Устройство для внутрикостного остеосинтеза плечевой кости

 

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии, и может применяться как средство остеосинтеза переломов плечевой кости. Изобретение обеспечивает повышение надежности остеосинтеза диафизарных переломов плечевой кости, уменьшение его травматичности. Устройство представлено в виде стержня прямоугольного поперечного сечения, состоящего из трех участков: широкого с постоянной шириной, узкого с постоянной шириной и переходного. Широкий участок выполнен изогнутым в сторону узкой грани и с большей толщиной. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии, и может применяться как средство остеосинтеза переломов плечевой кости.

Известно устройство для внутрикостного остеосинтеза плечевой кости, выполненное в виде стержня с прямоугольным поперечным сечением, плоскости широких стенок которого параллельны продольной оси, а плоскости узких стенок расположены симметрично и под углом к продольной оси; концы стержня выполнены изогнутыми во взаимно перпендикулярных плоскостях, причем широкий конец изогнут по широкой стенке (1). Стержень не имеет отверстий для введения блокирующих винтов, расчет при создании его соединения с отломками строится на непосредственном взаимодействии конструкции со стенками костного канала, т. е. на соответствии ее формы индивидуальной форме костной полости плечевой кости, которая определяется по боковой рентгенограмме здорового плеча, выполненной с расстояния 120 см. Стержень вводят в костно-мозговой канал плечевой кости через сформированную в большом бугорке ступеньку, ширина которой должна соответствовать ширине верхней части фиксатора. При этом нижний изогнутый конец конструкции ориентируют кпереди, верхний - кнаружи, а плоскости ее широких граней располагаются, таким образом, в переднезаднем направлении вертикально (в сагиттальной плоскости).

Конструкция имеет следующие недостатки, 1. Высокий риск заклинивания стержня, раскалывания отломков, несостоятельности остеосинтеза, связанный с тем, что плоскость, параллельная широким граням стержня, в которой конструкция имеет наибольший размер поперечного сечения и, следовательно, жесткость на изгиб, совпадает с плоскостью, в которой канал плечевой кости искривлен, что значительно ограничивает возможность устранения несоответствия между формой стержня и формой канала в процессе их взаимодействия за счет деформации конструкции. В этих условиях расчет при создании стабильного соединения отломков может быть построен только на точном соответствии формы стержня форме канала плечевой кости. Однако такой расчет не может дать предсказуемый результат в условиях традиционного предоперационного планирования на основе стандартных рентгенограмм, т.е. проекционных изображений канала плечевой кости, отражающих расстояние между краеобразующими по отношению к Х - лучам участками стенок канала, а не истинные размеры поперечного сечения костной полости в плоскости введения фиксатора. С целью иллюстрации данного положения определим проекционную ширину костной полости плечевой кости на трех уровнях а, b и с, используя боковую рентгенограмму, сделанную с расстояния 120 см (фиг.4). Согласно принятому правилу предоперационного планирования зазор между изображениями стенок костного канала и конструкцией на этих, а также других уровнях предполагаемого взаимодействия стержня с отломками должен быть одинаков и составлять величину до 2 мм (2). Зная форму поперечных сечений канала на избранных уровнях смоделируем взаимодействие с ними поперечных сечений стержня толщиной 4 мм, ширина которого на уровне этих сечений будет в соответствии с изложенным традиционным способом предоперационного планирования а - 2 мм (фиг.5), b - 2 мм (фиг. 6), с - 2 мм (фиг.7). Видно, что на уровне сечения b (фиг.6) можно ожидать заклинивания стержня или повреждения отломка вследствие явного несоответствия размеров канала и размеров фиксатора в плоскости его введения. В тоже время на уровне сечения а (фиг.5) и сечения с (фиг.7) поперечные размеры стержня меньше соответствующих размеров костной полости. Исходы внутренней фиксации данным стержнем в условиях такого асимметричного его взаимодействия с каналом плечевой кости на разных его уровнях будут зависеть также от локализации перелома. Если перелом находится между сечениями а и b, то возможны следующие сценарии: а) заклинивание стержня в нижнем отломке и конфликт избыточно выстоящего из верхнего отломка конца фиксатора с акромиальным отростком лопатки (субъакромиальный импичмент-синдром) с последующим нарушением функции плечевого сустава; б) раскалывание нижнего отломка при вбивании в него стержня с возможным исходом в нестабильность и несращение или контрактуру (ограничение движений) смежных с переломом суставов из-за вынужденной дополнительной иммобилизации; в) образование диастаза (избыточного расстояния) между торцами отломков и, как следствие, ухудшение стабильности соединения, нарушение консолидации; г) возникновение ротационного смещения, т.е. поворот нижнего отломка относительно верхнего отломка и стержня так, что наибольший размер поперечного сечения b совмещается с наибольшим размером поперечного сечения стержня.

