Наш перевод заявки на изобретение: Marissen R. Hinge structure. WO2010146039A1 (Конструкция шарнира, 2010). Оригинал на английском языке доступен по ссылке: 2010MarissenR.
Приложения по всему миру 2010 US EP WO JP
Заявка PCT/EP2010/058354 события:
2010-06-15 Заявка подана Dsm Ip Assets B.V.
2010-06-15 Приоритет JP2012514496A
2010-06-15 Приоритет EP10725433A
2010-06-15 Приоритет US13/376,459
2010-12-23 Публикация WO2010146039A1
Конструкция шарнира
Рулоф Мариссен
Аннотация
Изобретение относится к трехмерному
шарниру (100), содержащему первое жесткое тело (10), второе жесткое тело (20) и
соединительный элемент. Соединительный элемент соединяет первое жесткое тело
(20) и второе жесткое тело (20). Соединительный элемент содержит по меньшей
мере три базовых соединителя (32,33,34), каждый базовый соединитель соединен со
вторым жестким телом (20) в соответствующей точке соединения (22, 23, 24) и
входит в зацепление с зацепляющей частью первого жесткого тела.
Описание
Изобретение
относится к шарниру. Изобретение также относится к устройствам, содержащим
такой шарнир, таким как аппарат или медицинское устройство, содержащее такой
шарнир, в частности, к искусственному тазобедренному суставу, содержащему такой
шарнир.
Медицинские
изделия, такие как искусственные суставы, обычно используют комбинацию
полимерных и металлических сплавов. Металлические сплавы используются для
сочленения, а полимер используется в качестве мягкого гнезда. Полимерная часть
изнашивается по металлической части сочленения во время использования, и
сверхтонкие частицы полимера со временем осаждаются в организме. Известно, что
эти частицы вызывают резорбцию перипротезной кости. Это приводит к ослаблению
компонентов протеза, возможно, даже требуя повторной операции.
US
5,549,700 раскрывает шаровидное протезное суставное устройство. Компонент
гнезда включает полимерную вставку чашки и множество опорных сегментов,
встроенных в нее. Бедренный компонент включает поверхность движения сустава в
форме шарового элемента. Элемент бедренной шаровой кости имеет сферическую
внешнюю опорную поверхность, которая поддерживается в скользящем контакте с
опорными поверхностями сегментов. Хотя множество опорных сегментов приводит к
более низкому напряжению, передаваемому между контактирующими опорными
поверхностями, чем конструкция без таких опорных сегментов, проблема ослабления
полимера в корпусе все еще не решена.
Таким
образом, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить
улучшенный шарнир, в котором проблема уменьшена.
Цель
достигается согласно изобретению с помощью шарнира, содержащего первое жесткое
тело, второе жесткое тело и соединительный элемент, соединенный с первым
жестким телом и вторым жестким телом. Соединительный элемент содержит по
меньшей мере три базовых соединителя, каждый базовый соединитель соединен со
вторым жестким телом в соответствующей точке соединения и входит в зацепление с
зацепляющей частью первого жесткого тела, при этом базовые соединители
представляют собой нити, изготовленные из волокон, и по меньшей мере часть
волокон представляют собой синтетические органические волокна. Первое жесткое
тело может перемещаться относительно второго жесткого тела, имея зацепляющую
часть первого жесткого тела в качестве точки опоры. Когда второе жесткое тело
толкают, тянут или вращают относительно первого жесткого тела, нити
останавливают движение в определенной степени. Степень движения зависит от
того, насколько сильно нити натянуты между двумя телами, углов между нитями и
жесткости нитей. Главным преимуществом настоящего изобретения является
использование нитей в качестве базовых соединителей. Нити жесткие при
растяжении, но гибкие при сжатии кручением или линейным давлением, что
позволяет шарниру выдерживать даже большую нагрузку, сохраняя при этом
способность двигаться (например, наклоняться и/или скручиваться) без или только
с очень ограниченным трением в системе, поскольку нет прямого скользящего
контакта между первым и вторым телом.
Количество
базовых соединителей в соединительном элементе составляет по меньшей мере три.
