Віброекстрактор для різьбових фрагментів транспедикулярних шурупів

Реферат: Винахід належить до ортопедії, травматології і вертебрології і призначений для витягання з кісткової тканини різьбових фрагментів транспедикулярних шурупів, які знаходяться в ній унаслідок втомного руйнування і які не мають конструктивних елементів, які сприяють їх захвату і вигвинчуванню за допомогою відомих інструментів. Суть винаходу полягає в тому, що в конструкції інструменту, яка містить рукоятку для створення крутного моменту, голівку у вигляді чашки з отворами в донній частині під торцеві шпонки зачіпних елементів у вигляді змінних вкладишів у формі сегментів з гвинтоподібними виступами (лезами) на внутрішніх конічних поверхнях, а також канавку і прорізи під фіксатор вкладишів у вигляді фігурної кільцевої пружини, згідно з винаходом, стержнева частина інструменту між рукояткою і голівкою складається з порожнистого циліндра з отворами для охолоджування і трубчастого перехідника голівки, послідовно розташованих на одній осі і зв'язаних між собою виконаним в площині вузла коливань фланця ступінчастого півхвильового концентратора подовжніх коливань циліндрової форми, торець великого діаметра якого сполучений з розташованим в порожнині циліндра магнітострикційним перетворювачем енергії у вигляді двостержневого рамкового магнітопровода з обмотками збудження подовжніх механічних UA 108799 C2 (12) UA 108799 C2 коливань, а торець меншого діаметра, розміщений в трубчастому перехіднику, знаходиться у контакті з козирками вкладишів, підпружинених в осьовому напрямку внутрішніми частинами фігурної кільцевої пружини (фіксатора), причому торцеві поверхні концентратора розташовані в площинах пучності коливань. Внутрішні частини пружини, що знаходиться у вільному стані, призначені для розміщення в канавках на зовнішніх поверхнях вкладишів, і її зовнішні частини, призначені для розміщення в кільцевій канавці і в прорізах чашки голівки, знаходяться на різних рівнях. Конструкція екстрактора, завдяки коливанням зачіпних елементів, підвищує надійність захвату і вигвинчування різьбових фрагментів шурупів, що відрізняються по діаметру і не мають спеціальних конструктивних елементів для передачі крутного моменту. UA 108799 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до ортопедії і вертебрології і призначений для витягання з кісткової тканини різьбових фрагментів транспедикулярних шурупів, які знаходяться в ній унаслідок втомного руйнування і не мають конструктивних елементів, сприяючих їх захвату і вигвинчуванню за допомогою відомих, призначених для цього, інструментів. Сучасні системи корекції і стабілізації хребта характеризуються наявністю великого числа транспедикулярних шурупів (ТШ) різної довжини і діаметрів, які забезпечують закріплення елементів систем і виключають самовільне розгвинчування. Вони мають діаметри від 4,5 до 8,5 мм, довжину від 25 до 100 мм і забезпечені напівкруглими голівками діаметрів 13…15 мм з поперечним пазом під інструмент, який розглядається як аналог, за допомогою якого вони угвинчуються в кісткову тканину і вигвинчуються з неї при необхідності (Deformity Spinal Fixation System. www.Lanx.co; Operative technigue, StryKer Spine, www.stryker.com/emea/index.htm). Характерним недоліком, властивим ТШ даної конструкції, є відрив голівки від різьбової частини шурупа, причому площина відриву може знаходитися в безпосередній близькості від голівки і проходити через зону концентрації напружень, утворену перехідною шийкою ТШ, розташованою зовні кісткової тканини, або проходити через западини різьбової частини на кордоні кісткової тканини, або знаходитися усередині кісткової тканини, що створює ще більшу проблему витягання різьбового фрагмента ТШ, що знаходиться усередині кісткової тканини. З вищевикладеного виходить, що зовнішні кінці різьбових фрагментів ТШ, які лежать в площині відриву, відрізняються один від одного по діаметру і не мають конструктивних елементів для захвату, що створює проблему для їх витягання (вигвинчування). Відомі також конструкції інструменту для загвинчування/вигвинчування неушкоджених ТШ, що є воротками (викрутками) з голівками, забезпеченими захватними елементами, які входять в контакт з відповідними конструктивними елементами голівки ТШ (Системі корекції та стабілізації хребта, Харків ІПХС ім. проф. М.