Устройство для накостного остеосинтеза
Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии, и может применяться как средство лечения накостным остеосинтезом переломов, несращений, ложных суставов и деформаций. Техническим результатом от использования изобретения является повышение надежности накостного остеосинтеза, уменьшение его травматичности. Устройство содержит пластину с отверстиями с цилиндрической резьбой и винты, выполненные с цилиндрической резьбой разного диаметра на своем протяжении. Внешний диаметр цилиндрической резьбы, который расположен ближе к концевой части винта, меньше диаметра цилиндрической резьбы винта, ответной цилиндрической резьбе пластины. Между участками винта с цилиндрической резьбой находится переходный участок, значения внешних диаметров резьбы которого изменяются в диапазоне между значениями внешних диаметров резьбы цилиндрических участков, а винтовые выступы резьбы одного участка непосредственно продолжаются в винтовые выступы другого участка. Шаг резьбы переходного, смежных с ним цилиндрических участков и шаг резьбы отверстий пластины одинаковые. 6 ил.
Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии, и может применяться как средство лечения накостным остеосинтезом переломов, несращений, ложных суставов и деформаций.
Известно устройство для накостного остеосинтеза, выполненное в виде пластины с отверстиями без резьбы и винтов, которые содержат цилиндрическую резьбу на участке вне головки [1].
Конструкция имеет следующие недостатки.
1. Ненадежность использования устройства при плохом качестве кости из-за нежесткого соединения винтов и пластины, обусловленная невозможностью достаточного прижатия пластины головками винтов к кости для создания необходимых сил трения между пластиной и отломками. В условиях, когда максимальная сила трения между конструкцией и отломками становится меньше составляющей внешней нагрузки, направленной на скольжение пластины относительно кости, разность между этой составляющей и максимальной силой трения передается непосредственно на соединение пластины с головкой винта. Это приводит к появлению подвижности пластины относительно кости из-за отсутствия фиксации винтов в отверстиях пластины, повышению риска замедленной консолидации, несращения.
2. Ненадежность использования конструкции в монокортикальном варианте, то есть в условиях фиксации винтов к одному (ближайшему) кортикальному слою кости, также обусловленная нежестким характером соединения между винтами и пластиной. В тех случаях, когда часть тангенциальной составляющей внешней нагрузки передается непосредственно на головку винта, последний может легко повернуться в ближайшем кортикальном слое отломка и в отверстии пластины, с которой винт нежестко взаимодействует, так как момент, продуцируемый одним кортикальным слоем кости, имеет короткое плечо, ограниченное толщиной этого кортикального слоя.
Поэтому для увеличения внутреннего момента, противодействующего внешней нагрузке, необходимо согласно требованиям технологии применения данного фиксатора вводить винты через оба кортикальных слоя отломка, но это приводит к значительному нарушению кровоснабжения кости, повышает риск асептических и инфекционных осложнений.
3. Существенное повреждение периостального кровообращения, обусловленное необходимостью прижатия пластины к отломку из-за нежесткого соединения пластины и винтов. Нарушение кровоснабжения кости приводит к остеонекрозу, остеопорозу, высокому риску инфекционных осложнений, рефрактур, замедленной консолидации и несращений.
Известен компрессирующий винт [2], содержащий стержень с упорной резьбой и установленную на его крепежном конце втулку с наружной резьбой, шаг которой меньше шага упорной резьбы стержня, причем соединение втулки с крепежным концом выполнено резьбовым, а сопряженные поверхности втулки и стержня выполнены конусными. Завинчивание стержня во втулку обеспечивает неразъемное соединение втулки с концом стержня, при этом стержень и втулка “становятся единым стержнем с резьбовыми концами разного шага, при вращении которого обеспечивается компрессия костных отломков”. Устройство согласно описанию предназначено для лечения переломов шейки бедра.
Недостатками устройства являются следующие.
1. Неприемлемость создания компрессии, а следовательно, стабильного соединения с применением данного устройства при поперечном или близком к нему переломе на уровне диафизарного отдела кости. Для обеспечения эффекта компрессии необходимо в этом случае сжатие отломков по оси, то есть необходимо совмещение оси отломков с осью компрессирующего винта, так как последний развивает усилие сжатия вдоль своей оси, а не под углом к ней. Однако введение такого винта по оси отломков неизбежно повлечет за собой повреждение суставных концов трубчатых костей, так как их оси в большинстве случаев продолжаются в полости соответствующих суставов. Кроме того, данный прием компрессии потребует применение винта значительных размеров, а именно в поперечном сечении соответствующего сечению костного канала, по оси - длине кости, что приведет к значительной операционной травме и риску осложнений.
