Аппарат илизарова основные принципы работы

Оптимальные условия регенерации обусловлены прежде всего надежной фиксацией костных отломков на любом участке конечности, малой травматичностью оперативного вмешательства, сохранением полноценного кровоснабжения фрагментов, оптимальным темпом и ритмом дистракции, сохранением функциональных возможностей конечности в процессе удлинения. Все эти факторы тесно взаимосвязаны, и пренебрежение или недостаточное внимание к одному из них со стороны ортопедов увеличивает сроки лечения, ухудшает его результат.

Спицы базовых опор аппарата Илизарова проводятся через проксимальный и дистальный метафизы костей с учетом анатомо-топографических особенностей сегмента и топографии сосудисто-нервных образований. Следует постоянно помнить об известных принципах проведения спиц (скорость проведения, предупреждение ожогов и травмирования тканей, обеспечение свободы движений в смежных суставах и пр.).

Жесткость фиксации костного фрагмента в опоре аппарата, а, следовательно, и возможность управления положением отломков в процессе удлинения конечности зависит от диаметра кольца аппарата, от расстояния от кости до кольца, степени натяжения диаметра спиц, их количества и взаимного расположения.

Поэтому при подборе аппарата следует особое внимание уделить диаметру колец аппарата. Оптимальным размером кольца мы считаем такое, когда расстояние от поверхности кожи до внутренней поверхности опоры колеблется в пределах 2-2,5 см.

Угол перекреста спиц невозможно обеспечить во всех плоскостях (в силу анатомических особенностей сегмента конечности). В зоне проксимального метафиза голени снижение жесткости фиксации фрагмента наблюдается в сагиттальной плоскости (угол между спицами 100-120?). Поэтому для увеличения жесткости, по предложению Г.А. Илизарова, проводится дополнительная спица во фронтальной плоскости ниже опоры аппарата на 2-4 см, которая фиксируется к опоре через кронштейны. Дополнительная спица должна быть с упорной площадкой (напайкой), что обеспечивает жесткость фиксации в двух плоскостях и предупреждает перемещение кости по этой спице. Благодаря этой спице жесткость фиксации увеличивается на 90% в плоскости проведения спицы и на 30% перпендикулярно оси.

Опоры аппарата соединяются 3 - 4 растяжными стержнями. Основное правило расположения стержней - параллельность к продольной оси сегмента. Ввиду того, что диаметр опор и плоскости их расположения может быть неодинаковым, параллельность стержней достигается пластинчатыми приставками и парными соединениями различного размера.

Один из основных принципов метода Илизарова - дозированное удлинение и исправление деформаций. Поэтому, как правило, после операции конечность фиксируется аппаратом Илизарова в неизмененном положении. С момента начала дистракции начинается постепенное дозированное исправление любой деформации, что достигается использованием шарнирных узлов и разным темпом дистракции по стержням.

Техника дистракционного остеосинтеза с использованием автоматического режима в аппарате Илизарова

Для удлинения кости автоматической дистракцией используется компоновка аппарата из трех опор. Особенность монтажа аппарата заключается в том, что дистальное кольцо устанавливается в сборе с промежуточным кольцом. Этот блок из двух одинаковых по размеру колец требует абсолютно параллельного взаимного расположения, собирается накануне операции и стерилизуется в собранном виде. Оба кольца соединены 4 дистракционными узлами, расположенными равномерно по окружности кольца. Дистракционный узел содержит храповый механизм, связанный со стержнем, ввинчиваемом в гильзу стержня. Гильза стержня имеет резьбовой хвостовик, который крепится к дистальному кольцу аппарата, а храповой механизм стержня крепится к проксимальному кольцу аппарата.

Промежуточное кольцо соединяется проксимальным кольцом с дугой аппарата Илизарова с помощью 3 - 4 стержней. При правильной установке стержни расположены параллельно кости. Для сохранения этого условия на проксимальном конце стержня собирается шарнирный узел из приставок-кронштейнов для сохранения угла между плоскостью установленных опор и осью конечности. В последующем, во время дистракции, с помощью этих шарнирных соединений можно легко управлять положением костных отломков.

