Feniks – modular hemi-endoprosthesis of the hip joint Połowicza

Feniks – modular hemi-endoprosthesis of the hip joint Połowicza

© Artroskopia i Chirurgia Stawów, 2008; 4(3): 5-12
© Arthroscopy and Joint Surgery, 2008; 4(3): 5-12
Received: 2008.09.11
Accepted: 2008.09.15
Published: 2008.09.30
www.artroskopia.org
Feniks – modular hemi-endoprosthesis of the hip joint
Połowicza endoproteza modularna stawu biodrowego
Feniks
Władzimierz Choromański1, Grzegorz Dobrzyński1, Andrzej Górecki2,
Jarosław Deszczyński3
1
Warsaw University of Technology, Department of Transportation, Warsaw, Poland
Infant Jesus Public Hospital, Center of the Injury Treatment, Department of Orthopedics and Traumatology,
Medical University of Warsaw, Warsaw, Poland
3
Department of Orthopedics and Rehabilitation, Medical University of Warsaw, Warsaw, Poland
2
Summary
Background:
Material/Methods:
The paper concerns new construction of type series of polish hemi-endoprostheses of the hip joint.
Clinical assumptions, simulation studies and clinical prototypes were presented. According to author’s knowledge it is one of the first introductions of new generation, polish, modular hemi-endoprosthesis of the hip joint.
In the paper is presented the new system of modular hemi-endoprostheses of the hip joint. Inspiration
to that subject is continuous absence of relatively cheap polish hemi-endoprosthesis of hip joint,
which meets the highest clinical requirements.
Results:
Presented type series of endoprostheses Feniks is the achievement of polish doctors and engineers.
Is the summation of theirs clinical and engineering experiences.
Conclusions:
Although, the construction of endoprostheses has an universal character, in the particular way is
dedicated to older people, for whom more extensive surgery (implantation of total endoprosthesis) could be life threatening.
key words:
słowa kluczowe:
staw biodrowy • endoproteza • endoprotezoplastyka połowicza
http://www.artroskopia.org/fulltxt.php?ICID=871427
2185/2484
—
5
5
Author’s address:
Adres autora:
Jarosław Deszczyński, Department of Orthopedics and Rehabilitation, Medical University of Warsaw,
Kondratowicza 8 Str., 03-242 Warsaw, Poland, e-mail: [email protected]
-
-
-
-
-
Full-text PDF:
Word count:
Tables:
Figures:
References:
hip joint • endoprosthesis • hemiarthroplasty
5
Electronic PDF security powered by www.IndexCopernicus.com
Artroskopia i Chirurgia Stawów, 2008; 4(3): 5-12
WSTĘP
BACKGROUND
Nowa endoproteza stawu biodrowego w swej filozofii zakłada
wielowariantowość kształtu trzpienia w zależności od istniejącej patologii w obrębie stawu biodrowego jak i bliższej nasady
i przynasady kości udowej. W przypadkach złamań endoproteza pozwala na odbudowę zniszczonej struktury kostnej bliższej nasady kości udowej poprzez zastąpienie jej uszkodzonych
fragmentów modułami endoprotezy bez względu na wysokość
uszkodzenia i stopień zniszczenia tkanki kostnej. Łączy ona
w sobie cechy protezy połowiczej, bipolarnej, całkowitej i poresekcyjnej. Jej filozofia opiera się na możliwościach adaptacyjnych protezy mających na celu odtworzenie uszkodzonej
wskutek choroby lub urazu anatomicznej struktury bliższej nasady kości udowej (endoproteza Feniks Duo), złamania szyjki
kości udowej u osób zaawansowanych wiekiem (endoproteza
Feniks pro trochanter), złamania szyjki kości udowej u osób
młodszych (endoproteza Feniks pro arthrose lub bipolarna
z możliwością zamiany na endoprotezę całkowitą w momencie wystąpienia objawów artrozy stawu) [1]. W wyniku realizacji prac opracowano trzy grupy konstrukcji:
• Połowiczą endoprotezę bezcementową jak i cementową
stawu biodrowego o jednolitym trzpieniu – Feniks-mono
pro trochanter (FMT) dedykowaną dla osób zaawansowanych wiekiem ze złamaniami szyjki kości udowej na tle
zaawansowanej osteoporozy,
• Połowiczą zarówno cementową jak i bezcementową,
endoprotezę stawu biodrowego o modularnym trzpieniu
– Feniks-duo (FD), dedykowaną dla osób zaawansowanych
wiekiem ze złamaniami wieloodłamowymi bliższej nasady kości udowej powstałymi na tle osteoporozy lub jako
protezę poresekcyjną po chirurgicznym leczeniu nowotworów bliższej nasady kości udowej,
• Połowiczą bezcementową i cementową endoprotezę stawu
biodrowego o trzpieniu jednolitym z anatomiczną głową
osadzaną na stożku europejskim – Feniks-mono pro arthrose (FMA), która z wykorzystaniem polietylenowej
panewki służy jako proteza całkowita. Może ona również
służyć, po osadzeniu na stożek trzpienia elementów głowy
bipolarnej, młodszym chorym ze złamaniami szyjki kości
udowej, jako proteza bipolarna.
