УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ДЕФОРМАЦИИ ПОЗВОНОЧНИКА Российский патент 1999 года по МПК A61B17/70 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к технике ортопедической хирургии.

Заболевания позвоночника являются фундаментальными причинными звеньями внутренних болезней организма и поэтому изучение их и разработка методов лечения, включая хирургические, составляют актуальную задачу современной медицины. Как правило, заболевания позвоночника различной этиологии и патогенеза приводят к деформации позвоночного столба. Наиболее распространенными видами деформации являются сколиоз - искривление позвоночника во фронтальной плоскости, патологические увеличения естественной кривизны в саггитальной плоскости /кифоза и лордоза/, торсионные /вращательные/ сдвиги участков позвоночника, а также их сочетания. В свою очередь деформация позвоночника транслируется через нервно-сосудистые механизмы в дисфункцию внутренних органов. Поэтому коррекция деформации позвоночника является необходимым этапом лечения многих заболеваний.

Радикальную коррекцию глубоких форм деформации позвоночника осуществляют хирургическим путем с применением различных технических средств, развитие которых имеет свою историю.

Известно устройство для коррекции деформации позвоночника /1/, содержащее несущий каркас 1 /фиг. 1/ в виде металлического стержня и перемещающиеся по нему элементы крепления 2 - крючья с отверстиями под стержень.

В ходе операции скелетируют деформированный участок позвоночника и на крайние позвонки кривизны устанавливают элементы крепления. Временно установленным в отверстия элементов крепления винтовым дистрактором медленно растягивают позвоночник и по мере растяжения мобилизуют искривленный участок. Окончательную коррекцию проводят растяжением позвоночника с помощью стержня, который затем оставляют в качестве фиксирующего элемента в подготовленном для него костном ложе на 1,5 - 2 года.

Недостатки устройства - сложность и травматичность операции, длительные сроки реабилитации, отсутствие возможности роста позвоночника у детей.

Известно устройство для коррекции деформации позвоночника /2/, содержащее несущий каркас в виде изогнутого по форме естественной кривизны позвоночника стержня и элементы крепления к позвоночнику, сгруппированные попарно смежно механизмами дистракции - контракции. При сколиозных искривлениях позвоночника элементы крепления закрепляют к скелетированному позвоночнику за дуги ножки дуг или поперечные отростки позвонков. В отверстия элементов крепления проводят стержень с ориентацией его изогнутости во фронтальной плоскости механизмом дистракции по вогнутой кривизне позвоночника и механизмом контракции - по выпуклой стороне проводят коррекцию позвоночника до заданной формы стержня. Окончательную коррекцию осуществляют разворотом стержня на 90^o, т.е. до его ориентации изогнутостью в саггитальной плоскости. Элементы крепления фиксируют к стержню винтами. При необходимости параллельно симметрично устанавливают второй стержень и скрепляют его с первым на 3 - 4 уровнях резьбовыми стяжками.

Недостатки устройства - сложность и травматичность операции, отсутствие возможности роста позвоночника у детей.

Известно более совершенное в отношении адаптации к растущему организму устройство (прототип) для коррекции деформации позвоночника [3], использующее эффект памяти формы материала. Оно содержит каркас в виде продолговатой пластины из никелида титана с эффектом памяти формы. По центру пластины выполнены продольные сквозные пазы, в которых установлены с возможностью перемещения элементы крепления к позвоночнику. За дужки позвонков скелетированного деформированного участка заводят крючья элементов крепления в количестве, зависящем от характера искривления. Пластину каркаса охлаждают в хладагенте, изгибают по форме искривления позвоночника, соединяют с элементами крепления и фиксируют с возможностью их перемещения в пазах пластины. По мере отогревания до температуры тела больного пластина возвращается к исходной форме и начинает корригирующее действие. Коррекция искривлений осуществляется медленно. Первые признаки ее появляются через 2 недели после операции, и завершается она плавно через 3 - 4 недели восстановлением естественной формы позвоночника.

Таким образом, в отличие от аналогов [1, 2] устройство - прототип осуществляет коррекцию деформации позвоночника за счет усилия формовосстановления несущего каркаса со всеми достоинствами, присущими сплавам с эффектом памяти формы. Наиболее важные из них - биомеханическая и биохимическая совместимость, износо- и циклостойкость, оптимальное сочетание весогабаритных характеристик, квазистатический, равномерный характер силового воздействия. Следствием этих технических свойств является мягкий, щадящий режим коррекции, относительная простота операции, снижение травматизма с соответствующим повышением состоятельности и эффективности реабилитации. Подвижность элементов крепления создает возможность роста позвоночника у детей.

