Хирургическое растягивающее устройство
Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии. Изобретение обеспечивает удлинение кости или имплантатов, находящихся внутри организма, без необходимости хирургического доступа в процессе лечения. Устройство для приложения к скелету пациента действия удлиняющей или растягивающей силы содержит прикрепляющее средство для прикрепления первого и второго компонентов устройства к кости или к прилегающим костям, причем указанные компоненты соединены соединительным устройством увеличивающейся длины, магнит, соединенный с соединительным устройством, и приводное средство, расположенное снаружи от пациента, для генерирования движущегося или меняющегося электромагнитного поля, вызывая посредством этого вращение магнита и удлинение соединительного устройства. Соединительное устройство содержит винт и гайку, а магнит соединен с винтом или гайкой посредством коробки передач для того, чтобы вызвать относительное вращение для удлинения посредством этого устройства. Удлиняемое эндопротезное заместительное устройство содержит первый и второй компоненты, которые соединены соединительным устройством увеличивающейся длины, причем первый компонент содержит компонент сустава конечности, а второй компонент имеет средство для прикрепления к резецированной длинной кости, магнит, соединенный с соединительным устройством, и средство, приспособленное для расположения снаружи от пациента для генерирования движущегося электромагнитного поля, вызывая посредством этого вращение магнита и удлинение соединительного устройства, причем магнит соединен с соединительным устройством посредством редуктора. Устройство для коррекции искривления позвоночника содержит первый и второй валы для удлинения, каждый из которых на одном конце имеет средство прикрепления для фиксации к соответствующему позвонку, соединительное устройство для соединения валов таким образом, чтобы концы, снабженные средствами прикрепления, были относительно подвижными, причем указанное соединительное устройство соединено с механизмом привода, содержащим вращаемый магнит, редуктор, и приводное средство для расположения снаружи от пациента для генерирования движущегося или меняющегося электрического/магнитного поля для того, чтобы вызвать вращение магнита и движение средства прикрепления на одном валу относительно средства прикрепления на другом валу. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение относится к хирургическим растягивающим устройствам и в одном виде предоставляет хирургическое растягивающее устройство для оказания воздействия вытягивающей или растягивающей силы на кости и/или имплантаты внутри скелета пациента.
При лечении злокачественного ракового поражения костей часто необходимо хирургически резецировать часть кости и заместить ее протезом. В случаях, когда пациент является ребенком или подростком, скелет продолжает расти и поэтому необходимо через интервалы времени замещать протез. Для того чтобы снизить количество ревизионных операций, были разработаны процедуры для удлинения протеза in situ. Способы достижения этого включают обеспечение телескопических частей в протезе, которые удлиняются введением между частями распорных деталей приблизительно соответствующего размера. Устройства, которые использовались для этой цели, описаны в статье Schnider et al, the Journal of Bone and Joint Surgery, Volume 79b, Mo.6, November 1997, pages 927-937.
Хотя устройство, описанное в указанной выше статье, предпочтительнее повторных ревизионных операций, оно все же требует хирургического доступа к части протеза через интервалы времени, которые могут часто повторяться, в зависимости от скорости роста пациента. Поскольку все операции связаны с некоторыми рисками, включая риск внесения инфекции, одной из задач данного изобретения является предоставление устройства, которое может использоваться для неинвазивного удлинения протеза.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предоставляется хирургическое растягивающее устройство для неинвазивного приложения к скелету пациента действия вытягивающей или растягивающей силы, которое содержит прикрепляющее средство для прикрепления первого и второго компонентов устройства к кости или к прилегающим костям, причем указанные компоненты соединены соединительным устройством увеличивающейся длины, магнит, соединенный с соединительным устройством и приводное средство, расположенное снаружи от пациента, для генерирования движущегося или меняющегося электромагнитного поля, вызывая посредством этого вращение магнита и удлинение соединительного устройства, причем соединительное средство содержит винт и гайку, а магнит соединен с винтом или гайкой посредством коробки передач для того, чтобы вызвать относительное вращение для удлинения посредством этого устройства.
