КОМПРЕССИОННО-ДИСТРАКЦИОННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ СМЕЩЕНИЯ ОТЛОМКОВ КОСТИ

Полезная модель - компрессионно-дистракционный аппарат для дозированного устранения смещения отломков кости относится к медицинской технике в области клинической и экспериментальной травматологии и ортопедии и направлен на восстановление оси конечности, применяется при деформации трубчатых костей, вяло консолидирующих переломах, псевдоартрозах, состояний деформации костей после остеотомий, деформаций после длительной компрессии, дистракции и фиксации костных отломков, для изменения пространственного положения костей сегмента конечности, в экспериментальных исследованиях на животных.
Чрескостный остеосинтез имеет значительные потенциальные возможности, реализация которых предполагает методичную работу по совершенствованию аппаратов внешней фиксации. При этом основной акцент необходимо сделать на улучшение их репозиционных характеристик, возможностей по созданию оптимального баланса сил на стыке отломков и обеспечению стабильной фиксации.
В работах Л.Н. Анкина и В.Б. Левицкого (1991), Л.Н. Соломина (1996) заявлены преимущества напряженно-упругих каркасных схем аппаратов для внеочагового остеосинтеза. Перспективными считаются аппараты модульных сборок (Соломин Л.Н. и соавт., 2001), сочетающие в себе характеристики упругости и легкости многошарнирных адресных схем. Широко опубликованы патенты полигональных рамочных компрессионно-дистракционных аппаратов (РКДА), компоновочные схемы которых, по мнению авторов, более понятны для проведения расчета и надежны в качестве фиксаторов, но не рассчитаны на репозицию многоплоскостных смещений сегментов конечностей.
Для улучшения конструкции аппарата внешней фиксации, расширения его репозиционных характеристик, возможностей по созданию оптимального баланса сил на стыке отломков и обеспечению стабильной фиксации была поставлена задача: создание компрессионно-дистракционного аппарата имеющего автономный шарнирный модуль, обеспечивающий одновременное угловое и поперечное смещение опор аппарата относительно друг друга, при этом позволяющий выполнять различные варианты управляемого чрескостного остеосинтеза.
Указанная задача решается тем, что в шарнирном модуле компрессионно-дистракционного аппарата, содержащим рентгенпрозрачное холостое кольцо с закрепленными к нему шарнирными узлами, состоящими из соединенных между собой консольными приставками, фиксированными к рентгенпрозрачному холостому кольцу и к одной из опор болтами и гайками через резьбовые отверстия или резьбовые хвостовики на торцах консольных приставок, дистракционным стержнем с трехплоскостным шарниром, собранным из консольных приставок таким образом, что трехплоскостной шарнир крепится к одной из опор, а другим концом дистракционного стержня ко второй опоре.
Предлагаемое устройство представляет комплексное устройство, включающее совместно действующую конструкцию стандартного компрессионно-дистракционного аппарата, соединенного с рентгенопрозрачным кольцом и шарнирами, позволяющими одномоментно или дозированно производить репозицию костных отломков, устраняя деформации положения отломков под углом, по ширине, длине, а также ротационные смещения.
Уровень техники. Известен аппарат для остеосинтеза голени и стопы, содержащий опоры, в виде дуг и колец, с закрепленными на них спицами, а также, соединяющих их (опоры) резьбовые стержни с возможностью использования шарнирных соединений (В.И. Шевцов, Г.Р. Исмайлов. «Чрескостный остеосинтез в хирургии стопы». -М.: ОАО «Издательство» Медицина», 2008. - 360 с.). Однако данное устройство не обеспечивает достаточной жесткости фиксации костных отломков и, как следствие, управляемости их пространственным положением, дестабилизирует положение фиксируемых костных отломков и препятствует их установке в требуемое положение.
Известно устройство для остеосинтеза голени и стопы, содержащее, шарнирные узлы, закрепленные на опорах фиксаторы кости в виде спиц, а также элементы крепления, снабжено фиксаторами, выполненными в виде гибкого элемента, установленного и закрепленного с возможностью натяжения в двух трубчатых направителях, имеющих резьбовую нарезку и фиксирующий болт в хвостовой части, причем минимум один из них снабжен механизмом натяжения. При этом предусматривается, что шарнирный механизм натяжения выполнен в виде втулки с фиксирующим и крепежным болтами, а также контактирующей с ней перемещающей гайки. Однако данный шарнирный механизм обеспечивает разворот опор в ограниченном количестве плоскостей (http://poleznayamodel.ru/model/12/128983.html Патент РФ полезная модель №128983 «Устройство для остеосинтеза голени и стопы»).