2. Невозможность создания необходимого для стабильности компрессионного усилия, действующего вдоль оси отломков, при применении данного устройства совместно с пластиной, снабженной отверстиями с резьбой, ответной наружной резьбе втулки компрессирующего винта, и размещенной на некотором расстоянии от кости с целью предотвращения повреждения надкостницы. Достижение указанной цели потребует эксцентричное введение винта в отверстие пластины так, как это иллюстрировано при анализе прототипа на фиг.2. Разность шагов упорной резьбы стержня и резьбы отверстия пластины, ответной наружной резьбе втулки, а также отсутствие непосредственного перехода винтовых выступов упорной резьбы стержня в винтовые выступы втулки приведут в этом случае к контакту торца втулки с краем отверстия пластины и смещению ее вместе с отломками так, как это описано и показано для прототипа (фиг.3).
3. Низкая усталостная прочность компрессирующего винта, обусловленная выполнением его не монолитным, а содержащим стержень и втулку. Последние взаимодействуют друг с другом по резьбе и конусными поверхностями, которые “распрессовывают” при удалении конструкции Очевидно, что в ходе такого взаимодействия в зоне соединения возникают предварительные напряжения, которые уменьшают суммарный запас прочности конструкции, что увеличивает риск ее перелома или пластической деформации с исходом в несостоятельность остеосинтеза, несращение.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является фиксатор для накостного остеосинтеза [3], содержащий пластину с отверстиями с цилиндрической резьбой и винты, выполненные с цилиндрической резьбой разного диаметра на своем протяжении, причем внешний диаметр цилиндрической резьбы, расположенной ближе к концевой части винта, меньше, а шаг больше в сравнении с внешним диаметром и шагом цилиндрической резьбы винта, ответной резьбе пластины, при этом непосредственное продолжение винтовых выступов резьбы одного участка винта в винтовые выступы резьбы участка винта с другим диаметром отсутствует.
Недостатками конструкции являются следующие.
1. Создание предварительных напряжений в конструкции и кости в ходе последовательного введения винтов через резьбовые отверстия пластины в отломок из-за разности шагов цилиндрических резьбовых участков. Возможны различные сценарии в зависимости от варианта взаимодействия пластины и отломков. В случае расположения пластины на некотором расстоянии от кости введение первого винта через пластину в отломок приведет к эффекту приближения пластины к нему на расстояние, равное числу оборотов винта в пластине и кости, умноженному на разность между шагами резьбы цилиндрических участков, без создания предварительных напряжений в зоне контакта винта с костью. При введении последующих винтов через пластину в кость взаимному перемещению последних препятствует первый винт, соединенный резьбой с отломком и пластиной. В этих условиях разность шагов резьбы будет результироваться в деформацию конструкции и кости и, следовательно, в возникновение предварительных напряжений. В случае расположения пластины на кости предварительные напряжения в месте контактов пластины и винта с костью будут возникать уже в ходе введения первого винта. Предварительные напряжения уменьшают запас прочности конструкции и ее соединений с отломками, при этом увеличивается риск перелома, пластической деформации фиксатора, потери прочности его соединения с костью, замедленной консолидации, несращения. Уменьшение запаса прочности каждого винтового соединения может быть отчасти компенсировано увеличением общего количества вводимых винтов. Однако такой прием повышает травматичность операции и связанный с ней риск асептических и инфекционных осложнений.
2. Опасность нарушения сопоставления отломков (репозиции) из-за описанного выше эффекта взаимного перемещения пластины и кости, обусловленного разностью шагов резьбы цилиндрических участков винта. Нарушение репозиции приводит не только к деформации костного сегмента, что может негативно повлиять на его последующее функционирование, но и к уменьшению площади контакта отломков, устойчивости их взаимодействия и, следовательно, повышенному риску замедленной консолидации, несращения.