При локализации перелома на уровне между сечениями b и с заклинивание конструкции будет происходить не в нижнем, а в верхнем отломке. Возможные последствия - раскалывание кости, нестабильность и несращение, импичмент-синдром, нарушение функции смежных с переломом суставов.

Оптимизировать предоперационное планирование и остеосинтез данным стержнем, теоретически, можно, например, с помощью компьютерной томографии с возможной трехмерной реконструкцией костной полости. Однако данный подход привел бы к существенному удорожанию и усложнению технологии, а также к дополнительной лучевой нагрузке на пациента.

2. Значительное повреждение верхнего метафиза плечевой кости в месте введения фиксатора, т.к. ширина верхнего (проксимального) конца конструкции может достигать в зависимости от проекционных размеров костной полости 20-25 мм.

3. Сложность унификации технологии остеосинтеза данным стержнем, расчитанной на точное соответствие форм канала и конструкции, вследствие выраженного анатомического полиморфизма. Кроме того, асимметричное, с учетом изгиба верхнего и нижнего концов в разных плоскостях, строение стержня предполагает наличие правого и левого варианта конструкции, что дополнительно увеличивает количество необходимых типоразмеров.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для внутрикостного остеосинтеза, выполненное в виде стержня постоянной толщины, симметричного относительно взаимно перпендикулярных продольных плоскостей, при этом стержень состоит по длине из трех участков: широкий, переходный и узкий, причем широкий и узкий участки выполнены с постоянной шириной (2). Область использования данного устройства - трубчатые кости кисти. Применительно к задаче остеосинтеза плечевой кости конструкция имеет следующие недостатки.

1. Неизбежное повреждение плечевого сустава при введении фиксатора, не имеющего изгиба верхней (широкой) части, в канал плечевой кости, ось которого проходит через ее головку. Данное положение можно иллюстрировать схемой на фиг.8, где изображены контуры стержня (р на фиг.8) и взаимодействующей с ним плечевой кости (к на фиг.8) по данным ее переднезадней рентгенограммы, жирной линией показана суставная поверхность головки, а линия OO₁ - ось нижнего (суженного) участка канала, совмещенная с осью узкой части конструкции. Кроме того, отсутствие изгиба широкой (верхней) части фиксатора снижает ротационную стабильность соединения стержень-верхний (проксимальный) отломок, т.к. внутренние моменты, противодействующие внешним вращающим усилиям, имеют короткие силовые плечи, ограниченные полушириной верхней части фиксатора.

2. Осевая нестабильность соединения данного стержня с проксимальным отломком при неопорных (косых, винтообразных, крупнооскольчатых) переломах плечевой кости, обусловленная отсутствием отверстий в верхней части конструкции для введения блокирующих винтов. Следствием этого может быть вторичное смещение, укорочение конечности, субъакромиальный импичмент-синдром, нарушение консолидации.

