способ вправления застарелых вывихов плечевой кости

Формула изобретения

Способ вправления застарелых вывихов плечевой кости аппаратом внеочаговой фиксации, в котором для выведения кнаружи головки плечевой кости используют стержень-шуруп, вводимый в верхнюю треть наружной поверхности плечевой кости, отличающийся тем, что стержень-шуруп вводят в кость под углом = 305^o к горизонтальной плоскости, а тягу за него производят под углом = -255^o от горизонтальной оси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, и может быть использовано для вправления застарелых вывихов плечевой кости.

Для постепенного закрытого вправления застарелых вывихов плечевой кости используют аппараты внеочаговой фиксации. Вправление вывиха осуществляется в три этапа: дистракция, выведение головки плечевой кости латерально, компрессия с окончательным вправлением. Все способы вправления с помощью аппаратов внеочаговой фиксации отличаются приспособлениями для осуществления второго этапа репозиции, тогда как дистракция и компрессия во всех случаях осуществляется аналогично.

Известен способ вправления вывихов плечевой кости при помощи аппарата Илизарова, в котором для выведения головки плечевой кости кнаружи используется спица со штыкообразным изгибом, проводимая с внутренней стороны плеча, из подмышечной области [1, 2].

Указанный способ имеет ряд недостатков. Так, область введения спицы по данному способу имеет сложную топографию сосудисто-нервных образований, которая меняется при вывихе, что увеличивает вероятность повреждения магистральных сосудов и нервов при проведении спицы. Вследствие того, что внутренний конец спицы остается без натяжения, увеличивается опасность воспаления мягких тканей вокруг него.

Наиболее близким к предлагаемому является способ вправления застарелых вывихов плеча аппаратом Алейникова, в котором для выведения головки плеча из-под нижнего края суставной впадины используется винт для остеосинтеза губчатой кости или стержень-шуруп, проводимый перпендикулярно оси конечности, за который осуществляется тяга в латеральном направлении [3]. Винт вводится с наружной стороны плеча, что исключает повреждение сосудов и нервов; минимально травмируются мягкие ткани, что значительно уменьшает риск гнойных осложнений. Тяга может быть четко дозирована и распределена во времени, что позволяет вправлять вывихи значительной давности. Основным недостатком этого метода является достаточно высокая вероятность вырывания винта из кости ввиду совпадения направления сил тяги с осью винта.

Указанных недостатков (травматичности оперативного вмешательства, опасности вырывания винта из кости, повышенной вероятности возникновения воспалительных осложнений и прорезывания мягких тканей) лишен предлагаемый способ, разработанный с целью повышения эффективности устранения застарелых вывихов плечевой кости.

Указанная цель достигается за счет того, что стержень-шуруп ввинчивается в кость под углом =305^o от горизонтальной оси. и тяга за него производится под утлом =-255^o от горизонтальной оси. Оптимальные величины углов и получены в результате математического моделирования и анализа.

Построение расчетной модели комплекса "плечевой сустав - чрескостный аппарат" было осуществлено следующим образом.

Общая математическая модель "плечевой сустав - чрескостный аппарат" (фиг. 1) включает в себя лопатку 1, плечевой сустав 2 - упруговязкое соединение, плечевую кость 3, каркас аппарата 4, стержень-шуруп 5, к которому прилагается сила тяги F_T.

Рассмотрен статический режим, когда стержень находится в равновесии. Из этого следует:

1. сумма всех сил, действующих на стержень-шуруп, равна 0.

2. сумма всех моментов сил, действующих на стержень-шуруп, равна 0.

Из 1-го условия следует (фиг. 2):

1. F^B_T = -Ncos+Rcos, где F^B_T = F_Tcos - вырывающая сила (для упрощения сила тяги F_T направлена вдоль горизонтальной оси)

Из 2-го условия:

2. Rd/cos = F_Tsin(l_c-d/cos)

Полученные соотношения (1) и (2) необходимы и достаточны для равновесия стержня-шурупа. Отсюда получены силы, действующие на кость со стороны стержня-шурупа (фиг. 3):

1. Сила F_B, величина которой равна проекции силы тяги F_T на ось стержня-шурупа, стремится вырвать его из кости.

2. Силы R и N, приложенные в точках O₁ и О₂ соответственно, стремятся повернуть кость вокруг некоторого центра О₃, лежащего на отрезке O₁O₂, и прижимают стержень к стенкам кости, препятствуя его вырыванию силой F_B.

Кроме этих сил на кость действуют силы со стороны лопатки, мягких тканей, а также спиц чрескостного аппарата. Эти силы в модели в явном виде не отражены с целью упрощения. Достаточно учитывать только то, что они уравновешивают действие силы тяги F_B на кость.

На этой основе построена упрощенная модель комплекса "плечевой сустав-чрескостный аппарат". При этом дополнительно принято, что поперечные размеры кости достаточно малы по сравнению с размерами чрескостного аппарата, вследствие чего момент сил вращения относительно т. О₃ (фиг. 3) много меньше момента сил, создаваемого силой тяги _T относительно точки О закрепления кости спицами (фиг. 4). Закрепление спицами рассмотрено как шарнирное соединение с неподвижным основанием. Лопатка также принята неподвижной, так как она удерживается чрескостным аппаратом (фиг. 1).

