RU2706036C1

RU2706036C1 - Apparatus for osteosynthesis

Info

Publication number: RU2706036C1
Application number: RU2018147690A
Authority: RU
Inventors: Станислав Васильевич Власьевский; Евгений Евгеньевич Левицкий
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2019-11-13

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: invention relates to medical equipment used in traumatology and orthopedics with using external osteosynthesis apparatuses. Apparatus for osteosynthesis comprises a bone fragments movement assembly, a unit for rigid fixation of an apparatus for bone osteosynthesis, an electric drive, a unit for controlling an osteosynthesis apparatus, and a power supply. System for measuring coordinates of bone fragments and spokes of apparatus consists of inductive sensors of position of bone fragments and spokes, generator of alternating electromagnetic field and measuring unit, which are arranged on the movable ring of the unit for bone fragments movement. Electric drive is made in the form of electric cylinders with built-in electric motor control units. Each inductive sensor for determining the position of spokes of the movable ring is rigidly fixed on the corresponding spoke. Each inductive sensor for determining the position of bone fragments is rigidly attached to the bone. All said inductive sensors are electrically connected to the measuring unit. Generator is connected electrically to the power supply source and inductively to each inductive sensor to determine the position of the spokes of the movable ring and the position of the bone fragments. Correction of fracture treatment program in automatic mode without surgeon involvement.EFFECT: higher quality of fracture treatment in the form of improved conditions of bone tissue regeneration, reduction of injuries of blood vessels and nerve tissues, reduction of radiation load on the patient, which enables to treat fracture with high accuracy and reliability of operation of the apparatus for osteosynthesis for less length of fracture treatment.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, применяемой в травматологии и ортопедии с использованием аппаратов наружного остеосинтеза, основанных на принципе закрепления костных отломков при помощи колец и спиц, проходящих через кольца и костные отломки.The invention relates to medical equipment used in traumatology and orthopedics using external osteosynthesis devices based on the principle of fixing bone fragments using rings and knitting needles passing through rings and bone fragments.

Существующие аппараты для остеосинтеза не отслеживают положение костных отломков и прогиб спиц в процессе лечения перелома и требуют периодических рентгенологических исследований для контроля процесса лечения перелома. Это вызывает возможное некачественное лечение перелома и неправильное сращивание костей с сопутствующими осложнениями, а также избыточную лучевую нагрузку на пациента.Existing devices for osteosynthesis do not track the position of bone fragments and deflection of the spokes during the treatment of the fracture and require periodic x-ray studies to monitor the treatment of the fracture. This causes a possible poor-quality treatment of the fracture and improper bone fusion with concomitant complications, as well as excessive radiation exposure to the patient.

Известны различные пути улучшения качества лечения перелома за счет применения электрического привода и средств его управления. Одним из таких путей является использование в аппарате с электрическим приводом обратных связей по координатам костных отломков и спиц при его автоматической работе.There are various ways to improve the quality of fracture treatment through the use of an electric drive and its controls. One of such ways is the use in the apparatus with an electric drive of feedbacks on the coordinates of bone fragments and spokes during its automatic operation.

Известен компрессионно-дистракционный аппарат (а.с. 1122308 СССР, МКИ А61В 17/18. Компрессионно-дистракционный аппарат / Г.А. Илизаров, Ф.Я. Руц, В.А. Немков, Э.В. Бурлаков и В.М. Комаров), содержащий подвижное кольцо и спицы, которые составляют узел для перемещения костных отломков. Компрессионно-дистракционный аппарат также содержит неподвижное кольцо и спицы, которые составляют узел для жесткой фиксации компрессионно-дистракционного аппарата на кости. Кроме того, аппарат содержит резьбовые стержни, соединяющие подвижное и неподвижное кольца, электрический привод, блок управления, который составляет узел для управления компрессионно-дистракционным аппаратом, и источник питания.Known compression and distraction apparatus (AS 1122308 USSR, MKI A61B 17/18. Compression and distraction apparatus / G. A. Ilizarov, F. Ya. Rutz, V. A. Nemkov, E. V. Burlakov and V. M. Komarov), containing a movable ring and knitting needles that make up the node for moving bone fragments. The compression-distraction apparatus also contains a fixed ring and spokes, which make up the node for rigid fixation of the compression-distraction apparatus on the bone. In addition, the apparatus contains threaded rods connecting the movable and fixed rings, an electric drive, a control unit that makes up the unit for controlling the compression-distraction apparatus, and a power source.

