Андрей Смирнов
Время чтения: ~28 мин.
Просмотров: 0

Выбираем эндопротез коленного сустава: срок службы, материалы, цены

В наше время робототехника развивается стремительными темпами. Роботы способны лучше человека справиться с монотонной работой и работой, где нужна точность, выносливость, терпение. Они могут помогать человеку в быту: уже существуют роботы-уборщики и роботы-секретари. Кроме того, механические помощники могут сохранить немало жизней, заменяя человека при проведении опасных работ.

Конструкция и внешний вид робота могут сильно отличаться в зависимости от функций, которые он выполняет. Особый интерес представляют животноподобные роботы и человекоподобные андроиды. Создание таких роботов — очень сложный процесс, потому что трудно наделить механическое устройство свойствами живого существа.

Движения роботов не такие плавные, а в качестве суставов обычно используются шарниры, которые ограничивают движение конечности робота только по одной оси и обладают всего одной степенью свободы. Есть и другие виды суставов, обеспечивающие движение конечности по двум осям и имеющие две-три степени свободы. Но такие суставы применяются не так часто из- за сложности конструкции.

Целью работы является анализ существующих искусственных и естественных суставов, а также разработка наиболее эффективной для применения в робототехнике конструкции сустава, пригодной для выполнения широкого круга задач. Критерием эффективности является отношение числа степеней свобод к энергозатратам на движение. 1 1

Анализ существующих суставов

Суставы млекопитающих

Для начала было решено изучить строение суставов млекопитающих. Они различны по строению и предназначению.

Самый распространенный тип суставов в организме — синовиальный (сустав, в котором окончания костей сходятся в капсуле, заполненной синовиальной жидкостью).

Суставные окончания костей покрыты упругим тонким слоем гладкого вещества — гиалиновым хрящом, который предотвращает трение костей, а синовиальная жидкость выполняет функцию смазки, защищая хрящи от стирания и износа. Синовиальная жидкость также служит амортизатором. Основным компонентом синовиальной жидкости является гиалуроновая кислота. Она позволяет суставам выполнять свои функции в полном объеме [6].

Синовиальные суставы, в свою очередь, можно разделить на несколько обобщенных подвидов (см. таблицу).

Классификация суставов по форме суставных поверхностей и числу осей вращения
Осность сустава Сустав по форме уставной поверхности Число видов движения Реализуемая ось Реализуемое движение
Одноосные  Цилиндрический 1 Вертикальная Вращение
  Блоковидный 2 Фронтальная
    Фронтальная
Двухосные  Эллипсовидный 5 Сагиттальная
  Седловидный   Переход с оси на ось
  Мышелковый  3 Фронтальная
      Вертикальная Вращение
Многоосные Шаровидный  6 Фронтальная
  Чашеобразный (разновидность шаровидного)    Сагиттальная
      Переход с оси на ось
  Плоский   Вертикальная Вращение

Шаровидный сустав — это самое подвижное сочленение в организме человека, которое обеспечивает возможность выполнять разнообразные движения верхней конечностью. Примерами такого сустава могут послужить плечевой и тазобедренный суставы. Движения в них возможны по всем трем осям. Рассмотрим строение такого сустава на примере плечевого.

Верхняя часть кости плеча заканчивается круглой головкой, имеющей шаровидную форму. Напротив нее находится лопатка, входящая в состав пояса верхних конечностей. Ее плоскость, обращенная к плечевой кости, имеет углубление, которое в точности повторяет форму шаровидного образования плеча. Это углубление называется суставной впадиной, но ее размер почти в четыре раза меньше, чем диаметр головки плеча (рис. 1).

Строение плечевого сустава таково, что при любых движениях в нем суставная впадина лопатки всегда оказывается напротив головки плеча, во многом это обеспечивается и вращательными движениями самой лопатки.

iskusstvennyi-sustav-v-robototehnike-1_0.png
Рис. 1. Строение плечевого сустава

Медицинские эндопротезы

В настоящее время возможно заменять практически все виды суставов: тазобедренный, коленный, локтевой, плечевой, голеностопный и лучезапястный, а также суставы пальцев ног и рук, межпозвоночные диски.

Чтобы искусственные суставы хорошо приживались и функционировали в теле человека, они должны быть схожи с человеческими.

Рассмотрим, как устроены некоторые из них.

Шаровидный эндопротез состоит из круглой головки и вогнутой впадины, в которой головка вращается, позволяя осуществить движение. Обычно протез состоит из ножки, головки, чашки и вкладыша (рис. 2). Для их производства используют разные материалы: металл, керамику и полиэтилен соответственно [5].

Шарнирный эндопротез устроен по-другому. Например, для коленного сустава он состоит из трех основных частей: большеберцовый компонент заменяет верхнюю поверхность голени. Бедренный компонент заменяет нижнюю поверхность бедра и углубление, в которое входит коленная чашечка. Надколенный компонент заменяет поверхность надколенника, где он скользит в углублении на бедре. Части сустава изготавливаются из металла и полиэтилена (рис. 3).

iskusstvennyi-sustav-v-robototehnike-2.png
Рис. 2. Шаровидный сустав
iskusstvennyi-sustav-v-robototehnike-3.png
Рис. 3. Шарнирный сустав

Медицинские эндопротезы очень схожи с суставами млекопитающих, но их применение в робототехнике не целесообразно с экономической точки зрения, так как они производятся из дорогостоящих материалов по сложной технологии. К тому же выбор материала для эндопротезов ограничен, потому что нужно подобрать такой материал, который мог бы «прижиться» в теле человека.

