УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОСАДОЧНОГО КОНТУРА ГИЛЬЗЫ БЕДРА ПОД НАГРУЗКОЙ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ 3D-СКАНИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к медицине, а именно к технической ортопедии и является вспомогательным инструментом, предназначенным для определения верхнего контура (посадочного кольца) индивидуального протезного модуля (гильзы) при экзопротезировании пациентов с трансфеморальной ампутацией.
Известно устройство, именуемое прибор-протез и используемое при назначении деревянных протезов. Устройство имеет вид протеза и содержит приемную полость для размещения культи, выполненную из дерева, звеньевые хомуты и шины с кукольными шарнирами. Переднюю и заднюю полуокружности гильзы выполняют одинакового размера(1).
Недостатком данной модели является необходимость первоначальной и последующей трудоемкой интуитивной подгонки деревянной болванки. Из-за многократных итераций, трудоемкости и длительности процесса корректировки, сложности закрепления гильзы в системе прибор-протез в большинстве случаев возможно достижение только компромиссного расположения анатомических костных ориентиров в зоне посадочного контура трансфеморальной гильзы. Также использование гильзы в системе протеза создает сложности при работе с пациентами разного роста. Возможность комбинации с методами оптического сканирования, которые все чаще используются в современном протезировании, также сомнительна.
Известно устройство, позволяющее получать трехмерное цифровое изображение поверхности культи при симуляции условий нагрузки в протезе. Устройство представлено чехлом с компенсационной муфтой, которая интегрируется в аппарат для гипсования. Чехол в ненагруженном состоянии имеет вид трубки, а большинство перекрещивающихся под углом 45° к продольному направлению чехла волокон позволяет создавать радиальную компрессию на ткани культи (2).
Недостатком данной модели является недолговечность чехлов и невозможность формовки культи в области верхнего контура (посадочного кольца) трансфеморальной гильзы.
В качестве прототипа нами взято устройство для получения гипсовых слепков, в котором происходит симуляция условий нагрузки на верхний контур трансфеморального протеза. Устройство интегрируется в аппарат для гипсования и имеет набор фасонных деталей в предполагаемой области верхнего контура гильзы. Детали обладают возможностью скольжения и вращения (3).
Недостатком данной модели является отсутствие совмещающих контрольных меток, обеспечивающих сопоставление поверхности устройства с поверхностью культи при моделировании гильзы в программной среде; длительность и сложность сопряжения ортопедического приспособления с анатомическими ориентирами посадочного кольца; громоздкость устройства, не позволяющая получить качественную поверхность культи и во много ограничивающая ее своим внешними деталями. Применение гипсовых бинтов и прорезиненного наколенника не обеспечивает оптимального нагружения культи.
Целью создания полезной модели является необходимость точного определения верхнего контура гильзы при экзопротезировании пациентов с трансфеморальной ампутацией.
Этот результат достигается тем, что устройство для определения посадочного контура гильзы бедра имеет вид цилиндра; нижнее основание цилиндра и часть боковой поверхности ограничивает металлическое кольцо; на боковой поверхности металлического кольца со стороны медиальной и латеральной поверхности бедра имеется по два сквозных паза, ориентированных параллельно грани цилиндра; верхнее основание цилиндра представлено медиальным и латеральным полукольцом; каркас полуколец изготавливают из материала достаточной жесткости, не травмирующего ткани пациента при контакте; медиальное полукольцо по внутренней поверхности имеет наклонную опорную площадку, наклон которой ориентирован от края полукольца к центру; на боковой поверхности медиального и латерального полукольца со стороны медиальной и латеральной поверхности имеется сквозной паз полукруглой формы; на наружной поверхности каждого полукольца, находящейся в проекции передней или задней поверхности бедра, нанесены выступающие метки из пластилина; медиальное и латеральное полукольцо состыкованы между собой с помощью попарно расположенных по передней и задней поверхности бедра застежек-гребенок; верхнее и нижнее основания цилиндра соединены с помощью металлических профильных элементов, расположенных со стороны медиальной и латеральной поверхности бедра; каждый профильный элемент имеет по два отверстия с каждого конца, расположенных друг под другом; проксимальные концы профильных элементов скреплены с полукольцами через верхние отверстия подвижным неразъемным соединением и через нижние отверстия и сквозные пазы полукруглой формы болтовым соединением с барашковой гайкой; дистальные концы профильных элементов скреплены с боковой поверхностью нижнего металлического кольца через параллельные сквозные пазы с помощью болтовых соединений с барашковой гайкой.