Компрессионно-дистракционный аппарат позволяет автоматизировать сопоставление (репозицию) костных отломков с постоянным и равномерным растяжением, что является его достоинством.The compression-distraction apparatus allows you to automate the comparison (reposition) of bone fragments with constant and uniform stretching, which is its advantage.

Недостаток данного аппарата заключается в невозможности индивидуального перемещения резьбовых стержней - все четыре резьбовых стержня перемещаются одновременно, кроме того, при потере питания невозможно отследить на какую величину были перемещены резьбовые стержни компрессионно-дистракционного аппарата в процессе лечения перелома.The disadvantage of this apparatus is the impossibility of individual movement of the threaded rods - all four threaded rods move simultaneously, in addition, when power is lost, it is impossible to track how much the threaded rods of the compression-distraction apparatus were moved during fracture treatment.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому устройству является ортопедический аппарат остеосинтеза (патент РФ №2339332, МПК А61В 17/66, F16H 25/22, F16H 1/34, опубл. 27.11.2008).The closest in technical essence of the claimed device is an orthopedic apparatus for osteosynthesis (RF patent No. 2339332, IPC АВВ 17/66, F16H 25/22, F16H 1/34, published on November 27, 2008).

Ортопедический аппарат остеосинтеза содержит подвижное кольцо и спицы, которые составляют узел для перемещения костных отломков. Ортопедический аппарат остеосинтеза также содержит неподвижное кольцо и спицы, которые составляют узел для жесткой фиксации ортопедического аппарата остеосинтеза на кости. Кроме того, аппарат содержит электрический привод, микроЭВМ управления работой аппарата с пультом управления, которые составляют узел для управления ортопедическим аппаратом остеосинтеза, и источник питания.The orthopedic apparatus of osteosynthesis contains a movable ring and spokes, which make up the site for the movement of bone fragments. The orthopedic apparatus of osteosynthesis also contains a fixed ring and knitting needles, which make up the node for rigid fixation of the orthopedic apparatus of osteosynthesis on the bone. In addition, the apparatus contains an electric drive, a microcomputer for controlling the operation of the apparatus with a control panel, which make up the unit for controlling the orthopedic osteosynthesis apparatus, and a power source.

Электрический привод состоит из трех приводов линейного перемещения и микроконтроллера управления приводами. Каждый привод линейного перемещения состоит из корпуса, шагового электродвигателя, штока, датчика измерения величины перемещения штока и датчика измерения величины усилия на штоке. Приводы линейного перемещения соединяют подвижное и неподвижное кольца. Вход каждого датчика измерения величины перемещения штока и каждого датчика измерения величины усилия соединен с источником питания, а его выход соединен с соответствующим входом узла для управления ортопедическим аппаратом остеосинтеза. Один вход микроконтроллера управления приводами соединен с узлом для управления ортопедическим аппаратом остеосинтеза, а другой вход - с источником питания. Каждый выход упомянутого микроконтроллера соединен с соответствующим входом каждого шагового электродвигателя.The electric drive consists of three linear displacement drives and a drive control microcontroller. Each linear displacement drive consists of a body, a stepper motor, a rod, a rod displacement measuring sensor, and a rod force measuring sensor. Linear actuators connect the movable and fixed rings. The input of each sensor for measuring the magnitude of the displacement of the rod and each sensor for measuring the magnitude of the force is connected to a power source, and its output is connected to the corresponding input of the node for controlling an orthopedic osteosynthesis apparatus. One input of the drive control microcontroller is connected to a unit for controlling an orthopedic osteosynthesis apparatus, and the other input is connected to a power source. Each output of the mentioned microcontroller is connected to the corresponding input of each stepper motor.

