Чашка вертлужной впадины полного эндопротеза тазобедренного сустава

1 Заявляемое изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам, которые могут быть использованы для эндопротезирования тазобедренных суставов в травматологии и ортопедии. Известна чашка полного эндопротеза тазобедренного сустава [1], состоящая из металлической сферы с отверстиями, полимерного вкладыша, плотно установленного в сфере и имеющего открытую полусферическую лунку для постановки головки протеза, пористого покрытия из нескольких слоев металлической сетки. Отверстия предназначены для постановки спонгиозных винтов, обеспечивающих первичную фиксацию чашки в вертлужной впадине, а пористое покрытие - для прорастания губчатой костной ткани и вторичной фиксации чашки. Однако небольшая толщина пористой структуры ограничивает глубокую регенерацию костной ткани в имплантат и снижает надежность вторичной фиксации, а сферическая форма чашки требует особо точной и тщательной постановки в вертлужной впадине - в противном случае неизбежны вывихи и послеоперационные осложнения. Известна также чашка вертлужной впадины полного эндопротеза тазобедренного сустава[2], выполненная в виде сборной конструкции,состоящей из конического кольца с плоским верхним основанием, в котором выполнены два бобоподобных отверстия, служащие для заполнения губчатой костной тканью в процессе остеоинтеграции, и с самонарезающей резьбой на внешней конической поверхности. Внутри кольца установлен конический полимерный вкладыш с выемкой у основания. В нижнем основании полимерного вкладыша выполнена сферическая лунка для постановки головки протеза. У верхнего плоского основания вкладыша ниже отверстий в кольце может быть установлен тонкий (1-1,5 мм) плоский диск, выполненный, преимущественно из титана. Диск может,кроме того, быть и пористым, изготовленным,преимущественно, из титановой прокатанной и спеченной (2-3 слоя) сетки. Однако, при таком исполнении не обеспечивается анатомичность в постановке - плоское верхнее основание чашки не соответствует сферической вертлужной впадине. Расположение пористого диска ниже дна чашки еще больше удаляет его от костной ткани вертлужной впадины, сводя тем самым вероятность касания и последующего прорастания губчатой ткани в поры к нулю. Это же снизит и эффект вторичной фиксации и стабильность чашки, т.к. сохраняется вероятность ее "выворачивания" по резьбе при знакопеременных нагрузках. Указанное исполнение чашки имеет и ограниченные показания - чашка неприменима в случае значительных дефектов дна вертлужной впадины, т.к. не позволяет провести остеосинтез таких дефектов 2 после постановки кольца. Все отмеченные недостатки известной конструкции требуют (хотя бы для частичной их компенсации) тщательности и специальных приемов при постановке чашки. В основу заявляемого изобретения положена задача создания чашки вертлужной впадины, которая, по меньшей мере, обеспечивала бы одинаково надежную первичную и вторичную фиксацию, обусловленную этим стабильность,анатомичность, невысокие требования к точности постановки, а также способствовала бы остеоинтеграции всей поверхности чашки к костной ткани и расширяла ее показания. Поставленная цель согласно изобретению решается за счет того, что чашка вертлужной впадины, выполненная в виде сборной конструкции, состоящей из тонкостенного конического кольца с самонарезающей резьбой на внешней поверхности, конического полимерного вкладыша с выемкой, плотно установленного в коническом кольце и имеющего на нижнем основании полусферическую открытую лунку для постановки головки протеза и пористого диска, неразъемно установленного на верхнем основании полимерного вкладыша, в которой верхние основания конического кольца и диска выполнены сферическими с общим центром,внешняя поверхность пористого диска, касающаяся костной ткани, выполнена с радиусом равным либо в 1,01-1,10 раз большим радиуса сферы конического кольца и с открытыми порами, а противолежащая и боковая поверхности диска выполнены с преимущественно закрытыми порами, причем со стороны нижнего основания коническое кольцо имеет выступ со скосом,предназначенный для фиксации полимерного вкладыша с выемкой. В верхнем основании конического кольца выполнено сплошное круглое отверстие, диаметр которого больше диаметра пористого диска на величину 0,8-2,0 среднего размера пор последнего (т.