IT202100022334A1

IT202100022334A1 - Modifica della testa femorale in una protesi d'anca con conseguente riduzione del coefficiente di attrito

Info

Publication number: IT202100022334A1
Application number: IT102021000022334A
Authority: IT
Inventors: Giovanni Ammirata
Original assignee: Giovanni Ammirata
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2021-08-25
Publication date: 2023-02-25

Description

DESCRIZIONE

Relativa ad una domanda di brevetto per invenzione industriale avente il seguente titolo:

?Modifica della testa protesica in una protesi d?anca con conseguente riduzione del coefficiente di attrito?.

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente domanda di brevetto per invenzione industriale ha per oggetto il miglioramento dell?efficienza del funzionamento delle attuali protesi d?anca con il preciso scopo di ridurre il coefficiente di attrito tra le parti e permetterne una maggiore durata.

Il campo della tecnica a cui l?invenzione fa riferimento ? quello delle protesi impiegate nella chirurgia ortopedica di ricostruzione dell?articolazione dell?anca.

In anatomia umana l?anca ? la regione di unione tra tronco e arto inferiore ed ? costituita da una sola unit? giunturale, l?articolazione coxo-femorale, formata da femore ed osso iliaco.

Nell?osso iliaco ? presente una struttura concava, detta acetabolo, che forma un incavo nel quale si inserisce la testa del femore.

Tra l?acetabolo e la testa del femore si trova la cartilagine che presenta una superficie liscia e la cui funzione ? quello di ridurre l?attrito fra le ossa, permettendo loro di scorrere l?una sull?altra e consentendo quindi libert? di movimento. L?intera articolazione ? infine lubrificata dal liquido sinoviale, prodotto dalle membrane che circondano la cartilagine.

L?articolazione dell?anca garantisce il movimento relativo tra gamba e bacino; il suo funzionamento si basa sull?accoppiamento sferico tra la testa del femore e la cavit? acetabolare che la ospita, costituendo quello che in termini meccanici prende il nome di giunto sferico.

In condizioni di funzionamento normale l?articolazione ? un sistema lubrificato che non subisce usura grazie a meccanismi idrodinamici ed elastodinamici. Il coefficiente di attrito in un?articolazione sana ? normalmente compreso tra i valori 0,005 ? 0,025.

Stato dell?arte

Il deterioramento dell?articolazione coxo-femorale, a seguito di traumi o di patologie, trova attualmente soluzione nell?impianto di una protesi che sostituisce interamente l?articolazione e che ? tipicamente costituita da quattro elementi, come illustrato nella [Fig. 1]:

? una coppa acetabolare (1) vincolata meccanicamente alle ossa del bacino e che si articola con la testa protesica;

? un elemento articolare acetabolare detto cotile (2) costituito da un inserto in polietilene ad altissima densit? molecolare (UHMWPE) che riduce l?attrito fra i componenti;

? una testa protesica (3), generalmente in lega di titanio o in ceramica, fissata opportunamente sullo stelo;

? uno stelo femorale metallico (4), generalmente in lega di titanio, infisso a pressione nel canale midollare del femore.

Problema tecnico da risolvere

Il principale fattore che determina la durata delle protesi attualmente utilizzate, attiene alla modalit? di accoppiamento articolare a giunto sferico tra la testa protesica e la coppa acetabolare.

Le forze di attrito, che si sviluppano durante il movimento dell?articolazione, determinano una continua e incessante usura del cotile posto tra la testa protesica e la coppa acetabolare per mediarne il movimento relativo.

Le particelle di polietilene derivanti dall?usura si accumulano nell?intorno dell?articolazione dando luogo ad una reazione organica che stimola alcuni particolari tipi di cellule, i macrofagi, a sintetizzare degli enzimi.

Questi ultimi, a loro volta, attivano una variet? di osteoclasti con il conseguente riassorbimento dell?osso. Come conseguenza di tali fenomeni pu? verificarsi nel tempo la mobilizzazione della protesi e la conseguente probabile rottura dell?osso.

Attualmente, con i migliori materiali impiegati, si ottengono usure lineari di circa 0,15 mm/anno che limitano la durata dell?impianto protesico a circa 10 -12 anni; trascorso tale periodo si rende necessario un nuovo intervento chirurgico per il reimpianto della protesi.

Descrizione dettagliata dell?invenzione

Si propone di intervenire, attraverso una modifica sostanziale, soltanto su una delle parti delle protesi ad oggi adoperate, ovvero la testa protesica, lasciandone inalterate le restanti parti.

La presente domanda di brevetto riguarda infatti una modifica della struttura della testa femorale che si articola con la coppa acetabolare.

L?attrito che si sviluppa, nella attuale tipologia di protesi, tra la testa femorale e la coppa acetabolare in movimento reciproco ? di tipo radente ed ? dovuto alla rotazione della testa protesica all?interno della coppa acetabolare. Infatti, nonostante la testa protesica abbia forma sferica, il suo movimento nei confronti della coppa acetabolare non ? certamente di rotolamento, quanto di strisciamento; ? evidente infatti la necessit? della presenza del cotile che viene interposto tra le parti con il preciso scopo di mediarne il movimento reciproco simulando artificiosamente la funzione della cartilagine presente in una articolazione sana.

