SE503186C3 - Underbensprotes med en proteshylsa - Google Patents

Description

S03 186 2 Det föreligger alltså ett behov av att kunna i önskad grad er- sätta denna indirekta kraftöverföring till skenbenet, alltså via underbenets kvarvarande mjukdelar, med en stel, mekanisk överföring direkt till skenbenet, så att möjligheten för pump- ning och vackling med dess skadliga följdverkningar elimineras i motsvarande grad.

Det är känt att vid lårbensproteser uppnå en sådan avlastning av mjukdelarna genom en stel kraftöverföring från protesen direkt till lårbenets skelettdel. Vid dessa kända proteskon- struktionei har kopplingen till lårbenet skett medelst en tapp, som skjuter upp lodrätt från proteshylsans botten och är införd i en axiell kanal, uppborrad från lårbenets undre ände. Av flera skäl är det mycket svårt att använda ett sådant kraft- överföringsarrangemang vid underbensproteser. Dessa orsaker sammanhänger med de anatomiska olikheter i skepnad av grovleks- och formskillnader som finns mellan lårben och skenben. Hos båda omsluter själva benvävnaden en axiell kanal, som inne- håller benmärg. Lårbenet, femur, har emellertid större yttre tvärmått - det är skelettets grövsta ben - och är i tvärsek- tion närmast runt, medan det vekare skenbenet däremot har approximativt trekantig profil. Vidare är skenbenets väggtjock- lek mindre. Även hos en vuxen person uppgår den normalt till endast 3-5 mm och hos barn är givetvis skenbenets vägg runt den centrala benmärgskanalen ännu tunnare. I det sammanhanget måste också noteras, att den kraftupptagande förmågan hos en i ben- märgskanalen axiellt inskjutande tapp är begränsad vad gäller sidokrafter. Hos en i upprätt ställning stillastående person är dessa sidokrafter visserligen av försumbar storlek, men vid gång uppträder avsevärda sidokrafter, till vilka dessutom adde- ras dynamiska komposanter. När protesbäraren exempelvis sparkar eller halkar, blir dessa krafter mycket höga. Ortopeder och protesingenjörer har därför tvingats konstatera att man vid underbensproteser hittills inte kunnat lösa pumpningsproblemet med dess olägenheter och risker för patienterna genom att där använda samma typ av mekanism för kraftöverföring mellan pro- tesen och extremitetens skelettdelar som vid lårbensproteser. _.. à *AI fT\ Ûš LJ fjw Detta problem har dock nu lösts genom föreliggande uppfinning, som möjliggör en direkt överföring av en del av kraften från protes till skenben på annat sätt än medelst en axiell tapp, nämligen så att en större eller mindre del av belastnings- krafterna förs in i skenbenet från sidan. Resterande del av krafterna förs på normalt sätt via hylsan. Den del av krafterna som förs via mekanismen enligt uppfinningen behöver endast vara en mindre del av totalkraften för att stumpproblem skall redu- ceras. Insikten att detta är en möjlig lösning utgör den nya och viktigaste delen av uppfinningstanken. Det skall dock understrykas, att denna nya princip inte innebär bara en flytt- ning av belastningskrafternas angreppspunkt från ett ställe till ett annat. Det förhåller sig tvärtom så, att vid praktisk tillämpning av denna uppfinningstanke aktualiseras flera detaljfrågor, både av medicinsk och mekanisk natur. Uppfin- ningen anvisar emellertid svar även på dessa frågor, till vilket återkommes nedan. En stor fördel med uppfinningen är att det kirurgiska ingreppet är litet.

Före övergången till beskrivningens speciella del skall emel- lertid kraftspelet vid underbensproteser belysas ytterligare.

