БОЛТ-СПИЦЕФИКСАТОР ДЛЯ АППАРАТА ВНЕШНЕЙ ФИКСАЦИИ КОСТИ

Область техники.
Техническое решение относится к медицине, а именно к крепежным элементам, применяемым для фиксации спиц в аппаратах внешней чрескостной фиксации костей.
Уровень техники.
Аппараты внешней фиксации (АВФ) широко известны и применяются в клинической практике для остеосинтеза костей. Для фиксации костных фрагментов в АВФ используют винты (винт Шанца, стержень-шуруп) и спицы (спицы Киршнера, гибкие упругие металлические стержни). Спицы и винты закрепляют в АВФ к опорам и другим деталям. Спицами и/или винтами, проведенными через костные фрагменты осуществляется непосредственное управление положением костей, передача усилий на костные фрагменты и их фиксация. Винты, как правило, имеют диаметр от 4 до 6 мм, являются достаточно жесткими и консольно фиксируются к опорам специальными зажимами (крепежными элементами). Спицы, как правило, имеют диаметр от 1 до 2 мм, закрепляются на опору с двух концов, т.е. типично спица имеет две точки крепления. При этом спицы в процессе наложения аппарата, для обеспечения необходимой жесткости, натягиваются спиценатягиватем. Для фиксации спиц в натянутом состоянии к опорам АВФ применяют крепежные элементы, в частности болты спицефиксаторы, которые устанавливают в отверстие и зажимают гайкой. Из уровня техники, известен аппарат Г.А. Илизарова для чрескостного остеосинтеза (источник [1]: SU 1055499). 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 крепления натянутых спиц в аппарате Илизарова [1] используют спицедержатели в виде П-образной скобы с резьбовыми концами и канавкой под спицу. Для фиксации спицы служит плоская планка и гайка. Для крепления спиц в аппарате Илизарова [1] также используют спицефиксаторы в виде болта, содержащего резьбовой хвостовик и шестигранную головку. Спица зажимается между головкой и опорой, либо под головку болта укладывается шайба с канавкой под спицу.
Однако, болт спицефиксатор описанный в данном источнике [1] не содержит посадочного места (канавки, паза) под спицу, плоская поверхность головки, контактирующая со спицей, не обеспечивает надежного контакта и фиксации спицы. В виду отсутствия канавки, происходит перекос болта и высока вероятность выскальзывания спицы из под головки, при ее натяжении. Использование болта спицефиксатора совместно с шайбой, оснащенной канавкой под спицу, значительно улучшает конструкцию спицефиксатора и обеспечивает необходимый зажим спицы, однако неудобно в использовании, так как при сборке необходимо устанавливать дополнительный элемент - шайбу. Кроме того, стоимость такого спицефиксатора повышается, так как шайбу необходимо изготавливать отдельно. Спицедержатель, в виде П-образной скобы, описанный в данном источнике [1], это довольно крупная и массивная, относительно болта спицефиксатора, деталь, а поскольку таких элементов в аппарате используется довольно много, то они значительно увеличивают массу аппарата, что отрицательно влияет на комфортность его ношения. Также спицедержатели неудобны в использовании, так их необходимо закреплять двумя гайками.
Известен спиценатягиватель - спицефиксатор (источник [2]: патент RU 28012). Содержит шестигранную головку под ключ, стержень с резьбовой частью (хвостовик) и посадочное место под спицу в виде отверстия. Резьбовая нарезка на стержне (хвостовике) выполнена не на всю его длину, ближе к головке стержень не содержит резьбы. Отверстие под спицу выполнено на участке стержня без резьбы (ближе к головке) и смещено от головки, на расстояние «в» от торца головки примыкающей к части стержня без резьбы. Отверстие выполнено с фасками с двух сторон.
В данном аналоге [2] поперечное сечение стержня в области расположения отверстия под спицу ослаблено отверстием, фасками и существует риск разрушения стержня в этом поперечном сечении под нагрузкой, так как сечение не имеет усиления. Кроме того, так как болт спицефиксатор [2] устанавливается в какое-либо отверстие опоры или иного элемента АВФ, спица, расположенная в отверстии под спицу, которое смещено относительно торца головки, при затяжке гайки срезается. При затяжке гайки стержень погружается в отверстие и кромка отверстия частично срезает спицу, в результате под нагрузкой спица ломается в области надреза.
