Способ и устройство для гибки персонифицированных имплантатов из реконструктивных титановых пластин Российский патент 2024 года по МПК A61B17/68 B21D5/00 

Настоящее изобретение относится к области медицины и предназначено для изготовления персонифицированных имплантатов из реконструктивных титановых пластин.

Из существующего уровня техники известно приспособление для адаптации медицинских пластин при остеосинтезе, которое в составе имеет: передвижной стол, блок и рычаги, которые отличаются тем, что на стол устанавливается титановый блок в виде параллелепипеда с различными по ширине отверстиями. В данные отверстия могут устанавливаться различные по сечению и габаритным размерам пластины. Для крепления к столу блок имеет опорные выступы. Рычаги выполнены в виде пластин с пазами, в свою очередь, размеры пазов тоже имеют различную ширину для точного совпадения с различными имплантатами (Патент №2321370 С1 А61 В 17/58 Приспособление для адаптации медицинских пластин при остеосинтезе: №2006124339/14: заявл. 06.07.2006: опубл. 10.04.2008 / С.В. Павлюченко).

Недостатками данного технического решения являются: необходимость приложения больших физических усилий при гибке, что приводит к низкой точности, так как невозможно точно определить угол изгиба, а также невозможно учесть упругое пружинение материала, возникающее при гибке. Устройство не предусматривает сохранения формы сквозных отверстий в пластине. Во время изгиба (особенно по ребру) искажается форма отверстий, диаметр отверстий в пластине уменьшается. Это приводит к невозможности проведения внутрикостных винтов во время крепления имплантата.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство, взятое за прототип и содержащее основание с профилированной опорой и рычаг с выступом, механизм скручивания, установленный на основании и выполненный в виде оси с двумя опорами, установленными с возможностью перемещения и с упором, в котором расположен барабан с поводком, причем барабан и опоры выполнены с соосными прорезями, а рычаг выполнен с дополнительным выступом, контактирующим с поводком барабана (Патент №2014034 CI А61В 17/58. Устройство для гибки и скручивания пластин для накостного остеосинтеза: №5005175/14: заявл. 15.07.1992:опубл. 15.06.1994 / А.А. Ахметов, Н.К. Колчина, В.В. Пикин; заявитель Научно-производственное объединение "Мединструмент").

К недостаткам данного технического решения можно отнести сложность конструкции и небольшой срок службы из-за большого числа подвижных и трущихся элементов, необходимость приложения больших физических усилий, а также невозможность точного определения и контроля угла гибки, что снижает точность изготавливаемых имплантатов. Устройство не предусматривает сохранения формы сквозных отверстий в пластине. Во время изгиба (особенно по ребру) искажается форма отверстий, диаметр отверстий в пластине уменьшается. Это приводит к невозможности проведения внутри-костных винтов во время крепления имплантата.

Предлагаемое изобретение, содержащее основание, механизм скручивания для гибки реконструктивных титановых пластин, отличается (от аналога) тем, что на стойках опоры расположены два шаговых двигателя, являющихся основными приводами, а также дополнительные опоры, между которыми установлена матрица и пуансон, смонтированные на двух промежуточных валах и соединенных через муфту с шаговым двигателем, а также матрица и пуансон являются сменными и в матрице предусмотрено крестообразное отверстие по размерам ширины и толщины титановой пластины.

Указанные недостатки перечисленных устройств приводят к тому, что врачу приходится вручную неоднократно корректировать углы изгиба. В результате происходит локальное ухудшение механических свойств пластины, так как титановые сплавы значительно упрочняются при холодной пластической деформации с соответствующим снижением характеристик пластичности. Постоянная корректировка и подгонка угла изгиба приводит к значительному локальному упрочнению и снижает запас пластичности титановой пластины. Как следствие, в процессе эксплуатации усталостные напряжения приводят к перелому пластин. В качестве примера приводим клинический случай.