När en protesförsedd person står eller sitter stilla, uppträder naturligtvis endast statiska tryckkrafter och - när underbenet hålls i lodrätt läge - blir dessa krafter vertikalt orientera- de. Då foten hänger fritt, uppstår dragning mellan protesen och stumpen, vilken kraft, då foten stöder mot golvet, växlar till en tryckpåkänning. I det senare fallet genererar benets resp. kroppens tyngd en uppåtriktad reaktionskraft, vilken alltså strävar att komprimera mjukdelarna mellan hylsans botten och stumpen. I det förstnämnda fallet, då foten är upplyft ovanför golvytan, motsvarar den nedåtriktade dragkraften den samman- lagda tyngden hos själva protesen och dennas sko. I detta läge tryckavlastas tydligen de nyssnämnda mjukdelarna, vilket leder till ökad pumpning genom det då uppstående glappet mellan ben- stumpen och hylsan. 505- 186 4 Då personen går, tillkommer dynamiska krafter, som adderar sig till de statiska med typiskt cirka 20%, momentant upp till ca 50%. En av dessa tillsatskrafter är den longitudinella (räknat i benets längdaxelriktning) kraft som uppkommer varje gång som protesfoten kontaktar markytan och den andra foten är mer eller mindre avlastad. En andra sådan dynamisk kraft är den torsions- kraft, som framkallas, då protesfoten utsätts för ett, vanligen i ett horisontalplan orienterat, vridmoment, vilket motverkas av friktionen mot underlaget. För det tredje uppkommer vid gång dynamiska krafter, vilka strävar att luta protesen relativt skenbenet. Dessa krafter kan påkänningsmässigt uppdelas i två komposanter, den ena orienterad i gångriktningen, den andra vinkelrätt däremot. Om den longitudinella kraften antas vara cirka 50% större än kroppens tyngd, uppgår den till ungefär 1000 N. De båda lutningskrafterna kan alstra vridande moment av storleksordningen 30 Nm. Erfarenheten visar att resultanten till samtliga krafter kan bli så stor att det mjuka Vävnads- skiktet i stumpens underdel ger smärtor eller obehag, ibland skador.

En kraftöverföring enligt uppfinningen har den avgörande för- delen att benstumpens mjukdelar avlastas genom att dessa inte längre behöver utsättas för hela överföringskrafternas verti- kala tryckkomposant, som i stället kan - i större eller mindre omfattning - överföras till skelettet direkt, från hylsans sidovägg, vilket alltså tidigare inte ansetts möjligt vid underbensproteser. Detta har uppnåtts med hjälp av ett kraft- överföringsorgan, vilket sträcker sig transversellt, dvs "diametralt", genom skenbenet. Även tvärkrafter som orsakar stumpens vackling i hylsan kan i större eller mindre omfattning överföras via detta organ.

Fig. 1 visar en perspektivvy av den utifrån synliga delen av Fig. 2 visar i större skala en vertikalsektion genom protesen och en del av ett skenben där protesen är monterad. 186 Ln U".

CD erJ Fig. 3 och 4 visar i perspektivvy protesen och benstumpen i införingsläge resp. i infört läge.

Fig. 5-10 visar i tvärsektion de olika arbetstempona enligt ett sätt att montera de delar av protesen som skall vara förlagda i skenbenet.

De i fig. 1 synliga delarna av underbensprotesen är en hylsa 1, som på i och för sig känt sätt är anpassad till benstumpens form och som vanligen utförs i ett plastmaterial. Av kosmetiska skäl dras en strumpa 2 över hela protesen. Intill dess övre ände är medelst övre fästorgan 3 och undre sådana 4 fastgjord en fjädrande platta 5. Fästorganen utgörs av exempelvis skru- var, som griper in i hylsan 1. Den fjädrande plattan består av ett högvärdigt elastiskt material, exempelvis uretangummi. Ett stycke ovanför hylsans botten finns en fönsteröppning i hylsan.

Plattan täcker denna öppning. Genom plattan och vidare genom hylsans fönster går en kultapp 8, vars utförande beskrivs nedan med hänvisning till fig. 2. I fig. 2 är endast tappens skalle synlig, efter genomgången av styrarmen 9. Skallen är försedd med ett låsvred som gör det möjligt att öppna och stänga kul- tappens bajonettfattning. På styrarmen finns två trådliknande armar 12. Dessa kan vridas i vertikal led och även förskjutas i vertikal led i den på styrarmen fast monterade hylsan 11. Dessa armar tjänar syftet att fördela kraften från kultappen och styrarmen till hela den fjädrande plattans bredd. De två armar- nas förskjutbarhet i längdled utnyttjas när protesanvändaren i sittande ställning vill dra ut stumpen ett stycke ur hylsan.

Kultappen rör sig då i det avlånga hålet i plattan 5. Styrarmen har ett tvärgående ok 9a som, genom att det kläms mellan den fjädrade plattan och hylsan, begränsar styrarmens möjlighet att vrida sig kring sin vertikala längdaxel.