На практике первый и второй компоненты и связанное с ними соединительное устройство вместе с магнитом хирургическим способом вводят и прикрепляют к кости или к костям, например, при подгонке протеза или имплантата.
Через интервалы времени, когда устройство требует удлинения или растяжения, вокруг тела пациента и области протеза или имплантата устанавливают движущееся электрическое поле, вызывая посредством этого разжимание двух компонентов в стороны. Обычно магнитное поле расположено для вращения в направлении желательного движения магнита, соединенного с соединительным устройством.
Предпочтительно, приводное средство приспособлено генерировать вращающееся магнитное поле, которое вращается в желательном направлении вращения магнита.
Предпочтительно, коробка передач имеет сателлиты с зубцами и имеется разность между числом зубцов сателлитов, обеспечивающая посредством этого уменьшение числа сателлитов и пространства.
Соответственно, коробка передач имеет передаточное отношение от 100:1 до 1000:1.
Предпочтительно, два компонента представляют собой компоненты протеза для фиксации к длинной кости.
Соответственно, длинная кость представляет собой бедренную кость.
В соответствии со вторым аспектом изобретения предоставляется удлиняемое эндопротезное заместительное устройство, которое содержит первый и второй компоненты, которые соединены соединительным устройством увеличивающейся длины, причем первый компонент включает в себя компонент сустава конечности, а второй компонент имеет средство для прикрепления к резецированной длинной кости, магнит соединен с соединительным устройством, а средство приспособлено для расположения снаружи от пациента для генерирования движущегося электромагнитного поля, вызывая посредством этого вращение магнита и удлинение соединительного устройства, причем магнит соединен с соединительным устройством посредством редуктора.
Предпочтительно, первый компонент содержит компонент тазобедренного или коленного сустава.
Предпочтительно, второй компонент содержит центрирующий трубчатый выступ, приспособленный для фиксации в костномозговом канале длинной кости.
Растягивающее устройство в соответствии с изобретением имеет значительные преимущества перед существующими устройствами, такими как устройство, описанное в приведенной выше статье, поскольку оно позволяет избежать травмы или дальнейших хирургических операций, снижая риск инфекции и вызывая развитие дополнительной рубцовой ткани в результате операций. Кроме того, устройство может быть удлинено или растянуто в течение более длительного периода времени, чем период, в течение которого это может осуществляться в ходе хирургической операции. Устройство может также удлиняться более постепенно и чаще, что вызывает силу удлинения или растяжения, которая соответствует ритму роста и стимулирует биологический рост тканей.
Обеспечение редуктора между магнитом и относительно подвижными компонентами растягивающего устройства связано с важными преимуществами. Во-первых, оно обеспечивает возможность приложения на удлиняемые компоненты воздействия равномерной удлиняющей силы. Во-вторых, оно обеспечивает возможность приложения силы, достаточной для преодоления сопротивления удлинению и для противодействия любой тенденции устройства сокращаться по длине при нагрузке кости.
Хотя основное применение устройства в соответствии с изобретением представляет собой периодическое удлинение протезов по причинам, описанным в приведенной выше статье, существует ряд других хирургических целей, для которых устройство имеет ценность. Одна из них состоит в дистракционном остеогенезе. Это лечебное воздействие включает растяжение кости для стимуляции ее роста. Обычная процедура включает предоставление наружной рамки, например, вокруг конечности и прикрепление спиц к кости на разделенном промежутками расстоянии. Затем растягивающие стержни устанавливаются между спицами для приложения к кости постоянной растягивающей силы. Эти устройства крайне обременительны и неудобны для пациента, часто затрудняя или делая невозможной ходьбу пациента. Кроме того, имеется значительный риск инфекции, вызванной применением проводимых через кожу спиц. В соответствии с настоящим изобретением устройство можно вводить хирургическим путем, и компоненты прикреплять к кости, и растяжение можно прикладывать или непрерывно, или через интервалы времени помещением средства для генерирования вращающегося электромагнитного поля вокруг имплантированного устройства.
