PL221217B1

PL221217B1 - Part of femoral hip joint endoprosthesis

Info

Publication number: PL221217B1
Application number: PL402003A
Authority: PL
Inventors: Marcin Zaczyk; Danuta Jasińska-Choromańska
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2016-03-31
Also published as: PL402003A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest część udowa endoprotezy stawu biodrowego przeznaczona do implementacji bezcementowej w aparacie ruchu człowieka.The subject of the invention is the femoral part of the hip joint endoprosthesis intended for cementless implementation in the human movement apparatus.

W typowych implantach stawu biodrowego człowieka część udowa endoprotezy jest zakończona trzpieniem w kształcie klina o pełnym przekroju poprzecznym i wzdłużnym. Trzpień jest mocowany w kości udowej na stałe w celu utwierdzenia mechanizmu implantu przenoszącego ruch w stawie. W niektórych rozwiązaniach wewnętrzna część trzpienia ma wydrążone gniazdo przechodzące we wzdłużny kanał usytuowany na przedłużeniu kanału szpikowego kości udowej. W opisie wzoru użytkowego DE 19870012607U gniazdo jest wykonane na całej długości trzpienia od nasady aż do otworu na końcu trzpienia, a ścianki trzpienia są zaopatrzone w zaokrąglone otwory boczne. W zgłoszeniu patentowym EP 0674886 gniazdo jest utworzone między ażurowymi ściankami trzpienia. Tego typu konstrukcja trzpienia, z wydrążeniami i otworami, pozwala na wrastanie tkanki gąbczastej w głąb trzpienia i remodeling tkanki kostnej. Gniazdo trzpienia może być wypełnione przez materiały bioaktywne wspomagające odbudowę tkanki kostnej.In typical human hip implants, the femoral endoprosthesis ends with a wedge-shaped pin with full cross-section and longitudinal section. The pin is permanently attached to the femur in order to fix the mechanism of the implant carrying motion in the joint. In some embodiments, the inner portion of the mandrel has a hollow socket that extends into a longitudinal channel located along the extension of the medullary canal of the femur. In the description of utility model DE 19870012607U, the seat is made over the entire length of the pin from the root to the hole at the end of the pin, and the walls of the pin are provided with rounded side holes. In the patent application EP 0674886 the seat is formed between the openwork walls of the mandrel. This type of stem design, with cavities and holes, allows the spongy tissue to grow into the stem and remodel bone tissue. The stem seat can be filled with bioactive materials that help to rebuild bone tissue.

Wadą dotychczas stosowanych trzpieni jest duża sztywność, co utrudnia ich dopasowanie do indywidualnego kształtu kości i może prowadzić do powikłań lub powstania nieprawidłowej struktury kostnej.The disadvantage of the previously used stems is their high stiffness, which makes it difficult to adjust them to the individual bone shape and may lead to complications or the formation of an abnormal bone structure.

Część udowa endoprotezy stawu biodrowego, posiadająca klinowo zakończony trzpień z wewnętrznym gniazdem zakończonym w strefie dolnej wzdłużnym kanałem z otworem na końcu trzpienia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w strefie środkowej trzpień ma ściankę utworzoną przez dwa zwoje wąsów, zwój wąsów wewnętrznych otoczony przez zwój wąsów zewnętrznych, które to wąsy są zawinięte wokół osi strefy środkowej po zbieżnej linii śrubowej w kierunku strefy dolnej trzpienia.The femoral part of the hip prosthesis having a wedge-shaped pin with an inner socket ending in the lower zone with a longitudinal channel with a hole at the end of the pin, according to the invention, the pin has a wall formed by two tendrils in the middle, a tangle of internal tendrils surrounded by a coil outer whiskers, which whiskers are wound around the axis of the center zone in a tapering helix towards the lower zone of the mandrel.

Korzystnym jest, jeżeli wąsy zewnętrzne są zawinięte w kierunku przeciwnym do wąsów wewnętrznych.The outer whiskers are preferably curled in the opposite direction to the inner whiskers.

Korzystnym jest, jeżeli zbieżność zarysu strefy środkowej utworzonego przez zwój wąsów zewnętrznych ma w płaszczyźnie wzdłużnej wartość w zakresie 2°-5°.Preferably, the taper of the outline of the central zone formed by the torsion of the outer whiskers has a value in the range of 2 ° -5 ° in the longitudinal plane.

Korzystnym jest, jeżeli w strefie górnej i przylegającej do niej części strefy środkowej trzpień ma spłaszczenia boczne usytuowane po przeciwnych stronach płaszczyzny wzdłużnej.Preferably, the pin has lateral flats on opposite sides of the longitudinal plane in the upper region and the adjacent part of the central zone.

