компрессионно-дистракционный аппарат

Формула изобретения

Компрессионно-дистракционный аппарат, содержащий кольцевые опоры со спицами, связанные каждая через соответствующие стержни с промежуточным кольцом, и измерители усилий нагружения, отличающийся тем, что он снабжен измерителями перемещений кольцевых опор с датчиками перемещения, а каждый измеритель усилий нагружения выполнен в виде закрепленной посредством захватов на одной из кольцевых опор и промежуточном кольце С-образной пружины с датчиком деформаций, при этом стержни, связывающие другую кольцевую опору и промежуточное кольцо, имеют сферический шарнир, а датчики деформаций и перемещения подключены через измерительный модуль к персональной ЭВМ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для использования в травматологии и ортопедии.

Известен компрессионно-дистракционный аппарат (а. с. N 971294, кл. A 61 B 17/18, 1982), содержащий кольца, стяжные винты, элементы крепления, пружину, установленную на стяжном винте, корпус с цанговым зажимом и резьбовой крышкой, расположенные на стяжном винте; пружина установлена внутри корпуса.

Аппарат обеспечивает возможности контроля за режимом компрессии и дистракции, простоту монтажа, но очень низка точность измерений, что вызвано главным образом двумя причинами:

- неопределенностью деформированного положения измерительной пружины в сжатом состоянии (изгибная неустойчивость) и в связи с этим несоответствием реально измеряемого усилия в пружине, при данном перемещении ее, тарировочному значению, которое получают как правило для строго определенного положения датчика (пружины в данном случае),

- конструктивным несовершенством системы отсчета измеряемых значений.

Наиболее близким к предлагаемому является компрессионно-дистракционный аппарат (а. с. N 1277959, кл. A 61 B 17/58, 1986), который содержит кольцевые опоры со спицами, связанные между собой стержнями и установленное на стержнях промежуточное кольцо. При этом на промежуточном кольце закреплены измерители усилий нагружения, связанные с одной из кольцевых опор шаровыми шарнирами, причем промежуточное кольцо и одна кольцевая опора установлены на стержнях с помощью цилиндрических втулок и ограничительных гаек с возможностью перемещения, что обеспечивает плавное перемещение колец по стержням и их фиксацию в требуемом положении. Измерители усилий нагружения выполнены в виде подковообразных пружин, протарированных после изготовления, внутри которых установлены индикаторы перемещения (жесткости).

Аппарат обеспечивает дозированные компрессионно-дистракционные усилия, направленные вдоль оси конечности (оси аппарата). Усилия на костные фрагменты передаются через систему: промежуточное кольцо (кольцо, не связанное спицами с костным фрагментом-отломком) - измерители усилий - кольцевая опора (кольцо со спицами, проходящими через костный фрагмент).

Однако указанное устройство неудобно в эксплуатации, так как требует изменения схемы расстановки промежуточного кольца при изменении режима нагружения - с компрессии на дистракцию, либо установку одновременно двух промежуточных колец и перемонтаж измерителей усилий; практически за весь период лечения больного реализуются оба режима нагружения. Кроме того, конструкция измерителей усилий ненадежна в эксплуатации, так как при незначительных перекосах колец шарик выскакивает из своего гнезда.

Неудобно и трудоемка операция визуального контроля за индикаторами перемещений, так как требуется многократно за сеанс нагружения осматривать зону по всей окружности конечности с аппаратом.

Существенным ограничением при работе с аппаратом является невозможность нагружения костных фрагментов под некоторым углом друг к другу - только по оси конечности (оси аппарата).

Кроме того, недостатком является отсутствие механизма измерения величины перемещения взаимных костных фрагментов (взаимных кольцевых опор аппарата) - только естественным образом по количеству оборотов гаек фиксации и перемещения колец с учетом шага резьбы на стержнях, что часто приводит к ошибкам при такой рутинной операции, как вращение трех гаек на заданное число оборотов (либо неполный оборот) в каждом сеансе нагружения и, соответственно, к несанкционированному угловому смещению костных фрагментов.

Техническая задача изобретения заключается в обеспечении контролируемых компрессионно-дистракционных осевых и угловых в любом направлении малых углов (до 15) перемещений и усилий костных фрагментов в процессе компрессионно-дистракционного остеосинтеза по Илизарову.