Ортопедический аппарат остеосинтеза работает следующим образом. В область перелома конечности накладывается ортопедический аппарат остеосинтеза. С пульта управления в микроЭВМ вводятся значения величины перемещения, скорости штока, а также направление перемещения штока каждого привода линейного перемещения, соответствующие выбранному курсу лечению. МикроЭВМ подает управляющие сигналы на микроконтроллер управления шаговыми электродвигателями. Микроконтроллер управления шаговыми электродвигателями подает импульсы на каждый шаговый электродвигатель, что приводит к перемещению соответствующего штока и, соответственно, подвижного кольца. Изменение положения подвижного кольца приводит к изменению положения костных отломков, что обеспечивает сращивание кости. Датчики измерения величин перемещений штоков и датчики измерения величин усилий на штоках регистрируют значения величин перемещений и усилий на штоках и передают данные в узел для управления ортопедическим аппаратом остеосинтеза. В случае необходимости программа перемещения костных отломков корректируется вручную с пульта управления путем ввода новых значений величин и скоростей перемещений штоков, а в случае необходимости и изменения направления перемещения штока каждого привода линейного перемещения в зависимости от выбранного курса лечения.The orthopedic apparatus of osteosynthesis works as follows. An orthopedic osteosynthesis apparatus is superimposed in the area of a limb fracture. From the control panel in the microcomputer, the values of the displacement value, the speed of the rod, as well as the direction of movement of the rod of each linear displacement drive, corresponding to the selected course of treatment, are entered. The microcomputer supplies control signals to the microcontroller for controlling stepper motors. The stepper motor control microcontroller supplies pulses to each stepper motor, which leads to the movement of the corresponding rod and, accordingly, the movable ring. A change in the position of the movable ring leads to a change in the position of the bone fragments, which ensures bone fusion. Sensors for measuring the displacements of the rods and sensors for measuring the magnitudes of the forces on the rods register the values of the displacements and forces on the rods and transmit data to the unit for controlling the orthopedic osteosynthesis apparatus. If necessary, the program for moving bone fragments is adjusted manually from the control panel by entering new values of the values and velocities of the rods, and, if necessary, changing the direction of movement of the rod of each linear displacement drive, depending on the chosen course of treatment.

Достоинство ортопедического аппарата остеосинтеза заключается в регистрации перемещений штоков приводов линейного перемещения и усилий на штоках, что позволяет корректировать программу перемещений штоков приводов линейного перемещения ортопедического аппарата остеосинтеза в соответствии с выбранным курсом лечения.The advantage of the orthopedic osteosynthesis apparatus is the registration of the movements of the rods of the linear displacement drives and the forces on the rods, which allows you to adjust the program of the displacements of the rods of the linear displacement drives of the orthopedic osteosynthesis apparatus in accordance with the chosen course of treatment.

Недостатки ортопедического аппарата остеосинтеза - наблюдение за величинами перемещений штоков приводов линейного перемещения и усилий на штоках не дает хирургу полной картины процесса сращивания костных отломков, а именно информацию о характере перемещения костных отломков и расстояниях между ними, характере прогиба спиц, вследствие этого ручная корректировка процесса работы ортопедического аппарата остеосинтеза путем ввода новых данных с пульта управления в узел для управления недостаточна для обеспечения качественного лечения перелома, кроме того, требуется регулярное наблюдение хирурга и рентгенологические исследования.Disadvantages of the orthopedic apparatus for osteosynthesis - observation of the displacements of the rods of linear displacement drives and the efforts on the rods does not give the surgeon a complete picture of the process of fusion of bone fragments, namely information about the nature of the movement of bone fragments and the distances between them, the nature of the deflection of the spokes, as a result of which manual adjustment of the operation process the orthopedic apparatus of osteosynthesis by entering new data from the control panel into the control unit is not enough to ensure high-quality treatment fracture, in addition, regular monitoring by the surgeon and radiological examinations are required.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке аппарата для остеосинтеза, позволяющего улучшить условия регенерации костной ткани и автоматизировать процесс сращивания костных отломков без осложнений в части травмирования кровеносных сосудов и нервных тканей, неправильного сращивания костных отломков, а также без регулярных рентгенологических исследований за счет использования в электрическом приводе обратной связи по координатам костных отломков и спиц.The problem solved by the invention is to develop an apparatus for osteosynthesis, which allows to improve the conditions of regeneration of bone tissue and automate the process of fusion of bone fragments without complications in terms of trauma to blood vessels and nerve tissues, improper splicing of bone fragments, and also without regular x-ray studies due to the use of electric drive feedback on the coordinates of bone fragments and spokes.

