УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМЕЩЕНИЯ ДЕФЕКТА КОСТИ

Область техники
Техническое решение относится к медицинской технике, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано в конструкции устройств для чрескостного остеосинтеза, предназначенных для замещения дефекта кости путем дозированного смещения костного фрагмента.
Уровень техники
Устройства внешней фиксации, или аппараты внешней фиксации (АВФ) широко известны  (источник [1]: SU 1055499; источник [2]: SU 538710  источник [3]: патент RU 40169) и применяются в клинической практике  для замещения дефектов трубчатых костей, путем дистракционного остеогенеза. Устройства внешней фиксации необходимы для фиксации костных фрагментов в заданном положении и приложении к костным фрагментам усилий, дистракционных или компрессионных, с контролируемым темпом и в заданном направлении. Устройства внешней фиксации используют при замещении дефектов кости для дозированного перемещения закреплённых в них костных фрагментов и фиксации.
Известен телескопический привод к аппарату чрескостной фиксации, состоящий из резьбового стержня, с соосно установленными на нем гайки и трубки, в котором гайка имеет пружиненный стержень, а упор резьбового стержня имеет торцевые углубления (источник [4]: авторское свидетельство SU1629046). Пружиненный стержень, контактирующий с торцевыми углубления образует, пружинный фиксатор и обеспечивает физический и акустический (за счет щелчка) контроль поворота гайки.
Конструкция пружинного фиксатора привода [4], содержащая продолговатый пружинный стрежень, приводит к увеличению вертикальных габаритов гайки и всего устройства, а кроме того требует выполнения дополнительной механической обработки посадки пружинного стержня. Устройство [4] позволяет производить дозированное перемещение резьбовых стержней аппарата только в одном направлении.
Известен дистрактор «Шебупа» к чрескостному аппарату (источник [5]: RU 2120248). Дистрактор [5] содержит резьбовую пару, гайка которой выполнена с цилиндрической частью, установленной во втулке, закрепленной на корпусе. Дистрактор [5] содержит пружинный фиксатор. Внутренняя поверхность втулки имеет равномерно расположенные канавки и снабжена тангенциально расположенным отверстием, в котором установлен с возможностью перемещения палец, подпружиненный витой цилиндрической пружиной сжатия.
Конструкция пружинного фиксатора дистрактора [5] приводит к увеличению поперечных габаритов (диаметра) гайки, втулки и всего устройства, так как содержит витую цилиндрическую пружину сжатия и продолговатый палец. Кроме того такая конструкция пружинного фиксатора требует выполнения дополнительной механической обработки места посадки пружины и пальца. Конструкция не позволяет установить больше двух фиксаторов, так как занимает большой объем в материале гайки.
При этом устройства [4;5] не позволяют осуществлять дистракцию промежуточной опоры с закреплёнными на ней стержнями-шурупами, расположенную между двумя другими опорами.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является аппарат для остеосинтеза трубчатой кости (источник [6]: патент RU 2703651), он выбран в качестве прототипа.  Аппарат [6] содержит проксимальную и дистальную опоры, связанные резьбовыми стержнями. Опоры выполнены в виде плоских колец с отверстиями. На опорах проксимальной и дистальной опорах установлены спицы, предназначенные для фиксации кости.  Между проксимальной и дистальной опорой расположена промежуточная опора, установленная на двух направляющих стержнях, закрепленных на проксимальной и дистальной опорах.  Промежуточная опора снабжена резьбовым дистракционным стержнем, который закреплен на проксимальной и дистальной опорах. Промежуточная опора выполнена в форме сегмента плоского кольца с отверстиями. В центральном отверстии промежуточной опоры установлена резьбовая втулка. В крайних отверстиях промежуточной опоры установлены направляющие втулки, остальные отверстия предназначены для установки стержней-шурупов. Продольные оси направляющих втулок параллельны. Через направляющие втулки пропущены направляющие стержни, выполненные в виде цилиндрических стержней с гладкой центральной частью и резьбовой нарезкой на концах. Контакт направляющих втулок с центральной частью направляющих стержней выполнен антифрикционным с коэффициентом трения менее 0,18. Концы направляющих стержней зафиксированы гайками на проксимальной и дистальной опорах. Центральная часть направляющих стержней оснащена шкалой контрастного цвета. Через резьбовую втулку пропущен резьбовой дистракционный стрежень, выполненный с центральной частью, оснащенной резьбовой нарезкой М6, содержащий приводной и опорный концы. Приводной конец дистракционного стержня установлен на проксимальной опоре. Опорный конец дистракционного стержня установлен в опорной гильзе (регулировочной опоре), зафиксированной на дистальной опоре. На приводном конце дистракционного стержня выполнен упорный буртик и приводной элемент для передачи крутящего момента. На опорном конце дистракционного стержня выполнены четыре равномерно расположенных продольных канала для контакта с пружинным фиксатором опорной гильзы. Опорная гильза (регулировочная опора) содержит углубление для входа опорного конца дистракционного стержня, пружинный фиксатор и резьбовой хвостовик с гайками. Приводной элемент для передачи крутящего момента выполнен в виде многоугольного концевого участка дистракционного стрежня, на котором насажена кубическая головка, оснащенная пружинным фиксатором и контрастными метками на гранях. Стержни-шурупы установлены на промежуточной опоре посредством кронштейнов.
