СТЕРЖЕНЬ ШУРУП ДЛЯ ОСТЕОСИНТЕЗА

Область техники
Полезная модель относится к медицине, к травматологии и ортопедии, к устройствам фиксируемых к внешней опоре, предназначенным для обеспечения фиксации костных фрагментов.
Аппараты внешней фиксации (АВФ) широко известны и применяются в клинической практике для остеосинтеза костей. Из уровня техники,  известен аппарат Г.А. Илизарова для чрескостного остеосинтеза (источник [1]: SU 1055499; источник [2]: SU 538710). Аппарат Илизарова, это набор стандартных деталей (плоские кольца, полукольца, спицы, резьбовые стержни, болты, гайки, кронштейны, спицефиксаторы, спицедержатели) различного типоразмера, производится в виде комплекта деталей, из которых можно собрать множество разных, простых и сложных АВФ. Для фиксации костных фрагментов в АВФ используют винты (винт Шанца, стержень-шуруп) и спицы (спицы Киршнера, гибкие упругие металлические стержни) выполненные цилиндрической формы. Спицы и винты закрепляют в АВФ к опорам и другим деталям. Спицами и/или стержнями-шурупами, проведенными через костные фрагменты, осуществляется передача усилий на костные фрагменты и их фиксация. Стержни-шурупы, как правило, имеют цилиндрическую форму и диаметр от 4 до 6 мм, являются достаточно жесткими и консольно фиксируются к опорам. Спицы, как правило, имеют диаметр от 1 до 2 мм, кап правило 1,5 и 1,8 мм, закрепляются на опору с двух концов, т.е. типично спица имеет две точки крепления.
Известны спицы для остеосинтеза (источник [3]: патент RU 135252). Спица для остеосинтеза содержит цилиндрический стержень, выполненный из металлического материала, обладающего инертными свойствами к биологической среде. Заостренный конец спицы имеет режущие кромки.
При дистракционном остеосинтезе, например при удлинении голени (см. фиг. 1), спицы [1; 2; 3] (поз. 8 на фиг. 1) проводят насквозь через конечность и фиксируют кость. Спица фиксируется в двух точках и натягивается, этим обеспечивается ее возможность выдерживать нагрузку и фиксировать кость. При этом в мягких тканях образуется два проколола диаметром до 2 мм. Каждый прокол является «окном» для проникновения инфекции, и чем больше диаметр спицы, тем больше это «окно» и выше вероятность возникновения инфекции. При установке одной спицы образуется две раны на конечности. При дистракции спицы перемещаются вместе с опорой и натягивают, разрезают кожный покров, при этом на коже образуется шрам или рубец (поз. 9 на фиг. 1). Ширина рубца зависит от диаметра спицы, чем больше диаметр, тем шире рана и больше рубец. От одной спицы, после дистракции, образуется два шрама на коже конечности. Поэтому часто для дистракционной опоры используют стержни-шурупы.
Известен стержень-шуруп к аппарату для чрескостного остеосинтеза (источник [4]: патент RU 19638). Стержень-шуруп одержит цилиндрический стержень, который снабжен конусным заостренным рабочим концом и крепежным концом. Рабочий конец имеет заострение, выполненное под углом, и конусовидный участок, на котором выполнена упорная трапецеидальная резьба, кроме того, содержит гладкий цилиндрический участок. На крепежном конце выполнена резьба и участок, имеющий грани. Максимальный диаметр конического участка и диаметр гладкого цилиндрического участка равен от 4 мм до 5 мм.
Использование стрежня-шурупа [4] позволяет уменьшить количество проколов в мягких тканях, так как требуется только один прокол (фиг. 2). Однако, для того чтобы выдерживать изгибающие усилия, возникающие в процессе дистракции со стороны кости, он должен быть жестким и иметь необходимый диаметр,  как правило, цилиндрический участок имеет диаметр от 4 мм до 6 мм, обеспечивающий необходимый момент сопротивления изгибающему момент возникающему при дистракции от усилий передающихся со стороны кости. Стержни-шурупы [4] диаметром от 4 или 5 мм (поз. 10 на фиг. 2; 3), при дистракции также формируют широкий шрам на коже (поз 9. на фиг. 2; 3) шириной до 6 мм, еще шире, чем спицы.