В некоторых случаях может быть выгодно, чтобы количество базовых соединителей
составляло четыре, пять, шесть или даже больше с точки зрения более высокой
механической прочности или лучшего контроля сил или диапазона движения. Однако
количество базовых соединителей предпочтительно составляет три. Это выгодно
тем, что используется небольшое количество материалов, а также тем, что
внутренние напряжения, вызванные натяжением или кручением от базовых
соединителей, могут быть минимизированы. Когда соединительный элемент содержит
пять или более базовых соединителей, различия в длине нитей могут привести к
различным силам, применяемым к разным нитям, вызывая внутреннее напряжение, но
также и способ лучшего контроля диапазона движения. В этом изобретении
предусмотрен шарнир, в котором два жестких тела соединены, но не совершают
абразивного скользящего движения относительно друг друга по их поверхностям. Это
чрезвычайно важно, поскольку нет износа между первым телом и поверхностью
второго тела, обращенной к первому телу, при движении тел относительно друг
друга, что означает, что не будет никакого или будет только ограниченное
истирание между жесткими телами. Когда первое жесткое тело наклонено
относительно второго жесткого тела, степень наклона может быть ограничена
первым жестким телом, касающимся обода поверхности второго жесткого тела,
обращенного к первому телу. Вращение первого жесткого тела в этом наклонном
положении приводит к скольжению первого жесткого тела по ободу. Однако эффект,
вызванный этим скользящим движением, существенно меньше истирания, вызванного
вращательным движением в конструкции, где шарик скользит по чашке, например, в
обычных искусственных тазобедренных суставах. Согласно шарниру настоящего
изобретения истирание происходит только тогда, когда первое жесткое тело
движется в определенном крайне наклонном положении относительно второго
жесткого тела, тогда как в обычных искусственных тазобедренных суставах
истирание происходит при любом диапазоне движения. Обод поверхности второго
жесткого тела, обращенный к первому жесткому телу, и/или часть первого жесткого
тела, которая может соприкасаться с ободом, может быть выполнен с улучшенными
антиабразивными свойствами. Это может быть сделано, например, путем нанесения
антиабразивного покрытия на эти части.
Соответственно,
первое и второе жесткие тела могут быть изготовлены из любых материалов,
включая металл, керамику и полимер, и их комбинацию, с существенно сниженным
риском абразивного повреждения жестких тел. Металл является предпочтительным. В
случае металла предпочтительны хирургическая нержавеющая сталь или титановый
сплав для использования в медицинских целях.
Предпочтительно,
чтобы шарнир, согласно настоящему изобретению, был трехмерным шарниром.
Трехмерный шарнир в настоящем документе означает шарнир, который позволяет двум
жестким телам, соединенным друг с другом самим шарниром, перемещаться
относительно друг друга, допуская вращение в пределах фиксированного телесного
угла относительно друг друга.
В
наиболее предпочтительном варианте исполнения шарнир содержит дополнительный
соединитель, соединенный со вторым жестким телом в дополнительной точке
соединения и взаимодействующий с взаимодействующей частью первого жесткого
тела. Дополнительная точка соединения расположена таким образом, что точки соединения
базовых соединителей и дополнительная точка соединения определяют углы
(воображаемого) многогранника, внутри которого расположена взаимодействующая
часть первого жесткого тела. Когда количество базовых соединителей равно
четырем, многогранник является тетраэдром. Тот факт, что зацепляющая часть
первого жесткого тела расположена внутри многогранника, гарантирует, что
зацепляющая часть первого жесткого тела натянута по крайней мере в четырех
направлениях. Это позволяет зацепляющей части первого жесткого тела
удерживаться внутри многогранника без соприкосновения или перемещения через его
воображаемые грани.
Два
жестких тела могут быть соединены таким образом, что относительное движение
между первым жестким телом и вторым жестким телом ограничивается базовыми
соединителями, так что два тела не соприкасаются друг с другом. Это может быть
сделано путем соответствующего выбора точек соединения соединителей с первым
жестким телом и свойств базовых соединителей, таких как, например, толщина,
материал, расположение волокон в пряже. Это чрезвычайно выгодно, поскольку
между двумя жесткими телами не происходит никаких повреждений от истирания. Еще
одним преимуществом такого шарнира, где не происходит никакого контакта,
является то, что между двумя жесткими телами не устанавливается электрическое
соединение, если выбрана непроводящая пряжа. Это может быть, например, выгодно,
когда шарнир используется в роботизированных приложениях, таких как в руке
робота, где электрический контакт повреждает его. Под пряжей в настоящем
документе подразумевается любое удлиненное тело с поперечным размером, намного
меньшим его длины, изготовленное из волокон путем скручивания, скручивания,
плетения или тому подобного, и включает кабель или оплетку. Пряжа может
включать дополнительный элемент, такой как покрытие, оболочка или
(отвержденная) смола. По крайней мере часть волокон являются синтетическими
органическими волокнами, такими как, например, на основе полиэстера, полиамида,
полиуретана, полиэтилена.
