Устройство для демпферной коррекции деформации позвоночника

Полезная модель относится к области медицины, в частности к ортопедии и травматологии, а именно к устройствам для лечения заболеваний позвоночника с помощью механизмов внешней фиксации.
Известен задний пружинный фиксатор позвоночника А.В. Кедрова, который состоит из двух параллельных дозированных пружин с верхними крючками и двух кронштейнов для фиксации за стабильный позвонок посредством крюков и винта с болтом и контргайкой, а пружинный эффект достигается за счет осевого действия двух параллельных пружин на уровне минимум одного позвоночного двигательного сегмента (Патент РФ 2103937, Опубл. 10.02.1998).
Данный известный фиксатор предназначен для внутреннего использования.
Известно вспомогательное (дополнительное) оборудование для коррекции поврежденного позвонка, содержащее не менее двух захватывающих элементов для сцепления одной или обеих сторон не менее двух соответствующих позвонков, в то же самое время сцепление параллельных продольных конструкций в виде рамки-опоры через соответствующие ползуны и подвижную основу вышеупомянутых захватывающих элементов и далее включает элементы для регулировки и соединения захватывающих элементов в их взаимное положение или комбинацию из трех ортогональных направлений (Патент US 5,797,910, Опубл. 25.08.1998).
Данное известное вспомогательное оборудование не предусматривает создание дополнительного демпферного усилия при воздействии на участок позвоночника в течение всего срока его использования при лечении пациента.
Известно устройство для внешней фиксации позвоночника, содержащее пару фиксирующих винтов (левый и правый), которые расположены отдельно на множестве тел позвонков для вкручивания в них, соединенные гайками, подобно которым соединены с верхней частью фиксирующих винтов таким образом, что они частично выступают за границы раны и фиксирующее устройство, закрепляющее соединение гаек, или таким способом, что расстояние между ними регулируется снаружи раны (Патент JP 09187465, Опубл. 22.07.97).
Однако конструкция известного устройства не предусматривает создание демпферной нагрузки на позвоночный столб в процессе лечения его патологий.
Известно устройство для наружной транспедикулярной фиксации позвоночника, способ его использования и хирургический зажим, содержащее три опорных блока, каждый из которых выполнен из соединенных пластин, на каждой из которых закреплено не менее двух элементов фиксации позвонков, при этом два опорных блока крайние, а один из них - промежуточный, каждый из них взаимосвязан с возможностью перемещения посредством стяжек, при выполнении способа осуществляют чрескостное введение в тела позвонков элементов их фиксации и последующее приложение дистракционных усилий (Заявка WO 01/56488, Опубл. 09.08.01; Патент - аналог РФ №2220676, Опубл. 10.01.2004 г., Бюл. №1).
Однако в конструкции известного устройства не предусмотрено создание дополнительного поддерживающего демпферного усилия в процессе устранения сколиотической деформации.
Известен способ демпферного лечения заболеваний позвоночника и демпферный аппарат для его осуществления (Патент РФ 2254080, Опубл. 20.06.2005 - прототип), заключающийся в том, что в способе демпферного лечения заболеваний позвоночника, включающем механическую фиксацию позвонков, осуществляют чрескостную фиксацию позвоночника путем введения в каждый позвонок пары элементов фиксации, которые жестко закрепляют на пластинах, при этом в плоскости, перпендикулярной средней линии позвоночника, и в плоскости, перпендикулярной плоскости фиксации, создают управляемые упругие усилия на пары элементов фиксации позвоночника, для этого используют демпферный аппарат для лечения заболеваний позвоночника, содержащий соединенные между собой резьбовыми стержнями с возможностью перемещения опорные блоки, каждый из которых выполнен из закрепленных друг с другом пластин, две из которых крайние, а одна промежуточная, при этом на каждой из пластин закреплено по два элемента фиксации позвонка, выполненных в виде стержня - шурупа, с одной стороны пластины соединены упругим элементом в виде пружины с зажимом, установленной на резьбовом стержне, один конец которого свободно размещен в пластине, а второй закреплен в пластине посредством одноосевого шарнира, а с другой стороны - упругим элементом в виде пружины с крюками и резьбовым стержнем, один конец которого закрепляют в пластине гайками, а второй конец соединяют с одним из концов упругого элемента, второй конец последнего соединяют с отверстием пластины.
Однако данный способ и устройство не обеспечивают необходимое индивидуальное разворачивающееся воздействие на каждый позвонок. Воздействующие на пластины моменты упругих сил наряду с вращательным эффектом приводят к сдвигающему эффекту действия сил. При этом разворот позвонков в одной плоскости приводит к незапланированному их развороту и сдвигу в другой плоскости. На отдельные пластины будет оказываться упругое воздействие не только со стороны контактирующей с этой пластиной пружины, но и от других пружин и упругих элементов всего механизма. Применение в аппарате с одной стороны пружины сжатия приводит к тому, что при создании усилия в пружине сжатия будет создаваться не только осевая (вдоль продольной оси пружины) составляющая усилия, но и поперечная составляющая, возникающая при деформации пружины в поперечном к оси пружины направлении. Величина поперечной составляющей пружины зависит от множества факторов, является неуправляемой и приведет к дополнительным нежелательным воздействиям на позвоночник, направленных перпендикулярно средней линии позвоночника. Эти воздействия не будут создавать необходимые разворачивающие усилия на позвонки. При этом дополнительно к воздействующим на позвонки парам сил возникает поперечная сила, снижающая прочность стержней-шурупов в точке их заделки в позвонки и снижающая прочность самих позвонков.