The new endoprosthesis of the hip joint in it’s philosophy
assumes multi-optionality of pivots shape according to existing pathology within the hip joint and as well as within
proximal epiphysis and metaphysic of femur. In case of bone
fractures endoprosthesis allows for the reconstruction of injured bone structure of femoral proximal epiphysis by replacing it’s damaged fragments with endoprosthesis modules,
regardless of the injury level and the extent of bone tissue
damage. The prosthesis unites in itself features of hemiprosthesis, bi-polar, total and post-resection prosthesis. It’s
philosophy is based on adaptative possibilities of prosthesis which aim at reconstruction of anatomical structure of
proximal epiphysis of femur, damaged by disease or trauma
(endoprosthesis Feniks Duo), or reconstruction of femoral
neck fracture at older people (endoprosthesis Feniks pro
trochanter), or reconstruction of femoral neck fracture at
younger people (endoprosthesis Feniks pro arthrose or bipolar with possibility for exchange for total endoprosthesis
in case of joint arthrosis) [1]. As a result of work implementation three constructional groups were evolved:
• Hemi-endoprosthesis of the hip joint non cemented and
as well cement of homogenous pivot – Feniks-mono pro
trochanter (FMT) which is dedicated for older people
with femoral neck fractures caused by advanced osteoporosis,
• Hemi-endoprosthesis of hip joint both non cemented and
cemented of modular pivot – Feniks Duo (FD), which is
dedicated for older people with multifragmental fractures of proximal femur epiphysis caused by osteoporosis or as a post-resection prosthesis after surgical treatment of proximal femur epiphysis neoplasms,
• Hemi-endoprosthesis of hip joint both non cemented and
cemented of homogenous pivot with anatomical head
settled on European cone – Feniks-mono pro arthrose
(FMA), which using polyethylene acetabulum serves as
a total prosthesis. It could also serve for younger patients
with femur neck fractures as a bipolar prosthesis, after
settling of bipolar head elements on the pivots cone.
Podstawowe założenia konstrukcyjne a zarazem cechy istotnie
odróżniające nowe konstrukcje od dotychczas stosowanych
to: modularność, uniwersalność, duże możliwości adaptacji
wymiarowej do osobniczych cech pacjentów, relatywnie niski
koszt produkcji, tanie i proste instrumentarium.
Basic constructive assumptions and also features, significantly differentiating new constructions from used so far, are:
modularity, generality, immense possibilities of dimensional
adaptation for personal patients characteristic, relatively low
production cost, cheap and simple instrumentarium.
Modularność jest cechą szczególnie istotną. Pod jej pojęciem
rozumiemy możliwość syntezy trzpienia endoprotezy z trzech
lub czterech elementów (Feniks – duo) lub z dwóch (Feniks
– mono pro trochanter i Feniks mono pro arthrose). W pierwszym przypadku człony te stanowią: trzpień, dystanser, nasada i głowa o kształcie anatomicznym. W drugim: trzpień oraz
głowa o kształcie anatomicznym o różnej długości szyjki (s,
m, l, xl), w trzecim: trzpień, głowa bipolarna lub o kształcie
anatomicznym o różnej długości szyjki (s, m, l, xl).
Modularity is a particularly important feature, which is understood as a possibility of endoprosthesis pivots synthesis from three or four elements (Feniks-duo) or from two
ones (Feniks-mono pro trochanter and Feniks-mono pro
arthrose). In first case those units constitute: pivot, distance-maker, epiphysis and head of anatomical shape. In
the second case: pivot and head of anatomical shape of
various neck length (s, m, l, xl), in third case: pivot, bipolar head or one with anatomical shape of a various neck
length (s, m, l, xl).
Główna idea protez modularnych przedstawiona została
na Rycinie 1.
The main idea of modular prostheses is presented on
Figure 1.
Wszystkie elementy wykonane są w odpowiednich typoszeregach wymiarowych. Ich wzajemne parowanie z wykorzystaniem standardowych stożków 12/14, powoduje praktycz-
All elements are produced in adequate dimensional type
series. Theirs mutual pairing with using of standard cones
12/14, causes practically unlimited possibilities of prosthesis
-
-
-
-
-
Deszczyński J i wsp. – Połowicza endoproteza modularna stawu biodrowego Feniks…
6
Electronic PDF security powered by www.IndexCopernicus.com
Arthroscopy and Joint Surgery, 2008; 4(3): 5-12
Deszczyński J et al – Feniks – modular hemi-endoprosthesis of the hip joint
Rycina 1. Model dwuelementowej protezy
modularnej Feniks oraz rozwiązanie
trój lub cztero elementowej protezy
modularnej z tzw. dystanserem.
Figure 1. Model of two elements modular
prosthesis Feniks and resolution three or
four elements modular prosthesis with so
called distance-maker.
nie nieograniczone możliwości syntezy kształtu protezy. Co
więcej, zastosowanie wspomnianych stożków powoduje konstrukcyjną kompatybilność proponowanych rozwiązań z rozwiązaniami innych światowych firm produkujących protezy.
Wszystkie trzpienie przedstawione w niniejszej pracy, mogą
współpracować z głowami przystosowanymi do mocowania
na wspomnianym stożku.
Uniwersalność proponowanych rozwiązań jest szczególnie widoczna w konstrukcjach protezy Feniks – duo, Feniks – mono
pro trochanter. Oryginalny zaproponowany kształt trzpienia
powoduje, iż proteza ta może być zakładana jako proteza bezcementowa, lub jako proteza cementowa. Ostateczna decyzja
może być podjęta w trakcie zabiegu operacyjnego.
