Аппарат для остеосинтеза

Аппарат относится к медицинской технике. Он обеспечивает повышение качества, сокращение сроков и автоматизацию процесса лечения. Аппарат содержит подвижное и неподвижное кольца. Три привода обеспечивают требуемое перемещение подвижного кольца относительно неподвижного. Основной привод надежно фиксируется под заданным углом относительно неподвижного кольца аппарата. Применение муфты для соединения вала шагового микроэлектродвигателя с валом передачи позволяет, во-первых, уменьшить массогабаритные параметры аппарата, во-вторых, сократить кинематическую цепь и, как следствие, повысить надежность и чувствительность привода.

Аппарат относится к медицинской технике, в частности, к устройствам внешней фиксации, работающих по методу чрескостного остеосинтеза.

Известен компрессионно-дистракционный аппарат (А.с. СССР 1732956, опубл.: 15.05.92, бюл. 18), содержащий кольца, телескопически связанные резьбовые стержни с трубками, храповые пары, связанные между собой гибким элементом, соединенным с приводным устройством.

Недостатком данного изобретения является гибкая связь, которая соединяет все приводные элементы аппарата. Применение одного приводного устройства на все стержни обеспечивает перемещение только в одном заданном направлении, что снижает функциональные возможности аппарата, так как в процессе лечения необходимо обеспечить не только продольные перемещения, но и во многих случаях изменение относительного углового положения колец относительно друг друга. Кроме того, такое устройство является громоздким, нежестким, сложным в монтаже и неудобным в эксплуатации.

Известен компрессионно-дистракционный аппарат Платонова (патент РФ 2061429, опубл.: 10.06.1996), содержащий кольца и спицы, соединенные между собой резьбовыми стержнями дистракторов, связанными через роликовинтовую передачу с промежуточными телами качения с приводным устройством, соединенным через блок управления с блоком питания, двигатель каждого из приводов выполнен реверсивным, а блок управления снабжен коммутационными элементами реверсирования каждого двигателя.

Недостатком данного изобретения является применение специальных колец, в монтажные отверстия которых непосредственно встраиваются приводные элементы аппарата. Применение данных колец не позволяет свободно располагать приводные элементы на кольцах, что ограничивает возможные направления введения спиц и места их установки.

Наиболее близким аналогом является ортопедический аппарат остеосинтеза (патент РФ 2339332, опубл.: 27.11.2008, бюл. 16), принятый в качестве прототипа, содержащий подвижное и неподвижное кольца, автономное электропитание в виде малогабаритного аккумулятора, основной и два других привода линейного перемещения, состоящих из микропроцессорной системы управления и питания приводов, подсистемы аварийного отключения приводов, корпуса, штока, шагового микроэлектродвигателя, датчиков осевых усилий, промежуточного планетарного редуктора типа 2k-h, солнечная шестерня которого закреплена на валу шагового микроэлектродвигателя, самотормозящей передачи винт-гайка с резьбовыми роликами, на входном конце винта которой закреплено водило редуктора, при этом ходовая гайка выполнена совместно со штоком, корпус основного привода жестко зафиксирован в неподвижном кольце с помощью трехстепенного шарнира с регулируемыми фиксаторами его углового положения относительно неподвижного кольца аппарата, шток основного привода соединен с помощью трехстепенного шарнира с перемычкой, в которой с одной стороны жестко заделаны три штосселя в соответствующих направляющих, а с другой стороны жестко заделаны три резьбовых стержня, причем направляющие соединены с корпусом основного привода трехстепенным шарниром, а три резьбовых стержня через вторую перемычку соединены с помощью двухстепенного шарнира с подвижным кольцом аппарата, корпуса двух других приводов связаны трехстепенным шарниром с неподвижным кольцом аппарата, а их штоки через резьбовой стержень связаны трехстепенным шарниром с подвижным кольцом аппарата.

Данный аппарат имеет следующие недостатки.

Во-первых, устройство фиксации осевого положения основного привода относительно неподвижного кольца, выполненное в виде трех болтов-фиксаторов и двух трехстепенных шарниров, связанных с корпусом основного привода и с неподвижным кольцом через кронштейн, не позволяет устранить радиальные нагрузки на элементы привода, так как после затягивания болтов-фиксаторов, происходит стопорение не только нижнего, но и верхнего шарнира. Наличие радиальной нагрузки может привести к заклиниванию привода в процессе работы и потере работоспособности аппарата.

