СПОСОБ БЛОКИРУЕМОГО НАКОСТНОГО ОСТЕОСИНТЕЗА ТРУБЧАТЫХ КОСТЕЙ Российский патент 2015 года по МПК A61B17/58 

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, и предназначено для лечения переломов трубчатых костей с моделированием параметров прочности и прогнозированием надежности фиксирующих свойств пластины.

Известна идеология лечения переломов крупных костей, предложенная А.И. Сеппо. (Сеппо А.И. Металлический остеосинтез переломов костей на основе точных клинико-технических наук. «Периодика». Таллин. - 1978. - С. 16). «Для того чтобы хирург мог освободиться от привычного клинического эмпиризма и уже на основании инженерного математического расчета сознательно проводить операцию металлического остеосинтеза с запланированным запасом прочности для кости, кроме величин смещающих моментов сил, он должен знать созданную нашими исследованиями в Таллинском политехническом институте топографию сопротивляемости скелетной системы человека по отдельным сегментам и слоям, где возникает опорный контакт между костной тканью и фиксирующим материалом. Эта новая глава экспериментальных исследований стала клинико-прикладным связующим звеном между пока еще далекими друг от друга науками: клинической костно-восстановительной и реконструктивной оперативной хирургией и сопротивлением материалов».

Однако не предложены практические расчеты параметров ее для обоснования надежности при конкретной локализации сломанной кости, способной обеспечить функциональную фиксацию и предотвратить развития осложнений (переломы, пролежни, нарушение фиксации). В его работах не рассматривались прочностные свойства накостных пластин.

Известен способ накостного остеосинтеза М.Е. Мюллер и др. - Руководство по внутреннему остеосинтезу. Springer - Verlag. - 1996. - С. 229, 235, но уже с некоторой конкретизацией числа винтов. «Опыт показал, что для предотвращения механического разрушения фиксации пластиной необходимо некоторое количество шурупов - для фиксации пластины к кости. Количество их различно для разных костей и зависит в некоторой степени от размера и веса индивидуума, а также от размера и качества кости. У большинства пациентов плечевая кость требует фиксации в 6 точках в кортикальном слое (т.е. трех шурупов) с каждой стороны перелома, локтевая и лучевая - в 5, бедренная - в 7, большеберцовая - в 6 точках. При остеопорозе, в зависимости от его тяжести, требуется соответствующее увеличение числа шурупов». «Поскольку основной функцией опорной пластины является поддерживающая функция, то пластина должна быть прочно прикреплена к основному фрагменту… Шурупы необходимо вводить таким образом, чтобы под воздействием нагрузки не происходило смещения пластины. Поэтому, если примененная пластина имеет овальные отверстия…, то в этом случае шурупы, фиксирующие пластину к кости, должны быть расположены в отверстиях пластины ближе к линии перелома. В этом положении, если возникает нагрузка, любая тенденция пластины к смещению предотвращается самими шурупами. Рекомендованный метод применения опорной пластины - сначала придать ей форму, соответствующую сегменту кости, а уже затем начать ее фиксацию с середины пластины и затем крепить один за другим шурупы поочередно в обоих направлениях».

Следует отметить, что такой подход к остеосинтезу не предусматривает никаких расчетов прочности и надежности остеосинтеза, используется ориентировочная пластина с ориентировочными представлениями о прочности фиксации костных отломков, в результате возникали осложнения.

Применение данного способа и пластин АО не обеспечивает предотвращения осложнений, что ведет к ухудшению результатов накостного остеосинтеза:

- большая площадь контакта пластины с поверхностью кости приводит к развитию пролежней на кости;

- в пластинах с уменьшенным контактом снижается прочность и в отмеченных местах возникают ее переломы;

- ориентировочное число винтов не отвечает и не соответствует прочностным характеристикам выполненного остеосинтеза;

- не учитывается прочность пластины и соотношение отверстий, в результате она ломается до сращения отломков;

- приблизительно определяется длина используемой пластины и количество винтов, а следовательно, и количество отверстий в пластине, так как одинаково нецелесообразно наличие лишних отверстий в пластине, также небезопасно их недостающее количество.