Известен компрессионно-дистракционный аппарат, в котором шарнирный узел выполнен в виде закрепленных на резьбовых дистракторах сферы и установленного в ней шара. Однако данный шарнирный узел не позволяет осуществлять смещение опор в поперечном направлении, что делает необходимым использование в аппарате дополнительных элементов (АС СССР №374076, опубл. 20.03.76 бюл. №15).
Известен шарнирный узел к компрессионно-дистракционному аппарату, содержащий закрепляемый на опоре посредством резьбового дистрактора полый цилиндрический корпус с продольным пазом и резьбовыми отверстиями на торцах под стопорные винты, а также размещенный в корпусе шар, снабженный глухим резьбовым пазом под резьбовой дистрактор. Однако использование данного шарнирного узла не исключает его дестабилизации при создании осевых нагрузок в аппарате. (Патент РФ на полезную модель №34078, опубл.: 27.11.2003, бюл. №33).
Раскрытие устройства полезной модели.
Компрессионно-дистракционный аппарат (илл. 1, 2) состоит из проксимальной (1), дистальной (2) опор (дуг, колец), рентгенопрозрачного кольца (3) и одного или нескольких шарниров (4). Опоры (1, 2), соединены между собой одним или двумя дистракционными стержнями (5).
Шарнир оригинальной конструкции (илл. 3) состоит из двух резьбовых стрежней (6, 7) с плоскими проушинами - отверстиями (10), расположенных в вертикальной и горизонтальной плоскостях и закрепленных на горизонтальной пластине (8) гайками (9). Горизонтальный резьбовой стержень (7) крепится к горизонтальной пластине (8) болтами с плоскими проушинами - отверстиями (10), и гайками (9).
На опорах закреплены спицы (илл. 2(11) спицефиксаторами (илл. 2(12). Спицы проксимальной и дистальной опор фиксируют сопоставляемые костные отломки. Рентгенопрозрачное кольцо (илл. 1, 2(3) устанавливается между опорами и крепится к проксимальной опоре (илл. 1, 2(1) вертикальными резьбовыми стержнями шарниров (илл.3(6) или болтами при помощи гаек. Шарниры, вертикальные резьбовые стержни с проушинами вместе с рентгенопрозрачным кольцом образуют шарнирный модуль.
Конструкция представленного устройства позволяет производить дозированную коррекцию костных отломков по продольной оси конечности (компрессию или дистракцию), а также коррекцию угловых смещений за счет дистракционного стержня и вертикальных стержней шарниров и дистальной опоры. Коррекция отломков при смещении по ширине выполняется за счет дозированного смещения дистальной опоры в горизонтальной плоскости по разным направлениям (от фронтального до сагиттального). При этом направление смещения определяется поворотом горизонтальных резьбовых стержней шарниров в нужных направлениях. Также становится возможным устранение ротационных смещений.
Смещение дистальной опоры в горизонтальной плоскости (плоскости, перпендикулярной оси конечности) позволяет сопоставить оси поворота костных отломков (места перекреста спиц в дистальном и проксимальном костных отломках) с продольной осью кости. Такое сопоставление обеспечивает в отличии от существующих устройств точную угловую коррекцию костных отломков.
Конкретные размеры устройства определяются видом размерами поврежденной кости, при этом монтаж устройства производится подбором соответствующего конкретной клинической ситуации размера существующих составных элементов компрессионно-дистракционных аппаратов. Размеры рентгенопрозрачного пластикового кольца или приближенной к кольцу формы, шарнирного модуля изготавливаются с учетом геометрических размеров сегмента конечности в месте перелома и последующего при коррекции положения костных отломков в каждом индивидуальном клиническом случае.
Дуга для аппарата Илизарова представляет собой прямоугольный профиль с отношениями размеров 1:2, протянутый через трехмерный сплайн под произвольным углом. В профиле имеются отверстия для болтов Мб, оси которых направлены нормально по отношению к плоскости дуги. Грани профиля имеют закругления диаметром до 5 мм. Точки сплайна могут задаваться произвольно в зависимости от клинической ситуации, что позволяет изготавливать конструкции любой сложности.
Для точного расположения точек сплайна относительно анатомических ориентиров изготовление дуг для аппарата Илизарова происходило на основе данных рентгенографии, компьютерной или магнитной резонансной томографии (КТ или МРТ), качество которых позволяет производить трехмерную визуализацию сканированных костей. Рентгеновский снимок включает либо симметричную неповрежденную кость, либо кость после сопоставления и временной фиксации костных отломков.