Применяемые в робототехнике шарниры

В робототехнике используются другие технологии.

Самым простым суставом является одноосный сустав с использованием штифта в конструкции.

Штифт плотно вставляется в отверстие, проходящее через обе детали, предотвращая их взаимное смещение. Это позволяет обеспечить движение, но только по одной оси.

Рис. 4. Одноосный сустав с использованием штифта

Благодаря простоте и малым затратам на его изготовление такой тип сустава (рис. 4) часто используют в роботостроении.

Собрав конструкцию, состоящую из двух деталей со штифтами, можно получить сустав, движение которого будет обеспечено по двум осям. Такая конструкция называется кардан.

Кардан — механизм, передающий крутящий момент между валами, пересекающимися в центре карданной передачи и имеющий возможность взаимного углового перемещения (рис. 5) [8]. Используется, когда трудно обеспечить соосность вращающихся элементов.

Рис. 5. Кардан: 1 — вилка; 2 — опора для цапф крестовины; 3 — крышка; 4 — крестовина; 5 — вал

С развитием робототехники нашлось применение и кардану, уже не только в качестве вращающейся вокруг продольных осей трансмиссии, но и в виде непосредственных частей суставов робота.

Вследствие анализа существующих искусственных суставов были выявлены следующие недостатки.

Шарнирные суставы ограничены в движении по одной оси, поэтому у них мало степеней свободы. Конечно, этого может быть достаточно для решения простых задач. Например, данный метод может быть использован для обеспечения движения фаланг пальцев робота, локтевого и коленного суставов. Однако для выполнения более сложных функций требуются суставы, обладающие большим количеством степеней свободы.

Сустав с использованием кардана (рис. 5) решает данную задачу, но и эта конструкция не лишена недостатков. Так, для вращения конечности вокруг продольной оси (с целью обеспечения третьей степени свободы) необходимо вращать сразу оба вала. Такая усложненная форма системы и большое количество входящих в нее деталей порождают дополнительные риски ошибок в проектировании, изготовлении и сборке.

Карданная передача имеет еще один существенный недостаток — несинхронность вращения валов (если один вал вращается равномерно, то другой — нет), повышающуюся при увеличении угла между валами [8].

Таким образом, кардан может быть недостаточно эффективен для применения в качестве элемента кинематических цепей манипуляционного механизма.

На основании вышеизложенного было принято решение разработать адаптированную под нужды робототехники конструкцию искусственного сустава. Сустав должен обладать высокой подвижностью и обеспечивать возможность независимого относительного движения каждого звена в составе многозвенного манипулятора. Это позволит упростить и удешевить процедуру передачи энергии от привода к ведомому звену. 2 2

Описание процесса разработки

В результате анализа было решено взять за основу шаровидный эндопротез. Такой механизм обеспечивает максимальную среди рассмотренных аналогов свободу движений. При этом он лишен описанных недостатков кардана: поворот вокруг продольной оси, в отличие от карданного механизма, в шаровидном суставе может быть реализован без вращения всех частей сустава, т. е. отсутствует необходимость вращения внешнего шара вместе с внутренним. Простейшие шарообразные формы и сведенное к минимуму число соединений могут позволить организовать быстрое изготовление и сборку.

Как уже было сказано ранее, готовые эндопротезы нецелесообразно использовать в робототехнике, так как они изготовлены из дорогостоящих материалов — металла и керамики. Помимо этого, существует прямая связь между энергозатратами на движение робота и его массой. Поэтому для создания роботов используют в основном легкие составные части, чтобы снизить издержки на его эксплуатацию. Исходя из этого было решено заменить керамику и металл на пластик. Он легок и экономически выгоден.

С помощью программных средств ЗБ-моделирования были разработаны виртуальные модели прототипов деталей конструкции (рис. 6).

Рис. 6. Составные части сустава

Сустав состоит из внешнего и внутреннего шаров. Внутренний шар соединяется с конечностью.

Диаметр отверстия на внешнем шаре может быть изменен для того, чтобы увеличить или уменьшить амплитуду движения. При этом диаметр отверстия не должен быть больше, чем диаметр внутреннего шара. Также может быть изменена и форма отверстия. Если нужно ограничить движение по одной оси, то лучше сделать отверстие в виде щели (рис. 7).

Рис. 7. Конструкция с отверстием в виде щели

Для изготовления разработанных деталей использовалась технология послойной 3Б-печати ABS-пластиком, при которой расплавленный пластик слой за слоем, начиная с нижнего, автоматически выдавливается из экструдера на рабочую поверхность. Для этого виртуальная 3Б-модель предварительно разделяется программой на слои в процессе слайсинга.

Полученные детали после абразивной обработки сращивались вместе при нагреве их кромки выше температуры плавления.

Изначальная идея предусматривала использование в конструкции сустава нескольких внутренних разнонаправленных групп пружинных амортизаторов, чтобы предотвратить движение конечности без приложения усилия. Однако в процессе реализации от них было решено отказаться в пользу более простого и экономичного решения, прообразом которого послужила синовиальная жидкость суставов. В качестве заполнителя внутренней суставной полости (пространства между внешним и внутренним шаром) использовался низкомолекулярный силиконовый каучук, который способен обеспечить необходимый баланс упругости и эластичности.

