RU194164U1

RU194164U1 - Knee endoprosthesis

Info

Publication number: RU194164U1
Application number: RU2019111084U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Родионов; Ирина Владимировна Перинская; Любовь Евгеньевна Куц
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2019-11-29

Abstract

Полезная модель относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии и имплантологии. Технический результат полезной модели заключается в создании микропористой поверхности внутрикостных частей эндопротеза коленного сустава в результате блистерингового порообразования. Эндопротез коленного сустава содержит бедренный компонент, выполненный в виде салазок из двух параллельных, скрепленных между собой дуг, имеющих с внутренней стороны опорную плоскость для дистального опила бедренной кости, большеберцовый компонент, выполненный в виде основания, с противоположных сторон которого закреплены ограничитель и ножка с ребрами жесткости, опорный штырь, платформу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, на одной стороне которой выполнены выемки, сопряженные по цилиндрической поверхности с дугами салазок бедренного компонента, а с другой стороны в платформе выполнены дугообразный и направляющий пазы, в которых установлены соответственно ограничитель и опорный штырь, салазки дуг бедренного компонента и сопряженные с ними выемки в платформе выполнены по форме цилиндрических поверхностей, переходящих в касательные плоскости, каждая из которых расположена под углом, равным 5-13° к соответствующей плоскости, параллельной опорной плоскости дистального опила бедренной кости и проведенной через соответствующую линию касания, внутрикостные части эндопротеза, а именно фиксаторы бедренного компонента и ножка с ребрами жесткости большеберцового компонента имеют микропористую поверхность, полученную в результате блистерингового порообразования в процессе ионно-лучевой обработки поверхности пучком ионов гелия (He). 2 фиг.The utility model relates to medicine, namely to traumatology, orthopedics and implantology. The technical result of the utility model is to create a microporous surface of the intraosseous parts of the knee endoprosthesis as a result of blistering pore formation. An endoprosthesis of a knee joint contains a femoral component made in the form of a slide made of two parallel arches connected to each other, having a supporting plane on the inner side for the distal sawdust of the femur, a tibial component made in the form of a base, on the opposite sides of which a limiter and a leg with ribs are fixed stiffness, support pin, a platform of ultra-high molecular weight polyethylene, on one side of which there are recesses, mated along a cylindrical surface with arches of a sled of troubles the arched component and, on the other hand, in the platform, arcuate and guide grooves are made, in which a limiter and a support pin are installed respectively, the slide of the arches of the femoral component and the recesses associated with them are made in the form of cylindrical surfaces turning into tangent planes, each of which is located at an angle equal to 5-13 ° to the corresponding plane parallel to the reference plane of the distal sawdust of the femur and drawn through the corresponding line of touch, intraosseous parts the endoprosthesis, namely, the fixators of the femoral component and the leg with stiffeners of the tibial component, have a microporous surface obtained as a result of blistering pore formation during ion-beam surface treatment with a helium ion beam (He). 2 of FIG.

Description

Полезная модель относится к медицине, а именно, к травматологии, ортопедии и имплантологии.The utility model relates to medicine, namely to traumatology, orthopedics and implantology.

Замена коленного сустава на эндопротез (артропластика) является распространенной ортопедической операцией, количество которых прогрессивно возрастает. Процент осложнений и неудовлетворительных результатов эндопротезирования коленного сустава достаточно велик и составляет 3,3-13,2%. Увеличить эффективность операций по артропластике возможно путем повышения уровня биосовместимости эндопротезов при использовании новых материалов и покрытий, а также путем разработки новых, высокотехнологичных конструкций эндопротезов.Replacing the knee with an endoprosthesis (arthroplasty) is a common orthopedic operation, the number of which is progressively increasing. The percentage of complications and unsatisfactory results of knee replacement is quite high and amounts to 3.3-13.2%. It is possible to increase the efficiency of arthroplasty operations by increasing the biocompatibility of endoprostheses using new materials and coatings, as well as by developing new, high-tech designs of endoprostheses.

Поверхности внутрикостных частей эндопротезов должны обладать высокой суммарной открытой пористостью, что необходимо для эффективного прорастания клеток костной ткани и прочного остеоинтеграционного закрепления имплантируемых конструкций в организме.The surfaces of the intraosseous parts of the endoprostheses should have a high total open porosity, which is necessary for the effective germination of bone tissue cells and a strong osseointegration fixation of implanted structures in the body.