3. Низкая жесткость остеосинтеза данным стержнем при движениях конечностью в плоскости узких граней фиксатора, являющаяся следствием неоптимального сочетания его геометрических и механических параметров и анатомических особенностей канала плечевой кости, что может быть причиной замедленной консолидации и несращения. На боковой рентгенограмме плечевой кости (фиг.4) можно видеть, что ее канал имеет S-образное искривление, причем величина искривления нижней (узкой) части канала (n на фиг.4) значительно больше (в несколько раз) искривления ее верхней части (m на фиг.4). Поэтому, безопасное введение данного стержня, не имеющего предварительного изгиба его узкой части в соответствии с искривлением нижнего (узкого) участка костной полости, возможно только при условии ориентации узких граней конструкции в переднезаднем или близком к нему направлении, т.е. совмещения плоскости наименьшей жесткости фиксатора с плоскостью искривления костного канала. При этом деформации будет подвергаться преимущественно нижняя часть конструкции, которая, таким образом, приобретает естественное анатомическое ограничение ее толщины и, следовательно, жесткости на изгиб. В тоже время верхняя часть стержня будет испытывать минимальные деформации. Поэтому уравнивание поперечных размеров ее узкой грани с аналогичными размерами узкой грани нижней части стержня нецелесообразно, поскольку это приводит к существенному уменьшению суммарной жесткости участка конструкции, расположенного между ближайшими к перелому уровнями ее взаимодействия с отломками (пролета стержня), сопротивляющегося действию внешних изгибающих моментов в условиях функционирования конечности. Выполнение верхней части стержня с большей шириной, чем нижнего, не может существенно повысить жесткость системы фиксатор-отломки в направлении действия критических нагрузок, т.е. в плоскости узких граней конструкции, т.к. увеличение жесткости на изгиб фиксатора с прямоугольным поперечным сечением прямо пропорционально только первой степени увеличения поперечных размеров его граней, находящихся в плоскости, перпендикулярной действию изгибающих моментов.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является повышение надежности остеосинтеза диафизарных переломов плечевой кости, уменьшение его травматичности.

Данный технический результат достигается тем, что устройство для внутрикостного остеосинтеза плечевой кости выполнено в виде стержня прямоугольного поперечного сечения, состоящего по длине из трех участков: широкого с постоянной шириной, узкого с постоянной шириной и переходного, конец широкого участка изогнут в сторону узкой грани, а толщина широкого участка больше, чем узкого, при этом в широком участке выполнены сквозные отверстия.

На фиг.1 представлено устройство для внутрикостного остеосинтеза плечевой кости, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.3 - теоретическая модель взаимодействия условного стержня с нижней (искривленной) частью канала плечевой кости; на фиг.4 - контуры канала плечевой кости по данным ее боковой рентгенограммы, сделанной с расстояния 120 см; на фиг.5 - модель взаимодействия поперечного сечения стержня, взятого в качестве аналога, и поперечного сечения костного канала а на фиг.4; на фиг.6 - модель взаимодействия поперечного сечения стержня, взятого в качестве аналога, и поперечного сечения костного канала b на фиг.4; на фиг.7 - модель взаимодействия поперечного сечения стержня, взятого в качестве аналога, и поперечного сечения костного канала с на фиг.4; на фиг.8 - модель взаимодействия устройства - прототипа с плечевым суставом.

Устройство для внутрикостного остеосинтеза представляет собой стержень прямоугольного поперечного сечения, состоящий из широкого 1, переходного 2 и узкого 3 участков. Толщина широкого участка 1 преобладает над толщиной узкого участка 3, а конец широкого участка 6 изогнут в сторону его узкой грани; в широкой части стержня выполнены сквозные отверстия 7.