Известен стержень-шуруп (источник [5]: патент RU 14826;) содержащий рабочую часть с винтовой нарезкой, ограниченную упорной площадкой, цилиндрическую крепежную часть. На крепежной части выполнен концентратор напряжения, расположенный в плоскости, перпендикулярной оси стержня-шурупа и расположенный между упорной площадкой и крепежным концом.
Стержень-шуруп [5] предназначен для установки в тела позвонков, не предназначен для дистракции трубчатых костей. Диаметр цилиндрической части составляет от 4 до 6 мм. При этом при его использовании для дистракции трубчатой кости, на коже образуется шрам и широкий рубец.
Известен стержень-шуруп для транспедикулярной фиксации позвоночника (источник [6]: патент RU 40003). Стержень-шуруп [5] выполнен в виде стержня, один конец которого снабжен винтовой нарезкой, ограниченной упорной площадкой, а второй - метрической резьбой. На конце с метрической резьбой выполнена лыска, на последней нанесены штрихи шкалы, расстояние между которыми равно 1 мм, на конце с метрической резьбой выполнено место под ключ.
Стержень-шуруп [6] предназначен для установки в тела позвонков, не предназначен для дистракции трубчатых костей. Диаметр цилиндрической части составляет от 4 до 6 мм. При этом при его использовании для дистракции трубчатой кости, на коже образуется шрам и широкий рубец.
Таким образом, проблема заключается в том, что использование спицы в АВФ при дистракционном остеосинтезе трубчатой кости приводит к образованию двух рубцов шириной до 2 мм (фиг. 1). Использование стержня-шурупа (поз. 10 фиг. 2; 3) приводит к образованию одного широкого рубца (поз. 9 фиг. 2; 3) шириной от 4 до 6 мм. Уменьшение диаметра цилиндрической части стержня-шурупа, меньше 4 мм, с целью  уменьшения ширины рубца приводит к тому, что он становится не способным выдерживать дистракционные усилия и изгибается, так как при уменьшении диаметра уменьшается и момент сопротивления поперечного сечения.
Сущность технического решения
Задачей настоящей полезной модели является совершенствование стержня-шурупа для остеосинтеза трубчатых костей, с целью уменьшить травмирующее воздействие стержня-шурупа на кожу при дистракции.
Технический результат заключается в уменьшении ширины шрама (рубца) на коже, в месте установки стержня-шурупа, при сохранении достаточного момента сопротивления стержня-шурупа изгибу при дистракции.
Технический результат достигается тем, что стержень-шуруп для остеосинтеза выполнен в виде стержня с рабочим концом и крепежным концом, между которыми расположен цилиндрический участок, рабочий конец снабжен винтовой нарезкой и режущим острием, крепежный конец снабжен метрической резьбой. На цилиндрическом участке, между рабочим и крепежным концами, выполнены две симметричные лыски со кругленными краями.
Указанная сущность позволяет зафиксировать костный фрагмент двумя стержнями-шурупами, осуществлять дистракцию и при этом уменьшить травмирование кожи и ширину рубца на коже после лечения. Прочность стержня-шурупа на изгиб значительно не страдает и позволяет выдерживать прилагаемые изгибающие нагрузки действующие в плоскости дистракции.
Техническое решение поясняется следующими графическими материалами:
Фиг. 1 - схема дистракции спицами;
Фиг. 2 - схема дистракции стержнями-шурупами;
Фиг. 3 - шрам на коже от стержня-шурупа;
Фиг. 4 - стержень-шуруп для остеосинтеза, общий вид;
Фиг. 5 - стержень-шуруп для остеосинтеза, с отсеченной частью, показано поперечное сечение цилиндрической части;
Фиг. 6 - шрам на коже от стержня-шуруп для остеосинтеза;
Фиг. 7 - стержни-шурупы вкручен при дистракции;
Фиг. 8 - стержень-шуруп, продольный разрез;
Фиг. 9 - показаны изгибающие силы, действующие на стержень-шуруп.
1 - рабочий конец;
2 - крепежный конец;
3 - цилиндрический участок;
4 - винтовая нарезка;
5 - режущее острие;
6 - метрическая резьба;
7 - лыски;
8 - скргуление;
9 - шрам (рубец);
10 - спица;
11 - стержень-шуруп (аналог).