Для решения поставленной задачи в аппарате для остеосинтеза, содержащем узел для перемещения костных отломков, узел для жесткой фиксации аппарата для остеосинтеза на кости, электрический привод, узел для управления и источник питания, дополнительно введена система измерения координат костных отломков и спиц, которая состоит из индуктивных датчиков положения костных отломков и спиц, генератора переменного электромагнитного поля и измерительного блока, и размещается на подвижном кольце узла для перемещения костных отломков, а электрический привод выполнен в виде электроцилиндров со встроенными блоками управления электродвигателями.To solve this problem, an osteosynthesis apparatus containing a node for moving bone fragments, a node for rigidly fixing an osteosynthesis apparatus to bones, an electric drive, a control unit and a power source, additionally, a coordinate system for measuring bone fragments and knitting needles was introduced, which consists of inductive position sensors of bone fragments and knitting needles, an alternating electromagnetic field generator and a measuring unit, and is placed on the movable ring of the node to move bone fragments, and the electric sky actuator is in the form of electric cylinders with integrated motor control blocks.

Признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, являются снабжение аппарата для остеосинтеза системой измерения координат костных отломков и спиц, которая состоит из индуктивных датчиков положения костных отломков и спиц, генератора переменного электромагнитного поля и измерительного блока, выполнение электропривода в виде электроцилиндра с интеграцией всех элементов привода в один мехатронный модуль для уменьшения места, занимаемого электроприводом на аппарате для остеосинтеза, и новых взаимосвязей.Signs that distinguish the claimed solution from the prototype are the supply of an apparatus for osteosynthesis with a system for measuring the coordinates of bone fragments and spokes, which consists of inductive sensors for the position of bone fragments and spokes, an alternating electromagnetic field generator and a measuring unit, an electric drive in the form of an electric cylinder with the integration of all drive elements into one mechatronic module to reduce the space occupied by the electric drive on the apparatus for osteosynthesis, and new relationships.

Наличие существенных отличительных признаков в совокупности существенных признаков заявляемого решения свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию охраноспособности «новизна».The presence of significant distinguishing features in the aggregate of the essential features of the proposed solution indicates the conformity of the proposed solution to the eligibility criterion of "novelty."

Благодаря отличительным признакам происходит повышение качества лечения перелома в виде улучшения условий регенерации костной ткани, уменьшения травмирования кровеносных сосудов и нервных тканей, уменьшения лучевой нагрузки на пациента, что позволяет осуществлять лечение перелома с повышенной точностью и надежностью работы аппарата для остеосинтеза за меньший срок лечения перелома.Due to the distinguishing features, there is an improvement in the quality of fracture treatment in the form of improved conditions for bone tissue regeneration, reduction of injuries to blood vessels and nerve tissues, reduction of radiation load on the patient, which allows fracture treatment to be performed with increased accuracy and reliability of the osteosynthesis apparatus for a shorter period of fracture treatment.

Это обусловлено тем, что внедрение системы измерения координат костных отломков и спиц и использование компактного электропривода в виде электроцилиндров позволяет в режиме реального времени отслеживать изменения координат костных отломков и спиц, а также периодичность, величины перемещений и усилий штоков электроцилиндров и корректировать программу лечения перелома в автоматическом режиме без участия хирурга.This is due to the fact that the introduction of a system for measuring the coordinates of bone fragments and spokes and the use of a compact electric drive in the form of electric cylinders allows real-time monitoring of changes in the coordinates of bone fragments and spokes, as well as the frequency, magnitude of movements and efforts of the rods of electric cylinders and adjust the fracture treatment program in automatic mode without the participation of a surgeon.

Таким образом, в результате решения поставленной задачи меняется традиционный процесс лечения перелома за счет его автоматизации с повышением точности перемещения костных отломков при работе электропривода с системой измерения координат костных отломков и спиц, уменьшением лучевой нагрузки на пациента и трудоемкости обслуживания аппарата для остеосинтеза.Thus, as a result of solving this problem, the traditional process of treating a fracture changes due to its automation with an increase in the accuracy of moving bone fragments during operation of the electric drive with a system for measuring the coordinates of bone fragments and spokes, a reduction in radiation load on the patient and the complexity of servicing the apparatus for osteosynthesis.

Общий вид аппарата для остеосинтеза представлен на чертеже.A general view of the apparatus for osteosynthesis is shown in the drawing.

Аппарат для остеосинтеза содержит узел для перемещения костных отломков, узел для жесткой фиксации аппарата для остеосинтеза на кости, электрический привод, узел для управления аппаратом для остеосинтеза и источник питания.The osteosynthesis apparatus comprises a node for moving bone fragments, a node for rigidly fixing the osteosynthesis apparatus to the bones, an electric drive, a node for controlling the osteosynthesis apparatus and a power source.