Wspomniana modularność i uniwersalność powodują, że protezy grupy Feniks są szczególnie przyjazne dla chirurga i można je adaptować w zasadzie do wszystkich osobniczych cech
pacjenta (w sensie geometrii, własności wytrzymałościowych
jak również technik wykonania zabiegu endoprotezoplastyki). Daje również możliwość wyrównania długości kończyn.
Metodyka badań nowej konstrukcji stanowi element realizacji
iteracji (powszechnie stosowanej w procesie naukowo-poznawczym) triady: „teoria–eksperyment–badania symulacyjne”.
Badania kliniczne nie są przedmiotem niniejszego opracowania. Pełna metodyka badań w zakresie nowych urządzeń
w biomechanice klinicznej opisana została w pracy [2].
The generality of proposed resolutions is particularly seen
in constructions of Feniks-duo, Feniks-mono pro trochanter prostheses. Original, proposed shape of pivot causes,
that prosthesis could be settled as a non cemented prosthesis or cemented prosthesis. The final decision could be
made in the course of surgery.
Mentioned modularity and generality cause that prostheses
of Feniks group are particularly surgeon-friendly and could
be adapted basically to all personal patient characteristics
(in the meaning of geometry, endurance as well as surgery
techniques of endoprosthesis implantation). It also enables
to match limbs length.
The methodology of studying the new generation of construction constitutes an element of realization of triad iteration (commonly used in the scientific-study process): “theory-experiment-simulative studies”. Clinical studies are not
the subject of this paper. Full methodology of studies covering new equipments in the clinical biomechanics was described in the paper [2].
In the strong conviction of authors proposed resolutions
constitute original construction, which promises great successes in clinical applying.
MATERIAŁ I METODY
MATERIAL AND METHODS
Wersja połowicza endoprotezy feniks-mono pro trochanter
(FMT)
The hemi-endoprosthesis version feniks-mono pro
trochanter (FM)
Dedykowana jest dla osób zaawansowanych wiekiem ze złamaniami szyjki kości udowej na tle zaawansowanej osteoporozy.
Główka połowiczej endoprotezy występuje w trzech odmianach: głowa metalowa lub ceramiczna, występuje w standar-
Is dedicated for older people with the femur neck fractures
caused by advanced osteoporosis. The head of hemi-endoprosthesis is found in the three types: the metal or ceramic head, appears in three sizes according to natural sizes of
-
-
-
-
-
W głębokim przekonaniu autorów zaproponowane rozwiązania stanowią oryginalną konstrukcję, która rokuje duże
sukcesy w zastosowaniach klinicznych.
shape synthesis. Furthermore, applying of mentioned cones
causes constructive compatibility of proposed resolutions
with other resolutions of world companies producing prostheses. All pivots presented in this paper could cooperate
with heads adapted for fixing on mentioned cone.
7
Electronic PDF security powered by www.IndexCopernicus.com
Artroskopia i Chirurgia Stawów, 2008; 4(3): 5-12
dowych rozmiarach w jakich występują średnice naturalnych
panewek to jest od 44 do 56 milimetrów i nakładana jest
bezpośrednio na szyjkę trzpienia na zasadzie stożka 12/14,
w trzech długościach szyjki (S), (M) i (L).
Zaletą połowiczej endoprotezy dotyczącą każdej jej wersji jest
możliwość przejścia w przypadku wystąpienia dolegliwości ze
strony naturalnej panewki na protezę totalną poprzez wklejenie w miejsce panewki naturalnej, po jej uprzednim przygotowaniu, polietylenowej panewki i wymianie głowy endoprotezy
połowiczej na głowę o średnicy 28 mm powszechnie stosowanej dzisiaj w endoprotezoplastyce stawu biodrowego.
Trzpienie w kształcie gwiazdy stosowane będą w protezach
modularnych, ale także mogą służyć jako trzpień protezy połowiczej zwłaszcza tam gdzie mamy do czynienia ze znaczną destrukcja tkanki kostnej (osteoporoza, zwłaszcza u osób
starych). Trzpień w kształcie gwiazdy stosowany w rozwiązaniach endoprotezy połowiczej kończy się typową szyjką pod
kątem 40°. Na tak zakończony trzpień po jego zacementowaniu zakładana będzie jedynie głowa endoprotezy metalowa lub ceramiczna o średnicy naturalnej panewki.
W przypadkach gdzie będziemy mieli do czynienia ze znaczną
destrukcją nasady bliższej kości udowej na trzpień w kształcie gwiazdy lekko zagięty ku tyłowi z szyjką będącą przedłużeniem trzpienia w linii prostej zakładany jest monoblok
nasady i szyjki właściwej pod kątem 40°, na którą zakłada
się metalową, ceramiczną lub bipolarną główkę o średnicy
naturalnej panewki uszkodzonego stawu przy typowych złamaniach szyjki kości udowej. Rozmiary trzpienia szerokość:
small 7; medium 9; large 11; extra large 12,5; revision 13 mm.
Długość odpowiednio: 125, 135, 145, 150, 190 mm.
Dystanser uzupełniający brak szyjki kości udowej w złamaniach lateralnych – przykrętarzowych, zakładany na szyjkę
zacementowanego trzpienia endoprotezy – na stożek 12/14.
