Способ дистального блокирования интрамедуллярных стержней при остеосинтезе длинных трубчатых костей и устройство для его осуществления

Изобретение относится к медицине, а именно к малоинвазивной хирургии, травматологии и ортопедии. Способ включает проведение закрытой репозиции костных отломков длинной трубчатой кости. В костномозговой канал вводят интрамедуллярный стержень определенной длины с продольным каналом, который пересекается с нижерасположенным и вышерасположенным отверстиями на его рабочем конце. Путем импульсного лазерного внутрикостного прожигания формируют в трубчатой кости отверстия, совпадающие с нижерасположенными и вышерасположенными отверстиями на рабочем конце интрамедуллярного стержня. Затем через сформированные отверстия в трубчатой кости вводят блокирующие винты. Доставку измерительного лазерного сигнала на длине волны λ₁ и рабочего лазерного сигнала на длине волны λ₂ к месту формирования в трубчатой кости отверстий проводят с помощью предварительно введенного в продольное отверстие интрамедуллярного стержня световода, дистальный торец которого механически соединен и оптически сопряжен с акустооптическим наконечником, а входная его апертура механически соединена и оптически сопряжена с оптическим выходом двухчастотного приемо-передающего оптического узла. Осуществляют поочередную механическую и оптическую союстировку приемопередающей апертуры акустооптического наконечника с нижерасположенным и вышерасположенным отверстиями рабочего конца интрамедуллярного стержня. Концентрацию энергии импульсного рабочего лазерного сигнала на длине волны λ₂ на заданной точке внутренней поверхности трубчатой кости до величины, достаточной для ее лазерного прожигания, осуществляют так, чтобы он стал фазосопряженным по отношению к принятому сигналу. В управлении процессом внутрикостного лазерного прожигания отверстий в трубчатой кости используют также данные анализа параметров трехмерного Фурье-изображения области формируемого отверстия при зондировании этой области измерительным импульсным лазерным сигналом на длине волны λ₁. Вводят в сформированные отверстия блокирующие винты. Правильность прохождения блокирующих винтов через сформированные отверстия в трубчатой кости и пространственно совмещенные с ними отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня контролируют с помощью предварительно введенной в эти отверстия через мягкую ткань направляющей спицы Киршнера. В свою очередь, контроль правильности введения спицы Киршнера осуществляют с помощью гидирующего лазерного луча на длине волны λ₁, распространяющегося изнутри через отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня и соответствующие сформированные отверстия в трубчатой кости, а также мягкие ткани, непосредственно прилегающие к трубчатой кости в области дистального блокирования интрамедуллярного стержня. Изобретение обеспечивает уменьшение количества интраоперационных рентгеновских исследований, минимальную инвазивность и сокращает длительность операции. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

1. Способ дистального блокирования стержней при интрамедуллярном остеосинтезе длинных трубчатых костей, включающий закрытую репозицию костных отломков длинной трубчатой кости, введение в костномозговой канал канюлированного интрамедуллярного стержня заранее определенной длины, формирование для блокирующих винтов в костной биоткани трубчатой кости отверстий, которые совпадают с вышерасположенным и нижерасположенным отверстиями на рабочем конце интрамедуллярного стержня, и введение под контролем с помощью спицы Киршнера блокирующих винтов через сформированные отверстия, отличающийся тем, что после введения в костномозговой канал канюлированного интрамедуллярного стержня заранее определенной длины в продольный канал интрамедуллярного стержня вводят световод с акустооптическим лазерным наконечником на его дистальном конце; осуществляют поочередную механическую и оптическую союстировку приемопередающей апертуры акустооптического лазерного наконечника с перпендикуляром, проходящим через центр нижерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня и опущенным к плоскости, в которой лежит это отверстие, для чего облучают нижерасположенное отверстие рабочего конца интрамедуллярного стержня измерительным импульсным лазерным сигналом на длине волны λ₁, принимают с помощью приемника излучения рассеянные сигналы на длине волны λ₁ и формируют в виде окружности двумерное Фурье-изображение нижерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня I_н(x,у), где I_н(х,у) - интенсивность излучения, пропорциональная квадрату модуля принятого и преобразованного по Фурье рассеянного нежирасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня измерительного импульсного лазерного сигнала на длине волны λ₁ в каждой точке фокальной плоскости Фурье-преобразователя, определяют расстояние от выходной апертуры двухчастотного приемопередающего