Опорная (регулировочная) гильза аппарата [6] содержит пружинный фиксатор, выполненный в виде радиально расположенного отверстия, в котором установлен с возможностью перемещения палец, подпружиненный витой цилиндрической пружиной сжатия. Для установки пружинного фиксатора требуется просверлить радиальное отверстие, установить палец (в форме шарика или «грибка»),  подпереть его витой цилиндрической пружиной сжатия и заблокировать положение свободного конца пружины на выходе из отверстия. Конструкция пружинного фиксатора, с витой цилиндрической пружиной сжатия, требует увеличения габаритов посадочного места - опорной гильзы, и выполнения набора технологических операций.  Аналогичный по конструкции пружинный фиксатор, с  витой цилиндрической пружиной сжатия и пальцем, установлен в кубической головке, предназначенной для передачи крутящего момента на резьбовой дистракционный стержень. Примененная в аппарате [6] конструкция пружинного фиксатора увеличивает габариты деталей и усложняет технологию их изготовления, требует выполнения дополнительной механической обработки места посадки пружины и пальца, а также блокировки положения свободного конца пружины на выходе из радиального отверстия.
Сущность технического решения
Задачей разработки является совершенствование устройства для замещения дефекта кости, уменьшение габаритов пружинного фиксатора и деталей где он устанавливается,  повышение технологичности деталей оснащённых пружинным фиксатором. Устройство для замещения дефекта кости обеспечивает снижение трудоёмкости дистракционного остеосинтеза аппаратом Илизарова, упрощение управления перемещением остеотомированного костного фрагмента  и обеспечение контроля над величиной перемещения,  с сохранением стабильной фиксации костного фрагмента и уменьшением риска возникновения осложнений. Устройство для замещения дефекта кости обеспечивает дозируемое контролируемое двухстороннее перемещение промежуточной опоры посредством одного приводного элемента для передачи крутящего момента, с обеспечением надежной фиксации стержней-шурупов и соединенного с ними костного фрагмента. Обеспечено удобство управления перемещением и контроля величины дистракции.
Технический результат заключается в уменьшении габаритов (наружных диаметров) деталей содержащих пружинный фиксатор, упрощении технологии изготовления пружинного фиксатора, за счет его конструкции, исключающей использование витой цилиндрической пружины сжатия.
