Аппарат автоматической дистракции

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное учреждение Белорусский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии(72) Авторы Урьев Геннадий Абрамович Дрозд Александр Сергеевич Стариков Александр Павлович Жмаков Юрий Николаевич Питкевич Геннадий Алексеевич(73) Патентообладатель Государственное учреждение Белорусский научноисследовательский институт травматологии и ортопедии(57) Аппарат автоматической дистракции, содержащий полукольца из комплекта Илизарова различного диаметра и приводы дистракции, отличающийся тем, что дополнительно содержит пульт и блок управления, осуществляющий функции связи и управления с использованием ЭВМ, выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда, снабженного быстросъемной крышкой, светодиодным индикатором активного состояния и гнездом для подключения штекера пульта управления, расположенных на одном из его концов,три резьбовых гнезда на его противоположном торце для подсоединения приводов дистракции и элементом подачи звуковых сигналов, расположенным внутри блока управления, а полукольца закреплены с возможностью перемещения друг относительно друга посредством приводов дистракции, прикрепленных к собранным полукольцам с помощью стандартных крепежных изделий через сквозные пазы на выступающей части корпуса привода, не выходя при этом за внутренние диаметры полуколец.(56) 1. Патент РФ 2262319, МПК А 61 В 17/66, А 61 В 5/11. Компрессионно-дистракционный элемент чрескостного аппарата, опубл. 2005.10.20. 2. Заявка на патент РФ 2004123489, МПК А 61 В 17/56. Программно реализуемый цифровой способ трехмерного моделирования операции внеочагового остеосинтеза при диафизарных переломах длинных костей, опубл. 2006.02.27. Полезная модель относится к медицинскому оборудованию и может быть использована для оснащения Комплектов компрессионно-дистракционных аппаратов Илизарова для верхних конечностей, голени, бедра. Проблема ликвидации укорачивающих деформаций верхних и нижних конечностей различной этиологии продолжает оставаться одной из сложных в современной ортопедии. Наибольшее распространение при лечении укорачивающих деформаций длинных трубчатых костей получило оперативное удлинение различных сегментов аппаратами наружной фиксации. Известно устройство для чрескостной фиксации фрагментов - аппаратов Илизарова,Волкова-Оганесяна и других, в которых компрессионно-дистракционный элемент содержит две снабженные регулирующими гайками соосные резьбовые шпильки, соединенные между собой посредством упругого параллелограмма, основания которого жестко соединены со шпильками и содержат размещенные поперек оси шпилек упругие силовые балки,связанные между собой парой расположенных параллельно и симметрично относительно оси шпилек упругих чувствительных балок, снабженных тензодатчиками, соединенными в мостовую схему с возможностью подключения ее к тензоизмерителю. Устройство обеспечивает получение точной и достоверной информации о компрессионных и дистракционных нагрузках, задаваемых в компрессионно-дистракционных аппаратах, что позволяет повысить точность репозиции элементов кости и ускорение их восстановления 1. Однако продолжительность лечения в клинике больных с укорачивающими деформациями конечностей продолжает оставаться значительной, особенно на стационарном этапе. Одним из способов достижения лучших результатов при удлинении конечностей является использование автоматической круглосуточной высокодробной дистракции. В этих условиях адаптационно-регенераторные процессы в зоне удлинения протекают более благоприятно. Одной из актуальных задач удлинения конечности является выбор оптимального дифференцированного темпа дистракции в зависимости от индивидуальных особенностей пациента, максимальное повышение дробности дистракции с возможностью перехода к плавной непрерывной дистракции с помощью автоматических устройств. В настоящее время создано несколько вариантов автоматических дистракционных аппаратов. Известен программно реализуемый цифровой способ трехмерного моделирования операции внеочагового остеосинтеза при диафизарных переломах длинных трубчатых костей конечностей, основанный на использовании компьютера, оснащенного средствами ввода изображения, программами визуализации изображения, трехмерной графики, и включающий сканирование рентгенограмм места перелома в двух проекциях, удаление