способ дистального блокирования интрамедуллярных стержней при остеосинтезе длинных трубчатых костей и устройство для его осуществления
Классы МПК: | A61B17/58 для остеосинтеза, например планки, винты для костей и тп A61B18/22 когда луч направляется вдоль или пропускается через гибкий канал, например оптическое волокно; рукоятки или держатели для таких устройств |
Автор(ы): | Воронин Виктор Михайлович (RU), Воронин Михаил Викторович (RU), Никитин Валерий Михайлович (RU), Липунова Елена Андреевна (RU) |
Патентообладатель(и): | ООО "ВМВ-Медицина" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-07-10 публикация патента:
27.04.2010 |
Изобретение относится к медицине, а именно к малоинвазивной хирургии, травматологии и ортопедии. Способ включает проведение закрытой репозиции костных отломков длинной трубчатой кости. В костномозговой канал вводят интрамедуллярный стержень определенной длины с продольным каналом, который пересекается с нижерасположенным и вышерасположенным отверстиями на его рабочем конце. Путем импульсного лазерного внутрикостного прожигания формируют в трубчатой кости отверстия, совпадающие с нижерасположенными и вышерасположенными отверстиями на рабочем конце интрамедуллярного стержня. Затем через сформированные отверстия в трубчатой кости вводят блокирующие винты. Доставку измерительного лазерного сигнала на длине волны 1 и рабочего лазерного сигнала на длине волны 2 к месту формирования в трубчатой кости отверстий проводят с помощью предварительно введенного в продольное отверстие интрамедуллярного стержня световода, дистальный торец которого механически соединен и оптически сопряжен с акустооптическим наконечником, а входная его апертура механически соединена и оптически сопряжена с оптическим выходом двухчастотного приемо-передающего оптического узла. Осуществляют поочередную механическую и оптическую союстировку приемопередающей апертуры акустооптического наконечника с нижерасположенным и вышерасположенным отверстиями рабочего конца интрамедуллярного стержня. Концентрацию энергии импульсного рабочего лазерного сигнала на длине волны 2 на заданной точке внутренней поверхности трубчатой кости до величины, достаточной для ее лазерного прожигания, осуществляют так, чтобы он стал фазосопряженным по отношению к принятому сигналу. В управлении процессом внутрикостного лазерного прожигания отверстий в трубчатой кости используют также данные анализа параметров трехмерного Фурье-изображения области формируемого отверстия при зондировании этой области измерительным импульсным лазерным сигналом на длине волны 1. Вводят в сформированные отверстия блокирующие винты. Правильность прохождения блокирующих винтов через сформированные отверстия в трубчатой кости и пространственно совмещенные с ними отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня контролируют с помощью предварительно введенной в эти отверстия через мягкую ткань направляющей спицы Киршнера. В свою очередь, контроль правильности введения спицы Киршнера осуществляют с помощью гидирующего лазерного луча на длине волны 1, распространяющегося изнутри через отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня и соответствующие сформированные отверстия в трубчатой кости, а также мягкие ткани, непосредственно прилегающие к трубчатой кости в области дистального блокирования интрамедуллярного стержня. Изобретение обеспечивает уменьшение количества интраоперационных рентгеновских исследований, минимальную инвазивность и сокращает длительность операции. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Формула изобретения
1. Способ дистального блокирования стержней при интрамедуллярном остеосинтезе длинных трубчатых костей, включающий закрытую репозицию костных отломков длинной трубчатой кости, введение в костномозговой канал канюлированного интрамедуллярного стержня заранее определенной длины, формирование для блокирующих винтов в костной биоткани трубчатой кости отверстий, которые совпадают с вышерасположенным и нижерасположенным отверстиями на рабочем конце интрамедуллярного стержня, и введение под контролем с помощью спицы Киршнера блокирующих винтов через сформированные отверстия, отличающийся тем, что после введения в костномозговой канал канюлированного интрамедуллярного стержня заранее определенной длины в продольный канал интрамедуллярного стержня вводят световод с акустооптическим лазерным наконечником на его дистальном конце; осуществляют поочередную механическую и оптическую союстировку приемопередающей апертуры акустооптического лазерного наконечника с перпендикуляром, проходящим через центр нижерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня и опущенным к плоскости, в которой лежит это отверстие, для чего облучают нижерасположенное отверстие рабочего конца интрамедуллярного стержня измерительным импульсным лазерным сигналом на длине волны 1, принимают с помощью приемника излучения рассеянные сигналы на длине волны 1 и формируют в виде окружности двумерное Фурье-изображение нижерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня Iн(x,у), где Iн(х,у) - интенсивность излучения, пропорциональная квадрату модуля принятого и преобразованного по Фурье рассеянного нежирасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня измерительного импульсного лазерного сигнала на длине волны 1 в каждой точке фокальной плоскости Фурье-преобразователя, определяют расстояние от выходной апертуры двухчастотного приемопередающего оптического узла до внутренней поверхности трубчатой кости в области, совпадающей с нижерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, путем измерения временного интервала 1t между моментом излучения импульсного измерительного лазерного сигнала на длине волны 1 и моментом приема рассеянного внутренней поверхностью трубчатой кости в области, совпадающей с нижерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, лазерного сигнала на длине волны 1; для подготовки импульсного рабочего лазерного сигнала на длине волны 2 к управляемой импульсной лазерной деструкции костной биоткани трубчатой кости проводят предварительно автоматическую концентрацию энергии сигнала, фокусируя на отражающем зеркале, входящем в состав акустооптического наконечника и расположенном в плоскости, которая оптически сопряжена с плоскостью внутренней поверхности трубчатой кости, подлежащей лазерной деструкции, путем N-кратного переизлучения на отражающее зеркало отраженного им же импульсного рабочего лазерного сигнала на длине волны 2, где - сигнал, пропорциональный комплексной амплитуде импульсного рабочего лазерного излучения на длине волны 2; при этом в каждом цикле переизлучения отраженного импульсного рабочего лазерного сигнала осуществляют прием посредством двухчастотного приемопередающего оптического узла на этой же длине волны сигнала, отраженного отражающим зеркалом, после облучения его в данном цикле переизлучения; затем принятый на прямом его проходе отраженный импульсный рабочий лазерный сигнал усиливают в оптическом квантовом усилителе, где обращают его волновой фронт путем нелинейного четырехволнового смешения этого принятого сигнала с двумя опорными лазерными сигналами накачки Е02 и Е03, где Е02 и Е03 - сигналы, пропорциональные комплексным амплитудам полей первого и второго опорных лазерных излучений накачки, соответственно, имеющих плоские волновые фронты с заранее выбранными направлениями распространения; переизлучают в направлении отражающего зеркала сформированный в оптическом квантовом усилителе в результате процедуры четырехволнового смешения импульсный рабочий лазерный сигнал на длине волны 2 с обращенным волновым фронтом после его усиления на обратном проходе, где - сигнал, пропорциональный комплексной амплитуде поля импульсного рабочего лазерного излучения на длине волны 2 с обращенным волновым фронтом, автоматически формирующийся на выходе устройства обращения волнового фронта в каждом цикле переизлучения, при этом обращение волнового фронта переизлучаемого сигнала в каждом цикле переизлучения проводят с точностью до фазосопряжения по отношению к волновому фронту отраженного отражающим зеркалом импульсного рабочего лазерного сигнала с учетом всех фазовых искажений, которые он приобретает при распространении от отражающего зеркала до входной апертуры оптического квантового усилителя, контролируют процесс концентрации энергии импульсного рабочего лазерного сигнала интенсивностью , автоматически фокусируя его на отражающем зеркале, для чего в каждом N-м цикле переизлучения осуществляют прием отраженного отражающим зеркалом сигнала с помощью приемника сигналов на длине волны 2, измеряют интегральную интенсивность I каждого из N принятых сигналов и сравнивают I с заданным значением I0, прекращают процесс концентрации энергии сигнала на отражающем зеркале при выполнении условия I I0, где I - сигнал, пропорциональный сумме интенсивностей лазерного излучения, которые формируются в результате квадратичного детектирования принятого импульсного рабочего лазерного сигнала в каждой точке фокальной плоскости Фурье-преобразователя; I0 - заданное заранее значение интегральной интенсивности I ; приступают в N+1 цикле переизлучения сигнала к управляемой импульсной лазерной деструкции в костной биоткани трубчатой кости путем внутрикостного прожигания первого отверстия в области, совпадающей с нижерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, для чего усиливают с помощью оптического квантового усилителя переизлучаемый в N+1 цикле импульсный рабочий лазерный сигнал на длине волны 2 после обращения его волнового фронта так, чтобы интенсивность сигнала на внутренней поверхности трубчатой кости обеспечивала требуемый режим ее деструкции; изменяют плоскость поляризации переизлучаемого в N+1 цикле сигнала с поляризации вида Р 2 на поляризацию вида Р|| 2; проводят перефокусировку переизлучаемого сигнала с поверхности отражающего зеркала на внутреннюю поверхность трубчатой кости в первую точку, образующуюся при пересечении внутренней поверхности трубчатой кости с оптической осью приемопередающей апертуры акустооптического