Устройство для интракорпорального удлинения, снабженное работающими на растяжение винтами
Изобретение относится к медицине. Устройство содержит первую удлиненную часть, вторую часть, установленную с возможностью телескопического перемещения относительно первой части, первые средства связи с организмом, предусмотренные на первом конце первой части, вторые средства связи с организмом, предусмотренные на первом конце второй части, стержень, снабженный, по меньшей мере, одной резьбой, и средства управления вращением стержня и средства связи между первой удлиненной частью, второй частью, стержнем и средствами управления вращением стержня. Вращение стержня вызывает перемещение второй части относительно первой части. Стержень установлен между двумя концами, которые приближаются друг к другу при удлинении устройства, именно между вторым концом первой части, противоположным первому концу первой части, и вторым концом второй части, противоположным первому концу второй части. Изобретение обеспечивает предотвращение ограничения хода удлинения высотой стержня, при которой он может выдерживать без прогиба действующую на него нагрузку, и уменьшение момента, необходимого для привода стержня во вращение. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройствам для интракорпорального удлинения, таким как гвозди для удлинения костей, гвозди для перемещения костей, стержни для позвоночной дистракции или протезы для обеспечения роста.
Уровень техники
Известны различные устройства для интракорпорального удлинения, такие как описанные в документах US 3976060, Proc Inst Mech Eng [H], 1989; 203(2): 97-102, WO 01/78614, DE 8515687 U1 или US 6336929. Эти устройства содержат первую удлиненную часть, вторую часть, установленную с возможностью телескопического перемещения относительно первой части, первые средства связи с организмом на первом конце первой части, вторые средства связи с организмом на первом конце второй части, стержень, снабженный, по меньшей мере, одной резьбой, причем вращение стержня вызывает перемещение второй части относительно первой части, средства управления вращением стержня и средства связи между этими компонентами. Во всех известных устройствах стержень установлен между первым концом первой части и вторым концом второй части, противоположным первому концу второй части. Таким образом, стержень установлен между двумя концами, которые удаляются друг от друга при удлинении устройства, при этом при удлинении устройства нагруженная длина стержня увеличивается и работает на сжатие. Вследствие этого ход удлинения ограничен высотой стержня, при которой он может выдерживать без прогиба действующую на него нагрузку. При этом значительный объем отводится в устройстве стержню и взаимодействующей с ним резьбовой проточке, что не способствует прочности данных устройств, в особенности на изгиб. И самое главное, значителен также момент, необходимый для привода стержня во вращение, что предъявляет соответствующие требования к параметрам средств управления вращением стержня и ограничивает использование на практике некоторых простых и надежных средств, обладающих, однако, низкой мощностью, таких как прямые магнитные передачи без усиления между двумя постоянными магнитами, описанные, например, в патентном документе US 6336929.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Согласно изобретению в устройстве для интракорпорального удлинения, содержащем первую удлиненную часть, вторую часть, установленную с возможностью телескопического перемещения относительно первой части, первые средства связи с организмом на первом конце первой части, вторые средства связи с организмом на первом конце второй части, стержень, снабженный, по меньшей мере, одной резьбой, причем вращение стержня вызывает перемещение второй части относительно первой части, средства управления вращением стержня и средства связи между первой частью, второй частью, стержнем и средствами управления вращением стержня, причем этот стержень установлен между двумя концами, которые приближаются друг к другу при удлинении устройства, а именно между вторым концом первой части, противоположным первому концу первой части, и вторым концом второй части, противоположным первому концу второй части.
Таким образом, нагруженная длина стержня уменьшается и работает на растяжение при удлинении устройства.
Средства связи между стержнем и вторым концом первой части и средства связи между стержнем и вторым концом второй части могут содержать соответственно:
- поворотную опору и резьбовую проточку,
- резьбовую проточку и поворотную опору,
- первую резьбовую проточку в первом направлении и вторую резьбовую проточку во втором направлении, противоположном первому направлению, при этом в данном случае стержень содержит первую резьбу, выполненную с возможностью взаимодействия с первой резьбовой проточкой на одном конце, и вторую резьбу, выполненную с возможностью взаимодействия со второй резьбовой проточкой на другом конце.