Недостатки устройства причинно связаны с его конструкцией и материалом несущего каркаса.

1. Пластичная форма несущего каркаса ограничивает направленность его деформации и, следовательно, направленность коррекции позвоночника. Как правило, устройство применимо для сколиоза и не дает возможности исправлять сочетанные виды деформации.

2. Устройство устанавливается с одной стороны сколиотической дуги и несимметрично относительно позвоночника - между поперечными и остистыми отростками. Следствием этого являются неравномерность воздействия на позвонок, повышенное удельное давление и возможность повреждения костной ткани.

3. Форма несущего каркаса неанатомична. Устройство плохо вписывается в рельеф позвоночного столба. Для обеспечения достаточной прочности в устройстве вынужденно увеличена масса материала каркаса.

4. Элементы крепления, выполненные в виде крючьев, не обеспечивают достаточной надежности крепления к позвонкам. Приходится вместо одного крючка устанавливать для страховки в каждой точке по паре элементов.

5. Используемый материал - никелид титана - в исходной (и, следовательно, в конечной после восстановления) форме каркаса неэластичен. Таким образом, после коррекции позвоночник на корригированном участке не имеет упругой подвижности.

Технический результат предлагаемого решения - повышение эффективности коррекции различных видов деформации позвоночника, включая их сочетания.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для коррекции деформации позвоночника, содержащем продолговатый несущий каркас из никелида титана и элементы крепления к позвоночнику из никелида титана, соединенные с каркасом с возможностью продольного перемещения, несущий каркас выполнен в виде двух параллельных стержней, изогнутых по форме позвоночника и подвижно соединенных между собой на каждом конце и на промежуточных участках.

Предпочтителен отгиб каждого стержня на одном конце на 180^o и соединение его отогнутым концом со вторым стержнем посредством подвижной муфты.

Предпочтительно уплощение стержней в поперечном сечении и фиксация их большим размером в плоскости устройства.

Предпочтительно соединение стержней на промежуточных участках каркаса эллипсообразными незамкнутыми кольцами из никелида титана с эффектом памяти формы.

Предпочтительно расположение элементов крепления к позвоночнику в плоскости несущего каркаса по обе стороны от него и выполнение каждого из них в виде C-образной скобы, ориентированной вдоль стержня, и отрезка цилиндрической проволочной спирали, охватывающей ближнерасположенный стержень и C-образную скобу в ее средней части.

Предпочтителен выбор материала несущего каркаса сверхэластичным.

В ходе операции несущий каркас (фиг. 4) в охлажденном состоянии изгибают по форме искривленного скелетированного позвоночника, укладывают симметрично по обе стороны от остистых отростков (фиг. 5) и закрепляют к ним элементами крепления 2, 3. С отогревом устройства начинается его корригирующее действие, по завершении которого, т.е. возвращении каркаса к естественной кривизне позвоночника, каркас становится его стабилизатором.

Изомерность усилий формовосстановления стержней дает возможность корректировать искривления позвоночника во фронтальной и саггитальной плоскостях, а также их сочетания. Таким образом, предлагаемое устройство функционально шире устройства - прототипа. Симметричная относительно позвоночника форма несущего каркаса обуславливает равномерное распределение компенсированного усилия по объему тела позвонка, а следовательно, снижение удельного давления на костную ткань и уменьшения возможности ее разрушения.

Указанная пространственная равномерность распределения компрессионных усилий позволяет также снизить размеры и массу несущего каркаса при сохранении относительно прототипа эффективности коррекции.

Подвижность соединения стержней на концах каркаса необходима для обеспечения возможности адаптации устройства к растущему позвоночнику. Соединение стержней на промежуточных участках каркаса (также неподвижное) необходимо для парирования возможного раздвижения при их значительной длине.

Дополнительные преимущества предложения по сравнению с прототипом обеспечиваются конкретизирующими признаками.

1. Соединение стержней между собой на их концах возможно различными элементами. Предлагаемое соединение каждого стержня 1 подвижной муфтой 5 (фиг. 4) с отогнутым на 180^o концом второго стержня выгодно с точки зрения сопряженности этого узла с рельефом позвоночника.