12 - стержень-шуруп.
Осуществление полезной модели.
Пример. 1 Стержень-шуруп 12 (показан на фиг. 4; 5; 8)  для остеосинтеза выполнен в виде стержня с рабочим концом 1 (фиг. 4; 5; 8) и крепежным концом 2 (фиг. 4; 8) между которыми расположен цилиндрический участок 3 (фиг. 4; 5; 8). Рабочий конец 1 снабжен винтовой нарезкой 4 (фиг. 4; 5; 8) и режущим острием 5 (фиг. 4; 5; 8). Крепежный конец 2  снабжен метрической резьбой 6 (фиг. 4; 8). На цилиндрическом участке 3, между рабочим 1 и крепежным 2 концами, выполнены две симметричные параллельные лыски 7 (фиг. 4; 5; 6; 8) со кругленными краями 8 (фиг. 4; 5; 8).
Пример. 2 Стержень-шуруп 12 (показан на фиг. 6; 7) для остеосинтеза выполнен в виде стержня, с рабочим концом 1 (фиг. 4; 5) и крепежным концом 2 (фиг. 4;) между которыми расположен цилиндрический участок 3 (фиг. 4; 5) диаметром 6 мм. Материал для изготовления стержня-шурупа титановый сплав. Стержень-шуруп 12 имеет анодноокисное покрытие. Рабочий конец 1 снабжен винтовой нарезкой 4 (фиг. 4; 5) и режущим острием 5 (фиг. 4; 5). Крепежный конец 2  снабжен метрической резьбой 6 (фиг. 4). На цилиндрическом участке 3, между рабочим 1 и крепежным 2 концами, выполнены две симметричные параллельные лыски 7 (фиг. 4; 5; 6) со кругленными краями 8 (фиг. 4; 5). Глубина лысок составляет от 1,5 мм, т.е. минимальная ширина поперечного сечения цилиндрического участка 3 составляет 3 мм, что приводит к образованию шрам шириной 3 мм (фиг. 6). Протяженность лысок 7 составляет 10 мм. Винтовая нарезка выполнена с шагом 2,75 мм, глубиной 1,25 мм.
Пример. 3 Стержень-шуруп 12 (фиг. 4; 5) для остеосинтеза выполнен в виде стержня, с рабочим концом 1 (фиг. 4; 5) и крепежным концом 2 (фиг. 4;) между которыми расположен цилиндрический участок 3 (фиг. 4; 5) диаметром 6 мм. Материал для изготовления стержня-шурупа нержавеющая сталь. Стержень-шуруп 12 имеет полимерное покрытие цилиндрической части. Рабочий конец 1 снабжен винтовой нарезкой 4 (фиг.4;5) и режущим острием 5 (фиг.4;5). Крепежный конец 2  снабжен метрической резьбой 6 (фиг.4). На цилиндрическом участке 3, между рабочим 1 и крепежным 2 концами, выполнены две симметричные параллельные лыски 7 (фиг.4;5) со кругленными краями 8 (фиг.4;5). Глубина лысок составляет от 1 мм, т.е. минимальная ширина поперечного сечения цилиндрического участка 3 составляет 4мм, что приводит к образованию шрам шириной 4мм (фиг. 6). Протяженность лысок 7 составляет 15мм. Винтовая нарезка выполнена с шагом 0,7 мм, глубиной 0,7 мм.
Пример. 4 Стержень-шуруп 12 (фиг.4;5;8)  для остеосинтеза выполнен в виде стержня, с рабочим концом 1 (фиг.4;5;8) и крепежным концом 2 (фиг.4;8) между которыми расположен цилиндрический участок 3 (фиг.4;5;8) диаметром 4мм. Материал для изготовления стержня-шурупа титановый сплав. Рабочий конец 1 снабжен винтовой нарезкой 4 (фиг.4;5;8) и режущим острием 5 (фиг.4;5;8). Крепежный конец 2  снабжен метрической резьбой 6 (фиг.4;8). На цилиндрическом участке 3, между рабочим 1 и крепежным 2 концами, выполнены две симметричные параллельные лыски 7 (фиг.4;5;8) со кругленными краями 8 (фиг.4;5;8). Глубина лысок составляет от 1 мм, т.е. минимальная ширина поперечного сечения цилиндрического участка 3 составляет 2мм, что приводит к образованию шрам шириной 2мм. Протяженность лысок 7 составляет 15 мм. Винтовая нарезка выполнена с шагом  0,7мм, глубиной 1,25 мм.