В процессе эксплуатации прототипа был выявлен следующий недостаток: со временем силиконовый каучук начинает «скатываться» и выпадать из полости сустава. Это приводит к расшатыванию конечности, заключенной в сустав. Данную проблему можно устранить, используя аналог синовиальной сумки, роль которой может выполнить слой полиэтилена.

Благодарность

Авторы выражают искреннюю благодарность:

  • профессору кафедры автоматики А. А. Воеводе за стимулирование студентов к научно-инновационной деятельности, а также полезное обсуждение полученных результатов;
  • магистру кафедры ССОД П.О. Бекетову за обучение основам 3D-печати и предоставленный 3Б-принтер.

Заключение

В результате работы была спроектирована эффективная для применения в робототехнике конструкция многоосного шарнира, который выполняет роль сустава. Методом послойной 3Б-печати был изготовлен первый прототип.

Разработанный сустав обладает высокой подвижностью и простотой актуации. Для того чтобы пластиковые детали не деформировались в результате трения друг о друга, используется амортизирующая жидкость (силиконовый каучук). В будущем планируется модернизировать данную конструкцию, внедрив аналог синовиальной сумки, что позволит увеличить надежность и долговечность механизма.

В перспективе применяемые и развиваемые авторами технологичные конструктивные решения могут позволить добиться успехов в качественном развитии робототехники.

Список литературы

  1. Степени свободы (механика) [Электронный ресурс] // Википедия: свободная энциклопедия.
  2. КорендясевА.И., Саламандра Б.Л., Тывес Л.И. Теоретические основы робототехники. В 2 кн. Кн. 2. — М.: Наука, 2006. — 376 с.
  3. Максимов А.Л., Горбач Е.Н., Каминский А.В. Анализ причин асептической нестабильности эндопротеза тазобедренного сустава компании «Алти- мед» // Современные проблемы науки и образования. — 2012. — № 5.
  4. Асептическая нестабильность эндопротеза [Электронный ресурс]. 
  5. Эндопротезирование суставов [Электронный ресурс].
  6. Курепина М.М., ОжиговаА.П., Никитина А.А. Анатомия человека. — М.: Владос, 2010. — 383 с.
  7. Гайворонский И.В., НичипорукГ.И., Гайворонский А.И. Анатомия и физиология человека: учебник. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Академия, 2011. — 496 с.
  8. БекуринМ. Карданная передача [Электронный ресурс].
  9. Суставы скелета человека [Электронный ресурс]. — URL:
  10. Булгаков А.Г., Воробьев В.А. Промышленные роботы: кинематика, динамика, контроль и управление. — М.: Солон-Пресс, 2007. — 488 с.
  11. Глазков В.А., Яхричев В.В. Основы робототехники. — Вологда: ВоГУ, 2014. — 31 с.
  12. Бекетов П.О. Разработка роботизированной искусственной кисти с помощью технологии 3d прототипирования / науч. рук. В.И. Гужов // Наука. Технологии. Инновации: сборник научных трудов, Новосибирск, 1-5 декабря 2015 г.: в 9 ч. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2015. — Ч. 6. — С. 43-44.

АвторИ. А. ЗахаровАвтор 2И. Н. УстюговаУДК621.825.65DOI10.17212/2307-6879-2017-4-21-32АннотацияВ данной статье описывается процесс разработки наиболее эффективной для применения в робототехнике конструкции искусственного шарового шарнирного сустава. Критерием эффективности является отношение числа степеней свобод к энергозатратам на движение. Приводится анализ существующих искусственных и естественных суставов, а именно: суставов млекопитающих, эндопротезов и применяемых в робототехнике различных типов шарниров (одноосных, двуосных). В результате анализа были выявлены достоинства и недостатки существующих конструкций. Было решено создать такой сустав, который сочетал бы в себе основные преимущества всех рассмотренных вариантов. За основу был взят эндопротез, применяемый в медицине. Медицинский сустав обладает наибольшей подвижностью и имеет три степени свободы. Такие эндопротезы изготавливаются из дорогостоящих материалов, поэтому экономически нецелесообразно использовать их в робототехнике. Чтобы минимизировать затраты, для производства деталей использовалась технология послойной 3Э-печати ABS-пластиком. Для обеспечения износостойкости пластиковых деталей в процессе эксплуатации сустава было решено заполнить сустав веществом, подобным синовиальной жидкости. Разработанный прототип обладает высокой подвижностью и простотой актуации, что делает его пригодным для выполнения широкого круга задач.Название на английскомThe development of a joint, is most effective for use in roboticsSummaryThis article describes the development process most effective for use in the construction of the robot accusation machine of the hinge joint. Criteria of efficiency is the ratio of the number of step to freedom energy movement. The analysis of various artificial and natural joints is given, namely: joints of mammals, endoprostheses and various types of hinges (uniaxial, biaxial) used in robotics. As a result of the analysis, advantages and disadvantages of all designs were revealed. It was decided to create a joint that would combine the main advantages of all the options considered. The endoprosthesis used in medicine was taken as a basis. The medical joint has the greatest mobility and has 3 degrees of freedom. Such endoprostheses are made of expensive materials, so it is economically inexpedient to use them in robotics. 3D printing with ABS plastic. To ensure the wear resistance of plastic parts during the operation of the joint, it was decided to fill the joint with a synovial fluid. The developed prototype has a high mobility and ease of actualy, which makes it suitable for a wide range of tasks.Ключевые словаискусственный суставробототехника3D-печатьэндопротезштифтartificial jointrobotics3D-printingendoprosthesisbeekeepingКатегорияМедицинаСтатья в PDFrazrabotka-iskusstvennogo-sustava-dlya-primeneniya-v-robototekhnike.pdf