Кроме того, согласно изобретению средства для управления вращением стержня могут быть средствами любого типа, но предпочтительно они образованы приводным постоянным магнитом, соединенным со стержнем таким образом, что его направление намагничивания по существу перпендикулярно оси вращения стержня, и расположенным снаружи организма источником магнитного поля, вращающимся по существу вокруг оси стержня. Предпочтительно этот постоянный магнит является магнитом на основе неодима, способным выдерживать температуры стерилизации устройства для интракорпорального удлинения по изобретению, а источник приводного магнитного поля, вращающийся снаружи организма, является, по меньшей мере, одним магнитом на основе неодима, который приводят во вращение по существу вокруг оси стержня с удержанием одного из его полюсов постоянно обращенным к оси. Предпочтительно скорость вращения магнитного поля может быть меньше одного оборота в минуту. Также предпочтительно, чтобы диаметр стержня был в пределах четырех миллиметров.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение, его принцип действия и примеры использования, а также другие особенности и преимущества будут подробно описаны со ссылками на прилагаемые чертежи на примере осуществления изобретения, не имеющем ограничительного характера. На чертежах:
На фиг.1-3 представлено в предпочтительном примере выполнения устройство по изобретению, а именно устройство для удлинения конечностей,
фиг.1 изображает устройство в перспективе в разобранном виде, при этом скрытые линии показаны пунктиром,
фиг.2 изображает устройство в разрезе по оси стержня, снабженного, по меньшей мере, одной резьбой, в положении, когда оно имеет минимальную длину,
фиг.3 изображает устройство в разрезе по оси стержня в почти полностью выдвинутом положении.
Следует отметить, что на чертежах одними и теми же позициями обозначены одни и те же элементы независимо от того, на каком чертеже элементы представлены и в каком виде они показаны. Даже если элементы не обозначены специально на каком-либо из чертежей, их позиции легко найти на другом чертеже. На всех чертежах размеры и соотношения даны в приведенном или пропорциональном виде, поскольку это может облегчить понимание. Кроме того, если в определении изобретения указано, что объект содержит «по меньшей мере, один» элемент, имеющий указанную функцию, в описанном примере выполнения могут содержаться несколько таких элементов.
Осуществление изобретения
Представленное на фиг.1-3 устройство в предпочтительном примере выполнения содержит следующие компоненты.
Удлиненная, по существу трубчатая первая часть 1, которая имеет первый конец 11, средства связи с организмом, образованные, например, первой проточкой 61, расположенной по существу перпендикулярно оси первой части 1 и предназначенной для прохода не показанного винта, и второй конец 12, противоположный первому концу 11, а также два продольных диаметрально противоположных паза 51, 52. Первый конец 11 может быть снабжен не показанными захватными средствами, такими как резьба или паз, для облегчения хирургической имплантации устройства, в общем случае в костномозговой канал длинной трубчатой кости или вдоль кости или в продолжение трубчатой или плоской кости, а также при эксплантации.
По существу цилиндрическая вторая часть 2, наружный диаметр которой по существу соответствует внутреннему диаметру первой части 1, с которой она взаимодействует телескопическим образом. Вторая часть 2 содержит на своем первом конце 21 средства связи с организмом, образованные, например, второй проточкой 62, расположенной по существу перпендикулярно оси второй части 2 и предназначенной для прохода не показанного винта, и второй конец 22, противоположный первому концу 11 и остающийся в постоянном контакте с первой частью 1, а также резьбовую проточку 53, проходящую по существу вдоль оси второй части 2. Между двумя концами второй части выполнен сквозной продольный проем 54, выходящий на поверхность на двух диаметрально противоположных боковых сторонах второй части. Ширина проема 54 по существу равна ширине пазов 51, 52, выполненных на втором конце 12 первой части 1, а резьбовая проточка 53 выходит в проем 54 и имеет диаметр значительно меньше ширины проема.
Стержень 3 имеет на первом конце 31 резьбу, которая по диаметру и шагу соответствует резьбовой проточке 53 второй части 2, с которой эта резьба находится во взаимодействии.
Средства связи между описанными компонентами содержат следующие компоненты.
Опорная планка 55, имеющая по существу форму параллелепипеда, предназначенная для закладки в два паза 51, 52, выполненных во втором конце 12 первой части 1, для образования мостика между ними. Эта опорная планка 55 содержит по существу центральную проточку 551, в которой первый конец 31 стержня 3 может свободно скользить и вращаться.
Опорная гайка 56, предназначенная для навинчивания на первый конец 31 стержня 3. Опорная планка 55 и опорная гайка 56 образуют поворотные опоры между стержнем 3 и вторым концом 12 первой части 1.
В данном предпочтительном примере осуществления изобретения средства управления вращением стержня 3 образованы следующими компонентами.
Цилиндрический приводной постоянный магнит 4 диаметрального намагничивания, соединенный со стержнем 3 и установленный коаксиально ему. Это соединение может быть выполнено, например, путем приклеивания кремнийорганическим клеем, который хорошо переносится организмом, с размещением магнита 4 в цилиндрической полости 57 цилиндрического стакана 33, жестко прикрепленного ко второму концу 32 стержня 3, противоположному его первому концу 31.