К моменту начала дистракции производится окончательная сборка автодистрактора. На промежуточном кольце аппарата с внешней стороны конечности устанавливается приводное устройство, которое через гибкий элемент аппарата связано с храповыми механизмами стержней. После этого гибкий элемент заводят в канавки храповых механизмов, предварительно вывернув фиксирующие винты. После натяжения гибкий элемент фиксируют винтами, ориентируя их в радиальном положении относительно кольцевой опоры, а затем устанавливают электропривод, и соединяют его с блоком управления. Включают аппарат и врач-ортопед задает темп дистракции, осуществляется поворот стержней на заданный угол.

Аппарат Илизарова разновидности и принцип действия

Компрессионно-дистракционный аппарат, содержащий кольца со спицами, соединенные резьбовыми стержнями с гайками, связанными между собой гибким элементом, и приводное устройство установленное на одном из колец, в также храповую пару, отличающийся тем, что с целью исключения возможности нарушения регенеративного процесса костной ткани при длительном нагружении конечности путем увеличения усилия дистракции. Храповая пара установлена на каждом резьбовом стержне, а их собачки закреплены на гайках. Приводное устройство снабжено кулачком, который соединен с ползуном, расположенным на кольце между соседними резьбовыми стержнями с возможностью возвратно-поступательного перемещения и связанным с концами гибкого элемента.

Особенность этого аппарата в том, что с целью уменьшения силы трения, кулачок выполнен в виде подшипника, эксцентрично закрепленного на валу приводного устройства.

Преимуществом данного аппарата Илизарова по сравнению с более ранними является исключение возможности нарушения регенеративного процесса костной ткани при длительном нагружении конечности путем увеличения усилия дистракции.

Поставленная цель достигается тем, что в аппарате содержащем кольца со спицами соединенные резьбовыми стержнями с гайками, связанными между собой гибким элементом и приводное устройство, установленное на одном из колец, а также храповую пару. Храповая пара установлена на каждом резьбовом стержне, а их собачки закреплены на гайках, приводное устройство снабжено кулачком, который соединен с ползуном, расположенным на кольце между соседними резьбовыми стержнями с возможностью возвратно-поступательного перемещения и связанным с концами гибкого элемента, причем кулачок выполнен в виде подшипника, закрепленного на валу приводного устройства.

На первом рисунке ниже изображен общий вид компрессионно-дистракционного аппарата Илизарова; навтором - кинематическая схема приводного устройства Илизарова. Аппарат содержит два кольца 1 и 2 со спицами 3. Кольца соединены между собой резьбовыми стержнями 4. На кольце 1 размещено приводное устройство, выполненное в виде электродвигателя 5 с редуктором 6, снабженным кулачком 7. Храповые пары 8 установлены на каждом резьбовом стержне 4, соединены между собой последовательно тросом 9 с натяжными роликами 10.

Кулачок 7 представляет собой шариковый подшипник расположенный на валу 11 приводного устройства. Шарикоподшипник помещен в паз 12 ползуна 13. Один конец приводного вала 11 связан с редуктором 6. На противоположном конце приводного вала 11 выполнены посадочные поверхности 14 под съемную рукоятку (не показана). Каждая храповая пара 8 состоит из храпового колеса 15 и собачки 16. Собачка 16 закреплена на гайках 17 резьбовых стержней 4. Натянутый трос 9 связан с гайками 17, а его концы закреплены на ползуне13.

Электродвигатель 5 соединен электрической цепью с источником питания 18 через блок управления 19.

Аппарат монтируется и работает следующим образом: через костные фрагменты проводятся спицы 3, которые в натянутом состоянии фиксируются в кольцах 1 и 2. Последние соединяются между собой с помощью резьбовых стержней 4, нижние концы которых ввинчиваются в храповые колеса 15, а верхние закрепляются в кольцах 2.