артефактов изображения, калибровку оптических показателей сканограмм, экспорт обработанного изображения в программу трехмерной графики, где на его основе выстраиваются трехмерные модели костных структур, идентичные по размерам истинным антропометрическим данным травмированного сегмента конечности, формируется модель перелома,создается пошаговый алгоритм репозиции отломков, для чего в виртуальном пространстве перемещают каждый из фрагментов и крупных осколков по заданной траектории с записью каждого эпизода в память компьютера, виртуально выполняют функции дистракции,устранения бокового, ротационного и углового смещения отломков, компрессии, добива 2 39512007.10.30 ясь полной виртуальной репозиции отломков, на основании чего выстраивают план реальной операции 2. Однако известные устройства не обеспечивают необходимой биомеханики ходьбы в условиях, приближенных к естественным. Задача, на решение которой направлено предлагаемое устройство, состоит в улучшении биомеханики ходьбы в условиях, приближенных к естественным, и уменьшении сроков восстановления двигательных функций. Поставленная задача решается с помощью предлагаемого аппарата автоматической дистракции (автодистрактора), содержащего полукольца из комплекта Илизарова различного диаметра и приводы дистракции, закрепленные на полукольцах, при этом полукольца закреплены посредством приводов дистракции с возможностью перемещения друг относительно друга, представляющих собой закрытый мелкомодульный червячный редуктор с датчиком обратной связи и шаговым двигателем постоянного тока, прикрепленным к собранным полукольцам с помощью стандартных крепежных изделий (болт, гайка) через два сквозных паза на выступающей части корпуса привода, не выходя при этом за внутренние диаметры полуколец, при этом аппарат снабжен пультом и блоком управления, выполненным в форме прямоугольного параллелепипеда, снабженного быстросъемной крышкой, светодиодным индикатором активного состояния и гнездом для подключения штекера пульта управления, расположенных на одном из его концов, три резьбовых гнезда на его противоположном торце для подсоединения приводов дистракции и элементом подачи звуковых сигналов, расположенным внутри блока управления, и осуществляющим функции связи и управления с использованием микроЭВМ. Автодистрактор позволяет автоматизировать и оптимизировать процесс формирования дистракционного регенерата компрессионно-дистракционного остеосинтеза, осуществляемого аппаратами Илизарова в специализированных отделениях ортопедии и травматологии медицинских учреждений. Автодистрактор обеспечивает возможность как прямого приложения усилия (дистракция), так и обратного (компрессия). В основе работы автодистрактора лежит способ передачи высокодробной дистракции на опорные полукольца аппарата Илизарова при продольном перемещении фрагментов кости. Все три привода дистракции - взаимозаменяемые. Для управления и контроля за его состоянием автодистрактор снабжен пультом, осуществляющим прием информации с блока управления, отображения информации и передачу команд обратно в блок управления. Функции связи и управления в пульте осуществляет микроЭВМ. Передачу данных в пульт, прием и выполнение команд пульта, обработку и хранение данных управления приводами, контроль за их работой и состоянием источника питания осуществляет блок управления, выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда,снабженного быстросъемной крышкой для оперативной замены аккумуляторной батареи,светодиодным индикатором активного состояния и гнездом для подключения штекера пульта управления, расположенных на одном из его концов, три резьбовых гнезда на его противоположном торце для подсоединения приводов дистракции и элементом подачи звуковых сигналов, расположенным внутри блока управления. На фиг. 1-2 представлены схемы предлагаемого аппарата автоматической дистракции. На фиг. 1 - схема функциональных составных частей автодистрактора, где 1 - привод дистракции,2 - блок управления,3 - пульт,4 - лицевая панель пульта (кнопки управления),5 - экран дисплея,6 - жгут,7 - резьбовой разъем,8 - опорные полукольца,3 39512007.10.30 9 - жгут пульта,10 - штекерный разъем. На фиг. 2 представлена лицевая панель пульта, где 4 - кнопки управления ПАРАМЕТР и ДАННЫЕ,5 - экран дисплея. На фиг. 3 приведены 2 варианта типичного расположения приводов дистракции на опорных полукольцах в