Результат интеллектуальной деятельности: ИНТРАМЕДУЛЛЯРНЫЙ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЙ ШТИФТ

Предложенное устройство относится к медицине и может быть использовано в качестве интрамедуллярного телескопического штифта, применяемого для остеосинтеза и для транспорта кости.

Известно устройство для фиксации костных фрагментов, которое содержит телескопический цилиндр и установленный в нем шток, которые взаимодействуют через выступ и паз, храповый механизм, имеющий торцевое зацепление храповых зубцов, ходовой винт, встроенный внутрь цилиндра, и раздвижной шток с шаром, установленным в корпусе храпового механизма. Цилиндр и шток блокируются к кости после остеотомии средством для блокировки (см. а.с. SU №707580, 1977 г.).

Однако крепление цилиндра к проксимальному отломку в этом устройстве выполняется за счет выдвижения изогнутых пластин за боковую поверхность цилиндра. Это ведет к пониженной прочности фиксации и при случайных движениях конечности может произойти самопроизвольное кручение ходового винта, приводящее к незапланированным удлинениям бедра. В связи с этим, в послеоперационном периоде больной нуждается в деротационной шине, что ведет к отсрочке осевых поворотов конечности и сгибаний в тазобедренном суставе. Это замедляет процессы костной регенерации и ведет к существенному увеличению сроков лечения.

Известны а. с SU 1009444, 1981 г., а.с. SU 1057024, 1971 г, а.с SU 1648426, 1989 г. (автор Блискунов). Во всех этих устройствах храповый механизм выполняет роль шагового привода, а исполнительным механизмом служит ходовой винт, установленный в цилиндре. Эти устройства чрезвычайно сложны и их использование связано с повышенными трудностями при установке и удалении, что ограничивает их применения.

Наиболее близким аналогом выбран интрамедуллярный телескопический штифт, содержащий полый цилиндр и размещенные в нем выдвижной шток и храповые механизмы с торцевым зацеплением храповых зубцов, причем цилиндр и шток выполнены с блокировочными отверстиями для блокировки цилиндра и штока соответственно к проксимальному и дистальному фрагментам после остеотомии кости (см. пат RU 2334484, опубл. 2008 г).

Это устройство, как и указанные ранее, не технологично, громоздко, имеет значительную массу и усложненную конструкцию, что неудобно как для пациентов, так и для врачей, из-за сложной установки и удаления телескопического штифта из костномозгового канала. Кроме того, для вскрытия костномозгового канала на большом вертеле приходится выполнять разрез длиной 15 см, а под крылом подвздошной кости - разрез длиной 4 см, что ведет к повышенной травме мягких тканей. При этом в устройстве используют сложнейший храповый механизм, включающий ведущее, ведомое и стопорное храповые звенья, который выполняет при этом лишь роль привода шаговых перемещений. Исполнительным звеном в этом устройстве, как и в указанных выше аналогах, служит ходовой винт, приводимый в движение ведомой храповой передачей. Для этого последняя выполнена с фигурным отверстием некруглого сечения, в котором для передачи движения установлен хвостовик ходового винта, имеющий аналогичное сечение. Наличие люфтов в кинематических звеньях устройства существенно снижает как точность передачи усилия на ходовой винт, так и точность и быстродействие шаговых движений ходового винта относительно цилиндра. Это ведет к неадекватности формирования костного регенерата и может привести, например, к значительной убыли костного вещества, а при индивидуальных особенностях организма больных может произойти практически полное рассасывание трансплантата и потеря достигнутого положения дистального фрагмента. При этом может увеличиться время упрочнения регенерата до плотности кости. Кроме того, малая толщина стенки наружного цилиндра устройства требует усиления, что ведет к дополнительному усложнению конструкции устройства и к снижению его надежности. Отсутствие ограничителя осевых перемещений составного штока и визуальный контроль за ростом кости приводит к деформации фрагментов и дополнительно увеличивает сроки лечения и снижает эффективность лечения.

Задачей предложенного технического решения является обеспечение перемещения выдвижного штока относительно цилиндра точно на заданную величину для создания улучшенных функциональных и анатомических условий, требуемых для перестройки костного регенерата, образующегося между фрагментами оперируемой кости после остеотомии, повышение точности транспорта регенерата в соответствии с запланированной величиной, сокращение времени упрочнения регенерата до плотности кости и сокращение сроков консолидации фрагментов, с одновременным снижением травмы мягких тканей и уменьшением потерь костных тканей, и при одновременном повышении технологичности: упрощении устройства, уменьшении его габаритов и массы, повышении надежности работы, упрощении сборки и демонтажа устройства, создании оптимальных условий для пациентов и врачей при установке устройства в костномозговой канал и удалении его, а также уменьшение времени выполнения операции и сокращение сроков лечения.

