Устройство для обработки вертлужной впадины при эндопротезировании тазобедренного сустава
DEVICE FOR COTYLOID CAVITY PROCESSING FOR COMPLETE HIP REPLACEMENT

Изобретение относится к медицине, а именно к оперативной ортопедии, и может быть использовано для удаления оссификатов, окружающих вертлужную впадину или вертлужный компонент эндопротеза, при операциях первичного или ревизионного эндопротезирования тазобедренного сустава эндопротезами цементной фиксации.
В настоящее время при операциях первичного или ревизионного эндопротезирования при необходимости удаления оссификатов, окружающих вертлужную впадину (вертлужный компонент эндопротеза), или при необходимости создания ровной поверхности какой-либо из стенок впадины при установке аугмента известны следующие устройства.
Остеотом и аналогичные ему долота (плоские, желобоватые), описанные в Островерхов Г.Е., Бомаш Ю.М., Лубоцкий Д.Н. Оперативная хирургия и топографическая анатомия. - М: АОЗТ «Литера». - 1996 г., с. 208, состоят из ручки и рабочей поверхности. Недостатком остеотома (и аналогичных ему долот) является невозможность равномерного удаления оссификатов по всей окружности вертлужной впадины (вертлужного компонента эндопротеза), кроме того, поскольку удаление костной ткани производится путем ударов молотком по остеотому (долоту), существует опасность удаления избыточной костной ткани и «раскола» стенки вертлужной впадины. Качество обработки вертлужной впадины при этом зависит от квалификации врача, его физического, психологического, эмоционального состояния во время проведения данной операции. Применение вышеперечисленных устройств весьма затруднительно при использовании малоинвазивных доступов в связи с достаточно большой глубиной раны и малой величиной угла операционного действия.
Известны медицинские дрели для опиливания оссификатов, окружающих вертлужную впадину. Например, хирургическая дрель (Россия, патент на изобретение №2294164, А61В 17/16), содержащая корпус и соединенный с корпусом привод, который кинематически связан с выходным валом. Выходной вал имеет инструментальный канал и съемный зажимной патрон на рабочем конце. Также известны хирургическая дрель (Россия, патент на изобретение №2007136, А61В 17/16), содержащая корпус с рукояткой, привод, крышку и зажимной механизм, хирургическая дрель (СССР, авторское свидетельство №957880, А61В 17/16), содержащая корпус, внутри которого размещен электродвигатель с редуктором, выключатель электродвигателя.
При использовании данных инструментов невозможно обеспечить равномерное удаление оссификатов по всей окружности вертлужной впадины (вертлужного компонента эндопротеза), поскольку при работе данными инструментами в глубине раны отсутствует жесткая «точка опоры», и точность спиливания напрямую зависит от «твердости» рук хирурга. Очевидно, что при отсутствии точки опоры, держа дрель «на весу», невозможно «на глаз» обеспечить абсолютно точные манипуляции рук для формирования требуемых линий окружности и плоскости поверхности «спила», близких к потенциально достижимым, что актуально для создания плотного контакта между костью и металлоконструкциями (при необходимости установки дополнительный аугментов), для предотвращения импиджмента мягких тканей при движениях в суставе.
Вследствие естественного «дрожания» рук хирурга возможно отклонение диска в стороны от оси его вращения и повреждение окружающих мягких тканей, особенно с учетом высокой частоты оборотов диска и малой абсолютной величины допустимой погрешности спиливания (единицы миллиметров) при проведении данной операции.
Наиболее близким из известных устройств для обработки вертлужной впадины при эндопротезировании тазобедренного сустава к заявляемому является устройство для обработки вертлужной впадины при эндопротезировании тазобедренного сустава по заявке США 2006079906 A1 (BENOIST GIRARD SAS), 13.04.2006, [0040]-[0043], содержащее корпус, электродвигатель с валом передачи вращения, выключатель электродвигателя, фрезу.
Недостатками данного устройства являются следующие:
1. Поскольку размер фрезы превышает размер вертлужного компонента эндопротеза, а обработка (спиливание) оссификатов, окружающих вертлужную впадину, производится сверху (т.е. по направлению к дну вертлужной впадины), то при обработке затруднена визуализация обрабатываемой поверхности. В связи с тем, что направление корпуса устройства и, соответственно, плоскости спила определяется при помощи механического направителя (т.е. визуально), то, при недостаточной визуализации возможно избыточное удаление костной ткани вокруг вертлужного компонента эндопротеза (за счет неправильного положения оси корпуса). Соответственно при использовании так называемых малоинвазивных доступов применение данного устройства затруднительно в связи с возможным избыточным удалением как костной ткани вокруг вертлужного компонента эндопротеза, так и возможным повреждением окружающих мягких тканей.