Предпочтительно,
чтобы каждая из базовых соединительных нитей и/или дополнительная
соединительная пряжа включала высокоэффективные полиэтиленовые (далее HPPE)
волокна. Волокна HPPE в пряжах обеспечивают чрезвычайно прочное соединение
между первым и вторым жесткими телами. Прочность волокон HPPE в соединительном
элементе предотвращает разрыв волокон HPPE и позволяет использовать
относительно тонкие пряжи, тем самым открывая новое применение посредством
миниатюрной конструкции шарнира. Волокна HPPE также показывают очень высокую
устойчивость к усталости при изгибе. Это чрезвычайно выгодно, поскольку
наиболее важной функцией шарнира является возможность многократного сгибания
без поломки. В контексте настоящего изобретения волокна понимаются как
удлиненные тела практически неопределенной длины и с длиной, значительно
большей, чем ширина и толщина. Таким образом, термин «волокно» включает
мононить, многоволоконную пряжу, ленту, полоску или ленту и тому подобное и
может иметь регулярное или нерегулярное поперечное сечение. Термин «волокна» также
включает множество любого одного или комбинации из вышеперечисленного.
Волокна,
имеющие форму мононитей или лентовидных волокон, могут иметь различный титр, но
обычно имеют титр в диапазоне от 10 до нескольких сотен тысяч дтекс,
предпочтительно в диапазоне от 100 до 25000 дтекс, более предпочтительно
200-10000 дтекс. Многоволоконные нити содержат множество нитей, имеющих титр,
как правило, в диапазоне 0,2 - 25 дтекс, предпочтительно около 0,4 или 0,5 - 20
дтекс. Титр многоволоконной нити также может широко варьироваться, например, от
10 или 15 до нескольких сотен тысяч дтекс, но предпочтительно находится в
диапазоне около 100-20000 дтекс, более предпочтительно 300-10000 дтекс.
Под
волокнами HPPE в настоящем документе понимаются волокна, изготовленные из
полиэтилена и имеющие прочность на разрыв не менее 1,4, предпочтительно не
менее 2,0, более предпочтительно не менее 2,5 или даже не менее 3,0 Н/текс.
Прочность на разрыв, также просто прочность или прочность волокон определяются
известными методами, основанными на ASTM D885-85 или D2256-97. Нет оснований
для ограничения верхнего предела прочности волокон HPPE, но прочность имеющихся
волокон обычно составляет не более 5–6 Н/текс. Волокна HPPE также имеют высокий
модуль упругости при растяжении, например, не менее 50 Н/текс, предпочтительно
не менее 75, не менее 100 или не менее 125 Н/текс. Волокна HPPE также называют
высокомодульными полиэтиленовыми волокнами.
Волокна
HPPE могут быть получены путем прядения раствора полиэтилена сверхвысокой
молекулярной массы (UHMWPE) в подходящем растворителе в гелевые волокна и
вытягивания волокон до, вовремя и/или после частичного или полного удаления
растворителя; то есть с помощью так называемого процесса гель-прядения.
Гель-прядение раствора UHMWPE хорошо известно специалисту; и описан в
многочисленных публикациях, включая EP 0205960 A, EP 0213208 A1, US 44131 10,
GB 2042414 A, EP 0200547 B1, EP 04721 14 B1, WO 01/73173 A1 и в Advanced Fiber
Spinning Technology, Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 1 -855-73182-7,
и в цитируемых там ссылках, все включенных в настоящий документ посредством
ссылки. Под UHMWPE понимается полиэтилен, имеющий характеристическую вязкость
(IV, измеренную в растворе в декалине при 135 °C) не менее 5 дл/г,
предпочтительно от около 8 до 40 дл/г. Характеристическая вязкость является
мерой молярной массы (также называемой молекулярной массой), которую легче
определить, чем фактические параметры молярной массы, такие как Mn и Mw.