Узел для перемещения костных отломков выполнен в виде подвижного кольца 1, по крайней мере двух спиц 2, по крайней мере четырех индуктивных датчиков для определения положения спиц 3 подвижного кольца 1 для каждой спицы 2, по крайней мере двух индуктивных датчиков для определения положения костных отломков 5, генератора переменного электромагнитного поля 6 и измерительного блока 7. Подвижное кольцо 1 выполнено по крайней мере с четырьмя фиксаторами спиц 8, которые предназначены для жесткого закрепления спиц 2 на подвижном кольце 1. Каждая спица 2 предназначена для жесткой фиксации на кости 4 и, проведенная сквозь кость, жестко закреплена в фиксаторах спиц 8 перпендикулярно к оси кости 4. Каждый индуктивный датчик для определения положения спиц 3 подвижного кольца 1 предназначен для определения значений координат каждой спицы 2 в месте перелома конечности и жестко закреплен на соответствующей спице 2. Каждый индуктивный датчик для определения положения костных отломков 5 предназначен для определения значений координат костных отломков и после установки аппарата для остеосинтеза жестко закреплен на кости 4. Каждый упомянутый индуктивный датчик связан электрически с измерительным блоком 7. Генератор переменного электромагнитного поля 6 предназначен для генерации переменного электромагнитного поля низкой частоты и жестко установлен на подвижном кольце 1. Упомянутый генератор 6 связан электрически с источником питания и индуктивно с каждым индуктивным датчиком для определения положения спиц 3 подвижного кольца 1 и с каждым индуктивным датчиком для определения положения костных отломков 5. Измерительный блок 7 предназначен для оцифровывания электрических сигналов с каждого индуктивного датчика для определения положения спиц 3 подвижного кольца 1 и с каждого индуктивного датчика для определения положения костных отломков 5 в виде индукционных токов, пропорциональных изменению положения спиц 2 и костных отломков и жестко установлен на подвижном кольце 1. Один вход измерительного блока 7 электрически связан с источником питания, каждый из других его входов соединен с выходом соответствующего индуктивного датчика для определения положения спиц 3 подвижного кольца 1 и индуктивного датчика для определения положения костных отломков 5. Выход измерительного блока 7 соединен с одним из входов узла для управления аппаратом для остеосинтеза.The site for moving bone fragments is made in the form of a movable ring 1, at least two spokes 2, at least four inductive sensors for determining the position of the spokes 3 of the movable ring 1 for each spoke 2, at least two inductive sensors for determining the position of the bone fragments 5 alternating electromagnetic field generator 6 and the measuring unit 7. The movable ring 1 is made with at least four clamps of the spokes 8, which are designed for rigid fastening of the spokes 2 on the movable ring 1. Each spoke 2 is intended for rigid fixation on the bone 4 and, drawn through the bone, is rigidly fixed in the retainers of the spokes 8 perpendicular to the axis of the bone 4. Each inductive sensor for determining the position of the spokes 3 of the movable ring 1 is designed to determine the coordinates of each spoke 2 at the fracture of the limb and rigidly fixed to the corresponding spoke 2. Each inductive sensor for determining the position of bone fragments 5 is designed to determine the coordinates of bone fragments and after installing the apparatus for osteosynthesis it is firmly fixed to the bones 4. Each of the mentioned inductive sensors is connected electrically to the measuring unit 7. The alternating electromagnetic field generator 6 is designed to generate an alternating electromagnetic field of low frequency and is rigidly mounted on the movable ring 1. The mentioned generator 6 is connected electrically to the power source and inductively to each an inductive sensor for determining the position of the spokes 3 of the movable ring 1 and with each inductive sensor for determining the position of bone fragments 5. The measuring unit 7 Designated to digitize electrical signals from each inductive sensor to determine the position of the spokes 3 of the movable ring 1 and from each inductive sensor to determine the position of the bone fragments 5 in the form of induction currents proportional to the change in the position of the spokes 2 and bone fragments and is rigidly mounted on the movable ring 1. One the input of the measuring unit 7 is electrically connected to the power source, each of its other inputs is connected to the output of the corresponding inductive sensor to determine the position of the spokes 3 1, a clamping ring and an inductive sensor for determining the position of bone fragments 5. The output of the measuring unit 7 is connected to one input node for the control device for osteosynthesis.

