стержень для фиксации положения и формы трубчатых костей

Формула изобретения

1. Стержень для фиксации положения и формы трубчатых костей, содержащий трубку, ребра жесткости, головку и концевую насадку, трубка выполнена с возможностью наполнения внутренней полости жидкостью и увеличения поперечного сечения, ребра жесткости расположены вдоль трубки, головка и концевая насадка расположены соответственно на проксимальном и дистальном концах трубки, отличающийся тем, что в исходном состоянии трубка имеет поперечное сечение, приближенное к треугольному профилю с вогнутыми вовнутрь сторонами, ребра жесткости расположены на боковых сторонах трубки и могут быть сформированы вместе с трубкой или жестко соединены с ней, при этом диаметр окружности, описанной вокруг ребер жесткости, больше или равен диаметру окружности, описанной вокруг трубки.

2. Стержень по п.1, отличающийся тем, что внешние поверхности ребер выполнены скругленными.

3. Стержень по п.1, отличающийся тем, что ребра имеют переменную толщину.

4. Стержень по п.1, отличающийся тем, что трубка и ребра жесткости изготовлены из биосовместимых материалов.

5. Стержень по п.1, отличающийся тем, что головка содержит клапан.

6. Стержень по п.1, отличающийся тем, что место сопряжения концевой насадки и головки с трубкой имеет форму, приближенную к треугольному профилю.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, к устройствам для стимуляции остеосинтеза переломов кости, в частности для хирургического лечения переломов трубчатых костей, имеющих интрамедуллярный канал.

Переломы трубчатых костей обычно лечат с использованием интрамедуллярных штифтов, которые содержат трубчатый элемент, продольно вводимый в мозг кости, винт головки сустава, который вводят в соответствующее седло, сформированное в большом вертеле для направления остеосинтеза в соответствии с переломом, и стабилизирующие винты, расположенные в дистальной части штифта, то есть в той его части, которая при применении устройства располагается ближе к колену, которые позволяют блокировать штифт, например, на бедренной кости.

Интрамедуллярный штифт такого типа для лечения вертельных переломов имеет некоторые недостатки. На практике было определено, что при использовании устройств такого типа увеличивается риск инфекции из-за дополнительных разрезов, необходимых для установки стабилизирующих винтов в дистальной и/или проксимальной части штифта.

Кроме того, установка таких винтов проблематична, т.к. связана с трудностями совмещения и центровки с отверстиями в штифте, и требует относительно длительного времени операции, а также связана со значительным облучением пациента и хирурга рентгеновскими лучами, что требуется для обеспечения правильного хода операции.

Кроме того, при применении таких устройств необходимо длительное время для восстановления пациента. Фактически, в первый послеоперационный период, стабилизирующие винты закреплены стабильно, без какого-либо зазора, в специальных гнездах, сформированных на штифте, в результате чего в течение этого первого этапа восстановления невозможно нагружать ногу для стимуляции регенерации и заживления перелома. Только в ходе второго периода тип соединения стабилизирующих винтов с интрамедуллярным штифтом изменяется и переходит после дополнительной операции из стабильного дистального блокирования к динамическому дистальному блокированию, и в результате этого становится возможной стимуляция перелома кости.

Известен интрамедуллярный штифт для хирургического лечения вертельных переломов бедренной кости, содержащий трубчатый элемент, в котором установлен винт головки сустава, и стабилизирующий элемент, который содержит пару проволочных стержней, изогнутых под углом на одном конце и установленных продольно по отношению к трубчатому элементу внутри него, которые выходят через два отверстия, сформированных в дистальной части указанного трубчатого элемента (см. патент РФ № 2289351, МПК А61В 17/72 (2006.01), 2005 г.).

Недостатком данного устройства является сложность установки такого штифта, которая требует рассверливания достаточно большого отверстия в кости, что ведет к травматизации костного материала, а также к возможности попадания инфекции внутрь канала кости. Установка такого стержня приводит к тому, что медуллярная полость кости во время установки и впоследствии может испытывать значительные повреждения.