Существует несколько эмпирических соотношений между IV и Mw, но такое
соотношение зависит от распределения молярной массы. На основе уравнения Mw =
5,37 * 104 [IV]1 37 (см. EP 0504954 A1) IV 8 дл/г будет эквивалентна Mw около
930 кг/моль. Предпочтительно, чтобы UHMWPE представлял собой линейный
полиэтилен с менее чем одной ветвью на 100 атомов углерода, и предпочтительно
менее чем одной ветвью на 300 атомов углерода; ветвь или боковая цепь или ветвь
цепи обычно содержат не менее 10 атомов углерода. Линейный полиэтилен может
также содержать до 5 мол.% одного или нескольких сомономеров, таких как алкены,
такие как пропилен, бутен, пентен, 4-метилпентен или октен. Когда волокна HPPE
готовятся с помощью процесса гель-прядения, остаточное содержание растворителя
предпочтительно составляет не более 100 ppm. Это особенно важно, когда шарнир
используется в медицинских целях. Под остаточным содержанием растворителя в
настоящем документе понимается содержание растворителя, используемого при
изготовлении волокон HPPE, который все еще остается в конечных волокнах. В
процессе изготовления пряжи можно использовать любой из известных растворителей
для гель-прядения UHMWPE. Волокна HPPE также могут быть получены путем
расплавления полиэтилена с высокой молекулярной массой, хотя механические
свойства, такие как прочность, более ограничены по сравнению с волокнами HPPE,
изготовленными с помощью процесса гель-прядения. Верхний предел молекулярной
массы полиэтилена, который может быть расплавлен, может находиться в диапазоне
молекулярной массы UHMWPE, но ниже предела при гель-прядении. Расплавленные
волокна HPPE также могут быть получены из полиэтилена с молекулярной массой
ниже, чем UHMWPE, как определено выше. Процесс формования из расплава широко
известен в данной области техники и включает нагревание композиции ПЭ для
образования расплава ПЭ, экструзию расплава ПЭ, охлаждение экструдированного
расплава для получения затвердевшего ПЭ и вытягивание затвердевшего ПЭ по
крайней мере один раз. Процесс упоминается, например, в EP1445356A1 и
EP1743659A1, которые включены в настоящий документ посредством ссылки. В одном
из вариантов реализации UHMWPE содержит небольшое количество, предпочтительно
по крайней мере 0,2 или по крайней мере 0,3 на 1000 атомов углерода,
относительно небольших групп в качестве боковых групп, предпочтительно
алкильную группу C1-C4. Такое волокно демонстрирует выгодное сочетание высокой
прочности и сопротивления ползучести. Однако слишком большая боковая группа или
слишком большое количество боковых групп отрицательно влияет на процесс
изготовления волокон. По этой причине UHMWPE предпочтительно содержит метильные
или этильные боковые группы, более предпочтительно метильные боковые группы.
Количество боковых групп предпочтительно составляет не более 20, более
предпочтительно не более 10, 5 или не более 3 на 1000 атомов углерода.
Волокна
HPPE могут дополнительно содержать небольшие количества, как правило, менее 5%
по массе, предпочтительно менее 3% по массе обычных добавок, таких как
антиоксиданты, термостабилизаторы, красители, промоторы текучести и т. д.
UHMWPE может быть одним сортом полимера, но также смесью двух или более
различных сортов полиэтилена, например, отличающихся по распределению IV или
молярной массы и/или типу и количеству сомономеров или боковых групп.
Предпочтительно, чтобы первое и/или второе жесткое тело было металлом. Металлы
предпочтительны из-за их прочности на растяжение и прочности на сжатие. В
качестве альтернативы первое жесткое тело и/или второе жесткое тело содержат
композитный материал, включающий армирующие волокна, пропитанные смолой. Армирующие
волокна могут быть, например, углеродными, стеклянными, SiC, B, Al2O3. Смолу
предпочтительно выбирать из биосовместимого типа смол.
Второе
жесткое тело может иметь любую форму, пока оно имеет по крайней мере один набор
из трех точек соединения, предпочтительно определяющих плоскость. Более
предпочтительно, второе жесткое тело также имеет дополнительную точку
соединения, расположенную таким образом, что точки соединения и дополнительная
точка соединения определяют (многогранное) пространство. Второе жесткое тело
предпочтительно имеет вогнутую поверхность. Например, второе жесткое тело может
иметь прямоугольное поперечное сечение, треугольное поперечное сечение и другие
формы. Наиболее предпочтительно, однако, второе жесткое тело имеет в целом
полусферическую форму.