оптического узла до внутренней поверхности трубчатой кости в области, совпадающей с нижерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, путем измерения временного интервала Δ₁t между моментом излучения импульсного измерительного лазерного сигнала на длине волны λ₁ и моментом приема рассеянного внутренней поверхностью трубчатой кости в области, совпадающей с нижерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, лазерного сигнала на длине волны λ₁; для подготовки импульсного рабочего лазерного сигнала на длине волны λ₂ к управляемой импульсной лазерной деструкции костной биоткани трубчатой кости проводят предварительно автоматическую концентрацию энергии сигнала, фокусируя на отражающем зеркале, входящем в состав акустооптического наконечника и расположенном в плоскости, которая оптически сопряжена с плоскостью внутренней поверхности трубчатой кости, подлежащей лазерной деструкции, путем N-кратного переизлучения на отражающее зеркало отраженного им же импульсного рабочего лазерного сигнала на длине волны λ₂, где - сигнал, пропорциональный комплексной амплитуде импульсного рабочего лазерного излучения на длине волны λ₂; при этом в каждом цикле переизлучения отраженного импульсного рабочего лазерного сигнала осуществляют прием посредством двухчастотного приемопередающего оптического узла на этой же длине волны сигнала, отраженного отражающим зеркалом, после облучения его в данном цикле переизлучения; затем принятый на прямом его проходе отраженный импульсный рабочий лазерный сигнал усиливают в оптическом квантовом усилителе, где обращают его волновой фронт путем нелинейного четырехволнового смешения этого принятого сигнала с двумя опорными лазерными сигналами накачки Е₀₂ и Е₀₃, где Е₀₂ и Е₀₃ - сигналы, пропорциональные комплексным амплитудам полей первого и второго опорных лазерных излучений накачки, соответственно, имеющих плоские волновые фронты с заранее выбранными направлениями распространения; переизлучают в направлении отражающего зеркала сформированный в оптическом квантовом усилителе в результате процедуры четырехволнового смешения импульсный рабочий лазерный сигнал на длине волны λ₂ с обращенным волновым фронтом после его усиления на обратном проходе, где - сигнал, пропорциональный комплексной амплитуде поля импульсного рабочего лазерного излучения на длине волны λ₂ с обращенным волновым фронтом, автоматически формирующийся на выходе устройства обращения волнового фронта в каждом цикле переизлучения, при этом обращение волнового фронта переизлучаемого сигнала в каждом цикле переизлучения проводят с точностью до фазосопряжения по отношению к волновому фронту отраженного отражающим зеркалом импульсного рабочего лазерного сигнала с учетом всех фазовых искажений, которые он приобретает при распространении от отражающего зеркала до входной апертуры оптического квантового усилителя, контролируют процесс концентрации энергии импульсного рабочего лазерного сигнала интенсивностью , автоматически фокусируя его на отражающем зеркале, для чего в каждом N-м цикле переизлучения осуществляют прием отраженного отражающим зеркалом сигнала с помощью приемника сигналов на длине волны λ₂, измеряют интегральную интенсивность I_Σ каждого из N принятых сигналов и сравнивают I_Σ с заданным значением I₀, прекращают процесс концентрации энергии сигнала на отражающем зеркале при выполнении условия I_Σ≥I₀, где I_Σ - сигнал, пропорциональный сумме интенсивностей лазерного излучения, которые формируются в результате квадратичного детектирования принятого импульсного рабочего лазерного сигнала в каждой точке фокальной плоскости Фурье-преобразователя; I₀ - заданное заранее значение интегральной интенсивности I_Σ; приступают в N+1 цикле переизлучения сигнала к управляемой импульсной лазерной деструкции в костной биоткани трубчатой кости путем внутрикостного прожигания первого отверстия в области, совпадающей с нижерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, для чего усиливают с помощью оптического квантового усилителя переизлучаемый в N+1 цикле импульсный рабочий лазерный сигнал на длине волны λ₂ после обращения его волнового фронта так, чтобы интенсивность сигнала на внутренней поверхности трубчатой кости обеспечивала требуемый режим ее деструкции; изменяют плоскость поляризации переизлучаемого в N+1 цикле сигнала с поляризации вида Р_⊥λ2 на поляризацию вида Р_||λ2; проводят перефокусировку переизлучаемого сигнала с поверхности отражающего зеркала на внутреннюю поверхность трубчатой кости в первую точку, образующуюся при пересечении внутренней поверхности трубчатой кости с оптической осью приемопередающей апертуры акустооптического наконечника, для чего при формировании в N+1 цикле сигнала изменяют кривизну волнового фронта первого опорного лазерного сигнала накачки Е₀₂ с учетом измеренного значения Δ₁t, а управление положением точки фокусировки переизлучаемого сигнала на внутренней поверхности трубчатой