Узел для жесткой фиксации аппарата для остеосинтеза на кости включает неподвижное кольцо 9, по крайней мере две спицы 10, аналогичные спицам 2 узла для перемещения костей. Неподвижное кольцо 9 выполнено по крайней мере с четырьмя фиксаторами спиц 11, которые предназначены для жесткого закрепления спиц 10 на неподвижном кольце 9 и расположены аналогично фиксаторам спиц 8 подвижного кольца 1.The node for rigidly fixing the apparatus for osteosynthesis on the bone includes a fixed ring 9, at least two knitting needles 10, similar to the knitting needles 2 of the node for moving bones. The fixed ring 9 is made with at least four spokes for the spokes 11, which are designed to rigidly fix the spokes 10 on the fixed ring 9 and are located similarly to the clamps of the spokes 8 of the movable ring 1.

Электрический привод содержит по крайней мере три электроцилиндра 12. Каждый электроцилиндр 12 предназначен для соединения подвижного кольца 1 и неподвижного кольца 9 и состоит из штока 13, корпуса 14, в котором размещаются электродвигатель, силовая электроника и блок управления электродвигателями, датчика измерения величины перемещения штока и датчика измерения величины усилия на штоке. Вход каждого датчика измерения величины перемещения штока и каждого датчика измерения величины усилия на штоке соединен с источником питания, а выход соединен с соответствующим входом узла для управления аппаратом для остеосинтеза. При этом корпус 14 каждого электроцилиндра 12 жестко соединен с неподвижным кольцом 9, электродвигатель каждого электроцилиндра связан со штоком 13, а шток 13 - с подвижным кольцом 1. Блок управления электродвигателями предназначен для регулирования скорости и величины перемещения каждого электроцилиндра 12. Один вход каждого блока управления электродвигателями соединен с выходом узла для управления, а другой вход соединен с источником питания.The electric drive contains at least three electric cylinders 12. Each electric cylinder 12 is designed to connect the movable ring 1 and the stationary ring 9 and consists of a rod 13, a housing 14, which houses the electric motor, power electronics and electric motor control unit, a rod displacement measuring sensor, and gauge measuring the magnitude of the force on the stock. The input of each sensor for measuring the amount of displacement of the rod and each sensor for measuring the magnitude of the force on the rod is connected to a power source, and the output is connected to the corresponding input of the unit for controlling the apparatus for osteosynthesis. In this case, the housing 14 of each electric cylinder 12 is rigidly connected to the stationary ring 9, the electric motor of each electric cylinder is connected to the rod 13, and the rod 13 is connected to the movable ring 1. The motor control unit is designed to control the speed and magnitude of the movement of each electric cylinder 12. One input of each control unit electric motors are connected to the output of the control unit, and the other input is connected to a power source.

Узел для управления аппаратом для остеосинтеза выполнен в виде ЭВМ со специальным программным обеспечением, которая предназначена для автоматического выбора способа установки аппарата для остеосинтеза и автоматического расчета усилия, скорости, направления и величины перемещений штоков 13 каждого электроцилиндра 12. Вход узла для управления аппаратом для остеосинтеза соединен с источником питания.The node for controlling the apparatus for osteosynthesis is made in the form of a computer with special software that is designed to automatically select the installation method of the apparatus for osteosynthesis and automatically calculating the effort, speed, direction and magnitude of the movements of the rods 13 of each electric cylinder 12. The input of the node for controlling the apparatus for osteosynthesis is connected with a power source.