Также для внутренней стабилизации сломанных длинных костей используются относительно большие стальные гвозди, имеющие заданное заранее U-образное или V-образное поперечное сечение. Гвозди стабилизируют кости в соответствии с принципом обеспечения поддержки в трех точках, а именно в начале, в конце и в средней секции гвоздя. Для того чтобы расположить такие гвозди, через поверхность кости, а затем через медуллярную полость кости должны быть сделаны большие отверстия, совпадающие с диаметром имплантированного гвоздя (см. а.с. СССР № 1757653, МПК 5 А61В 17/58, 1992 г., а.с. СССР 1659034, МПК 5 А61В 17/58, 1991 г.).

Использование такого устройства имеет следующий недостаток: кости должны рассверливаться для того, чтобы ввести такой стержень, размер отверстия должен быть достаточно большим. В результате, в частности, ухудшается снабжение кости кровью, а также медуллярная полость кости во время установки и впоследствии испытывает значительные повреждения. Кроме того, из-за поддержки в трех точках, усилие передается через сравнительно малую область, и для обеспечения вращательной стабильности необходимо использовать дополнительные механизмы, такие как скрепляющие шурупы и т.п.

Удаление интрамедуллярного гвоздя после того, как кость срослась, также является процедурой, требующей сравнительно высокой степени усилий. Гвоздь заклинен в медуллярной полости и должен быть выбит из полости с использованием специальных инструментов и с приложением сравнительно больших усилий. При использовании такого гвоздя медуллярная полость может испытывать значительные повреждения как при установке, так и при извлечении стержня.

Известен интрамедуллярный гвоздь, в котором стержень состоит из полого корпуса, выполненного из сплава с памятью формы, который может принимать две возможные формы в зависимости от температуры. Затем, когда он уже установлен, интрамедуллярный гвоздь может быть преобразован из имеющего малое поперечное сечение в имеющий большое поперечное сечение, и наоборот, за счет температурного воздействия (см. патент ФРГ № 3201056, МПК 7 А61В 17/58, 1983 г.).

Недостаток такого интрамедуллярного гвоздя заключается в том, что применение тепла, требуемого для расширения диаметра стержня гвоздя, также вызывает термический стресс в кости и в костном мозге. Кроме того, при установке внутрь полости кости стержня такой конструкции, медуллярная полость может испытывать значительные повреждения.

Известен гвоздь для фиксации положения и формы сломанных длинных костей, имеющий стержень с центральной основной секцией и несколько камероподобных элементов расширения, установленных вокруг основной секции и вытянутых по длине стержня, причем в упомянутых элементах расширения посредством жидкости или газа может быть создано внутреннее давление, когда они находятся в кости, что заставляет их расширяться в радиальном направлении. Гвоздь может содержать один элемент расширения, в котором выполнены ребра, расположенные вдоль продольной оси и радиально выступающие наружу за указанный элемент расширения (см. патент РФ № 2180813, МПК 7 А61В 17/72, 2002 г.). Данное решение принято за прототип.

Недостатком данного решения является травмирование при установке, обусловленное тем, что гвоздь либо имеет большие размеры (для установки элементов расширения внутрь), либо контакт с внутренней полостью кости идет по острым граням стержня. Как показала практика использования прототипа, его недостатком является избыточная травмируемость костного мозга при введении стержня внутрь кости. Травмирование при расширении (при выполнении стержня с одним элементом расширения) обусловлено кинематикой (движением) ребер в процессе перехода элемента расширения из нерасширенного состояния в расширенное: ребра совершают вращательно-поступательное движение, раскручиваясь по спирали в направлении стенок кости, в результате чего наблюдается избыточное разрушение костного мозга. Недостатком также является сложность конструкции, особенно в том в случае, когда несколько элементов расширения установлены вокруг основной секции, поскольку крепление расширяющихся элементов затруднено и ненадежно.