3. Невозможность создания осевой компрессии отломков при поперечном или близком к нему переломе за счет эксцентричного введения винта в отверстие пластины при отсутствии прямого контакта пластины с костью и надкостницей. В силу разности шагов резьбы отверстия пластины и концевой части винта, отсутствия непосредственного перехода винтовых выступов резьбы концевой части винта в винтовые выступы резьбы винта, ответной резьбе пластины, при эксцентричном введении такого винта возникает контакт между нижней поверхностью первого витка цилиндрической резьбы винта, ответной резьбе отверстия пластины, с краем этого отверстия (фиг.2). Со стороны винта на пластину действует направленное нормально к площадке контакта усилие F, которое можно представить как сумму составляющих F1 и F2. При рассмотрении условия равновесия конструкции в системе координат с центром в точке O (крайняя точка линии излома) сила F1 уравновешивается силой F3 действующей со стороны другого винта в противоположном направлении, а момент |ОВ|
F1 уравновешивается противоположно направленным моментом |ОВ|F3. Составляющая F2 оказывается неуравновешенной. Ее действие приводит к нескольким последствиям (фиг.3):
а) к повороту пластины вместе с отломком, фиксированным винтом К и, следовательно, нарушению оси сегмента;
б) к контакту пластины с костью (точка С на фиг.3) и, следовательно, нарушению периостального кровообращения;
в) нарушению параллельности оси винта L и оси отверстия пластины и, следовательно, невозможности в дальнейшем создания жесткого соединения винта и пластины.
Достижение необходимой для создания стабильного соединения осевой компрессии становится возможным либо при изначальном позиционировании пластины на кости (составляющая F2 в этом случае уравновешивается силой реакции опоры), что приводит к раздавливанию надкостницы и питающих кость сосудов, либо при применении дополнительных компрессирующих устройств, фиксируемых к кости и пластине за пределами последней, что требует увеличения хирургического доступа и сопровождается повышением операционной травмы и риска осложнений.
Задачей применения предлагаемого изобретения является улучшение результатов лечения переломов длинных костей и их последствий.
Техническим результатом от использования изобретения является повышение надежности накостного остеосинтеза, уменьшение его травматичности.
Данный технический результат достигается тем, что устройство для накостного остеосинтеза выполнено в виде пластины с отверстиями с цилиндрической резьбой и винтов, содержащих участки с цилиндрической резьбой разного диаметра на своем протяжении, при этом внешний диаметр цилиндрической резьбы, расположенной ближе к концевой части винта, меньше диаметра цилиндрической резьбы винта, ответной цилиндрической резьбе пластины, причем между участками винта с цилиндрической резьбой находится переходный резьбовой участок, значения внешних диаметров резьбы которого изменяются в диапазоне между значениями внешних диаметров резьбы цилиндрических участков, а винтовые выступы резьбы одного участка непосредственно продолжаются в винтовые выступы резьбы другого участка, при этом шаг резьбы переходного, смежных с ним цилиндрических участков и шаг резьбы отверстий пластины одинаковые.
На фиг.1 представлено предлагаемое устройство, вид сбоку; на фиг.2 - расчетная схема для определения условий равновесия при взаимодействии отломков и устройства-прототипа при эксцентричном введении винта в отверстие пластины; на фиг.3 - схема смещения отломков и конструкции при эксцентричном введении винта устройства-прототипа, на фиг.4 (а-г) - этапы эксцентричного введения предлагаемого винта в отверстие пластины и в кортикальный слой отломка; на фиг.5, 6 - схема создания осевой компрессии отломков с помощью предлагаемого устройства, пластина которого расположена на некотором расстоянии от кости.
Устройство для накостного остеосинтеза (фиг.1) выполнено в виде пластины 1 с отверстиями с цилиндрической резьбой 2 и винтов 3 с цилиндрической резьбой 4 меньшего диаметра, расположенной ближе к концевой части винта, цилиндрической резьбой 5 большего диаметра, ответной резьбе отверстий пластины, и переходным участком 6 с резьбой переменного диаметра. Шаг резьбы переходного, смежных с ним участков винта с цилиндрической резьбой и шаг резьбы отверстий пластины одинаковые.
Поскольку шаг резьбы цилиндрических участков винта в предлагаемом устройстве одинаковый, то в ходе последовательного введения винтов через резьбовые отверстия пластины в отломок взаимного перемещения пластины и кости, а также деформации пластины и кости в местах контакта с винтами не наблюдается. Отсутствие предварительных напряжений в месте контакта винта с костью позволяет повысить сопротивляемость конструкции внешним нагрузкам, обойтись меньшим количеством винтов, что увеличивает надежность и уменьшает травматичность остеосинтеза.
При эксцентричном введении винта в предлагаемом устройстве на первом этапе резьба концевой части винта взаимодействует с костью и с резьбой отверстия в пластине так, как показано на фиг.4(а), т.е. винтовые выступы концевой части винта вставляются в винтовые выемки отверстия, т.к. шаг резьбы отверстия и винта одинаковый. В ходе дальнейшего введения винта в винтовые выемки резьбы отверстия пластины попадают в винтовые выступы переходного участка, поскольку они являются непосредственным продолжением винтовых выступов цилиндрической резьбы, которая, таким образом, выступает в роли направителя для резьбы переходного участка. Так как значения внешних диаметров резьбы переходного участка возрастают по отношению к значению внешнего диаметра резьбы цилиндрического участка, расположенного ближе к концевой части винта, то в процессе поворота винта расстояние от его оси до вершины винтовых выступов увеличивается. Это приводит к воздействию верхней и нижней поверхностей винтового выступа на соответствующие поверхности винтовой выемки силами Q1 и Q2 соответственно (фиг.4, б).
