Роботизированная система для репозиции костных отломков при переломах костного скелета

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к травматологии. Роботизированная система содержит пульт дистанционного управления и электрические приводы. Система выполнена в виде двух одинаковых модулей, соединенных гидроцилиндрами с возможностью подвижности. Каждый из модулей содержит основание, неподвижную и подвижную тумбы, панель, узел репозиции и узлы движения. Каждый из узлов движения выполнен в виде шестерен с понижающей передачей и вала-шестерни. Вал-шестерня прикреплена с возможностью подвижности к основанию и неподвижно к корпусу узла движения, между которыми находится шарикоподшипник. Каждый из узлов репозиции выполнен в виде двух П-образных скоб, одна из которых снабжена гидроцилиндрами. Полки П-образных скоб расположены взаимно перпендикулярно, а основания соединены осью. В полках неподвижно закреплены гидроцилиндры. На штоках гидроцилиндров с возможностью подвижности закреплены ползуны перпендикулярно оси штоков. В плечах ползунов неподвижно закреплены гидроцилиндры. На концах штоков имеются шарикоподшипники. Узлы репозиции снабжены схватами. Каждый из схватов выполнен в виде Г-образного плеча, к которому с возможностью подвижности прикреплены пальцы. Пальцы выполнены в виде рычага, на одном конце которого закреплены сменные губки, а на другом конце закреплены гидроцилиндры с возможностью подвижности в горизонтальной плоскости. Изобретение позволяет предупредить осложнения, возникающие вследствие неправильной репозиции костных отломков, сократить сроки лечения и реабилитации больных, исключить необходимость повторных оперативных вмешательств. 3 ил.

 

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к травматологии, и предназначено для репозиции костных отломков при переломах костного скелета.

Еще во времена Гиппократа осуществлялась открытая и закрытая ручная репозиция костных отломков. На протяжении многих веков способы репозиции эволюционно развивались и совершенствовались, в течение последнего столетия были разработаны и внедрены аппараты и устройства для репозиции отломков, такие как аппарат Илизарова, Бессмертного, Привалова, Волкова-Оганесяна и др., которые, однако, имеют ограниченную область применения. Их применение ограничено локализацией перелома, типом пострадавшей костной ткани, характером смещения отломков. Кроме того, трудоемкий процесс применения конструкций занимает длительное время, при этом нередко проводятся многократные повторные рентгенологические обследования с последующими повторными хирургическими вмешательствами для коррекции неточно проведенной репозиции.

Для устранения этих недостатков нами была разработана стационарная роботизированная система, при использовании которой становится возможным репонирование костных отломков любого отдела костного скелета, восстановление анатомической целостности кости при любой локализации перелома и при любом характере смещения отломков. Визуальный контроль за репозицией костных отломков позволяет восстанавливать анатомическую целостность кости быстро и одномоментно, исключая необходимость повторных R-облучений и хирургических вмешательств, а дистанционное управление процессом из экранированного помещения значительно снижает R-нагрузку на медицинский персонал. Важным достоинством является сокращение времени проведения процедуры и ее малая травматичность, значительно уменьшается доза наркотических и сильнодействующих препаратов, все это в совокупности ведет к быстрому восстановительному процессу регенерации костной ткани в линии перелома, сокращению сроков лечения и реабилитации больного.

Прототипом является способ дистанционной репозиции при закрытых переломах костей голени и устройство для его реализации RU 2165742 С2, 27.04.2001, А 61 В 17/56, содержащее пульт дистанционного управления и электрические приводы.

Однако известное устройство имеет ограниченное применение и не обеспечивает перемещение костных фрагментов в трех плоскостях.

Задача изобретения - сокращение сроков лечения при различных переломах костного скелета любой локализации и любом смещении отломков путем дистанционной, точной, быстрой, одномоментной и малотравматичной репозиции костных отломков.