Wysokość dystansera zróżnicowana (po określeniu wysokości
wyjściowej n.p. 2 cm – razy 1,5 i razy dwa) wyposażony w szyjkę pod kątem 135° o standardowej długości, na którą zakładana jest metalowa, ceramiczna lub bipolarna główka o średnicy naturalnej panewki uszkodzonego stawu. Dodatkowo
dystanser posiada możliwości dopasowania kąta antetorsji
modułu szyjkowego do warunków anatomicznych stawu biodrowego oraz wyposażony jest w blokadę rotacji ustawiającą
jego szyjkę w rzucie anatomicznej antewersji.
Wersja endoprotezy: bipolarna, połowicza
z głową anatomiczną lub całkowita przy wykorzystaniu
polietylenowej panewki – feniks-mono pro arthrose (FMA)
Trzpień endoprotezy bipolarnej w wersji z szyjką pod kątem
135° taki jak w zestawie protezy połowiczej w 5 rozmiarach.
Głowy: mała 32 mm średnicy; metalowa duża, anatomiczna
występująca w standardowych średnicach 38–60 mm nakładana na zasadzie dwustożka na szyjkę zacementowanego trzpie-
acetabulums, it is from 44 to 56 mm, and is settled directly on the pivots neck as a rule of cone 12/14, in the three
neck lengths (S), (M), (L).
The advantage of hemi-endoprosthesis concerning it’s every version, is possibility of switching for total prosthesis,
in case of occurring of problems from natural acetabulum.
That is made by sticking in the polyethylene acetabulum in
place of natural one, after it’s previous preparing, and by
exchanging of hemi-endoprosthesis head for head of the
28 mm diameter, which is now commonly used at endoprosthesis plasticity of hip joint.
Star-shape pivots would be used in modular endoprostheses, but also could serve as a hemi-endoprosthesis pivot, especially in case of significant bone tissue destruction (osteoporosis, particularly in elders). Star-shape pivot, used in
hemi-endoprosthesis resolutions, is ended by typical neck
at the angle of 40°. For that ended pivot, after it’s cementing, only head of endoprosthesis, metal or ceramic, of the
diameter of natural acetabulum, would be settled.
In case, where we would deal with the significant proximal
femoral epiphysis destruction, mono-block of epiphysis and
proper neck, is settled on star-shape pivot at the angle of
40°, slightly bended backward with the neck which is the
prolongation of pivot in the straight line. For that neck, the
metal or ceramic or bipolar head is settled, of natural acetabulum of damaged joint diameter at typical femoral neck
fractures. Sizes of pivot width: small 7; medium 9; large 11;
extra large 12,5; revision 13 mm. Length, respectively: 125,
135, 145,150, 190 mm.
The distance-maker, which completes the lack of femoral
neck in case of fractures of lateral para-trochanter type, is
settled on the neck of cemented endoprosthesis pivot- on
cone 12/14. The height of distance-maker is diverse (after
assessment of basal height for examp. 2 cm – multiplied by
1,5 and by two). It is equipped with neck at the 135° angle,
of a standard length. On the neck is settled metal or ceramic or bipolar head of natural acetabulum of damaged joint
diameter. Additionally the distance-maker owns possibilities
of adaptation of antetorsion angle of neck module for anatomical conditions of hip joint and is equipped with rotation blockade, positioning it’s neck in the projection of anatomical anteversion.
In the second variety, the distance-maker creates one monoblock of head, neck and part of epiphysis. It is equipped
with the opening (it should be computer simulated, whether the opening should be positioned straight or at angle), in
which the neck of cemented endoprosthesis pivot is clawed
on the cone 12/14. The head of clawed distance-maker has
the size depending on the natural acetabulum of damaged
hip joint diameter.
The endoprosthesis variety: bipolar, hemi-endoprosthesis
with anatomical head or total endoprosthesis with the
exploitation of poliethylene acetabulum – feniks-mono
pro arthrose (FMA)
The bipolar endoprosthesis pivot in variety of neck at 135°
angle is the same as in the set of hemi-endoprosthesis, in 5
sizes. Heads: small 32 mm diameter; metal large, anatomi-
-
-
-
-
-
W drugiej odmianie dystanser tworzy jeden monoblok głowy, szyjki i części nasady wyposażony w otwór (należy komputerowo wysymulować czy otwór ma być na wprost czy też
pod kątem), w który wprowadzana jest szyjka zacementowanego trzpienia endoprotezy zakleszczana na stożku 12/14.
Głowa dystansera ma wielkość w zależności od średnicy naturalnej panewki uszkodzonego stawu biodrowego.
Deszczyński J i wsp. – Połowicza endoproteza modularna stawu biodrowego Feniks…
8
Electronic PDF security powered by www.IndexCopernicus.com
Arthroscopy and Joint Surgery, 2008; 4(3): 5-12
nia endoprotezy, a na nią zakładana metalowa kapa o średnicy naturalnej panewki stawu z wklejonym centralnie insertem
z polietylenu porozcinanym co 40° co daje 8 części, w który
wciska się metalowa główkę osadzoną na trzpieniu wcześniej
zakładając na szyjkę pierścień uniemożliwiający wysuwanie
się metalowej główki z polietylenowego insertu.