Устройство также может применяться для исправления искривления позвоночника (сколиоза). При этой процедуре компоненты устройства прикрепляют к соответствующим позвонкам или к ребру и отобранным позвонкам. Растягивающую силу прикладывают с использованием генерируемого извне электромагнитного поля для преодоления сопротивления ткани конечности вместе с трением соединительного устройства. Применение устройства не ограничено приложением растягивающих сил к кости, но оно может в модифицированном виде использоваться для прикрепления к сухожилиям и посредством этого применяться для лечения церебрального паралича.
Поэтому в соответствии с еще одним аспектом предоставляется хирургическое растягивающее устройство для коррекции искривления позвоночника, которое содержит первый и второй удлинительные валы, каждый из которых имеет на одном конце средство прикрепления для фиксации к соответствующему позвонку, соединительное устройство для соединения валов с тем, чтобы концы, несущие средство прикрепления, были относительно подвижны, причем указанное соединительное устройство соединено с механизмом привода, включающим в себя вращаемый магнит, редуктор и приводное средство для расположения снаружи от пациента для генерирования движущегося или меняющегося электрического/магнитного поля, вызывая посредством этого вращение магнита и движение средства прикрепления на одном валу относительно средства прикрепления на другом валу.
Предпочтительно, приводное средство предназначено для генерирования вращающегося поля, которое вращается в желаемом направлении вращения магнита.
Соединительное средство содержит палец привода, выполненный с возможностью входить в зацепление с червяком, окружающим вал, для удлинения вала по его длине при движении червяка.
Теперь один вариант реализации настоящего изобретения будет описан со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 представляет собой вид в перспективе растягивающего устройства, установленного на бедренной кости и образующего часть протеза бедренной кости;
фиг.2 представляет собой увеличенный графический вид, иллюстрирующий соединительное устройство между двумя относительно удлиняемыми частями протеза;
фиг.2а представляет собой вид, аналогичный виду, изображенному на фиг.2, но более детально иллюстрирующий соединительное устройство;
фиг.3 представляет собой вид коробки передач с пространственным разделением деталей;
фиг.4 иллюстрирует альтернативный способ фиксации протеза к кости;
фиг.5 представляет собой вид в перспективе другого варианта реализации растягивающего устройства для коррекции искривления позвоночника.
Как показано на чертежах, растягивающее устройство содержит два компонента, первый компонент (1), образующий часть протеза бедренной кости и тазобедренного сустава, включающий в себя шаровой сустав (3), образующий искусственный тазобедренный сустав, и относительно подвижный компонент (2), несущий центрирующий трубчатый выступ (4) для прикрепления к резецированной бедренной кости (5). Компоненты (1) и (2) соединены вместе соединительным устройством, содержащим удлиненный винт (6) и гайку (7). Относительное движение соединительного устройства по оси в направлении стрелки Х достигается вращаемым магнитом (8), соединенным с коробкой передач (9). Магнит (8) соединен посредством коробки передач (9) с винтом (6) шпинделя, и вращение магнита (8) вызывает вращение винта и, следовательно, удлинение устройства.
Вращение магнита достигается помещением электромагнитной катушки (10) вокруг конечности и созданием движущегося электрического поля. Магнит спроектирован так, что движущееся электрическое поле вызывает вращение магнита в желательном направлении для того, чтобы вызвать удлинение устройства, причем магнит и электромагнитная катушка вместе составляют электрический двигатель. В целом, электромагнитная катушка имеет форму кольца мотков спирали, которые могут быть включены или залиты в магнитовосприимчивый материал, например мягкое железо, причем размеры кольца подобраны для подгонки при помещении вокруг конечности, которая содержит удлиняемое растягивающее устройство.