Технический результат достигается тем, что устройство для замещения дефекта кости (далее устройство) содержит промежуточную опору, предназначенную для расположения между проксимальной и дистальной опорой аппарата внешней фиксации, промежуточная опора выполнена в форме сегмента плоского кольца с отверстиями, в центральном отверстии промежуточной опоры установлена резьбовая втулка, в крайних отверстиях промежуточной опоры установлены направляющие втулки,   остальные отверстия промежуточной опоры предназначены для установки стержней-шурупов. Через направляющие втулки пропущены направляющие стержни, выполненные в виде цилиндрических стержней с  резьбовой нарезкой на концах, концы направляющих стержней предназначены для фиксации гайками на проксимальной и дистальной опорах аппарата внешней фиксации. Центральная часть направляющих стержней оснащена шкалой контрастного цвета, предназначенной для контроля положения промежуточной опоры относительно направляющих стержней. Через резьбовую втулку пропущен резьбовой дистракционный стрежень, выполненный  с центральной частью оснащенной резьбовой нарезкой, содержащий приводной и опорный концы. Приводной конец дистракционного стержня предназначен для установки на проксимальной опоре, на приводном конце дистракционного стержня выполнен упорный буртик и приводной элемент для передачи крутящего момента. Опорный конец дистракционного стержня установлен в опорной гильзе, предназначенной для фиксации на дистальной опоре. Опорная гильза содержит пружинный фиксатор, резьбовой хвостовик с гайками и углубление, предназначенное для входа опорного конца дистракционного стержня. На опорном конце дистракционного стержня выполнены четыре равномерно расположенных продольных канала, для контакта с пружинным фиксатором опорной гильзы. Приводной элемент для передачи крутящего момента выполнен в виде многогранного концевого участка дистракционного стрежня, на котором насажена кубическая головка,  оснащенная пружинным фиксатором и контрастными метками на гранях. Отличается тем, что  пружинный фиксатор выполнен в виде металлического шарика установленного в сквозное отверстие, сужающееся с одного конца, шарик частично выступает из сквозного отверстия со стороны сужающееся конца, а с противоположного конца сквозного отверстия шарик упирается в пружинное кольцо, причем пружинное кольцо расположено в кольцевой канавке.
Техническое решение поясняется следующими графическими материалами:
Фиг.1- общий вид устройства установленного между проксимальной и дистальной опорами аппарата внешней фиксации, 3d модель;
Фиг.2- вид устройства спереди, чертеж;
Фиг.3- дистракционный стрежень;
Фиг.4- промежуточная опора;
Фиг.5 - направляющий стержень;
Фиг.6 - общий вид устройства (опытный образец), фотография;
Фиг.7- опорная гильза в разрезе, чертеж (показан механизм пружинного фиксатора).
На графических материалах цифрами обозначено:
1- проксимальная опора;
2- дистальная опора;
3- отверстия;
4-  спицы;
5-  проксимальный фрагмент кости;
6-  дистальный фрагмент кости;
7-  промежуточная опора;
8-  резьбовые стержни;
9-  резьбовая втулка;
10- направляющая втулка;
11-  отверстия промежуточной опоры;
12-  стержень-шуруп;
13- направляющий стержень;
14-  центральная часть;
15- первый конец направляющего стержня;
16- второй конец направляющего стержня;
17- гайка;
18- шкала;
19-  дистракционный стержень;
20-  центральная часть дистракционного стержня;
21- приводной конец дистракционного стержня;
22- опорный конец дистракционного стержня;
23- опорная (регулировочная) гильза;
24-  упорный буртик;
25-  приводной элемент для передачи крутящего момента;
26- продольный канал;
27-  пружинный фиксатор;
28- углубление;
29-  резьбовой хвостовик;
30-  концевой участок;
31-  кубическая головка;
32-  пружинный фиксатор;
33- контрастные метки
34-  кронштейн;
35- фторопластовая прокладка;
36- плоское кольцо;
37- костный фрагмент;
38- шарик;
39- сквозное отверстие;
40- сужение сквозного отверстия;
41- пружинное кольцо;
42- кольцевая канавка.