W drugiej odmianie anatomicznej z lekko spłaszczoną powierzchnią górną metalowej głowy o krzywiźnie odpowiadającej powierzchni wewnętrznej panewki naturalnej stawu biodrowego. Głowa ta jest wydrążona wewnątrz z wciśniętą do
środka tuleją o kształcie cylindrycznym zewnętrznie i stałej
średnicy oraz o kształcie stożka ściętego od strony wewnętrznej i zmiennej średnicy podstawy wewnętrznej tulei odpowiedniej do głębokości koniecznej do nasadzania głowy na
szyjkę trzpienia jw, który ma kształt ściętego stożka.
Wersja połowiczej endoprotezy – feniks-duo (FD)
Dedykowana jest dla osób zaawansowanych wiekiem ze złamaniami wieloodłamowymi, bliższej nasady kości udowej,
powstałymi na tle osteoporozy lub jako proteza po chirurgicznym leczeniu nowotworów bliższej kości udowej.
Stosowana jest w przypadkach złamań wybuchowych bliższej nasady kości udowej u osób starszych po 75 roku życia
z zaawansowaną osteoporozą, w których dochodzi do dużej
destrukcji tkanki kostnej nasady bliższej uniemożliwiającej
leczenie innymi sposobami, które w znaczny sposób wydłużają powrót chorego do samodzielności. Również miałaby
ona zastosowanie jako proteza poresekcyjna po chirurgicznym leczeniu nowotworów bliższej kości udowej.
Trzpień endoprotezy jest trzpieniem w kształcie gwiazdy,
anatomicznym (lekko zagiętym ku tyłowi), cementowym
lub bezcementowym występującym w 4 lub 6 rozmiarach,
w części bliższej przechodzącym w szyjkę będącą przedłużeniem trzpienia w linii prostej.
Również na szyjkę trzpienia można założyć monoblok imitujący szyjkę i krętarze występujący w 3 długościach 4; 6
i 7,5 cm. Szyjka monobloku ustawiona jest w sposób anatomiczny to znaczy pod kątem 40° zgięcia i 8–10 stopni antewersji. Wewnątrz monobloku jest otwór na wprost (lub pod
kątem) 3–4 cm, w który wprowadza się szyjkę zacementowanego trzpienia endoprotezy blokując te dwa moduły endoprotezy typowo na stożek 14/16. Typoszereg monobloków
jest uwarunkowany liczbą występujących średnic naturalnych panewek tj. od 44 mm do 56 mm podwojoną ze względu na dwie długości monobloku 6 i 7,5 cm. Monoblok wyposażony jest w otwory od strony bocznej i przy środkowej
pozwalające na wszycie mięśni pośladkowych i mięśnia biodrowo-lędźwiowego. W celu wzmocnienia blokady na dwustożku można rozważyć dodatkową stabilizację monobloku
na osadzonej długiej szyjce trzpienia endoprotezy za pomocą jednej lub dwóch śrub przechodzących przez przygotowane otwory w monobloku i trzpieniu. W celu zapobiegania
ruchom rotacyjnym trzpienia, w przypadkach gdzie endoproteza stosowana byłaby u ludzi młodych (n. p. po resekcji nowotworu), ruchy te eliminowano by przez stabilizację dystalnego końca trzpienia endoprotezy dwoma śrubami tak jak
cal presents in standard diameters 38–60 mm, settled on the
basis of bi-cone on the endoprosthesis cemented pivot neck.
On it the metal cover is settled, which has the diameter of
joint’s natural acetabulum, with centrally stick in polyethylene inserter cut every 40° which brings 8 parts. In that inserter, settled on the pivot, metal head is pressed, previously putting metal ring on the neck, which prevents of sliding
out of metal head from polyethylene inserter.
In the second anatomical variety with the slightly flattened
upper surface of a curvature corresponding with internal
surface of hip joint natural acetabulum, that head is excavated inside with pressed into the externally cylindrical-shaped muff of a stable diameter or the cone-shaped,
chamfered at internal side muff, of a unstable diameter of
internal muff’s base. This base corresponds to the depth essential for the head settling on the neck of pivot, which has
the chamfered cone shape.
The hemi-endoprosthesis variety – feniks-duo (FD)
Is dedicated for older people with multi-fragmental fractures of proximal femoral epiphysis, caused by osteoporosis, or can be used as a prosthesis after surgical treatment
of neoplasms of proximal femoral epiphysis.
It is used in cases of explosive fractures of proximal femoral epiphysis in older people after 75 years of age, with advanced osteoporosis. In that cases, large bone destruction of
proximal epiphysis hinders treatment with other methods,
which significantly prolong the period of patient’s recovery
acquiring. That endoprosthesis could serve also post-resection endoprosthesis after surgical treatment of neoplasms
of proximal femoral epiphysis.
The endoprosthesis pivot is star-shaped, anatomical (slightly
bent backward), cement or cement-free, presenting in 4 or
6 sizes. In proximal part it gets down into the neck, which
is the pivot’s prolongation in the straight line.
On the neck could be settled distance-maker, on the basis of cone 12/14, which is also ended by cone, to elongate the pivot.
On pivot’s neck could be settled also the mono-block, which
imitates head, neck and trochanters. There are 3 lengths
of it: 4; 6 and 7,5 cm. The mono-block’s neck is anatomically positioned, it means at the angle 40° of flexion and
8–10 degree of anteversion. Inside of mono-block is the 3–
4 cm opening direct (or at angle), in which the neck of cemented endoprosthesis pivot is inserted, blocking those two
modules of endoprosthesis typically on cone 14/16. Type
series of mono-blocks is determined by number of natural
acatabulum’s diameters, it is from 44 mm to 56 mm, doubled because of two lengths of mono-block 6 and 7,5 cm.