кости осуществляют, изменяя направление распространения фронта волны второго опорного лазерного сигнала накачки Е₀₃; осуществляют контроль процесса импульсной лазерной деструкции костной биоткани трубчатой кости в выбранной на ее поверхности точке, для чего принимают с помощью акустического сенсора импульсный акустический сигнал, образующийся в результате импульсной лазерной деструкции костной биоткани трубчатой кости под воздействием сигнала в N+1 цикле его переизлучения и фокусирования на выбранную точку поверхности костной биоткани трубчатой кости; передают формирующийся на электрическом выходе акустического сенсора импульсный электрический сигнал на вход устройства регистрации акустических сигналов, где измеряют его амплитуду и форму импульсного сигнала , а также время задержки Δ₁τ переднего фронта акустического сигнала относительно момента времени начала воздействия сигнала на костную биоткань трубчатой кости в N+1 цикле; облучают после прихода заднего фронта импульсного сигнала внутреннюю поверхность трубчатой кости, совпадающую с нижерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, импульсным измерительным лазерным сигналом на длине волны λ₁; принимают с помощью приемника излучения на длине волны λ₁ рассеянный внутренней поверхностью трубчатой кости сигнал на длине волны λ₁; формируют из принятого сигнала трехмерное Фурье-изображение костной биоткани I_1(x,у,z) в области, совпадающей с нижерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, путем измерения временного интервала ΔT_1(x,у) между моментом излучения импульсного измерительного лазерного сигнала и моментом приема рассеянного внутренней поверхностью трубчатой кости импульсного измерительного сигнала на длине волны λ₁ в каждой точке Фурье-плоскости, где I_1(x,у,z) - сигнал, пропорциональный интенсивности излучения и формируемый путем квадратичного детектирования принятого и преобразованного по Фурье рассеянного внутренней поверхностью трубчатой кости импульсного измерительного лазерного сигнала на длине волны λ₁ в каждой точке фокальной плоскости Фурье-преобразователя, осуществляют проверку выполнения условий
Δ₁τ<Δτ₀, , ΔТ_1(х,у)=ΔТ_0(х,у), I_1(x,у,z)=I_0(x,у,z),
где Δτ₀, , ΔТ_0(х,у), I_0(x,у,z) - заданные значения времени задержки, амплитуды, временного интервала и интенсивности излучения в каждой точке фокальной плоскости Фурье-преобразователя, соответственно, при невыполнении этих условий дополнительно проводят М - кратно вышеописанную подготовку сигнала к управляемой импульсной лазерной деструкции костной биоткани и импульсную лазерную деструкцию трубчатой кости в первой выбранной на ее поверхности точке с последующей М - кратной оценкой эффективности процедуры лазерной деструкции, при этом по результатам каждой проверки условий
Δ₁τ<Δτ₀, , ΔT_1(x,у)=ΔT_0(x,у), I_1(x,у,z)=I_0(x,у,z) определяют необходимую степень фокусировки сигнала на первой выбранной точке внутренней поверхности трубчатой кости и требуемую величину коэффициента усиления K_u, завершают управляемую импульсную лазерную деструкцию трубчатой кости в первой выбранной на ее поверхности точке при выполнении условий
Δ₁τ<Δτ₀, , ΔT_1(x,у)=ΔT_0(x,у), I_1(x,у,z)=I_0(x,у,z), осуществляют L последовательных во времени одинаковых актов управляемой импульсной лазерной деструкции костной биоткани, включая проведение процедур предварительной автоматической концентрации энергии сигнала , на отражающем зеркале, при этом L, равное числу точек фокусировки сигнала , определяют из соотношения L=(D/d₁₁)², где D - диаметр нижерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня; d₁₁ - диаметр «кратера» на внутренней поверхности трубчатой кости в первой выбранной точке, который формируется после завершения акта управляемой импульсной лазерной деструкции костной биоткани в этой точке; после завершения L-го акта управляемой импульсной лазерной деструкции костной биоткани в трубчатой кости в области, совпадающей с нижерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, формируют внутрикостно гидирующий лазерный луч, для чего сформированное первое отверстие в трубчатой кости изнутри зондируют непрерывным измерительным лазерным сигналом на длине волны λ₁ через нижерасположенное отверстие рабочего конца интрамедуллярного стержня до визуальной фиксации его извне через мягкие ткани, прилегающие к трубчатой кости в области сформированного в ней первого отверстия; для формирования второго отверстия в трубчатой кости в области, совпадающей с нижерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, разворачивают находящийся в продольном канале интрамедуллярного стержня световод и оптически и механически сопряженный с ним акустооптический наконечник на 180° относительно их оптической оси и осуществляют механическую и оптическую союстировку оптической оси приемопередающей апертуры акустооптического наконечника с перпендикуляром, проходящим через центр нижерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня и опущенным к плоскости, в которой лежит это отверстие; повторяют вышеописанные действия для формирования второго отверстия в области, совпадающей со вторым нижерасположенным отверстием на конце интрамедуллярного стержня, при этом для оценки эффективности лазерной деструкции костной биоткани во втором отверстии таким же образом определяют