Больная Г., 53 года, обратилась в стоматологическую поликлинику по месту жительства с жалобами на боли в нижней челюсти слева. При рентгенологическом обследовании на ортопантомограмме выявлена опухоль, поражающая подбородок и частично тело нижней челюсти слева. Произведена биопсия опухоли. Результат морфологического исследования - амелобластома нижней челюсти. Показана резекция нижней челюсти без сохранения непрерывности. Больной изготовлена литографическая модель нижней челюсти. По литографической модели из титановой реконструктивной пластины производства «Stryker» - США вручную изогнута конструкция для фиксации фрагментов челюсти в правильном положении. После соответствующей подготовки в плановом порядке больной на операционном столе под наркозом произведена резекция нижней челюсти в пределах здоровой кости. При припасовке реконструктивной титановой пластины для получения правильного прикуса возникла необходимость с помощью специальных ключей произвести коррекцию конфигурации пластин путем ее изгибания. К культям челюсти пластина присверлена внутрикостными титановыми винтами. Подвижность фрагментов нижней челюсти ликвидирована. Рана зажила первичном натяжением. Швы сняты на 10 сутки. Через 2 месяца больная в экстренном порядке вновь обратилась в клинику с жалобами на боли и подвижность фрагментов в области оперативного вмешательства. На контрольной рентгенограмме (Фиг. 1) выявлен перелом пластины (стрелкой указано место перелома титановой пластины). Произведена повторная операция по замене реконструктивной перфорированной титановой пластины.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является автоматизированная гибка персонифицированных имплантатов для челюстно-лицевой хирургии, а также остеосинтеза. Поставленная цель достигается тем, что процесс гибки происходит автоматизировано, хирургу необходимо внести в управляющую программу данные углов изгиба, полученных с компьютерной томограммы, а устройство автоматически произведет изгиб реконструктивной пластины по заданным параметрам угла и шага изгиба. Автоматизированная гибка повышает точность изготовления персонифицированных имплантатов из реконструктивных титановых пластин и значительно сокращает длительность подготовки к операции. Также поставленная цель достигается тем, что устройство для гибки персонифицированных имплантатов из реконструктивных титановых пластин может монтироваться к столу или передвижным каталкам с помощью болтов через предусмотренные в нижней части основания отверстия. Рабочая зона разработанного оборудования состоит из двух частей. В первой, зоне деформирующих инструментов, располагаются пуансон и матрица для гибки имплантатов из титановых реконструктивных пластин. С помощью шагового двигателя с редуктором, который передает крутящий момент пуансону, обеспечивается необходимый изгибающий момент. Во второй, подающей зоне, располагается шестерня, установленная на специальном валу с квадратным сечением. Подача заготовки в матрицу реализовывается за счет зацепления шестерни за сквозные отверстия на реконструктивной титановой пластине. Вращательное движение шестерни обеспечивается шаговым двигателем и передается через муфту на вал с шестерней. Для максимально точного повторения имплантатом требуемой формы в матрице предусмотрено крестообразное отверстие, которое позволяет устанавливать и изгибать титановую пластину в различных плоскостях (линия гиба по ширине заготовки и линия гиба по толщине заготовки). Это совместно с подачей перфорированной пластины в зону гибки с шагом кратным расстоянию между отверстиями исключает их деформацию. На операционном столе хирург использует намеченные внутрикостные винты, что позволяет получить надежную первичную стабильность реконструктивной пластины.

На Фиг. 2 приведен общий вид устройства для гибки персонифицированных имплантатов; на Фиг. 3 приведено расположение составных частей устройства на виде спереди; на Фиг. 4 приведено расположение составных частей механизма на виде сверху.

Устройство для гибки персонифицированных имплантатов из титановых пластин содержит:

шаговый двигатель 1 с редуктором (на Фиг. 3) под защитным коробом, который выступает в качестве привода для пуансона; левую опору станины 2, необходимую для крепления шагового двигателя 1; входной вал 3 шагового двигателя, соединенный муфтой 4, передающей вращательный момент от двигателя к пуансону 12. Опоры 5 и 7 имеют отверстия для крепления сменной матрицы 6. На правой опоре 8 станины закрепляется шаговый двигатель 9 под защитным коробом. Основание станины 10 имеет сквозные отверстия для крепления механизма к столу или передвижной каталке. Поворотный пуансон 12 закреплен на опорах 5 и 7 с помощью промежуточных валов 11 и 13, которые выступают осью вращения пуансона. Ребра жесткости 14 служат для усиления крепления левой стойки станины к основанию. Муфта 15 (на Фиг. 4) соединяет выходной вал шагового двигателя 9 и вал с квадратным поперечным сечением 16, на котором установлена шестерня 17 для перемещения пластины.

