Способ повышения жесткости фиксации узлов соединения в аппаратах чрескостного остеосинтеза и узел соединения

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии и предназначено для лечения переломов при помощи аппаратных конструкций чрескостного остеосинтеза.

В практике лечения переломов костей распространение получил метод внешнего чрескостного остеосинтеза, который реализуется с помощью аппаратов внешней фиксации костных отломков в заданном взаимном положении. Эффективность применения таких аппаратов в немалой степени определяется элементами соединения наружных опор с погружными элементами, т.е. соединяющими узлами. Фиксация костных отломков должна быть несложной, малотравматичной и рациональной по продолжительности. Соединяющие узлы аппарата должны обеспечивать жесткое соединение погружных чрескостных элементов с несущей опорой внешней конструкции.

Известен компрессионно-дистракционный аппарат [1], который содержит связанные дистракционными стержнями опоры в виде колец с отверстиями и устанавливаемые на них спицедержатели со спицами. К недостаткам известной конструкции следует отнести сложность наложения, которая требует особую квалификацию врача, а недостатком способа лечения является неудовлетворительная эффективность лечения больных, вызванная недостаточной жесткостью остеосинтеза.

Известно Устройство для остеосинтеза (Пат. 2283630, РФ, МПК А61В 17/68, 2001 г.), которое используют в комбинации с наружными фиксаторами и межпозвоночными имплантатами. Устройство состоит из костной пластины со сквозным отверстием для втулки, которая имеет центральный канал для введения костного винта. Сквозное отверстие имеет многоугольную, предпочтительно шестиугольную форму, а центральный канал имеет форму конуса с внутренней винтовой резьбой. Задача улучшения сцепления между втулкой и костной пластиной решена с помощью пескоструйной обработки поверхности втулки и сквозного отверстия, которые выполнены шероховатыми. Устройство эффективно для решения задачи фиксации костных винтов в устойчивом состоянии под углом относительно костной пластины. Недостатком является технологическая сложность изготовления элементов устройства.

Наиболее близким по техническому решению является Способ повышения устойчивости штифта при восстановлении коронки зуба (пат. 2397733, РФ, МПК А61С 13/23, 2006 г.), который используется в стоматологии для восстановления полностью разрушенных коронок зубов. Способ включает обработку корневой части штифта коронки зуба пескоструйным устройством в течение десяти секунд при величине частиц 100-120 мкм. Пескоструйной обработкой создают эффективную адгезионную поверхность в виде образовавшейся шероховатости и достигают надежной фиксации штифта в корневом канале зуба. Недостатком известного способа является то, что технология разработана для решения задач стоматологии.

Наиболее близким к заявляемому узлу соединения является соединительный узел, представленный в Комбинированном аппарате чрескостной фиксации стержневого типа для лечения переломов костей (Пат. 255123, РФ, МПК А61В 17/66, 2014 г.), который позволяет фиксировать сустав и два смежных сегмента. Соединительный узел состоит из резьбового стержня аппарата чрескостной фиксации и плоского ползуна, используемого в качестве соединительного блока, на котором выполнены два взаимно перпендикулярных сквозных отверстия на некотором расстоянии относительно друг друга. Ползун устанавливают на резьбовой стержень и фиксируют гайкой. Диаметры отверстий в ползунах выполнены в соответствии с диаметрами резьбовых стержней и диаметром чрескостных элементов. Диаметры используемых резьбовых стержней находятся, в диапазоне 6-12 мм. К недостаткам узла соединения следует отнести недостаточную жесткость фиксации отломков костей, избыточные размеры соединительного блока (ползуна) и его недостаточную функциональность.

Задачей изобретения является разработка технологии повышения жесткости фиксации узлов соединения в аппаратах чрескостного остеосинтеза в целом, образование шарнирных узлов соединения, обеспечивающих жесткую фиксацию чрескостных элементов конструкции и обеспечение жесткой посадки стержней и спиц в кость.

Технический результат от реализации изобретения состоит в снижении трудоемкости остеосинтеза, снижении травматичности вследствие увеличения стабильности соединений, достижение условий, достаточных для раннего восстановления функции поврежденной конечности. К техническому результату следует отнести то, что способ обеспечивает возможность уменьшения веса конструкций за счет использования деталей меньшего размера. Кроме того, пескоструйная обработка спиц и стержней способствует дополнительной остеоинтеграции временных имплантатов, установленных в кость.