Для лечения ревматологических заболеваний часто применяют эндопротезирование суставов. Цель этой операции — восстановить функции больного участка тела, и повысить качество движений пациента. Используют этот тип хирургии в тех случаях, когда медикаментозная терапия не приносит значимых результатов. Качество современных приспособлений позволяет продлить срок их службы до 20 лет. Новые эндопротезы изготавливают из нержавеющей стали, кобальта, хрома или сплавов титана.

Процедура по замене коленного сустава — действенный способ восстановления подвижности конечностей, утерянной по ряду причин. Часто этот метод – единственное, что поможет при сильных травмах. Эндопротезирование практикуется, если консервативная терапия не дает результатов, а пациент испытывает сильную, непрекращающуюся боль, что негативно сказывается на психологическом состоянии.

Наглядный пример, как в разборе выглядит конструкция импланта для тотальной замены коленного сустава. В данном случае применяется металлический бедренный компонент.

На медицинском рынке нет недостатка в производителях, выпускающих коленные протезные устройства. Несмотря на единую цель – заменить больную кость, устранить болезненность, каждый из имплантатов имеет ряд отличий. Разработчики предлагают модели с различными функциями, размерами, уровнем активности пациента. Для успешности процедуры замены важно выбрать оптимальный протез.

Процесс выбора имплантата

Важно знать! Врачи в шоке: «Эффективное и доступное средство от боли в суставах существует…» Читать далее…

Проявите интерес к процессу подбора устройства, вживляемого в ваше тело. На рынке их представлено около 150 видов. Консультирующий хирург должен ответить на имеющиеся вопросы, подвести к выбору идеального протеза, соответствующего возрасту, весу, особенностям анатомии, активности пациента.

Производители обучают и поддерживают специалистов, применяющих на практике их продукты. Возможно, у оперирующего хирурга не будет опыта в установке выбранного вами приспособления.

Это протезы для тотального протезирования с использованием черной керамики под торговым названием Oxinium. Они более долговечны, но не рекомендованы полным людям из-за хрупкости.

Учитывайте, что некоторые виды устройств сочетаются только с определенными хирургическими методами. Если вы выбрали малоинвазивную хирургию, придется сузить выбор хирургов и доступных имплантатов.

А этот протез — тоже из материала Oxinium, но для частичной замены коленного сустава, когда поражен только один мыщелок.

Каким должен быть идеальный коленный эндопротез?

  • Делает доступным обычный диапазон движений;
  • носится 15-20 и более лет;
  • имеет отличные отзывы, используется на практике минимум 5-10 лет;
  • отвечает вашему состоянию, потребностям, любым дополнительным требованиям (например, подходит для людей с аллергией на никель);
  • бренд, стиль выбранного устройства знакомы оперирующему хирургу.

Наглядное сравнение: как выглядит после определенного срока службы поверхность металлического импланта (слева) и керамического (справа).

Компоненты коленного эндопротеза

Естественный коленный сустав состоит из трех отсеков:

  • медиального (внутренняя сторона колена);
  • бокового (внешняя сторона);
  • бедренного (под коленной чашечкой).

Компоненты импланта коленного сустава.

При полном эндопротезировании замене подлежат все три отсека, при частичном – только один из них. Большинство искусственных имплантатов состоят из четырех компонентов:

Частичное и полное эндопротезирование колена.

  1. Большеберцовый компонент. Плоский элемент, закрепляемый к верхней части голени. Изготавливается в виде металлической платформы с полиэтиленовой (пластиковой) вставкой. Материалом для изготовления — мягкий металл, например, титановый сплав.
  2. Бедренный компонент – крупная, изогнутая часть имплантата, закрепляемая в бедренной кости. Изготавливается из металла или керамики, чаще из прочных сплавов кобальта и хрома, потому что эта часть участвует в большинстве движений.

Схема установки одномыщелкового протеза коленного сустава. Эта техника имеет некоторые преимущества перед тотальной, хотя многие пациенты считают, что она лучше.

  1. Коленный компонент – куполообразная часть, заменяющая поврежденную коленную чашечку, трущуюся о бедренную кость. Используется не при всех видах суставной хирургии, изготавливается из полиэтилена (прочного пластика).
  2. Пластиковая прокладка. Располагается между большеберцовой и бедренной частью. Изготавливается из пластика (полиэтилена). Эта гибкая распорка обеспечивает гладкую, скользящую поверхность для обновленного коленного сустава, позволяет ему изгибаться и гнуться.

Классификация эндопротезов

Существует целый ряд факторов, различающих коленные имплантаты между собой. Беседа с оперирующим хирургом поможет понять, какой из них подойдет вам.