Δ₂τ, , , ΔT_2(x,у), осуществляя те же процедуры и в той же последовательности, что и при определении Δ₁τ<Δτ₀, ,
ΔT_1(x,у)=ΔT_0(x,у), I_1(x,у,z)=I_0(x,у,z), а определение необходимой степени фокусировки сигнала и требуемой величины коэффициента усиления K_u осуществляют по результатам проверки условий
Δ₂τ<Δτ₀, ΔТ_2(х,у)=ΔТ_0(х,у) после каждого импульсного лазерного воздействия на костную биоткань, причем L - число точек фокусировки определяют из соотношения L=(D/d₂₁)², где D - диаметр нижерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня; d₂₁ - диаметр «кратера» на внутренней поверхности трубчатой кости в первой выбранной точке в области формирования второго отверстия; визуально фиксируют извне через мягкие ткани, прилегающие к трубчатой кости в области сформированного в ней второго отверстия, прохождение гидирующего лазерного луча, затем по гидирующему лазерному лучу извне через мягкие ткани в сформированное в ближнем кортикальном слое трубчатой кости второе отверстие вводят спицу Киршнера; прекращают внутрикостное зондирование второго сформированного отверстия в трубчатой кости непрерывным измерительным лазерным сигналом на длине волны λ₁; световод с оптически и механически сопряженным с ним акустооптическим наконечником перемещают по продольному каналу интрамедуллярного стержня до уровня его вышерасположенного отверстия; возобновляют введение спицы Киршнера через сформированное в ближнем кортикальном слое трубчатой кости второе отверстие в трубчатой кости, далее - через нижерасположенное отверстие рабочего конца интрамедуллярного стержня и сформированное первое отверстие в дальнем кортикальном слое трубчатой кости; вводят по спице Киршнера блокирующий винт в нижерасположенное отверстие рабочего конца интрамедуллярного стержня; для формирования в трубчатой кости третьего и четвертого отверстий в области, совпадающей с вышерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, после перемещения по продольному каналу интрамедуллярного стержня световода и оптически и механически сопряженного с ним акустооптического наконечника до уровня вышерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня осуществляют механическую и оптическую союстировку оптической оси приемопередающей апертуры акустооптического наконечника с перпендикуляром, проходящим через центр вышерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня и опущенным к плоскости, в которой лежит это отверстие; последовательно повторяют вышеописанные действия для формирования третьего и затем четвертого отверстия в области, совпадающей с вышерасположенным отверстием на конце интрамедуллярного стержня, при этом для оценки эффективности лазерной деструкции костной биоткани определяют соответственно
Δ₃τ, , , ΔТ_3(х,у) и Δ₄τ, , , ΔT_4(x,у), а определение необходимой степени фокусировки сигнала и требуемой величины коэффициента усиления K_u осуществляют по результатам проверки условий
Δ₄τ<Δτ₀, ΔТ_4(х,у)=ΔТ_0(х,у) и Δ₄τ<Δτ₀, ΔТ_4(х,у)=ΔТ_0(х,у) после каждого импульсного лазерного воздействия на костную биоткань, причем L, равное числу точек фокусировки , определяют из соотношения L=(D/d₃₁)² и L=(D/d₄₁)², где D - диаметр вышерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня; d₃₁, и d₄₁ - соответственно диаметры «кратеров» на внутренней поверхности трубчатой кости в первой выбранной точке в областях формирования третьего и четвертого отверстий, совпадающих с вышерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня; после визуальной фиксации гидирующего лазерного луча извне через мягкие ткани, прилегающие к трубчатой кости в области сформированного в ней третьего и четвертого отверстий, совпадающих с вышерасположенным отверстием интрамедуллярного стержня, через сформированное четвертое отверстие в ближнем кортикальном слое трубчатой кости вводят извне по гидирующему лазерному лучу через мягкие ткани спицу Киршнера, прекращают внутрикостное зондирование четвертого сформированного отверстия в трубчатой кости непрерывным измерительным лазерным сигналом на длине волны λ₁; извлекают из продольного канала интрамедуллярного стержня световод и оптически и механически сопряженный с ним акустооптический наконечник; возобновляют введение спицы Киршнера через сформированное четвертое отверстие в трубчатой кости, далее - через вышерасположенное отверстие рабочего конца интрамедуллярного стержня и сформированное третье отверстие в дальнем кортикальном слое трубчатой кости; вводят по спице Киршнера блокирующий винт в вышерасположенное отверстие рабочего конца интрамедуллярного стержня.