После этого создают предварительное усилие растяжения костного фрагмента, необходимое для начала процесса дистракции. Для этого непрерывно вращают кулачок 7 посредством рукоятки, надетой на конец приводного вала 11. При вращении кулачка 7 ползун 13 совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение. Оно с помощью троса 9 передается на гайки 17, которые совершают качательные движения и через собачки 16 сообщают прерывистые вращательные движения храповым колесам 15. При повороте кулачка 7 на один зуб. В результате этого обеспечивается перемещение кольца 1 относительно кольца 2 по резьбовым стержням 4.

После достижения необходимого усилия растяжения регенератора между костными фрагментами осуществляют периодическое вращение кулачка 7 на один оборот с необходимым числом циклов в сутки в автоматическом режиме работы аппарата Илизарова.

В ручном режиме работы обеспечивается необходимая дозировка перемещений костного фрагмента. Таким образом, при удлинениях конечностей аппарат пыозволяет осуществлять как в ручном, так и в автоматическом режимах его работы дозированные микроперемещения костных фрагментов, что улучшает условия регенерации костной ткани, обеспечивает постоянное и равномерное растяжение мягких тканей, исключающее их травматизацию или необратимые функциональные расстройства.

Известен компрессионно-дистракционный аппарат, который содержит кольца, дистракторы, снабженные приводным устройством, включающим пружину, храповое колесо с храповиком и рычагом, а также имеющим электрическую связь с блоком управления и источником питания.

Однако в таком компрессионно-дистракционном аппарате дистракторы не обеспечивают равномерного перемещения костных фрагментов, допускают возможность перемещений, превышающих допустимые деформации регенерата, что приводит к его травматизации, к ухудшению условий регенерации.

Снижение травматизации и улучшение условий регенерации костной ткани путем равномерного процесса дистракции, а также возможности перемещения резьбового стержня обеспечивается особой конструкцией аппарата Илизарова.

Кроме того, упругая дужка снабжена нагревательным элементом в виде проволоки с высоким омическим сопротивлением, электрически изолированной жаропрочной нитью.

На рисунке выше схематично изображен дистрактор компрессионно-дистракционного аппарата Илизарова и его продольное сечение

А также показано - сечение А-А; сечение Б-Б;

Компрессионно-дистракционный аппарат содержит кольца (на чертеже не показаны) и дистракторы, состоящие из стакана 1, на буртик которого торцевой поверхностью опирается храповое колесо 2 в виде полого цилиндра, имеющего на внутренней образующей поверхности зубья, а на внешней - буртик, соединенное со стойкой 3, в резьбовое отверстие последней одним концом установлен резьбовой стержень 4 , который другим концом жестко соединен с опорой аппарата с помощью гаек 5. К верхней части стакана 1 на ось 6 установлен рычаг 7, имеющий на одном конце подпружиненный храповик 8, входящий в зацепление с зубом храпового колеса 2 на другом конце рычага установлен хвостовик 9. Рычаг 7 с помощью хвостовика 9 шарнирно соединен с пружиной 10 возврата и со свободным концом рабочего тела 11, выполненного в виде упругой дужки с серьгой, одним концом консольно соединенной со стаканом 1. Рабочее тело 11 выполнено из нитинола, обладающего эффектом запоминания формы.

Для нагревания рабочего тела 11 на нем установлен нагревательный элемент 12 из проволоки с высоким омическим сопротивлением, которая электрически изолирована от рабочего тела при помощи жаропрочной асбестовой нити 13, имеющей между витками промежутки для более эффективного подвода тепла к рабочему телу. Сверху рабочее тело 11 вместе с нагревательным элементом заключены в плотную обмотку из той же нити 13.

Стакан 1 и храповое колесо 2 заключены в защитную втулку 14, которая удерживает храповое колесо 2 от осевого перемещения с помощью буртика на храповом колесе 2 и буртика защитной втулки, имеющегося на внутренней ее образующей.

Защитная втулка 14 и стакан 1 неподвижно соединены с резьбовой стойкой 15, через которую проведены провода 16 к нагревательному элементу 12.