2. Конструктивно устройство выполнено таким образом, что фреза опиливает оссификаты по всему периметру кости, окружающей вертлужный компонент эндопротеза. Поскольку оссификаты могут располагаться не по всему периметру, а, например, в области верхнего или заднего края вертлужной впадины, то при работе устройства будет происходить удаление оссификатов в этих областях, а в оставшихся областях (без оссификатов) будет происходить дополнительное повреждение мягких тканей (окружающих края вертлужной впадины).
3. При необходимости установки аугментов на ограниченном участке края вертлужной впадины данное устройство не позволяет формировать равномерную плоскую поверхность на заданном расстоянии от края вертлужного компонента эндопротеза, поскольку при его работе происходит обработка всей поверхности кости, окружающей вертлужный компонент эндопротеза.
4. Невозможность регулирования площади спиливания избыточной костной ткани вокруг вертлужного компонента эндопротеза, поскольку диаметр фрезы и, соответственно, площадь опиливаемой поверхности не меняются при работе устройства. Таким образом, при наличии выраженных оссификатов с одного края вертлужной впадины и их отсутствии (или меньшем количестве) с другого края данное устройство не позволяет выполнить удаление выраженных оссификатов без повреждения мягких тканей с противоположной стороны.
5. Применение данного устройства также затруднительно при использовании у больных с достаточно большой глубиной раны и малой величиной угла операционного действия.
Задачей изобретения является обеспечение возможности:
- равномерного удаления оссификатов, окружающих вертлужную впадину;
- формирования плоской поверхности на одинаковом (заданном) расстоянии от края вертлужного компонента эндопротеза при эндопротезировании тазобедренного сустава при использовании эндопротезов цементной фиксации;
- сокращение времени оперативного вмешательства вследствие механизации процесса обработки вертлужной впадины, минимизация повреждений окружающих мягких тканей.
Для решения поставленной задачи в известное устройство для обработки вертлужной впадины при эндопротезировании тазобедренного сустава, содержащее корпус, электродвигатель с валом передачи вращения, выключатель электродвигателя дополнительно введены циркулярная пила, спица с резьбой на одном конце, централизатор для вертлужного компонента цементной фиксации, ограничительная трубка для размещения на упомянутой спице, рычаг, соединенный с нижней частью корпуса при помощи шарнира, а с верхней частью корпуса через пружину, фиксатор рычага, соединенный с верхней частью корпуса при помощи шарнира, многоступенчатая трансмиссия, корпус имеет параллельные продольный канал для вала вращения и трубку для упомянутой спицы, неподвижно соединенную с корпусом, неподвижно соединенный с нижней частью корпуса внешний неподвижный блок, расположенный внутри него внутренний подвижный блок, рычаг одновременно соединен с внутренним подвижным блоком при помощи шарниров и толкателя с возможностью перемещения подвижного блока относительно неподвижного перпендикулярно оси спицы, централизатор для вертлужного компонента цементной фиксации выполнен с осевым резьбовым отверстием для ввинчивания спицы, многоступенчатая трансмиссия размещена в корпусе, во внешнем неподвижном блоке и во внутреннем подвижном блоке, и имеет вал передачи вращения от электродвигателя и выходной вал, на одном конце которого закреплена циркулярная пила перпендикулярно валу, а последний расположен параллельно каналу корпуса.
При изучении других известных конструктивно-технических решений в данной области медицины указанная совокупность признаков, отличающая изобретение от прототипа, не была выявлена.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для обработки вертлужной впадины, фиксированного в вертлужном компоненте тазобедренного сустава цементной фиксации в реальном масштабе 1:1, на фиг. 2 - конструкция внешнего неподвижного блока и корпуса (фрагмент), масштаб 2:1, на фиг. 3 - конструкция внутреннего подвижного блока, масштаб 2:1, на фиг. 4 - схематичное изображение расположения элементов многоступенчатой трансмиссии, масштаб 5:1, на фиг. 5 - схематичное изображение многоступенчатой трансмиссии, масштаб 5:1, на фиг. 6 - конструкция спицы с резьбой, масштаб 8:1, на фиг. 7 - схема фиксации устройства в вертлужном компоненте эндопротеза цементной фиксации, масштаб 1:1, на фиг. 8 - начальное и конечное положение подвижного блока, масштаб 1:1.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
1 - рычаг;
2 - зубчатый фиксатор;
3 - корпус;
4 - электродвигатель;
5 - токопроводящий провод;
6 - полая трубка;
7 - шарнир зубчатого фиксатора;
8 - пружина;
9 - первый шарнир рычага;
10 - шарнир внутреннего подвижного блока;
11 - внешний неподвижный блок;
12 - внутренний подвижный блок;
13 - толкатель;
14 - второй шарнир рычага;
15 - циркулярная пила;
16 - выходной вал.