Осуществление технического решения
Устройство выполнено из нержавеющей стали или титанового сплава пригодного для применения в медицине. Устройство содержит промежуточную опору 7, предназначенную для расположения между проксимальной 1 и дистальной 2 опорой аппарата внешней фиксации. Промежуточная опора 7 выполнена в форме сегмента плоского кольца с отверстиями 11. Внутренний диаметр опоры 7 составляет от 150 до 160 мм, толщина составляет от 4 до 10 мм, промежуточная опора 7 содержит семь отверстий 11. Указанные размеры опоры 7 позволяют обеспечить совместимость с типоразмерами деталей аппарата Илизарова.  В центральном отверстии промежуточной опоры 7 установлена резьбовая втулка 9. В крайних отверстиях промежуточной опоры установлены две направляющие втулки 10. Направляющие втулки 10 могут быть выполнены в виде линейных подшипников или оснащены антифрикционным покрытием. Продольные оси втулок 9,10 параллельны. Длина втулок составляет 10 мм. Остальные отверстия 11 промежуточной опоры 7 предназначены для установки стержней-шурупов 12. Стержни-шурупы 12 установлены на промежуточной опоре 7 посредством кронштейнов 34. Через направляющие втулки 10 пропущены направляющие стержни 13 выполненные в виде цилиндрических стержней с  резьбовой нарезкой М6х1 на концах 15 и 16. Концы 15 и 16 направляющих стержней 13 предназначены для фиксации гайками 17 на проксимальной 1 и дистальной 2 опорах аппарата внешней фиксации. Центральная часть 14 направляющих стержней 13 оснащена шкалой 18 контрастного цвета, предназначенной для контроля положения промежуточной опоры 7 относительно направляющих стержней 13. Через резьбовую втулку 9 пропущен резьбовой дистракционный стрежень 19, выполненный  с центральной частью 20 оснащенной резьбовой нарезкой М6х1, содержащий приводной 21 и опорный 22 концы. Приводной конец 21 дистракционного стержня 19 предназначен для установки на проксимальной опоре 7. На приводном конце 21 дистракционного стержня 19 выполнен упорный буртик 24 и приводной элемент 25 для передачи крутящего момента. Для снижения трения в местах контакта могут быть расположены фторопластовые прокладки 35. Опорный конец 22 дистракционного стержня 19 установлен в опорной гильзе 23, предназначенной для фиксации на дистальной опоре 2. Опорная гильза 23 содержит пружинный фиксатор 27, резьбовой хвостовик 29 с гайками 17 и углубление 28, предназначенное для входа опорного конца 22 дистракционного стержня 19. На опорном конце 22 дистракционного стержня 19 выполнены четыре равномерно расположенных продольных канала 26, для контакта с пружинным фиксатором 27 опорной гильзы 23. Приводной элемент 25 для передачи крутящего момента выполнен в виде многогранного концевого участка 30 дистракционного стрежня 19, на котором насажена кубическая головка 31,  оснащенная пружинным фиксатором 27 и контрастными метками 33 на гранях. Пружинный фиксатор 27 выполнен в виде металлического шарика 38 установленного в сквозное отверстие 39, сужающееся 40 с одного конца. Шарик 38 частично выступает из сквозного отверстия 39 со стороны сужающееся 40 конца, а с противоположного конца сквозного отверстия 39 шарик 38 упирается в пружинное кольцо 41. Пружинное кольцо 41 расположено в кольцевой канавке 42.  Кубическая головка 31 также содержит пружинный фиксатор 32. На приводном конце 21 дистракционного стержня 19 выполнена кольцевая проточка, для контакта с пружинным фиксатором 32. Пружинный фиксатор 32 выполнен аналогично пружинному фиксатору 27 в виде металлического шарика 38 установленного в сквозное отверстие 39, сужающееся 40 с одного конца. Шарик 38 частично выступает из сквозного отверстия 39 со стороны сужающееся 40 конца, а с противоположного конца сквозного отверстия 39 шарик 38 упирается в пружинное кольцо 41. Пружинное кольцо 41 расположено в кольцевой канавке 42. Опорная (регулировочная) гильза 23 и кубическая головка 31 содержат пружинный фиксатор 27 и 32, выполненный в виде радиально расположенного сквозного отверстия 39, в котором установлен с возможностью перемещения шарик 38, подпружиненный пружинным кольцом 41. Использование пружинного кольца 41 и шарика 38, вместо винтовой цилиндрической пружины сжатия и пальца позволяет уменьшить диаметр опорной гильзы 7 и кубической головки 31. Сборка и разборка пружинного фиксатора 27,32 осуществляется очень просто: для сборки укладывают шарик 38 в сквозное отверстие 39, и надевают пружинное кольцо 41, размещая его в кольцевую канавку 42, для разборки убирают пружинное кольцо из канавки 42, и шарик 38 выкатывается. Конструкция пружинного фиксатора 27,32 проста и экономична по занимаемому объему в материале детали, позволяет использовать множество шариков 38, так как может быть выполнено 2, 3,4 и более сквозных отверстий 39. Описанная конструкция пружинного фиксатора 27,32 позволяет уменьшить габариты (наружных диаметров) деталей содержащих пружинный фиксатор 27,32, упрощает технологию изготовления.