Существуют комплекты деталей аппарата Илизарова для операций на бедре, на тазу, на голени, на стопе и голени, на плече, на предплечье, на ключице, на позвоночнике, на кисти, взрослый и детский комплекты (источник [3]: электронный каталог продукции ФГУП «Опытный завод РНЦ «ВТО» им. академика Г.А. Илизарова» Минздрава России, размещенный на интернет сайте предприятия http://www.ozrncvto.ru, в разделе «продукция» подразделы «Инструменты и приспособления для чрезкостного остеосинтеза по Г.А. Илизарову», «Комплекты деталей аппарата Илизарова». Режим доступа http://www.ozrncvto.ru/blank-sto5i). Аппарат Илизарова [3], содержит опоры, выполненные в виде плоских колец с отверстиями, с установленными на них спицами и/или стрежнями-шурупами, соединенные между собой дистракционными стержнями. Спицы закреплены на опорах болтами спицефиксаторами (болт спицефиксатор (М6), режим доступа http://www.ozrncvto.ru/blank-dp45c). Болт спицефиксатор предназначен для соединения основных и вспомогательных опор, используется для закрепления спиц, изготовляется из нержавеющей стали или титанового сплава. Болт спицефиксатор выполнен в виде стержня (хвостовика) с наружной резьбовой нарезкой (резьба метрическая М6×1), с одной стороны оснащенного шестигранной головкой под гаечный ключ. Стержень на участке перехода в головку содержит усиление в виде гладкого цилиндрического ободка (подголовник, ступенька, цилиндрическое утолщение, по диаметру большее, чем сам стержень). На ободке, перпендикулярно продольной оси стержня, выполнено посадочное место под спицу. В различных вариантах осуществления посадочное место под спицу может быть выполнено либо как отверстие под спицу, либо как канавка под спицу. Отверстие под спицу выполнено по центру ободка, так что его край прилегает к торцу головки, что устраняет возможность среза спицы. Канавка (или паз) под спицу выполнена перпендикулярно продольной оси болта и касательно к цилиндрической поверхности ободка, на участке перехода головки в ободок, при этом канавка захватывает часть головки.
Болт спицефиксатор описанный в источнике [3] при использовании показал следующие недостатки, обусловленные его конструкцией. Известно (источник [1;3]), что спицы в АВФ кроме опор фиксируются и к другим деталям (кронштейнам, планкам, приставкам) с отверстиями диаметром менее 7 мм, при этом в некоторых отверстиях выполнены фаски от 0,3 до 1 мм. Болт спицефиксатор с резьбой М6×1 и подголовником (ободком диаметром 7 мм), при установке в отверстие кронштейна диаметром 6 мм, торцом подголовника упирается в край отверстия и не зажимает спицу в посадочном месте. При равном усилии затяжки гайки, плотнее всего прижимается спица диаметром 1,8 мм, при этом спицы, диаметром 1,5 мм и менее, прижимаются слабо, из-за геометрии ободка. Размер подголовника (ободка) должен точно советовать отверстию, он либо проходит в отверстие, либо нет. Когда подголовник (ободок) не проходит в отверстие, не обеспечивается фиксация спицы. Болт спицефиксатор с цилиндрическим ободком не приспособлен для использования с отверстиями различного диаметра, он применим только для отверстий диаметром 7 мм. На болт спицефиксатор нельзя установить прокладочную шайбу диаметром 6 мм, так как она не насаживается на подголовник. Таким образом, конструкция болта спицефиксатора, описанная в источнике [3], ограничивает возможности по его использованию. Кроме того, в месте перехода стержня в подголовник, выполненного ступенькой, возникает концентрация механических напряжений и при сильной затяжке (более 16Нм) увеличивается вероятность разрыва стержня.
Сущность технического решения.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в расширении арсенала технических средств, применяемых для фиксации спиц к элементам АВФ. При этом техническое средство должно обеспечивать возможность надежной фиксации спиц в отверстиях различного диаметра, как в отверстиях диаметром 6 мм, так и в отверстиях диаметром 7 мм.
Технический результат заключается в решении поставленной задачи, в обеспечении фиксации спиц в аппарате внешней фиксации, в повышении надежности фиксации спицы, в обеспечении возможности установки болта-спицефиксатора в отверстия различного диаметра, в увеличении прочности места перехода стержня болта в головку.
Технический результат достигается тем, болт-спицефиксатор для аппарата внешней фиксации, выполненный в виде стержня с наружной резьбовой нарезкой, оснащенного головкой с посадочным местом под ключ и содержащего посадочное место под спицу, выполненное ближе к головке перпендикулярно продольной оси стержня. Место перехода стержня в головку выполнено плавно в форме конуса, посадочное место под спицу выполнено на конусе.
Вышеуказанная сущность обеспечивает достижение заявленного технического результата, другие положительные особенности устройства определены в зависимых пунктах формулы и последующем описании.
Посадочное место под спицу предпочтительно выполнено по касательной к поверхности конуса в форме канавки. При этом посадочное место под спицу может быть выполнено по центру конуса в форме сквозного круглого отверстия.