Tvärsektionsritningen fig. 2 åskådliggör mekanismens utifrån inte synliga delar. Såsom nämnts i figurpresentationen, visas här i förstorad skala en vertikalsektion genom ett skenben med en kraftöverföringsmekanism och inopererad skelettskruv enligt uppfinningen. Det är viktigt notera att den fjädrande plattan 5 503 ”E86 f. befinner sig på extremitetens, och därmed även på protesens främre sida, vinkelförskjuten inåt ca 45°. Skenbenet har i fig. 2 markerats med T. Partierna F och B visar alltså de av skelettben bestående främre och bakre väggarna i skenbenet.

Detta är runt största delen av sin omkrets omgivet av muskel- vävnad M och har i stort sett triangulärt tvärsnitt. På dess framsida finns dock praktiskt taget ingen muskelvävnad, bara ett tunt fettlager under huden H. Detta förhållande utnyttjas enligt uppfinningen, vilket kommer att framgå av den efter- följande beskrivningen. På fönstrets 7 nivå, lämpligen i dess mitt, genomgås skenbenet av en skelettskruv 13, som har en grövre cylindrisk del 14, vilken passerar genom skenbenets främre vägg F, en smalare del 15, som genomgår skenbenets bakre vägg B, och en mellanliggande konisk del 16. Av figuren framgår att de båda cylindriska partierna av skelettskruven står i gängingrepp med skenbenets intilliggande partier, nämligen genom att hål borrats upp i dessa, såsom förklaras nedan.

I skelettskruvens 13 grövre del 14 finns en borrning, vilken innehåller en detalj som utgör kulhållare med bajonettfattning.

Den har hänvisningsbeteckningen 17 och har även den en inre/ bakre smalare del och en yttre/främre grövre del. Den främre delen har utvändiga gängor i ingrepp med motsvarande invändiga gängor hos borrningens smalare del. Kulhållarens grövre del 18 har en utåt öppen kammare, som mottager kultappens sfäriska kula 8a och är så utformad att densamma bildar ett säte för kulan. öppningen har form efter kulans sfär med två avslipade kalotter, så att ett bajonettlås bildas. Även kultappen består som synes, förutom av skallen Bb, också av en likaledes utanför fönstret 7 belägen cylindrisk del Bc, vilken via en inåt av- smalnande konisk del 8d övergår i kulan.

Mekanismen för kraftöverföring mellan skelett och proteshylsa fungerar på följande sätt: Läget för kulan 8a är i det närmaste centralt i benväggen. Krafter i benets längdriktning och ena tvärriktning överförs därför relativt jämnt till benvävnaden från skelettskruvens grövre ände. Krafter i den andra tvärrikt- ningen, dvs i skelettskruvens längdriktning, överförs också på 7 503 786 ett för benvävnaden gynnsamt sätt via gängorna vid skruvens båda ändar. När skenbenet vid olika rörelser i stumpens mjuk- delar drar med sig kultappen, vill den fjädrade plattan 5 mot- verka rörelserna. Genom att plattan kan ges dels en förspän- ning, dels olika dimensioner, kan de överförda krafterna an- passas till lämplig nivå för varje individ. De samlade funk- tionskidragen från skelettskruv, kultapp, styrarm och fjädrande platta ger uppfinningen dess särprägel. Förspänningen har upp- nåtts medelst fästskruvarna 3 och 4. Protesen måste givetvis kunna borttagas, exempelvis i samband med sängläge, vilket sker genom att de yttre delarna dras utåt, så att kulan 8a lämnar sitt kulsäte.

Fig. 5-10 exemplifierar hur de delar av mekanismen vilka perma~ nent är förenade med skenbenet kan anbringas i detta. Figurerna visar horisontalsektioner genom skenbenet T, varjämte närligg- ande muskelvävnader M och huden H har markerats. Operationen börjar med att en väsentligen halvcirkelformad hudflik med en höjd av ca 40 mm och en bredd på ungefär 20 mm skärs ut och därefter viks uppåt. Härefter borras ett hål ca 25 mm ovanför benpipans undre ände. Borrens diameter skall vara högst lika med kärndiametern hos gangan på skelettskruvens smalare änd- parti 15. Borrningen sker som synes till ett sådant djup att både den främre och den bakre skenbensväggen penetreras. Här- efter bytes till en grövre borr - fig. 6 - vars diameter är något mindre än ytterdiametern på gängtappen 19 och dess för- längning 20 - fig. 7. Den borrar upp endast det främre hålet.

