmozdulásával - szemléltethető. A térdízületi flexió és rotáció pedig térbeli centroispárok gördülésével valósítható meg. A centroispárok, melyek a kúpok vezérvonalai, közös gömbhéjon helyezkednek el.

Az alkotó fém és nagy keménységű polimer műanyag szilárdságméretezését is szem előtt tartva az érintkező felületek rugalmas deformációját kiszámítottuk. Ez azt jelenti, hogy a térdízület mozgása során a két érintkező gumó mozgáspályái lineárisnak tekinthetők, de az egyes helyzetek, elsősorban az álláskor rugalmas deformáció is létrejön, így az érintkező felületek kiszélesednek.

A fenti két alapelvet szem előtt tartva az érintkező femoralis palástot a görbét egyes hajlítási szögnek megfelelő érintkezési pontokon a megfelelő szög alatt metsző görbék logaritmikus spirálisából vezettük le, azaz a térbeli mozgáspályagörbét a merőlegesen metsző felületi görbéknek megfelelően alakítottuk. Ennek feleltettük meg a tibialis belső tálcát, a mozgás során érintkező ellendarab palástjának burkolófelületét. Álláskor és az első 20-25 fokos térdhajlításnál a terhelés döntő mértékben a belső ízületi felszíneken helyezkedik el, tehát az itt kialakított mozgáspálya vezérli az egész térdízületre jellemző mozgást.

Az ellendarabot vályúszerű kialakítása folytán a kúpspirál lefutásának megfelelő elmozduláskor passzív módon előidézett forgás jön létre, így a térd hajlítás során az élettani mozgásnak megfelelően képes terhelés mellett is (guggolás) forgást végezni (körülbelül 7-10 fok).

A két ízületi alkotóelem által képzett kúp hossza messze kívül esik az ízületen, a belső felszínen kialakított mozgáspálya kúptengelyének harántirányú mozgását, illetve süllyedését eredményezi. Ez a két gumó rádiuszai közti méretkülönbségből adódik, ezért is jelennek meg az egyes szabadalmi leírásokban a kúp alakzatok. A kúp elfordulásának lehetővé tételére (a nagyobb szabadságfok) logaritmikus spirálnak megfelelő vezérgörbét alakítottunk ki, a tibialis tányér hajlítási szögét pedig 5 fokkal nyitottuk (a laterális gumó ívéhez képest).

Az ellenoldali perselynek megfelelő tibialis felszínt az anatómiai vizsgálatoknak megfelelően a csúszás, illetve gördülés arányában alakítottuk ki. Tehát a femoralis és lábszárcsonti mozgáspályák hosszbeli különbségét nem lerövidítettük, hanem a gördülés-csúszás arányában kialakult helyzetekben a megfelelőséget egyeztettük, alkalmazva az affinitás geometriai tételeit. Ezáltal elértük, hogy a mozgás a fiziológiás, tehát élettani mozgásnak megfelelően jön létre.

A körívszeletnek megfelelő felszín részben széles támaszkodást biztosít, főként oldalirányú elmozdulással szemben, részben a combcsont tengelyére anatómiai szögben tervezett kúp az elölnézeti síkban biztonságot ad. A műanyag betétek íve nyitottabb lévén a szükséges pályakényszer mellett bizonyos mértékű mozgásszabadságot ad a nem élettani külső erőbehatások esetén.

A térdízületre ható erők játéka az irodalomból ismert. Mi elvileg abból indultunk ki, hogy az emberi test az antagonista izmok beidegződésén keresztül reflexmechanizmus által vezérelten mindig egyensúlyi helyzetet hoz létre, s ezért a térdízületre ható erők könnyen kiszámolhatok.

A térdízületi protézisek nyilvánvaló hasonlósága abból adódik, hogy pótlásukat mindegyik protézis az anatómiai alakzatnak megfelelően alakította ki. Ebből következik, hogy a combcsonti elem minden leírásban a két gumónak megfelelő alakzatú, hiszen ezekre kell rávinni a felületpótlást. Oldalról nézve, a felületi kontúr tévesen ellipszisnek tűnik, mint ahogy a század elején Fick leírta.

A találmány szerinti protézis alapelvében teljesen különbözik az eddig ismert megoldásoktól. Nem a mozgó felszínek tengelyére merőleges, tehát oldalsó síkban mért és jellemzett görbéken alapszik, hanem a térdízületben valóságos mozgásnak letérképezéséből eredő, a tér három irányában hajlott mozgáspályát vesz figyelembe.

A két pálya oly mértékben különbözik egymástól, hogy a pálya kezdeti szakaszában 2-3 mm-es eltérés alakul ki. Ha a mediális gumót vonatkerékhez hasonlítjuk, ez az eltérés egy ciklusnak megfelelően akár 20-30 cm eltérést is jelenthet.

Az ellendarab vályúszerű kialakítása folytán a kúpspirál lefutásának megfelelő elmozduláskor passzív módon előidézett forgás jön létre, így a térd a hajlítás során az élettani mozgásnak megfelelően képes terhelés mellett is (guggolás) forgást végezni (körülbelül 7-10 fok).

A körívszeletnek megfelelő felszín részben széles támaszkodást biztosít, főként oldalirányú elmozdulással szemben, részben a combcsont tengelyére anatómiai szögben tervezett kúp az elölnézeti síkban biztonságot ad. A műanyag persely íve nyitottabb lévén a szükséges

HU 219 444 Β pályakényszer mellett bizonyos mértékű mozgásszabadságot ad a nem élettani, külső erőbehatások esetén.

A találmány szerinti felületpótló térdprotézis előnye tehát, hogy a térdet alkotó csontok anatómiájából adódó fiziológiai mozgást tesz lehetővé, amely a femorális elem külső felszínének logaritmikus spirális vezetőgörbéjének a belső felszín kúpos spirális vezetőgörbének, és ezek mozgásának megfelelő a tibialis elemen kialakított vályúszerű bemunkált íveknek eredménye.

Claims (3)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Felületpótló térdprotézis, amely három elemből, combcsonti - femorális - protéziselemből, tibialis elemből - amely egy műanyag persely - a tibialis elemet befogadó, lábszárhoz csatlakozó fémtálcából áll, azzal jellemezve, hogy a combcsonti - femorális - protéziselem (1) mediális ágának a mozgásban szerepet játszó íve kúpos spirálissal (5), laterális ágának íve pedig logaritmikus spirálissal (4) van meghatározva, a műanyag perselyt (2) befogadó fémtálca (3) pedig a lábszárcsont térdízületi felszínéhez van rögzítve.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti felületpótló térdprotézis, azzal jellemezve, hogy a combcsonti - femorális - protéziselem (1) laterális ágán futó körívek (6) a logaritmikus spirálisra (4) merőlegesen, tehát a frontális síkban elhelyezkedően, míg a mediális ág kúpos spirális (5) térgörbéjén végigfutó körívszelvények (7) pedig az emberi térdízület szelvénygörbén elhelyezkedésének megfelelően, elforgatva vannak kialakítva.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti felületpótló térdprotézis, azzal jellemezve, hogy a tibialis elem (2) - műanyag persely - érintkező felülete, a combcsonti elem (1) ágainak fiziológiás mozgása során érintkező ívhez igazodó vályúszerű bemunkálással van ellátva.