Посадочное место под ключ предпочтительно выполнено в форме наружного шестигранника (размером 10 мм). Однако посадочное место под ключ также может быть выполнено в форме шестигранного углубления (размером от 6 до 8 мм).
Наружная резьбовая нарезка болта-спицефиксатора для использования с АВФ по типу аппарата Илизарова (описаны в источниках [1;3] выполнена метрической резьбой М6 с шагом 1 мм. Однако для использования с другими АВФ наружная резьбовая нарезка болта-спицефиксатора может иметь другие параметры, например М4×0,5 или М5×0,75.
Разработанное техническое решение позволяет устранить недостатки аналогов и реализовать свое прямое назначение обеспечив повышенную надежность и расширенные возможности применения. Заявитель изготовил заявленное техническое решение и провел сравнительные механические испытания.
Полезная модель поясняется графическими материалами:
Фиг. 1 - болт-спицефиксатор (посадочное место под спицу выполнено в форме канавки, посадочное место под ключ выполнено в форме наружного шестигранника), вид общий;
Фиг. 2 - болт-спицефиксатор (посадочное место под спицу выполнено в форме сквозного отверстия, посадочное место под ключ выполнено в форме наружного шестигранника), вид общий;
Фиг. 3 - болт-спицефиксатор (посадочное место под спицу выполнено в форме канавки, посадочное место под ключ выполнено в форме шестигранного углубления) вид общий;
Фиг. 4 - болт-спицефиксатор (посадочное место под спицу выполнено в форме сквозного отверстия, посадочное место под ключ выполнено в форме шестигранного углубления), вид общий;
Фиг. 5 - болт-спицефиксатор (посадочное место под спицу выполнено в форме канавки, посадочное место под ключ выполнено в форме наружного шестигранника), вид сбоку.
Фиг. 6 - болт-спицефиксатор (посадочное место под спицу выполнено в форме сквозного отверстия, посадочное место под ключ выполнено в форме наружного шестигранника), вид сбоку.
Осуществление полезной модели.
В общем случае болт-спицефиксатор (фиг. 1; 2; 3; 4; 5; 6) выполнен в виде стержня 1 (фиг. 1; 2; 3; 4; 5; 6) с наружной резьбовой нарезкой 2 (фиг. 1; 2; 3; 4; 5; 6). С одного конца стержня 1 выполнена головка 3 (фиг. 1; 2; 3; 4; 5; 6) оснащенная посадочным местом под ключ 4 (фиг. 1; 2; 3; 4; 5; 6). Место перехода стержня 1 в головку 3 выполнено в форме расширяющегося конуса 5 (фиг. 1; 2; 3; 4; 5; 6), стержень 1 плавно переходит в головку 3. На конусе 5 выполнено посадочное место под спицу 6 (фиг. 1; 2; 3; 4; 5; 6) выполненное перпендикулярно продольной оси 7 (фиг. 1; 2; 3; 4; 5; 6) стержня 1.
При этом техническое решение, в частных случаях, может быть реализовано в нескольких вариантах, представленных на графических материалах.
Болт-спицефиксатор, показанный на фиг. 1; 5 выполнен в виде стержня 1 диаметром 6 мм с наружной резьбовой нарезкой 2 (фиг. 1; 5). Болт-спицефиксатор выполнен из нержавеющей стали. Резьбовая нарезка метрическая М6 с шагом 1 мм выполнена не на всю длинную стержня 1. Длина стержня 17 мм, общая длина болта-спицефиксатора 27 мм. С одного конца стержня 1 выполнена головка 3 (фиг. 1; 5) оснащенная посадочным местом под ключ 4 (фиг. 1; 5). Посадочное место под ключ 4 выполнено в форме наружного шестигранника на 10 мм. Место перехода стержня 1 в головку 3 выполнено в форме расширяющегося, с углом в 60 градусов, конуса 5 (фиг. 1; 5), стержень 1 плавно переходит в головку 3. На конусе 5 выполнено посадочное место под спицу 6 (фиг. 1; 5), в форме канавки проходящей касательно по боковой поверхности конуса 5, перпендикулярно продольной оси 7 (фиг. 1; 5) стержня 1.
Болт-спицефиксатор, показанный на фиг. 2; 6 выполнен в виде стержня 1 (фиг. 2) диаметром 6 мм, с наружной резьбовой нарезкой 2 (фиг. 2; 6). Болт-спицефиксатор выполнен из титанового сплава, и покрыт анодно-окисным декаративно-защитным слоем красного цвета. С одного конца стержня 1 выполнена головка 3 (фиг. 2) оснащенная посадочным местом под ключ 4 (фиг. 2). Посадочное место под ключ 4 выполнено в форме наружного шестигранника на 10 мм. Место перехода стержня 1 в головку 3 выполнено в форме расширяющегося конуса 5 (фиг. 2), стержень 1 плавно переходит в головку 3. На конусе 5 выполнено посадочное место под спицу 6 (фиг. 2), в форме сквозного круглого отверстия, диаметром 2 мм, проходящего по центру конуса 5, перпендикулярно продольной оси 7 (фиг. 2) стержня 1.