наконечника, для чего при формировании в N+1 цикле сигнала изменяют кривизну волнового фронта первого опорного лазерного сигнала накачки Е02 с учетом измеренного значения 1t, а управление положением точки фокусировки переизлучаемого сигнала на внутренней поверхности трубчатой кости осуществляют, изменяя направление распространения фронта волны второго опорного лазерного сигнала накачки Е03; осуществляют контроль процесса импульсной лазерной деструкции костной биоткани трубчатой кости в выбранной на ее поверхности точке, для чего принимают с помощью акустического сенсора импульсный акустический сигнал, образующийся в результате импульсной лазерной деструкции костной биоткани трубчатой кости под воздействием сигнала в N+1 цикле его переизлучения и фокусирования на выбранную точку поверхности костной биоткани трубчатой кости; передают формирующийся на электрическом выходе акустического сенсора импульсный электрический сигнал на вход устройства регистрации акустических сигналов, где измеряют его амплитуду и форму импульсного сигнала , а также время задержки 1 переднего фронта акустического сигнала относительно момента времени начала воздействия сигнала на костную биоткань трубчатой кости в N+1 цикле; облучают после прихода заднего фронта импульсного сигнала внутреннюю поверхность трубчатой кости, совпадающую с нижерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, импульсным измерительным лазерным сигналом на длине волны 1; принимают с помощью приемника излучения на длине волны 1 рассеянный внутренней поверхностью трубчатой кости сигнал на длине волны 1; формируют из принятого сигнала трехмерное Фурье-изображение костной биоткани I1(x,у,z) в области, совпадающей с нижерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, путем измерения временного интервала T1(x,у) между моментом излучения импульсного измерительного лазерного сигнала и моментом приема рассеянного внутренней поверхностью трубчатой кости импульсного измерительного сигнала на длине волны 1 в каждой точке Фурье-плоскости, где I 1(x,у,z) - сигнал, пропорциональный интенсивности излучения и формируемый путем квадратичного детектирования принятого и преобразованного по Фурье рассеянного внутренней поверхностью трубчатой кости импульсного измерительного лазерного сигнала на длине волны 1 в каждой точке фокальной плоскости Фурье-преобразователя, осуществляют проверку выполнения условий
1 < 0, , Т1(х,у)= Т0(х,у), I1(x,у,z)=I0(x,у,z) ,
где 0, , Т0(х,у), I0(x,у,z) - заданные значения времени задержки, амплитуды, временного интервала и интенсивности излучения в каждой точке фокальной плоскости Фурье-преобразователя, соответственно, при невыполнении этих условий дополнительно проводят М - кратно вышеописанную подготовку сигнала к управляемой импульсной лазерной деструкции костной биоткани и импульсную лазерную деструкцию трубчатой кости в первой выбранной на ее поверхности точке с последующей М - кратной оценкой эффективности процедуры лазерной деструкции, при этом по результатам каждой проверки условий
1 < 0, , T1(x,у)= T0(x,у), I1(x,у,z)=I0(x,у,z) определяют необходимую степень фокусировки сигнала на первой выбранной точке внутренней поверхности трубчатой кости и требуемую величину коэффициента усиления Ku , завершают управляемую импульсную лазерную деструкцию трубчатой кости в первой выбранной на ее поверхности точке при выполнении условий
1 < 0, , T1(x,у)= T0(x,у), I1(x,у,z)=I0(x,у,z) , осуществляют L последовательных во времени одинаковых актов управляемой импульсной лазерной деструкции костной биоткани, включая проведение процедур предварительной автоматической концентрации энергии сигнала , на отражающем зеркале, при этом L, равное числу точек фокусировки сигнала , определяют из соотношения L=(D/d11)2 , где D - диаметр нижерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня; d11 - диаметр «кратера» на внутренней поверхности трубчатой кости в первой выбранной точке, который формируется после завершения акта управляемой импульсной лазерной деструкции костной биоткани в этой точке; после завершения L-го акта управляемой импульсной лазерной деструкции костной биоткани в трубчатой кости в области, совпадающей с нижерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, формируют внутрикостно гидирующий лазерный луч, для чего сформированное первое отверстие в трубчатой кости изнутри зондируют непрерывным измерительным лазерным сигналом на длине волны 1 через нижерасположенное отверстие рабочего конца интрамедуллярного стержня до визуальной фиксации его извне через мягкие ткани, прилегающие к трубчатой кости в области сформированного в ней первого отверстия; для формирования второго отверстия в трубчатой кости в области, совпадающей с нижерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, разворачивают находящийся в продольном канале интрамедуллярного стержня световод и оптически и механически сопряженный с ним акустооптический наконечник на 180° относительно их оптической оси и осуществляют механическую и оптическую союстировку оптической оси приемопередающей апертуры акустооптического наконечника с перпендикуляром, проходящим через центр нижерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня и опущенным к плоскости, в которой лежит это отверстие; повторяют вышеописанные действия для формирования второго отверстия в области, совпадающей со вторым нижерасположенным отверстием на конце интрамедуллярного стержня, при этом для оценки эффективности лазерной деструкции костной биоткани во втором отверстии таким же образом определяют