Упругая дужка с серьгой, расположенная в стакане 1 и связанная с рычагом 7, а также пружина 10, храповое колесо 2 с храповиком 8 образуют приводное устройство, имеющее электрическую связь с блоком управления.

Блок управления состоит из генератора с кварцевой стабилизацией частоты, двух делителей 18 и 19 частоты с регулируемым коэффициентом деления, управляющего триггера 20, электронного ключа 21. Блок управления соединен с источником 22 питания, к которому посредством проводов 16 через электронный ключ 21 подключен нагревательный элемент 12.

Дистрактор работает следующим образом: последовательно импульсы с выхода делителя 18 частоты, с выхода которого последовательно импульсы поступают на вход делителя 19 частоты, а также на вход R управляющего триггера 20, устанавливая его в нулевое состояние, т.е. на выходе управляющего триггера 20 устанавливается нулевой потенциал относительно общей шины. Нулевым потенциалом с выхода управляющего триггера 20 электронный ключ 21 закрыт, и нагревательный элемент 12 отключен от источника питания 22.

После прихода импульса с выхода делителя 19 частоты на вход S управляющего триггера 20 последний устанавливается в единичное состояние, т. е. На выходе его устанавливается потенциал логической "1" относительно общей шины. Это состояние управляющего триггера 20 сохраняется до прихода импульса с выхода делителя 18 частоты на вход R управляющего триггера 20. От потенциала логической "1" с выхода управляющего триггера 20 открывается электронный ключ 21, и нагревательный элемент 12 подключается к источнику питания 22.

Время включения элемента 12 на нагрев определяется периодом следования импульсов с выхода делителя 18 частоты. Периодичность включения элемента 12 на нагрев определяется периодом следования импульсов с выхода делителя 19 частоты. Время нагрева и периодичность включения нагревательного элемента 12 можно устанавливать по желанию, изменяя коэффициенты деления делителей 18 и 19 частоты.

При подключении нагревательного элемента 12 к источнику питания рабочее тело 11 нагревается и начинается разгибаться, т. е. "вспоминать" свою первоначальную форму, растягивая пружину 10 возврата и поворачивая рычаг 7 до упора. При этом храповик 8 заходит в зацепление с зубом храпового колеса 2, поворачивая его с резьбовой стойкой 3. При повороте резьбовой стойки 3 происходит осевое перемещение резьбового стержня и опор самого аппарата.

После окончания рабочего хода рычага 7 нагревательный элемент 12 отключается от источника питания, и рабочее тело 11 остывает, теряя свою упругость, и пружина возврата 10, огибая его, приводит его в исходное положение вместе с рычагом 7. При этом подпружиненный храповик 8 переходит на следующий зуб храпового колеса 2.

Таким образом, при периодическом подключении нагревательного элемента 12 к источнику питания происходит осевое перемещение стержня 4, скорость перемещения которого (темп дистракции) определяется заданным периодом последовательности импульсов блока управления.

Удлинение с помощью предлагаемого дистрактора имеет несомненные преимущества перед дистракцией, проводимой вручную. В частности, дистрактор обеспечивает постоянное и равномерное растяжение костной ткани и высокую точность величины удлинения.

Следующий компрессионно-дистракционный аппарат отличается от упомянутых выше тем, что в нем повышается точность определения усилия компрессии и дистракции путем исключения изгибающих сил. Это достигается тем, что в аппарате между резьбовыми стержнями установлен датчик. Датчик выполнен в виде полого цилиндра с перемычкой цилиндра, причем на поверхности цилиндра по обе стороны от перемычки установлены по две пары диаметрально расположенных тензорезисторов, соединенных в схему измерения.

При этом схема измерения выполнена в виде моста, причем диаметрально расположенные тензорезисторы соединены последовательно в одном плече моста. На рисунке ниже показан фрагмент компрессионно-дистракционного аппарата с датчиком, продольное сечение и А-А.