Не показанный на фиг.1-3 источник приводного магнитного поля, вращающийся вокруг оси стержня 3 и размещенный снаружи организма.
Следует отметить, что средства управления вращением стержня 3 могут быть образованы также любыми другими средствами, известными специалистам в данной области. Такими средствами могут быть электромотор с редуктором или без него и внутренний или внешний по отношению к организму источник тока. Это может быть постоянный магнит с редуктором и источником магнитного поля, вращающимся снаружи организма, или система колес свободного хода, способная преобразовывать моменты, которые могут создаваться между первой частью 1 и второй частью 2 устройства при движениях пациента, во вращение стержня 3 в одном направлении. В зависимости от потребности эти средства могут приводить стержень 3 только в одном направлении или в обоих направлениях.
Представленные на фиг.1-3 различные компоненты устройства в этом предпочтительном примере выполнения собирают следующим образом. Первый конец 31 стержня 3 завинчивают в резьбовую проточку 53 второй части 2. После того, как первый конец 31 стержня 3 выходит на достаточное расстояние в проем 54 второй части 2, опорную планку 55 вводят скольжением в проем 54 и затем надевают проточкой 551 на первый конец 31 стержня 3. Затем опорную гайку 56 навинчивают на первый конец 31 стержня 3, который выступает из опорной планки 55 в проем 54, и жестко фиксируют на стержне, например, способом лазерной сварки на торце или путем смятия через проем 54, что приводит, по меньшей мере, к частичной деформации и овализации гайки 56 и участка первого конца 31 стержня 3. Образованный при этом блок вводят во второй конец 12 первой части 1, начиная с второго конца 32 стержня 3 и второго конца 22 второй части 2, до тех пор пока опорная планка 55 не войдет с опорой в пазы 51, 52 второго конца 12 первой части 1. После этого можно жестко соединить опорную планку 55 и первую часть 1, например, способом лазерной сварки. На этом сборка устройства в данном предпочтительном примере выполнения заканчивается.
Все компоненты изготовлены из материала, обладающего механической прочностью и хорошо переносимого организмом. Такими материалами могут быть заново отлитый под вакуумом материал марки 316L, определенные сплавы титана или высокопрочные сплавы на основе хрома и кобальта. Предпочтительно поверхности деталей устройства, и в особенности стержня 3, обработаны, чтобы снизить трение и износ. Предпочтительной является обработка на основе аморфного алмазного углерода или дисульфида вольфрама. Сочетание малого диаметра стержня 3, определяемого его установкой и работой на растяжение, с низким коэффициентом трения за счет упомянутой обработки поверхности обеспечивает возможность привода стержня 3 с помощью умеренного крутящего момента по отношению к действующей на него нагрузке по сравнению с выполнением стержня для работы на сжатие. В общем случае диаметр стержня 3 составляет от одного до трех миллиметров и не превышает четырех миллиметров, например, для протеза для взрослого пациента.
В том случае, когда предусмотрен стержень 3 достаточной длины, возможность изменения длины устройства до ее максимальной величины в данном примере осуществления по существу соответствует длине проема 54 второй части 2 за вычетом длины, необходимой для установки опорной планки 55 и опорной гайки 56. В ином случае эта возможность ограничивается длиной стержня 3.
Устройство по изобретению в предпочтительном примере выполнения функционирует очевидным образом. В присутствии приводного магнитного поля, перпендикулярного оси стержня 3 и вращающегося вокруг этой оси, цилиндрический постоянный магнит 4, который коаксиально прикреплен к стержню 3, стремится сориентироваться в этом приводном магнитном поле, передавая момент на стержень 3 и вызывая его вращение в направлении вращения этого магнитного поля в том случае, если этот момент превышает момент сопротивления стержня 3 под нагрузкой, под которой он находится в момент активизации приводного магнитного поля. Это вращение стержня 3 преобразуется в перемещение второй части 2 в одном или другом направлении относительно первой части 1 в зависимости от направления резьбы стержня 3 и резьбовой проточки 53, то есть в направлении удлинения или укорочения устройства по изобретению. При этом, когда устройство удлиняется, второй конец 12 первой части 1 и второй конец 22 второй части 2 приближаются друг к другу. Нагруженная длина 7 стержня 3 уменьшается и работает на растяжение при удлинении устройства.
Более того, применительно к предпочтительному примеру осуществления изобретения по фиг.1-3 невозможно передать на стержень 3 усилие сжатия, поскольку он скользит в проточке 551 опорной планки 55, а опорная гайка 56 блокирует его только в другом направлении, то есть в том направлении, в котором он подвергается растяжению.