Это достигается тем, что роботизированная система для репозиции отломков при переломе костного скелета выполнена в виде двух одинаковых модулей, соединенных гидроцилиндрами с возможностью подвижности, каждый из которых содержит основание, неподвижную и подвижную тумбы, панель, узел репозиции и узлы движения, при этом каждый из узлов движения выполнен в виде шестерен с понижающей передачей и вала-шестерни, прикрепленной с возможностью подвижности к основанию и неподвижно к корпусу узла движения, между которыми находится шарикоподшипник, каждый из узлов репозиции выполнен в виде двух П-образных скоб, одна из которых снабжена гидроцилиндрами, полки П-образных скоб расположены взаимно перпендикулярно, а основания соединены осью, в полках неподвижно закреплены гидроцилиндры, на штоках которых с возможностью подвижности закреплены ползуны перпендикулярно оси штоков, в плечах ползунов неподвижно закреплены гидроцилиндры, на концах штоков имеется шарикоподшипники, узлы репозиции снабжены схватами, каждый из которых выполнен в виде Г-образного плеча, к которому с возможностью подвижности прикреплены пальцы, выполненные в виде рычага, на одном конце которого закреплены сменные губки, а на другом конце закреплены гидроцилиндры с возможностью подвижности в горизонтальной плоскости.

Изобретение поясняется чертежами, где: фиг.1 - роботизированная система для репозиции костных отломков при переломах костного скелета, вид спереди; фиг.2 - вид сверху; фиг.3 - основание, вид сверху.

Роботизированная система состоит из двух подвижно соединенных, одинаковых модулей. Каждый модуль имеет по два узла движения 1; основание 2; неподвижную тумбу 3; подвижную тумбу 4; панель 5; узел репозиции 6 и схват 7.

Основания 2 соединены между собой двумя общими штоками 8 гидроцилиндров 9. Гидроцилиндры 9 неподвижно фиксированы в верхней части оснований 2.

Роботизированная система имеет четыре узла движения 1, которые имеют электрический двигатель 10, расположенный в корпусе 11 узла движения 1, к которому фиксирован неподвижно. Через систему понижающей шестереночной передачи передает вращение на колесо 12. Понижающая шестереночная передача состоит из ведущей шестерни 13, которая неподвижно фиксирована на валу электродвигателя 10. Она передает вращение на промежуточный вал шестерни 14, которая с двух сторон прикреплена с возможностью движения к корпусу 11 узла движения 1. На промежуточном валу шестерни 14 с двух сторон неподвижно крепится две промежуточные шестерни 15, которые передают вращение на ведущий вал шестерни 16. Ведущая шестерня 16 с двух сторон крепится с возможностью движения к корпусу 11 узла движения 1. На ней неподвижно крепится колесо 12.

В нижней части основания 2 крепится неподвижно электрический двигатель 17. Через понижающую шестереночную передачу передается направление движения узлу движения 1. Понижающая шестереночная передача состоит из ведущей шестерни 18, которая неподвижно крепится к валу электрического двигателя 17. Она передает вращение на вал шестерни 19, которая с двух сторон крепится с возможностью движения к основанию 2, и неподвижно в нижней части крепится к корпусу 11 узла движения 1. Между нижней частью основания 2 и верхней частью корпуса 11 узла движения 1 находится шарикоподшипник 20.

В основании 2 находятся механизмы электропривода 21 и гидросистемы 22.

Неподвижная тумба 3 неподвижно крепится к верхней части основания 2, к которой неподвижно крепятся четыре телескопических направляющих цилиндра 23 и гидроцилиндр 24. К подвижной тумбе 4 неподвижно крепятся четыре штока 25 телескопических направляющих цилиндров 23 и шток 26 гидроцилиндра 24. Верхней частью подвижная тумба 4 неподвижно крепится к панели 5.

В нижней части панели 5 имеются пазы 27 с двух сторон расположенные перпендикулярно продольной оси роботизированной системы для репозиции костных отломков при переломах костного скелета. В этих пазах 27 с возможностью движения крепится внутренний ползун 28, который приводится в движение гидроцилиндром 29. Гидроцилиндр 29 неподвижно крепится к панели 5, к передней ее части, а шток 30 гидроцилиндра 29 неподвижно крепится к внутреннему ползуну 28.

К подвижному ползуну 28 неподвижно крепится гидроцилиндр 31 и направляющий цилиндр 32, расположенный по середине внутреннего ползуна 28 параллельно продольной оси роботизированной системы для репозиции костных отломков при переломах костного скелета.

Шток 33 направляющего цилиндра 32 неподвижно крепится к штоку 34 для того, чтобы устранить ротацию штока 34.

Шток 34 неподвижно соединен с ползуном 35 узла репозиции 6.

Узел репозиции 6 выполнен в виде двух П-образных скоб 36, 37, полки которых расположены взаимно перпендикулярно, а основания соединены осью 38.

К П-образной скобе 37 неподвижно крепятся гидроцилиндры 39.