режиме работы- дистракция монотонная и- дистракция с реверсом. На фиг. 4 приведены 2 варианта расположения приводов дистракции на опорных полукольцах в режиме работы Т - тренировка и Е - однократный шаг. 4 режима работы автодистрактора обозначены на диаграммах , , Т и Е. На фиг. 5 - диаграмма основного режима работы- дистракция монотонная. На фиг. 6 - диаграмма режима работы- дистракция с реверсом. На фиг. 7 - диаграмма режима Т - тренировка. На фиг. 8 приведен список меню и параметров. На фиг. 9 - шкала суточных ритмов для режимов ,и Т. В собранном виде автодистрактор состоит из следующих функциональных составных частей трех одинаковых приводов дистракции 1, которые крепятся на опорных полукольцах 8 пульта 3 с набором кнопок управления 4 и экраном 5 дисплея (фиг. 1). Каждый привод дистракции 1 снабжен жгутом 6 с резьбовым разъемом 7 для надежного подключения к блоку управления на время работы. Для оперативного подключения к блоку управления для задания выбранной программы лечения и контроля ее осуществления пульт заканчивается жгутом 9 с быстросъемным штекерным разъемом 10. Органы управления автодистрактором выведены на лицевую панель пульта (фиг. 2). Для отображения информации пульт снабжен двухстрочным жидкокристаллическим дисплеем, в котором верхняя строка - это строка состояния автодистрактора, а нижняя строка отображает состояние меню. Строка меню отображает параметры, доступные для управления, индуцируемые в импульсном режиме. Под жидкокристаллическим экраном 5 расположены кнопки управления 4 ПАРАМЕТР и ДАННЫЕ. Кнопки ПАРАМЕТР предназначены для переключения строк меню и параметров. Кнопки ДАННЫЕ предназначены для изменения значений параметров. Автодистрактор работает следующим образом. Монтаж автодистрактора производят с установки приводов дистракции на собранные полукольца из комплекта Илизарова. При размещении приводов дистракции на собранных полукольцах они должны быть разнесены примерно на 120 относительно друг друга и жестко закреплены на кольцах посредством болтов и гаек. При закреплении всех трех приводов дистракции они могут занимать различное положение на полукольцах, определяемое по направлению стрелок, отгравированных на корпусах приводов дистракции. На фиг. 3-4 приведены 4 варианта типичного расположения приводов дистракции на полукольцах в различных режимах работы, определяющих, как будут перемещаться друг относительно друга полукольца - удаляться или приближаться друг к другу. Резьбовые стержни одним концом жестко крепятся к полукольцам, а другим вворачиваются в резьбовые отверстия червячных колес приводов дистракции. При этом стержни должны занимать параллельное положение друг относительно друга и сами по себе не иметь осевых изгибов, затрудняющих прокручивание червячных колес. После нужной установки приводов дистракции их присоединяют к блоку управления. Для задания программы пульт необходимо подсоединить к блоку управления. После задания программы пульт отсоединяют от блока управления. Работа автодистрактора задается и проверяется с помощью системы управления, которая позволяет реализовать 4 режима работы автодистрактора, обозначенных на диаграммах , , Т (фиг. 5-7). 4 39512007.10.30 На фиг. 5 представлен основной режим работы- дистракция монотонная. В этом режиме каждый привод через равные промежутки времени, определенные понятием Интервал, в течение нескольких секунд производит дистракцию на величину, определенную параметром Шаг. Параметр Шаг можно задать в диапазоне от 0 до 0,99 мм, но с таким ограничением,чтобы суточная дистракция не превышала 3 мм (фиг. 9). На фиг. 6 приведен режим работы- дистракция с реверсом. В этом режиме каждый привод через равные промежутки времени, определенные понятием Интервал, производит ход приводов на величину, определенную параметром Шаг. При этом направление хода чередуется по принципу 2 шага дистракции - 1 шаг компрессии. Параметр Шаг можно задать в диапазоне от 0 до 0,99 мм, но с таким ограничением,чтобы суточная дистракция не превышала 3 мм. На фиг. 7 приведен режим работы Т - тренировка. В этом режиме каждый привод через равные промежутки времени, определенные понятием Интервал, производит ход приводов на величину, определенную понятием Шаг, чередуя при этом направление хода дистракция - компрессия. Параметр Шаг можно задавать в диапазоне от 0 до 0,4 мм. Режим работы Е - однократный шаг. В этом режиме