Аппарат для остеосинтеза работает следующим образом: на узел для управления аппаратом для остеосинтеза подается сетевое напряжение. Предварительно перед установкой аппарата для остеосинтеза делается рентгеновский снимок поврежденной конечности, который загружается в узел для управления аппаратом для остеосинтеза. Узел для управления аппаратом для остеосинтеза показывает на своем дисплее способ установки аппарата для остеосинтеза и, соответственно, места для расположения спиц 2 и 10, опираясь на рентгеновский снимок. Затем в этих местах сверлятся отверстия в кости 4. В область перелома конечности накладывается аппарат для остеосинтеза, причем одно кольцо располагается выше перелома, а другое - ниже перелома. Для этого каждая спица 2 проводится через соответствующее отверстие в кости 4 и закрепляется в фиксаторе спиц 8 подвижного кольца 1. Каждая спица 10 проводится через соответствующее отверстие в кости 4 и закрепляется в фиксаторе спиц 11 неподвижного кольца 9. На каждую спицу 2 подвижного кольца 1 в область перелома конечности устанавливаются индуктивные датчики для определения положения спиц 3. На костные отломки в область перелома устанавливаются индуктивные датчики для определения положения костных отломков 5. На генератор переменного электромагнитного поля 6, на измерительный блок 7, на датчики измерения величин перемещений штоков и датчики измерения величин усилий на штоках подается напряжение с источника питания. Генератор переменного электромагнитного поля 6 преобразует напряжение с источника питания в переменное электромагнитное поле низкой частоты, которое в упомянутых индуктивных датчиках 3 и 5 индуцирует небольшие индукционные токи. Величина индукционного тока в каждом упомянутом индуктивном датчике 3 и 5 пропорциональна изменению значений координат спиц 3 и костных отломков. Индукционные токи с каждого индуктивного датчика 3 и 5 поступают в измерительный блок 7, в котором эти токи оцифровываются и передаются в узел для управления аппаратом для остеосинтеза. Данные с датчиков измерения величин перемещений штоков и датчиков измерения величин усилий на штоках передаются в узел для управления аппаратом для остеосинтеза.The device for osteosynthesis works as follows: a voltage is supplied to the node for controlling the device for osteosynthesis. Previously, before installing the osteosynthesis apparatus, an x-ray of the damaged limb is taken, which is loaded into the unit for controlling the osteosynthesis apparatus. The node for controlling the apparatus for osteosynthesis shows on its display a method for installing the apparatus for osteosynthesis and, accordingly, the location for the spokes 2 and 10, based on an x-ray. Then, holes in the bone 4 are drilled in these places. An osteosynthesis apparatus is placed in the area of the limb fracture, with one ring located above the fracture and the other below the fracture. To do this, each spoke 2 is drawn through the corresponding hole in the bone 4 and fixed in the retainer of the spokes 8 of the movable ring 1. Each spoke 10 is drawn through the corresponding hole in the bone 4 and fixed in the clamp of the spokes 11 of the fixed ring 9. For each spoke 2 of the movable ring 1 in limb fracture region, inductive sensors are installed to determine the position of the spokes 3. On bone fragments, inductive fracture sensors are installed in the fracture region to determine the position of the bone fragments 5. On the alternating electric generator ferromagnetic field 6, the measuring unit 7 for measuring the amounts of displacement sensors rods and sensors for measuring quantities stem force voltage is applied from a power source. The alternating electromagnetic field generator 6 converts the voltage from the power source to an alternating electromagnetic field of low frequency, which induces small induction currents in the mentioned inductive sensors 3 and 5. The magnitude of the induction current in each of the mentioned inductive sensors 3 and 5 is proportional to the change in the coordinate values of the spokes 3 and bone fragments. Induction currents from each inductive sensor 3 and 5 enter the measuring unit 7, in which these currents are digitized and transmitted to the unit for controlling the osteosynthesis apparatus. Data from the sensors for measuring the values of displacements of the rods and sensors for measuring the values of the forces on the rods are transmitted to the node for controlling the apparatus for osteosynthesis.

После установки аппарата для остеосинтеза вновь делается рентгеновский снимок поврежденной конечности с установленным аппаратом для остеосинтеза для контроля правильной его установки. Рентгеновский снимок загружается в узел для управления аппаратом для остеосинтеза для создания 3D-модели кости с установленным аппаратом для остеосинтеза с расположением кровеносных сосудов и нервных тканей с первичными значениями координат каждого индуктивного датчика 3 и 5, по которой автоматически рассчитывается величина и скорость перемещений каждого из штоков 13 электроцилиндров 12 и усилие на каждом штоке 13 на весь период лечения перелома и в режиме реального времени, что позволяет корректировать процесс репозиции костных отломков в автоматическом режиме без участия хирурга, основываясь на индивидуальном процессе заживления перелома.After installing the osteosynthesis apparatus, an x-ray of the damaged limb is again taken with the osteosynthesis apparatus installed to control its correct installation. An x-ray image is loaded into the unit for controlling the osteosynthesis apparatus to create a 3D model of the bone with the osteosynthesis apparatus installed with the location of blood vessels and nerve tissues with the primary coordinates of each inductive sensor 3 and 5, which automatically calculates the value and speed of movement of each of the rods 13 electric cylinders 12 and the force on each rod 13 for the entire period of fracture treatment and in real time, which allows you to adjust the bone reposition process automatically without the surgeon, based on the individual process of fracture healing.