В полках П-образных скоб 36, 37 крепятся неподвижно гидроцилиндры 41, 42 на их штоках 43, 44 крепятся с возможностью подвижности перпендикулярно продольной оси штоков 43, 44 ползуны 35, 45.

В плечах ползунов 35, 45 крепятся неподвижно гидроцилиндры 46, 47, в их штоках 48 на свободных концах имеется шарикоподшипники 49.

Схват 7 состоит из Г-образного плеча 50, фиксированного неподвижно к ползуну 45, на свободном конце которого крепится с возможностью движения два пальца 51, осью 52. К плечу 50 схвата 7 крепятся с возможностью движения в горизонтальной плоскости два гидроцилиндра 53, осью 54. Штоки 55 гидроцилиндров 53 крепятся с возможностью подвижности в горизонтальной плоскости к задним рычагам 56 пальцев 51 осью 57.

На передних рычагах пальцев 51 крепятся сменные губки 58 разной конфигурации для лучшей фиксации при стыковке роботизированной системы за аппарат Илизарова или другую наружную фиксирующую конструкцию.

Методика используется следующим образом: больной, поступивший в клинику с травмой костного скелета, проходит обследование. После подтверждения нарушения костного скелета больного проводится операция: наружный, внеочаговый остеосинтез с фиксацией отломков костей спицами или стержнями, с наложением наружных фиксирующих устройств (аппарата Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции).

Затем больной перекладывается на специальный стол-каталку для рентгенологического обследования в горизонтальное положение для визуального контроля за процессом дистанционной репозиции роботизированной системой для репозиции костных отломков при переломах костного скелета. Для этого к столу-каталки с больным устанавливают аппарат ЭОП (электронно-оптический преобразователь) с неповрежденной стороны больного.

К другой стороне столу-каталке, к поврежденной стороне больного, с какой наложен аппарат Илизарова или другая наружно фиксирующая конструкция, перемещают роботизированную систему для репозиции костных отломков при переломе костного скелета, управляя дистанционно, узлами движения 1.

Роботизированная система для репозиции костных отломков при переломе костного скелета должна быть установлена схватом 7 напротив колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции для стыковки. Один схват 7 должен быть установлен в области колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции, которые фиксированы к медиальному отломку костного скелета больного. А второй схват 7 должен быть установлен в области колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции, которые фиксированы к дистальному отломку костного скелета. Для возможности перемещения костных отломков фиксированных к кольцам Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции, в любой плоскости, посредством роботизированной системы для репозиции костных отломков при переломе костного скелета.

Для этого приводят дистанционно в работу узлы движения 1. При работе электрических двигателей 10 начинаются вращательные движения колес 12, передаваемые через систему понижающей шестереночной передачи. При этом роботизированная система для репозиции костных отломков при переломе костного скелета перемещается поступательно. Для целенаправленного перемещения роботизированной системы для репозиции костных отломков при переломе костного скелета включают в работу электрический двигатель 17. При этом происходят вращательные движения узлов движения 1 по часовой стрелке или против часовой стрелке управляемые дистанционно относительно оснований 2 и их модулей через систему понижающей шестереночной передачи.

Для более точной стыковки роботизированной системы для репозиции костных отломков при переломе костного скелета, если необходимо поднять или опустить схваты 7 относительно колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции, включают дистанционно в работу дистрактор 24. При этом происходит движение штоков 25 по телескопическим направляющим цилиндров 23, подвижной тумбы 4 с панелью 5, узлом репозиции 6 и схватом 7 вверх или вниз относительно неподвижной тумбы 3, основания 2, узлов движения 1, колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции. Если необходимо переместить для стыковки схват 7 ближе или дальше к кольцам Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции, то включают дистанционно в работу гидроцилиндры 29. При этом происходит перемещение внутреннего ползуна 28 по позам 27 нижней части панелей 5, вместе с гидроцилиндрами 31, 32, узлом репозиции 6, схватом 7 ближе или дальше к кольцам Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции, относительно подвижной тумбы 4, неподвижной тумбы 3, основания 2, узлов движения 1.

