Способ оценки надежности фиксации костных фрагментов на модели

 

Использование: в травматологии и ортопедии для определения оптимальных усилий, порядка затяжки и компоновки элементов крепления устройства внешней или внутренней фиксации на кости. Сущность изобретения: способ состоит в соединении фрагментов кости с помощью устройства внешней или внутренней фиксации, установке тензодатчиков в зоне крепления элементов устройства, приложении к кости дозированной статической или динамической нагрузки, измерении показаний тензодатчиков с построением эпюр сил, возникащих в кости по мере затягивания элементов устройства и приложения нагрузки, и с выбором варианта, обеспечивающего равномерность распределения усилий в кости.

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и применяется для определения оптимальных усилий, порядка затяжки и компоновки элементов крепления устройства внутренней или внешней фиксации на кости.

Наиболее близким к предлагаемому является способ выбора фиксатора для лечения переломов костей. Этот способ состоит в том, что, с целью выбора оптимального фиксатора путем соединения отломков фиксатором и последующей дозированной нагрузки производят повреждения нагрузками с последующим рентгенологическим контролем зон разрушения и по минимальной зоне разрушения выбирают фиксатор.

Этот способ не позволяет оценить силовые факторы, возникающие и изменяющиеся в кости по мере того, как затягиваются элементы устройства внутренней или внешней фиксации, служащие для крепления этого устройства на кости, либо для создания компрессии. С помощью этого способа также невозможно определить как распределяются силы в кости с размещенным на ней устройством в том случае, когда к ней приложена физиологическая статическая или динамическая нагрузка. Как известно, распределение сил в кости влияет на стабильность остеосинтеза, равномерность контакта между отломками, их кровоснабжение, т.е. оказывает непосредственное влияние на эффективность протекания репаративных процессов. Поэтому важно знать реакцию кости на установку устройства внутренней или внешней фиксации. Известный способ также не позволяет выработать конкретные рекомендации относительно оптимальных усилий затяжки элементов, служащих для крепления устройства или создания компрессии. С помощью этого способа сложно определить "слабое место" устройства и наметить пути его модификации, либо разработать более удачную компоновку узлов устройства.

Целью изобретения является возможность определения оптимальных усилий, порядка затяжки и компоновки элементов крепления устройства внутренней или внешней фиксации на кости.

Цель достигается тем, что в зоне крепления элементов устройства устанавливают тензодатчики, прикладывают нагрузку - статическую или динамическую, по показаниям тензометрической аппаратуры строят эпюры сил, возникающих в кости по мере затягивания элементов устройства и приложения нагрузки, и выбирают вариант, обеспечивающий равномерность распределения усилий в кости.

Предлагаемый способ позволяет получить эпюры сил, действующих в кости в зоне установленного на нее устройства внутренней или внешней фиксации. Имея эпюры сил, можно определить, в какой части кости силовые факторы распределены нежелательным, с точки зрения клиники, образом, определить суммарную силу, действующую на кость со стороны устройства, оценить, каким образом распределены силы в кости в любой момент времени и при любой внешней нагрузке. Наличие вышеперечисленных результатов позволяет провести корректировку или устранение нежелательных силовых факторов в кости посредством регулировки усилия затяжки элементов, служащих для крепления устройства на кости, либо для задания компрессии между отломками. Той же цели можно достичь, если компоновать различным образом узлы исследуемого объекта. Если же манипуляции с изучаемым устройством не позволяют достичь требуемых результатов, то полученная информация позволяет выработать критерии для создания нового устройства, лишенного недостатков ранее разработанного.

Способ осуществляется следующим образом. На исследуемом образце воспроизводят искусственный перелом. На поверхности отломков размещают тензодатчики. В зависимости от целей исследования тензодатчики размещают либо вдоль оси образца, либо поперек, либо и в том и в другом направлениях. Фрагменты соединяют выбранным для исследования фиксатором, полностью соблюдая методику его установки на травмированную кость в клинике.

Для определения оптимальной величины усилия затяжки деталей крепления фиксатора на кости или создания компрессии (что особенно важно в случаях наличия упругих элементов, например, пружин, спиц Киршнера и т.п.), исследования проводят следующим образом.

После установки фиксатора на образце начинают затягивать крепежные элементы. В заранее определенные моменты (например, после затяжки каждого винта) с помощью тензометрической аппаратуры регистрируют показания тензодатчиков, отражающие напряженно-деформированное состояние модели. Если необходимо подобрать оптимальную последовательность затягивания крепежных элементов, то исследование проводят повторно, изменяя последовательность затягивания деталей. Таким образом фиксируют напряженно-деформированное состояние модели на любом этапе затягивания крепежных элементов.

Затем устройство демонтируют, модель распиливают на части таким образом, чтобы не повредить зону размещения тензодатчиков и проводят тарировку с целью установления связи между деформацией тензодатчиков (а значит сигналом, зарегистрированным аппаратурой) и усилием, возникающим в образце в зоне размещения тензодатчиков. После этого с учетом данных тарировки производят расшифровку показаний тензоизмерительной аппаратуры, зарегистрированных в ходе эксперимента, и строят эпюры сил, возникающих при различных усилиях и последовательностях затяжки элементов крепления. На основе анализа эпюр делают вывод о необходимом количестве элементов крепления, их оптимальном расположении на устройстве, силе и последовательности их затяжки. Если исследование проводят с целью поиска оптимальной компоновки элементов устройства, то полученная информация дает возможность наметить направление модификации узлов или устройства в целом и разработать устройство с оптимальными репонирующими и фиксирующими свойствами.

Если необходимо, то устанавливают на модель последовательно несколько устройств и проводят сравнительный анализ полученных результатов с целью выбора устройства, максимально удовлетворяющего требованиям клиники.

Предлагаемый способ позволяет также изучать силовые факторы в кости с установленным устройством, находящейся под действием физиологической нагрузки. В этом случае исследование проводят следующим образом.

Одну часть соединенной устройством кости крепят в захвате испытательной машины, а к другой прикладывают нагрузку заданного уровня и направления. При этом величина нагрузки может иметь дискретные значения или изменяться во времени по какому-либо закону (например, по циклическому закону, либо плавно возрастать или уменьшаться). Выбор величин и направлений действия нагрузок в эксперименте осуществляется с учетом сил, действующих в опорно-двигательном аппарате человека при различных движениях. В заранее заданные моменты времени производят регистрацию показаний тензодатчиков с помощью измерительной аппаратуры.

Предлагаемый способ оценки надежности фиксации костных фрагментов на модели позволяет определить наиболее выгодную с точки зрения как биомеханики, так и клиники компоновку уже имеющегося устройства и условия его монтажа, либо получить конкретные данные, которые дадут возможность модифицировать или разработать устройство с требуемыми качествами.

Формула изобретения

СПОСОБ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ФИКСАЦИИ КОСТНЫХ ФРАГМЕНТОВ НА МОДЕЛИ путем соединения фрагментов с помощью устройства внешней или внутренней фиксации, установки тензодатчиков и приложения нагрузки с последующим измерением показаний тензодатчиков, отличающийся тем, что, с целью определения оптимальных усилий, порядка затяжки и компоновки элементов крепления устройства, тензодатчики устанавливают в зоне крепления элементов устройства, нагрузку прикладывают дозированно статическую или динамическую, по показаниям тензометрической аппаратуры строят эпюры сил, возникающих в кости по мере затягивания элементов устройства и приложения нагрузки, и выбирают вариант, обеспечивающий равномерность распределения усилий в кости.