2. Уплощение стержней в поперечном сечении и ориентация их большим размером в плоскости устройства целесообразны при коррекции искривлений позвоночника в саггитальной плоскости. При этом уменьшается поперечный размер стержней и по сравнению с прототипом снижается возможность выступания контура устройства за пределы подготовленного ложа, жестче стабилизируется естественная форма позвоночника во фронтальной плоскости.

3. Эллипсообразная форма незамкнутых колец 4 (фиг. 4) и их выполнение из никелида титана с эффектом памяти формы обеспечивают удобство работы хирурга при фиксации поперечного размера каркаса на промежуточных участках. Для их установки достаточно охладить эллипсообразное незамкнутое кольцо, развести его концы на нужную величину, завести с охватом за оба стержня и при нагреве проконтролировать правильность установки.

4. Форма элементов крепления к позвоночнику 2, 3 (фиг. 4) и их расположение обеспечивает их работоспособность, удобство и оперативность установки, надежность в работе. C-образная скоба 2 используется для закрепления элемента крепления на позвоночнике, для чего ножки скобы заводят за дужки или боковые отростки двух смежных позвонков (фиг. 5). Отрезок цилиндрической проволочной спирали охлаждают, растягивают и винтообразным движением накладывают с охватом одного из стержней и одновременно C-образной скобы ориентировочно в ее средней части. При отогреве спираль возвращается к исходной (сомкнутой) форме, сближая скобу и стержень и закрепляя таким образом задействованные позвонки к несущему каркасу.

5. Сверхэластичность используемого материала - (как правило, никелида титана) это свойство обратимой упругой деформации, которое достигает 2%, в отличие от упругости металлов (закон Гука), имеющей величину, не превышающую 0,2%. Сверхэластичность материала достигается заданным легированием сплавов.

Сверхэластичность выбранного материала каркаса придает ему важное дополнительное достоинство - обеспечивает упругую подвижность корригированного позвоночника. Больной имеет возможность сгибать позвоночник.

На иллюстрациях представлено:
Фиг. 1. Устройство для коррекции деформации позвоночника (Харрингтона) 1 - несущий каркас, 2 - элементы крепления к позвоночнику.

Фиг. 2. Схема установки устройства Харрингтона.

Фиг. 3. Устройство для коррекции деформации позвоночника (прототип) 1 - несущий каркас, 2 - элементы крепления к позвоночнику, 3 - пазы.

Фиг. 4. Предлагаемое устройство для коррекции деформации позвоночника: 1 - несущий каркас, 2 - C-образная скоба, 3 - отрезок проволочной спирали, 4 - эллипсообразное разомкнутое кольцо, 5 - подвижная муфта.

Фиг. 5. Схема установки предлагаемого устройства.

Достижимость технического результата подтверждена конкретным примером клинического использования предложенного устройства в Центре Восстановительной Травматологии и ортопедии (ЦВТО) г. Томска и представляется по истории болезни N 3739/490.

Больная С. , 14 лет, госпитализирована в ЦВТО 12.12.95 г. с диагнозом S-образный правосторонний грудно-поясничный идиопатический прогрессирующий сколиоз IV степени, реберный горб справа. Количественные характеристики деформации позвоночника: отклонение грудной вершины сколиоза вправо на 4 см от отвеса на уровне позвонка Th₃ (угол по Кобу 47^o), отклонение поясничной вершины сколиоза влево на 3 см от отвеса на уровне позвонка L₁ (угол по Кобу 47^o), наклон таза влево на 3 см и выраженная торсия III степени.

16.12.95 г. под общим обезболиванием выполнена операция - коррекция сколиотической деформации. Использовано устройство со следующими характеристиками: стержни несущего каркаса с диаметром 4 мм выполнены из никелида титана ТН-10. Длина каждого стержня, форма в саггитальной плоскости соответствует норме физиологических изгибов позвоночника. Длина C-образных скоб для различных уровней позвоночника от 20 до 50 мм из проволоки диаметром 3 мм с уплощением; отрезок цилиндрической спирали элемента крепления к позвоночнику с диаметром 7 - 9 мм, 3 - 4 витка из никелидотитановой проволоки ТН-10 диаметра 1 мм; эллипсообразные незамкнутые кольца - длина 20 мм из никелидотитановой проволоки ТН-10 диаметра 2 мм с уплощением.