Кроме элементов заявляемого устройства на фиг. 1 изображены фрагмент вертлужной впадины и вертлужный компонент цементной фиксации:
17 - спица с резьбой;
18 - ограничительная трубка;
19 - оссификаты вертлужной впадины;
20 - вертлужный компонент эндопротеза;
21 - централизатор;
22 - линия спила;
23 - стенка вертлужной впадины.
На фиг. 2 приняты следующие обозначения:
3 - корпус;
9 - первый шарнир рычага;
11 - внешний неподвижный блок;
24 - канал корпуса;
25 - верхнее отверстие полой трубки;
26 - паз внешнего неподвижного блока;
27 - нижнее отверстие полой трубки.
На фиг. 3 приняты следующие обозначения:
28 - верхняя крышка;
29 - нижняя крышка;
30 - отверстие задней стенки внутреннего подвижного блока;
31 - отверстие передней стенки внутреннего подвижного блока;
32 - канал выходного вала.
На фиг. 4, фиг. 5 приняты следующие обозначения:
16 - выходной вал;
33 - вал передачи вращения от электродвигателя;
34 - первая зубчатая коническая передача;
35 - вал внешнего неподвижного блока;
36 - зубчатое колесо внешнего неподвижного блока;
37 - вал внутреннего подвижного блока;
38 - зубчатое колесо внутреннего подвижного блока;
39 - вторая зубчатая коническая передача;
40 - упорная шайба;
41 - резьба выходного вала;
42 - сечение зубчатых колес внешнего неподвижного блока и внутреннего подвижного блока.
На фиг. 6 приняты следующие обозначения:
17 - спица с резьбой.
На фиг. 7 приняты следующие обозначения:
17 - спица с резьбой;
21 - централизатор.
На фиг. 8 приняты следующие обозначения:
А - начальное положение рычага и внутреннего подвижного блока;
В - конечное положение рычага и внутреннего подвижного блока;
1 - рычаг;
2 - зубчатый фиксатор;
3 - корпус;
8 - пружина;
9 - первый шарнир рычага;
10 - шарнир внутреннего подвижного блока;
11 - внешний неподвижный блок;
12 - внутренний подвижный блок;
13 - толкатель;
14 - второй шарнир рычага;
43 - винт.
Заявляемое устройство для обработки вертлужной впадины при эндопротезировании тазобедренного сустава содержит корпус 3, внутри которого располагается электродвигатель 4, вал которого соединяется с валом 33 передачи вращения от электродвигателя 4, располагающимся в канале 24 корпуса 3. К электродвигателю 4 присоединен токопроводящий провод 5. Включение и выключение электродвигателя 4 осуществляется с помощью «ножного» выключателя. С нижней частью корпуса 3 перпендикулярно ему неподвижно соединен внешний неподвижный блок 11, внутри которого располагается внутренний подвижный блок 12. Параллельно корпусу 3 расположена полая трубка 6, неподвижно непосредственно соединенная с корпусом 3 таким образом, что верхнее отверстие 25 полой трубки 6 находится на одном уровне с верхним концом корпуса 3, а нижнее отверстие 27 полой трубки 6 находится на уровне нижней стенки внешнего неподвижного блока 11. В полой трубке 6 располагается спица с резьбой 17, которая завинчена в централизатор 21. С нижней частью корпуса 3 при помощи первого шарнира 9 соединен рычаг 1. С верхней частью корпуса 3 рычаг 1 соединен через пружину 8. Пружина 8 соединена с корпусом 3 и рычагом 1 при помощи винтов 43. Рычаг 1 одновременно соединен с внутренним подвижным блоком 12 при помощи шарнира 10 внутреннего подвижного блока 12, второго шарнира 14 рычага 1 и расположенного между ними толкателя 13 с возможностью продольного перемещения подвижного блока 12 относительно неподвижного блока 11. С верхней частью корпуса 3 соединен зубчатый фиксатор 2 при помощи шарнира 7 зубчатого фиксатора 2. Внешний неподвижный блок 11 имеет форму параллелепипеда. На его наружной стенке имеется паз 26, вдоль которого осуществляется перемещение шарнира 10 внутреннего подвижного блока 12 вместе с внутренним подвижным блоком 12. Внутренний подвижный блок 12 содержит верхнюю крышку 28 и нижнюю крышку 29, предназначенные для защиты механизмов трансмиссии, расположенных внутри него, от костных опилок. В стенках внутреннего подвижного блока 12 имеются отверстие 30 задней стенки внутреннего подвижного блока 12 и отверстие 31 передней стенки внутреннего подвижного блока 12, в которых фиксируется вал 37 внутреннего подвижного блока 12. Во внутреннем подвижном блоке 12 располагается канал 32 выходного вала 16, в котором располагается выходной вал 16. Внутренний подвижный блок 12 с передней стороны выполнен в виде прямоугольного выступа, в котором располагается канал 32 выходного вала 16. Выступ предназначен для увеличения рабочего хода циркулярной пилы 15 и, соответственно, увеличения площади спила.