Коробка передач представляет собой коробку передач с высоким передаточным отношением, причем коробка передач может иметь передаточное отношение порядка нескольких сотен, например приблизительно 500. Это отношение, скорость вращения магнита и шаг винта выбраны так, что один оборот ротора предпочтительно продвинет винт вперед на долю миллиметра, например от 0,001 до 0,01 мм, обычно около 0,005 мм. Пациент может оставаться внутри электромагнитной катушки в течение продолжительного периода, например от 1 до 2 ч, в зависимости от требуемой количественной характеристики удлинения или длительности действия растягивающей силы.
При процедуре удлинения протеза обычно желательно на каждом этапе удлинить протез на 5-6 мм. Растягивающая сила должна быть такой, чтобы она была способна преодолеть трение внутри соединительного устройства и сопротивление, оказываемое мягкими тканями вокруг протеза.
На фиг.3 показаны детали коробки передач. Коробка передач включает в себя два сателлита планетарной передачи и герметизирована внутри кожуха для исключения попадания биологических жидкостей. Все показанные части изготовлены из нержавеющей стали, за исключением части (12), которая изготовлена из титанового сплава, и части (26), которая изготовлена из хромово-кобальтового сплава.
Коробка передач и магнит в сборе предназначены для помещения внутрь камеры (201) на нижнем конце соединительного устройства (см. фиг.2а).
Цифрой (11) показан осевой стержень, на котором вращается приводной магнит. Нижний конец стержня (11) изготовлен в виде заостренной части с тем, чтобы стержень направлялся в углубление в торцевом колпачке (202 - см. фиг.2а). Часть (12) представляет собой кожух для помещения постоянного магнита (8). Постоянный магнит предпочтительно изготовлен способом спекания, имеет кольцевую форму и плотно вставлен в блокировочную кольцевую капсулу (12) для обеспечения того, чтобы магнит не вращался внутри капсулы.
После впайки в капсулу (12) магнит намагничивают направлением поля параллельно диаметру капсулы (12). Часть (13) представляет собой подающую шестерню в первую ступень коробки передач. Шестерня расточена по свободной посадке для обеспечения холостого хода на стержне (11) и имеет плоский выступ, который заблокирован в капсулу (12). Компоненты (14) и (17) подогнаны вместе как втулка и гнездо для образования водила планетарной передачи в сборе, а планетарные сателлиты (16) подогнаны для плотного вхождения в водило в сборе. Каждая ступень планетарной передачи имеет три идентичных сателлита планетарной передачи, которые плотно вставлены в водило в сборе, и каждый сателлит планетарной передачи на каждом конце изготовлен с небольшим встроенным штыревым валом. Эти штыревые валы расположены в отверстиях на каждой половине водила в сборе.
Компоненты (15) и (22) представляют собой фиксированные внутренние сателлиты планетарной передачи соответственно для первой и второй ступени редукции. Каждый из этих сателлитов планетарной передачи объединен приблизительно с половиной ширины зубчатого венца комплекта сателлитов планетарной передачи и фиксирован в корпусе коробки передач. Оставшаяся половина сателлитов планетарной передачи объединена с вращающимся внутренним сателлитом планетарной передачи (18). Уменьшение количества зубьев во вращающемся внутреннем сателлите планетарной передачи (18) по сравнению с количеством зубьев в фиксированном внутреннем сателлите планетарной передачи (15) обеспечивает снижение скорости для данной ступени. Более высокое число уменьшений количества зубьев обеспечивает более высокую редукцию с использованием минимального количества сателлитов планетарной передачи и пространства. Компоненты (18), (19) и (20) включают в себя устройство, которое передает выход от первой ступени планетарной передачи на вход второй ступени. Устройство содержит часть (19) ступицы сателлита планетарной передачи, которая впаяна и во вращающийся внутренний сателлит планетарной передачи первой ступени планетарной передачи, и в подающую шестерню второй ступени.
Части (21), (22), (23), (24) и (25) содержат фиксированный внутренний сателлит, планетарную передачу и водило в сборе для второй ступени. Эти части представляют собой те же части, что и части (14), (15), (16), (17) и (18) первой ступени планетарной передачи.