Если необходимо для стыковки развести или сблизить схваты 7 относительно друг друга необходимо включить дистанционно в работу дистракторы 9, при этом происходит сближение или расхождение модулей. Для более точной стыковки при разведении и сближении схватов 7 необходимо включить в работу дистанционно дистрактор 31, при этом происходит перемещение на сближение или расхождение относительно друг друга схватов 7, узла репозиции 6 относительно панелей 5, подвижной тумбы 4, неподвижной тумбы 3, основания 2, узлов движения 1. После этих манипуляций пальцы 51 должны быть разведены относительно друг друга, для этого включают дистанционно в работу гидроцилиндры 53, при этом происходит расхождение пальцев 51 со сменными губками 58 относительно друг друга. После окончательной установки пальцев 51, схватов 7 в проекции средней части сменных губок 58 колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции производят стыковку. Включают дистанционно в работу гидроцилиндры 53, при этом происходит сближение пальцев 51 со сменными губками 58 относительно друг друга и захват колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции пальцами 51 со сменными губками 58. Происходит закрепление одного модуля посредством схватом 7, пальцами 51 и сменными губками 58, колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции, которая фиксирована к медиальному отломку костного скелета больного, другой модуль закреплен схватом 7, пальцами 51 и сменными губками 58 к кольцам Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции, которые фиксированы к дистальному отломку костного скелета больного.

После стыковки роботизированной системы для репозиции костных отломков при переломах костного скелета и аппарата Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции между собой приступают к репозиции отломков костного скелета больного.

Хирург и медицинский персонал находится изолированно в смежной комнате, которая соединена с операционным окном со специальным остеклением для визуального наблюдения за больным.

Также в этой комнате находятся мониторы ЭОП и видеокамеры для визуального наблюдения за роботизированной системой, больным и стоянием отломков кости посредством электронно-оптического преобразователя.

После обезболивания и рентгенологического контроля приступают к репозиции отломков кости костного скелета больного. Для этого дистанционно включают дополнительно в работу узел репозиции 6, который находится на модуле, который прикреплен к кольцам Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции, а она фиксирована к дистальному отломку кости костного скелета больного. Устранение смещения костного отломка костного скелета больного по длине устраняется, когда дистанционно включают в работу гидроцилиндр 31, который находится в том модуле, который фиксирован к дистальному отломку костного скелета больного. При этом происходит перемещение дистального отломка костного скелета больного по длине вместе с фиксированным к ним колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции, схватом 7 и узлом репозиции 6, относительно медиального отломка кости костного скелета больного и фиксированному к нему остальной роботизированной системы для репозиции костных отломков при переломе костного скелета.

Устранение смещения отломков костного скелета больного по ширине в горизонтальной плоскости происходит, когда в работу дистанционно включают гидроцилиндр 41, который находится в узле репозиции 6, который фиксирован к кольцам Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции, схватом 7 и к дистальному отломку костного скелета больного. При этом происходит перемещение дистального отломка костного скелета больного по ширине в горизонтальной плоскости относительно медиального отломка костного скелета больного. Так как происходит перемещение П-образной скобы 36 в горизонтальной плоскости по шарикоподшипнику 49 штоков 48, при этом происходит перемещение всего узла репозиции 6 с схватом 7, кольцами Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции и фиксированным к ним дистальным отломком костного скелета больного. Относительно медиального отломка костного скелета больного и фиксированному к нему колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции и остальной роботизированной системы для репозиции костных отломков при переломе костного скелета.

Устранение смещения под углом в горизонтальной плоскости отломков кости костного скелета больного происходит тогда, когда включают в работу дистанционно гидроцилиндры 46, при этом происходит перемещение П-образной скобы 36 под углом в горизонтальной плоскости, а с ней вместе перемещается весь узел репозиции 6, схват 7, прикрепленный к кольцам Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции с фиксированным к ним дистальным отломком костного скелета больного, относительно медиального отломка костного скелета больного фиксированного к нему колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции и остальной роботизированной системы для репозиции костных отломков при переломе костного скелета.

Устранение смещения по ширине в вертикальной плоскости происходит тогда, когда в работу включают дистанционно гидроцилиндры 42, при этом происходит перемещение шарикоподшипников 49, штоков 48 по П-образной скобе 37 вместе с дистракторами 47, ползуном 45, схватом 7 и фиксированными кольцами Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции с дистальным отломком кости костного скелета больного по ширине в вертикальной плоскости, относительно роботизированной системы для репозиции костных отломков при переломах костного скелета и фиксированному к ней колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции с дистальным отломком костного скелета больного.

Устранение смещения по ширине под углом в вертикальной плоскости устраняется при включении дистанционно в работу гидроцилиндров 47. При этом происходит перемещение ползуна 45, схвата 7 и фиксированных колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции с дистальным отломком костного скелета больного по ширине в вертикальной плоскости под углом относительно остальной части роботизированной системы для репозиции костных отломков при переломе костного скелета, колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции и дистальным отломком костного скелета больного.