Создание приводного магнитного поля для привода во вращение цилиндрического приводного постоянного магнита 4, прикрепленного по существу коаксиально к стержню 3, и стержня 3 может быть реализовано любыми средствами. Однако предпочтительно это осуществляется путем размещения снаружи организма, на высоте постоянного магнита 4, по меньшей мере, одного другого постоянного приводного магнита, один из полюсов которого обращен к общей оси стержня 3 и постоянного магнита 4. Может быть предпочтительной комбинация из двух приводных постоянных магнитов, расположенных таким образом, что южный полюс одного магнита обращен к северному полюсу другого, а постоянный магнит 4 и окружающая устройство часть организма помещены между этими двумя постоянными магнитами, которые создают повышенный приводной крутящий момент.
Следует подчеркнуть, что показанный на фиг.1-3 пример осуществления устройства является предпочтительным примером, однако в рамках изобретения возможны и другие примеры выполнения, которые могут быть реализованы специалистом в данной области. В частности, стержень 3 может быть расположен эксцентрично относительно первой и второй частей 1 и 2, а эти части могут иметь геометрическую форму, отличную от трубчатой или цилиндрической, и могут быть выполнены сборными из отдельных секций, соединенных любыми средствами. Кроме того, первый конец 21 второй части 2 может быть расположен со стороны первого конца 11 первой части 1, а второй конец 22 может быть расположен со стороны второго конца 12 первой части 1, то есть обратным образом по сравнению с предпочтительным примером выполнения по фиг.1-3. В этой второй конфигурации вторая часть 2 находится в полном постоянном контакте с первой частью 1, и в этой первой части 1 выполнены щели для обеспечения возможности соединения первого конца 21 второй части 2 со средствами связи с организмом по всей длине хода удлинения устройства.
Возможности промышленного применения.
Изобретение особенно пригодно для использования в устройствах всех типов для интракорпорального удлинения, и в особенности в удлинительных гвоздях костномозговых каналов и протезах для обеспечения роста длинных трубчатых костей.
1. Устройство для интракорпорального удлинения, содержащее первую удлиненную часть (1), вторую часть (2), установленную с возможностью телескопического перемещения относительно первой части (1), первые средства (61) связи с организмом, предусмотренные на первом конце (11) первой части (1), вторые средства (62) связи с организмом, предусмотренные на первом конце (21) второй части (2), стержень (3), снабженный, по меньшей мере, одной резьбой, причем вращение стержня вызывает перемещение второй части (2) относительно первой части (1), средства (4) управления вращением стержня (3) и средства связи между первой удлиненной частью (1), второй частью (2), стержнем (3) и средствами (4) управления вращением стержня, отличающееся тем, что стержень (3) установлен между двумя концами, которые приближаются друг к другу при удлинении устройства, именно между вторым концом (12) первой части (1), противоположным первому концу (11) первой части (1), и вторым концом (22) второй части (2), противоположным первому концу (21) второй части (2).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства связи между стержнем (3) и вторым концом (12) первой части (1) содержат поворотную опору (55, 56), а средства связи между стержнем (3) и вторым концом (22) второй части (2) содержат резьбовую проточку (53), выполненную с возможностью взаимодействия со стержнем (3).
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства связи между стержнем (3) и вторым концом (12) первой части (1) содержат резьбовую проточку, выполненную с возможностью взаимодействия со стержнем (3), а средства связи между стержнем (3) и вторым концом (22) второй части (2) содержат поворотную опору.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства связи между стержнем (3) и вторым концом (12) первой части (1) содержат первую резьбовую проточку, проходящую в первом направлении, а средства связи между стержнем (3) и вторым концом (22) второй части (2) содержат вторую резьбовую проточку, проходящую во втором направлении, противоположном первому направлению, при этом стержень (3) снабжен первой резьбой, выполненной с возможностью взаимодействия с первой резьбовой проточкой на одном конце, и второй резьбой, выполненной с возможностью взаимодействия со второй резьбовой проточкой на другом конце.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные средства для управления вращением стержня (3) образованы, по меньшей мере, одним постоянным магнитом (4), соединенным со стержнем (3) таким образом, что его направление намагничивания, по существу, перпендикулярно оси вращения стержня (3), и размещаемым снаружи организма источником магнитного поля, вращающимся, по существу, вокруг оси стержня (3).
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что скорость вращения магнитного поля, создаваемого указанным источником магнитного поля, составляет меньше одного оборота в минуту.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр стержня (3) составляет меньше четырех миллиметров.