Задачей настоящего технического решения является обеспечение взаимного разворота позвонков (в плоскости спины) в противоположных направлениях за счет создания пружинами растяжения противоположно направленных пар сил.
Поставленная задача решается тем, что в демпферном аппарате для коррекции деформации позвоночника, содержащем фиксирующие стержни, соединенные поперечными пластинами, упругие элементы для создания управляющего воздействия на позвоночник, упругие элементы выполнены в виде пружин растяжения, попарно соединяющих поперечные пластины. При этом, по крайней мере, одно из соединений выполнено через вспомогательный стержневой элемент, обеспечивающий возможный взаимный разворот пластин в противоположных направлениях за счет создания пар сил от воздействия пружин. Усилия, создаваемые в пружинах растяжения, направлены всегда вдоль продольных осей пружин. При этом не создается никаких поперечных составляющих усилий. Всегда можно добиться создания воздействующих на позвонки пар сил. (Пара сил - совокупность двух равных по модулю, противоположно направленных и действующих вдоль параллельных прямых сил. См. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики.- М.: Высш. шк., 2004. Стр. 33).
Создаваемое упругое воздействие парой сил обеспечивает только вращательный эффект действия сил. Это объясняется свойствами пары сил. Пара сил не имеет точку приложения, характеризуется плоскостью действия, направлением возможного поворота в этой плоскости и модулем. Задаваемые величина и направление действующих на отдельные позвонки пар сил обеспечит индивидуальное для каждого позвонка разворачивающее воздействие.
Воздействие на позвонки пар сил приводит только к их взаимному развороту и не создает дополнительных напряжений в элементах конструкции аппарата и позвонках. Этим заявляемое решение отличается от прототипа.
Конструктивное исполнение полезной модели поясняется иллюстрациями, которые являются лишь примерами конкретного исполнения.
На фиг. 1 изображен демпферный аппарат для коррекции деформации позвоночника в изометрии.
На фиг. 2 изображена схема установки фиксирующих стержней в отдельный позвонок.
Демпферный аппарат включает в себя поперечные пластины 1 (фиг. 1), фиксирующие стержни (стержни-шурупы) 2, которые винтовыми фиксаторами 3 присоединяются к поперечным пластинам 1. Пластины соединяются между собой пружинами 4 и 5. Пружина 5 одной стороной напрямую соединяется с верхней (по расположению на чертеже) пластиной. Другой стороной пружина 5 соединяется с нижней пластиной через стержневой элемент 6.
Подбор пружин 4 и 5 по длине и жесткости (возможна также регулировка жесткости пружин с помощью общеизвестных винтовых механизмов) позволяет создать необходимые пары сил.
Например (фиг. 1), на верхнюю пластину со стороны пружин 4 и 5 будет действовать пара сил, разворачивающая ее по ходу часовой стрелки. Со стороны верхней пластины на нижнюю (согласно закону равенства действия и противодействия) будет действовать противоположная пара сил, разворачивающая ее против хода часовой стрелки.
Поперечные пластины 1 (фиг. 2) (На фиг. изображен один из вариантов формы пластины) жестко соединяются с позвонками 7 через ввернутые в позвонки стержни 2. Стержни 2 соединяются с пластиной 1 с помощью винтовых зажимов 3. Это обеспечивает необходимый разворот позвонков вместе с поперечными пластинами 1.
На фиг. 3 изображен вид аппарата со стороны пациента. Жесткое соединение пластин 1 через стержни 2 с позвонками и воздействие парой сил со стороны пружин 4 и 5 на позвонки 4 обеспечат их разворот. Необходимые пластические деформации создадутся в межпозвонковых дисках 8.
Разворот позвонков по отношению друг к другу с помощью пар сил (фиг. 3) (без сдвига, который создается поперечными силами) необходим при сколиозе (искривлении средней линии позвоночника в плоскости спины) для коррекции возникшей нежелательной деформации позвоночника.
Упругое воздействие на позвоночник со стороны демпферного аппарата, создаваемое парой сил, предотвратит опасные напряжения в деталях аппарата и позвонках и обеспечит необходимую коррекцию деформации позвоночника.
При сложных деформациях позвоночника с несколькими дугами (впадинами и выпуклостями) аппарат внешней фиксации составляется из нескольких блоков, изображенных на фиг. 1, аналогично соединенных между собой.
Время нахождения пациента с смонтированным на его позвоночнике аппаратом на 20-30% меньше, чем у прототипа.