Во-вторых, применение промежуточного планетарного редуктора типа 2k-h, для соединения вала шагового микроэлектродвигателя с входным концом винта передачи, удлиняет кинематическую цепь, снижает надежность и чувствительность привода, увеличивает габаритные размеры и массу привода и, как следствие, аппарата в целом. Кроме того, погрешности установки шагового микроэлектродвигателя в корпус привода, также могут привести к его заклиниванию и выходу из строя.

В-третьих, применение шагового микроэлектродвигателя с 8 шагами за оборот вала, сокращает возможный диапазон выбора микроперемещений привода, тем самым, снижая функциональные возможности аппарата.

Задачей данной полезной модели является разработка конструкции аппарата, обеспечивающей возможность осевой фиксации основного привода в заданном положении, устраняющей радиальные нагрузки на элементы привода, уменьшение кинематической цепи, а следовательно, повышение его надежности и чувствительности, уменьшение массогабаритных параметров аппарата в целом.

Указанная задача решается тем, что аппарат для остеосинтеза, содержащий подвижное и неподвижное кольца, автономное электропитание в виде малогабаритного аккумулятора, микроЭВМ управления работой аппарата, основной и два других привода линейного перемещения, состоящие из микропроцессорной системы управления, подсистемы аварийного отключения приводов, корпуса, штока, шагового микроэлектродвигателя, самотормозящей передачи винт-гайка с резьбовыми роликами, при этом ходовая гайка выполнена совместно со штоком, шток основного привода соединен с помощью трехстепенного шарнира с перемычкой, в которой с одной стороны жестко заделаны три штосселя в соответствующих направляющих, а с другой стороны жестко заделаны три резьбовых стержня, причем направляющие соединены с корпусом основного привода трехстепенным шарниром, вал шагового микроэлектродвигателя соединен с помощью муфты с винтом передачи винт-гайка с резьбовыми роликами, перемычка соединена тремя резьбовыми стержнями с фиксатором углового положения основного привода, фиксатор состоит из стяжки и двух клиновых шайб с насечками и кольцевыми соединениями впадина-выступ на соприкасающихся поверхностях, и соединяет через вторую перемычку основной привод с неподвижным кольцом, корпус основного привода соединен с помощью трехстепенного шарнира с кронштейном, связанным с помощью двухстепенного шарнира с подвижным кольцом, корпуса каждого из двух других приводов связаны трехстепенным шарниром с подвижным кольцом, а их штоки через резьбовой стержень связаны трехстепенным шарниром с неподвижным кольцом.

Сущность полезной модели представлена в описании и на чертежах, на которых изображено:

Фиг.1 - общий вид аппарата для остеосинтеза.

Фиг.2 - фиксатор в положении с максимальным углом наклона.

Фиг.3 - основной привод линейного перемещения.

Аппарат (фиг 1.) содержит подвижное 1 и неподвижное кольца 2, спицы 3. Корпус 4 основного привода через трехстепенной шарнир 5 соединен с кронштейном 6, который через двухстепенной шарнир 7 соединен с подвижным кольцом 1.

Неподвижное кольцо 2 соединено с основным приводом через фиксатор углового положения, состоящий из двух клиновых шайб 8 и стяжки 9, и кронштейн 10.

Для установки необходимого углового положения основного привода относительно неподвижного кольца 2, нужно ослабить стяжку 9 и повернуть клиновые шайбы 8 на требуемый угол относительно друг друга, до момента получения необходимого угла наклона неподвижного кольца, после чего затянуть стяжку для закрепления фиксатора углового положения.

Максимальный угол поворота основного привода относительно неподвижного кольца равен удвоенному углу клина 2 (фиг.2).

Клиновые шайбы 8 выполнены с кольцевым соединением впадина-выступ на соприкасающихся поверхностях, для возможности регулирования углового положения основного привода относительно неподвижного кольца 2, без радиального смещения двух клиновых шайб 8 относительно друг друга и относительно кронштейна 10. Соприкасающиеся поверхности выполнены с насечками для увеличения коэффициента трения между поверхностями, это необходимо, для исключения поворота клиновых шайб относительно друг друга, и относительно сопряженных с ними деталей, под действием возникающей нагрузки.

Основной привод (фиг.3) состоит из шагового микроэлектродвигателя 11, который с помощью муфты 12, соединен с входным концом винта 13 самотормозящей передачи винт-гайка с резьбовыми роликами (далее - передача).

Благодаря наличию компенсирующих элементов в муфте, она позволяет устанавливать микроэлектродвигатель в положении, при котором его ось может быть расположена с перекосом относительно оси передачи.

Современные шаговые микроэлектродвигатели при прочих равных условиях обеспечивают высокий крутящий момент на малых оборотах и дискретность несколько сотен шагов за оборот, что позволяет использовать их в приводе без промежуточного редуктора.