Для решения поставленных задач в предложенном интрамедуллярном телескопическом штифте, содержащем полый цилиндр и размещенные в нем выдвижной шток и храповые механизмы с торцевым зацеплением храповых зубцов, при этом цилиндр и шток выполнены с блокировочными отверстиями для блокировки цилиндра и штока соответственно к проксимальному и дистальному фрагментам после остеотомии кости, согласно изобретению, полый цилиндр выполнен с внутренней резьбой и с продольным прямоугольным пазом, который расположен вдоль оси цилиндра, а выдвижной шток образован резьбовой втулкой, стержнем-дистрактором и стопорной втулкой, при этом торцы резьбовой втулки выполнены с противоположно направленными храповыми зубцами и взаимосвязаны с храповыми зубцами стержня-дистрактора и стопорной втулки с образованием соответственно управляющего и стопорного храповых механизмов, причем стержень-дистрактор, резьбовая и стопорная втулки скреплены крепежным болтом, который подпружинен через стопорную и резьбовую втулки относительно стержня-дистрактора, пропущен через отверстия стопорной и резьбовой втулок и закреплен в глухом отверстии, выполненном в стержне-дистракторе, а резьбовая втулка храповых механизмов связана с полостью цилиндра резьбовым соединением для однонаправленных перемещений выдвижного штока относительно цилиндра, при этом на стопорной втулке перпендикулярно оси выполнен прямоугольный выступ, который расположен в прямоугольном пазу цилиндра с возможностью продольных движений, и имеет ширину, равную ширине паза для исключения поворотных движений, а стержень-дистрактор выполнен с пятигранным выступом, который расположен в пазу цилиндра с возможностью поперечных движений и образует с пазом задатчик угла поворота, причем пятигранный выступ выполнен с четырьмя боковыми гранями, две из которых, параллельные грани, расположены поперек паза и имеют форму равновеликих равнобедренных трапеций, а две другие, наклонные боковые грани, образуют с боковой гранью паза угол, равный углу сектора храповых механизмов, в котором расположен каждый зубец, причем толщина стенки корпуса цилиндра составляет 1/3 от наружного диаметра цилиндра. Кроме того, согласно изобретению, телескопический штифт снабжен ограничителем продольных перемещений, который выполнен в виде втулки с кольцевым ограничителем, при этом втулка установлена на резьбе в полости цилиндра, а кольцевой ограничитель втулки расположен со стороны стержня-дистрактора для упора грани в форме трапеции пятигранного выступа в кольцевой ограничитель при достижении выдвижным штоком конечного положения.

Технический результат предложенного технического решения состоит в простоте устройства для преобразования угловых поворотно-возвратных движений конечности в шаговое поступательное перемещение выдвижного штока относительно цилиндра, в обеспечении высокой точности запланированного транспорта регенерата, в улучшении условий образования и перестройки костного регенерата и в сокращении времени упрочнения регенерата до плотности кости, в снижении травмы мягких тканей и в уменьшении потерь костной ткани, с одновременным повышением технологичности устройства: уменьшением его габаритов и массы и сокращением времени сборки и демонтажа, в создании оптимальных условий для пациентов и врачей для установки и удаления устройства из костномозгового канала, и при одновременном обеспечении высокой надежности работы устройства и сокращении сроков лечения пациентов.

На фиг.1 представлен общий вид предложенного интрамедуллярного телескопического штифта.

На фиг.2 представлена конструкция резьбовой втулки в разрезе.

На фиг.3 представлено сечение штифта по А-А.

На фиг.4 приведено сечение штифта по Б-Б.

На фиг.5 приведено сечение штифта по В-В.

На фиг.6 представлен участок резьбовой втулки.

Предложенный интрамедуллярный телескопический штифт содержит полый цилиндр 1, с внутренней резьбой 2. Вдоль оси в цилиндре 1 выполнен продольный прямоугольный паз 3, имеющий боковые грани 4. Выдвижной шток 5 размещен в цилиндре 1 и состоит из последовательно, соосно установленных стержня-дистрактора 6 (выполненного с глухим резьбовым отверстием 7), резьбовой и стопорной втулок 8, 9, которые скреплены крепежным болтом 10. Крепежный болт 10 подпружинен пружиной 11 через стопорную и резьбовую втулки 9, 8 относительно стержня-дистрактора 6, пропущен через отверстия 12, 13 стопорной и резьбовой втулок 9, 8 и ввинчен в глухое отверстие 7 стержня-дистрактора 6.