Поставленная задача достигается следующим образом. Способ повышения жесткости фиксации узлов соединения в аппаратах чрескостного остеосинтеза предусматривает обработку поверхностей пескоструйным устройством с применением абразива для образования шероховатой поверхности. При этом обрабатывают белым электрокорундом марки 25А кольца, полукольца, радиусные и прямые пластины, спицы и стержни, пальчиковые спицефиксаторы и соединительные моноблоки, шайбы, а также резьбы болтов и гаек. Спицы и стержни, а также резьбы болтов и гаек обрабатывают абразивом зернистостью F150, а остальные детали аппаратных конструкций обрабатывают в два этапа: I - грубая обработка поверхностей деталей белым электрокорундом марки 25А зернистостью F22; II - обработка белым электрокорундом марки 25А зернистостью F54. Кроме того, детали аппаратной конструкции соединяют через шайбу профильную, у которой два диаметрально противоположных конца находятся в разных плоскостях.

Для осуществления поставленной задачи разработан узел соединения для применения в аппаратах чрескостного остеосинтеза, который содержит резьбовые стержни аппарата чрескостной фиксации и соединительный блок с двумя взаимно перпендикулярными сквозными отверстиями, выполненными на расстоянии относительно друг друга, причем из пары отверстий одно выполнено резьбовым. В узле соединения два четырехгранных блока соединяют, проложив между ними шайбу профильную, у которой два диаметрально противоположных конца находятся в разных плоскостях.

Заявленный технический результат достигается следующим.

Изменение геометрии поверхности металлических деталей и создание микронеровностей после пескоструйной обработки улучшает сцепление деталей аппаратных конструкций и повышает жесткость их фиксации.

Пескоструйная обработка белым электрокорундом марки 25А с малыми значениями зернистости абразива позволяет создать шероховатую поверхность на резьбовых участках без разрушения резьбы. Пескоструйная обработка белым электрокорундом марки 25А с разными значениями зернистости абразива обеспечивает создание «грубой» шероховатой поверхности, но более мелкие частицы абразива обеспечивают шероховатость в образовавшихся после первого этапа неровностях, и дополнительно создают в них профиль или насечку. Выбор типа абразива и размера зернистости выполнены автором экспериментально для достижения заявляемого результата.

Пескоструйная обработка поверхностей улучшает фиксационные свойства в резьбовых соединениях и является возобновляемой обработкой без применения дополнительных расходных материалов.

Соединение деталей аппаратной конструкции через шайбу профильную, у которой два диаметрально противоположных конца находятся в разных плоскостях, устраняет смещение и прокручивание шайбы при монтаже, увеличивает степень уплотнения соединения и повышает стабильность и жесткость фиксации соединительных узлов.

Применение соединительного узла позволяет снизить трудоемкость и длительность операции и повысить жесткость фиксации и стабилизации отломков.

Проведенные патентные исследования по подклассам МПК А61В 17/58, 5/11, 5/00, 5/02, 19/00, а также анализ научно-технических источников, относящихся к технологиям достижения жесткости фиксации костных отломков при чрескостном остеосинтезе, не выявили технических решений, идентичных к заявляемому изобретению, и это позволяет сделать вывод о новизне.

Осуществление существенных приемов предлагаемого способа и устройства обеспечивают достижение результата в решении поставленной задачи, а именно: создание условий для жесткой фиксации костных отломков и достижение стабильности аппаратной системы при лечении больных в условиях чрескостного остеосинтеза. Таким образом, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень. Предлагаемые способ и узел соединения являются применимыми в области практической медицины.

Способ повышения жесткости фиксации узлов соединения в аппаратах чрескостного остеосинтеза, включающем обработку поверхностей пескоструйным устройством, реализуется следующим образом. Пескоструйной обработке подвергают поверхности колец, полуколец, радиусные и прямые пластины, имеющие отверстия для монтажа деталей аппаратных конструкций внешнего остеосинтеза, спицы и стержни, пальчиковые спицефиксаторы и соединительные моноблоки, шайбы, а также резьбы болтов и гаек, других крепежных элементов. Для обработки применяют белый электрокорунд марки 25А [2]. Стержни и спицы, а также резьбы болтов и гаек обрабатывают белым электрокорундом марки 25А зернистостью F150 (размер частиц 0,063-0,150). Остальные металлические детали, применяемые в аппаратах внешней фиксации, обрабатывают в два этапа:

I - грубая обработка поверхностей деталей белым электрокорундом марки 25А зернистостью F22 (размер частиц 0.71-1.40 мм);

II - обработка белым электрокорундом марки 25А зернистостью F54 (размер частиц 0.2-0.5 мм), когда более мелкие частицы абразива придают шероховатость неровностях, в образовавшихся после первого этапа, и дополнительно создают в них профиль или насечку.