е. кольцевой зазор меньше среднего размера пор). Такое отверстие большой площади облегчает и упрощает, во-первых, контроль глубины при постановке чашки, а, вовторых, позволяет перед установкой полимерного вкладыша легко заполнить дно ацетабулы спонгиозными костными фрагментами, полученными в процессе обработки ложа под чашку,обеспечив тем самым остеосинтез возможных дефектов и расширив показания к применению чашки. Размер кольцевого зазора между пористым диском и коническим кольцом меньше среднего размера пор диска способствует высокой адгезии всей поверхности чашки к костной ткани и снижает требования к точности постановки. При большем зазоре возникла бы анизотропия силы адгезии в меридиональной плоскости чашки, что ухудшило бы вторичную фиксацию и потребовало бы более плотной и точной 3 посадки дна чашки в полость вертлужной впадины. При угле конуса конического кольца и полимерного вкладыша меньше 15 дополнительно усиливается первичная фиксация чашки в вертлужной впадине за счет большего натяга в резьбе при невысоких требованиях к точности постановки, уменьшается амплитуда упругих осевых микроколебаний чашки при ходьбе, что,в конечном итоге, способствует ускорению вторичной фиксации и достижению заявленной цели изобретения. Витки резьбы на коническом кольце имеют коническую или сферическую заходную фаску, размер которой не меньше высоты витка, а угол находится в пределах 20-60 к оси чашки. Это обеспечивает хорошую анатомичность и упрощает постановку чашки, расширяет показания, т.к. допускает применение чашки и в случаях утонения дна и стенок ацетабулы вследствие различных заболеваний. При угле подъема витков резьбы на коническом кольце в пределах 1-10 также дополнительно усиливается первичная фиксация чашки в вертлужной впадине за счет оптимального самоторможения резьбы и большего соответствия упругой деформации чашки такой же упругой деформации костной ткани при ходьбе, что, несомненно, будет способствовать и ускорению вторичной фиксации при невысоких требованиях к точности постановки. Исполнение наружной конической и резьбовой поверхности кольца с микро- и макровыступами, при соизмеримости размеров первых с размерами пор губчатой ткани, а вторых - с размерами пор диска, усиливает первичную фиксацию за счет увеличения силы трения по костной ткани и интенсифицирует вторичную фиксацию за счет увеличения граничной поверхности, по которой происходит остеоинтеграция. Дополнительно, вторичная фиксация чашки происходит благодаря тому, что выступ со скосом конического кольца и выемка полимерного вкладыша образуют "замковое" соединение кольца и вкладыша, что предотвращает "выворачивание" чашки по резьбе при знакопеременных нагрузках. При этом минимально допустимая величина (1,0 мм) выступа со скосом обеспечивает необходимую стабильность чашки, а минимально допустимый угол скоса 5 обеспечивает легкость защелкивания. Коническое кольцо чашки может быть выполнено из кованного чистого титана или титанового сплава, пористый диск - из титанового порошка волокна или сетки, полимерный вкладыш - из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, причем внутренняя поверхность лунки может быть выполнена с металлической облицовкой, преимущественно из сплавов на основе элементов кобальта, хрома и молибдена с легирующими компонентами. При этом поверхности кольца и пористого диска, касающиеся костных тканей, дополнительно могут быть выполнены с 4 биоинертным покрытием преимущественно из оксидов титана или алюминия, из гидроксиапатита или другой биосовместимой керамики. Такое исполнение материалов чашки обеспечивает оптимальное сочетание биосовместимости и механических свойств чашки и костных тканей,что создает благоприятные условия для первичной фиксации и ускорения вторичной. Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена чашка в разрезе (1 коническое кольцо; 2 - полимерный вкладыш; 3- пористый диск; W - угол конуса кольца и вкладыша; V - угол подъема резьбы); на фиг. 2 - пористый диск в разрезе в масштабе 100:1 (фрагмент 1 на фиг.1); на фиг. 3 - выступ со скосом на коническом кольце и выемка на вкладыше в разрезе в масштабе 100:1 (фрагмент 111 на фиг. 1); на фиг. 4 - граница пористого диска и конического кольца в разрезе в масштабе 500:1 (фрагмент 11 на фиг.1); на фиг. 5 - заходная фаска на витках резьбы (l - высота витка; L -размер, a Y - угол фаски); на фиг. 6 - виток резьбы и часть конической поверхности кольца в разрезе в масштабе 1000:1. Чашка вертлужной впадины полного эндопротеза тазобедренного сустава (фиг. 1) состоит из тонкостенного конического кольца 1 с самонарезающей резьбой на внешней поверхности,конического полимерного вкладыша 2, плотно установленного в кольце, имеющего на нижнем основании полусферическую лунку для постановки головки протеза и выемку, предназначенную для фиксации вкладыша. Верхние основания конического кольца и полимерного вкладыша выполнены сферическими одинакового радиуса и с общим центром. На верхнем основании полимерного вкладыша неподвижно установлен пористый диск 3. Внешняя поверхность диска 3, касающаяся костной ткани, выполнена сферической с радиусом, равным либо в 1,01-1,10 раза большим радиуса сферы конического кольца 1, и с открытыми порами, а противолежащая и боковая поверхности диска выполнены с преимущественно закрытыми порами(см. фиг. 2). Со стороны нижнего основания коническое кольцо имеет выступ со скосом, а полимерный вкладыш-выемку, размещенную у основания вкладыша, которые служат для фиксации полимерного вкладыша (см. фиг. 3). В верхнем основании конического кольца 1 выполнено сплошное круглое отверстие, диаметр которого больше диаметра пористого диска 3 на величину 0,8-2,0 среднего размера пор последнего. Другими словами, зазор (а) между диском и кольцом выполнен меньше среднего размера пор диска Dni (см. фиг. 4). Угол конуса W кольца и вкладыша (см. фиг. 1) меньше 15, а угол подъема витков резьбы V на коническом кольце находится в пределах 1-10. Витки резьбы име 5 ют коническую или сферическую заходную фаску, размер которой не меньше высоты витка,а угол находится в пределах 20-60 к оси чашки(см, фиг. 5). Наружная коническая и резьбовая поверхности кольца выполнены с макро (Hi)- и микро (hi)- выступами (см. фиг. 6). Размеры макровыступов Hi соизмеримы с размерами пор диска, а размеры микровыступов hi соизмеримы с размерами пор губчатой костной ткани. Пористый диск 3 плотно установлен в коническом кольце 1 (см. фиг. 1). Кольцо 1 (фиг. 1) изготовлено из кованного чистого титана, титанового сплава; пористый диск - из титанового порошка,волокна или сетки; полимерный вкладыш 2 - из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, причем внутренняя поверхность лунки может быть выполнена с металлической облицовкой, преимущественно из сплавов на основе элементов кобальта, хрома и молибдена с легирующими компонентами. Поверхности кольца 1 и пористого диска 3, касающиеся костных тканей, выполнены с биоинертным покрытием из оксидов титана или алюминия, из гидроксиапатита или другой биосовместимой керамики. Чашку вертлужной впадины полного эндопротеза тазобедренного сустава используют совместно с ножкой, сферическая головка которой размещается в лунке полимерного вкладыша, следующим образом. Производят разрез мягких тканей в области тазобедренного сустава, удаляют измененную головку и шейку бедренной кости. В вертлужной впадине формируют фрезой полость под чашку. Резьбовое кольцо 1 заворачивают специальным инструментом в полость на требуемую глубину. Затем устанавливают и замыкают в кольце 1 полимерный вкладыш 2 с пористым диском 3. В костномозговой канал бедренной кости в сформованное ложе устанавливают ножку протеза, сферическую головку которой размещают в лунке полимерного вкладыша 2. Рану послойно зашивают и, при необходимости, ставят дренажную систему. Исполнение верхних оснований конического кольца и пористого диска сферическими одинакового радиуса и с общим центром обеспечивает, во-первых, хорошую анатомичность (соответствие и плотное прилегание всей поверхности дна чашки к дну ацетабулы) и связанную с этим стабильность. Повышается и надежность вторичной фиксации, т.к. растет вероятность остеоинтеграции чашки, причем по максимально возможной поверхности и кроме того практически полностью исключается возможность выворачивания чашки при знакопеременных нагрузках. Упрощен также процесс постановки чашки, т.