Стержень-дистрактор 6 и стопорная втулка 9 выполнены соответственно с торцевыми храповыми зубцами 14, 15, обращенными к соответствующим храповым зубцам резьбовой втулки 8. На противоположных торцах резьбовой втулки выполнены противоположно направленные храповые зубцы 16, 17. Торцевые храповые зубцы 16, 17 резьбовой втулки 8 образуют с торцевыми храповыми зубцами 14, 15 стержня-дистрактора 6 и стопорной втулки 9 соответственно управляющий и стопорный храповые механизмы 18, 19.

Резьбовая втулка 8 установлена на резьбе в полости цилиндра 1, что, при ее вращении, обеспечивает выдвижение штока 5 относительно цилиндра. Стопорная втулка 9 выполнена, с расположенным перпендикулярно оси прямоугольным выступом 20, который размещен в прямоугольном пазу 3 цилиндра 1 с возможностью движений вдоль паза и имеет ширину, равную ширине паза 3. Стержень-дистрактор 6 выполнен с пятигранным выступом 21, который ограничен четырьмя боковыми гранями, две из которых, параллельные грани 21′, выполнены в форме равновеликих равнобедренных трапеций и расположены поперек паза, перпендикулярно оси стержня-дистрактора, а две другие, связующие боковые грани 21′′, выполнены наклонными. Пятигранный выступ имеет возможность движений поперек паза и образует с пазом задатчик 22 угла поворота. Боковая грань 21′′ выступа 21 наклонена относительно боковой грани 4 прямоугольного паза 3 под углом а, равным углу сектора храповых механизмов (см. фиг.3, фиг.6), в котором расположен каждый зубец.

Ограничитель 23 продольных перемещений выполнен в виде втулки 24 и кольцевого ограничителя 25. Втулка 24 ограничителя 23 установлена на резьбе в полости цилиндра 1 со стороны стержня-дистрактора, что предназначено для упора грани 21′ в форме трапеции пятигранного выступа 21 стержня-дистрактора в кольцевой ограничитель 25 втулки 24 при достижении штоком 5 заданного конечного положения. Толщина «h» стенки корпуса цилиндра составляет 1/3 от наружного диаметра D цилиндра. После остеотомии цилиндр и выдвижной шток блокируют к проксимальному и дистальному фрагментам кости, для чего служат блокировочные отверстия 27, 26,

Устройство используется следующим образом.

Во время операции, например, бедренной кости, при вскрытии костномозгового канала, над верхушкой большого вертела со стороны вертельной ямки выполняют разрез 3-5 см, который, по сравнению с аналогами, уменьшен в 3-4 раза, что позволяет существенно снизить травму мягких тканей. В костномозговой канал под контролем ЭОП вводят направляющую спицу, по которой выполняют рассверливание канала до длины, соответствующей исходной длине телескопического штифта и равной 280 мм.

На кондукторе закрепляют технологический штифт, длина которого соответствует уровню выполнения остеотомии бедренной кости и равна 130 мм. На свободном конце технологического штифта закреплено поворотное Т-образное приспособление (не показано), выполненное с симметричными отверстиями, которые служат для сверления сплошного ряда поперечных отверстий для выполнения остеотомии кости.

Затем кондуктор скрепляют с интрамедуллярным телескопическим штифтом и последний вводят в подготовленный костномозговой канал. Цилиндр 1 и выдвижной шток 5 штифта соответственно блокируют к проксимальному и дистальному фрагментам кости блокирующими винтами (не показаны), которые под контролем ЭОП проводят соответственно через блокировочные отверстия 27, 26. Рану ушивают. Через 3 дня больному предлагают выполнять поворотно-возвратные движения оперируемой конечности относительно анатомической оси. Контроль проводят фонендоскопом. Один раз в две недели выполняют рентген конечности.

При рабочем повороте относительно анатомической оси вместе с конечностью поворачивается стержень-дистрактор 6 с закрепленным на нем пятигранным выступом 21 задатчика 22 угла поворота. При этом выступ 21 перемещается в прямоугольном пазу 3 (поперек паза) цилиндра 1 до упора, ограничивая при этом поворот стержня-дистрактора. Этим достигается повышение точности поворота стержня-дистрактора. При этом храповые зубцы 14 стержня-дистрактора 6, упираясь в зубцы 16 резьбовой втулки 8 управляющего храпового механизма 18, поворачивают резьбовую втулку 8 в ту же сторону точно на один зубец, что достигается равенством углов α, один из которых образован наклонной боковой гранью 21′′ пятигранного выступа 21 и боковой гранью 4 прямоугольного паза 3, а другой, равный ему, угол образован сектором храповых механизмов, в котором расположен каждый зубец (в данное случае сектором резьбовой втулки(см. фиг.3, фиг.6).