Korzystnym jest także, jeżeli oś symetrii strefy dolnej jest odchylona w płaszczyźnie wzdłużnej od osi strefy środkowej w zakresie od 3° do 6°, zaś zarys zewnętrzny ścianki strefy dolnej ma zbieżność w zakresie od 2°do 4°.It is also advantageous if the symmetry axis of the lower zone deviates in the longitudinal plane from the axis of the central zone in the range of 3 ° to 6 °, and the outer profile of the wall of the lower zone taper in the range of 2 ° to 4 °.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia stabilne osadzenie trzpienia części udowej endoprotezy w miejscu wszczepu, co zmniejsza ryzyko niepowodzenia implementacji. Zastosowanie w konstrukcji rdzenia trzech stref, których osie nie pokrywają się, całkowicie eliminuje zjawisko wyłamywania trzpieni endoprotezy w tracie eksploatacji. Ponadto strefa środkowa ma obniżoną sztywność, co ułatwia dopasowanie trzpienia do kości udowej. Zastosowana konstrukcja ścianki trzpienia w strefie środkowej pozwala na wytworzenie właściwych naprężeń w obrębie trzpienia, sprzyjających wytworzeniu w procesie remodelingu prawidłowej struktury tkanki kostnej.The solution according to the invention ensures a stable mounting of the stem of the femoral endoprosthesis in the implant site, which reduces the risk of implementation failure. The use of three zones in the core construction, the axes of which do not coincide, completely eliminates the phenomenon of breaking out of the prosthesis stems during operation. In addition, the medial zone has a reduced stiffness, which makes it easier to fit the shank to the femur. The applied stem wall construction in the central zone allows for the creation of appropriate stresses within the stem, which are conducive to the creation of a correct structure of bone tissue in the remodeling process.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia trzpień endoprotezy w widoku z boku, fig. 2 przedstawia trzpień endoprotezy w przekroju wzdłużnym, fig. 3 przedstawia trzpień endoprotezy w widoku z tyłu, fig. 4 przedstawia przekrój B-B trzpienia z fig. 3 w powiększeniu, fig. 5 przedstawia przekrój C-C trzpienia z fig. 3 w powiększeniu, a fig. 6 przedstawia wzajemne pochylenie osi stref trzpienia w widoku z boku.The subject of the invention is shown in the embodiment on the drawing, in which Fig. 1 shows the endoprosthesis stem in a side view, Fig. 2 shows the endoprosthesis stem in a longitudinal section, Fig. 3 shows the endoprosthesis stem in a rear view, Fig. 4 shows a section BB 3 on an enlarged scale, fig. 5 shows a section CC of the pin of fig. 3 on an enlarged scale, and fig. 6 shows the mutual inclination of the zones of the pin in a side view.

Jak przedstawiono na fig. 1 i fig. 2, część udowa endoprotezy stawu biodrowego ma szyjkę w strefie górnej 0A i klinowo zakończony trzpień z wewnętrznym gniazdem utworzonym przez dwa zwoje wąsów, wewnętrzny i zewnętrzny, zastępujące ściankę w strefie środkowej 0B trzpienia. Zwój wąsów wewnętrznych 01 jest otoczony przez zwój wąsów zewnętrznych 02, które to wąsy są zawinięte wokół osi strefy środkowej 0B po zbieżnej linii śrubowej w kierunku strefy dolnej 0C trzpienia. Dla równowagi rozkładu sił w układzie implant-kość, wąsy w każdym zwoju zbiegają się przeciwstawnie względem siebie w kierunku strefy dolnej 0C tak, że wąsy zewnętrzne 02 są zawinięte w kierunku przeciwnym do wąsów wewnętrznych 01. Zbieżność zarysu strefy środkowej 0B utworzonego przez zwój wąsów zewnętrznych 02 ma w płaszczyźnie wzdłużnej trzpienia wartość w zakresie od 2°do 5° względem osi tej strefy. Końce wąsów obu zwojów są przytwierdzone trwale odpowiednio do strefy górnej 0A i strefy dolnej 0C. Oś symetrii strefy dolnej 0C jest odchylona w płaszczyźnie wzdłużnej odAs shown in Figures 1 and 2, the thigh portion of the hip replacement has a neck in the upper region 0A and a wedge-shaped pin with an inner socket formed by two whiskers, an inner and an outer, replacing a wall in the medial zone 0B of the pin. The roll of the inner whiskers 01 is surrounded by the roll of the outer whiskers 02, which whiskers are wound around the axis of the middle zone 0B in a tapering helix towards the lower zone 0C of the mandrel. To balance the force distribution in the implant-bone system, the whiskers in each coil converge opposite to each other towards the lower zone 0C, so that the outer whiskers 02 are curled in the opposite direction to the inner whiskers 01. Convergence of the outline of the middle zone 0B formed by the roll of the outer whiskers 02 has a value in the range of 2 ° to 5 ° with respect to the axis of this zone in the longitudinal plane of the spindle. The ends of the whiskers of both coils are firmly attached to the upper zone 0A and lower zone 0C, respectively. The symmetry axis of the lower zone 0C is deviating in the longitudinal plane from