Mono-block is equipped in openings at lateral and medial side, which allows for suturing of gluteal muscles and iliopsoas muscle. For the purpose of reinforcing of blockade on the bi-cone, could be considered the additional
stabilization of mono-block on the settled long neck of endoprosthesis pivot, using one or two of screws passing by
prepared openings in mono-block and pivot. To prevent
of rotation movements of pivot, in cases of endoprosthesis using in young patients (for exemp. after neoplasm re-
-
-
-
-
-
Na szyjkę można założyć na zasadzie stożka 12/14 dystanser
zakończony również stożkiem w celu wydłużenia trzpienia.
Deszczyński J et al – Feniks – modular hemi-endoprosthesis of the hip joint
9
Electronic PDF security powered by www.IndexCopernicus.com
Artroskopia i Chirurgia Stawów, 2008; 4(3): 5-12
Deszczyński J i wsp. – Połowicza endoproteza modularna stawu biodrowego Feniks…
Rycina 2. Możliwości adaptacji protezy Feniks Duo
do osobniczych cech pacjenta (dowolne
kombinacje 6×9×4×10 elementów
(typoszereg trzpieni × typoszereg
nasad × typoszereg prowadzenia głowy
× typoszereg średnicy głów) =2160
kombinacji w syntezie protezy).
Figure 2. Possibilities of prosthesis Feniks Duo
adaptation for the personal patient’s
features (free combinations 6×9×4×10
of elements) (pivots type-series x
epiphyses typo-series × head-leading
type-series × heads diameter typeseries) = 2160 of combination in the
prosthesis synthesis.
ma to miejsce w blokowaniu gwoździa śródszpikowego (inter locking nailing).
Na pewnym odcinku trzpienia występują ostre krawędzie zapewniające stabilizację antyrotacyjną. W dalszej części trzpienia
następuje złagodzenie kształtów. Trzpień endoprotezy Feniks
Duo występuje w dwóch odmianach z kołnierzem podporowym i bez elementu kołnierzowego. Prace nad tym trzpieniem
były prowadzone równolegle do analiz związanych z trzpieniem typu monobloku. W rozwiązaniu typu monoblok zrezygnowano z kołnierza podporowego. W pobliżu płaszczyzny
resekcji wykonane zostały otwory służące do zamocowania
przyczepów mięśniowych. Zakończenie trzpienia ma charakter owalny co ma ułatwić poprawne osadzenie protezy.
section), those movements would be eliminated by stabilization of distal ending of endoprosthesis pivot’s using two
screws similarly to inter locking nailing.
On some section of pivot, there are sharp edges, which secure anti-rotation stabilization. In the distal part of pivot
shape is softening.
Researches on that pivot were conducted simultaneously
with analyses concerning the modular pivot. In the resolution of mono-block type, the protective flange was quitted.
Nearby to the resection plane, there were done openings,
which serve for muscles insertions fixing. The ending of pivot is oval, which should enable proper prosthesis settling.
In the second anatomical variety with the slightly flattened
upper surface of a curvature corresponding with internal
surface of hip joint natural acetabulum, that head is excavated inside with pressed into the externally cylindrical-shaped
muff of a stable diameter or the cone-shaped, chamfered at
internal side muff, of a unstable diameter of internal muff’s
base (Figure 2). This base corresponds to the depth essential for the head settling on the neck of pivot, which has the
chamfered cone shape. For all analyzed conceptions, allpurpose cone 12/14 was applied. That enables for employing heads of various producers. And also enables for employing of given pivot for hemi and total alloplasty. Heads
of the following type-series would be settled on epiphyses.
Type-series of head’s leading (Figure 2).
Opis badań wytrzymałości zmęczeniowej przy zginaniu ze
skręcaniem – opis stanowiska
Description of endurance testing at flexion and torsion –
the post description
Do badań próby zmęczeniowej kompletne endoprotezy mocowane są w specjalnych uchwytach montażowych zaopatrzonych
w oprzyrządowanie umożliwiające orientowanie osi trzpienia
względem głównej osi obciążenia. Po zapewnieniu wymaganych w normie ISO7206/4 wychyłów kątowych trzpienia (10°
w płaszczyźnie symetrii i 9° w płaszczyźnie bocznej) każdy
z trzpieni jest wraz z zespołem oprzyrządowania opuszczany
do tulei uchwytu tak aby odległość centrum głowy od górnej
płaszczyzny uchwytu wynosiła 80 mm (Rycina 3). W tym poło-
For endurance testing studies, complete endoprostheses
are fixed in special handles, which are equipped in toolset enabling pivot’s axis arranging in respect of the main
load axis. After securing angular inclining of pivot (10° of
symmetry plane, 9° of lateral plane), which is demanded
in ISO7206/4 norm, every of pivots, together with tool-set,
is pull down into the handles muff, so as to the distance of
head center form upper plane of handle is 80 mm (Figure 3).