Конструкция

  • Протез с фиксированной опорой. Традиционный тип эндопротеза, используется для пожилых пациентов, ведущих малоактивный образ жизни. Большеберцовый компонент изготавливается из полиэтилена, прикрепляется к нижней металлической детали. Бедренный компонент обладает мягкой поверхностью. У пациентов с подобными имплантатами диапазон доступных движений расширяется на 20-50%;
  • подвижный подшипниковый протез. Обеспечивают колену дополнительные градусы вращения по сравнению с предыдущим вариантом. Мобильность обеспечивается за счет полиэтиленовой вставки. Этот тип эндопротеза требует поддержки со стороны окружающих его мягких тканей, в том числе связок — так уменьшается риск вывиха. Исследования показывают примерно одинаковую эффективность обоих типов протезов, однако врачи предпочитают использовать эту разновидность для более молодых, активных пациентов. Процедура установки требует большого практического опыта хирурга.

Классический имплант коленного сустава.

Материал

Протезы могут различаться не только конструкцией, но и используемыми материалами. Большинство из них состоят из нескольких компонентов, различных по медицинскому классу.

Металлические части состоят из титана или кобальт-хромовых сплавов, известных своей прочностью, стабильными (инертными) химическими свойствами, отсутствием взаимодействия с человеческим телом.

На фото — две ноги одного пациента: слева операция была проведена частично, справа — полностью.

В ряде случаев у пациентов могут наблюдаться аллергические реакции на некоторые металлы.

Перед тем как лечь на хирургический стол, обязательно следует пройти диагностическое обследование, выявить общее состояние организма, наличие скрытых и явных аллергических реакций.

Полиэтилен с высокой молекулярной массой – распространенный материал для изготовления пластиковых компонентов. Его широкое распространение объясняется способностью плавного скольжения в пределах механического соединения, имитирующего естественные движения коленного сустава.

Перед тем как запустить протезы в производство и клинические испытания, их тестируют в таких установках, которые в течение долгих часов имитируют движения человека. На разных временных этапах тестов проводится контроль изменения трущихся поверхностей.

При выборе имплантата имеет значение биосовместимость. Важно, чтобы ваше тело не отвергало материалы, входящие в состав протеза. Искусственный элемент должен длительное время выдерживать вес и нагрузки тела, продолжая нормально сгибаться.

Тип фиксации

«Врачи скрывают правду!»

Даже «запущенные» проблемы с суставами можно вылечить дома! Просто не забывайте раз в день мазать этим…

В хирургии используется два основных метода, обеспечивающих фиксацию имплантата с костями, позволяя им двигаться, как единое целое:

  • цементный. На эндопротезе есть поверхность, на которую накладывается специальный костный цемент для надежного сцепления с костями. Соединение успешно используется для всех типов замены коленного сустава. У некоторых молодых и более активных пациентов наблюдались проблемы ослабления цементного состава, однако этот материал в последнее время доработан и улучшен;
  • бесцементный. Имплантаты имеют специальную текстурированную, пористую поверхность, через которую костная масса свободно прорастает во внутреннюю полость эндопротеза. Винты и штифты стабилизируют соединение, пока не произошло врастание. При установке приспособления требуется более длительный период восстановления. Не применяются для пациентов с остеопорозом, поскольку врастающая кость должна быть в хорошем состоянии.

Угол сгибания — один из основных параметров импланта. 110 градусов — отличный показатель!

Некоторыми хирургами используется гибридный метод с элементами обоих типов фиксации, однако он применяется при тазобедренном эндопротезировании.

Гендерные имплантаты

Производители разрабатывают имплантаты на основании усредненных размеров. Это обычно сужает выбор до 2-3 подходящих протезов. Однако некоторые компании, например, Zimmer и Biomet, производят модели, различаемые по признаку пола. По их словам, продукция позволяет учитывать и корректировать анатомические различия между мужчинами и женщинами.

Пример «женского» импланта коленного сустава компании Smith@Nephew. Визуальных отличий от обычного не найти.

Не существует убедительных доказательств большей эффективности гендерных эндопротезов. Многие эксперты уверены, что такой подход – не более чем маркетинговый ход, призванный повысить продажи.

Особенности устройств и их производители

По данным ВОЗ, частичное эндопротезирование колена подходит лишь 10% пациентов. Решение об оптимальном для вас методе лечения принимается хирургом.

Факторы, определяющие правильность выбора имплантата:

  • доступный диапазон движений (максимальное сгибание, разгибание);
  • настраиваемость (размер, форма, половые различия);
  • стабильность;
  • уровень активности пациента.

Обсудите с хирургом важные функции, уточните, какой именно тип устройства максимально отвечает потребностям, анатомии, типу заболевания. Решающие факторы — успешность эндопротеза, длительность его эксплуатации во врачебной практике и срок использования.

Разновидность импланта для частичного эндопротезирования коленного сустава.