Nästa arbetstempo är att gängtappen 19 och dess bakre del 20, vars ytterdiameter motsvarar diametern hos den grövre borren i fig. 6, förs in genom hålet i skenbenets främre vägg och vidare in så att gängtappen 19 åstadkommer invändiga gängor i den bakre skenbensväggen samt mindre djupa gängor i den främre väggen. Detta har visats i fig. 7. Med gängtappen kvar i sitt läge borras - enligt fig. 8 - det främre hålet upp så att dess diameter blir lika med kärndiametern hos skelettskruvens grövre del 14. Borren är ihålig. Tack vare att gängtappen 19 och dess förlängning är kvar, blir borren noggrant centrerad relativt gängtappen. Detta innebär uppenbarligen, uttryckt med andra 503 186 8 ord, att de båda hålen i skenbenets främre resp. bakre vägg blir koaxiella. Den sistnämnda borren tas bort från stången och ersätts med en rörformad gängtapp - se fig. 9 - med invändiga gängor, som löper på tappsektionen 20', och med utvändiga, vilka utbildar de invändiga gängor i skenbenets främre vägg med vilka skelettskruvens grövre parti 14 skall stå i ingrepp.

Slutligen avlägsnas gängtapparna, varefter skelettskruven 13 kan anbringas på plats, såsom fig. 10 utvisar. Därefter viks hudfliken tillbaka på sin plats och sys fast. Skelettskruven är alltså nu inopererad i skenbenet och inläkning av skruven får pågå några månader. Under denna tid integreras benvävnad och ytskikt på titanskruven. Patienten kan under denna läkningstid utrustas temporärt med en konventionell protes, vilken har en invändig urtagning runt det ställe där skruven befinner sig, så att patienten kan gå utan att operationsstället störs.

Valet av material för skelettskruven är kritiskt. Det är i och för sig tidigare känt att ren titan är överlägsen inte bara andra metaller såsom rostfritt stål m.m. utan också titanlege- ringar. Med "ren" menas i praktiska sammanhang en renhetsgrad på 99,75%. Det är sedan tre decennier känt från andra protes- typer, särskilt inom dentalkirurgin, att detaljer av ren titan snabbt oxiderar på ytan, så att det bildas ett skikt av titan- peroxid. Detta ger en barriärfunktion mot kronisk vävnads- inflammation och inkorporeras dessutom i de omgivande vävnader- nas celler, så att avstötning motverkas. Denna fas av läknings- tiden, under vilken det biokompatibla materialet titan integre- ras med benvävnaden till ett fast förband och hudfliken läker fast direkt på skenbenet, uppgår typiskt till 6-8 veckor. När denna tid gått till ända, stansas ett hål genom hudfliken.

Fettvävnad under huden närmast skruven avlägsnas, så att huden ges möjlighet att växa fast vid underliggande benvävnad. Där- efter får läkning av huden ske, igen under några dagar, varpå kulskruven 17 skruvas in i skelettskruven. I och med detta har mekanismens samtliga permanent kvarsittande komponenter bring- ats på plats. Nu återstår att montera de löstagbara utvändiga detaljerna, dvs kultappen 8 och de övriga detaljer som redan beskrivits ovan i anslutning till fig. 1 och 2. 9 šüš 180 Ovan har vikten av att välja ren titan för de i patientens kropp inopererade delarna betonats. Det skall också poängteras att även dimensionering av de olika detaljerna är kritisk.

Visserligen förhåller det sig så, att variationer måste göras mellan individuella patienter, för individuell anpassning till kroppsvikt och kroppsstorlek. Följande dimensionsuppgifter är likväl till ledning. Gängdiametern hos hålet i skenbenets främre del bör vara ca ï2 mm och i den bakre skenbensväggen ca 6 mm. En lämplig gängstigning är ca 1 mm. Det skall också, som tidigare beskrivits, uppmärksammas att den kraftöverföring till skenbenet som sker hos en protes enligt uppfinningen inte tar hand om hela kraftspelet. I stället förhåller det sig så, att den inopererade mekanismen och proteshylsan samverkar. Det är därför viktigt att hylsan i anatomiskt hänseende optimalt formanpassas till benstumpen, eftersom en del av krafterna fortfarande överförs från hylsan till stumpen. Enligt uppfin- ningen sker alltså en direkt kraftöverföring från stump till hylsa till mekanismen enligt uppfinningen och till skenbenet med partiell "kortslutning" av benstumpens mjukdelar. Den kraftöverföring som sker mellan proteshylsan och benstumpen passerar däremot stumpens mjukdelar.