Пример. 5 Стержень-шуруп 12 (показан на фиг.6;7)  для остеосинтеза выполнен в виде стержня, с рабочим концом 1 (фиг.4;5) и крепежным концом 2 (фиг.4;) между которыми расположен цилиндрический участок 3 (фиг.4;5) диаметром 6мм. Материал для изготовления стержня-шурупа титановый сплав. Рабочий конец 1 снабжен винтовой нарезкой 4 (фиг.4;5) и режущим острием 5 (фиг.4;5). Крепежный конец 2  снабжен метрической резьбой 6 (фиг.4). На цилиндрическом участке 3, между рабочим 1 и крепежным 2 концами, выполнены две симметричные параллельные лыски 7 (фиг.4;5;6) со кругленными краями 8 (фиг.4;5). Глубина лысок составляет 2 мм, т.е. минимальная ширина поперечного сечения цилиндрического участка 3 составляет 2мм, что приводит к образованию шрам шириной 2мм (фиг. 6). Протяженность лысок 7 составляет 20 мм. Винтовая нарезка выполнена с шагом 2,5мм, глубиной 1 мм.
Для измерения величины параметров, выраженных в виде диапазонов непрерывно изменяющихся значений, глубина лысок, шага и глубины винтовой нарезки,  предполагается использование известных измерительных инструментов. Используют мерительные инструменты, применяемые для контроля размеров деталей,  штангенциркуль, шаблоны резьбовые.. Штангенциркуль - универсальный инструмент, предназначенный для высоко-точных измерений наружных и внутренних размеров, а также глубин отверстий. Штангенглубиномер служит для измерений глубин выточек, канавок, уступов и т. д. Отличается от штангенциркуля тем, что не имеет на штанге подвижных губок. Шаблоны резьбовые используются для определения шага и угла профиля резьбы
Использование полезной модели.
Стержень-шуруп для остеосинтеза применяют в АВФ для остесинтеза трубчатых костей, например голени или плеча. Стержень-шуруп устанавливают на дистракционную опору АВФ (опора которая перемещается вместе с зафиксированным в ней костным фрагментом для удлинения кости или замещения дефекта).  Стержень-шуруп 12 рабочим концом 1 с винтовой нарезкой 4 и режущим острием 5 вкручивают в  кость (костный фрагмент) так чтобы лыски 7  цилиндрического участка 3 располагались в области контакта стержня-шурупа  12 с кожей. Плоскости лысок 7 устанавливают параллельно направлению дистракции (как правило, это направление совпадает с продольной осью удлиняемой кости). Крепежным концом 2 с метрической резьбой 4 стержень-шуруп 12  устанавливают на опору АВФ, закрепляют его на опоре крепежными элементами (болтами, гайками, кронштейнами). Для фиксации костного фрагмента используют два стержня-шурупа  12. Плоскости лысок 7 каждого стержня-шурупа  12 ориентируют параллельно направлению дистракции.  При такой установке передний край цилиндрического участка 3 с лысками 7 контактирующий с кожей при перемещении стержня-шурупа имеет наименьший поперечный размер, чем основная часть цилиндрического участка 3. Ширина цилиндрического участка 3 с лысками 7 воздействующая на кожу будет наименьшей. При этом изгибающий момент М (фиг.9) от дистракционных усилий F (фиг.9) действует в полкости лысок 7, и максимальный момент сопротивления создаваемый поперечным сечением цилиндрического участка 3  обеспечивается  в этой же плоскости (в плоскости действия основного изгибающего момента М). За счет чего стержень-шуруп 12 способен выдерживать дистракционные усилия, при этом минимизируя травмирование кожи и уменьшая ширину шрама и формирующегося рубца. Скруглённые  края 8  лысок 7 снижают механическое напряжение в зоне контакта лысок 7 с кожей и уменьшают ее травмирование.
Стержень-шуруп для остеосинтеза может быть изготовлен на современных промышленных предприятиях и применен в комплекте с деталями аппарат Илизарова.