PL214930B1

PL214930B1 - Arbor for hip prosthetic replacement

Info

Publication number: PL214930B1
Application number: PL389989A
Authority: PL
Inventors: Edward Wiczkowski; Magdalena Wiczkowska
Original assignee: Magdalena Wiczkowska; Edward Wiczkowski
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2013-09-30
Also published as: PL389989A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest trzpień endoprotezy stawu biodrowego, która wraz główką współpracującą z panewką stosowany jest w endoprotezoplastyce, jako sztuczny staw biodrowy zastępujący chory usunięty operacyjnie. Endoprotezoplastyka polega na wprowadzeniu do kości udowej endoprotezy metalowej, osadzanej w jamie szpikowej kości udowej za pomocą cementu kostnego. Wbijany sztywny implant statyczny, usztywnia kość udową na współpracującej długości i zmniejsza zdecydowanie jej sprężystość pierwotną, co w konsekwencji prowadzić może do aseptycznego obluzowania, który jest stopniowym procesem prowadzącym do zaburzenia mechanicznej integralności wszczepu z kością, co w konsekwencji prowadzi do częstych przypadków złamań trzonów kości udowych wokół protez stawu biodrowego. Współczesne endoprotezy są sztywniejsze od kości korowej i dlatego indukują „stress shielding”, co pozbawia pewne obszary tkanki kostnej właściwych naprężeń, będących mechanicznym stymulatorem adaptacji kości do zmieniających się warunków środowiskowych, i prowadzi też do częstych złamań odcinka przy nasadzie dalszej. Z tego wynika, że dla układu „kość-cement-implant” w górnej części endoprotezy występują większe naprężenia zredukowane, natomiast w kości największe naprężenia zredukowane występują w dolnej części, a zatem kość jest w górnej części odciążona, a obciążenie przenosi endoproteza.The subject of the invention is a hip joint stem which, together with the head cooperating with the acetabulum, is used in endoprosthesoplasty as an artificial hip joint replacing a surgically removed patient. Endoprosthetics involves the insertion of a metal endoprosthesis into the femur, which is embedded in the medullary cavity of the femur with the use of bone cement. The hammered rigid static implant stiffens the femur along its mating length and significantly reduces its primary elasticity, which in turn may lead to aseptic loosening, which is a gradual process leading to the disturbance of the mechanical integrity of the implant with the bone, which in turn leads to frequent cases of bone shaft fractures thighs around hip prostheses. Contemporary endoprostheses are stiffer than the cortical bone and therefore induce "stress shielding", which deprives certain areas of bone tissue of proper stresses, which are a mechanical stimulator of bone adaptation to changing environmental conditions, and also leads to frequent fractures at the distal epiphysis. It follows that for the "bone-cement-implant" system, higher reduced stresses occur in the upper part of the prosthesis, while in the bone the greatest reduced stresses occur in the lower part, and therefore the bone is unloaded in the upper part and the load is transferred by the prosthesis.

Znana z polskiego opisu patentowego nr 163439 endoproteza stawu biodrowego składa się z części udowej w postaci miecza metalowego zakończonego szyjką, na której jest osadzona główka współpracująca z panewką. Miecz od strony przeciwnej do stawu, jest płaski i zbieżny i jednocześnie przecięty w swojej płaszczyźnie symetrii, zaś na bocznych i czołowych płaszczyznach ma wykonane żebra z zaokrąglonymi kątami. Linie żeber są nachylone do osi działania siły pionowej pod kątem 45°-88° i są parami zbieżne pod kątem od 5°-90°. Żebra w przekroju poprzecznym mają kształt zbliżony do trapezu i są rozmieszczone na powierzchni przedniej i tylnej na całej długości miecza. Żebra te są przerywane na całej swej długości, przy czym suma długości żeber jest większa od sumy przerw pomiędzy nimi.The hip joint endoprosthesis, known from the Polish patent specification No. 163439, consists of a thigh part in the form of a metal sword with a neck on which a head cooperating with the socket is mounted. The sword from the side opposite to the joint is flat and convergent and at the same time cut in its plane of symmetry, and on the side and front planes it has ribs with rounded angles. The rib lines are inclined to the axis of action of the vertical force at an angle of 45 ° -88 ° and tapered in pairs at an angle of 5 ° -90 °. The cross-sectional ribs have a trapezoidal shape and are located on the front and rear surfaces along the entire length of the sword. These ribs are interrupted along their entire length, the sum of the lengths of the ribs being greater than the sum of the gaps between them.