Устройство для гибки персонифицированных имплантатов из реконструктивных титановых пластин работает следующим образом. Титановая пластина устанавливается в матрицу 6 на необходимое расстояние. От шагового двигателя 1 через муфту 15 на промежуточный вал 13 передается вращательный момент, который поворачивает пуансон 12. Пуансон 12, поворачиваясь относительно оси промежуточных валов на заданный угол, создает необходимое усилие гибки имплантата. После изгиба на заданный угол пуансон 12 возвращается в исходное положение. Для осевого перемещения имплантата используется шаговый двигатель 9, который через муфту 15 соединен с валом 16, на котором устанавливается шестерня 17. Вращательный момент от двигателя 9 передается на шестерню 17, которая входит в зацепление с отверстиями перфорированного титанового имплантата, тем самым перемещая его в зону гибки.

Таким образом, устройство имеет небольшие габаритные размеры и массу, оно может устанавливаться на любом столе в операционной или на любой передвижной конструкции (каталке) за счет предусмотренных в нижней части отверстий под болты.

Устройство позволяет изгибать реконструктивную титановую пластину в двух направлениях (относительно толщины и ширины заготовки) через крестообразное отверстие в матрице, что позволяет обеспечить максимальную персонификацию полученного имплантата.

Так как перемещение реконструктивной пластины в зону гибки происходит с шагом, равным расстоянию между отверстиями, и усилие гибки прикладывается пуансоном по всей длине участка пластины с отверстием на протяжении всего процесса, то очаг пластической деформации локализуется в перемычках, соединяющих участки пластины с отверстиями, что приводит к изменению размеров и формы перемычек. При этом форма и диаметр сквозных отверстий не изменяются. Это позволяет использовать во время операции заранее подготовленные внутрикостные винты, что обеспечивает надежную первичную стабильность реконструктивной пластины.

Возможность гибки реконструктивных титановых пластин различных размеров, шагом и формой отверстий обеспечивается сменой матрицы 6 и шестерни 17.

Группа изобретений относится к области медицины и предназначена для изготовления персонифицированных имплантатов из реконструктивных титановых пластин. Устройство содержит основание и механизм скручивания для гибки пластин, причем на стойках опоры расположены два шаговых двигателя, а также дополнительные опоры, между которыми установлены сменные матрица и пуансон, соединенные через муфту с шаговым двигателем. В матрице предусмотрено отверстие с возможностью изгибать через него реконструктивную титановую пластину в двух направлениях. Пуансон выполнен с возможностью прикладывать усилие гибки по всей длине участка пластины с отверстием и с возможностью располагать очаг пластической деформации при гибке в перемычках между сквозными отверстиями титановой реконструктивной пластины. В способе гибки персонифицированных имплантатов из реконструктивных титановых пластин обеспечивают изгибающий момент с помощью шагового двигателя с редуктором, который выполнен с возможностью передачи крутящего момента пуансону. В управляющую программу вносят данные углов изгиба, полученных с компьютерной томограммы, а с помощью устройства производят изгиб реконструктивной пластины по заданным параметрам угла и шага изгиба. Достигается повышение точности изготовления персонифицированных имплантатов из реконструктивных титановых пластин и сокращение длительности подготовки к операции. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

1. Устройство получения персонифицированных имплантатов из реконструктивных титановых пластин, содержащее основание и механизм скручивания для гибки реконструктивных титановых пластин, отличающееся тем, что на стойках опоры расположены два шаговых двигателя, являющихся приводами, а также дополнительные опоры, между которыми установлены матрица и пуансон, смонтированные на двух промежуточных валах и соединенные через муфту с шаговым двигателем, причем матрица и пуансон являются сменными, а опоры имеют отверстия для крепления сменной матрицы, в матрице предусмотрено крестообразное отверстие по размерам ширины и толщины титановой пластины с возможностью изгибать через него реконструктивную титановую пластину в двух направлениях, на одном промежуточном валу расположен пуансон, а на втором валу расположена шестерня с шагом зубьев, соответствующим расстоянию между сквозными отверстиями в титановой реконструктивной пластине, пуансон выполнен с возможностью прикладывать усилие гибки по всей длине участка пластины с отверстием и с возможностью располагать очаг пластической деформации при гибке в перемычках между сквозными отверстиями титановой реконструктивной пластины, при этом основание имеет сквозные отверстия для крепления механизма к столу или передвижной каталке.

2. Способ гибки персонифицированных имплантатов из реконструктивных титановых пластин с помощью устройства по п. 1, при котором обеспечивают изгибающий момент с помощью шагового двигателя с редуктором, который выполнен с возможностью передачи крутящего момента пуансону, при этом вносят в управляющую программу данные углов изгиба, полученных с компьютерной томограммы, а с помощью устройства производят изгиб реконструктивной пластины по заданным параметрам угла и шага изгиба.