In that position, the handle muff is refilled with liquid ep-
-
-
-
-
-
Głowa endoprotezy Feniks Duo jest identyczną głową metalową, jaka ma zastosowanie w przypadkach endoprotez Feniks
mono pro trochanter i Feniks mono pro arthrose. Jest to
głowa anatomiczna z lekko spłaszczoną powierzchnią górną
o krzywiźnie odpowiadającej powierzchni wewnętrznej panewki naturalnego stawu biodrowego (Rycina 2). Głowa ta
jest wydrążona wewnątrz z wciśniętą do środka tuleją o kształcie cylindrycznym zewnętrznie i stałej średnicy oraz o kształcie stożka ściętego od strony wewnętrznej i zmiennej średnicy podstawy wewnętrznej tulei odpowiedniej do głębokości
koniecznej do nasadzania główki na szyjce trzpienia jw, która
ma kształt ściętego stożka. Do wszystkich analizowanych koncepcji zastosowano uniwersalny stożek 12/14. To rozwiązanie
pozwala stosować głowy różnych producentów. Umożliwia
także zastosowanie danego trzpienia do alloplastyki połowiczej i całościowej. Na nasady nakładane będą głowy o następującym typoszeregu prowadzenia głowy (Rycina 2).
10
Electronic PDF security powered by www.IndexCopernicus.com
Arthroscopy and Joint Surgery, 2008; 4(3): 5-12
Deszczyński J et al – Feniks – modular hemi-endoprosthesis of the hip joint
Rycina 3. Model stanowiskado badań wytrzymałości.
Figure 3. Endurance testing studies model.
Badania wytrzymałości zmęczeniowej endoprotez w warunkach zginania ze skręcaniem prowadzi się dla całej protezy
na pulsatorze hydraulicznym [3]. Próby prowadzi się zgodnie
z normą ISO 7206-8 stosując stopniowy wzrost wartości obciążenia o cyklu sinusoidalnie zmiennym, przy następujących
parametrach: obciążenie 1,3±1,0 kN przez okres 2×106 cykli,
1,9±1,6 kN przez okres 2×106 cykli i 2,6±2,3 kN przez okres
1×106 cykli. Częstotliwość obciążenia – 10 Hz, temperatura
płynu Ringera 37±1°. Zgodnie z wskazanymi wyżej wymogami
przygotowano model FMT (Rycina 4). Model poddano obciążeniu F=4900N rozłożonemu równomiernie na powierzchni stożka. Kierunek działania siły był zgodny z kierunkiem
osi powierzchni walcowej uchwytu protezy. Siła działała pionowo z góry. W obszarze zamocowania trzpienia w uchwycie
nadano warunek kontaktu typu fastened connectin – między powierzchniami kontaktowymi trzpienia i uchwytu nie występuje ruch względny. Ten sam warunek kontaktu zdefiniowano
w przypadku analizy protezy Fenix-duo dla kontaktu trzpienia i nasady (Rycina 5). Model geometryczny był dyskretyzowany przy użyciu skończonych elementów typu Tetrahedo
Mesh – 10 węzłowe [4]. Poniżej pokazano rozkłady naprężeń
na modelu protezy w widoku z kilku kierunków. Oś protezy
jest pochylona zgodnie z wymaganiami normy.
Biorąc pod uwagę znaczące nadwyżki dynamiczne uwzględnione w analizach mesowskich naprężenia dopuszczalne
można zdefiniować jako wartość wytrzymałości zmęczeniowej użytego materiału (co jest równoznaczne założeniu, że
współczynnik bezpieczeństwa równa się 1).
Do produkcji endoprotez zastosowano najwyższej jakości materiały implantacyjne wykorzystywane przez innych światowych
oxy resin with plasticizer and extender in form of 30% (volume) copper dust which gives the stiffness module similar
to femoral bone stiffness module. Elements which cooperate directly with the endoprosthesis head are also fixed in
a special handle, refilled with liquid epoxy resin with filling mentioned above. After full fortifying of fixing material, the aggregate is settled in the container filled with physiological liquid.
Endurance testing of endoprostheses under condition of
flexion and torsion are conducted for entire prosthesis on
the hydraulic vibrator [3]. Testing are conducted according to ISO 7206-8 norm, applying step-increase of load, of a
sinusoidal variable cycle, in the following parameters: load
1.3±1.0 kN by period of 2×106 cycles, 1.9±1.6 kN by period of
2×106 cycles and 2.6±2.3 kN by period 1×106 cycles. Loadind
frequency – 10 Hz, temperature of Ringer’s liquid 37°±1.
According to depicted above requirements, model FMT was
prepared (Figure 4). The model was loaded F=4900N equally arranged on the surface of cone. The force direction was
consistent with the direction of axis of roller surface of prosthesis handle. The force acts vertically down. In the space of
pivot’s fixing in the handle, the contact was conditioned as
a fastened connection type. Between contact spaces of pivot and handle, there is no relative motion. The same contact condition was defined in case of analysis of Fenix-Duo
prosthesis for the pivot and epiphysis contact (Figure 5).
Geometrical model was discretized by using of absolute elements of the Tetrahedo Mesh – 10 nodal type [4]. Below,
tensions arrangements on the prosthesis model are presented in a view of few directions. The prosthesis axis is sloped
according two standard requirements.
Considering significant dynamic excesses in MES analyses,
permissible tensions could be defined as a value of endurance of used material (which is equivalent to hypothesis
that safety factor is equal 1).