Часть (25) представляет собой вращающийся внутренний сателлит второй ступени планетарной передачи, и он припаян к части (26), которая представляет собой выходной вал из коробки передач. Он проходит через уплотнители (203) для привода винта (6), показанного на фиг.1, 2 и 2а.
Часть (26) представляет собой втулку, плотно вставленную в гнездо, выточенное в части (25) таким образом, что это устройство самостоятельно фиксируется при установке для пайки. Это такое же устройство, как в случае частей (18) и (19).
Часть (26) показана с короткой втулкой, которая расположена в расточенном отверстии с одной стороны водила (24). Назначение этой втулки состоит в обеспечении того, чтобы водило планетарной передачи было точно центрировано в механизме, и аналогичная втулка имеется на части (19) для центровки первой ступени водила планетарной передачи.
Верхняя поверхность части (26) несет выходной вал (27), который заканчивается соответствующим образом спрофилированным выступом привода, входящим в зацепление в ходовом винте (6). Винт (6) по резьбе входит внутрь внутреннего вала (7). Наружный вал (2) окружает внутренний вал (7) таким образом, что внутренний вал проходит наружу из вала (2), когда ходовой винт (6) вращается магнитом (8), осуществляющим привод через редуктор. Вращение внутреннего вала (7) предотвращено посредством шплинта (204), который фиксирован в соответствующем отверстии в наружном валу (7). Шплинт (204) имеет выступающую часть, которая проходит в продольный паз (205), образованный во внутреннем валу (7).
Устройство может включать в себя встроенный или отдельный датчик, который подсчитывает количество оборотов магнита (8), с тем, чтобы можно было контролировать и/или регистрировать степень удлинения устройства.
Фиг.4 иллюстрирует альтернативный способ прикрепления одного компонента устройства к длинной кости, который, как было обнаружено, приводит к улучшенной устойчивости и костной интеграции. Как видно, трубчатый корпус (2) протеза фиксирован к резецированной кости (5) посредством двух или более подобных пластинкам полосок (401), проходящих от трубчатого корпуса. Подобные пластинкам полоски снабжены отверстиями для приема одиночных винтов (402) для ввинчивания в кортикальный слой кости для фиксации подобных пластинкам полосок к наружной поверхности кости. Полоски изготовлены с удлиненными отверстиями (403) для содействия врастанию кости и покрыты высококристаллическим гидроксиапатитным покрытием для стимуляции объединения с костью.
На фиг.5 показано растягивающее устройство, подходящее для лечения искривления позвоночника. В данном варианте реализации обеспечены резьбовые валы (501) и (502) со средствами прикрепления (503), такими как пластинки или блоки, имеющие винты или крючки. В зависимости от кривизны позвоночника, резьбовые валы (501) могут быть прямыми или изогнутыми. Средства прикрепления могут включать в себя универсальное подшипниковое или шарнирное соединение с резьбовыми валами с возможностью того, что средства прикрепления вращались или двигались в виде качания с учетом искривления или деформации позвоночника, и для обеспечения осуществления прочных прикреплений к соответствующим позвонкам.
Два резьбовых вала сочленены центральной распорной деталью или блоком (504). Блок (504) может быть стабилизирован прикреплением к позвоночнику, например, с использованием винтов или крючков. Блок (504) включает в себя приводной механизм, содержащий вращаемый магнит и редуктор, как изображено на фиг.1-3. Однако окончательный приводной компонент содержит палец, установленный на выходном валу. Палец связан с двумя червячными приводами, которые вращаются посредством пальца. В одном устройстве червяки расположены последовательно таким образом, что их приводят в движение в противоположных направлениях. В другом устройстве червяки могут быть расположены для привода в движение в одном и том же направлении. Для соединения пальца с резьбовыми валами могут также применяться приводы двух или более червяков с одиночным или множественным червячным приводом. Каждый червяк имеет цилиндрическую форму и центральную проточку. Соответствующий резьбовой вал (502) принимается внутрь червяка, и резьбы на валу совпадают с проточкой на внутренней стороне червяка. По мере того как червяк поворачивается пальцем, резьбовой вал также поворачивается и движется в направлении по длине вала. Направление движения вала зависит от восприятия содействующей резьбы и от устройства червяков и сателлитов планетарной передачи, которые передают вращение магнита. Способом, подобным тому, который описан для устройства, показанного на фиг.1-4, вращающее электрическое поле генерируется посредством наружной кольцевой катушки вокруг области позвоночника пациента.