к. о моменте касания можно судить по резкому возрастанию момента сопротивления закручиванию кольца, а плотное прилегание обеспечит указанный конструктивный признак. На верхнем основании полимерного вкладыша неподвижно установлен пористый диск, 000760 6 наружная поверхность которого, касающаяся костной ткани, выполнена сферической с радиусом равным либо в 1,01-1,10 раз большим радиуса сферы конического кольца, и с открытыми порами, а противоположная и боковая поверхности диска выполнены с преимущественно закрытыми порами. Такое исполнение позволяет обеспечить анатомичность, а также одинаково надежную первичную и вторичную фиксацию при невысоких требованиях к точности постановки. В верхнем основании конического кольца выполнено сплошное круглое отверстие, диаметр которого больше диаметра пористого диска на величину 0,8-2,0 среднего размера пор последнего. Отверстие позволяет визуально и непрерывно контролировать глубину постановки в процессе заворачивания конического кольца, сокращая время постановки чашки, обеспечивая точность постановки даже при не очень высокой квалификации хирурга. Тем самым создаются условия для стабильности чашки,надежного и плотного контакта кольца с дном ацетабулы а, следовательно, и для последующей остеоинтеграции и надежной вторичной фиксации. Наличие сплошного отверстия, кроме того,расширяет показания к применению чашки, т.к. через него легко, после заворачивания кольца,провести пластический остеосинтез дефектов дна ацетабулы стружкой, более крупными костными фрагментами, образовавшимися в процессе подготовки ложа под чашку. При этом гарантируется отсутствие пустот и зазоров между дном ложа ацетабулы и верхними основаниями кольца и вкладыша. Разность в диаметрах отверстия и пористого диска на величину 0,8-2,0 среднего размера пор последнего (другими словами, размер кольцевого зазора между диском и кольцом меньше среднего размера пор диска) способствует высокой адгезии всей поверхности чашки к костной ткани и снижает требования к точности постановки. При большем зазоре возникла бы анизотропия силы адгезии в меридиональной плоскости чашки, что ухудшило бы вторичную фиксацию и потребовало бы более плотной и точной посадки дна чашки в полость вертлужной впадины. При зазоре, меньшем нижнего предела, усложнился бы процесс постановки, т.к. потребовались бы, во-первых,особо точная технология изготовления деталей чашки, а, во-вторых, дополнительный специальный хирургический инструмент и сложные приемы постановки чашки. При угле конуса кольца и вкладыша меньше 15 дополнительно усиливается (при обеспечении хорошей анатомичности) первичная фиксация чашки в вертлужной впадине за счет большего натяга в резьбовом соединении кольца и ложа ацетабулы при невысоких требованиях к точности постановки, уменьшается амплитуда колебаний чашки при ходьбе, что, в конечном итоге, способствует стабильности, остеоинте 7 грации, ускорению вторичной фиксации и достижению заявленной цели изобретения. Кроме того фиксация чашки достигается также за счет того, что коническое кольцо и полимерный вкладыш благодаря конструктивному выполнению плотно защелкиваясь входят друг в друга, предотвращая "выворачивание" чашки по резьбе при знакопеременных нагрузках. При угле подъема резьбы в пределах 1-10 также дополнительно усиливается первичная фиксация чашки в ацетабуле и стабильность за счет оптимального самоторможения резьбы и большего соответствия упругой деформации чашки такой же упругой деформации костной ткани при ходьбе, что, несомненно, будет способствовать как хорошей стабильности, так и ускорению остеоинтеграции и вторичной фиксации при невысоких требованиях к точности постановки. Исполнение наружной конической и резьбовой поверхности кольца с микро- и макровыступами, при соизмеримости размеров первых с размерами пор губчатой ткани, а вторых - с размерами пор диска, как усиливает первичную фиксацию за счет увеличения силы трения по костной ткани, так и обеспечивает повышенную стабильность, интенсифицирует вторичную фиксацию за счет увеличения граничной поверхности, ее активации, создания наиболее оптимальных условий для остеоинтеграции. Этот отличительный признак, кроме того, несколько расширяет и показания, т.