Znana jest z polskiego zgłoszenia patentowego nr P 317575 część udowa endoprotezy stawu biodrowego z trzonem, którego przekrój wzrasta od dołu ku górze.It is known from the Polish patent application No. P 317575 the femoral part of a hip joint with a shaft whose cross-section increases from the bottom up.

Przekrój wzdłużny trzonu ma kształt klina o lekko zakrzywionej w kierunku powierzchni wewnętrznej, najszerszej części klina. Ta część trzonu ma na powierzchni tylnej i przedniej wybrzuszenia wznoszące się stopniami, które tworzą płaszczyzny równoległe względem siebie oddalone o stałą wysokość równą wysokości stopnia, przy czym w kierunku powierzchni bocznej odległości pomiędzy kolejnymi stopniami są mniejsze niż w kierunku powierzchni wewnętrznej trzonu.The longitudinal section of the shank is wedge-shaped with the widest part of the wedge slightly curved towards the inner surface. This part of the stock has on its rear and front surfaces bulges rising in steps, which form parallel planes spaced apart by a constant height equal to the height of the step, and in the direction of the side surface the distances between successive steps are smaller than in the direction of the inner surface of the shank.

Część udowa endoprotezy stawu biodrowego znana z polskiego opisu patentowego nr 195363, charakteryzuje się tym, że środkowa część trzpienia ma przekrój wzdłużny podobny do trójkąta prostokątnego o zaokrąglonym kącie prostym z podcięciem po przeciwnej stronie kąta prostego, zaś przekrój poprzeczny podobny do elipsy, dolna część trzpienia ma kształt prostokąta o zaokrąglonej części dolnej, natomiast górną część trzpienia stanowi szyjka wyposażona w kołnierz oporowy. W części środkowej trzpienia wykonane są rowki kształtowe, przy czym co najmniej jeden tylny rowek kształtowy jest wykonany na powierzchni tylnej, co najmniej jeden przedni rowek kształtowy jest wykonany na powierzchni przedniej oraz co najmniej jeden boczny rowek kształtowy jest wykonany na powierzchni bocznej. Przekrój poprzeczny dolnej części trzpienia ma kształt koła.The femoral part of the hip prosthesis, known from the Polish patent specification No. 195363, is characterized by the fact that the central part of the mandrel has a longitudinal section similar to a right-angled triangle with a rounded right angle with an undercut on the opposite side of the right angle, and the cross-section similar to an ellipse, the lower part of the mandrel it has the shape of a rectangle with a rounded bottom part, while the upper part of the spindle is a neck equipped with a stop collar. In the central part of the pin, there are shaped grooves, at least one rear form groove is provided on the rear face, at least one front form groove is provided on the front face and at least one side form groove is provided on the side face. The cross section of the lower part of the mandrel is circular.

Istota trzpienia według wynalazku, polega na tym, że ma elastyczny trzpień podzielony na segmenty, które oddalone są od siebie, o co najmniej 1/4 wysokości segmentów, których boczna, stożkowa powierzchnia jest gwintowana, korzystnie gwintem o zarysie okrągłym. Pomiędzy segmentami wykonane są mostki sprężyste. Wzdłuż bocznych powierzchni segmentów są, co najmniej dwa rowki wzdłużne pod ćwieki stabilizacyjne obsady, korzystnie o przekroju półowalnym, przy czym długość ćwieków stabilizacyjnych jest równa długości, co najmniej jednego segmentu osadzonego w części bliższej kości udowej. W dolnej i górnej powierzchni segmentu po obwodzie są wykonane podtoczenia korzystnie o przekroju półowalnym, poprawiające sprężystość i elastyczność trzpienia.The essence of the mandrel according to the invention consists in the fact that it has a flexible mandrel divided into segments that are spaced apart by at least 1/4 of the height of the segments, the lateral, conical surface of which is threaded, preferably with a circular thread. Spring bridges are made between the segments. Along the side surfaces of the segments there are at least two longitudinal grooves for the fixation pins of the holder, preferably of semi-oval cross-section, the length of the stabilization pins being equal to the length of at least one segment seated in the proximal part of the femur. In the lower and upper surface of the circumferential segment, there are recesses, preferably with a semi-oval cross-section, which improve the elasticity and flexibility of the pin.