Кроме того, существует повышенная вероятность образования костных пролежней из-за высокого давления на поверхность костномозгового канала восьми заостренных кромок ребер стержня.

Задачей настоящего изобретения является исключение или уменьшение указанных недостатков, выполнение стержня для фиксации положения и формы сломанных трубчатых костей такой конструкции, которая обеспечивает имплантацию без значительных повреждений в медуллярной полости. Решается также задача по обеспечению хорошей стабилизации кости и предотвращению термического стресса в кости и костном мозге, и снижению, таким образом, риска инфекции. Кроме того, ставится задача по минимизации повреждений костного мозга при переходе стержня в расширенное состояние и при обратном сужении, а также возможность снижения повреждений костномозгового канала за счет уменьшения максимальной величины давления на его поверхность.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном стержне для фиксации положения и формы трубчатых костей, содержащем трубку, ребра жесткости, головку и концевую насадку, трубка выполнена с возможностью наполнения внутренней полости жидкостью и увеличения поперечного сечения, ребра жесткости расположены вдоль трубки, головка и концевая насадка расположены соответственно на проксимальном и дистальном концах трубки, в соответствии с изобретением, в исходном состоянии трубка имеет поперечное сечение, приближенное к треугольному профилю с вогнутыми вовнутрь сторонами, ребра жесткости расположены на боковых сторонах трубки и могут быть сформированы вместе с трубкой или жестко соединены с ней, при этом диаметр окружности, описанной вокруг ребер, больше или равен диаметру окружности, описанной вокруг трубки.

Внешние поверхности ребер выполнены скругленными.

Ребра имеют переменную толщину.

Трубка и ребра жесткости изготовлены из биосовместимых материалов.

Головка содержит ниппель (одно- или двусторонний клапан).

Место сопряжения концевой насадки и головки с трубкой имеет форму, приближенную к треугольному профилю.

Технический результат от использования всей совокупности признаков изобретения заключается в обеспечении имплантации стержня без значительных повреждений в медуллярной полости, а также в упрощении конструкции при повышении жесткости в исходном состоянии и обеспечении хорошей стабилизации и фиксации положения и формы сломанных трубчатых костей. Также технический результат заключается в снижении риска инфекции.

Технический результат также заключается в минимизации повреждений костного мозга при переходе стержня в расширенное состояние и при обратном сужении, а также в снижении повреждений костномозгового канала за счет уменьшения максимальной величины давления на его поверхность, что обусловлено выполнением поперечного сечения трубки приближенным к треугольному профилю.

Выполнение трубки в исходном состоянии имеющей поперечное сечение, приближенное к треугольному профилю с вогнутыми вовнутрь сторонами, и обеспечение такого соотношения размеров трубки и ребер, при котором диаметр окружности, описанной вокруг ребер, больше или равен диаметру окружности, описанной вокруг трубки, позволяет свести к минимуму повреждения в медуллярной полости при имплантации стержня. Такая конструкция стержня позволяет выполнить его с минимальными размерами, что также снижает травматизацию медуллярной полости при имплантации стержня и снижает риск попадания инфекции внутрь полости кости. При этом конструкция стержня максимально упрощена и технологична при производстве.

Выполнение ребер жесткости на боковых сторонах трубки позволяет дополнительно увеличить жесткость стержня, при этом возможность различного соединения ребер жесткости с трубкой, когда они могут быть сформированы вместе с трубкой или жестко соединены с ней, упрощает конструкцию стержня.

Поскольку при наполнении внутренней полости трубки жидкостью и увеличении его поперечного сечения по законам физики элемент расширения принимает форму, близкую к окружности, обеспечивается хорошая стабилизация и фиксация положения и формы сломанных трубчатых костей.

Фиг.1 - общий вид стержня.

Фиг.2 - продольное сечение стержня.

Фиг.3 - сечение А-А фиг.2 в исходном и расширенном положении.