Самые популярные модели и производители

Тотальное Мобильный подшипник Zimmer: The NexGen® LPS-Flex Mobile и LPS-Mobile Bearing Knees Обе системы позволяют искусственному суставу сгибаться и свободно вращаться. Используются металлические компоненты: присоединяемый к концу бедренной кости, заменяющий верхнюю часть голени. Эндопротезы включают пластиковую суставную поверхность, свободно прикрепленную к опорной плите, выполняющую роль искусственного хряща. Обеспечивают 155⁰ активного сгибания и 25 градусов беспрепятственного внутреннего / внешнего вращения. Для фиксации используется костный цемент
The Zimmer Gender Solutions® Patello-Femoral Joint Предназначен для активных пациентов, позиционируется, как вариант раннего вмешательства. Позволяет сохранить большие участки костей, требует меньшего разреза. Использование данного имплантата требует от хирурга умения обращения со специальными инструментами, знание минимальноинвазивных техник. В эндопротезе учтены гендерные различия, специальная форма его компонентов более точно отражает особенности женской и мужской анатомии. Предполагает 35 различных вариантов проклейки
DePuy Sigma® Rotating Platform Knees Подразумевает установку подвижного подшипника, опирающегося на поворотную платформу, что позволяет имитировать естественные движения колена. Конструкция обеспечивает снижение внутреннего напряжения и износа, поэтому эксплуатируется он дольше, чем аналоги. По статистике, в мире имплантировано около 1 млн. подобных эндопротезов, 97% которых используются более 20 лет
Неподвижная опора DePuy Sigma® Fixed-Bearing Knees Используется износостойкий полиэтилен и передовые металлические компоненты, которые не вызывают отторжения в 99,6% случаев после 5 лет эксплуатации
Smith & Nephew OXINIUM ® Протез с высоким уровнем износостойкости. Изготавливается из металлического циркония, что делает его более стойким к истиранию и царапанью. При проведении испытаний было отмечено уменьшение износа полиэтилена на 85% по сравнению с кобальт-хромовыми материалами, используемыми в других имплантатах
Stryker Triathlon® Total Knee Replacement System Этот тип искусственного сустава предназначен для работы с телом. Дает хорошие результаты по возврату двигательной активности после операции. Конструкция устройства позволяет имплантату сгибаться, расширяться, вращаться аналогично естественному колену
Biomet Vanguard® Complete Knee System Устройство, подстраиваемое под конкретные особенности анатомии пациента. Предполагает высокую степень сгибания (около 145⁰), доступен в 90 типоразмерах, 10 вариантах размеров бедренной кости

Частичное

BioMet Oxford ® Knee Устройство, предназначенное для пациентов с ограниченным (медиальным) артритом. В протезе используются подвижные пластиковые подшипники, имплантируется только с одной стороны. Позволяет удалять на 75% меньше костей и хрящей, поэтому процедура его установки менее болезненна, а скорость восстановления выше. Клинические испытания показывают 98% успеха после 10 лет ношения и 95% — после 15 лет
DuPuy Sigma® High Performance Partial Knee Предназначен для активных пациентов, для которых требуется высокая степень сгибания, но еще не наступило время полного эндопротезирования. Позволяет становиться на колени, приседать, сидеть со скрещенными ногами. Хирург использует любой из его компонентов по отдельности для замены нужного отсека колена. Сохраняет максимум неповрежденной площади родного колена.

Срок службы эндопротеза

Срок эксплуатации искусственного коленного сустава составляет 10-30 лет. Зависит он от качества используемого материала, типа протеза, применяемой методики, периода реабилитации, соблюдения пациентом правил эксплуатации и предписаний врача, наличия повторных травм, веса пациента. Лучшие отзывы получили титановые сплавы; гарантийный срок таких протезов — 15-20 лет.

Этот компонент был извлечен у пациента после 16 лет активной жизни, прогулок и катания на велосипеде, при этом пациент был далеко не стройным. Это — отличный показатель износа для полиэтиленового компонента.

75% пациентов пользуются искусственным протезом на протяжении всей жизни без необходимости замены.

Онкологический эндопротез

Бедренная и большая берцовая кость часто становятся местом развития опухолей, онкологических заболеваний. Раньше такой диагноз считался однозначным противопоказанием к процедуре эндопротезирования, но производители разработали онкологические эндопротезы, обеспечивающие выдающиеся результаты даже при наличии обширных костных дефектов.

Суть онкологических эндопротезов — в более обширном способе фиксации в кости, поэтому они более объемные.

Костные отделы подвергаются резекции, заменяются на искусственные имплантаты. Если заболевание пациента носит злокачественный характер, устройства позволяют сохранить ему жизнь, вернуть подвижность.

Отечественные протезы

Говоря о российской практике эндопротезирования, отметим наличие ряда центров с опытными хирургами, проводящими свыше 1000 операций в год. Такой прорыв обеспечен федеральной программой финансирования операций. Поэтому утверждение, что хороших хирургов можно найти только за границей, не соответствует действительности.

Отечественные импланты не рекомендуем ни при каких обстоятельствах!

К сожалению, нельзя то же самое сказать об имплантатах. Несмотря на проводимые разработки, отечественные эндопротезы уступают импортным по качеству, надежности, хотя остаются в одном с ними ценовом сегменте.

Подойдите к выбору подходящего имплантата ответственно, изучите информацию о доступных моделях, и вы обязательно подберете подходящий вид. Учитывайте мнение оперирующего хирурга, собственную активность, отзывы о предлагаемых моделях и успешности протезирования. При таком подходе продолжительный срок эксплуатации и ваше хорошее самочувствие гарантировано!

<center></center>

Похожие статьи

Как выбрать наколенники при артрозе коленного сустава: цена, размеры, материалыЗамена коленного сустава в Москве и Петербурге: клиники и ценыЛучшие хондропротекторы при артрозе коленного сустава и других: классификация, ценыЭндопротезирование тазобедренного сустава в Москве: клиники и цены

Как забыть о болях в суставах?