Korzystnie, w kołnierzu wykonane są otwory pod ćwieki stabilizacyjne.Preferably, holes for stabilization studs are provided in the collar.

Korzystnie, gwint wykonany pomiędzy rowkami wzdłużnymi, na powierzchniach bocznych segmentów, maleje wzdłuż obwodu segmentu, najkorzystniej aż do zaniku, przy czym krawędzie tnące gwintu malejące po obwodzie i umożliwiające łatwe wkręcanie segmentów trzpienia w kanał szpikowy kości udowej, wykonane są korzystnie na dwóch dolnych segmentach.Preferably, the thread formed between the longitudinal grooves on the side surfaces of the segments decreases along the circumference of the segment, most preferably until it disappears, the cutting edges of the thread decreasing along the circumference and allowing easy screwing of the shank segments into the medullary canal of the femur, preferably on the two lower segments .

Korzystnym jest również, gdy górny segment zakończony jest kołnierzem oporowym z gniazdem pod pokrętło, przechodzącym w szyjkę zakończoną głową kulistą.It is also advantageous if the upper segment ends with a stop flange with a seat for the knob, passing into a neck ending with a spherical head.

PL 214 930 B1PL 214 930 B1

Dynamiczny trzpień metalowy według wynalazku, charakteryzuje się podwyższonymi właściwościami odtwarzającymi anatomiczne cechy kości i tym samym pozwala na uzyskanie korzystniejszych warunków współpracy z kością, a mianowicie zapewnia równomierny rozkład naprężeń na całej długości i powierzchni trzpienia osadzonego w kanale szpikowym kości udowej metodą bezcementową lub cementową. Trzpień zapewnia zachowanie ciągłości odkształceń i naprężeń oraz zapobiega ich koncentracji, gdyż zbudowany jest z segmentów gwintowanych połączonych między sobą podatnymi mostkami sprężystymi. Trzpień ma kształt stożkowy taka konstrukcja pozwala zachować podatność trzonu kości udowej na jej długości od krętarza mniejszego do nasady dalszej kości udowej. Trzpień wprowadzany jest do kanału szpikowego poprzez wkręcanie i dzięki segmentowej budowie oraz naciętym gwintem na swojej stożkowej powierzchni, przyjmuje kształt krzywizny jamy szpikowej w przeciwieństwie do stosowanych trzpieni, które wbijane do kanału szpikowego zmuszają kość do przyjęcia ich krzywizny. Ponadto trzpień, charakteryzuje się dużą elastycznością, co bardzo korzystnie wpływa na przebudowę kości, która na tym odcinku jest podatna, a naprężenia pochodzące od obciążeń stawu biodrowego na główkę endoprotezy, rozkładają się równomiernie na całej powierzchni gwintowanej trzpienia. Trzpień pozwala tworzyć typoszereg, w którym poszczególne trzpienie dostosowane są do wielkości anatomicznych kości udowych zależnych od indywidualnych cech pacjenta, takich jak długość i średnica kości udowej, wielkości przenoszonych obciążeń pochodzących od masy własnej pacjenta, czy też od budowy jego układu mięśniowo-kostnego.The dynamic metal mandrel according to the invention is characterized by increased properties reproducing the anatomical features of the bone and thus allows for more favorable conditions of cooperation with the bone, namely it ensures an even distribution of stresses along the entire length and surface of the mandrel embedded in the medullary canal of the femur using a cementless or cemented method. The spindle ensures the continuity of deformations and stresses and prevents their concentration, because it is made of threaded segments connected with each other by flexible elastic bridges. The stem has a conical shape, such a construction allows to maintain the compliance of the femoral shaft along its length from the lesser trochanter to the distal epiphysis of the femur. The mandrel is inserted into the medullary canal by screwing and, thanks to its segmented structure and a cut thread on its conical surface, takes the shape of the medullary cavity curvature, unlike the used pins, which driven into the medullary canal force the bone to accept their curvature. In addition, the mandrel is characterized by high flexibility, which has a very beneficial effect on the reconstruction of the bone, which is susceptible in this section, and the stresses resulting from the loads on the hip joint on the endoprosthesis head are evenly distributed over the entire threaded surface of the mandrel. The mandrel allows you to create a series of types, in which individual mandrels are adapted to the anatomical size of the femurs depending on the patient's individual characteristics, such as the length and diameter of the femur, the size of the loads transferred from the patient's own weight or the structure of his musculoskeletal system.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia trzpień endoprotezy stawu biodrowego w widoku ogólnym, fig. 2 - trzpień stawu biodrowego z przekrojem segmentu z trzema rowkami wzdłużnymi i z gwintem o zarysie okrągłym, a fig. 3 - trzpień osadzony w kości udowej.The subject of the invention in an exemplary embodiment is shown in the drawing, in which fig. 1 shows the stem of the hip joint in a general view, fig. 2 - a hip joint stem with a cross-section of a segment with three longitudinal grooves and circular thread, and fig. 3 - a pin embedded in the femur.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Trzpień endoprotezy stawu biodrowego wykonany w postaci elementu stożkowego zakończonego szyjką 3 z czopem 1, na którym jest osadzona główka 2 współpracująca z panewką stawu biodrowego. Czop 1 jest odchylony od głównej osi trzpienia o 125°. Trzpień podzielony na segmenty 5 jest elastyczny, a segmenty 5 oddalone są od siebie o 1/4 ich wysokości. Boczna, stożkowa powierzchnia segmentów 5 jest gwintowana gwintem o zarysie okrągłym. Pomiędzy segmentami 5 wykonane są mostki sprężyste 6. Wzdłuż bocznych powierzchni segmentów 5 są trzy rowki wzdłużne 9 pod trzy ćwieki stabilizacyjne obsady 8 rozmieszczone symetrycznie co 120°. Rowki wzdłużne 9 mają przekrój półokrągły, ćwieki stabilizacyjne obsady 8 okrągły. Długość ćwieków stabilizacyjnych 8 jest równa długości dwóch segmentów 5 i mostka 6, osadzonych w części bliższej kości udowej 7.The stem of the hip joint endoprosthesis is made in the form of a conical element terminating in a neck 3 with a pin 1, on which a head 2 is mounted, cooperating with the acetabulum of the hip joint. The pin 1 is deviated from the main axis of the spindle by 125 °. The spindle 5 divided into segments is flexible, and the segments 5 are spaced 1/4 of their height apart. The lateral, conical surface of the segments 5 is threaded with a circular thread. Resilient bridges 6 are made between the segments 5. Along the side surfaces of the segments 5, there are three longitudinal grooves 9 for three stabilizing studs 8 arranged symmetrically at 120 °. The longitudinal grooves 9 have a semicircular cross-section, the fixation pins of the holder 8 are circular. The length of the stabilization pins 8 is equal to the length of the two segments 5 and the sternum 6, embedded in the proximal part of the femur 7.