Стержень для фиксации положения и формы трубчатых костей содержит трубку 1, расположенную вдоль продольной оси стержня. Вдоль трубки на ее боковых сторонах расположены ребра жесткости 2. Трубка 1 и ребра жесткости 2 изготовлены из биосовместимых материалов. Трубка 1 выполнена с возможностью наполнения ее внутренней полости жидкостью, передающей давление, и увеличения поперечного сечения. В исходном состоянии трубка 1 имеет поперечное сечение, приближенное к треугольному профилю с вогнутыми вовнутрь сторонами (см. фиг.3-А). При этом диаметр D₁ окружности, описанной вокруг ребер жесткости 2, больше или равен диаметру D₂ окружности, описанной вокруг элемента расширения 1 (см. фиг.3-А).

Такое соотношение размеров наружной части стержня в его исходном положении позволяет свести к минимуму травмирование медуллярной полости кости и костного мозга. Это обусловлено тем, что при введении стержень имеет минимальные размеры, а его контакт с внутренней поверхностью кости идет только по трем точкам наружной (внешней) поверхности 3 ребер жесткости 2.

Ребра жесткости 2 могут быть сформированы вместе с трубкой 1 или жестко соединены с ней. Внешние поверхности ребер 2 выполнены скругленными (см. фиг.1, 3), что снижает травмирование костного мозга и костного материала. Ребра 2 могут иметь переменную толщину вдоль поверхности элемента расширения.

Стержень содержит также головку 4 и концевую насадку 5, расположенные соответственно на проксимальном и дистальном концах стержня. Место сопряжения концевой насадки 5 и головки 4 с трубкой 1 имеет форму, приближенную к треугольной, такую же, как и трубка 1 в исходном состоянии.

Головка 4 предназначена для установки в ней клапана, который обеспечивает поступление внутрь трубки 1 жидкости (предпочтительно физиологического раствора).

Использование стержня осуществляется следующим образом.

Предварительно стержень находится в сжатом состоянии, когда трубка 1 имеет поперечное сечение, приближенное к треугольному профилю с вогнутыми вовнутрь сторонами, причем диаметр D₁ окружности, описанной вокруг ребер жесткости 2, больше или равен диаметру D₂ окружности, описанной вокруг трубки 1. Таким образом, при введении его в костномозговой канал костные ткани практически не повреждаются, поскольку контакт идет по трем точкам скругленных наружных (внешних) поверхностей 3 ребер 2. Стержень проводят через костномозговой канал проксимального или дистального отломков и устанавливают его в разрушенной части кости. Под контролем электронно-оптического преобразователя (ЭОП) выполняют подачу жидкости (физиологического раствора) в трубку 1 стержня, контролируя давление - 30-70 атмосфер, но не более 70 атмосфер. Данная процедура абсолютно безопасна. Так как жидкость является несжимаемой средой, то любая утечка приводит к сбросу давления без риска для пациента. В результате поперечное сечение трубки 1 увеличивается, и трубка 1 принимает форму, близкую к окружности.

При подаче жидкости в стержень обеспечивают равномерное давление, оказываемое через внешние поверхности ребер жесткости 2 трубки 1 на ответные контактные поверхности кости за счет равномерного и постепенного увеличения поперечного размера трубки. При этом стержень принимает форму в соответствии с внутренним диаметром интрамедуллярного канала. Крепление стержня внутри кости осуществляют за счет увеличения поперечного размера трубки 1 стержня в соответствии с внутренним диаметром интрамедуллярного канала и плотного контакта наружной поверхности ребер жесткости стержня с ответной контактной поверхностью кости.

Таким образом, достигается прочная фиксация основных костных отломков.

Стержень может быть использован в травматологии, хирургии и для других медицинских целей (например, для упрочнения кости при остеопорозе).

Все элементы стержня могут быть изготовлены с использованием современного оборудования из биосовместимых материалов.