Техническим результатом использования данного устройства является представление посадочного контура трансфеморальной гильзы под нагрузкой для выполнения 3D-сканирования и обеспечения изготовления функциональной и комфортной гильзы экзопротеза бедра.
Устройство для определения посадочного контура гильзы бедра имеет вид цилиндра. Нижнее основание цилиндра и часть боковой поверхности ограничивает металлическое кольцо. На боковой поверхности металлического кольца со стороны медиальной и латеральной поверхности бедра имеется по два сквозных паза, ориентированных параллельно грани цилиндра.
Верхнее основание цилиндра представлено медиальным и латеральным полукольцом. Каркас полуколец изготавливают из материала достаточной жесткости, не травмирующего ткани пациента при контакте. Медиальное полукольцо по внутренней поверхности имеет наклонную опорную площадку. Наклон площадки ориентирован от края полукольца к центру. На боковой поверхности медиального и латерального полукольца со стороны медиальной и латеральной поверхности имеется сквозной паз полукруглой формы. На наружной поверхности каждого полукольца, находящейся в проекции передней или задней поверхности бедра, нанесены выступающие метки из пластилина.
Медиальное и латеральное полукольцо состыкованы между собой с помощью попарно расположенных по передней и задней поверхности бедра застежек-гребенок. Верхнее и нижнее основания цилиндра соединены с помощью металлических профильных элементов, расположенных со стороны медиальной и латеральной поверхности бедра. Каждый профильный элемент имеет по два отверстия с каждого конца, расположенных друг под другом.
Проксимальные концы профильных элементов скреплены с полукольцами через верхние отверстия подвижным неразъемным соединением и через нижние отверстия и сквозные пазы полукруглой формы болтовым соединением с барашковой гайкой. Дистальные концы профильных элементов скреплены с боковой поверхностью нижнего металлического кольца через параллельные сквозные пазы с помощью болтовых соединений с барашковой гайкой.
Полезная модель поясняется графическим материалом.
На фиг. 1 изображено устройство для определения посадочного контура гильзы бедра, состоящее из двух полуколец (1), двух металлических профильных элементов (2) и металлического кольца (3), установленного на аппарате для гипсования (4). На боковой поверхности полуколец (1) имеется по одному сквозному полукруглому пазу (5). Крепление полуколец (1) к профильным элементам (2) выполнено с помощью верхнего подвижного неразъемного соединения (6) и нижнего подвижного болтового соединения с барашковой гайкой (7). Полукольца (1) соединены между собой при помощи застежек-гребенок (8). На внутренней поверхности одного из полуколец (1) располагается наклонная опорная площадка (9). На наружной поверхности каждого из полуколец нанесены метки из пластилина (10). На боковой поверхности металлического кольца (3) имеется по два сквозных паза (11). Крепление металлического кольца (3) к профильным элементам (2) выполнено с помощью двух подвижных болтовых соединений с барашковой гайкой (12).
Устройство используют следующим образом. Перед началом записи массива 3D-данных с помощью бесконтактных методов измерения например, инфракрасного 3D-сканера устанавливают металлическое кольцо (3) устройства на аппарат для гипсования (4). Ослабляют барашковые гайки (12,7), соединяющие профильные элементы (2) с металлическим кольцом (3) и полукольцами (1). Пациент из положения стоя, придерживаясь за аппарат для гипсования, помещает культю в полукольца (1) устройства. За счет вращения устройства располагают полукольцо с опорной площадкой (9) по медиальной поверхности бедра. Путем перемещения профильных элементов (2) в пазах (5, 11) и регулировки застежек-гребенок (8) устанавливают опорную площадку (9) в проекции бугра седалищной кости, пальпаторно контролируя анатомические ориентиры. Затем просят пациента опереться на опорную площадку (9) и выполняют окончательную регулировку застежек-гребенок (8), добиваясь прилегания мягких тканей культи к поверхности полуколец (1). Еще раз убеждаются в корректности расположения бугра седалищной кости на специально предназначенной для этого наклонной площадке (9) и затягивают барашковые гайки (7,12) на профильных элементах (2). Далее наносят выступающие над поверхностью контрольные метки из пластилина (10), объединяющие наружную поверхность полукольца (1) с культей пациента. Отмечают уровень затяжки одной из пар застежек-гребенок (8) и проводят запись массива 3D-данных с помощью бесконтактных методов измерения, инфракрасного 3D-сканера с поверхности культи и контралатеральной конечности.
Затем расслабляют застежки-гребенки (8), уровень затяжки которых был отмечен, и извлекают культю из устройства, не меняя положении пациента, после чего повторяют процесс сканирования культи без устройства.