1. Полезный момент сил (создающий вращение кости в нужном для исправления вывиха направлении): М_п=F_T ^Пl_П

2. Полезная сила смещения (создающая полезный момент сил):

F^П_T = F_Tcos

3. Неполезная сила вырывания: F_B = F_Tcos(+)

Ось OY на фиг. 4 располагается в таком положении, которое должна занимать кость при нормальных условиях (отсюда взят некоторый угол между осью OY и первоначальным расположением кости).

При решении задачи выбора параметров для описания и (модели) сил и моментов, действующих на кость, учтены два критерия:

1. Минимизация числа значимых для устанения вывиха параметров.

2. Выбор наиболее удобных для управления (в практическом плане при установке аппарата) параметров.

В качестве базовой выбрана следующая совокупность параметров:

R - радиус кольца;

l= l₁ - расстояние от точки закрепления кости спицами до точки ввинчивания стержня-щурупа;

- угол ввинчивания стержня-шурупа в плечевую кость от горизонтальной оси;

- угол тяги за стержень-шуруп от горизонтальной оси;

F_Т - сила тяги, приложенная к стержню-шурупу.

Пользуясь расчетной схемой (фиг. 5) получены выражения для момента сил М, поворачивающего кость вокруг т. О, и вырывающей силы F_B.

Момент M_П создается приложением к стержню силы тяги F_T. При его расчете считаем закрепление кости спицами в точке О абсолютно жестким: в этом случае плечом действия силы F_Т является отрезок 1_П (фиг. 5)

F_B = F_Tcos(+)



Задача оптимизации в первом приближении сводится к такому выбору параметров и , которые доставляют минимум силе вырывания F_B и максимум полезному моменту М_П.

Выбрана область изменения углов и от -/4 до +/4. Соотношение радиуса кольца и длины участка у кости 1 выбрано таким образом:

1=4R.

При помощи компьютерной программы MATLAB фирмы The MathWorks, Inc. произведены расчеты и построены трехмерные графики зависимости F_B (график фиг.7) и М_П (график фиг.8) от углов и . Из этих графиков видно, что достижение минимума F_B и максимума М_П за счет выбора значений углов и частично находится в противоречии. Поэтому была введена интегральная целевая функция Q, учитывающая:

- величину, обратную силе вырывания 1/F_B;

- величину полезного момента сил М_П;

- величину полезной силы тяги;

- практические ограничения на углы и .

Интегральный критерий оптимальности состоит в максимизации интегральной целевой функции Q.

На графике фиг.9 показана зависимость значений интегральной целевой функции Q от углов и . Как видно из графика, наилучшим в смысле интегрального критерия будет случай, когда угол =30^o и угол =-30^o (с учетом направления от горизонтальной оси).

Приводим пример использования предложенного способа вправления застарелых вывихов плечевой кости.

Больная Андрианова Т. А. , 1950 г.р., история болезни 7129. 20.07.2000 упала на область левого плечевого сустава. Занималась самолечением по поводу "ушиба" плеча. За медицинской помощью не обращалась на протяжении 2 месяцев. 13.10.2000 госпитализирована в РосНИИТО им. P.P. Вредена с диагнозом: Застарелый вывих левой плечевой кости. 23.10.2000 больной под проводниковой анестезией наложен чрескостный аппарат: проведено по паре спиц через акромиальный отросток лопатки и нижнюю треть плечевой кости, в наружную поверхность верхней трети плечевой кости, под углом 30^o к горизонтальной плоскости введен стержень-шуруп. Скомпонован аппарат из 3 опор (фиг. 6,1). Дистракция начата 25.10.2000. За 19 суток головка была выведена за нижний край fossa glenoidale (фиг. 6,2) и начата тракция плечевой кости кнаружи с использованием стержня-шурупа, введенного в кость под углом =30^o от горизонтальной оси. При этом тракционное усилие за свободный конец стержня-шурупа осуществлялось под углом =-20^o от горизонтальной оси. За 11 суток головка плечевой кости выведена из состояния внутреннего вывиха (фиг. 6,3). С 24.11.2000 начата компрессия и 02.12.2000 вывих был вправлен (фиг. 6,4). 09.12.2000 аппарат демонтирован, головка плечевой кости диафиксирована спицами (фиг. 6,5). При удалении стержня-шурупа констатировано, что он был жестко фиксирован в кости; данных за его вырывание не было. Через трое суток больная была выписана на амбулаторное лечение. Отвечая на письменный запрос от 25.02.2001, сообщила, что спицы были удалены и иммобилизация прекращена 05.01.2001. К труду (доярка) приступила 07.02.2001. Движения в плечевом суставе в пределах 60^o.

Источники информации

1. Шевцов В. И. , Швед С.И., Сысенко Ю.М. Лечение больных с переломами плечевой кости и их последствиями методом чрескостного остеосинтеза. - Курган, 1995. - С. 90-94.

2. Илизаров Г.А., Сысенко Ю.М., Швед С.И., Голиков В.Д. Чрескостный остеосинтез при лечении переломовывихов плеча // Ортопедия, травматология, протезирование. - 1982, 7 . - С. 46-48.

3. Алейников А.В. Лечение застарелых вывихов плеча. - Нижний Новгород, 1995. - С.74.