Стержень вводят в канал плечевой кости, ориентируя узкие грани конструкции в переднезаднем или близком к нему направлении, что позволяет минимизировать риск повреждения отломков за счет совмещения плоскости наименьшей жесткости фиксатора с плоскостью искривления канала, и, тем самым, уменьшения давления, оказываемого стержнем на стенки костной полости в процессе его деформирования. В свою очередь деформация нижнего участка предлагаемого стержня прямоугольного поперечного сечения, развивающаяся в процессе взаимодействия его ребер с искривленным каналом плечевой, а также любой другой кости, невозможна без задействования в контакте с отломком на разных его уровнях всех четырех ребер конструкции, что придает системе стержень-костный отломок абсолютную ротационную стабильность, т.е. такую, которая не зависит от сил трения в этой системе и, следовательно, степени прижатия стержня к стенкам костного канала (4). Существенно, что ротационно-стабильная форма взаимодействия в этом случае носит гарантированный характер и будет развиваться не только при использовании стержня с максимальными для данной кости размерами его поперечного сечения, точное определение которых на основе стандартных рентгенограмм невозможно, но также при использовании и "менее габаритных" стержней, что не только дополнительно повышает надежность и уменьшает травматичность операции и риск осложнений, но также позволяет предсказуемо реализовать задачу предоперационного планирования на основе стандартных рентгенограмм, не прибегая к сложным и дорогостоящим способам исследования, решить задачу унификации технологии за счет существенного сокращения количества типоразмеров фиксатора. С целью графической иллюстрации вышеизложенного вновь обратимся к проекционному изображению изогнутой нижней части канала плечевой кости по данным ее боковой рентгенограммы (фиг.3), где z - уровень перелома, МК - теоретическая ось прямого стержня, поперечное сечение которого стремится к нолю, построенная между самой низкой точкой канала (К на фиг.3) и краеобразующей точкой поперечного сечения костной полости на уровне перелома (М на фиг.3), N - точка проекционного взаимодействия оси "нолевого" стержня и передней стенки канала. Если размеры поперечного сечения стержня в указанном примере не равны нолю, то точки М и N, принадлежащие центральной оси стержня уже не могут проецироваться на краеобразующие стенки канала, а перемещаются в противоположных направлениях, указанных стрелками, при этом центральная ось стержня, содержащая точки М, N и К приобретает криволинейный характер. Следовательно, в указанном примере стержень с любым сколь угодно малым размером поперечного сечения будет подвергаться деформации, что для стержня прямоугольного поперечного сечения адекватно ротационной стабильности его соединения с нижним отломком плечевой кости. Осевая стабильность соединения стержень-отломки при опорных (поперечных, косых с малой плоскостью излома и др.) переломах обеспечивается благодаря устойчивому характеру взаимодействия торцов отломков. При неопорных переломах осевая устойчивость взаимодействия конструкции с нижним отломком, т.е. сопротивляемость их соединения смещению отломка вдоль стержня в сторону укорочения под действием сил мышечной аутокомпрессии, достигается за счет трения в этой системе, возникающего вследствие деформации стержня и, при адекватном подборе длины фиксатора, за счет контакта его тупого конца с плотной компактной костью нижнего отдела канала. Таким образом и осевая и ротационная стабильность соединения предлагаемого устройства с нижним отломком плечевой кости достигается при минимальном риске повреждения кости и носит гарантированный характер в условиях традиционного предоперационного планирования, т.е. на основе стандартных рентгенограмм.

Ротационная стабильность соединения верхней (широкой) части стержня с проксимальным отломком достигается благодаря ее большой площади контакта с метафизом и наличию изгиба конца стержня в плоскости широких граней, существенно увеличивающего силовые плечи внутренних моментов, противодействующих внешним ротационным нагрузкам, что повышает надежность остеосинтеза. Кроме того, изгиб конца широкой (верхней) части конструкции в направлении ее узких граней позволяет избежать конфликта фиксатора с плечевым суставом, тем самым уменьшить травматичность операции и связанный с ней риск осложнений. При неопорных переломах надежность соединения стержня с верхним отломком увеличивается путем введения блокирующих винтов через отломок и стержень, что становится возможным благодаря наличию отверстий в широкой части фиксатора.