For endoprostheses production were used the highest quality implant materials, which are used by other world leaders of endoprostheses production [5]. The costs of production of Feniks class endoprostheses is approximately
-
-
-
-
-
żeniu tuleję uchwytu wypełnia się ciekłą żywicą epoksydową
z plastyfikatorem i wypełniaczem w postaci 30% (objętościowo) pyłu miedzianego nadającego utwierdzeniu moduł sztywności zbliżony do modułu sztywności kości udowej. Również
elementy współpracujące bezpośrednio z głową endoprotezy
są utwierdzane w specjalnym uchwycie, który jest wypełniany
ciekłą żywicą epoksydową z w/w wypełniaczem. Po całkowitym utwardzeniu tworzywa mocującego całość umieszczana
jest w zbiorniku wypełnionym cieczą fizjologiczną.
11
Electronic PDF security powered by www.IndexCopernicus.com
Artroskopia i Chirurgia Stawów, 2008; 4(3): 5-12
A
Deszczyński J i wsp. – Połowicza endoproteza modularna stawu biodrowego Feniks…
Rycina 4. (A) proteza cementowa/bezcementowa
typu – Feniks mono pro trochanter
(FMT). (B) cementowa Feniks mono pro
arthrose. Wyniki badań symulacyjnych
– analiza naprężeń zredukowanych,
zaobserwowano naprężenia 210MPa
oraz 252MPa.
Figure 4. (A) cement/cement-free prosthesis –
Feniks mono pro trochanter type (FMT).
(B) cement prosthesis Feniks mono pro
arthrose. Results of simulation studies
– reduced tensions analysis, tensions of
210 MPa and 252 MPa were observed.
B
liderów w produkcji endoprotez [5]. Koszt produkcji protez
klasy Feniks w porównaniu z analogicznymi protezami firm
zachodnich jest ok. 20–30% tańszy. Tym bardziej, że wymagane instrumentarium do protez jest relatywnie proste.
20–30% cheaper than analogues prostheses produced by
western companies. Especially as, the required tool-set is
relatively simple.
WYNIKI I WNIOSKI
RESULTS AND CONCLUSIONS
1. W pracy przedstawiono typoszereg połowiczej, modularnej endoprotezy stawu biodrowego Feniks.
1. The paper presents the type-series of modular, hemi-endoprosthesis of the hip joint Feniks.
2. Inspiracją tematu jest ciągły brak relatywnie taniej, spełniającej najwyższe wymagania kliniczne, polskiej, połowiczej endoprotezy stawu biodrowego.
2. The theme inspiration was continuous lack of relatively
cheap polish hemi-endoprosthesis of hip joint, which fulfills the highest clinical requirements.
3. Przedstawiony typoszereg endoprotezy Feniks łączy w sobie cechy protezy połowiczej, bipolarnej, całkowitej i poresekcyjnej.
3. Presented type-series of Feniks endoprosthesis unites features of hemi-endoprosthesis, bipolar, total and post-resection.
4. Na podstawie uzyskanych wyników z badań symulacyjnych,
badań wytrzymałościowych oraz przeprowadzonych wstępnych badań klinicznych (do których prototypy zostały wykonane przez Firmę PPUH MEDGAL Józef Borowski)
wynika, iż nowa endoproteza Feniks nie odbiega parametrami badawczymi i klinicznymi od najbardziej zaawansowanych technologicznie protez zachodnich, a nawet wyróżnia się dużymi możliwościami adaptacji geometrii do
potrzeb klinicznych.
4. Based on the results obtained from the simulation studies,
endurance testing of the prototypes and results from initial
clinical trials (the clinical prototypes were made by PPUH
MEDGAL Józef Borowski) it is indicated that the new Feniks
endoprosthesis do not differ from any other the most technologically advanced western endoprostheses in term of
research and clinical parameters. More over, compared to
other systems they posses a greater possibilities of geometry adaptation depending on clinical requirements.
PIŚMIENNICTWO:
REFERENCES:
-
-
Rycina 5. Proteza modularna typu Fenix-duo
(FD), wyniki badań symulacyjnych
– stan naprężeń zredukowanych,
zaobserwowano naprężenia 206MPa
oraz 232MPa.
Figure 5. Modular prosthesis Feniks-duo (FD) type,
Results of simulation studies – reduced
tensions state, tensions of 206 MPa and
232 MPa were observed.
-
1. Deszczyński J: Endoproteza stawu biodrowego, Biuletyn Urzędu
Patentowego, 2004; 26(809): 13
3. Będziński R: Biomechanika inżynierska, Wybrane zagadnienia. Oficyna
Wyd. Polit. Wrocławskiej, Wrocław, 1997
5. Prendergast PJ: „Biomechanical Techniques for Pre-clinical Testing of
Prostheses and Implants” Centre of Excellence for Advanced Materials
and Structures IPPT PAN Warsaw 2001
-
-
2. Kusz D: Biomechaniczne aspekty endoprotezoplastyk stawu biodrowego. Inżynieria Materiałowa, 1998; 2: 39–44
4. Praca zespołowa pod redakcją M. Nałęcza (współautorzy miedzy innymi
Bedziński R, Choromański W et al. (ok. 100) „Biocybernetyka i Inżynieria
Biomedyczna” tom 5 „Biomechanika i Inżynieria Rehablitacyjna ” PAN,
Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT
12
Electronic PDF security powered by www.IndexCopernicus.com