ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗАНИЯ КОСТНЫХ ТКАНЕЙ, ОСТЕОТОМИИ, ВВЕДЕНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ШТИФТОВ ПРИ ОСТЕОСИНТЕЗЕ И ДЛЯ МАССАЖА Российский патент 1994 года по МПК A61B17/16 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам травматологии и ортопедии и может применяться для рассечения костных и мягких тканей, остеотомии, при введении (забивании) и извлечении внутрикостных штифтов, а также в качестве гипсореза и прибора для массажа. Эта многофункциональность достигается путем замены рабочего инструмента и соответствующего изменения режима работы.

Известна электродрель для обработки костей, содержащая электродвигатель, размещенный в рукоятке, шпиндель, наконечник, съемные режущие инструменты и педаль включения электродвигателя. Вал электродвигателя соединен со шпинделем наконечника с помощью гибкого вала в виде проволочной спирали.

Недостатки устройства-прототипа:
ограниченные функциональные возможности;
невозможность изменения режимов обработки кости и, как следствие, неудобство в применении.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и удобство в применении.

Сущность изобретения заключается в том, что в качестве источника электропитания применен электронный блок, содержащий в себе генераторы синусоидальных и пилообразных колебаний, а также усилитель постоянного тока. В этом блоке имеются регуляторы частоты и амплитуды электрического сигнала, в результате чего ручной вибратор, а точнее его шток с рабочим инструментом, может совершать и плавные возвратно-поступательные движения, и удары, и дергающие движения и вибрационные. Подбор наивыгоднейшего режима при пилении кости позволил исключить возможность ее прижога (что наблюдалось при ультразвуковой обработке кости), повысить удобство в применении. Если медленные синусоидальные колебания можно имитировать рукой, то пилообразные колебания (с крутым передним или задним фронтом и, соответственно, пологим фронтом), вручную имитировать невозможно. Это обстоятельство позволило получить дергающее усилие при извлечении гладких штифтов.

Применение постоянных магнитов, жестко закрепленных на штоке вблизи полюсов намагничивающей катушки, позволило значительно увеличить осевое усилие на штоке и, соответственно, на рабочем инструменте, так как притяжение (отталкивание) магнитов от полюсов катушки складывается с усилием втягивания якоря внутрь катушки.

Применение алюминиевого провода облегчает вес катушки, а применение оксидной (нитридной, фторидной) изоляции провода позволяет увеличить количество витков (т. е. улучшить заполнение рабочего пространства катушки). Увеличивается нагревостойкость катушки (до 300-350^оС), при этом алюминий парамагнитен, магнитная проницаемость у него больше единицы, а медь диамагнита (магнитная проницаемость - меньше единицы). Поэтому обмотка из алюминиевого провода не ослабляет магнитный поток, наведенный ею, а немного даже усиливает его.

На фиг. 1 изображено устройство в собранном виде с рабочим инструментом в виде одноконцевой пилы, общий вид; на фиг. 2 - общий вид ручного вибратора, разрез (рабочий инструмент условно снят); на фиг. 3 - передняя (лицевая) панель электронного блока питания.