Шток 14 передачи, через трехстепенной шарнир 15, соединен с перемычкой 16, с одной стороны которой заделаны три штосселя 17 в соответствующие направляющие 18, а с другой стороны три резьбовых стержня 19, соединены с перемычкой 20, служащей опорной поверхностью для нижней клиновой шайбы 8 и стяжки 9.

Корпуса 4 каждого из двух других приводов (фиг.1) через трехстепенной шарнир 5 соединены с подвижным кольцом аппарата, а их штоки через резьбовой стержень 21 связаны трехстепенным шарниром 15 с неподвижным кольцом аппарата.

Монтаж и работа аппарата осуществляется следующим образом.

Спицы 3 фиксируют костные фрагменты и устанавливаются в натянутом состоянии в кольца 1 и 2. В отверстия, выполненные в кольцах, устанавливаются приводы линейного перемещения. В зависимости от требуемого лечения, основной привод выставляется на необходимый угол относительно неподвижного кольца и жестко фиксируется с помощью фиксатора углового положения. В процессе лечения, по необходимости, этот угол с помощью фиксатора может легко быть изменен.

Программное управление работой аппарата осуществляется от микроЭВМ (на чертежах не показано). В качестве автономного источника питания используется малогабаритный аккумулятор.

Шаговые микроэлектродвигатели 11 (фиг.3), при подаче сигнала с микроконтроллера, осуществляют последовательную отработку управляющей программы, в соответствии с параметрами технологического процесса, задаваемых с пульта управления.

Управление шаговым микроэлектродвигателем осуществляется от микропроцессорной системы блока управления приводами и обеспечивает индивидуальное управление каждым исполнительным механизмом. Наличие подсистемы аварийного выключения приводов аппарата обеспечивает безопасность пациента во время лечения.

Вращение с шагового микроэлектродвигателя 11 через муфту 12 передается на входной конец винта 13 передачи. Передача выполняется самотормозящей, что исключает необходимость удержания ее положения двигателем между циклами дистракции в процессе лечения.

Передача преобразует вращение винта 13 в поступательное перемещение штока 14, с которого движение передается через трехстепенной шарнир 15 на перемычку 16 и далее через резьбовые стержни 19 на перемычку 20, связанную с неподвижным кольцом 2 через фиксатор углового положения и кронштейн 10.

Работа двух других приводов происходит аналогично, но передача движения осуществляется непосредственно со штока 14 через резьбовой стержень 21 и трехстепенной шарнир 15 на неподвижное кольцо 2, а также через корпус 4 и трехстепенной шарнир 5 на подвижное кольцо 1.

Использование предложенной полезной модели позволяет надежно фиксировать заданное угловое положение основного привода относительно неподвижного кольца, устраняя радиальную составляющую нагрузки на элементы привода, уменьшить кинематической цепь, а следовательно, повысить надежности и чувствительности привода, уменьшить массогабаритных параметры аппарата в целом.

Аппарат для остеосинтеза, содержащий подвижное и неподвижное кольца, автономное электропитание в виде малогабаритного аккумулятора, микроЭВМ управления работой аппарата, основной и два других привода линейного перемещения, состоящие из микропроцессорной системы управления, подсистемы аварийного отключения приводов, корпуса, штока, шагового микроэлектродвигателя, самотормозящей передачи винт-гайка с резьбовыми роликами, при этом ходовая гайка выполнена совместно со штоком, шток основного привода соединен с помощью трехстепенного шарнира с перемычкой, в которой с одной стороны жестко заделаны три штосселя в соответствующих направляющих, а с другой стороны жестко заделаны три резьбовых стержня, причем направляющие соединены с корпусом основного привода трехстепенным шарниром, отличающийся тем, что вал шагового микроэлектродвигателя соединен с помощью муфты с винтом передачи винт-гайка с резьбовыми роликами, перемычка соединена тремя резьбовыми стержнями с фиксатором углового положения основного привода, фиксатор состоит из стяжки и двух клиновых шайб с насечками и кольцевыми соединениями впадина-выступ на соприкасающихся поверхностях, и соединяет через вторую перемычку основной привод с неподвижным кольцом, корпус основного привода соединен с помощью трехстепенного шарнира с кронштейном, связанным с помощью двухстепенного шарнира с подвижным кольцом, корпуса каждого из двух других приводов связаны трехстепенным шарниром с подвижным кольцом, а их штоки через резьбовой стержень связаны трехстепенным шарниром с неподвижным кольцом.