Для решения поставленной технической задачи в устройстве, содержащем кольцевые опоры со спицами фиксации смежных костных фрагментов, связанные через промежуточное кольцо составными (несквозными) резьбовыми стержнями, образующими пакет колец с заданным шагом и измерители усилий нагружения, каждый измеритель усилий представляет собой силовую пружину с датчиком деформаций, закрепленную посредством захватов на одной из кольцевых опор и промежуточном кольце; промежуточное кольцо фиксируется на стержнях, объединяющих другую кольцевую опору, посредством сферических шарниров и, кроме того, устройство снабжено измерителями перемещений кольцевых опор, а датчики измерителей перемещений и усилий, равномерно расположенные по окружности кольца, электрически связаны с измерительно - вычислительной системой, состоящей из последовательно соединенных усилителя-коммутатора, аналого-цифрового преобразователя и микропроцессора, который состыкован с ПЭВМ через последовательный интерфейс.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, состоит в предупреждении несанкционированных осевых и угловых перемещений костных фрагментов и исключении необходимости перемонтажа аппарата при изменении режима нагружения (с компрессии на дистракцию), а также локализации результатов измерений в одном информационном "пятне" - мониторе компьютера.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1 в разрезе; на фиг. 3 - узел II на фиг. 1; на фиг. 4 - датчик перемещений, общий вид; на фиг. 5 - блок-схема измерительно-вычислительной системы.

Компрессионно-дистракционный аппарат содержит кольцевые (рабочие) опоры 1, 2, связанные с костными фрагментами посредством спиц, промежуточное кольцо 3, связанное с кольцевой опорой 2 тремя стержнями 4, которые соединены с промежуточным кольцом сферическими шарнирами 5 и гайками с конусом 6, а с кольцевой опорой 2 - типовыми гайками 7, и связанное с кольцевой опорой 1 стержнями-фиксаторами 8 и типовыми гайками 7; три измерителя усилий нагружения 9, размещенные равномерно по окружности на промежуточном кольце 3 и кольцевой опоре 1; установленные равномерно по окружности кольцевых опор 1 и 2 три измерителя перемещений 10. Измеритель усилий 9 содержит C-образную силовую пружину 11 с датчиком деформаций 12 тензорезистивного типа и два подковообразных захвата 13 с клиньями 14 и болтами 15, посредством которых он крепится на промежуточном кольце 3 и кольцевой опоре 1. Включение измерителя усилий в электрическую схему осуществляется через электрический разъем (не показан). Измеритель перемещений 10 содержит датчик перемещений 16, установленный на кольцевой опоре 2, бобину 17 с гибким тросиком 18, установленную на кольцевой опоре 1, и соединитель 19 для стыковки свободного конца тросика бобины с гибким тросиком 20 подвижного механизма датчика перемещений 16. Датчик 16 выполнен в виде корпуса 21, в котором установлены потенциометр 22 со шкивом 23, в котором тросик 20 закреплен одним концом, а вторым - с ответной частью разъемного соединителя 19. Между корпусом датчика 21 и шкивом 23 потенциометра 22 установлена возвратная пружина 24. Тросик 20 пропущен через элемент успокоителя 25. Включение датчика измерителя в электрическую схему осуществляется через электрический разъем 26. Датчики усилий и перемещений 9, 10 подключены кабелями к измерительно-вычислительной системе, включающей измерительный модуль 27, состоящий из блока усилителя-коммутатора 28, аналого-цифрового преобразователя 29 и микропроцессора 30, состыкованной через стандартный последовательный интерфейс RS232 31 с ПЭВМ 32.