Жесткость верхней части фиксатора при изгибе в плоскости узких граней повышается пропорционально третьей степени увеличения толщины этой части, что приводит к существенному приросту сопротивляемости пролета конструкции деформациям под действием внешних критических изгибных нагрузок. Существенно то, что варьируя значениями толщины и ширины проксимальной части стержня, можно добиться значительного прироста жесткости конструкции при изгибе в плоскости ее узких граней без увеличения (а в ряде случаев и при уменьшении) повреждающего действия фиксатора на метафиз верхнего отломка, которое определяется площадью поперечного сечения, взаимодействующей с костью части конструкции. Например, толщина верхней части фиксатора (h) после увеличения ее в i раз составила h x i, в тоже время ширина (f) после ее уменьшения в i раз будет равна f : i. Площадь поперечного сечения, а значит и повреждающее действие конструкции на верхний отломок, до и после изменения указанных параметров будет одинаковой и определяется как f x h. При этом жесткость конструкции (C₁) при изгибе в направлении действия критических нагрузок, т. е. в плоскости ее узких граней, до изменения параметров будет определяться соотношением C₁= E х f х h³:12, где Е - модуль упругости первого рода материала, из которого изготовлен стержень, f х h³:12 - главный центральный момент инерции поперечного сечения прямоугольной формы (Ицкович Г.М. Сопротивление материалов. - М.: Высшая школа, 1982. - с.201). Жесткость при изгибе конструкции в том же направлении после изменения параметров (С₂) определится как C₂= E х f х h ³х i²:12. При этом С₂:C₁=i². Таким образом, если i>1, т.е. речь действительно идет об увеличении толщины и уменьшении ширины верхней части фиксатора, то будет наблюдаться увеличение жесткости пропорционально квадрату изменения указанных параметров без увеличения повреждающего действия стержня на кость.

С устройством работают следующим образом. Делают разрез мягких тканей по наружной поверхности дельтовидной области между акромиальным отростком лопатки и верхушкой большого бугорка плечевой кости. В зоне анатомической шейки плечевой кости в направлении ее костной полости формируют канал по форме и размерам поперечного сечения, соответствующий или несколько меньше поперечного сечения верхней части стержня. Через сформированный канал вводят стержень до перелома, ориентируя узкие грани конструкции в переднезаднем или близком к нему направлении. После выполнения репозиции отломков, желательно по закрытой технологии, фиксатор внедряют в канал нижнего отломка, ощущая при этом умеренное сопротивление вследствие деформирования конструкции. Верхний конец стержня оставляют на уровне или ниже верхушки большого бугорка. При неопорных переломах или плохом качестве кости через верхнюю часть стержня и отломок вводят блокирующие винты или один винт, что легко сделать, используя направляющее устройство, присоединенное к проксимальному концу стержня.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Авторское свидетельство СССР 1528469 "Устройство Зверева для внутрикостного остеосинтеза плечевой кости", МКИ: А 61 В 17/58.

2. Патент РФ 2028112 "Устройство для внутрикостного остеосинтеза", МКИ: А 61 В 17/58, прототип.

3. Ключевский В.В., Суханов Г.А., Зверев Е.В., Джурко А.Д., Дегтярев А. А. Остеосинтез стержнями прямоугольного сечения. - Ярославль, 1993. - с. 112.

4. Литвинов И.И. Внутренняя фиксация супраистмальных переломов большеберцовой кости: Дис. канд. мед. наук. -Ярославль, 1997. - с. 64-68.

Формула изобретения

1. Устройство для внутрикостного остеосинтеза плечевой кости, выполненное в виде стержня прямоугольного поперечного сечения, состоящего по длине из трех участков: широкого с постоянной шириной, узкого с постоянной шириной и переходного, отличающееся тем, что конец широкого участка изогнут в сторону узкой грани, а толщина широкого участка больше, чем узкого.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в широком участке выполнены сквозные отверстия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8