Наиболее близким к решению проблемы надежности фиксации отломков является экспериментальное подтверждение Барабаша Ю.А. и др. (2010). «Экспериментальное обоснование накостной фиксации в зависимости от величины рычага фиксатора». «Сборник тезисов IX съезда травматологов-ортопедов». Том 1. - С. 88-89. «Накостный остеосинтез особенно эффективен, по мнению большинства авторов, при косых, крупно-оскольчатых и винтообразных переломах, когда внутрикостный остеосинтез не обеспечивает, как правило, стабильного положения отломков. Появление фиксаторов нового поколения расширило показания для оперативного лечения, нивелируя определенный хирургический нигилизм при фиксации сложных повреждений, особенно в случаях остеопороза, околосуставных, многооскольчатых и перипротезных переломов.

Учитывая вышеизложенное, особое внимание должно быть уделено подбору длины пластины и количеству винтов, фиксирующих ее к кости, в зависимости от характера перелома, так как от этого в немалой степени зависит стабильность накостной фиксации.

Исходя из условий равнорычагового расположения пластины относительно линии перелома, целью проводимых нами исследований явилась стандартизация тактики накостного остеосинтеза при переломах длинных костей путем определения степени жесткости фиксации при разных рычагах крепления фиксатора.

Исследовалась прочность фиксации отломков пластинами с ограниченным контактом и угловой стабильностью на модели поперечного, косого (45°) и оскольчатого переломов в средней части образца нагружением в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в зависимости от длины рычага ее крепления (от 2 до 7 винтов в каждом отломке и на различной удаленности от линии излома) на основе корреляционного анализа с целью выявления степени близости корреляционной (вероятностной) зависимости к функциональной.

Исследование механической прочности фиксации отломков пластиной с ограниченным контактом, закрепленной разным количеством винтов с интервалом в 13 мм, показало, что при поперечном переломе наблюдалась максимальная стабильность при фиксации отломков по шесть-семь винтов последовательно как при продольном, так и поперечном нагружениях, что соответствовало 52,5 и 57% фиксации длины отломка.

При косом переломе максимальная стабильность отмечалась в аналогичных сериях опыта как при продольном, так и поперечном нагружениях, что соответствовало 57% фиксации длины отломка.

При оскольчатом переломе максимальная стабильность отмечалась в тех же сериях эксперимента, что соответствовало соответственно 52,5 и 57% фиксации длины отломка. При использовании в качестве фиксатора пластины с угловой стабильностью максимальная жесткость отмечалась при креплении ее 5-7 винтами на каждом отломке, что соответствовало 37-57,5% фиксации длины отломка, а прочностные характеристики жесткости были сопоставимы с предыдущим, наиболее распространенным вариантом пластин (1-я серия) уже при фиксации тремя-четырьмя винтами в каждом отломке. Интерполируя данные биомеханического исследования на клиническую практику, можно сделать вывод, что у пациентов с двухрычаговыми диафизарными переломами длинных костей накостный остеосинтез должен выполняться с фиксацией по 5-7 винтов в каждом отломке».

К достижению указанного ниже технического результата при использовании ближайшего аналога относится то, что в синтезе отломков, кроме длины пластины, не имеют значения никакие другие прочностные показатели, такие как толщина, ширина пластины и другие, вследствие чего невозможно качественное оперативное лечение больных с переломами трубчатых костей.

Задачей заявляемого изобретения является расчет параметров пластины для каждого конкретного сегмента поврежденной конечности с целью предотвращения осложнений и повышения качества оперативного лечения больных с переломами трубчатых костей с использованием накостного остеосинтеза.

Поставленная задача решается тем, что в способе блокируемого накостного остеосинтеза, включающем использование опорной пластины, имеющей форму и длину, соответствующую сегменту поврежденной кости с определенной длиной, и фиксацию ее к кости винтами, причем количество их различно в зависимости от длины рычага ее крепления, согласно изобретению выбирают пластину, исходя из рентгенограммы, определяют диаметр синтезируемой кости, далее рассчитывают, исходя из диаметра кости, основные параметры пластины по формулам

b=d/2 мм (1)

где b - ширина пластины в мм;

l - длина пластины в мм;

d - диаметр синтезируемой кости в мм;

r - радиус сгиба пластины, мм;

а - отступ (зазор) от кости по продольному центру пластины, мм;

h - толщина пластины в мм.

Расчет количества винтов осуществляется по формуле 6

где n - количество винтов

Pd - действующая продольная сила на пластину;

- кг/мм², допустимое напряжение на срез;

S - площадь сечения винта.

А расчет прочности винта осуществляют по формулам 7, 8

где D - диаметр сечения винта с учетом резьбы, для винта d4 D=3 мм,

π=3,14,

- выбирают возможные диаметры трубчатых костей, для которых производят расчеты накостных пластин и крепежных элементов, сводя данные в таблицу, и изготовляют номерные наборы соответствующих пластин и фиксирующих винтов;

- выполняют рентгенографию сегмента сломанной кости и, в зависимости от ее диаметра, подбирают готовый номерной набор с соответствующей пластиной и крепежными винтами для нее.