PL 221 217 B1 osi strefy środkowej w zakresie od 3° do 6°. Zarys zewnętrzny ścianki strefy dolnej 0C ma zbieżność w zakresie od 2°do 4°. W strefie dolnej 0C jest wykonany wzdłużny kanał 03 łączący koniec trzpienia z gniazdem. Kanał 03 jest odpowiednikiem kanału szpiku kostnego, którym przebiegać będzie droga do odżywiania komórek kości gąbczastej powstającej w strefie środkowej 0B.The center zone axis ranges from 3 ° to 6 °. The outer wall contour of the lower zone 0C has a taper in the range of 2 ° to 4 °. In the lower zone 0C, a longitudinal channel 03 is made connecting the end of the pin with the seat. Channel 03 is the equivalent of the bone marrow channel along the path to nourish the cells of the spongy bone formed in the middle zone 0B.

Gniazdo utworzone przez oba zwoje w początkowej fazie gojenia się wszczepu pełni funkcję nośnika leku bądź może być wypełnione bioaktywnym materiałem przyspieszając proces gojenia. Strefa górna 0A pełni rolę łącznika strefy środkowej 0B ze strefą główki endoprotezy.The socket formed by both coils in the initial phase of implant healing acts as a drug carrier or can be filled with bioactive material, accelerating the healing process. The upper zone 0A acts as a junction of the middle zone 0B with the endoprosthesis head zone.

Jak przedstawiono na fig. 3 i fig. 4, profil strefy środkowej trzpienia jest zmienny. Górna część strefy środkowej 0B i strefy górnej 0A ma spłaszczenia boczne 04 usytuowane po przeciwnych stronach płaszczyzny wzdłużnej trzpienia. Pozostała część strefy środkowej 0B ma w przekroju poprzecznym zarys pierścienia, pokazany na fig. 5. Spłaszczenia boczne 04 zabezpieczają przed ruchami rotacyjnymi całej endoprotezy po jej osadzeniu w kości udowej.As shown in Figs. 3 and 4, the profile of the center zone of the mandrel is variable. The upper part of the middle zone 0B and the upper zone 0A has side flats 04 on opposite sides of the longitudinal plane of the pin. The remainder of the mid zone 0B has a cross-sectional annular profile as shown in Figure 5. The lateral flattenes 04 prevent the entire endoprosthesis from rotating after it has been inserted into the femur.

Jak przedstawiono na fig. 6, każda strefa trzpienia części udowej endoprotezy w płaszczyźnie wzdłużnej ma własną oś symetrii. Osie poszczególnych stref w płaszczyźnie wzdłużnej są usytuowane pod odpowiednim kątem. Kąt a położenia strefy górnej 0A względem strefy środkowej 0B jest zależny od cech geometrycznych kości udowej pacjenta. Kąt β zawarty pomiędzy osią strefy środkowej 0B a osią strefy dolnej 0C ma wartość w zakresie 3°-6°. Taka konstrukcja zmniejsza ryzyko wyłamania trzpienia endoprotezy z kości ponieważ kierunek nacisków pochodzący od głowy kości udowej przy takim położeniu tych stref rozkłada naciski na dużej powierzchni, w przeciwieństwie do klasycznych prostych rozwiązań, w których oś strefy środkowej 0B pokrywa się z osią strefy dolnej 0C.As shown in Figure 6, each zone of the thigh portion of the prosthesis in the longitudinal plane has its own axis of symmetry. The axes of the individual zones in the longitudinal plane are situated at an appropriate angle. The angle α of the position of the upper zone 0A relative to the mid zone 0B depends on the geometric features of the patient's femur. The angle β between the axis of the middle zone 0B and the axis of the lower zone 0C has a value in the range of 3 ° -6 °. This design reduces the risk of breaking the bone of the endoprosthesis stem because the pressure direction coming from the femoral head in such a position of these zones distributes the pressures over a large area, in contrast to the classic simple solutions in which the axis of the middle zone 0B coincides with the axis of the lower zone 0C.

Część udowa endoprotezy według wynalazku w połączeniu z główką osadzoną na szyjce i panewką pełni funkcję implantu stawu biodrowego. Strefa górna 0A części udowej ma kształt, który odwzorowuje anatomiczne cechy kości udowej pacjenta. Posiada także miejsce na wykonanie otworu montażowego, nie pokazanego na rysunku, potrzebnego w trakcie realizacji zabiegu chirurgicznego. Strefa dolna 0C oraz strefa górna 0A posiadają współczynnik dopasowania od 3 do 5 przy czym współczynnik ten określa stosunek sztywności grzbietu trzpienia 05 do sztywności trzpienia w miejscu oddalonym o 1/3 jego długości od grzbietu. Strefy te stanowią bazę stabilnego osadzenia trzpienia implantu w początkowej fazie procesu gojenia się miejsca wszczepu, co zmniejsza ryzyko zmiany położenia osadzonego trzpienia i powstania stanu zapalnego na wskutek mikroprzemieszczeń trzpienia względem kości. Strefa środkowa 0B ma mniejszą sztywność, co ułatwia dopasowanie trzpienia do kości udowej poprzez odkształcenie wąsów i wytworzenie właściwych naprężeń w kości udowej w obrębie trzpienia. Ponadto strefa środkowa 0B pozwala na wrastanie tkanki kostnej w głąb trzpienia implantu umożliwiając tworzenie się beleczek kostnych kości gąbczastej nasady bliższej kości udowej pacjenta. Opracowana konstrukcja części udowej endoprotezy pozwala na tworzenie typoszeregu części udowej endoprotezy pod względem dopasowania wielkości lub kształtu strefy górnej 0A do różnych gabarytów kości udowej pacjenta, np. długości i średnicy, a także wielkość przenoszonych obciążeń w zależności od masy i budowy układu mięśniowego pacjenta.The femoral part of the prosthesis according to the invention, in combination with the head mounted on the neck and the socket, serves as a hip implant. The upper femoral zone 0A has a shape that follows the anatomical features of the patient's femur. It also has a place for making a mounting hole, not shown in the drawing, needed during the surgical procedure. The lower zone 0C and upper zone 0A have a fit factor from 3 to 5, the coefficient determining the ratio of the spine stiffness of the spindle 05 to the stiffness of the spindle at a point 1/3 of its length from the spine. These zones are the basis for stable placement of the implant pin in the initial phase of the healing process of the implant site, which reduces the risk of changing the position of the seated pin and causing inflammation due to micro displacement of the pin relative to the bone. The medial zone 0B is less stiff, which facilitates the shank to conform to the femur by deforming the whiskers and creating proper stresses in the femur within the shank. In addition, the central 0B zone allows the bone tissue to grow deeper into the implant stem, enabling the formation of bone trabeculae of the spongy bone of the proximal femur of the patient. The developed structure of the femoral endoprosthesis allows for the creation of a series of types of the femoral endoprosthesis in terms of matching the size or shape of the upper 0A zone to the different dimensions of the patient's femur, e.g. length and diameter, as well as the size of the transferred loads depending on the weight and structure of the patient's muscular system.

Claims

1. The femoral part of the hip joint prosthesis having a wedge-shaped pin with an internal socket ending in the lower zone with a longitudinal channel with a hole at the end of the pin, characterized in that in the central zone (0B) the pin has a wall formed by two whisker turns, an internal mustache roll ( 01) surrounded by a coil of outer whiskers (02), which whiskers are wound around the axis of the central zone (0B) in a tapering helix towards the lower zone (° C) of the mandrel.

2. Part of the endoprosthesis according to claim The apparatus of claim 1, characterized in that the outer whiskers (02) curl in a direction opposite to the inner whiskers (01).

3. Endoprosthesis part according to claim A device according to claim 1, characterized in that the taper of the outline of the central zone (0B) formed by the thread of the outer whiskers (02) has a value in the range of 2 ° -5 ° in the longitudinal plane.

4. The endoprosthesis part according to claim 1, The pin according to claim 1, characterized in that in the upper zone (0A) and the adjacent part of the central zone (0B), the pin has lateral flats (04) on opposite sides of the longitudinal plane.

PL 221 217 B1

5. Endoprosthesis part according to claim 1, The method of claim 1, characterized in that the symmetry axis of the lower zone (° C) is inclined in the longitudinal plane from the axis of the middle zone (0B) in the range from 3 ° to 6 °, and that the outer contour of the wall of the lower zone (° C) has a taper in the range of 2 ° up to 4 °.