В одном
варианте второе жесткое тело образовано по меньшей мере двумя сегментами,
жестко расположенными относительно друг друга. Это может быть, например,
реализовано путем расположения точек соединения на плоском элементе (например,
кольце) и дополнительной точки соединения, расположенной вдали от плоского
элемента, но соединенной, например, через костную часть с плоским элементом.
Первое
жесткое тело предпочтительно содержит стержнеобразную часть, которая включает в
себя зацепляющую часть, зацепляющуюся с базовыми соединителями, и
необязательный дополнительный соединитель. В одном варианте дополнительный
соединитель простирается от зацепляющей части до своей точки соединения во
втором жестком теле в целом в направлении оси стержнеобразной части в ненагруженном
состоянии. Под термином «ненагруженное состояние» в настоящем документе
подразумевается, что никакая внешняя сила не прикладывается к первому и второму
жестким телам для их перемещения относительно друг друга. В ненагруженном
состоянии шарнира базовые соединители обычно прямые между первым и вторым телом
с определенным минимальным натяжением. Следовательно, следует отметить, что так
называемое ненагруженное состояние шарнира не относится к базовым соединителям,
которые не натянуты, а скорее к тому, что натяжение в базовых соединителях
сбалансировано. Дополнительный соединитель ограничивает движение между первым и
вторым жесткими телами, когда они оттягиваются друг от друга. В
предпочтительном варианте исполнения дополнительный соединитель имеет тот же тип,
что и базовый соединитель, то есть пряжа, изготовленная из волокон, и по
крайней мере часть волокон представляет собой синтетические органические
волокна. Дополнительный соединитель может иметь, по существу, те же свойства,
что и базовые соединители, например, в отношении жесткости, прочности и т. д.,
но в крайне предпочтительном варианте исполнения жесткость при натяжении
дополнительного соединителя ниже, чем жесткость базовых соединителей. Это
позволяет дополнительному соединителю деформироваться в ответ на повышенное
натяжение соединителей во время скручивания и/или поворота шарнира. Более
предпочтительно, жесткость дополнительного соединителя составляет менее 50%
жесткости базовых соединителей. Уменьшенная жесткость может быть, например,
реализована путем использования другого типа пряжи или другого титра той же
пряжи. В качестве альтернативы дополнительный соединитель может быть изготовлен
из другого типа материала, например, эластомера, такого как резина или металл.
В этом варианте исполнения дополнительный соединитель представляет собой не
пряжу, а балку или пружину. Базовые соединители предпочтительно простираются в
направлении, которое ограничивает движение между первым и вторым жесткими
телами, когда первое и второе жесткие тела толкаются друг к другу. Углы между
базовыми соединителями предпочтительно, по существу, равны в ненагруженном
состоянии. Например, в случаях, когда количество базовых соединителей равно
трем, предпочтительно, чтобы треугольник, определяемый точками соединения
базовых соединителей, по существу, был правильным треугольником. В случаях,
когда число базовых соединителей равно четырем, предпочтительно
четырехугольник, определяемый точками соединения базовых соединителей, по
существу является квадратом.
Предпочтительно,
чтобы углы между любыми двумя базовыми соединителями и дополнительным
соединителем были, по существу, равны в ненагруженном состоянии. Это означает,
что угол между нитями находится в диапазоне от примерно 100° до примерно 120°,
и предпочтительно около 109,5° в случае, когда число базовых соединителей равно
трем.
Пряжа
базовых соединителей и необязательный дополнительный соединитель могут быть
прикреплены к первому и второму жесткому телу различными способами. Например,
жесткое тело может быть снабжено отверстием, через которое проникает пряжа, и
узел завязывается для предотвращения удаления пряжи из жесткого тела. Например,
делая узел больше диаметра отверстия после того, как пряжа проникла через
отверстие, предотвращается удаление пряжи из жесткого тела с отверстием. В одном
варианте осуществления первое жесткое тело является полым. Нити проникают через
отверстие или отверстия, предусмотренные в первом жестком теле, и узел
завязывается внутри полого тела. Узел может быть выполнен из одной пряжи или
нескольких пряж. В другом варианте исполнения первое жесткое тело содержит
выступ, вокруг которого образован узел. В другом варианте исполнения первое
жесткое тело содержит кольцо на концевой части, обращенной ко второму жесткому
телу, и пряжи намотаны вокруг кольца. В другом варианте исполнения два или
более базовых соединителя и необязательный дополнительный соединитель могут
быть образованы одной пряжей, проходящей, например, от точки соединения на
втором жестком теле через первое жесткое тело и к той же или другой точке
соединения на втором жестком теле. Это исполнение является весьма выгодным,
поскольку количество фиксаций пряжи ограничено. Настоящее изобретение также
относится к медицинскому устройству, включающему шарнир согласно настоящему
изобретению. Медицинское устройство может быть медицинским инструментом или
медицинским имплантатом. Предпочтительно, пряжи в соединительном элементе в
основном состоят из волокон HPPE.