  • Боли в суставах ограничивают Ваши движения и полноценную жизнь…
  • Вас беспокоит дискомфорт, хруст и систематические боли…
  • Возможно, Вы перепробовали кучу лекарств, кремов и мазей…
  • Но судя по тому, что Вы читаете эти строки — не сильно они Вам помогли…

Но ортопед Валентин Дикуль утверждает, что действительно эффективное средство от боли в суставах существует! Читать далее >>>

<date> 23.12.2010 00:05 </date>12299«АиФ. Здоровье» № 52. Цены на жизненно необходимые лекарства снизились 23/12/2010

На вопросы наших читателей мы попросили ответить нашего эксперта – заведующего ортопедическим отделением 13‑й московской городской клинической больницы, кандидата медицинских наук Халита Магомедова.

Выход – операция

При каких ситуациях необходимо протезирование сустава?

Виктор, Москва

– Наиболее частая причина, при которой люди пожилого возраста подвергаются замене сустава, – это его поражение артрозом (заболевание дегенеративного характера, в основе которого лежит нарушение структуры хряща) или ревматоидным артритом (хроническое заболевание воспалительного характера). У более молодых пациентов частая причина эндопротезирования – асептический некроз головки бедренной кости, вызванный его недостаточным кровоснабжением, а также травмы, дисплазия (врожденная патология) суставов. К необходимости замены сустава на искусственный могут привести также и такие иммунные заболевания, как системная красная волчанка, псориаз, болезнь Бехтерева.

При этом главная цель операции – снять болевой синдром, купировать который уже не могут консервативные методы лечения (лекарственные, физиотерапевтические). К тому же прием нестероидных противовоспалительных препаратов чреват развитием серьезных осложнений со стороны желудочно-кишечного тракта. А стероидные препараты, которые часто используются для лечения ревматологических болезней, при длительном приеме могут вызвать разрушение костной ткани и лишь ухудшить ситуацию.

И все же перед тем, как решиться на операцию, необходимо сделать рент­геновские снимки, по которым врач сможет оценить степень разрушения сустава.

Тише едешь – дальше будешь

Надо ли после замены сустава на искусственный как-то менять образ жизни и привычки?

Михаил, Архангельск

– Разумеется! В первую очередь нужно очень бережно относиться к ноге, которая обрела новый сустав: травмы в этом месте могут иметь серьезные последствия.

Роковая шейка

Моя пожилая мама недавно попала в больницу с переломом шейки бедра. Скажите, как быстро нужно при этом делать операцию?

Константин, Новосибирск

– Как можно раньше. Ведь согласно статистике, после перелома шейки бедра в течение первого года умирают 80% больных пожилого возраста – из-за сопутствующих осложнений со стороны бронхолегочной, мочеполовой системы, к которым приводит их вынужденная неподвижность.

Если же таких больных удается быстро активизировать, их жизнь – вне опасности. И в этом смысле операции по эндопротезированию – настоящее спасение: после нее больной встает уже на следующий день, а через пару недель уже может передвигаться с поддержкой.

Драма лишних килограммов

У меня – коксартроз. Боли такие, что не могу передвигаться без палочки. Мне порекомендовали сделать протезирование тазобедренного сустава, но на операцию не берут, советуют сначала сбросить лишний вес. Неужели это так важно?

Людмила, Казань

– Врачи абсолютно правы. Мы у себя в отделении поступаем точно так же: если у пациента лишний вес, мы просим его похудеть. В противном случае установленный ему искусственный сустав, средний срок службы которого составляет 15 лет, гораздо быстрее износится. И в конечном счете уже через 5 лет придется его менять на новый, что представляет собой большие проблемы: ревизионные операции по замене изношенных эндопротезов гораздо сложнее в техническом исполнении, ведь естественная анатомия сустава и прилегающей к нему кости уже нарушена предыдущей операцией.

Более раннему износу суставов способствует и наличие остеопороза, при котором происходит уменьшение костной массы и кости становятся настолько мягкими, что эндопротез приходится фиксировать специальным цементирующим материалом. В этом случае после эндопротезирования мы назначаем пациентам прием препаратов, содержащих кальций.

Протез? Нет, артодез

Существуют ли альтернативные эндопротезированию методы?

Анна, Санкт-Петербург

– Если по каким-либо причинам эндопротезирование провести невозможно, выполняется хирургическая фиксация суставов (тазобедренного, голено­стопного, лучезапястного…) – артодез, во время которой происходит сращивание двух костей на обоих концах сустава.

Суть операции заключается в том, что кость или костный имплантат извлекается из другой части тела и помещается между двух костей, подлежащих сращиванию.

Для более плотной фиксации используются специальные металлические пластинки, шурупы, проволоки. Через некоторое время подвергшиеся артодезу кости становятся единым целым, благодаря чему сустав становится более прочным и выносливым. К тому же после такой операции исчезают болевые ощущения.

Другой альтернативой эндопротезированию является остеотомия – хирургическое восстановление нормальной позиции сустава с помощью удаления поврежденного участка кости и части тканей с последующей их фиксацией титановыми винтами или специальными конструкциями. Цель такой операции – установить сустав в более правильное положение, чтобы помочь более равномерно перераспределить вес, который на него приходится.

Кстати

В прошлом эндопротезирование тазобедренного сустава предлагалось в основном людям старше 60 лет: пожилые пациенты менее активны, поэтому имеют меньшую нагрузку на искусственные суставы, чем молодые, физически активные люди, а значит, искусственные суставы людям в возрасте дольше служат.