1. Хирургическое растягивающее устройство для приложения к скелету пациента действия удлиняющей или растягивающей силы, содержащее прикрепляющее средство для прикрепления первого и второго компонентов устройства к кости или к прилегающим костям, причем указанные компоненты соединены соединительным устройством увеличивающейся длины, магнит, соединенный с соединительным устройством, и приводное средство, расположенное снаружи от пациента, для генерирования движущегося или меняющегося электромагнитного поля, вызывая посредством этого вращение магнита и удлинение соединительного устройства, причем соединительное устройство содержит винт и гайку, а магнит соединен с винтом или гайкой посредством коробки передач для того, чтобы вызвать относительное вращение для удлинения посредством этого устройства.
2. Устройство по п.1, в котором приводное средство приспособлено генерировать вращающееся магнитное поле, которое вращается в желательном направлении вращения магнита.
3. Устройство по п.1, в котором коробка передач имеет сателлиты с зубцами и имеется разность между числом зубцов сателлитов, обеспечивающая посредством этого уменьшение числа сателлитов и пространства.
4. Устройство по п.1, в котором коробка передач имеет передаточное отношение от 100:1 до 1000:1.
5. Устройство по п.1, в котором два компонента представляют собой компоненты протеза для фиксации к длинной кости.
6. Устройство по п.5, в котором длинная кость представляет собой бедренную кость.
7. Устройство по п.1, в котором приводное средство предназначено для генерирования вращающегося поля, которое вращается в желаемом направлении вращения магнита.
8. Удлиняемое эндопротезное заместительное устройство, содержащее первый и второй компоненты, которые соединены соединительным устройством увеличивающейся длины, причем первый компонент содержит компонент сустава конечности, а второй компонент имеет средство для прикрепления к резецированной длинной кости, магнит, соединенный с соединительным устройством, и средство, приспособленное для расположения снаружи от пациента для генерирования движущегося электромагнитного поля, вызывая посредством этого вращение магнита и удлинение соединительного устройства, причем магнит соединен с соединительным устройством посредством редуктора.
9. Устройство по п.8, в котором первый компонент содержит компонент тазобедренного или коленного сустава.
10. Устройство по п.8, в котором второй компонент содержит центрирующий трубчатый выступ, приспособленный для фиксации в костномозговом канале длинной кости.
11. Устройство по п.8, в котором приводное средство предназначено для генерирования вращающегося поля, которое вращается в желаемом направлении вращения магнита.
12. Хирургическое растягивающее устройство для коррекции искривления позвоночника, содержащее первый и второй валы для удлинения, каждый из которых на одном конце имеет средство прикрепления для фиксации к соответствующему позвонку, соединительное устройство для соединения валов таким образом, чтобы концы, снабженные средствами прикрепления, были относительно подвижными, причем указанное соединительное устройство соединено с механизмом привода, содержащим вращаемый магнит, редуктор и приводное средство для расположения снаружи от пациента для генерирования движущегося или меняющегося электрического/магнитного поля для того, чтобы вызвать вращение магнита и движение средства прикрепления на одном валу относительно средства прикрепления на другом валу.
13. Устройство по п.12, в котором приводное средство предназначено для генерирования вращающегося поля, которое вращается в желаемом направлении вращения магнита.
14. Устройство по п.12, в котором соединительное устройство содержит палец привода, выполненный с возможностью входить в зацепление с червяком, окружающим вал, для удлинения вала по его длине при движении червяка.