2 , , , T2(x,у), осуществляя те же процедуры и в той же последовательности, что и при определении 1 < 0, ,
T1(x,у)= T0(x,у), I1(x,у,z)=I0(x,у,z) , а определение необходимой степени фокусировки сигнала и требуемой величины коэффициента усиления Ku осуществляют по результатам проверки условий
2 < 0, Т2(х,у)= Т0(х,у) после каждого импульсного лазерного воздействия на костную биоткань, причем L - число точек фокусировки определяют из соотношения L=(D/d21)2 , где D - диаметр нижерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня; d21 - диаметр «кратера» на внутренней поверхности трубчатой кости в первой выбранной точке в области формирования второго отверстия; визуально фиксируют извне через мягкие ткани, прилегающие к трубчатой кости в области сформированного в ней второго отверстия, прохождение гидирующего лазерного луча, затем по гидирующему лазерному лучу извне через мягкие ткани в сформированное в ближнем кортикальном слое трубчатой кости второе отверстие вводят спицу Киршнера; прекращают внутрикостное зондирование второго сформированного отверстия в трубчатой кости непрерывным измерительным лазерным сигналом на длине волны 1; световод с оптически и механически сопряженным с ним акустооптическим наконечником перемещают по продольному каналу интрамедуллярного стержня до уровня его вышерасположенного отверстия; возобновляют введение спицы Киршнера через сформированное в ближнем кортикальном слое трубчатой кости второе отверстие в трубчатой кости, далее - через нижерасположенное отверстие рабочего конца интрамедуллярного стержня и сформированное первое отверстие в дальнем кортикальном слое трубчатой кости; вводят по спице Киршнера блокирующий винт в нижерасположенное отверстие рабочего конца интрамедуллярного стержня; для формирования в трубчатой кости третьего и четвертого отверстий в области, совпадающей с вышерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня, после перемещения по продольному каналу интрамедуллярного стержня световода и оптически и механически сопряженного с ним акустооптического наконечника до уровня вышерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня осуществляют механическую и оптическую союстировку оптической оси приемопередающей апертуры акустооптического наконечника с перпендикуляром, проходящим через центр вышерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня и опущенным к плоскости, в которой лежит это отверстие; последовательно повторяют вышеописанные действия для формирования третьего и затем четвертого отверстия в области, совпадающей с вышерасположенным отверстием на конце интрамедуллярного стержня, при этом для оценки эффективности лазерной деструкции костной биоткани определяют соответственно
3 , , , Т3(х,у) и 4 , , , T4(x,у), а определение необходимой степени фокусировки сигнала и требуемой величины коэффициента усиления Ku осуществляют по результатам проверки условий
4 < 0, Т4(х,у)= Т0(х,у) и 4 < 0, Т4(х,у)= Т0(х,у) после каждого импульсного лазерного воздействия на костную биоткань, причем L, равное числу точек фокусировки , определяют из соотношения L=(D/d31)2 и L=(D/d41)2, где D - диаметр вышерасположенного отверстия рабочего конца интрамедуллярного стержня; d31 , и d41 - соответственно диаметры «кратеров» на внутренней поверхности трубчатой кости в первой выбранной точке в областях формирования третьего и четвертого отверстий, совпадающих с вышерасположенным отверстием рабочего конца интрамедуллярного стержня; после визуальной фиксации гидирующего лазерного луча извне через мягкие ткани, прилегающие к трубчатой кости в области сформированного в ней третьего и четвертого отверстий, совпадающих с вышерасположенным отверстием интрамедуллярного стержня, через сформированное четвертое отверстие в ближнем кортикальном слое трубчатой кости вводят извне по гидирующему лазерному лучу через мягкие ткани спицу Киршнера, прекращают внутрикостное зондирование четвертого сформированного отверстия в трубчатой кости непрерывным измерительным лазерным сигналом на длине волны 1; извлекают из продольного канала интрамедуллярного стержня световод и оптически и механически сопряженный с ним акустооптический наконечник; возобновляют введение спицы Киршнера через сформированное четвертое отверстие в трубчатой кости, далее - через вышерасположенное отверстие рабочего конца интрамедуллярного стержня и сформированное третье отверстие в дальнем кортикальном слое трубчатой кости; вводят по спице Киршнера блокирующий винт в вышерасположенное отверстие рабочего конца интрамедуллярного стержня.
