Механическая модель тазобедренного сустава

Механическая модель тазобедренного сустава 

Тазобедренный сустав, articulatio coxae, образуют сочленяющиеся между собой бедренная кость, os femur, и тазовая кость, os coxae. Кроме этого, он содержит суставные синовиальные складки, связки, гиалиновые поверхности, вертлужную губу, labrum acetabulare, и суставную жидкость – синовию.

Амплитуда возможных движений в тазобедренном суставе, articulatio coxae, определяется взаимным расположением суставных поверхностей, а также параметрами образующих его элементов. Сведения о вкладе каждого из них в ограничение движений даже в специальной литературе отрывочны, а порой противоречивы (Архипов-Балтийский С.В., 2004). Это подвигло нас к предметному исследованию функции главных «конструктивных» компонентов тазобедренного сустава, articulatio coxae. Для изучения роли важнейших элементов тазобедренного сустава, articulatio coxae, нами применен метод моделирования. Благодаря сотрудничеству с замечательным инженером-конструктором И.С. Бескаравайным в 2001 г. создана трехмерная механическая модель тазобедренного.

Ее основой стал некогда широко распространенный однополюсной эндопротез тазобедренного сустава конструкции Томпсона (Thompson F.R., 1954). Означенный эндопротез произведен Richards Medical Company из нержавеющей стали марки ASTM F 138 (Рис. 1). 

Рис. 1. Ярлык эндопротеза тазобедренного сустава Томпсона (Thompson), ставший частью механической модели тазобедренного сустава.

Полированная пустотелая головка однополюсного эндопротеза имела диаметр 54 мм. Шейка эллипсовидной формы с радиусами кривизны 12.5 мм и 17.5 мм, а ножка была длиной 108 мм и толщиной 10 мм. В ножке мы выполнили два сквозных отверстия в поперечном направлении диаметром 5 мм под элементы крепления. В центре медиального сектора головки выполнено сквозное отверстие диаметром 6 мм по направлению к торцу шейки (Рис. 2). 

Рис. 2. Однополюсной эндопротез тазобедренного сустава конструкции Томпсона (Thompson), использованный для создания механической модели тазобедренного сустава.

Из двух дуг с отверстиями, из комплекта компрессионно-дистракционных аппаратов Г.А. Илизарова (ТУ 64-1-3673-82) посредством болтов М8 собрано опорное кольцо внешним диаметром 230 мм (Рис. 3).

Рис. 3. Основание механической модели тазобедренного сустава; слева – общий вид, справа – вид сверху.

Для соединения ножки эндопротеза с основанием использованы планки с отверстиями, кронштейны с резьбовым хвостовиком и болты (Рис. 4).

 

Рис. 4. Основание механической модели тазобедренного сустава с элементами крепления ножки эндопротеза (фотографии в разных ракурсах).

С целью создания большего сходства с бедренной костью, os femur, к верхней части ножки эндопротеза под углом 45° к длинной оси присоединена планка с отверстиями длиной 75 мм. Планка расположена в одной плоскости с ножкой. Она имела направление вверх - кнаружи от опорного кольца и воспроизводила большой вертел, trochanter major, бедренной кости, os femur (Рис. 5). 

Рис. 5. Планка, воспроизводящая на модели большой вертел, trochanter major, бедренной кости, os femur (указана стрелкой).

Ножка эндопротеза закреплена с наклоном в медиальную сторону к центру кольцевидного основания модели, а головка была обращена вверх и внутрь кольца. Стержень и головка эндопротеза имитировали проксимальную часть бедренной кости, os femur, а расположенная под углом к ножке планка – большой вертел, trochanter major, бедренной кости, os femur. В целом собранная конструкция обозначена как бедренная часть механической модели тазобедренного сустава (Рис. 6). 

   a) 

b)   

c)     

d)

Рис. 6. Бедренная часть механической модели тазобедренного сустава, закрепленная на основании; стрелкой указано отверстие в головке модели; a - вид с медиальной стороны, b – вид сверху, c – вид спереди, d - вид с латеральной стороны (подробное описание в тексте).