Viene qui proposto un nuovo tipo di accoppiamento tra la testa protesica e la coppa acetabolare basato sul principio dei ?cuscinetti a sfera?.

In dettaglio, il modo di attuazione dell?invenzione ? costituito dalle seguenti fasi di produzione:

1. Sulla testa protesica dovranno essere realizzate delle opportune fresature a sezione circolare coerenti con la curvatura della testa stessa, come evidenziato dalla [Fig. 2] nella quale ? rappresentata la conformazione della nuova testa femorale in vista prospettica e dalla [Fig.3], dove la stessa testa ? rappresentata in vista dall?alto;

2. Internamente alle fresature precedentemente realizzate dovranno essere inserite delle sfere di opportuno raggio realizzate in polietilene ad altissima densit? molecolare (UHMWPE) o, in alternativa, in ceramica, libere di ruotare all?interno della fresatura secondo le tre dimensioni dello spazio. Ciascuna sfera dovr? essere libera di ruotare in modo indipendente dalle altre cos? da adattare la propria posizione ai movimenti dell?articolazione e garantendo un appoggio meccanico adeguato qualunque sia l?angolo di incidenza tra la testa stessa e la coppa acetabolare. La configurazione della testa protesica con le sfere alloggiate nelle opportune sedi viene evidenziata nella [Fig.4], dove la testa ? rappresentata in vista prospettica, nella [Fig. 5] dove la rappresentazione avviene dall?alto, nella [Fig.6] dove la rappresentazione ? in vista frontale e infine nella [Fig.7] dove la vista prospettica ? dal basso.

Questa nuova configurazione determina una sostanziale modifica dell?attrito presente nel movimento delle protesi attualmente in uso, che da radente si trasforma in volvente; infatti il movimento relativo tra la testa protesica e la coppa acetabolare viene in questo modo mediato dalla libera rotazione delle sfere di polietilene o di ceramica che sviluppano una forza di attrito non pi? di strisciamento (radente), ma di rotolamento (volvente); la testa protesica e la coppa acetabolare non presentano infatti, in questa configurazione, alcun punto di contatto tra loro e gli unici elementi del cinematismo a contatto con le due parti divengono le sfere che, durante il movimento dell?articolazione, compiono soltanto movimenti di rotazione attorno al loro centro.

L?aspetto peculiare che caratterizza questo nuovo assetto - e che qui viene evidenziato - riguarda il cambiamento della tipologia di attrito e del relativo coefficiente caratteristico il cui valore, come ? ben noto, diminuisce significativamente.

Vista la nuova tipologia di accoppiamento tra le parti, la presenza del cotile diviene superflua e pertanto, non essendo pi? funzionale alla riduzione delle forze di attrito, questo elemento potr? essere eliminato dal meccanismo.

In questa nuova prospettiva la riduzione del coefficiente di attrito, rispetto ad una protesi tradizionale, si valuta in una percentuale compresa tra il 70% e l?80%.

Ipotizzando la realizzazione delle sfere negli stessi materiali attualmente utilizzati per il cotile (polietilene ad altissima densit? molecolare ? UHMWPE o ceramica), l?usura potrebbe ridursi a circa 0,04 mm/anno con una durata dell?intera protesi (prescindendo da altri fattori) paragonabile all?intera vita del portatore della stessa.

Per maggiore chiarezza circa la realizzazione della nuova testa protesica vengono riportate la vista prospettica in sezione nella [Fig. 8] e la vista frontale in sezione nella [Fig.9].

La futura applicazione di questa tipologia di impianto protesico, dopo le opportune e necessarie sperimentazioni di laboratorio, potr? consentire ottimi risultati in particolar modo nei riguardi della maggiore durata della stessa con conseguente beneficio per i pazienti ed un evidente risparmio economico per l?intero sistema sanitario nazionale.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Nuova conformazione di una testa protesica in una protesi d?anca caratterizzata dal fatto di presentare almeno due fresature a sezione circolare di raggio pari ad almeno 1 mm realizzate lungo tutto lo sviluppo superficiale della testa e coerenti con la curvatura della testa stessa [Fig.2] e [Fig.3].

2. Nuova conformazione di una testa protesica, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dall'inserimento nelle fresature di sfere rigide di raggio pari a quello delle fresature stesse e libere di ruotare attorno al proprio centro <[>Fig.4], [Fig.5], [Fig. 6], [Fig.7], [Fig.8], [Fig.9].

3. Nuova conformazione di una testa protesica, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata da un sistema di accoppiamento tra la testa stessa e la coppa acetabolare secondo la propriet? dei ?cuscinetti a sfera?.

4. Nuova conformazione di una testa protesica, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la stessa testa non ha alcun punto di contatto con la coppa acetabolare ed il movimento relativo viene mediato dalla rotazione delle sfere.