І. Ситенка). Основним недоліком таких інструментів є те, що жоден з них не забезпечений захоплювальними елементами для різьбових фрагментів зламаних гвинтів (шурупів), здатними передати їм крутний момент, необхідний для їх вигвинчування з кісткової тканини. За найближчий аналог (прототип) взята конструкція екстрактора для різьбових фрагментів транспедикулярних шурупів за патентом України № 98224 С2 (опубл. 25.04.2012, Бюл. № 8), що містить голівку у вигляді чашки зачіпними елементами у вигляді змінних вкладишів у формі сегментів з торцевими шпонками і гвинтоподібними виступами на внутрішніх конічних поверхнях, створюючих порожнину за формою зрізаного конуса, і забезпеченою канавками і прорізами на зовнішній циліндричній поверхні під фіксатор вкладишів у вигляді кільцевої фігурної пружини, а також рукоятку із стержнем для передачі голівці крутного моменту. Основним недоліком даної конструкції екстрактора є складність формування на різьбовому фрагменті, що знаходиться в кістковій тканині, поглиблень, за допомогою гвинтоподібних виступів вкладишів, необхідних для передачі крутного моменту (моменту вигвинчування). Утворення цих поглиблень (вм'ятин) вимагає значних осьових зусиль, що прикладаються до екстрактора, що в більшості випадків недопустимо унаслідок надмірної деформації хребетного стовпа, небезпеки пошкодження міжхребетних дисків і нервових відростків, і близько розташованих внутрішніх органів. Утворення поглиблень недостатньої глибини приводить до того, що зрізується частина матеріалу різьбового фрагмента (витка різьби) гвинтоподібними виступами при обертанні екстрактора з метою його вигвинчування, що пояснюється наявністю великого моменту опору вигвинчуванню різьбового фрагмента і малою площею поверхні поглиблень, що сприймають крутний момент, що прикладається до екстрактора. Зрізання частини матеріалу з вершини витка різьбового фрагмента приводить до його затуплення, тобто до збільшення площі поверхні при його вершині, з якою взаємодіють гвинтоподібні виступи (леза), а отже, повторення процедури захвату вимагає великих по величині осьових зусиль і крутного моменту, для врізання лез, що створює дискомфортні умови для пацієнта, збільшує час операції, а також приводить до неможливості здійснення витягання різьбового фрагмента з кісткової тканини. В основу винаходу поставлено задачу створення інструменту (екстрактора), здатного забезпечити надійний захват і вигвинчування різьбових фрагментів шурупів без значних силових дій на хребет, небезпеки пошкоджень нервових закінчень і внутрішніх органів людини (пацієнта). Суть винаходу полягає в тому, що в запропонованій конструкції інструменту, що містить рукоятку для створення крутного моменту, голівку у вигляді чашки з отворами в донній частині під торцеві шпонки зачіпних елементів у вигляді змінних вкладишів у формі сегментів з гвинтоподібними виступами (лезами) на внутрішніх конічних поверхнях, а також канавку і 1 UA 108799 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 прорізи під фіксатор вкладишів у вигляді фігурної кільцевої пружини, згідно з винаходом, стержнева частина інструменту (віброекстрактора) між рукояткою і голівкою складається з порожнистого циліндра з отворами для охолоджування і трубчастого перехідника голівки, послідовно розташованих на одній осі і зв'язаних між собою за допомогою виконаного в площині вузла коливань фланця ступінчастого півхвильового концентратора подовжніх коливань циліндричної форми, торець концентратора більшого діаметра якого сполучений з розміщеним в порожнині циліндра магнітострикційним перетворювачем електромагнітної енергії у вигляді двостержневого рамкового магнітопроводу з обмотками збудження подовжніх механічних коливань, а торець концентратора меншого діаметра, розміщений в трубчастому перехіднику, знаходиться у контакті з козирками вкладишів, підпружинених в осьовому напрямі внутрішніми частинами фігурної кільцевої пружини (фіксатора), причому торцеві поверхні концентратора розташовані в площинах пучності коливань. Внутрішні частини пружини, що знаходиться у вільному стані, призначені для розміщення в канавках на зовнішніх поверхнях вкладишів, і її зовнішні частини, призначені для розміщення в кільцевій канавці і в прорізах чашки голівки, розташовані на різних рівнях. При порівнянні прототипу із заявленим технічним рішенням видно, що останнє характеризується наступними відмітними особливостями. По-перше, високочастотні