Trzpień wprowadza się we wcześniej wykonany przy użyciu odpowiedniego instrumentu, kanał kształtowy w kości udowej i wkręca się implant, a po ustawieniu trzpienia we właściwej pozycji stabilizuje się go trzema ćwiekami 8.The pin is inserted into the previously made shape canal in the femur with an appropriate instrument and the implant is screwed in, and after the pin is set in the correct position, it is stabilized with three studs 8.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

Trzpień endoprotezy stawu biodrowego wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, trzpień podzielony jest na segmenty 5, które oddalone są od siebie o jedną długość segmentu 5, a gwint pomiędzy rowkami wzdłużnymi 9, na powierzchniach bocznych segmentów 5, maleje wzdłuż obwodu segmentu 5, aż do zaniku, przy czym krawędzie tnące gwintu malejące po obwodzie i umożliwiające łatwe wkręcanie segmentów 5 trzpienia w kanał szpikowy kości udowej 7 dwóch dolnych segmentów rozmieszczone są symetrycznie wzdłuż obwodu segmentu 5.The hip joint prosthesis mandrel made as in the first example with the difference, the mandrel is divided into segments 5 that are spaced apart by one segment length 5, and the thread between the longitudinal grooves 9, on the side surfaces of the segments 5, decreases along the circumference of the segment 5, up to disappearance, the cutting edges of the threads decreasing circumferentially and allowing easy screwing of the stem segments 5 into the medullary canal of the femur 7 of the two lower segments being arranged symmetrically along the circumference of the segment 5.