2. Устройство для осуществления способа дистального блокирования интрамедуллярного стержня при остеосинтезе длинных трубчатых костей, содержащее волоконно-оптический инструмент, связанный световодом с приемопередающим оптическим узлом, образующим совместно с блоком питания, связанным с блоком управления и блоком индикации, приемопередающий модуль, отличающееся тем, что волоконно-оптический инструмент выполнен в виде акустооптического наконечника, содержащего светоделительный кубик со светоделительной гранью, приемопередающую апертуру, акустический сенсор, первое и второе отражательные зеркала, Фурье-преобразователь и диафрагму, при этом акустический сенсор закреплен внутри светоделительного кубика, сориентирован его приемной апертурой в плоскости, параллельной плоскости приемопередающей апертуры акустооптического наконечника, и электрически связан с устройством регистрации акустических сигналов, связанным с блоком управления и входящим в состав приемопередающего модуля, оптическая ось Фурье-преобразователя съюстирована с оптической осью светоделительного кубика и световода, первое отражательное зеркало с расположенной перед ним диафрагмой размещены в задней фокальной плоскости Фурье-преобразователя перпендикулярно к его оптической оси, приемопередающая апертура акустооптического наконечника совмещена с одной из боковых граней светоделительного кубика, а ее оптическая ось сопряжена с оптической осью световода через светоделительную грань светоделительного кубика и первый оптический разъем, при этом вторым оптическим разъемом световод связан с выходной апертурой приемопередающего оптического узла, выполненного двухчастотным и включающего волоконно-оптический преобразователь, приемник лазерных измерительных сигналов на длине волны 1, связанный с оптическим фильтром сигналов на длине волны 1, оптический квантовый генератор измерительных линейно поляризованных лазерных сигналов на длине волны 1, приемник импульсных рабочих лазерных сигналов в инфракрасной области спектра на длине волны 2, связанный с оптическим фильтром импульсных рабочих лазерных сигналов на длине волны 2, оптический квантовый генератор импульсных рабочих лазерных сигналов на длине волны 2, оптический квантовый усилитель импульсных рабочих лазерных сигналов на длине волны 2, связанный первым и вторым оптическими управляющими входами с первым и вторым управляющими элементами соответственно и выполненный с возможностью одновременного введения на соответствующие входы отраженных импульсных рабочих лазерных сигналов на длине волны 2 и опорных лазерных сигналов накачки Е 02 и Е03, поляризатор-анализатор, первую и вторую управляемые оптические линии задержки, третье, четвертое и пятое отражающие зеркала, светоделительную призму, первое и второе полупрозрачные зеркала, при этом выходная апертура волоконно-оптического преобразователя является выходной апертурой приемопередающего оптического узла, первая приемопередающая апертура волоконно-оптического преобразователя через первое полупрозрачное зеркало соединена соответственно с оптическим фильтром сигналов на длине волны 1 и оптическим выходом оптического квантового генератора измерительных линейно поляризованных лазерных сигналов на длине волны 1, вторая приемопередающая апертура волоконно-оптического преобразователя через последовательно расположенные третье отражательное зеркало и второе полупрозрачное зеркало соединена соответственно с оптическим фильтром импульсных рабочих лазерных сигналов на длине волны 2 и поляризатором-анализатором, связанным с первым оптическим входом оптического квантового усилителя импульсных рабочих лазерных сигналов на длине волны 2, второй оптический вход которого оптически соединен с первым оптическим выходом оптического квантового генератора импульсных рабочих лазерных сигналов на длине волны 2, второй оптический выход которого через светоделительную призму связан соответственно с четвертым отражающим зеркалом, оптически связанным через первую управляемую линию задержки с первым управляющим элементом, и - с пятым отражающим зеркалом, оптически связанным через вторую управляемую линию задержки со вторым управляющим элементом, при этом электрические входы оптических фильтров, поляризатора-анализатора, первого и второго управляющих элементов, первой и второй управляемых оптических линий задержки, блока индикации, устройства регистрации акустических сигналов, оптических квантовых генераторов и приемников лазерных сигналов, оптического квантового усилителя соединены с блоком управления и блоком питания.
Описание изобретения к патенту
Класс A61B17/58 для остеосинтеза, например планки, винты для костей и тп
Класс A61B18/22 когда луч направляется вдоль или пропускается через гибкий канал, например оптическое волокно; рукоятки или держатели для таких устройств