коливання (вібрації), що створюються магнітострикційним перетворювачем і передаються за допомогою концентратора коливань вкладишам, забезпечують віброударний процес врізування гвинтоподібних виступів (лез) в матеріал різьбового фрагмента ТШ, який сприяє як зменшенню необхідного для цього осьового зусилля, що прикладається до інструменту, так і зменшенню часу формування на вершині витків різьбового фрагмента ТШ поглиблень, необхідних для зачеплення лез і передачі моменту, (моменту вигвинчування). По-друге, передавані різьбовому фрагменту в процесі врізання вібрації сприяють утворенню розривів (мікротріщин) в місцях контакту матеріалу різьбового фрагмента ТШ з кістковою тканиною, що зменшує момент тертя, а отже і величину крутного моменту, необхідного для його вигвинчування, а також вірогідність зрізання вершин різьбових витків фрагментів ТШ, що знаходяться в кістковій тканині. На фіг. 1 показана конструкція віброекстрактора в розрізі; на фіг. 2 - переріз А-А на фіг. 1; на фіг. 3 - вигляд по стрілці Б на фіг. 1; на фіг. 4 - конструкція кільцевої фігурної пружини (фіксатора вкладишів); на фіг. 5 - переріз Б-Б на фіг. 4; на фіг. 6 - схема захвату і витягання різьбового фрагмента ТШ. Віброекстрактор (фіг. 1) є стержневою конструкцією, на одному кінці якої є чашкова голівка 1 для розміщення змінних зачіпних елементів у вигляді вкладишів 2 у формі сегментів, а на іншому - рукоятка 3 для створення моменту вигвинчування різьбових фрагментів з кісткової тканини. Розташована між рукояткою і голівкою стержнева частина конструкції складається з порожнистого циліндра 4 з отворами 5 і 6 відповідно для підведення і виходу середовища, що охолоджує, у вигляді стисненого повітря, і трубчастого перехідника 7, послідовно розташованих на одній осі з голівкою і рукояткою, зв'язаних між собою за допомогою виконаного в площині вузла коливань фланця ступінчастого півхвильового концентратора (генератора) подовжніх коливань циліндричної форми 8. Розміщення фланця в площині вузла коливань, що характеризується близьким до нуля значенням амплітуди коливань, виключає передачу коливань через фланець елементам стержневої частини віброекстрактора. Вхідний кінець концентратора більшого діаметра розміщений в порожнині циліндра 4 і сполучений паянням в площині пучності коливань з двостержневим рамковим магнітопроводом 9 квадратного перерізу з обмотками збудження 10, створюючих магнітострикційний перетворювач електромагнітної енергії в механічні подовжні коливання вихідного кінця 11 концентратора 8, розміщеного в трубчастому перехіднику 7 голівки. Торцеві поверхні вхідного і вихідного кінців концентратора розташовані в площинах пучності коливань, що забезпечує отримання на вході і на виході максимальних значень амплітуди подовжніх коливань. У донній частині голівки виконані отвори 12 прямокутної форми (фіг. 2) під торцеві шпонки 13 вкладишів 2, забезпечених козирками 14, підпружиненими до кінця 11 хвилеводу внутрішніми частинами фігурної кільцевої пружини 16 (фіг. 4), розміщеними в канавках 17 на зовнішніх поверхнях вкладишів 2. Зовнішні частини 18 кільцевої пружини 16 розташовані в кільцевій канавці 19 і в прорізах 20, виконаних в чашці голівки 1. Створення зусилля підтиску кінця 11 забезпечується за рахунок розташування на різних рівнях внутрішніх і зовнішніх частин кільцевої фігурної пружини, що знаходиться у вільному стані (фіг. 5), тобто до її установки в голівку з вкладишами. 2 UA 108799 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вкладиші 2 у формі сегментів, що є зачіпними елементами віброекстрактора, забезпечені гвинтоподібними виступами 21 (лезами) на внутрішніх конічних поверхнях, що мають в поперечному перерізі конічну форму. Після установки в чашку голівки 1 вони утворюють поверхню у вигляді зрізаного конуса, що забезпечує центрування голівки відносно кінців витягуваних з кісткової тканини різьбових фрагментів шурупів (фіг. 6). Конічні поверхні вкладишів, забезпечені гвинтоподібними виступами (лезами) 21 з конічною формою поперечного перерізу, утворюють багатозахідну конічну різьбу великого кроку, протилежну за напрямком різьбі шурупів. Процес витягання (вигвинчування) різьбового фрагмента ТШ з діаметром зовнішнього кінця dp, розташованого на границі кісткової тканини показаний на фіг. 6. Спочатку, для забезпечення доступу зачіпних елементів до витків різьби фрагмента