Известна конструкция тотального эндопротеза коленного сустава [Патент ЕР №0636353 А1, опубл. 01.02.1995]. Устройство содержит бедренный компонент в виде дугообразных салазок, имеющих форму анатомической поверхности мыщелков бедра, большеберцовый компонент с основанием, опирающимся на ножку с ребрами жесткости, опорный стержневой штырь. Между бедренным и большеберцовым компонентами расположена полиэтиленовая платформа, которая имеет со стороны бедренного компонента выемки по форме усеченных сфер под салазки бедренного компонента, а на другой стороне платформы выполнен продолговатый паз под опорный штырь. Устройство обеспечивает полный объем движений в суставе.Known design of a total knee joint endoprosthesis [Patent EP No. 0636353 A1, publ. 02/01/1995]. The device contains a femoral component in the form of arcuate sleds having the shape of the anatomical surface of the femoral condyles, a tibial component with a base resting on a leg with stiffeners, and a support rod pin. A polyethylene platform is located between the femoral and tibial components, which has recesses in the form of truncated spheres for the slide of the femoral component on the side of the femoral component, and an elongated groove for the support pin is made on the other side of the platform. The device provides a full range of motion in the joint.

Недостатком данной конструкции является отсутствие микропористой поверхности внутрикостных частей эндопротеза, обладающей высокой остеоинтеграционной способностью.The disadvantage of this design is the lack of a microporous surface of the intraosseous parts of the endoprosthesis with high osseointegration ability.

Известна конструкция эндопротеза коленного сустава, содержащая бедренный компонент, выполненный в виде салазок из двух параллельных, скрепленных между собой дуг, имеющих с внутренней стороны опорную плоскость для дистального опила бедренной кости, большеберцовый компонент, выполненный в виде основания, с противоположных сторон которого закреплены ограничитель и ножка с ребрами жесткости, опорный штырь, платформу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, на одной стороне которой выполнены выемки, сопряженные по цилиндрической поверхности с дугами салазок бедренного компонента, а с другой стороны в платформе выполнены дугообразный и направляющий пазы, в которых установлены соответственно ограничитель и опорный штырь [Патент РФ №2145821, МПК A61F 2/38, опубл. 27.02.2000].A known knee joint prosthesis design comprising a femoral component made in the form of a slide made of two parallel arches connected to each other, having a supporting plane on the inside for a distal sawdust of the femur, a tibial component made in the form of a base with a stopper fixed to its opposite sides and a foot with stiffeners, a support pin, a platform of ultra-high molecular weight polyethylene, on one side of which there are recesses mated along a cylindrical surface spine arcs with the slide of the femoral component, on the other hand are made in the platform and arcuate guide grooves, which are mounted respectively limiter and the support pin [RF patent №2145821, IPC A61F 2/38, publ. 02/27/2000].

Наиболее близким к технической сущности предлагаемой полезной модели является конструкция эндопротеза коленного сустава, которая содержит бедренный компонент, выполненный в виде салазок из двух параллельных, скрепленных между собой дуг, имеющих с внутренней стороны опорную плоскость для дистального опила бедренной кости, большеберцовый компонент, выполненный в виде основания, с противоположных сторон которого закреплены ограничитель и ножка с ребрами жесткости, опорный штырь, платформу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, на одной стороне которой выполнены выемки, сопряженные по цилиндрической поверхности с дугами салазок бедренного компонента, а с другой стороны в платформе выполнены дугообразный и направляющий пазы, в которых установлены соответственно ограничитель и опорный штырь, салазки дуг бедренного компонента и сопряженные с ними выемки в платформе выполнены по форме цилиндрических поверхностей, переходящих в касательные плоскости, каждая из которых расположена под углом, равным 5-13° к соответствующей плоскости, параллельной опорной плоскости дистального опила бедренной кости и проведенной через соответствующую линию касания [Патент РФ №2271175, МПК A61F 2/38 (2006.01), опубл. 10.03.2006].Closest to the technical essence of the proposed utility model is the design of the knee joint endoprosthesis, which contains a femoral component made in the form of a sled of two parallel, fastened together arcs with a supporting plane on the inner side for the distal femoral sawdust, a tibial component made in the form the base, on the opposite sides of which a limiter and a leg with stiffeners, a support pin, a platform of ultra-high molecular weight polyethylene are fixed, on on the other side of which recesses are made, mating along the cylindrical surface with the arcs of the sill of the femoral component, and on the other hand, in the platform there are arcuate and guide grooves, in which a limiter and support pin are installed, respectively, the sled of the arches of the femoral component and the recesses associated with them in the platform are made according to the shape of cylindrical surfaces turning into tangent planes, each of which is located at an angle equal to 5-13 ° to the corresponding plane parallel to the reference plane of the dist of the sawdust of the femur and drawn through the corresponding line of touch [RF Patent No. 2271175, IPC A61F 2/38 (2006.01), publ. 03/10/2006].