Следующим этапом возвращают застежки-гребенки (8) в исходное положение и выполняют сканирование наружной поверхности устройства с обязательным захватом внутренней поверхности полуколец.
Достижения технического результата подтверждены клиническими примерами:
1. Пациент В., 45 лет выполнена ампутация на границе верхней и средней трети бедра по поводу облитерирующего эндартериита. После заживления кожных покровов и проведения компрессионной терапии культи, в целях наиболее полной компенсации утраченных функций организма и достижения максимального реабилитационного эффекта, пациенту рекомендовано протезирование бедра. При осмотре культи пациента патологической сгибательной установки выявлено не было.
На культе пациента в вертикальном положении размещали разработанное устройство, предварительно установленное на аппарат для гипсования. Выполнив регулировки высоты, объема и положения, а также убедившись в сопоставлении опорной площадки с анатомическими ориентирами, устройство нагружали весом пациента. Далее наносили выступающие над поверхностью контрольные метки между полукольцами и культей пациента, отмечали уровень затяжки одной из пар застежек-гребенок и выполняли 3D-сканирование поверхности культи и контралатеральной конечности. После извлечения культи пациента из устройства и повторения процесса сканирования культи, возвращали застежки-гребенки в исходное положение и выполняли сканирование наружной поверхности устройства с обязательным захватом внутренней поверхности полуколец.
Полученные трехмерные изображения устройства совмещали с цифровыми изображениями культи в программном пакете, поддерживающем полигональное моделирование, и получали в процессе обработки модель гильзы бедра с индивидуальным посадочным контуром под нагрузкой. Выполняли последовательность необходимых преобразований и изготавливали физическую модель гильзы бедра с применением 3D-принтера, работающего по технологии FDM.
2. Пациентка М., 67 лет выполнена ампутация на уровне средней трети бедра по поводу облитерирующего атеросклероза. После заживления кожных покровов и проведения компрессионной терапии культи, в целях наиболее полной компенсации утраченных функций организма и достижения максимального реабилитационного эффекта, пациентке рекомендовано протезирование бедра. При осмотре культи пациентки выявили патологическую сгибательную установку в тазобедренном суставе в 17.
На культе пациентки в вертикальном положении размещали разработанное устройство, предварительно установленное на аппарат для гипсования. Выполняли регулировки высоты и объема, а положение компонентов устройства скорректировали в соответствии со сгибательной контрактурой за счет подвижных соединений. Убедившись в сопоставлении опорной площадки с анатомическими ориентирами, устройство нагружали весом пациентки. Далее наносили выступающие над поверхностью контрольные метки между полукольцами и культей пациентки, отмечали уровень затяжки одной из пар застежек-гребенок и выполняли 3D-сканирование поверхности культи и контралатеральной конечности. После извлечения культи пациентки из устройства и повторения процесса сканирования культи, возвращали застежки-гребенки в исходное положение и выполняли сканирование наружной поверхности устройства с обязательным захватом внутренней поверхности полуколец.
Полученные трехмерные изображения устройства совмещали с цифровыми изображениями культи в программном пакете, поддерживающем полигональное моделирование, и получали в процессе обработки модель гильзы бедра с индивидуальным посадочным контуром под нагрузкой. Выполняли последовательность необходимых преобразований и изготавливали физическую модель гильзы бедра с применением 3D-принтера, работающего по технологии FDM.
Предлагаемое устройство позволяет получить модель гильзы бедра с индивидуальным посадочным контуром под нагрузкой, что обеспечивает оптимальное распределение давления тканей на протез. Преимущества применения данного устройства при реализации CAD/CAM технологий предоставляют пользователю высокую управляемость и комфорт при эксплуатации изделия, что позволяет достигнуть максимального реабилитационного эффекта.
Предлагаемое устройство возможно и целесообразно использовать при изготовлении гильзы экзопротеза бедра с применением CAD/CAM технологий.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Копылов Ф.А., Бетехтин В.А., Певзнер М.С. Медицинские основы протезирования / Ф.А. Копылов, В.А. Бетехтин, М.С. Певзнер, под ред. Б.П. Попов, Н.А. Шенк, 5-я типография Трансжелдориздат МПС. Москва, 1956. 79 c.
2. Mosler L. US11109985B2 - Method for making a mold of an amputation stump, and molding aid for such a method // 2021. C. 16.
3. Sacherer B. CN101626740A - Be used to make the apparatus and method and the corresponding aid of orthopedics’s aid // 2010. C. 34.