Предпочтительно,
чтобы первое и второе жесткие тела в основном состояли из биосовместимых
материалов, таких как хирургическая нержавеющая сталь или титановый сплав, или
полимер, предпочтительно полиолефин, более предпочтительно полиэтилен, наиболее
предпочтительно UHMWPE.
Настоящее
изобретение также относится к искусственному суставу, включающему шарнир
согласно настоящему изобретению.
Настоящее
изобретение также относится к искусственному тазобедренному суставу,
включающему шарнир согласно настоящему изобретению. Искусственный тазобедренный
сустав включает часть головки бедренной кости и часть вертлужной впадины. Часть
головки бедренной кости включает первое жесткое тело, а часть вертлужной
впадины включает второе жесткое тело. Благодаря наличию элемента соединения,
включающего по меньшей мере четыре пряжи, часть головки бедренной кости
соединена с частью вертлужной впадины, но никогда не контактирует с ней.
Проблема ослабления полимерных частиц в теле за счет истирания между головкой
бедренной кости и вертлужной впадиной не возникает.
Аналогичным
образом настоящее изобретение также относится к искусственному плечевому
суставу, включающему шарнир согласно настоящему изобретению. Искусственный
плечевой сустав включает головку плечевой кости и гленоидную часть. Головка
плечевой кости включает первое жесткое тело, а гленоидная часть включает второе
жесткое тело.
Другой
аспект изобретения касается устройства, включающего шарнир согласно первому
аспекту изобретения. Например, шарнир, согласно настоящему изобретению, может
использоваться для различных механических применений, включающих многократное
сгибание. Здесь отсутствие скользящих частей приводит к очень плавному
скручивающему или изгибающему движению соединенных частей практически без
изменения характера движения с течением времени, как это обычно наблюдается в
обычных шарнирах, когда трение постепенно изнашивает скользящие поверхности
соединенных частей. Замена шарикоподшипников для применений с меньшими
чередующимися вращениями вперед и назад является еще одним основным применением
этого изобретения. Например, роботизированная рука, включающая шарнир согласно
настоящему изобретению, особенно выгодна, а также ее можно применять в дверях и
приводах.
Шарнир,
согласно настоящему изобретению, также может быть чрезвычайно большого размера.
Одним из таких примеров является плотина, например, плотина в Нидерландах под
названием «Maaslandkering». В Maaslandkering ворота открываются и закрываются
скользящим движением двух стен, а скользящее движение регулируется очень
большим шарикоподшипником. Этот шарикоподшипник может быть заменен шарниром
согласно настоящему изобретению, особенно когда используются нити UHMWPE с
титром в степени тысяч.
Изобретение
далее дополнительно проиллюстрировано со ссылкой на прилагаемый чертеж, на
котором:
Фиг. 1
представляет собой схематический перспективный вид варианта реализации шарнира
согласно настоящему изобретению.
Отмечено,
что для соответствующих элементов в вариантах реализации использовались те же
самые ссылочные номера.