Узел для управления аппаратом для остеосинтеза вычисляет вторичные значения координат каждого индуктивного датчика 3 и 5 с последующим их сравнением с первичными значениями координат датчиков 3 и 5. По величине разницы значений координат в узле для управления аппаратом для остеосинтеза формируются управляющие сигналы, которые поступают на блок управления электродвигателями. Каждый блок управления электродвигателями в соответствии с управляющими сигналами осуществляет регулирование напряжения каждого из трех электроцилиндров 12. Под воздействием соответствующего напряжения шток 13 каждого электроцилиндра 12 перемещается на величину, заданную узлом для управления аппаратом для остеосинтеза. В результате перемещения штоков 13 электроцилиндров 12 происходит изменение положения подвижного кольца 1, обеспечивающее нормальное сращивание кости. По мере лечения перелома происходит сращивание костных отломков, при котором положение костных отломков и спиц изменяется, что, в свою очередь, приводит к изменению значений координат индуктивных датчиков для определения положения спиц 3 и индуктивных датчиков для определения положения костных отломков 5. По мере лечения процесс изменения положения подвижного кольца 1 повторяется.The node for controlling the apparatus for osteosynthesis calculates the secondary coordinates of each inductive sensor 3 and 5, followed by their comparison with the primary coordinates of the sensors 3 and 5. Based on the difference in the values of the coordinates in the node for controlling the apparatus for osteosynthesis, control signals are generated that are sent to the control unit electric motors. Each electric motor control unit, in accordance with the control signals, controls the voltage of each of the three electric cylinders 12. Under the influence of the corresponding voltage, the rod 13 of each electric cylinder 12 moves by the amount specified by the unit for controlling the osteosynthesis apparatus. As a result of the movement of the rods 13 of the electric cylinders 12 there is a change in the position of the movable ring 1, providing normal bone splicing. As the fracture is treated, bone fragments merge, in which the position of the bone fragments and spokes changes, which, in turn, leads to a change in the coordinates of the inductive sensors to determine the position of the spokes 3 and inductive sensors to determine the position of the bone fragments 5. As the treatment progresses changes in the position of the movable ring 1 is repeated.

В результате, такой аппарат для остеосинтеза позволяет в автоматическом режиме в зависимости от расположения кровеносных сосудов и нервных тканей регулировать процесс сращивания костных отломков с точностью определения координат индуктивных датчиков положения костных отломков и спиц около 10 мкм, точностью определения положения индуктивных датчиков в пространстве около 0,30° и шагом перемещения штока электроцилиндра электропривода около 3 мкм.As a result, such an osteosynthesis apparatus allows, depending on the location of blood vessels and nerve tissues, to automatically adjust the process of fusion of bone fragments with the accuracy of determining the coordinates of inductive sensors of bone fragments and spokes about 10 μm, the accuracy of determining the position of inductive sensors in space about 0, 30 ° and the pitch of the rod of the electric actuator cylinder is about 3 microns.

Целесообразной областью применения предлагаемого устройства являются травматология и ортопедия в части регенерации костной ткани при переломах конечностей или удлинения (укорочения) конечностей.A suitable field of application of the proposed device is traumatology and orthopedics in terms of bone regeneration in case of limb fractures or limb lengthening (shortening).

Claims

An osteosynthesis apparatus comprising a node for moving bone fragments, a node for rigidly fixing an osteosynthesis apparatus to bones, an electric drive, a node for controlling an osteosynthesis apparatus and a power source, characterized in that it is further provided with a coordinate system for measuring bone fragments and knitting needles, which consists of inductive position sensors of bone fragments and spokes, an alternating electromagnetic field generator and a measuring unit located on the movable ring of the node for moving bone MCU, and the electric drive is made in the form of electric cylinders with integrated motor control units, each inductive sensor for determining the position of the spokes of the movable ring is rigidly fixed to the corresponding spoke, each inductive sensor for determining the position of bone fragments is rigidly fixed to the bone, all of the mentioned inductive sensors are electrically connected with a measuring unit, the generator is electrically connected to a power source and inductively with each inductive sensor to determine the position spokes of the movable ring and the position of bone fragments, one input of the measuring unit is electrically connected to the power source, the remaining inputs are connected to the outputs of the corresponding inductive sensors to determine the position of the spokes of the movable ring and inductive sensors to determine the position of the bone fragments, and the output of the measuring unit is connected to one of the inputs of the node to control the apparatus for osteosynthesis.