Многоступенчатая трансмиссия размещена в корпусе 3, во внешнем неподвижном блоке 11 и во внутреннем подвижном блоке 12, представляет собой последовательно соединенные между собой зубчатые передачи и состоит из вала передачи вращения 33 от электродвигателя 4, расположенного в канале 24 корпуса 3, соединяющегося с шестернями первой зубчатой конической передачи 34. Одна из шестерней первой зубчатой конической передачи 34 располагается на валу передачи вращения 33 от электродвигателя 4, другая - на валу 35 внешнего неподвижного блока 11. На валу 35 внешнего неподвижного блока 11 также расположено зубчатое колесо 36 внешнего неподвижного блока 11. Вал 35 внешнего неподвижного блока 11 фиксирован в отверстиях в передней и задней стенках внешнего неподвижного блока 11 и располагается параллельно валу 37 внутреннего подвижного блока 12. Фиксация вышеуказанных компонентов осуществляется при помощи шпонок, расположенных между валом и компонентами. Зубчатое колесо 36 внешнего неподвижного блока 11 соединяется с зубчатым колесом 38 внутреннего подвижного блока 12, расположенным на валу 37 внутреннего подвижного блока 12. Вал 37 внутреннего подвижного блока 12 фиксирован в отверстии 30 задней стенки внутреннего подвижного блока 12 и отверстии 31 передней стенки внутреннего подвижного блока 12. Также на валу 37 расположена вторая зубчатая коническая передача 39. Одна из шестерней данной передачи располагается на валу 37 внутреннего подвижного блока 12, другая - на выходном валу 16, на котором перпендикулярно корпусу 3 устройства закреплена циркулярная пила 15, фиксированная между упорной шайбой 40 и гайкой, расположенной на резьбе 41 выходного вала 16. Фиксация компонентов зубчатых передач осуществляется шпонками.
В связи с тем, что диаметр вертлужного компонента эндопротеза тазобедренного сустава, который в практической ортопедии устанавливается больным, составляет от 44 мм до 66 мм, а диаметр окружающих впадину оссификатов не превышает 5-7 мм, для удаления оссификатов заявляемое устройство должно иметь три варианта исполнения одинаковой конструкции, отличающиеся только длиной внешнего блока и диаметром циркулярной пилы:
1) Вертлужный компонент диаметром от 44 до 50 мм: диаметр циркулярной пилы - 20 мм, длина внешнего блока - 26 мм;
2) Вертлужный компонент диаметром от 52 до 60 мм: диаметр циркулярной пилы - 24 мм, длина внешнего блока - 34 мм;
3) Вертлужный компонент диаметром от 62 до 66 мм: диаметр циркулярной пилы - 28 мм, длина внешнего блока - 38 мм.
Другим решением для обеспечения возможности установки эндопротезов с различными диаметрами вертлужного компонента может быть наличие трех сменных внешних неподвижных и внутренних подвижных блоков разной длины.
Принцип работы заявляемого устройства заключается в следующем.
В процессе операции после удаления головки бедренной кости осуществляется обработка вертлужной впадины стандартными развертками. Устанавливается вертлужный компонент эндопротеза цементной фиксации. Возможна также установка так называемого пробного или примерочного компонента.