Ссылаясь
на фиг. 1, показан перспективный вид варианта реализации шарнира 100 согласно
настоящему изобретению. Шарнир 100 содержит первое жесткое тело 10 и второе
жесткое тело 20. Здесь первое жесткое тело 10 имеет форму стержня, имеющего
зацепляющую часть на концевой части, обращенной ко второму жесткому телу 20, но
другие формы первого жесткого элемента, такие как, например, (частичная) шарообразная
форма, конусообразная форма или неправильная форма, также возможны без
отступления от изобретения. Второе жесткое тело 20 имеет полусферическую форму,
но другие формы второго жесткого элемента также возможны без отступления от
изобретения. Здесь первое жесткое тело 10 простирается внутри пространства,
окруженного вогнутой поверхностью второго жесткого тела 20. Четыре нити 31, 32,
33, 34, совместно именуемые как соединительный элемент 30, соединяют первое и
второе жесткое тело 10 и 20. Базовые соединительные нити 32, 33 и 34 каждая
простирается от зацепляющей части до точек соединения 22, 23, 24 второго
жесткого тела 20. Дополнительная соединительная нить 31 (которая не является
существенной особенностью изобретения, но включена в этот весьма предпочтительный
вариант) простирается от зацепляющей части первого жесткого тела 10 до
дополнительной точки соединения 21 второго жесткого тела 20 в общем том же
направлении, что и ось стержня. Это позволяет предпочесть балансировку
задействованных сил, но размещение дальнейшей точки соединения вдали от в целом
того же направления, что и ось стержня, также возможно. В некоторых случаях -
например, когда шарнир не используется в существенно вертикальном расположении
- размещение дальнейшей точки соединения 21 вдали от в целом того же
направления, что и ось стержня, может быть весьма выгодным. Зацепляющая часть
не показана на рисунке 1, но она может быть, например, сформирована как петля,
к которой присоединены нити 31, 32, 33, 34, или как отверстие, если первое
жесткое тело полое. Точки соединения 22, 23, 24 и дополнительная точка
соединения 21 определяют тетраэдр. При большем количестве базовых соединителей
будут определены более высокие многогранники. Угол между нитями составляет
около 109,5 градусов. Зацепляющая часть первого жесткого тела 10, как правило,
находится в центре этого тетраэдра. Толкание первого жесткого тела 10 в
вогнутую поверхность второго жесткого тела 20 не встречает сопротивления со
стороны дополнительной соединительной нити 31, но останавливается совместным
эффектом базовых соединительных нитей 32, 33, 34, толкающих зацепляющую часть в
противоположном направлении. Оттягивание первого жесткого тела 10 от второго
жесткого тела 20 встречает сопротивление со стороны дополнительной
соединительной пряжи 31, оттягивающей зацепляющую часть в противоположном
направлении. Однако, если оттягивание первого жесткого тела 10 от второго
жесткого тела 20 не предусмотрено приложением, то дополнительный соединитель не
требуется и может быть опущен. Поворот первого жесткого тела 10 вокруг своей
оси относительно второго жесткого тела 20 допускается в определенной степени,
главным образом, благодаря наличию базовых соединительных пряж 32,33,34.
Следует
понимать, что возможны различные модификации этого варианта реализации. В
частности, соединение пряж с первым жестким телом может быть выполнено многими
различными способами. Различные соединения могут быть выполнены, пока пряжи
зацепляются с зацепляющей частью таким образом, что движение ограничено в пределах
фиксированного телесного угла, когда сила приложена к первому и второму
жесткому телу. Например, пряжи могут проникать в первое жесткое тело в форме
полого стержня и выходить через отверстия на его боковой стенке. Узел,
образованный снаружи боковой стенки, прикрепляет нити к первому жесткому телу.
В
качестве альтернативы, конец первого жесткого тела, обращенный к вогнутой
поверхности второго жесткого тела, может быть стенкой, снабженной отверстием, а
первое жесткое тело снова полое. Нити проникают через отверстие в первое
жесткое тело. Узел образован внутри первого жесткого тела из нитей. Узел имеет
больший размер, чем диаметр отверстия, так что нити 31, 32, 33, 34 прикреплены
к первому жесткому телу. Движение первого жесткого тела относительно второго
жесткого тела доминирует за счет нитей, зацепляющихся с ободом отверстия,
который считается зацепляющей частью первого жесткого тела в этом варианте
осуществления. В другом варианте первое жесткое тело может быть сформировано
как стержень, снабженный канавкой на его боковой стенке. Нити могут быть
намотаны вокруг канавки для фиксации на ней. Канавка служит зацепляющей частью
в этом случае.
Претензии:
1.
Шарнир, включающий первое жесткое тело (10), второе жесткое тело (20) и
соединительный элемент (30), соединенный с первым жестким телом и вторым
жестким телом, соединительный элемент включает по меньшей мере три базовых
соединителя (32,33,34), каждый базовый соединитель соединен со вторым жестким
телом (20) в соответствующей точке соединения (22,23,24) и входит в зацепление
с зацепляющей частью первого жесткого тела (10), причем базовые соединители
(32,33,34) представляют собой пряжу из волокон, и по меньшей мере часть волокон
представляют собой синтетические органические волокна.