P r z y k ł a d 3P r z k ł a d 3

Trzpień endoprotezy stawu biodrowego wykonany jak w przykładzie pierwszym albo drugim z tą różnicą, że w dolnej i górnej powierzchni segmentu 5 po obwodzie są wykonane podtoczenia 6 o przekroju półowalnym, poprawiające podatność i elastyczność trzpienia. Powierzchnia stożkowa segmentów 5 jest gwintowana gwintem o zarysie okrągłym. Ponadto górny segment 5 trzpienia przechodzący w szyjkę 3 zakończoną główką 2 kulistą, wyposażony jest kołnierz 4 oporowy z gniazdem pod pokrętło. W kołnierzu 4 oporowym wykonane są otwory 10 pod ćwieki stabilizacyjne 8.A hip joint stem made as in the first or second examples, with the difference that semi-oval grooves 6 are provided on the lower and upper surface of the peripheral segment 5, improving the compliance and flexibility of the stem. The conical surface of the segments 5 is threaded with a circular thread. In addition, the upper segment 5 of the spindle, passing into a neck 3 ending in a spherical head 2, is equipped with a stop collar 4 with a seat for a knob. Holes 10 for stabilization studs 8 are made in the thrust collar 4.

Trzpień endoprotezy stawu biodrowego wraz z główką 2 współpracującą z panewką stosowany jest, jako sztuczny staw biodrowy zastępujący chory, usunięty operacyjnie. Pomiędzy segmentami 5 wykonane są podtoczenia tworzące mostki 6 łączące ze sobą poszczególne segmenty 5, przy czym trzpień jest podatny i doskonale dopasuje się do krzywizny kanału szpikowego. Trzpień zapewnia odpowiednią relację obciążeniowo-odkształceniową układu kość-implant, bowiem zbyt duża sztywność trzpienia w stosunku do podatności kości, prowadzi do usztywnienia kości udowej na odcinku współpracy i prowadzi najczęściej do złamania kości udowej na odcinku pomiędzy końcem endoprotezyThe stem of the hip joint with the head 2 cooperating with the acetabulum is used as an artificial hip joint replacing the sick, surgically removed. Between the segments 5, there are grooves which form bridges 6 connecting the individual segments 5 with each other, the pin being flexible and perfectly matching the curvature of the medullary canal. The mandrel ensures an appropriate load-deformation relationship of the bone-implant system, because too high stiffness of the mandrel in relation to the bone compliance leads to stiffening of the femur in the mating section and most often leads to a femoral fracture in the section between the end of the prosthesis

PL 214 930 B1 a kłykciem stawu kolanowego. W wyniku wykonanego na trzpieniu kształtowego gwintu o dużej powierzchni kontaktu implantu z kością, pozwala na równomierne rozłożenie nacisków na kość, tworzy strefę równomiernego przenoszenia obciążeń i wpływa korzystnie na przebudowę tkanki kostnej w rejonie implantu (zgodnie z prawem Wolffa).PL 214 930 B1 and the condyle of the knee joint. As a result of the shaped thread on the shank with a large contact area between the implant and the bone, it allows for even distribution of pressure on the bone, creates a zone of even load transfer and has a positive effect on the reconstruction of bone tissue in the area of the implant (according to Wolff's law).

Claims

1. The stem of the hip joint endoprosthesis in the form of a conical element ending with a neck, on which a head cooperating with the acetabulum is mounted, characterized by the fact that it is flexible and divided into segments (5) separated by a distance equal to at least 1/4 of the height of the segments (5), the lateral conical surface of which is threaded, preferably a circular thread, and between the segments (5) there are elastic bridges (6), and along the side surfaces of the segments (5) there are at least two longitudinal grooves (9), preferably with a semicircular cross-section, for the fixation pins of the holder (8), the length of the stabilization pins (8) being equal to the length of at least one segment (5) embedded in the proximal part of the femur.

2. A mandrel according to claim 1 A method as claimed in claim 1, characterized in that the thread formed between the longitudinal grooves (9), on the side surfaces of the segments (5), decreases along the circumference of the segment (5), preferably until it disappears, with the cutting edges of the thread decreasing along the circumference and allowing easy screwing of the segments ( 5) of the stem into the medullary canal of the femur (7), are preferably made on the two lower segments (5).

3. A mandrel as claimed in claim 1 A method according to claim 1, characterized in that the lower and upper surfaces of the segment (5) are circumferentially provided with recesses (6), preferably with a semi-oval cross-section, improving the elasticity and flexibility of the pin.

4. A mandrel as claimed in claim 1 3. The top segment (5) ends in a thrust collar (4) with a seat for the knob, passing into a neck (3) ending with a spherical head (2), and holes (10) are made in the collar (4) underneath the knob. stabilization studs (8).