работы после переустановки автодистрактора из режима Ввод в режим Работа привода делают однократный ход на величину Шаг и автоматически возвращаются в режим активности Ввод. Значение шага можно задать в диапазоне от 0 до 0,99 мм. Шкала суточных ритмов для режимов ,и Т представлена на фиг. 9. Для включения пульта 3 его присоединяют к блоку управления 2 с помощью штекерного разъема 10 и нажимают кнопку 4 ПАРАМЕТР-для отображения информации. Экран 5 дисплея погаснет, если в течение 15-20 секунд не будет нажата ни одна из 4-х кнопок. В строке меню Режим нажатием любой кнопки ДАННЫЕ задают режим Ввод. Нажатием кнопки ПАРАМЕТРиндикация одного из режимов работы (, , Т или Е) перейдет в пульсирующий режим. Нажатием кнопки ДАННЫЕили - задают необходимый режим автодистрактора. Нажатием кнопки ПАРАМЕТРвыбирают строку меню. Меню интерфейса пульта содержит 12 строк. Нажатием кнопок ПАРАМЕТР по очереди (вниз или вверх) можно вызвать на экран дисплея любую строку меню. Порядок чередования строк меню на экране 5 отражен на лицевой панели пульта 3 слева от дисплея(фиг. 2). Основная строка меню Режим может принимать два состояния - Ввод и Работа. В режиме Ввод можно выбирать и задавать, в разрешенных пределах, доступные для управления параметры. Значение параметра, который доступен в настоящий момент для переустановки, отмечено миганием на экране дисплея пульта. В режиме Работа осуществляют управление приводами дистракции. Значения параметров в этом режиме доступны только для просмотра. В строке Ритм выбирают суточный ритм включения приводов. В этой строке, кроме того, отображается интервал времени между шагами, соответствующий заданному ритму. Строки Шаг используют для задания величины шага приводов, а также отображается величина суточной дистракции, соответствующая выбранному ритму. Строка Шаг 0 используется для группового задания величины шага, одинакового для трех приводов. Строки Шаг 1, Шаг 2 и Шаг 3 позволяют вводить величину шага индивидуально для каждого из приводов. Строка Время используется для установки текущего времени и даты. Строка Старт отображает время и дату старта счетчиков суммарной дистракции. 5 39512007.10.30 Строки Ход 1, Ход 2 и Ход 3 отображают показания счетчиков суммарной дистракции соответствующих приводов дистракции и скорость работы этих приводов. Значение величины скоростихарактеризует механическую нагрузку на привод дистракции. Чем меньше значение этого параметра, тем больше сопротивление, которое преодолевает двигатель. Снижение параметрадо величины 2,4 об./сек говорит о наступлении сбойной ситуации, когда привод не способен осуществлять перемещение, - он перегружен. Строка П.Ш. (последний шаг) отображает информацию о последнем успешном шаге приводов направление шага, время и дата. В таблице приведен список меню и параметров (фиг. 8). Применение предложенного автодистрактора позволяет автоматизировать и оптимизировать процесс формирования дистракционного регенерата компрессионно-дистракционного остеосинтеза, осуществляемого аппаратами Илизарова в специализированных отделениях ортопедии и травматологии медицинских учреждений. Автодистрактор обеспечивает возможность как прямого усилия (дистракция), так и обратного (компрессия). ПАРАМЕТР Наименование Значение Режим активности Ввод, работа Режим работы,Т,Т,Е,Е,Ритм Суточный ритм 3720 (1/сутки) Интервал (часы-минуты) 8-00.0-02 Шаг 0 Одинаковый для всех привоШаг 0,010,99 (мм) дов Суточная дистракция 0,033,00 (мм) Шаг 1 Привод 1 Шаг 0,000,99 (мм) Суточная дистракция 0,003,00 (мм) Шаг 2 Привод 2 Шаг 0,00 0,99 (мм) Суточная дистракция 0,003,00 (мм) Шаг 3 Привод 3 Шаг 0,000,99 (мм) Суточная дистракция 0,003,00 (мм) Время Текущее часы - минуты число - месяц Старт Старт счетчиков дистакции часы - минуты число - месяц Ход 1 Привод 1 Счетчик дистракции 00,0099,99 (мм) Скорость двигателя 2,45,4(об./сек) Ход 2 Привод 2 Счетчик дистракции 00,0099,99 (мм) Скорость двигателя 2,45,4 (об./сек) Ход 3 Привод 3 Счетчик дистракции 00,0099,99 (мм) Скорость двигателя 2,45,4(об./сек) П.Ш. Последний шаг (успешный) Направление- параметр, устанавливаемый (или сбрасываемый) при старте счетчиков дистракции- дистракция- компрессия Фиг. 8 8 39512007.10.30 Шкала суточных ритмов для режимов ,и Т РИТМ,раз/сутки 3 4 5 6 8 10 12 15 20 24 30 40 48 60 72 96 120 144 180 240 288 360 480 720 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 9