На другом торце резьбовой втулки 8 выполнены противоположно направленные храповые зубцы 17, которые, при повороте втулки 8, взаимодействуя с зубцами стопорной втулки 9, одновременно устанавливают стопорную втулку 9 в застопоренное положение. Таким образом выдвижной шток 5 образован жестко связанными между собой звеньями: стержнем-дистрактором, резьбовой 8 и стопорной 9 втулками. Поворот резьбовой втулки 8 (выдвижного штока) совмещен с ее перемещением по резьбе 2 во внутренней полости цилиндра 1.

Прямоугольный выступ 20 стопорной втулки 9 расположен в продольном пазу 4 цилиндра 1 и имеет ширину паза. Поэтому стопорная втулка 9 перемещается в пазу цилиндра только в осевом направлении, а выдвижной шток 5 при этом совершает однонаправленное осевое движение относительно цилиндра точно на один шаг.

При возврате в исходное положение (при холостом ходе) стержень-дистрактор 6 через резьбовую и стопорную втулки 8, 9 отжимает пружину 11 относительно крепежного болта 10, за счет чего зубцы 14, 15 соответственно стержня-дистрактора 6 и стопорной втулки 9, проскальзывая по очередному зубцу резьбовой втулки 8, устанавливаются в исходное относительно резьбовой втулки положение для совершения очередного шага. Пятигранный выступ 21 стержня-дистрактора перемещается поперек паза 3 до упора, устанавливая задатчик 22 угла в исходное положение. Пружина 11 одновременно служит демпфером и гасит колебания, возникающие при случайных осевых движениях конечности и компрессионных усилиях, что исключает деформацию костного регенерата и уменьшает потери костной ткани.

Во время холостого хода возврат резьбовой втулки 8 в обратную сторону исключен, и выдвижной шток 5 удерживается в достигнутом, выдвинутом относительно цилиндра на один шаг, положении.

Следующий поворот-возврат конечности происходит аналогично, и выдвижной шток 5 перемещается относительно цилиндра еще на один шаг. При последовательных поворотах-возвратах конечности относительно анатомической оси происходят однонаправленные шаговые перемещения выдвижного штока.

В результате проведения многочисленных экспериментов, были подобраны параметры устройства, необходимые для адекватной анатомической перестройки и транспорта костного регенерата. В процессе экспериментов подобран угол α расположения боковой грани 21′′ пятигранного выступа 21 относительно боковой грани 4 паза 3 (см. фиг.3, фиг.6), и, равный ему, угол сектора, в котором расположен каждый из зубцов храповых механизмов 18, 19. Этот угол равен 15°. При рабочем повороте стержень-дистрактор 6 поворачивается точно на угол 15°, и поворот резьбовой втулки 8 происходит точно на один зубец. Экспериментами установлено, что при этом выполняется осевое выдвижение штока относительно цилиндра 5, на один шаг, который равен 0,04 мм. При совершении 25 поворотно-возвратных движений стержня-дистрактора происходит удлинение конечности точно на 1 мм. Подбор указанных параметров позволяет исключить деформацию регенерата, увеличить сохранность костной ткани, уменьшить травму мягких тканей, чем сокращают сроки лечения и повышают его эффективность.

Выдвижной шток 5 при этом может совершать шаговые перемещения относительно цилиндра с блокировкой движений выдвижного штока после достижения заданного положения. В конечном положении выдвижного штока 5 пятигранный выступ 21 стержня-дистрактора, упрется своей гранью 21′ в кольцевой ограничитель 25, что остановит перемещение штока. Это позволяет сохранить достигнутое положение дистального фрагмента, исключить деформацию костного регенерата, сократить потери костного вещества и уменьшить травму мягких тканей, что сокращает сроки лечения. Толщина стенки корпуса цилиндра h составляет 1/3 от наружного диаметра цилиндра, что повышает надежность работы устройства и надежность остеосинтеза.

Технико-экономический эффект предложенного устройства состоит в создании функциональных и анатомических условий для перестройки и транспорта костного регенерата, в обеспечении работы выдвижного штока относительно цилиндра точно по запланированным параметрам, в повышении точности контроля за удлинением конечности до запланированной величины, в снижении травмы мягких тканей и уменьшении потерь костных тканей, а также в повышении технологичности: упрощении устройства, уменьшении его габаритов и массы, в создании оптимальных условий для пациента и врачей при установке и удаления устройства из костномозгового канала, в повышении надежности работы и надежности остеосинтеза.