В последние годы ситуация изменилась. Врачи обнаружили, что эндопротезирование тазобедренных суставов может быть успешным и у более молодых людей. Новые технологии улучшили эндопротезы, позволяя им выдерживать гораздо большие нагрузки.

Смотрите также:

  • Ревматоидный артрит: симптомы и правила диагностики →
  • Все способы лечения суставов: кому какой подходит? →
  • Кому грозят болезни суставов и костей →

Следующий материал

Самое интересное в соцсетях

Наталья 22 Июля в 4:00 —> 8638novyy-khryashch-vmesto-protezirovaniya-sustavov.jpgЧерез несколько лет врачи смогут заменять изношенный хрящ, не доводя до протезирования тазобедренных суставов. О фантастической перспективе выращивания нового живого хряща по форме сустава из стволовых клеток больных сообщается в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Сотрудники Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США) могут еще и перепрограммировать клетки хряща для высвобождения противовоспалительных молекул, которые не допустят возвращение артрита — наиболее частой причины разрушения суставов. Согласно статистике Национального института артрита, мышечно-скелетных и кожных заболеваний (NIAMS), остеоартрит — это главная причина протезирования тазобедренного сустава в развитых странах мира.Протезирование тазобедренного сустава заключается в хирургическом удалении поврежденной части сустава с ее заменой на новые, искусственные элементы. Каждый год в США выполняется более 332 000 подобного рода операций. Но и это капля в море: за период с 2008 по 2011 год в стране было диагностировано 30,8 миллиона случаев остеоартрита. Хотя протезирование суставов существенно повышает качество жизни пациентов с тяжелым остеоартритом, позволяет им возвращаться к практически нормальной активности, такие операции лучше откладывать до позднего возраста. У молодых активных пациентов через некоторое время возможен износ сустава, после чего возникает потребность в повторном, теперь уже гораздо более сложном и рискованном протезировании.Профессор ортопедической хирургии Фаршид Гилак, один из авторов изобретения, отмечает противоречивые отзывы о протезировании тазобедренных суставов даже после 50 лет. По словам профессора, искусственные компоненты ТБС, как правило, выдерживают не более 20 лет службы, а их замена – непростая операция. Существует острая потребность в новом, альтернативном методе лечения коксартроза — и команда профессора Гилака смогла найти такой метод. Это выращенный в лаборатории, почти природный суставный хрящ.

Отсрочка протезирования и генная профилактика артрита

В ходе революционной научной работы был выращен хрящ из собственных стволовых клеток реципиента, полученных из его подкожного жира. Техника, в целом, не нова, однако есть в ней одна существенная деталь — выращивали хрящ на точной трехмерной модели сустава, отпечатанной на 3D-принтере. Полученный таким способом каркас с хрящевой тканью хирургическим путем имплантируется на место старого изношенного хряща. Эта операция значительно уменьшает боль и повышает подвижность суставов, а также позволяет на многие годы отсрочить операцию по замене поврежденного сустава. Каркас состоит более чем из 600 биоразгалаемых волокон, которые сплетены в высокопрочную ткань. Живые клетки позволяют этой системе выполнять естественные функции и обеспечивать скольжение суставных поверхностей.  Фактически, это настоящий хрящ на искусственной основе. «Его прочность подтверждают испытания: сплетенная из натуральных волокон ткань выдерживает нагрузки, которые в 10 раз больше человеческого веса — это намного больше, чем приходится переносить вашим суставам во время упражнений», — говорит Франклин Мутос, вице-президент по техническому развитию компании Cytex Therapeutics, принимавшей участие в разработке «суперхряща». Но все же главной изюминкой является возможность генной модификации новых хрящевых клеток, придания им уникальных терапевтических свойств. Способность продуцировать противовоспалительные вещества может на долгие годы остановить прогрессирование заболевания — да мало ли какой ген можно в них ввести! «Когда суставы воспалены, мы можем либо дать пациенту НПВС с набором побочных эффектов, либо просто использовать возможности его новых клеток. Чтобы активировать гены, достаточно выпить специальный препарат — перестанем его давать, и гены снова «уснут», — поясняет Гилак. Исследователи верят, что их инновационный имплант когда-нибудь станет долгожданной альтернативой протезированию суставов для миллионов людей, многим из которых едва исполнилось 40 лет.Если эксперименты на животных пройдут успешно, то клинические испытания импланта начнутся  в течение 3-5 лет. Будем надеяться, что лет через десять спасительную технологию можно будет увидеть в клиниках.Похожие статьиФотогалерея —> Используемые источники:

  • https://openscience.top/articles/medicina/razrabotka-iskusstvennogo-sustava-dlya-primeneniya-v-robototekhnike
  • https://osteokeen.ru/ortopedia/protezy/endoprotezirovanie-sustavov.html
  • https://sustavlive.ru/lechenie/hirurgicheskoe/vybiraem-endoprotez-kolennogo-sustava.html
  • https://aif.ru/health/life/protezirovanie_iskusstvennyy_sustav_stanovitsya_dlya_cheloveka_rodnym
  • https://medbe.ru/news/nauka-i-tekhnologii/novyy-khryashch-vmesto-protezirovaniya-sustavov/

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Андрей Ульянов
Наш эксперт
Написано статей
168
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации