RO128084B1

RO128084B1 - Anatomically-adaptive femoral rod

Info

Publication number: RO128084B1
Application number: ROA201100722A
Authority: RO
Inventors: Stanca Comşa; Adrian Pacioga; Maria Ştefan; Dan Năstase Ciobota; Florica Moldoveanu
Original assignee: Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Mecatronică Şi Tehnica Măsurării - Incdmtm Bucureşti
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2017-11-29
Also published as: RO128084A2

Abstract

The invention relates to a femoral rod for total hip prosthesis intended to maximize the bearing surface in the cortical bone due to its external shape which accurately reproduces the internal outline of the femoral canal, thereby permitting better osseointegration, and which is self-aligned by pressing. According to the invention, the rod consists of three parts, i.e. a proximal part consisting of a neck (3) provided at its top with a self-locking cone (4) which has the role of ensuring coupling with a spherical joint (5) sliding on an acetabular cup (6) fixed in the iliac bone, a medial part wherein there is cut a honeycomb-like structure (7), where, in the lateral zone there are provided two orifices (8 and 9) for centering purposes with a view to finishing the self-locking cone (4) and some medial and lateral surfaces (a) of said zone reproduce the shape of the femoral canal, and a distal part consisting of a shank (10) having a flattened shape (b) in the frontal plane, where, the same as in the case of the medial part, the external outline of the zone reproduces the shape of the femoral canal, which ensures optimization of the effort transfer within the bone-prosthesis assembly.

Description

Invenția se referă la o tijă femurală pentru proteza totală de șold, cu structură de tip fagure, destinată maximizării suprafeței de sprijin pe osul cortical, datorită formei exterioare ce reproduce cu fidelitate conturul interior al canalului femural, ceea ce permite o mai bună osteointegrare și posibilitatea de autocentrare pe os prin presare.The invention relates to a femoral stem for the total hip prosthesis, with a honeycomb-like structure, designed to maximize the support surface on the cortical bone, due to the external shape that faithfully reproduces the inner contour of the femoral canal, which allows for better osteointegration and the possibility self-centering on bone by pressing.

Sunt cunoscute diverse modele conceptuale de tije femurale executate în game variate de tipodimensiuni, realizate din aliaje metalice biocompatibile, ce rezolvă problema înlocuirii articulațiilor naturale, din punct de vedere al adaptabilității la dimensiunile anatomo-funcționale ale pacientului, și care redau funcțiile naturale ale acestora.There are known various conceptual models of femoral rods executed in various types of sizes, made of biocompatible metal alloys, which solves the problem of replacing the natural joints, in terms of adaptability to the anatomical-functional dimensions of the patient, and which restore their natural functions.

Se cunoaște o tijă femurală pentru proteza totală de șold (RO 126273 A0), cu structură tip rețea, realizată din aliaje metalice biocompatibile, având o parte proximală alcătuită dintr-un gât prevăzut la partea superioară cu un cep tronconic, pentru asigurarea cuplării cu o cupă acetabulară fixată în osul iliac, o parte mediană cu o structură tip rețea 3D, prevăzută pe partea laterală cu un orificiu și o parte distală, formată dintr-o coadă cu formă aplatizată în plan frontal și conică în plan sagital.A femoral stem is known for total hip prosthesis (RO 126273 A0), with a network-like structure, made of biocompatible metal alloys, having a proximal part made up of a neck provided at the top with a truncated plug, to ensure coupling with a acetabular cup fixed in the iliac bone, a median part with a 3D network structure, provided on the lateral side with a hole and a distal part, formed by a tail with flattened shape in the frontal plane and conical in the sagittal plane.

Se mai cunoaște o tijă femurală pentru proteza de șold (EP 1033116 A1), având o parte proximală alcătuită dintr-un gât prevăzut la partea superioară cu un cep tronconic, pentru asigurarea cuplării cu o cupă acetabulară fixată în osul iliac, o componentă femurală acoperită cu o structură tip plasă, dintr-un material biocompatibil, de preferință titan, pentru facilitarea osteointegrării, și o parte distală, formată dintr-o coadă.A femoral stem for the hip prosthesis (EP 1033116 A1) is also known, having a proximal part made up of a neck provided at the top with a truncated plug, to ensure coupling with an acetabular cup fixed to the iliac bone, a covered femoral component. with a mesh-like structure, of a biocompatible material, preferably titanium, to facilitate osteointegration, and a distal part, formed of a tail.

Aceste tije cunoscute din stadiul tehnicii prezintă însă dezavantajul că sprijinul pe osul dur cortical nu se realizează pe întreg conturul, ci numai pe porțiuni ale acestuia, cu influență negativă asupra stabilității primare și finale a implantului, și cu consecințe negative asupra osteointegrării și integrității structurale a țesutului osos din zona de contact, din cauza repartizării eforturilor pe o suprafață mult redusă.However, these known rods of the prior art have the disadvantage that the support on the cortical hard bone is not realized on the whole contour, but only on portions of it, with negative influence on the primary and final stability of the implant, and with negative consequences on the osteointegration and structural integrity of the implant. of bone tissue from the contact area, due to the distribution of efforts on a very small surface.

în ultimii ani, gama de tipodimensiuni pentru implanturile endoosoase a început să se diversifice, pentru a permite o mai bună adaptare și fixare a acestora, prin apropierea dimensiunilorde dimensiunile canalului medular al pacientului. Alegerea corectă a tipodimensiunii permite o fixare stabilă, fără a mai fi nevoie de folosirea cimentului osos, dar nu asigură în totalitate sprijinul endoprotezei pe osul cortical, ceea ce impune ca pacientul să evite eforturile în articulația bolnavă o perioadă de timp îndelungată după implantare, orice mișcare a tijei în decursul acestei perioade putând compromite fixarea acesteia.In recent years, the range of types of dimensions for endo-bone implants has begun to diversify, to allow a better adaptation and fixation, by approximating the dimensions of the dimensions of the patient's spinal canal. The correct choice of size allows for a stable fixation, without the need for bone cement, but does not fully support the endoprosthesis on the cortical bone, which requires the patient to avoid efforts in the diseased joint for a long time after implantation, any movement of the stem during this period may compromise its fixation.

Microdeplasările tijei femurale reprezintă o problemă semnificativă, deoarece se impune realizarea unui contact între materialul implantului și țesutul osos pe o suprafață cât mai mare. Este cunoscut faptul că succesul artroplastiei unei articulații femurale depinde atât de stabilitatea inițială a implantului, cât și de osteointegrarea tijei în țesutul osos. Stabilitatea implantului este determinată de geometria și forma componentelor acestuia, și de porozitatea suprafețelor lui. în literatura de specialitate este recomandată acoperirea poroasă a acelor suprafețe aflate în contact direct cu țesutul osos, dar trebuie subliniat faptul că numai acoperirea poroasă nu poate asigura stabilitatea pe termen lung, astfel încât să se evite revizia și pierderea prematură a protezei dacă există jocuri mari între tija femurală și canalul medular.Microdeplacement of the femoral stem is a significant problem, because contact between the implant material and bone tissue is required on a larger surface. It is known that the success of arthroplasty of a femoral joint depends both on the initial stability of the implant and on the osseointegration of the stem into the bone tissue. The stability of the implant is determined by the geometry and shape of its components, and by the porosity of its surfaces. In the specialty literature it is recommended the porous coating of those surfaces that are in direct contact with the bone tissue, but it should be emphasized that only the porous coating cannot ensure long-term stability so as to avoid revision and premature loss of the prosthesis if there are large sets. between the femoral stem and the medullary canal.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția de față constă în realizarea unei tije femurale cu structură de tip fagure, ce se fixează și se autocentrează în os prin presare, datorită conturului identic cu cel al canalului femural, și asigură o mai bună osteointegrare prin creșterea țesutului în fenestrațiile realizate în corpul tijei femurale.The technical problem solved by the present invention consists in the creation of a femoral stem with a honeycomb-like structure, which is fixed and self-centered in the bone by pressing, due to the contour identical to that of the femoral canal, and ensures a better osteointegration through the growth of the tissue. in the fenestrations made in the body of the femoral stem.

Tija femurală anatomo-adaptivă pentru proteza totală de șold, conform invenției, realizată din pulberi metalice biocompatibile, care se compune dintr-o parte proximală, alcătuită dintr-un gât prevăzut la partea superioară cu un con cu autoblocare, pentru asigurarea cuplării cu o articulație sferică ce glisează pe o cupă acetabulară, fixată în osul iliac, o parte mediană, prevăzută pe lateral cu un orificiu pentru centrare și o parte distală, formată dintr-oAnatomically-adaptive femoral stem for the total hip prosthesis, according to the invention, made of biocompatible metal powders, which consists of a proximal part, consisting of a neck provided at the top with a self-locking cone, to ensure coupling with a joint spherical sliding on an acetabular cup, fixed in the iliac bone, a middle part, provided on the side with a centering hole and a distal part, formed by a

RO 128084 Β1 coadă cu formă aplatizată în plan frontal, înlătură dezavantajele soluțiilor cunoscute și 1 rezolvă problema tehnică menționată prin aceea că partea mediană a tijei are o structură de tip fagure, pentru ancorarea în os, iar suprafața medial-laterală a părții mediane și conturul 3 exterior al părții distale reproduc exact conturul canalului femural al pacientului.RO 128084 Β1 tail with flattened shape in the frontal plane, eliminates the disadvantages of the known solutions and 1 solves the mentioned technical problem by the fact that the middle part of the rod has a honeycomb structure, for anchoring in the bone, and the medial-lateral surface of the medial part and the contour 3 outside the distal part exactly reproduces the contour of the femoral canal of the patient.

Punctul de plecare în realizarea tijei femurale anatomo-adaptive îl constituie 5 realizarea conturului interior al femurului pacientului, utilizând imagini medicale obținute cu ajutorul computerului tomograf, și modelarea parametrizată a implantului. Modelul de bază, 7 care constă din capul conic, gâtul cilindric și coada tijei, se realizează secvențial, folosind funcțiile de bază ale programului de modelare 3D. 9The starting point in the anatomical-adaptive femoral stem is 5 to realize the inner contour of the patient's femur, using medical images obtained with the help of the tomographic computer, and the parameterized modeling of the implant. The basic model, 7 which consists of the conical head, the cylindrical neck and the tail of the rod, is made sequentially, using the basic functions of the 3D modeling program. 9

Partea proximală a cozii are o formă aplatizată în planul frontal, și conică în cel sagital, aceasta din urmă optimizând transferul forțelor în partea proximală a femurului. 11The proximal part of the tail has a shape flattened in the frontal plane, and conical in the sagittal one, the latter optimizing the transfer of forces to the proximal part of the femur. 11

Tija femurală, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:The femoral stem according to the invention has the following advantages:

- partea mediană și distală a tijei femurale are suprafețele laterale identice cu profilul 13 canalului femural, formă care optimizează contactul os-implant, și elimină posibilitatea de rotire a tijei femurale, asigurând astfel o fixare inițială mult mai sigură și mai stabilă; 15- the medial and distal part of the femoral stem has the lateral surfaces identical to the profile 13 of the femoral canal, a form that optimizes the bone-implant contact, and eliminates the possibility of rotation of the femoral stem, thus ensuring a much more secure and stable initial fixation; 15

- forma anatomo-adaptivă a implantului optimizează transferul forțelor în partea proximală a femurului; 17- the anatomical-adaptive form of the implant optimizes the transfer of forces to the proximal part of the femur; 17

- secțiunea tijei crește dinspre partea distală spre cea proximală și, astfel, forțele care apar în decursul utilizării normale sunt transformate progresiv în forțe de compresiune care 19 acționează la interfața implant-țesut osos;- The rod section grows from the distal to the proximal side and thus the forces that occur during normal use are progressively transformed into compression forces 19 which act on the bone-tissue interface;

- prezența structurii de tip fagure în partea mediană permite țesutului osos să crească 21 prin orificiile acesteia, și să prolifereze, ajungând astfel ca structura să fie încorporată în țesutul osos; 23- the presence of the honeycomb-like structure in the middle part allows the bone tissue to grow 21 through its holes, and to proliferate, thus getting the structure to be incorporated into the bone tissue; 2. 3

- datorită apariției tehnologiei de prototipare rapidă (RP), în special procedeul de topire cu fascicul laser, atât formele anatomo-adaptive ale tijei femurale, cât și structurile de 25 tip fagure (cu un design foarte complex) pot fi realizate practic din pulberi metalice biocompatibile; 27- due to the emergence of rapid prototyping (RP) technology, especially the laser beam melting process, both the anatomical-adaptive forms of the femoral stem and the 25 honeycomb structures (with a very complex design) can be practically made of metal powders. biocompatible; 27

- suprafața tijei femurale anatomo-adaptive cu structură de tip fagure, conform invenției, este realizată prin modelarea suprafeței interioare a osului femural astfel încât 29 aceasta să fie congruentă cu conturul canalului femural, conferind confort pacientului, și îmbunătățind performanțele tijei. 31- The surface of the anatomically-adaptive femoral stem with honeycomb structure, according to the invention, is made by modeling the inner surface of the femoral bone so that it is congruent with the contour of the femoral canal, conferring patient comfort, and improving the performance of the stem. 31

Utilizarea structurii tip fagure conduce la obținerea unei tije femurale cu greutate redusă, flexibilă și rezistentă la solicitările care apar în articulația de șold naturală. De 33 asemenea, fenestrațiile conduc la îmbunătățirea osteointegrării.The use of the honeycomb structure leads to a femoral rod with a low weight, flexible and resistant to the demands that appear in the natural hip joint. Also, the fenestrations lead to the improvement of the osseointegration.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a tijei femurale anatomo-adaptive, 35 conform invenției, în legătură cu fig. 1...3, ce reprezintă:Following is an example of an embodiment of the anatomically-adaptive femoral stem, according to the invention, in connection with FIG. 1 ... 3, which represents:

-fig. 1, comparație între mărimea suprafeței de contact la interfața implant-țesut osos 37 la o proteză comercială din stadiul tehnicii, și una anatomo-adaptivă, conform prezentei invenții; 39FIG. 1, comparison between the size of the contact surface at the bone-tissue interface 37 in a commercial prosthesis of the prior art, and an anatomical-adaptive one, according to the present invention; 39

-fig. 2, vedere axonometrică a tijei femurale anatomo-adaptive conform invenției, cu evidențierea suprafeței de contact direct cu osul femural; 41FIG. 2, axonometric view of the anatomically-adaptive femoral stem according to the invention, highlighting the surface of direct contact with the femoral bone; 41

- fig. 3, vedere axonometrică a tijei femurale anatomo-adaptive de la fig. 2, din două direcții opuse. 43FIG. 3, axonometric view of the anatomically-adaptive femoral stem from FIG. 2, from two opposite directions. 43

Conform invenției, tija femurală anatomo-adaptivă 1 a unei proteze totale de șold asigură o suprafață de contact a mai mare cu osul față de o tijă femurală comercială 2, 45 realizând o diminuare a eforturilor apărute la interfața implant-os.According to the invention, the anatomically-adaptive femoral stem 1 of a total hip prosthesis provides a greater contact surface with the bone compared to a commercial femoral stem 2, 45, reducing the efforts made at the implant-bone interface.

RO 128084 Β1RO 128084 Β1

Conform invenției, tija femurală anatomo-adaptivă a unei proteze totale de șold, destinată unei mai bune osteointegrări, se compune dintr-o parte proximală, una mediană și una distală. Partea proximală este alcătuită din gâtul 3, prevăzut în partea superioară cu un con cu autoblocare 4, cu rol în asigurarea cuplării cu articulația sferică 5, care glisează pe cupa acetabulară 6, fixată în osul iliac (nefigurat).According to the invention, the anatomically-adaptive femoral stem of a total hip prosthesis, intended for better osteointegration, is composed of a proximal, medial and distal part. The proximal part is made up of the neck 3, provided at the top with a self-locking cone 4, with role in ensuring the coupling with the spherical joint 5, which slides on the acetabular cup 6, fixed in the iliac bone (not shown).

în corpul protezei este practicată o structură de tip fagure 7, iarîn zonele laterale sunt prevăzute două orificii 8, 9, destinate centrării în vederea finisării conului cu autoblocare 4, iar suprafețele medială și laterală a ale acestei zone reproduc forma canalului femural.In the body of the prosthesis a honeycomb structure 7 is practiced, and in the lateral areas there are two holes 8, 9, intended for centering in order to finish the cone with self-locking 4, and the medial and lateral surfaces of this area reproduce the shape of the femoral canal.

Partea distală este formată dintr-o coadă 10 cu formă aplatizată b în planul frontal și, ca și în cazul părții mediane, conturul exterior al zonei reproduce forma canalului femural, aceasta asigurând optimizarea transferului eforturilor în ansamblul os-proteză.The distal part is formed by a tail 10 with a flattened shape b in the frontal plane and, as in the case of the medial part, the outer contour of the area reproduces the shape of the femoral canal, this ensuring the optimization of the transfer of efforts in the bone-prosthesis assembly.

Claims

Anatomically-adaptive femoral stem, for the total hip prosthesis, made of 3 biocompatible metallic powders, which is composed of a proximal part, made up of a neck (3) provided at the top with a self-locking cone (4), for securing the coupling with a 5 spherical joint (5), which slides on an acetabular cup (6) fixed in the iliac bone, a middle part, provided on the side with a hole (8) for centering and a distal part, formed 7 from a tail (10) with flattened shape (b) in the frontal plane, characterized in that the median part of the stem has a honeycomb-like structure (7), for anchoring in the bone, and the medial-lateral surface 9 (a) of the median part and the outer contour of the distal part exactly reproduces the contour of the femoral canal of the patient. 11