Таким образом, предлагаемый способ изобретения позволяет использовать математическую систему расчета параметров опорных пластин в зависимости от диаметра кости, что дает возможность не приблизительно, а точно и обоснованно применять пластину с определенными прочностными свойствами и фиксацию конкретной локализации перелома, что обеспечивает качественное лечение переломов трубчатых костей;

- также позволяет определить вышеуказанные параметры для каждого из возможных диаметров трубчатых костей, что обеспечивает возможность заказать и изготовить стандартные комплектующие (пластины с отверстиями под винты и сами винты) в условиях производства, а хирургу необходимо определить по рентгенограмме диаметр поврежденной кости и выбрать соответствующий номерной набор с соответствующей пластиной с отверстиями и крепежными винтами для нее для проведения качественного и надежного остеосинтеза трубчатых костей.

Технический результат заключается в следующем:

1. Проведение расчета параметров прочности накостной пластины в зависимости от диаметра и локализации сломанной кости.

2. Возможность использования пластины для остеосинтеза перелома с готовыми расчетными данными (параметров прочности), с прогнозированием положительного результата, исключающем осложнения, в частности переломы пластины в процессе лечения.

3. Обеспечение надежной устойчивости пластины при фиксации винтами.

4. Разработка фиксаторов и формирование набора для остеосинтеза конкретной локализации перелома с использованием расчетных данных в зависимости от диаметра кости в условиях производства.

Способ осуществляют следующим образом.

На фиг. 1, 2 приведены общие виды предлагаемых пластин.

На фиг. 3 - схема синтеза предложенной пластиной.

На фиг. 4 - рентгенограмма голени больной 33 лет при поступлении.

На фиг. 5 - малоинвазивный погружной остеосинтез.

На фиг. 6 - рентгенограмма голени после накостного остеосинтеза накостной пластиной с использованием расчетных данных.

Для осуществления надежного накостного остеосинтеза сломанной кости необходимо, чтобы напряжение в фиксирующей пластине от максимально возможной нагрузки было меньше допустимого напряжения с запасом прочности не менее 1,5. Цифра запаса прочности в 1,5 определена тем, что она должна быть более единицы и из представлений целесообразности должна быть меньше 2, при этом на мелких костях (пястные, плюсневые) допускается 1,2.

Схема расчета свойств пластины.

Основными критериями расчета прочности пластины является ширина и толщина пластины, вычисленные на основании диаметра кости определенного на рентгенограмме и длина участка, на который накладывается пластина.

Расчет прочностных и регламентирующих данных осуществляется по формулам: напряжение в пластине определяется по формуле 9

где М - изгибающий момент (кг/см);

b - ширина пластины в мм;

h_l в квадрате - габаритный размер пластины по высоте;

6 - коэффициент.

Расчет крепежных свойств и надежности пластины и фиксации отломков осуществлялся по руководству Беляева Н.М. «Сопротивление материалов». - 1976. - 608 с.

Основным и определяющим прочность соединения видом деформации пластины является изгиб. Напряжение от изгиба в пластине зависит от момента сопротивления (W) пластины и величины действующей внешней нагрузки от веса тела (или фрагмента) пациента в виде изгибающего момента (М). Для плоских пластин момент сопротивления (W) определяется по формуле 10

$$W=\frac{b\times h^2}{6}$$

Расчет момента сопротивления для плоской пластины.

Пример: $$W=\frac{15\cdot 5^2}{6}=\mathrm{62,5}м{м}^3$$

где b - ширина пластины, h - толщина пластины, 6-коэфициент.

Коэффициент 6 входит в состав формулы момента сопротивления изгибу W для прямоугольного сечения, где b - ширина пластины, h - толщина пластины.

Для повышения прочности при изгибе пластина в поперечном сечении изогнута по радиусу пластины, который меньше радиуса, для обеспечения отступа от кости.

В случае предложенной поперечно-изогнутой пластины за толщину нужно брать габаритный размер по высоте (h_l) изогнутой по радиусу в поперечном сечении пластины, который определяется графически как габаритный размер. При продольном изгибе прочность ее значительно увеличивается, формула 11. Расчет прочности изогнутой пластины.

$$W=\frac{b\cdot h_l^2}{6};$$ $$W=\frac{15\cdot 6^2}{6}=90м{м}^3$$

Благодаря поперечному изгибу пластины ее прочность увеличивается в 1,5-2 раза.