2. Устройство для осуществления способа дистального блокирования интрамедуллярного стержня при остеосинтезе длинных трубчатых костей, содержащее волоконно-оптический инструмент, связанный световодом с приемопередающим оптическим узлом, образующим совместно с блоком питания, связанным с блоком управления и блоком индикации, приемопередающий модуль, отличающееся тем, что волоконно-оптический инструмент выполнен в виде акустооптического наконечника, содержащего светоделительный кубик со светоделительной гранью, приемопередающую апертуру, акустический сенсор, первое и второе отражательные зеркала, Фурье-преобразователь и диафрагму, при этом акустический сенсор закреплен внутри светоделительного кубика, сориентирован его приемной апертурой в плоскости, параллельной плоскости приемопередающей апертуры акустооптического наконечника, и электрически связан с устройством регистрации акустических сигналов, связанным с блоком управления и входящим в состав приемопередающего модуля, оптическая ось Фурье-преобразователя съюстирована с оптической осью светоделительного кубика и световода, первое отражательное зеркало с расположенной перед ним диафрагмой размещены в задней фокальной плоскости Фурье-преобразователя перпендикулярно к его оптической оси, приемопередающая апертура акустооптического наконечника совмещена с одной из боковых граней светоделительного кубика, а ее оптическая ось сопряжена с оптической осью световода через светоделительную грань светоделительного кубика и первый оптический разъем, при этом вторым оптическим разъемом световод связан с выходной апертурой приемопередающего оптического узла, выполненного двухчастотным и включающего волоконно-оптический преобразователь, приемник лазерных измерительных сигналов на длине волны λ₁, связанный с оптическим фильтром сигналов на длине волны λ₁, оптический квантовый генератор измерительных линейно поляризованных лазерных сигналов на длине волны λ₁, приемник импульсных рабочих лазерных сигналов в инфракрасной области спектра на длине волны λ₂, связанный с оптическим фильтром импульсных рабочих лазерных сигналов на длине волны λ₂, оптический квантовый генератор импульсных рабочих лазерных сигналов на длине волны λ₂, оптический квантовый усилитель импульсных рабочих лазерных сигналов на длине волны λ₂, связанный первым и вторым оптическими управляющими входами с первым и вторым управляющими элементами соответственно и выполненный с возможностью одновременного введения на соответствующие входы отраженных импульсных рабочих лазерных сигналов на длине волны λ₂ и опорных лазерных сигналов накачки Е₀₂ и Е₀₃, поляризатор-анализатор, первую и вторую управляемые оптические линии задержки, третье, четвертое и пятое отражающие зеркала, светоделительную призму, первое и второе полупрозрачные зеркала, при этом выходная апертура волоконно-оптического преобразователя является выходной апертурой приемопередающего оптического узла, первая приемопередающая апертура волоконно-оптического преобразователя через первое полупрозрачное зеркало соединена соответственно с оптическим фильтром сигналов на длине волны λ₁ и оптическим выходом оптического квантового генератора измерительных линейно поляризованных лазерных сигналов на длине волны λ₁, вторая приемопередающая апертура волоконно-оптического преобразователя через последовательно расположенные третье отражательное зеркало и второе полупрозрачное зеркало соединена соответственно с оптическим фильтром импульсных рабочих лазерных сигналов на длине волны λ₂ и поляризатором-анализатором, связанным с первым оптическим входом оптического квантового усилителя импульсных рабочих лазерных сигналов на длине волны λ₂, второй оптический вход которого оптически соединен с первым оптическим выходом оптического квантового генератора импульсных рабочих лазерных сигналов на длине волны λ₂, второй оптический выход которого через светоделительную призму связан соответственно с четвертым отражающим зеркалом, оптически связанным через первую управляемую линию задержки с первым управляющим элементом, и - с пятым отражающим зеркалом, оптически связанным через вторую управляемую линию задержки со вторым управляющим элементом, при этом электрические входы оптических фильтров, поляризатора-анализатора, первого и второго управляющих элементов, первой и второй управляемых оптических линий задержки, блока индикации, устройства регистрации акустических сигналов, оптических квантовых генераторов и приемников лазерных сигналов, оптического квантового усилителя соединены с блоком управления и блоком питания.