Недостатком данной конструкции является отсутствие микропористой поверхности внутрикостных частей эндопротеза, а именно фиксаторов бедренного компонента и ножки с ребрами жесткости большеберцового компонента, обладающей высокой остеоинтеграционной способностью.The disadvantage of this design is the lack of a microporous surface of the intraosseous parts of the endoprosthesis, namely the fixators of the femoral component and the legs with stiffening ribs of the tibial component, which has high osseointegration ability.

Задачей полезной модели является создание эндопротеза коленного сустава с микропористой поверхностью внутрикостных частей конструкции, а именно поверхности фиксаторов бедренного компонента и ножки с ребрами жесткости большеберцового компонента.The objective of the utility model is to create a knee joint prosthesis with a microporous surface of the intraosseous parts of the structure, namely the surface of the femoral component retainers and legs with stiffeners of the tibial component.

Технический результат полезной модели заключается в создании микропористой поверхности внутрикостных частей эндопротеза коленного сустава в результате блистерингового порообразования.The technical result of the utility model is to create a microporous surface of the intraosseous parts of the knee endoprosthesis as a result of blistering pore formation.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом эндопротезе коленного сустава, содержащим бедренный компонент, выполненный в виде салазок из двух параллельных, скрепленных между собой дуг, имеющих с внутренней стороны опорную плоскость для дистального опила бедренной кости, большеберцовый компонент, выполненный в виде основания, с противоположных сторон которого закреплены ограничитель и ножка с ребрами жесткости, опорный штырь, платформу из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, на одной стороне которой выполнены выемки, сопряженные по цилиндрической поверхности с дугами салазок бедренного компонента, а с другой стороны в платформе выполнены дугообразный и направляющий пазы, в которых установлены соответственно ограничитель и опорный штырь, салазки дуг бедренного компонента и сопряженные с ними выемки в платформе выполнены по форме цилиндрических поверхностей, переходящих в касательные плоскости, каждая из которых расположена под углом, равным 5-13° к соответствующей плоскости, параллельной опорной плоскости дистального опила бедренной кости и проведенной через соответствующую линию касания, согласно новому техническому решению, внутрикостные части эндопротеза, а именно фиксаторы бедренного компонента и ножка с ребрами жесткости большеберцового компонента имеют микропористую поверхность, полученную в результате блистерингового порообразования в процессе ионно-лучевой обработки поверхности пучком ионов гелия (He⁺).The problem is solved due to the fact that in the proposed knee joint prosthesis containing the femoral component, made in the form of a slide from two parallel, fastened together arcs having on the inside a supporting plane for the distal sawdust of the femur, the tibial component made in the form of a base , on the opposite sides of which a limiter and a leg with stiffeners are fixed, a support pin, a platform of ultra-high molecular weight polyethylene, on one side of which a recess is made and, conjugated along the cylindrical surface with the arcs of the skids of the femoral component, and on the other hand, the arcuate and guide grooves are made in the platform, in which the limiter and the support pin are installed respectively, the skids of the arches of the femoral component and the recesses associated with them in the platform are made in the form of cylindrical surfaces, turning into tangent planes, each of which is located at an angle equal to 5-13 ° to the corresponding plane parallel to the supporting plane of the distal sawdust of the femur and inserted through the corresponding line of touch, according to a new technical solution, the intraosseous parts of the endoprosthesis, namely the fixators of the femoral component and the leg with stiffeners of the tibial component, have a microporous surface obtained as a result of blistering pore formation during ion-beam surface treatment with a helium ion beam (He ⁺ ) .

Изготовление предлагаемого эндопротеза коленного сустава может осуществляться путем литья, обработки давлением, механического формообразования (токарного, фрезерного), ионно-лучевой обработки (получение микропористой поверхности в результате блистерингового порообразования в процессе ионно-лучевой обработки пучком ионов гелия (He⁺)). Материалами для изготовления эндопротеза коленного сустава могут служить титан, тантал, цирконий и их сплавы.The manufacture of the proposed knee endoprosthesis can be carried out by casting, pressure treatment, mechanical shaping (turning, milling), ion-beam processing (obtaining a microporous surface as a result of blistering pore formation during ion-beam treatment with a beam of helium ions (He ⁺ )). Materials for the manufacture of an endoprosthesis of the knee joint can be titanium, tantalum, zirconium and their alloys.