Аппарат работает следующим образом. Через костные отломки проводят две пары спиц и закрепляют их в натянутом виде на кольцевых опорах 1, 2. В отверстия стенки кольцевой опоры 2 равномерно по окружности кольца заводят одним концом резьбовые стержни 4, положение которых фиксируют гайками с обеих сторон опоры, а второй конец пропускают через соответствующие отверстия в стенке промежуточного кольца 3 и закрепляют его посредством сферических шарниров 5 и гаек с конусом 6. Вторую кольцевую опору связывают с промежуточным кольцом точно также, но стержнями-фиксаторами 9 с помощью гаек 7 и силовых пружин 11, укрепляя их на промежуточном кольце 3 и кольцевой опоре 1 посредством захватов 13 и клиньев 14 с болтами 15. Измерители перемещений 10 монтируют на кольцевых опорах, равномерно устанавливая по окружности колец, причем датчик перемещений 16 на кольцевой опоре 2, а бобину 17 с тросиком 18 на опоре 1 так, чтобы стойка бобины оказалась на одной оси (смежном отверстии кольца) со штативом корпуса 21 датчика 16. Измерители усилий и нагружения подключают к измерительному модулю с помощью кабелей со штеккерами и запускают (включают) всю измерительно-вычислительную систему. Затем расслабляют стержни-фиксаторы 8, отворачивая гайки 7 крепления их с кольцевой опорой 1 и промежуточным кольцом 3. Далее, отворачивая гайки с конусом 6 сферических шарниров 5 с одной стороны промежуточного кольца 3 и заворачивая гайки с конусом с другой стороны, перемещают его совместно с измерителями усилий 9 и кольцевой опорой 1. При этом производят либо компрессию, либо дистракцию в зависимости от направления перемещения костных фрагментов относительно друг друга. При перемещении промежуточного кольца 2 силовая пружина 11 деформируется пропорционально нагруженности; при этом изменяется омическое сопротивление датчика деформаций 12 и соответственно величина электрического сигнала в канале тензоизмерений измерительно-вычислительной системы (ИВС). Она фиксирует измеренные значения электрического сигнала, сопоставляет их с тарировочными значениями между деформацией и электрическим сопротивлением каждого датчика деформаций, а соответственно и усилий. На экране ПЭВМ 32 наблюдают значения усилий на каждом измерителе и суммарную нагрузку на аппарате в виде четырех графиков и картины изменения нагруженности по окружности кольцевой опоры (осевую нагрузку, моменты сил и их топографию для случая неравномерной нагруженности кольца по окружности). Одновременно с измерителями усилий 9 при перемещении промежуточного кольца 3 и вместе с ним кольцевой опоры 1 вступают в работу измерители перемещений 10. При этом тросик 18 бобины 17, зафиксированный на ней в положении незначительного натяжения с тросиком 20 датчика измерителя перемещений, остается неподвижным, а тросик 20 перемещается синхронно с кольцевой опорой 1, поворачивая одновременно шкив 23 ротора и реохорд потенциометра 22, и закручивает возвратную пружину 24 потенциометра. Это приводит к изменению сопротивления потенциометра пропорционально углу поворота шкива 23 соответственно перемещению кольцевой опоры 1 относительно кольцевой опоры 2. Изменение сопротивления каждого из трех потенциометрических измерителей отражается на величине их электрического сигнала в канале потенциометрических измерений ИВС, которая обрабатывает эти сигналы и выводит на экран монитора ПЭВМ 32 действительные значения в миллиметрах относительных перемещений костных отломков в виде гистограммы, причем при непараллельном перемещении плоскостей опорных колец 1 и 2 линейные перемещения тросиков 20 датчиков 10 будут отличаться друг от друга, что повлечет за собой разницу в изменении сопротивлений потенциометров всех трех датчиков и зафиксируется ИВС, которая представит это для визуализации на экране монитора. Программное обеспечение ПЭВМ позволяет рассчитать величину и направление угла перекоса взаимных кольцевых опор 1 и 2 по результатам потенциометрии и соответственно величину и направление углового смещения костных фрагментов и представить эту информацию на экране ПЭВМ в графическом и цифровом значениях.

При перемещении промежуточного кольца 3 по стержням под углом к плоскости кольцевой опоры 2, т.е. при неравномерном перемещении его по стержням, оно легко поворачивается на сферических шарнирах 5 на угол до 15. В конце сеанса нагружения положение промежуточного кольца 3 фиксируют гайками с конусом 6.

При завершении нагружения на аппарате достигнутое положение измерителей усилий нагружения фиксируют стержнями-фиксаторами 8 и гайками 7, оставляя силовые пружины 11 измерителей усилий напряженными. За период между двумя очередными нагружениями приложенные усилия в зоне стыка костных фрагментов релаксируют и к моменту очередного нагружения напряжения на силовых пружинах либо падают до нуля, либо остаются незначительными, что фиксирует и учитывает ИВС при запуске ее в работу перед очередным нагружением.

При значительных перемещениях взаимных опорных колец аппарата за длительный период лечения производят коррекцию положения тросика бобины 17 для компенсации ограничений по запасу хода подвижного тросика 20 датчика перемещений 10, который составляет около 60 мм. Для этого освобождают шкив бобины 17 и отпускают тросик 18 на требуемую величину, а затем закрепляют шкив бобины в новом положении. ИВС фиксирует новое состояние потенциометра и начинает новый отсчет перемещений с учетом уже достигнутого. При отпускании тросика бобины он возвращается (наматывается) на шкив 23 потенциометра 22 под усилием возвратной пружины 24 потенциометра, а успокоитель 25 удерживает подвижный тросик 20 датчика перемещений от резкого продергивания, предотвращая запутывания тросика или соскакивание его со шкива потенциометра.

Таким образом, наблюдая на экране ПЭВМ параметры нагружения и перемещения взаимных опорных колец аппарата при перемещении промежуточного кольца, оператор контролирует свои действия для предупреждения несанкционированных (неплановых) осевых и угловых перемещений, либо наоборот, для плановых перемещений взаимных опорных колец с целью коррекции углового смещения, следит за величиной и направлением угла смещения костных отломков.