2.
Шарнир по п. 1, в котором по меньшей мере три базовых соединителя каждый
содержит волокна HPPE, предпочтительно волокна базовых соединителей в основном
состоят из волокон HPPE.
3.
Шарнир по п. 1 или 2, дополнительно содержащий дополнительный соединитель (31),
соединенный со вторым жестким телом (20) в дополнительной точке соединения (21)
и взаимодействующий с зацепляющей частью первого жесткого тела (10), причем
точки соединения (22,23,24) и дополнительная точка соединения (21) определяют
многогранник, внутри которого расположена зацепляющая часть первого жесткого
тела.
4.
Шарнир по п. 3, в котором жесткость дополнительного соединителя (31) ниже
жесткости базовых соединителей (32,33,34), предпочтительно жесткость
дополнительного соединителя (31) составляет менее 50% жесткости базовых
соединителей (32,33,34).
5.
Шарнир по любому из п. 1-4, в котором первое и/или второе жесткие тела содержат
металл или композитный материал.
6.
Шарнир по любому из пунктов 1-5, в котором второе жесткое тело
(20)
имеет в целом полусферическую форму.
7.
Шарнир по любому из пунктов 1-6, в котором первое жесткое тело содержит
стержнеобразную часть, которая включает в себя зацепляющую часть первого тела
(10).
8.
Шарнир по пункту 7, в котором дополнительный соединитель (31) простирается от
зацепляющей части первого жесткого тела (10) до дополнительной точки соединения
(21) во втором жестком теле (20) в целом в направлении оси стержнеобразной
части в ненагруженном состоянии.
9.
Шарнир по любому из пунктов 1-8, в котором углы между двумя базовыми
соединителями, выбранными из группы, состоящей по меньшей мере из трех базовых
соединителей (32,33,34), по существу, равны в ненагруженном состоянии.
10.
Шарнир по любому из пунктов 1-9, в котором углы между одним из базовых
соединителей (32,33,34) и дополнительным соединителем (31), по существу, равны
для всех базовых соединителей (32,33,34) в ненагруженном состоянии.
11.
Шарнир по любому из пунктов 1-10, в котором первое жесткое тело (10) содержит
удлиненную часть, включающую зацепляющую часть, второе жесткое тело (20) имеет
в целом форму полусферы, а соединительный элемент (30) состоит из трех базовых
соединителей (32,33,34) и одного дополнительного соединителя (31), и в котором
угол между любыми двумя соединителями, выбранными из четырех соединителей
(31,32,33,34) соединительного элемента (30), находится в диапазоне от 100° до
120° в ненагруженном состоянии и предпочтительно около 109,5° в ненагруженном
состоянии.
12.
Аппарат, включающий шарнир по любому из пунктов 1-11.
13.
Медицинское устройство, включающее шарнир по любому из пунктов 1-11.
14.
Искусственный тазобедренный сустав, включающий шарнир по любому из пунктов 1-11,
включающий часть головки бедренной кости, включающую первое жесткое тело (10),
и часть вертлужной впадины, включающую второе жесткое тело (20).
15. Искусственный плечевой сустав, включающий шарнир по любому из пунктов 1-11, включающий часть головки плечевой кости, включающую первое жесткое тело (10), и часть гленоида, включающую второе жесткое тело (20).
Внешние ссылки
Marissen R. Hinge structure. WO2010146039A1 June 15,
2010. 2010. patents.google
Публикации изобретения
EP2443354 (A1)
JP2012529920 (A)
US2012150306 (A1)
WO2010146039 (A1)
Авторы
и принадлежность
Roelof Marissen (Рулоф Мариссен) – Koningstraat
55, NL-6121 HS Born (NL).
Ключевые слова
ligamentum capitis femoris, ligamentum teres, связка головки бедра, эндопротез, протез, изобретение, двухполюсной, тотальный
NB! Добросовестная практика использования: копирование для целей критики, обзора, комментариев, исследований и частного изучения в соответствии с Законами об авторском праве: Copyright Laws of the US: 17 U.S.C. §107; Copyright Law of the EU: Dir. 2001/29/EC, art.5/3a,d; Copyright Law of the RU: ГК РФ ст.1274/1.1-2,7.