Запас прочности [К] пластины определяется делением допустимого напряжения на расчетное напряжение . Формула 12

Напряжение получают делением максимального изгиба M на W - момент сопротивления пластины (прочностная характеристика пластины, зависящая от формы пластины). При делении получаем цифру фактического напряжения от действующих внешних нагрузок, формула 13

Для определения максимального напряжения в пластине можно представить такую схему: пластина - это защемленная балка, на конце которой действует сила, равная весу фрагмента отломанной части тела или весу пациента. По методике А. Сеппо изгибающий момент (М, кг/см) можно получить умножением этой силы на 1 см.

Напряжение в пластине определяется по формуле 14

где М - изгибающий момент (кг/см);

b - ширина пластины в мм;

h₁ в квадрате - габаритный размер пластины по высоте;

6 - коэффициент.

Таким образом, полученный по вышеприведенным формулам (из табл. 1) запас прочности выбранных опорных пластин для различных трубчатых костей находится в пределах от 3,65 до 1,2, что подтверждает надежность расчетных параметров пластин, полученных по предложенным в заявке формулам для их расчета, и позволяет сделать вывод о надежном и качественном остеосинтезе трубчатых костей.

Далее приводят расчет основных параметров опорных пластин и выбор количества винтов, и их параметров для ряда возможных диаметров трубчатых костей. Данные расчета основных параметров опорного устройства, выбор количества винтов для надежной фиксации переломов отражают в таблице 2.

Выработанная таким образом система расчета прочностных и функциональных свойств позволяет перед операцией выбрать пластину с необходимыми параметрами и обеспечить стабильность ее в лечении перелома сегмента конкретной локализации с определенным диаметром кости, отраженным на рентгенограмме сломанной кости.

Предложенные параметры расчетов выгоднее использовать при производстве фиксаторов на заводе. В этом случае создавать номерные комплекты металлоконструкций для остеосинтеза переломов определенной локализации с определенным диаметром кости.

Пример осуществления способа.

На рентгенограмме сломанной кости измеряют ее ширину. Полученную цифру делят пополам. Так, диаметр плечевой кости в среднем равен 30 мм. Делят его пополам и получают цифру 15. Подбирают пластину шириной 15 мм. По данным расчетной таблицы толщина ее равна 4 мм, длина - 140 мм, диаметр резьбы - 4 мм, шаг винта - 1,5 мм, шаг винта головки 0,75 мм, число отверстий с одной стороны - 6, расстояние между отверстиями 12 мм, длина винта - 34 мм, диаметр головки винта - 6 мм.

Операция с использованием расчетных данных, отраженных в таблице 2, осуществлена впервые. Применяют пластины фиг. 1 или фиг. 2. Схема операции отражена на фиг. 3.

Больная К. 33 л. Автодорожная травма. Поступила через два часа в тяжелом состоянии. Обследована. Выявлен перелом голени. На рентгенограмме определяется оскольчатый перелом обеих костей голени. Диагноз: Закрытый оскольчатый перелом обеих костей правой голени со смещением отломков В3. (фиг. 4.).

Оперирована по экстренным показаниям авторской пластиной с использованием предложенных расчетных данных. Выполнен малоинвазивный накостный остеосинтез (фиг. 5).

Рентгенограмма голени после накостного остеосинтеза пластиной с использованием расчетных данных (фиг. 6).

Выполнение операции малоинвазивного остеосинтеза.

Укладывают больного на операционный стол. Через проксимальный и дистальный отделы длинной кости проводят спицы Киршнера с фиксацией к ним полуколец аппарата Илизарова, соединяют их тремя винтовыми стержнями и дают дистракцию до коррекции положения костных отломков и их репозиции, осуществляют доступ к поврежденной кости с помощью разреза длиной 3-4 см над проксимальным отломком, отступя вверх на 5-7 см от линии перелома, в зависимости от протяженности зоны разрушения кости. Формируют ложе-туннель для введения накостной пластины фиг. 1, проводят, минуя место перелома кости с ориентировкой ЭОПом. В крайнее отверстие пластины вводят направитель и ввинчивают в пластину для проведения костного сверла, а после создания костного отверстия удаляют направитель и вводят фиксирующий винт с ввинчиванием шляпки с цилиндрической нарезкой в винтовое отверстие без полного закрепления пластины. Корригируют пластину вдоль кости под контролем ЭОПа и при выявлении крайнего отверстия пластины делают прокол на его уровне и вводят направитель для сверла, ввинчивают в малое отверстие пластины и просверливают кость, после прохождения обоих кортикальных слоев вводят винт и при выявлении правильности нахождения пластины под контролем ЭОПа затягивают верхний и нижний винты до предела. При оценке правильности положения пластины относительно кости и ее фиксирующих свойств в прилежащие отверстия вводят необходимое количество винтов блокирующих и фиксирующих и раны ушивают (фиг. 5). Удаляют дистракционный аппарат. Выполняют контрольную рентгенографию (фиг. 6).