Между полой трубкой 6 и централизатором 21 на спице с резьбой 17 устанавливается ограничительная трубка 18 необходимой высоты в зависимости от необходимого уровня спила. Централизатор 21 прижимается к вертлужному компоненту эндопротеза. Вращение устройства осуществляется руками хирурга вокруг оси спицы с резьбой 17. Первоначально установка устройства осуществляется в начальное положение А. При включении электродвигателя 4 передача вращения от него на циркулярную пилу 15 осуществляется через многоступенчатую трансмиссию. При нажимании на рычаг 1 происходит «выдвижение» внутреннего подвижного блока 12 вместе с вращающейся циркулярной пилой 15. Рычаг 1 фиксируется в необходимом положении при помощи зубчатого фиксатора 2. Производится спиливание оссификатов вертлужной впадины 19. При вращении устройства вокруг оси спицы с резьбой 17 циркулярная пила 15 описывает круг диаметром, превышающим диаметр вертлужного компонента эндопротеза, что позволяет равномерно спилить избыточную костную ткань, окружающую вертлужный компонент эндопротеза. Таким образом, образуется равномерная ровная поверхность. В зависимости от высоты ограничительной трубки 18 возможно выполнять спил на необходимом (заданном) расстоянии от вертлужного компонента эндопротеза 20 до линии спила 22.
Составные части заявляемого устройства для обработки вертлужной впадины при эндопротезировании тазобедренного сустава могут быть реализованы следующим образом.
Корпус 3 и рычаг 1, в совокупности, представляют собой стандартную ручку, которая используется во многих хирургических инструментах. Длина корпуса определяется глубиной операционной раны и может составлять 25…30 см.
Корпус 3 может быть выполнен в виде параллелепипеда или цилиндра, ширина (диаметр) корпуса определяется размерами электродвигателя 4, устанавливаемого в корпус 3. Используемые в настоящее время электродвигатели имеют небольшие габариты (2 см в диаметре), например, электродрель AnspacheMax 2 Plus, выпускаемая фирмой Synthes, описанная http://www.synthes.com/MediaBin/US%20DATA/Product%20Support%20Materi als/Catalogs/10412А%202012%20PowerTools%20Catalog.pdf. (дата обращения 13.10.2014 г.).
Размеры корпуса 3 и рычага 1 должны быть такими, чтобы обеспечивался хват рукой корпуса 3 с рычагом 1.
Пружина 8 представляет собой плоскую изогнутую пружину, которая может быть выполнена из пружинной стальной ленты.
Внешний неподвижный блок 11 и внутренний подвижный блок 12 изготавливаются из металлических пластин толщиной порядка 1 мм.
Первый шарнир 9 рычага 1 представляет собой металлический стержень, фиксированный в корпусе 3, может быть выполнен в виде болта, ввинчивающегося в корпус 3.
Шарнир 10 внутреннего подвижного блока 12 аналогичен первому шарниру 9 рычага 1. Ввинчивается или приваривается к внутреннему подвижному блоку 12.
Второй шарнир 14 рычага 1 и шарнир 7 зубчатого фиксатора 2 выполнены в виде металлического стержня.
Толкатель 13 представляет собой пластину с двумя отверстиями на концах.
Циркулярная пила 15 представляет собой стандартный (зубчатый) диск циркулярной пилы.
Спица с резьбой 17 может быть реализована в виде спицы Киршнера с нарезанной резьбой на конце.
Ограничительная трубка 18 в зависимости от требуемой длины может быть реализована в виде одной или нескольких шайб или в виде полой трубки.
Первая и вторая зубчатые конические передачи 34 и 39 представляют собой соединенные под прямым углом конические шестеренки с прямым зубом и передаточным отношением 1:1.
Зубчатое колесо 36 внешнего неподвижного блока 11 и зубчатое колесо 38 внутреннего подвижного блока 12 представляют собой прямозубую зубчатую шестеренку.
Зубчатые колеса 36 и 38 образуют между собой прямозубую цилиндрическую передачу с передаточным отношением 1:1.
Централизатор 21 отличается от стандартного централизатора для установки вертлужного компонента бесцементной фиксации тем, что в центре имеется резьба под спицу с резьбой 17.
Для вращения механизмов могут быть использованы бронзовые подшипники.
Таким образом, реализация заявляемого устройства не вызывает сомнений, так как для его изготовления используются типовые электромеханические узлы и детали.
Техническим результатом изобретения являются:
- равномерное удаление оссификатов, окружающих вертлужную впадину;
- формирование плоской поверхности на одинаковом (заданном) расстоянии от края вертлужного компонента эндопротеза;
- сокращение времени оперативного вмешательства вследствие механизации процесса обработки вертлужной впадины, минимизация повреждения окружающих мягких тканей.