Заявляемое устройство состоит из ручного вибратора 1 (электромагнитного двигателя возвратно-поступательного движения) со сменными инструментами 2 и электронного блока питания 3. Блок питания 3 собран в одном корпусе в составе генераторов синусоидальных и пилообразных колебаний и усилителя постоянного тока с регулировками частоты и амплитуды. Вибратор 1 соединен с выходом блока питания 3 с помощью гибкого кабеля 4. К сети переменного тока блок питания подключается с помощью шнура 5. Ручной вибратор 1 состоит из трубчатого корпуса 6, ярма-обоймы 7, намагничивающей катушки 8, стального якоря 8, продолжение которого является одновременно штоком 9. Средняя часть штока 10, выполненная из диамагнитного металла, жестко соединена с половинками штока. Прилегающие к концам катушки стальные участки штока служат якорями. На якорях 8 жестко закреплены постоянные магниты 11 и 12, обращенные друг к другу одноименными полюсами, например северными N-N (см. фиг. 2). Магниты расположены от полюсов катушки 8 и ярма 7 на некотором расстоянии, равном рабочему ходу штока. На фиг. 2 изображен момент работы вибратора, когда левый магнит 11 прижат к левому полюсу катушки 8 и ярму 7 через резиновый амортизатор 13 в виде кольца, а правый магнит оттолкнулся от правого полюса катушки на расстояние полного хода. Передний конец штока имеет резьбовую часть 14 для крепления инструмента 2. Шток 9 установлен в бронзовых подшипниках скольжения 15 и 16, а от поворота шток удерживает направляющая шпонка 17. Подвижная система (шток с магнитами) упруго расперта относительно неподвижной системы (корпус с подшипниками) посредством пружины 18. Подшипники 15 и 16 закреплены в необходимых местах корпуса 6 с помощью резьбовых гужонов 19. Корпус 6 снабжен съемной рукояткой 20. Провода 21 от катушки 8 через нормально разомкнутые контакты 22 возвратной кнопки 23 переходят в кабель 4, который подключается к блоку 3. Передняя панель 24 электронного блока 3 (см. фиг. 1) подробно изображена на фиг. 3, где слева приведено название прибора, а справа - режимы работы и регулировки. Общий включатель сетевого напряжения обозначен поз. 25; соответствующая ему лампочка - поз. 26; гнездо открытого входа обозначено поз. 27; 28 - тумблер переключения режима работы; 29 - тумблер, переключающий на прямую или обратную "пилу".

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОННОГО БЛОКА ПИТАНИЯ
Пределы изменения частоты генератора пилообразных колебаний 0,1-100 Гц.

Пределы изменения частоты генератора синусоидальных колебаний 1-200 Гц.

Выходная мощность блока на нагрузке 4 Ом не менее 100 Вт.

Выходная мощность может регулироваться от 0 до Р_max.

Блок допускает непрерывную работу при Р_max не менее 4 ч.

При уменьшении R нагрузки, но не ниже 1 Ом работать при максимальной мощности запрещается!
Блок рассчитан на работу от сети 220+10%-15%

Блок защищен от коротких замыканий в цепи нагрузки.

Диапазон рабочих частот блока 0,01-2х10⁴ Гц.

Блок работоспособен в интервале температур 20-50^оС.

Потребляемая мощность не более 200 Вт.

Блок допускает работу от любого внешнего источника сигнала.

Максимальное выходное напряжение на выходе блока не превышает 22 Вэфф.

Габаритные размеры блока: 370х380х140 мм.

Масса не более 6 кг.

Исполнение - настольное, допускает переноску.

Блок имеет "открытый" вход, позволяющий усиливать электрические колебания любой формы, например, прямоугольные, при этом рабочая частота блока соответствует 0,01-2х10⁴ Гц.

Устройство применяют следующим образом. Сначала подготавливают набор сменных рабочих инструментов, соответственно необходимой в данный момент функции устройства. Так для пиления кости применяют одноконцевую пилу из титана или закаленной инструментальной стали с хромовым покрытием, для остеотомии - различные долота, для введения штифтов - цилиндрические молотки, для извлечения штифтов - захваты (ловители), для массажа - различные насадки из резины. Необходимый рабочий инструмент 2 закрепляют на резьбовом конце штока 14 и включают блок питания 3 в сеть переменного тока 50 Гц 220 В посредством шнура 5 (предположительно кабель 4 вставлен в соответствующее гнездо 4 панели 24 (см. фиг. 3). Далее включают тумблер 25 - загорается лампочка 26. Выбирают режим работы на панели 24 с помощью соответствующего тумблера 28 (ударный или плавный). При выборе ударного режима работы имеются еще два варианта, выбираемого с помощью тумблера 29. Эта работа на так называемой прямой "пиле" (фронт импульса вначале крутой, затем пологий), или на обратной "пиле" (фронт импульса вначале пологий, затем круто обрывается вниз до нуля). На прямой "пиле" наносят удары по остеотому или штифту, а на обратной - выдергивают штифты, сохранняя постоянное натяжение инструмента рукой.