Дуга изготавливается при помощи аддитивных технологий из PETG пластика при FDM-печати, либо, для моделей малого размера, из фотополимера при LCD печати. Для печати используются древовидные поддержки. С целью достижения баланса скорости изготовления и прочности конструкции, для FDM-печати применяются следующие параметры: температура экструдера - 240°С, температура подложки - 80°С, процент заполнения - 97%,. диаметр сопла - 0,4 мм, количество периметров - 6, паттерн заполнения - прямоугольник, скорость печати - 3600 мм/мин. Рекомендуется располагать модель на подложке таким образом, чтобы вектор статической нагрузки был расположен нормально относительно плоскости печати, чтобы избежать разрушения конструкции в результате деламинации.
На этапе постобработки удаляются поддержки, производится шлифовка дуги и ее химическая стерилизация. Недопускается применение кетонов, сильных кислот и щелочей для стерилизации. Изделие является индивидуальным и одноразовым. Рабочие температуры воздуха в диапазоне от +70°С до -40°С.
Печать производилась при помощи FDM-принтера Wanhao 4S с диаметром сопла, равном 0,4 мм. Матералом для печати являлся натуральный прозрачный пластик PET-g фирмы BestFilament. На подложку наносился термоскотч для 3д-печати фирмы Wanhao. Время печати составляло 6 часов 15 минут без учета времени прогрева подложки.
Изготовленная модель подверглась механической постобработке: удалению поддержек и шлифовке. Постобработка продолжалась в течение 1 часа.
Технический результат применения предложенного устройства достигается за счет возможности одномоментного или дозированного смещения костных отломков в трех плоскостях, обеспечивая коррекцию по ширине, под углом, по длине и ротационного смещения отломков. Смещение дистальной опоры в горизонтальной плоскости (плоскости, перпендикулярной оси конечности) позволяет сопоставить оси поворота костных отломков (места перекреста спиц в дистальном и проксимальном костных отломках) с продольной осью кости. Такое сопоставление обеспечивает в отличии от существующих устройств точную угловую и ротационную дозированную коррекцию положения костных отломков.
Применение индивидуализированных рентгенопрозрачных конструкций для сопоставления костных отломков позволит упростить установку аппарата, а также увеличить точность сопоставления костных отломков за счет возможности наблюдения за их сопоставлением во время рентгенографии. Индивидуальная форма дуги позволяет применять ее для репозиции костей сложной формы, а также в случае многооскольчатых переломов. Использование рентгенопрозрачного материала позволяет производить динамическое наблюдение за процессом консолидации кости, что также способствует раннему выявлению и лечению осложнений переломов.
Технология применения устройства
После анастезии и обработки операционного поля на сегмент конечности проксимально и дистально угла деформации известными приемами через кость или ее отломки на разных уровнях проводят по две-три перекрещивающиеся спицы. В натянутом состоянии их крепят в опорам. При этом опоры устанавливают перпендикулярно оси кости или ее отломков с учетом имеющегося угла деформации сегмента кости. Опоры соединяют резьбовым стержнем учитывая угол деформации. Дистальную опору соединяют с трехплоскостным шарниром (шарнирами). Над углом деформации или в вблизи параллельно к проксимальной опоре фиксируют резьбовыми стержнями или болтами основу шарнирного модуля - рентгенопрозрачное кольцо таким образом, чтобы центр вращения закрепленного на ней шарниров был расположен на уровне вершины деформации сегмента, а его продольная ось соответствовала направлению планируемого смещения его фрагментов.
Перемещением мест фиксации шарнирного модуля на его горизонтальном и вертикальном резьбовых стержнях и перемещением опор на резьбовом дистракционном стержне (стержнях) осуществляют одномоментную или дозированную коррекцию костных отломков. После восстановления анатомических параметров кости сегмента конечности устройство переводят в режим стабильной фиксации, которую поддерживают в течение необходимого времени, а затем демонтируют его в обратной последовательности.
Пример конкретного выполнения.
Возможности применения предложенного устройства апробированы на изолированных фрагментах костей в анатомическом эксперименте. Установлена возможность точной одномоментной и дозированной коррекции костных отломков при деформациях под углом, по длине, ширине, ротационных смещений. Устранение угловой деформации костных отломков показано на илл. 4а., 4б. с остаточной деформацией по ширине. Устранение деформации костных отломков по ширине представлена на илл. 5. (смещение отломков по ширине) и на илл. 6 (устранение смещения костных отломков по ширине).
Литература
Анкин Л.Н., Левицкий В.Б. // Производственное издание. - Киев: Редакционно-издательский отдел облуправления по печати, 1991. - 144 с.
Соломин Л.Н. // Управляемый комбинированный остеосинтез длинных костей: разработка, обоснование, клиническое использование. Автореф. дисс. докт. мед. наук, 1996. - 41 с.
Соломин Л.Н., Кулеш П.Н. // Комбинированный чрескостный остеосинтез при диафизарных переломах костей предплечья и их последствиях. Журн. Травматология и ортопедия Россини, 2001. - 1(50). - с. 5-15.