Устранение ротационного смещения отломков при переломе костного скелета больного происходит тогда, когда в работу включают дистанционно дистракторы 39, при этом происходит вращение П-образной скобы 37 вместе с гидроцилиндрами 42, гидроцилиндрами 47, ползуном 45, схватом 7, фиксированных к нему колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции и дистальным отломком кости костного скелета больного, относительно П-образной скобы 36 и остальной роботизированной системы для репозиции костных отломков при переломе костного скелета вместе с фиксированным к ним колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции и с дистальным отломком кости костного скелета больного. Но для того чтобы создать вращение дистального отломка кости костного скелета больного необходимо повторять действия, описанные выше по устранению смещения дистального отломка кости костного скелета больного по ширине в горизонтальной плоскости и действия по устранению смещения по ширине в вертикальной плоскости. Так как ось вращения дистального отломка кости костного скелета больного находится в центре продольной оси колец Илизарова или другой наружной фиксирующей конструкции. В этом случае имеется расстояние до оси вращения схвата 7. И чтобы это компенсировать необходимо эти действия. Все эти действия проводятся под рентгеновским контролем и следящей аппаратуры.

После окончательной репозиции отломков кости и их стабилизации выключается электронно-оптический преобразователь. Хирург фиксирует между собой кольца Илизарова или другие наружные фиксирующие конструкции, которые фиксированы на дистальном и медиальном отломках кости больного.

Затем, когда завершен процесс фиксации отломков кости костного скелета больного от аппарата Илизарова или другой внешней фиксирующей конструкции, роботизированная система отсоединяется, когда включаются в работу гидроцилиндры 53, при этом пальцы 51 с сменными губками 58 расходятся относительно друг друга, отпуская кольца Илизарова или другую наружную фиксирующую конструкцию.

Роботизированная система для репозиции костных отломков при переломах костного скелета перемещается от стола-каталки с больным.

Пациент снимается со стола и на каталке перемещается в палату. Наружная фиксирующая конструкция или аппарат Елизарова снимается после регенерации костной ткани в линии перелома костного скелета больного.

Роботизированная система для репозиции костных отломков при переломах костного скелета помогает производить при дистанционном управлении одномоментно, точно, быстро и малотравматично репозицию отломков кости, любых костей костного скелета больного при любой локализации и любом смещении отломков. Система манипуляторов роботизированной системы для репозиции костных отломков при переломах костного скелета позволяет осуществлять перемещения костных отломков во всех плоскостях с необходимым усилием, управляется дистанционно из защищенной от рентгеновского излучения комнаты, визуальный контроль процесса репозиции отломков позволяет с максимальной точностью и быстротой восстановить анатомическую целостность практически любого отдела костного скелета.

Данная роботизированная система для репозиции костных отломков при переломе костного скелета позволяет применять компьютерное обеспечение и включение в процесс репозиции костных отломков при переломе костного скелета больного программное обеспечение и управлять процессом на любом расстоянии.

Роботизированная система для репозиции отломков при переломе костного скелета, содержащая пульт дистанционного управления и электрические приводы, отличающаяся тем, что она выполнена в виде двух одинаковых модулей, соединенных гидроцилиндрами с возможностью подвижности, каждый из которых содержит основание, неподвижную и подвижную тумбы, панель, узел репозиции и узлы движения, при этом каждый из узлов движения выполнен в виде шестерен с понижающей передачей и вала-шестерни, прикрепленной с возможностью подвижности к основанию и неподвижно к корпусу узла движения, между которыми находится шарикоподшипник, каждый из узлов репозиции выполнен в виде двух П-образных скоб, одна из которых снабжена гидроцилиндрами, полки П-образных скоб расположены взаимно перпендикулярно, а основания соединены осью, в полках неподвижно закреплены гидроцилиндры, на штоках которых с возможностью подвижности закреплены ползуны перпендикулярно оси штоков, в плечах ползунов неподвижно закреплены гидроцилиндры, на концах штоков имеются шарикоподшипники, узлы репозиции снабжены схватами, каждый из которых выполнен в виде Г-образного плеча, к которому с возможностью подвижности прикреплены пальцы, выполненные в виде рычага, на одном конце которого закреплены сменные губки, а на другом конце закреплены гидроцилиндры с возможностью подвижности в горизонтальной плоскости.