Болт-спицефиксатор, показанный на фиг. 3, выполнен в виде стержня 1 (фиг. 3) диаметром 5 мм, с наружной резьбовой нарезкой 2 (фиг. 3). Болт-спицефиксатор выполнен из нержавеющей стали. С одного конца стержня 1 выполнена головка 3 оснащенная посадочным местом под ключ 4 (фиг. 3). Посадочное место под ключ 4 выполнено в форме шестигранного углубления, с размером шестигранника 7 мм. Место перехода стержня 1 в головку 3 выполнено в форме расширяющегося конуса 5 (фиг. 3), стержень 1 плавно переходит в головку 3. На конусе 5 выполнено посадочное место под спицу 6 (фиг. 3), в форме канавки проходящей касательно по боковой поверхности конуса 5, перпендикулярно продольной оси 7 (фиг. 3) стержня 1.
Болт-спицефиксатор показанный на фиг. 4 выполнен в виде стержня 1 (фиг. 4) с наружной резьбовой нарезкой 2 (фиг. 4). Болт-спицефиксатор выполнен из нержавеющей стали. С одного конца стержня 1 выполнена головка 3 (фиг. 4) оснащенная посадочным местом под ключ 4 (фиг. 4). Посадочное место 4 под ключ выполнено в форме шестигранного углубления размером 7 мм. Место перехода стержня 1 в головку 3 выполнено в форме расширяющегося конуса 5 (фиг. 4), стержень 1 плавно переходит в головку 3. На конусе 5 выполнено посадочное место под спицу 6 (фиг. 4), в форме сквозного круглого отверстия, диаметром 1,9 мм, проходящего по центру конуса 5, перпендикулярно продольной оси 7 (фиг. 4) стержня 1.
Использование полезной модели.
Болт-спицефиксатор устанавливают стержнем 1 в отверстие (диаметр от 6 до 8 мм) опоры или другого элемента АВФ (кронштейн с отверстием, планка с отверстием, приставка с отверстием). В посадочное место 6 укладывают спицу (не показана на схемах). На резьбовую нарезку 2 стержня 1 навинчивают гайку (не показана на схемах). Затягивают гайку с усилием 17 Нм, гайка упирается в опору, стрежень 1 перемещается вдоль отверстия и спица, установленная в посадочном месте 6, зажимается между опорой и конусом 5. Поскольку конус 5 в поперечном сечении имеет переменный диаметр по длине, то он одинаково плотно прижимает спицу в отверстие размером от 6 до 8 мм. Так как место перехода стержня 1 в головку 3 выполнено плавно, в форме конуса 5 то не возникает опасных механических напряжений при затягивании гайки. Техническое решение расширяет арсенал технических средств, применяемых для фиксации спиц в АВФ, при этом обеспечивает возможность фиксации спиц в отверстиях различного диаметра, как в отверстиях диаметром 6 мм (размер отверстия в детали кронштейн, из набора деталей аппарата Илизарова), так и в отверстиях диаметром 7 мм (размер отверстия в детали опора, из набора деталей аппарата Илизарова), повышает надежность фиксации спиц.
Испытания опытных образцов.
Заявителем испытывались опытные образцы заявленного болта-спицефиксатора (фиг. 1; 5) и промышленно выпускаемые образцы болта спицефиксатора (резьба М6×1) с канавкой (пазом) описанного в источнике [3]. Образцы были изготовлены из идентичного материала по одинаковой технологии путем механической обработки из сортового проката. Испытывали образцы в равных условиях, устанавливали в одинаковых отверстиях, с одинаковыми гайками с равным усилием затяжки. По результатам механических испытаний выявлено, что при одном и том же моменте затяжки на гайке, заявленный болт-спицефиксатор обеспечивает более надежную фиксацию спицы диаметром 1,8 мм и диаметром 1,5 мм. Усилие необходимое для извлечения спицы зафиксированной заявленным болтом-спецификатором статистически достоверно больше усилия необходимого для извлечения спицы зафиксированной болтом спецификатором известным из источника [3] на величину от 13% до 18%. При этом заявленный болт-спицефиксатор может быть установлен как в отверстия диаметром 6 мм так и в отверстия диаметром 7 мм. Отрыв головки заявленного болта-спицефиксатора при испытаниях не происходил.
Техническое решение может быть изготовлено на современном промышленном оборудовании из известных материалов и использовано по назначению при лечении переломов кости аппаратом Илизарова.