Устройство работает следующим образом (по методике операции): скелетированием позвоночника на участке позвонков C₇ S₁ готовят ложе для каркаса устройства. С остистых отростков и части дуг позвонков Th₁ до L₅ удаляют кортикальный слой. На пары позвонков Th₁ - Th₂ слева и справа, на пары позвонков Th₄ - Th₅, Th₈ - Th₉, Th₁₁ - Th₁₂, L₄ - L₅ справа устанавливают с заведением за дуги, используя эффект памяти формы материала, C-образные скобы 2. Аналогичные скобы устанавливают слева за дуги смежных позвонков Th₃ - Th₄, Th₉ - Th₁₀, L₁ - L₂, L₄ - L₅. За дугу позвонка L₁ справа и за дугу позвонка Th₁ слева устанавливают C-образные скобы 2 уменьшенного размера. Соединенные подвижными муфтами 5 стержни несущего каркаса деформируют в охлажденном состоянии до кривизны патологического сколиоза, незамедлительно устанавливают в подготовленное ложе и фиксируют к C-образным скобам. Фиксацию осуществляют винтообразным движением отрезков проволочной спирали 3, предварительно охлажденных и растянутых в осевом направлении до удобной для установки разряженности витков. Стержни несущего каркаса соединяют между собой эллипсообразными кольцами 4, проведенные через подготовленные для них отверстия в остистых отростках позвонков Th₃, Th₇, Th₁₀, L₁ и L₄. На обнаженные участки дуг и остистых отростков укладывают костную стружку, взятую из заднего отдела крыла подвздошной кости. После дренирования трубчатыми дренажами рану послойно ушивают и укрывают асептической повязкой.

Результаты послеоперационных обследований свидетельствуют о состоятельности операции. Заживление раны первичным натяжением. С 4-го дня - подъем больной на ортостоле, с 12-го - снятие швов, с 13-го - начало хождения, на 19-й день - выписка из центра.

Состояние корригированного сколиоза по данным рентгенографии: деформация позвоночника на грудном уровне с дугой по Кобу - 7^o, на поясничном - 5^o. Контрольный осмотр через 6 месяцев после операции показал деформацию на указанных уровнях соответственно 12^o - 10^o состоявшийся костный блок. Рост больной до операции 162 см, на момент осмотра - 167 см. Жалоб больной нет.

Источники информации:
1. И.А. Мовшович "Оперативная ортопедия", М.: Медицина, 1983, стр. 363 - 365.

2. Со eN у.

3. А. с. N 1410965, СССР A 61 B 17/60 Цивьян Я.Л. и др. "Устройство для коррекции деформации позвоночника" (прототип).

Изобретение относится к технике ортопедической хирургии. Устройство содержит продолговатый несущий каркас из двух никелидотитановых стержней, изогнутых по форме позвоночника, подвижно соединенных между собой на каждом конце и на промежуточных участках. Перед установкой каркас охлаждают и изгибают по форме патологически деформированного позвоночника, устанавливают в подготовленное ложе и скрепляют с позвоночником С-образными скобами и отрезками проволочной спирали с эффектом памяти формы. С отогреванием стержней происходит их возврат к исходной форме и корригирующее действие на искривленный позвоночник. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности коррекции различных видов деформации позвоночника, включая их сочетания. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для коррекции деформации позвоночника, содержащее продолговатый несущий каркас из никелида титана и элементы крепления к позвоночнику из никелида титана, соединенные с каркасом с возможностью продольного перемещения, отличающееся тем, что несущий каркас выполнен в виде двух параллельных стержней, изогнутых по форме позвоночника и подвижно соединенных между собой на каждом конце и на промежуточных участках. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый стержень на одном конце отогнут на 180^o и соединен отогнутым концом со вторым стержнем посредством подвижной муфты. 3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что стержни выполнены уплощенными в поперечном сечении и ориентированы большим размером в плоскости несущего каркаса. 4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что соединение стержней на промежуточных участках выполнено эллипсообразными незамкнутыми кольцами из никелида титана с эффектом памяти формы. 5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что элементы крепления к позвоночнику расположены в плоскости несущего каркаса по обе стороны от него и выполнены каждый в виде С-образной скобы, ориентированной вдоль стержня, и отрезка цилиндрической проволочной спирали, охватывающей ближнерасположенный стержень и С-образную скобу в ее средней части. 6. Устройство по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что материал несущего каркаса выбран сверхэластичным.