Использование устройства
Устройство применяют для замещения дефекта плечевой кости или большеберцовой кости, путем установки между опорами аппарата внешней фиксации. Также допустимо применение для замещения дефектов костей предплечья. Использование на разных конечностях не отличается. Для замещения дефекта в проксимальный 5 и дистальный 6 фрагменты кости проводят спицы 4. Концы спиц 4 фиксируют на проксимальной 1 и дистальной 2 опоре аппарата внешней фиксации. Предпочтительно, для обеспечения жесткой фиксации и необходимой прочности конструкции аппарата проксимальную 1 и дистальную 2 опору  необходимо собирать из двух плоских колец 36 соединяя их резьбовыми стержнями 8 с гайками 17. Однако, в некоторых случаях, допустимо использовать и по одному плоскому кольцу 36 для проксимальной 1 и дистальной 2 опор. Плоское кольцо 36 может быть собрано из двух полуколец. Соединяют проксимальную 1 и дистальную 2 опоры резьбовыми стержнями 8 с гайками 17. В конец проксимального 5 фрагмента кости вводят стержни-шурупы 12, устанавливая плоскости лысок параллельно продольной оси кости (совпадающим с направлением дистракции). Производят остеотомию проксимального фрагмента кости 5, получают костный фрагмент 37, предназначенный для дистракции и получения регенерата. Устанавливают промежуточную опору 7 между дистальной 2 и проксимальной 1 опорами. Направляющие стрежни 13 устанавливают в направляющие втулки 10, и концы 15,16 гайками 17 закрепляют на дистальной 2 и проксимальной 1 опорах.   Устанавливают дистракционный стержень 19 приводным концом 21 на  проксимальной опоре 1. Вкручивают центральную часть 20 дистракционного стержня в резьбовую втулку 9 промежуточной опоры 7. Устанавливают опорную гильзу 23 резьбовым хвостовиком  29 на дистальную опору, подбирая такое расстояние, чтобы опорный конец 22 дистракционного стержня 19 был расположен в углублении 28 опорной гильзы 23. Фиксируют резьбовой хвостовик 29 гайками 17 на дистальной опоре 2. Устанавливают приводной элемент 25 для передачи крутящего момента. Для этого на концевой участок 30 дистракционного стрежня 19 насаживают кубическую головку 31,  положение которой фиксируется пружинным фиксатором 32, при этом шарик 38 под действием пружинного кольца 41 вдавливается в кольцевую проточку выполненную на приводном конце 21 дистракционного стрежня 19. Стержени-шурупы  12 фиксируют посредством кронштейнов 34 на промежуточную опору 7.  Для дистракции зафиксированного костного фрагмента 37 прикладывают усилие к приводному элементу 25 для передачи крутящего момента, поворачивают кубическую головку 31 на четверть оборота, при этом пружинный фиксатор 27 опорной гильзы производит фиксацию положения дистракционного стержня 19, так как шарик 38 под действием пружинного кольца 41 фиксатор утопает  в продольном канале 26. Резьбовая втулка 9 перемещается на 0,25мм вдоль центральной части 20 и увлекает за собой промежуточную опору 7 вместе со связанным с ней костным фрагментом 37. Направляющие втулки 10 стабилизируют положение промежуточной опоры 7 на направляющих стержнях 13. Величину перемещения промежуточной опоры 7 визуально контролируют по шкале 18. В сутки делают четыре поворота кубической головки 31 на четверть оборота, контролируя количество поворотов визуально по контрастным меткам 33. Положение дистракционного стержня 19 фиксируется каждую четверть оборота пружинным фиксатором 27. Обеспечение компрессии регенерата, пока он еще полностью не заполнил дефект, возможно путем поворота кубической головки 31 в противоположную сторону.  Для обеспечения компрессии регенерата когда дефект заполнен, убирают дистракционный стержень 19, направляющие стержни 10, опорную гильзу 23 и промежуточную опору 7, стержни-шурупы 12 вынимают, затем  подкручивают гайки 17 резьбовых стрежней  8 соединяющих проксимальную 1 и  дистальную 2 опору.
Конструкция устройства обеспечивает удобство и простоту управления дистракцией, и совместима с аппаратом Илизарова.  Дозируемое контролируемое двухстороннее перемещение промежуточной (дистракционной, компрессионной) опоры 7 осуществляется посредством одного приводного элемента 25 для передачи крутящего момента, с обеспечением контроля величины перемещения по шкале 18, фиксацией положения пружинным фиксатором 27, и контроля поворота кубической головки 31 по контрастным меткам 33.  Устройство   может быть изготовлено на современных промышленных предприятиях, из известных материалов.