к. позволяет применять чашку в случаях атрофии и при определенных дефектах участков костных тканей ацетабулы. Резьбовое кольцо чашки выполнено из кованного чистого титана или титанового сплава,пористый диск - из титанового порошка, волокна или сетки, полимерный вкладыш - из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, причем внутренняя поверхность лунки, может быть выполнена с металлической облицовкой, преимущественно из сплавов на основе элементов кобальта, хрома, молибдена с легирующими компонентами. Такое исполнение материалов чашки обеспечивает оптимальное сочетание биосовместимости и механических свойств чашки и костных тканей, что создает благоприятные условия для стабильности, хорошей первичной фиксации и ускорению вторичной. Поверхности конического кольца и пористого диска, касающиеся костных тканей, выполнены с биоинертным покрытием преимущественно из оксидов титана или алюминия, из гидроксиапатита или другой биосовместимой керамики. Такое покрытие предотвращает, вопервых, миграцию токсичных и любых других микропримесей из металлических деталей и полимера в ткани организма, обеспечивая хорошую стабильность и упрощая постановку 8 чашки, т.к. не требуется дополнительная обработка деталей в процессе операции. Кроме того,покрытие интенсифицирует процесс остеоинтеграции, повышая тем самым дополнительно стабильность и надежность вторичной фиксации. Использование чашки вертлужной впадины полного эндопротеза тазобедренного сустава заявляемой конструкции в ортопедии и травматологии позволяет обеспечить одинаково надежную первичную и вторичную фиксацию,стабильность, анатомичность, невысокие требования к точности постановки, а также высокую адгезию всей поверхности чашки к костной ткани, хорошую остеоинтеграцию по большой поверхности и, как следствие, увеличить срок функционирования протеза, снизить срок реабилитации больного, расширить показания к применению чашки. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Чашка вертлужной впадины полного эндопротеза тазобедренного сустава, содержащая тонкостенное коническое кольцо с самонарезающей резьбой на внешней поверхности и отверстием в верхнем основании; конический полимерный вкладыш с выемкой у основания,плотно установленный в кольце и имеющий на нижнем основании полусферическую открытую лунку для постановки головки протеза; пористый диск, неразъемно установленный на верхнем основании вкладыша, отличающаяся тем,что верхние основания конического кольца и диска выполнены сферическими с общим центром,причем внешняя поверхность пористого диска, касающаяся костной ткани, выполнена с радиусом в 1,01-1,10 раз большим радиуса сферы конического кольца, и с открытыми порами,а противолежащая и боковая поверхности выполнены с преимущественно закрытыми порами, причем со стороны нижнего основания коническое кольцо имеет выступ со скосом, предназначенный для фиксации полимерного вкладыша с выемкой. 2. Чашка вертлужной впадины по п.1, отличающаяся тем, что величина выступа со скосом составляет, по меньшей мере, 1,0 мм. 3. Чашка вертлужной впадины по п.1, отличающаяся тем, что угол скоса составляет, по меньшей мере, 5. 4. Чашка вертлужной впадины по п.1, отличающаяся тем, что отверстие в верхнем основании конического кольца выполнено сплошным круглым с диаметром, большим диаметра пористого диска на величину 0,8-2,0 среднего размера пор последнего. 5. Чашка вертлужной впадины по п.1, отличающаяся тем, что угол конуса кольца и полимерного вкладыша меньше 15. 6. Чашка вертлужной впадины по п.1, отличающаяся тем, что витки резьбы имеют кони 9 ческую или сферическую заходную фаску, размер которой не меньше высоты витка, а угол находится в пределах 20-60 к оси чашки. 7. Чашка вертлужной впадины по п.1, отличающаяся тем, что угол подъема витков резьбы на коническом кольце находится в пределах 1-10. 8. Чашка вертлужной впадины по п.1, отличающаяся тем, что верхнее основание, внешние коническая и резьбовая поверхности кольца выполнены с макро- и микровыступами, причем размеры макровыступов соизмеримы с размерами пор диска, а размеры микровыступов соизмеримы с размерами пор губчатой костной ткани. 9. Чашка вертлужной впадины по п.1, отличающаяся тем, что коническое кольцо выпол 10 нено из кованного чистого титана или титанового сплава, пористый диск - из титанового порошка, волокна или сетки, а полимерный вкладыш - из сверхвысокомолекулярного полиэтилена. 10. Чашка вертлужной впадины по п.7, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность лунки полимерного вкладыша выполнена с металлической облицовкой, преимущественно из сплавов на основе элементов кобальта, хрома и молибдена с легирующими компонентами. 11. Чашка вертлужной впадины по п.1, отличающаяся тем, что поверхности конического кольца и пористого диска, касающиеся костных тканей, выполнены с дополнительным биоинертным покрытием из оксидов титана или алюминия или из гидроксиапатита.