Полезная модель поясняется чертежом - фиг. 1 и 3D моделью - фиг. 2. На фиг. 1 приведена предлагаемая конструкция эндопротеза коленного сустава, включающая бедренный компонент 1, имеющий форму салазок 2 из двух скрепленных между собой параллельных дуг 3. Наружная поверхность дуг 3 салазок 2 и сопряженные с ними выемки 4 в платформе 5, имеющие форму цилиндрических поверхностей, переходящих в соответствующие касательные плоскости 6. С внутренней стороны салазок 2 бедренного компонента 1 имеется опорная плоскость 7, предназначенная для опоры дистального опила бедренной кости. Каждая из касательных плоскостей 6 (к цилиндрической поверхности соответственно салазок и выемок в платформе) расположена под углом α, равным 5-13° (Патент РФ №2271175, МПК A61F 2/38 (2006.01), опубл. 10.03.2006) к соответствующей плоскости 8, параллельной опорной плоскости 7 дистального опила бедренной кости. Платформа 5 выполнена из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и имеет опорный штырь 13. Большеберцовый компонент 9 содержит основание 10, опирающееся на ножку 11 с ребрами жесткости 12. Бедренный компонент 1 имеет фиксаторы 14, для установки опила бедренной кости. На ножке 11 большеберцового компонента и фиксаторах 14 имеется микропористая поверхность 15 (фиг. 2), полученная в результате блистерингового порообразования.The utility model is illustrated in the drawing. FIG. 1 and 3D model - FIG. 2. In FIG. 1 shows the proposed design of the knee joint endoprosthesis, including the femoral component 1, in the form of a slide 2 of two parallel arcs connected to each other 3. The outer surface of the arches 3 of the slide 2 and the associated recesses 4 in the platform 5, having the form of cylindrical surfaces that transform into the corresponding tangent planes 6. On the inner side of the slide 2 of the femoral component 1 there is a supporting plane 7, designed to support the distal sawdust of the femur. Each of the tangent planes 6 (to the cylindrical surface of the slide and the recesses in the platform, respectively) is located at an angle α equal to 5-13 ° (RF Patent No. 2271175, IPC A61F 2/38 (2006.01), publ. 10.03.2006) to the corresponding plane 8 parallel to the supporting plane 7 of the distal sawdust of the femur. The platform 5 is made of ultra-high molecular weight polyethylene and has a support pin 13. The tibial component 9 contains a base 10 that rests on the leg 11 with stiffening ribs 12. The femoral component 1 has clamps 14 for installing the sawdust of the femur. On the leg 11 of the tibial component and the retainers 14 there is a microporous surface 15 (Fig. 2), obtained as a result of blistering pore formation.

Исследования показали, что оптимальными дозами ионов гелия, необходимыми для процесса порообразования при ионной имплантации, являются Ф=6⋅10¹⁷-6⋅10¹⁸ ион/см² с энергией E=100-200 кэВ, так как при дозах ионов гелия менее 6⋅10¹⁷ион/см² и более 6⋅10¹⁸ион/см² не происходит формирование микропористого слоя 15 с размером пор d=100-250 мкм, плотностью N~10¹⁶-10¹⁷ см^-3. Суммарная открытая микропористость, не превышает 50% и не приводит к существенному снижению механической прочности микропористого слоя.Studies have shown that the optimal doses of helium ions necessary for the pore formation process during ion implantation are Ф = 6⋅10 ¹⁷ -6⋅10 ¹⁸ ion / cm ² with an energy of E = 100-200 keV, since at doses of helium ions less than 6 ⋅10 ¹⁷ ion / cm ² and more than 6⋅10 ¹⁸ ion / cm ² there is no formation of a microporous layer 15 with a pore size d = 100-250 μm, density N ~ 10 ¹⁶ -10 ¹⁷ cm ^-3 . The total open microporosity does not exceed 50% and does not lead to a significant decrease in the mechanical strength of the microporous layer.