В соответствии с диаметром головки выполнена модель половины таза, pelvis. Основным ее элементом явилась модель вертлужной впадины, acetabulum. Она изготовлена из нержавеющей стали методом резания, и представляла собой 1/2 часть толстостенной сферической оболочки с внешним диаметром 70 мм. В области вершины оболочки, с ней заодно, выточен цилиндрический стержень длиной 55 мм диаметром 15 мм. В стержне выполнены три поперечных сквозных отверстия диаметром 6 мм. Внутренняя часть сферической оболочки (чаши) диаметром 54 мм имела допуск на скользящую посадку головки модели. Толщина стенок сферической оболочки модели вертлужной впадины, acetabulum, составила 8 мм. В торце наружного края модели вертлужной впадины, acetabulum, выполнено семь глухих отверстий с резьбой М3 на 2, 4, 5, 7, 8, 10 и 12 часах. Внутри сферической оболочки выбрано фасонное углубление, напоминающее по форме теннисную ракетку. Данную фасонную выточку образовали: расположенное в центре круглое углубление с ямкой и канавкой. Последняя простиралась до края чаши. Длинная ось канавки была ориентирована на 6 часов. Означенная фасонная выточка, по нашей мысли, имитировала ямку вертлужной впадины, fossa acetabuli, и вырезку вертлужной впадины, incisura acetabuli.

Диаметр центральной части фасонной выточки составил 30 мм, ширина продольной канавки – 10 мм, длина – 30 мм. Глубина фасонной выточки во всех участках – 5 мм. Ширина контактной поверхности сферической оболочки, ставшей аналогом полулунной поверхности, facies lunata, вертлужной впадины, acetabulum, равнялась 25 мм. Центральный угол ямки модели вертлужной впадины составил 70°, а максимальная глубина полости – 33 мм. В фасонной выточке сферической оболочки выполнено два сквозных отверстия, одно из которых – «центральное», располагалось на расстоянии 8 мм от центра, а другое – на границе ямки и продольной канавки. Кроме этого, выполнено два «периферических» отверстия в продольной канавке: одно на расстоянии 25 мм от наружного края модели, а другое – на расстоянии 8 мм. К цилиндрическому стержню модели вертлужной впадины, acetabulum, параллельно его продольной оси прикреплена болтами планка с отверстиями. Общая длина означенного элемента составила приблизительно 100 мм. Он поименована как «грузовой кронштейн» тазовой части модели. Под углом 60° к длинной оси стержня посредством кронштейнов с резьбовыми хвостовиками присоединена планка длиной 145 мм так, что крайнее отверстие верхнего конца располагалось в плоскости наружного торца модели вертлужной впадины. Указанная планка имитировала крыло подвздошной кости и названа «аналог крыла подвздошной кости» тазовой части модели. В целом описанная конструкция обозначена как модель тазовой кости или тазовая часть механической модели тазобедренного сустава птицы (Рис. 7). 

Рис. 7. Тазовая часть механической модели тазобедренного сустава, видны сквозные отверстия в ямке модели вертлужной впадины и ее продольной канавке; слева – вид с медиальной стороны, в центре – вид сбоку, справа – вид снизу (подробное описание в тексте).

Смотри также:

Моделирование взаимодействия суставных поверхностей 

Моделирование функции синовиальной жидкости 

Моделирование функции вертлужной губы 

Моделирование функции внесуставных связок тазобедренного сустава

                                                                     

Примечания

Исходная версия представленного экспериментального материала впервые опубликована в одиннадцатой главе второго тома монографии с юмором названой «Биомеханика пингвинов» [academia.edu]. Данная работа написана для личного использования и узкого круга лиц. В книге собраны, систематизированы и проанализированы результаты 25-ти лет изучения ligamentum capitis femoris и смежных тем.

Расшифровку цитированных источников смотри в Списке литературы.

Первоисточник

Архипов СВ. Биомеханика пингвинов: заметки к вопросу о причинах ковыляющей походки и перспективах ее ремоделирования во имя обретения грациозности, сочиненные врачом, к.м.н. Сергеем Васильевичем Архиповым, в бытность им с 1992-го по 2017-й год хирургом и травматологом-ортопедом, по вдохновению в 1991-ом году его сестрою Еленой Васильевной, со светлой любовью к ней и благодарностью! Манускрипт в 5 томах. Т. 2. Главы 7-11. Напечатано Автором во граде Королев при попечении его супруги Людмилы Николаевны, ММXVIII A.D. [2018], bonum factum! [на благо и счастье], 452 с. [academia.edu]

Ключевые слова

ligamentum capitis femoris, ligamentum teres, связка головки бедра, роль, функция, эксперимент, механическая модель

 СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Эксперименты и наблюдения

1991-2021АрхиповСВ