Компрессионно-дистракционный аппарат содержит опоры 1 и 2, связанные резьбовыми стержнями 3 и 4, между которыми установлен датчик, соединенный со схемой измерения. Датчик выполнен в виде полого цилиндра 5 с перемычкой 6, фланцы 7 и 8 которого связаны с одним из резьбовых стержней 3, другой резьбовой стержень 4 связан с перемычкой 6 цилиндра. Причем на поверхности цилиндра по обе стороны от перемычки 6 установлены по две пары диаметрально расположенных тензорезисторов 9, соединенных со схемой измерения. Схема измерения выполнена в виде моста, причем диаметрально расположенные тензорезисторы соединены последовательно расположенные плечи моста, а противоположные плечи моста включают тензорезисторы, установленные по одну сторону от перемычки 6.

Под действием сил, вызывающих сближение опор аппарата, участки цилиндра 5 в зоне а сжимаются, а в зоне б - растягиваются; при действии обратных сил эти участки испытывают противоположные деформации.

Деформации сжатия и растяжения воспринимаются тензорезисторами, что приводит к разбалансу измерительного моста. Напряжение разбаланса моста измеряется

микровольтметром или регистрируется с помощью самопишущего устройства.

Известен аппарат Илизарова, с блоком питания, подключенным к электромагниту. В аппарате, обеспечивающем возможность дозированной автоматической микродистракции при удлиннении конечности, имеются разъемные кольца, связанные между собой резьбовыми стержнями. На каждом из стержней установлена шестерня и последовательно связанные с ней через редуктор храповое колесо, рычаг с храповиком и электромагнит, при этом одно плечо рычага взаимодействует с электромагнитом

На рисунке ниже изображен компрессионно-дистракционный аппарат, общий вид; на рисунке 12 - кинематическая схема передаточного механизма с блоком электрического питания. Аппарат содержит два разъемных кольца 1 и 2 со спицами 3 и спицедержателями 4. Кольцо 1 выполнено из трех секторов 5, соединенных пластинами 6 с квадратными прорезями под стержни 7, соединяющие кольца 1 и 2. В каждый паз кольца1 входит выступ корпуса одного из трех передаточных механизмов 8 длиной 40 мм с четырехгранной заточкой (15х15). Конец выступа имеет наружную резьбу под гайку 9. Каждый из стержней 7 имеет на одном конце обычную резьбу, заходящую в соединение с шестерней 10 винтовой пары 11 передаточного механизма 8 (фиг. 2). Каждый из трех передаточных механизмов 8 включает электромагнит 12, соединенный разъемом с блоком 13 электрического питания, пружину 14, рычаг 15 с храповиком 16, храповое колесо 17, собачку-ограничитель 18 обратного хода, редуктор 19, предназначенный для увеличения крутящего момента.

Цепь каждого передаточного механизма 8 подключается параллельно к блоку 13 электрического питания. Реле времени установлено в режиме одного импульса в 10 секунд (8640 импульсов в сутки), что соответствует удлинению на 1 мм в сутки.

После включения ток от блока 13 электрического питания идет через реле времени и конденсатор с тиристором на электромагнит 12 каждого передаточного механизма 8. При этом все три передаточных механизма 8 работают синхронно, равномерность удлинения каждого проверяется по циферблату, выход из строя одного из передаточных механизмов приводит к автоматическому выключению аппарата Илизарова во избежание перекоса срастающихся отломков. В итоге рычаг 15 с пружиной 14 притягивается к электромагниту 12 и пружина 14 растягивается. После прекращения импульса пружина 14 сжимается и через рычаг 15 и храповик 16 поворачивает храповое колесо 17 на один зуб. Через редуктор 19 приводится в движение шестерня 10, находящаяся в зацеплении со стержнем 7, в результате чего она передвигается по стержню в линейном направлении от кольца 2, перемещая кольцо 1 со спицами, растягивая костные фрагменты. После достижения необходимой величины удлинения передаточные механизмы 8 со стержнями 7 снимаются, до их снятия ставятся простые стержни. Замена стержней осуществляется без снятия колец и ослабления натяжения спиц.

Емкость блока питания позволяет аппарату Илизарова работать в течение 24 часов, после чего блок меняется на заряженный. Блок питания заряжается через выпрямитель.