Пескоструйную воздушно-абразивную обработку для создания шероховатой поверхности осуществляют пескоструйным аппаратом в течение 10-30 секунд.

Заявляемое устройство поясняется иллюстрациями. На Фиг. 1 - узел соединения; Фиг. 2 - профильная шайба; Фиг. 3 - соединительный блок; Фиг. 4 - фрагмент конструкции.

Узел соединения в аппаратах чрескостного остеосинтеза (Фиг. 1) состоит из двух соединительных блоков 1 и шайбы профильной 2 (Фиг. 2), размещенной между блоками 1. Шайба профильная 2 уплотняет соединение благодаря тому, что два ее диаметрально противоположных конца находятся в разных плоскостях. Каждый блок 1 (Фиг. 3), состоит из корпуса в виде четырехгранной удлиненной призмы с осевым сквозным резьбовым отверстием 3. Перпендикулярно оси блока 1 выполнены сквозные отверстия 4, 5, разнесенные по длине блока, одно из которых резьбовое 4, а другое - безрезьбовое 5. В резьбовые отверстия блоков устанавливают стержни 6 (Фиг. 1) и фиксируют узел в заданном положении резьбовой шпилькой и гайкой 7. Все элементы узла соединения (блоки 1, шайба 2, крепежные детали) имеют шероховатую поверхность после пескоструйной обработки, поэтому, когда шайба профильная контактирует с поджимаемыми элементами, то ее форма в сочетании с шероховатыми поверхностями обеспечивают прочное сцепление при монтаже узла, устраняют скольжение, увеличивают жесткость и стабильность фиксации. На Фиг. 4 представлен пример конструкции, где в безрезьбовые отверстия блока устанавливают гладкие стержни аппаратной конструкции (Фиг. 4).

Экспериментальные исследования заявляемого способа и устройства проводили на 16 крупных собаках различных пород (весом более 25 кг), имевших спонтанные переломы костей дистальной части конечностей (кости предплечья и голени), а так же имевших вывихи локтевого и скакательного (заплюсневого) сустава. Применяемые в исследовании аппараты наружной фиксации (дуго-кольцевого типа) во всех случаях имели от 2-х до 6 шарнирных узлов, выполненных на базе предлагаемых узлов соединения, включавших по 2 соединительных блока, соединенных между собой через профильную шайбу, а так же имели конструктивный крепеж к кольцам и радиусным пластинам при помощи гаек и болтов. При монтаже аппаратов на кости использовали обработанные по предложенному способе стержни и спицы. Все животные прошли период восстановления (заживление переломов и стабилизацию суставов после вывихов) в неконтролируемых по нагрузкам условиях: без ограничения подвижности, начиная с первых часов после операции до момента демонтажа аппаратов. Критериями оценки сохраненной жесткости аппаратов считали отсутствие расшатывания в узлах крепления в аппаратных конструкциях. Критериями стабильности стержней и спиц считали их остаточный прочностной задел в кости после демонтажа конструкций. В результате, во всех соединительных узлах аппаратов при всех оперативных вмешательствах расшатывания не наблюдались. Все гаечно-болтовые соединения находились в состоянии первоначальной стабильности. Спицевые и стержневые крепления к аппаратам были так же стабильны. В узлах «спица - кость», «стержень - кость» в 2-х случаях наблюдали расшатывание стержней, в 4-х случаях наблюдали расшатывание спиц.

Источники информации, принятые во внимание:

1. Набор узлов и деталей аппаратов для остеосинтеза костей бедра (по методике Г.А. Илизарова), код 01.01.040. Государственное экспериментальное предприятие "ЦИТО".

2. http://www.teh-stroy.ru/st_elektrokomnda-vidy-modifikatsii-oksida-alyuminiya-al2o3-abrazivnogo-korunda.php - 29.10.2018