Послеоперационное течение удовлетворительное. Лечение проводилось без внешней фиксации. Через 4 месяца констатирована консолидация костных отломков и через 8 месяцев металлоконструкция удалена.

Таким образом, в результате проведения остеосинтеза трубчатых костей, описанного в наших примерах, согласно предложенному в данной заявке способу накостного остеосинтеза можно сделать вывод о применении предложенного выше способа.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к травматологии, и предназначена для лечения переломов трубчатых костей. Выбирают пластину исходя из рентгенограммы. Определяют диаметр синтезируемой кости. Далее рассчитывают, исходя из диаметра кости, основные параметры пластины по формулам:1. b=d/2; 2. 1=10×(d:2); 3. r=(0,89×d):2; 4. a=0,01×d; 5. h=0,1×d, где b - ширина пластины, мм; 1 - длина пластины, мм; d - диаметр синтезируемой кости, мм; r - радиус сгиба пластины, мм; а - отступ (зазор) от кости по продольному центру пластины, мм; h - толщина пластины, мм. Далее подбирают точное количество винтов для фиксации пластины, а параметры винтов для фиксации пластин подбирают по формуле: n = Pd / [τ]×S; где: n - число винтов; Pd - действующая продольная сила на пластину; [τ] - tay - допустимое напряжение на срез; S - площадь поперечного сечения винта, с использованием винтов по правилам фиксации, а расчеты основных параметров опорных пластин и определение прочности и количества винтов и их фиксирующих свойств производят для каждого из возможных диаметров трубчатых костей. Кроме этого, изготавливают пластины и винты для блокируемого накостного остеосинтеза трубчатых костей. Для чего выбирают возможные диаметры трубчатых костей. Производят расчеты параметров накостных пластин и крепежных элементов. Сводят данные в таблицу и изготовляют номерные наборы соответствующих пластин и фиксирующих винтов. Осуществляют блокируемый накостный остеосинтез трубчатых костей путем установки пластины, имеющей рассчитанные параметры. Изобретения, за счет использования математической системы расчета параметров опорных пластин в зависимости от диаметра кости, позволяют повысить качество оперативного лечения. 3 н.п. ф-лы, 2 табл., 6 ил., 1 пр.

1. Способ расчета параметров опорной пластины, включающий проведение рентгенограммы, определение диаметра синтезируемой кости, расчет на ее основании параметров пластины по формулам:

1. b=d/2;

2. 1=10×(d:2);

3. r=(0,89×d):2;

4. a=0,01×d;

5. h=0,1×d,
где b - ширина пластины, мм;
1 - длина пластины, мм;
d - диаметр синтезируемой кости, мм;
r - радиус сгиба пластины, мм;
а - отступ (зазор) от кости по продольному центру пластины, мм;
h - толщина пластины, мм;
далее подбирают точное количество винтов для фиксации пластины, а параметры винтов для фиксации пластин подбирают по формуле: n = Pd / [τ] × S,
где n - число винтов;
Pd - действующая продольная сила на пластину;
[τ] - tay - допустимое напряжение на срез;
S - площадь поперечного сечения винта,
с использованием винтов по правилам фиксации, а расчеты основных параметров опорных пластин и определение прочности и количества винтов и их фиксирующих свойств производят для каждого из возможных диаметров трубчатых костей.

2. Способ изготовления пластины и винтов для блокируемого накостного остеосинтеза трубчатых костей, заключающийся в том, что выбирают возможные диаметры трубчатых костей, производят расчеты параметров накостных пластин и крепежных элементов согласно п. 1, сводят данные в таблицу и изготовляют номерные наборы соответствующих пластин и фиксирующих винтов.

3. Способ блокируемого накостного остеосинтеза трубчатых костей, включающий установку опорной пластины, отличающийся тем, что устанавливают пластину, имеющую параметры, рассчитанные по п. 1.