ТШ, виконується видалення частини прилеглої до них кісткової тканини з утворенням кільцевого поглиблення діаметром D і глибиною Н за допомогою кільцевого трубчастого свердла відомої конструкції, використовуваного в хірургічній практиці. Потім, в контакт з кінцем фрагмента ТШ вводяться гвинтоподібні виступи (леза) 21 сегментних вкладишів 2, до рукоятки 3 прикладається зусилля F, крутний момент Мкр і включається подача живлення на обмотку збудження 10 магнітострикційного перетворювача (вібратора). В результаті, в магнітопроводі 9 перетворювача збуджуються подовжні механічні коливання з частотою V і амплітудою а10,002…0,005 мм, яка посилюється до амплітуди а20,01…0,1 мм за допомогою ступінчастого концентратора 8 і передається козиркам 14 вкладишів 2, викликаючи їх подовжні (осьові) коливання (Кумабе Д. Вібраційне різання: Пер. з яп. С.Л. Масленникова / Под ред. I.I. Портнова, В.В. Белова. - М. Машиностроение, 1985.-424 с., глава 7; Подураєв В.Н. Обробка різанням з вібраціями. - М. Машиностроение, 1970.-350 с., стор. 318; Донськой А.В., Келлер O.К., Кратиш Г.С. Ультразвукові електротехнічні установки. - Л.: Энергоиздат, 1982. - 208 с., - С. 42; С. 131-139; Волосатов В.А. Ультразвукова обробка. - Л.: Лениздан, 1973. - 248 с.). Ввійшовши в контакт з вершинами верхніх витків різьби фрагмента ТШ, гвинтоподібні виступи (леза) утворюють поглиблення, розмір (глибина) і число яких збільшується у міру обертання голівки внаслідок пластичної деформації матеріалу ТШ, що виключає зрізання вершин різьби і збільшення моменту Мкр з метою подолання моменту опору вигвинчуванню. Для досягнення максимальних (розрахункових) значень амплітуди коливань, коливальна система, утворена перетворювачем і концентратором, повинна знаходитися в резонансному стані, що досягається при загальній довжині системи, кратної λ/2, де λ - довжина стоячої хвилі подовжньої деформації. Таким чином, на викладену в прототипі кінематичну схему навантаження вкладишів з гвинтоподібними виступами (лезами) накладається додатковий направлений вібраційний рух вкладишів з лезами відносно кінця різьбового фрагмента ТШ, що покращує процес врізання лез в його матеріал з метою утворення поглиблень для передачі крутного моменту (Ахмедшин Н.И. и др. Вибрационное резание металлов/ Под ред. К.М. Рагульськиса. - Л. Машиностроение, 1987. - 80 с.). При цьому вихідному кінцю концентратора можуть надаватися як гармонійні, так і негармонійні коливання з частотою від 200 до 16000 Гц (високочастотні коливання), а також і ультразвукові коливання з частотою вище 16000 Гц. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Віброекстрактор для різьбових фрагментів транспедикулярних шурупів, що містить рукоятку із стержнем для передачі крутного моменту, чашкову голівку з отворами в донній частині під торцеві шпонки, зачіпні елементи у вигляді змінних вкладишів у формі сегментів з торцевими шпонками і гвинтоподібними виступами на внутрішніх конічних поверхнях, а також канавку і прорізи під фіксатор вкладишів у вигляді фігурної кільцевої пружини, який відрізняється тим, що його стержнева частина між рукояткою і голівкою складається з порожнистого циліндра з отворами для охолоджування і трубчастого перехідника голівки, послідовно розташованих на одній осі і зв'язаних між собою за допомогою фланця ступінчастого півхвильового концентратора подовжніх коливань циліндричної форми, виконаного в площині вузла коливань, торець концентратора більшого діаметра якого сполучений з розміщеним в порожнині циліндра магнітострикційним перетворювачем електромагнітної енергії у вигляді двостержневого рамкового магнітопроводу з обмотками збудження подовжніх механічних коливань, а торець концентратора меншого діаметра, розміщений в трубчастому перехіднику, знаходиться у контакті з козирками вкладишів, підпружинених в осьовому напрямку внутрішніми частинами 3 UA 108799 C2 5 фігурної кільцевої пружини, причому торцеві поверхні концентратора розташовані в площинах пучності коливань. 2. Віброекстрактор за п. 1, який відрізняється тим, що внутрішні частини фігурної кільцевої пружини, що знаходиться у вільному стані, призначені для розміщення в канавках на зовнішній поверхні вкладишів, і її зовнішні частини, що розміщуються в кільцевій канавці і в прорізах чашки голівки, розташовані на різних рівнях. 4 UA 108799 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5