Для установки предлагаемого эндопротеза коленного сустава с бедренную кость опиливают по форме бедренного компонента 1 эндопротеза. В подготовленном опиле бедренной кости высверливают два отверстия для установки бедренного компонента 1 диаметром равным диаметру фиксаторов 14. Бедренный компонент 1, имеющий форму салазок 2 из двух скрепленных между собой параллельных дуг 3 с внутренней стороны имеющий опорную плоскость 7, устанавливают на опил бедренной кости таким образом, чтобы фиксаторы 14 совпали с подготовленными отверстиями. Суставной конец большой берцовой кости отпиливается и в нем с помощью специальных инструментов рассверливают костномозговой канал большой берцовой кости под установку большеберцового компонента 9, который содержит основание 10, опирающееся на ножку 11 с ребрами жесткости 12. Ножку 11 большеберцового компонента эндопротеза забивают в подготовленное отверстие. На основание 10 устанавливают платформу 5 выполненную из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и имеющую опорный штырь 13. Опорный штырь 13 совмещают с бедренным компонентом 1, так что наружная поверхность дуг 3 салазок 2 и сопряженные с ними выемки 4 в платформе 5, имеющих форму цилиндрических поверхностей, переходящих в соответствующие касательные плоскости 6 совпадают. Каждая из касательных плоскостей 6 (к цилиндрической поверхности соответственно салазок и выемок в платформе) расположена под углом α, равным 5-13° к соответствующей плоскости 8, параллельной опорной плоскости 7 дистального опила бедренной кости.To install the proposed knee endoprosthesis with a femur filed in the form of the femoral component 1 of the endoprosthesis. In the prepared femur sawdust, two holes are drilled for installing the femoral component 1 with a diameter equal to the diameter of the retainers 14. The femoral component 1, which is in the form of a slide 2 of two parallel arches 3 fastened to each other and having a supporting plane 7 on the inside, is mounted on the femoral sawdust in this way so that the latches 14 coincide with the prepared holes. The articular end of the tibia is sawn off and the bone marrow canal of the tibia is drilled using special tools for installing the tibial component 9, which contains the base 10, resting on the leg 11 with stiffeners 12. The leg 11 of the tibial component of the endoprosthesis is hammered into the prepared hole. On the base 10, a platform 5 is installed made of ultra-high molecular weight polyethylene and having a support pin 13. The support pin 13 is aligned with the femoral component 1, so that the outer surface of the arches 3 of the slide 2 and the associated recesses 4 in the platform 5, having the form of cylindrical surfaces that transform into the corresponding tangent planes 6 coincide. Each of the tangent planes 6 (to the cylindrical surface of the slide and recesses in the platform, respectively) is located at an angle α equal to 5-13 ° to the corresponding plane 8 parallel to the reference plane 7 of the distal femur sawdust.

В процессе приживления эндопротеза коленного сустава клетки окружающих его биоструктур проникают в открытые поры микропористой поверхности 15. За счет этого происходит углубленное прорастание прилегающих клеточных структур в поверхность ножки 11 большеберцового компонента 9 и фиксаторов 14 бедренного компонента 1, повышается остеоинтеграционная способность поверхности и прочность биомеханической связи эндопротеза с костью.In the process of engraftment of the knee joint prosthesis, the cells of the surrounding biostructures penetrate into the open pores of the microporous surface 15. Due to this, the adjacent cell structures penetrate deeply into the surface of the leg 11 of the tibial component 9 and fixators 14 of the femoral component 1, the osseointegration ability of the surface and the strength of the biomechanical bond of the endoprosthesis increase with bone.

Таким образом, предложенная конструкция эндопротеза коленного сустава создает наилучшие условия для эффективного интеграционного взаимодействия поверхности внутрикостных частей бедренного и большеберцового компонентов с костной тканью и функционирования эндопротеза в организме при длительном действии знакопеременных механических нагрузок благодаря формированию микропористой поверхности.Thus, the proposed design of the knee joint endoprosthesis creates the best conditions for the effective integration interaction of the surface of the intraosseous parts of the femoral and tibial components with bone tissue and the functioning of the endoprosthesis in the body with prolonged exposure to alternating mechanical loads due to the formation of microporous surfaces.

Claims

An endoprosthesis of the knee joint containing the femoral component, made in the form of a slide from two parallel, fastened together arcs, having on the inner side a supporting plane for the distal sawdust of the femur, a tibial component made in the form of a base, on the opposite sides of which a limiter and a leg with stiffeners, support pin, a platform of ultra-high molecular weight polyethylene, on one side of which there are recesses, mated along a cylindrical surface with the arches of the slide a single component, and on the other hand, an arcuate and guide grooves are made in the platform, in which a limiter and a support pin are installed, the slide of the arches of the femoral component and the recesses associated with them are made in the form of cylindrical surfaces turning into tangent planes, each of which is located at an angle equal to 5-13 ° to the corresponding plane parallel to the reference plane of the distal sawdust of the femur and drawn through the corresponding touch line, characterized in that the intraosseous parts of the endoprosthesis, namely the fixators of the femoral component and the leg with stiffeners of the tibial component, have a microporous surface obtained as a result of blistering pore formation during ion-beam surface treatment with a helium ion beam (He ⁺ ).