На прямой "пиле" также производят массаж, а также на синусоиде. По окончании процедуры или операции, действия совершают в обратном порядке. Работа вибратора представлена на фиг. 2. Здесь показан момент такого полупериода переменного напряжения на катушке 8, когда слева у нее появляется южный полюс, а справа - северный. При этом левый магнит 11 притягивается, а правый - отталкивается, увлекая за собой шток 9 вправо. Левый якорь 8, находясь ближе другого якоря 8а, втягивается внутрь катушки 8, суммируясь с усилием магнитов. Свой вклад в увеличение тягового усилия на штоке вносит и диамагнитная вставка 10, которая выталкивается из катушки в сторону магнита 12. В качестве материала вставки принят медно-цинковый сплав (30% меди, 70% цинка), имеющий сравнительно высокую отрицательную магнитную восприимчивость ( χ= -12,5, см. кн. Эберт Г. Краткий справочник по физике. М. : Фитмазгиз. 1963, с. 425).

В качестве постоянных магнитов применен феррит бария. Значительно лучшие результаты можно получить, применив в качестве постоянных магнитов сплав типа Со - РЗМ (кобальт-редкоземельные металлы) например: кобальт-самарий. При этом напряженность магнитного поля будет 1,0-1,5 Тл.

Таким образом, при использовании заявляемого устройства в травматологии, ортопедии и физиотерапии достигается необходимый положительный эффект. (56) Авторское свидетельство СССР N 236707, кл. A 61 B 17/16, 1969.

Использование: в травматологии и ортопедии, для резания костных тканей, остеотомии, введения и извлечения штифтов и для массажа. Сущность изобретения: источник питания в виде электронного блока содержит в себе генераторы синусоидальных и пилообразных колебаний, а также усилитель постоянного тока с регуляторами частоты и амплитуды электрического сигнала, что позволяет составному штоку 9 со съемным рабочим инструментом совершать в подшипниках 19 и 16 плавные возвратно-поступательные движения, удары, дергающие и вабрационные движения, а также путем подбора наивыгоднейшего режима пиления позволяет исключить возможность прижога кости. Размещенная в трубчатом корпусе 6 средняя часть 10 штока 9 выполнена из диамагнитного материала, а остальные участки штока 9 служат якорями 8, на которых жестко закреплены постоянные магниты 11 и 12, расположенные от полюсов намагничивающей катушки и ярма 7 на расстоянии, равном рабочему ходу штока 9, и выполненные с возможностью взаимодействия с выступающими буферными резиновыми кольцами 13. При этом, шпонка 17 исключает проворот штока 9. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗАНИЯ КОСТНЫХ ТКАНЕЙ, ОСТЕОТОМИИ, ВВЕДЕНИЯ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ШТИФТОВ ПРИ ОСТЕОСИНТЕЗЕ И ДЛЯ МАССАЖА, содержащее источник электропитания, пускатель, трубчатый корпус, размещенные в корпусе подшипники скольжения, установленный концами в подшипниках скольжения составной шток, связанный с торцом первого конца с инструментальным фиксатором, и съемные режущие инструменты, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено съемными инструментами для массажа и для введения и извлечения штифтов при остеосинтезе, причем в полости корпуса размещен связанный с источником электропитания электромагнитный исполнительный механизм в виде размещенной в центре корпуса и заключенной в обойму из магнитного материала намагничивающей катушки, выполненной из алюминиевой проволоки с оксидной изоляцией, при этом шток закреплен вторым концом во втором подшипнике посредством шпонки и состоит из трех частей, средняя из которых выполнена из диамагнитного материала и установлена в полости намагничивающей катушки, крайние части выполнены ферромагнитными и снабжены жестко закрепленными постоянными магнитами, установленными с возможностью магнитного взаимодействия с катушечными полюсами и с возможностью механического взаимодействия с выступающими буферными резиновыми концами, закрепленными в выполненных в торцах обоймы канавках, источник электропитания выполнен в виде генератора синусоидальных и пилообразных сигналов с регулируемой частотой и регулируемой амплитудой, корпус выполнен из магнитного материала и снабжен съемным держателем, на котором размещен ручной пускатель в виде кнопки, режущие инструменты выполнены в виде костных ножей и остеотомов, а между установленным на первом конце штока подшипником и постоянным магнитом размещена пружина сжатия. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что расстояния от постоянных магнитов до торцов обоймы равны рабочему ходу штока. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что намагничивающая катушка выполнена с многослойной обмоткой и снабжена размещенной между слоями дополнительной оксидной изоляцией в виде алюминиевой фольги с нитридным или фторидным покрытием.