Samverkan ur kraftöverföringssynpunkt mellan mekanismen och proteshylsan är särskilt viktig efter inläkningsfasen. Genom utbyte av delar i mekanismen eller genom att denna utan behov av sådant utbyte görs reglerbar, kan man under denna tidsperiod successivt öka den andel av totalkrafterna som överförs via mekanismen fram till den tidpunkt då man är helt säker på att skelettskruven blivit fullständigt och stabilt integrerad i skenbenet. En viss tillväxt av benmaterial sker successivt kring skelettskruven när den belastas varför styrkan ökar.

En underbensprotes enligt uppfinningen kan i flera avseenden modifieras vad beträffar mekanismens detaljutförande. I vissa fall kan det vara fördelaktigt att ha två skruvar, vilka delar på lasten sinsemellan. Väsentligt är endast att mekanismen ut- formas så att benstumpens mjukdelar kan partiellt avlastas från de uppträdande statiska och dynamiska krafterna. Härvid är det 503 186 10 en grundläggande insikt att en i och för sig teoretiskt tänkbar anslutning med en axiellt uppåtriktad tapp, som skjuter in i skenbenets märgkanal men som inte ansetts användbar vid skenben av de ovan redovisade orsakerna, ersätts av ett organ, som sträcker sig lateralt in i skenbenet och är förankrat i två varandra motbelägna delar av benväggen. Övergången från axiell till lateral anslutning har emellertid även andra fördelar än vad som följer av motsvarande flyttning av det ställe där krafterna leds in i skelettet. Dessa fördelar sammanhänger med att skenbenet på sin framsida inte har muskelvävnader utan väsentligen endast ett tunt hudlager. Härigenom undviks de svårbemästrade tätningsproblem vilka vid överbensproteser med axiella tappar kan ge sårbildning och infektionsrisk.

Claims (10)

11 C03 18:» Patentkrav

1. Underbensprotes med en proteshylsa (1), som är avsedd att med sin överdel omge patientens under knäleden kvarvarande stump (S) av benet och nedtill övergår i en artificiell fot, k ä n n e t e c k n a d därav, att hylsan är vid benets fram- sida försedd med en mekanism, vilken är avsedd att överföra krafter direkt från protesen till benstumpens (S) skenben (T) och för detta ändamål innefattar dels ett i skenbenet (T) från dettas framsida transversellt genom skenbenet inopererbart organ (13), dels till detta löstagbart anslutbara organ (5, 8), vilka uppbärs av hylsan (1).

2. Anordning, avsedd att såsom den nämnda mekanismen in- gå i en underbensprotes enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att det i benstumpens skenben (T) inopererbara organet (13) är anordnat att permanent förankras i urtagningar, belägna mittför varandra i skenbenets främre och bakre väggpartier (F resp. B).

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att organet (13) har sektioner (14, 15), som är försedda med utvändiga gängor för ingrepp med urtagningarna i skenbenet.

4. Anordning enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k - n a d- därav, att organet (13) har en tjockare, cylindrisk sektion (14) för ingrepp med urtagningen i skenbenets främre vägg (F) och en smalare, cylindrisk sektion (15) för ingrepp med urtagningen i skenbenets bakre vägg (B).

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att organets (13) båda sektioner (14, 15) övergår i

6. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav, att organet (13) innehåller en kammare för mottagande av ett anslutnings- eller kopplingsorgan 503 186 12 (8), vilket ingår i de delar av mekanismen som uppbärs av hylsan (1).

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att kammaren är belägen i ett separat, utbytbart organ (17), som lämpligen är inskruvat i organet (13).

8. Anordning enligt krav 6 eller 7, k ä n n e t e c k - n a d därav, att anslutningsorganet utgörs av en tapp (8), vars inre ände är utformad såsom en kula (8a), hake eller lik- nande för lösbart ingrepp med sätesytor i organets (17) kamma- ITQ.

9. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav, att i de organ hos mekanismen som uppbärs av proteshylsan (1) ingår en fjädrande platta (5), vilken består av ett elastiskt, draghållfast material och har en öppning (7) för anslutningsorganets (8) genomgång till meka- nismens i skenbenet (T) anbragta delar (13-17). Den fjädrande plattan har givits sådana fjädringsegenskaper i olika rikt- ningar som ger en avstämbar kraftöverföring mellan skelettben och proteshylsa.

10. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d därav, att åtminstone de delar (13, 17) av mekanismen som befinner sig i direkt kontakt med ben- stumpens (S) vävnader består av ett biokompatibelt material, exempelvis ren titan.