Поскольку шаг резьбы переходного и смежных с ним цилиндрических участков одинаковый, то усилия, действующие на пластину со стороны верхней и нижней поверхности винтового выступа, будут также одинаковы, и равнодействующая этих усилий Q3 будет направлена в перпендикулярном к оси винта направлении, приводя к перемещению винта к центру отверстия (расстояние m на фиг.4, а) и к сжатию отломков по оси силой R (фиг.5, 6) без возникновения угловой деформации в зоне перелома и непосредственного контакта пластины с костью.
Таким образом, эффект осевой компрессии при отсутствии непосредственного контакта между пластиной и костью возможен только при взаимодействии всех признаков, указанных при описании предлагаемого устройства, и исключение какого-либо из них делает реализацию этого эффекта невозможной. Наличие пластины с отверстиями с цилиндрической резьбой, ответной наибольшей цилиндрической резьбе винта, позволяет при эксцентричном введении винта в отверстие пластины развить компрессирующее усилие в поперечном к оси винта направлении и, следовательно, сжать отломки по оси при поперечном или близком к нему переломе, тем самым обеспечить стабильность соединения. Разность диаметров двух цилиндрических резьб винта дает возможность сместить его ось к краю отверстия пластины на величину, необходимую для создания компрессии. Наличие переходного между двумя цилиндрическими резьбами участка, диаметр внешней резьбы которого изменяется в диапазоне между значениями внешних диаметров резьбы цилиндрических участков, непосредственный переход винтовых выступов одного участка в винтовые выступы другого участка, а также равенство шагов резьбы переходного, смежных с ним цилиндрических участков винта и резьбы отверстия пластины позволяет использовать одну резьбу как направляющую для другой и гарантировать контакт каждого последующего винтового выступа с винтовой выемкой, а не с краем отверстия пластины. Это необходимо для развития компрессионного усилия вдоль оси отломков без возникновения угловой деформации в зоне перелома и непосредственного контакта пластины с костью. Равенство шагов резьбы переходного, смежных с ним цилиндрических участков винта и резьбы отверстия пластины приводит к тому, что при вращении винта значения его перемещений по отношению к пластине и кости будут одинаковыми, что позволяет сохранить заданное расстояние между костью и пластиной.
С устройством работают следующим образом. На первом этапе выполняют репозицию отломков, желательно по непрямой технологии. Затем позиционируют пластину на кости или на некотором расстоянии от нее, предохраняя надкостницу от повреждения, фиксируют пластину к одному отломку путем последовательного введения винтов в резьбовые отверстия пластины, совмещая при этом ось винта с осью отверстия. При поперечном или близком к нему переломе введение первого винта во второй отломок через отверстие пластины производят эксцентрично с целью создания межфрагментарной компрессии. Последующие винты вводят также, как в первый отломок.
Источники информации
1. М.Е. Мюллер, М. Алльговер, Р. Шнайдер, Х. Вилленеггер. Руководство по внутреннему остеосинтезу. - М.: Ad Marginem, 1996, с.77.
2. Авторское свидетельство СССР 1648417 А1, МКИ А 61 В 17/58.
3. Журнал АО/ASIF “Dialogue”, том 10, издание 1, июнь 1997, стр.12, прототип.
Формула изобретения
Устройство для накостного остеосинтеза, содержащее пластину с отверстиями с цилиндрической резьбой и винты, выполненные с цилиндрической резьбой разного диаметра на своем протяжении, причем внешний диаметр цилиндрической резьбы, расположенной ближе к концевой части винта, меньше диаметра цилиндрической резьбы винта, ответной цилиндрической резьбе пластины, отличающееся тем, что между участками винта с цилиндрической резьбой находится переходный резьбовой участок, значения внешних диаметров резьбы которого изменяются в диапазоне между значениями внешних диаметров резьбы цилиндрических участков, а винтовые выступы резьбы одного участка непосредственно продолжаются в винтовые выступы резьбы другого участка, при этом шаг резьбы переходного, смежных с ним цилиндрических участков и шаг резьбы отверстий пластины одинаковые.
РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6
