CC BY
38
Янкина Н.Н., Кибиткин А.С. , Мартынов И.Ю. , Абубекирова В.С. , Митин А.А., Кузнецова Е.В. УСТАНОВКА ДЛЯ УДЛИНЕНИЯ КОНЕЧНОСТИ
Одной из важных задач при удлинении конечности является определение оптимального момента начала дистракции и ежесуточной величины дозированных однократных перемещений костных фрагментов, так преждевременная дистракция (костный регенерат еще не достиг оптимального созревания) приводит к перелому на участке удлинения, а дистракция проведенная с запозданием (костный регенерат уже перешел в стадию формирования костной ткани) - к разрыву костного регенерата. Вследствие чего возникает необходимость выждать время (7 - 10 дней) для образования нового участка сочленения (зоны роста) дис-тракционного костного регенерата. Затем дистракция возобновляется. Такие ситуации приводят к различным осложнениям, к увеличению случаев травматичности и сроков реабилитации больных [1].
Скорость формирования костной мозоли в немалой степени зависит от возраста пациента и его индивидуальных особенностей. У людей пожилого и престарелого возраста процесс минерализации костной ткани осуществляется намного медленнее, что существенно влияет на скорость созревания костного регенерата. В этой связи еще одной задачей при лечении больных с переломами костей и необходимостью удлинения конечностей является ускорение процесса регенерации косной ткани [2].
Сущность метода заключается в том, что больным в участок сочленения костных фрагментов вводятся электроды, с помощью которых осуществляется воздействие электрическим током на костный регенерат и измеряется значение работы затрачиваемой электрическим током на изменение состояния костного регенерата. По значению работы судят о состоянии костного регенерата, определяют оптимальный момент начала дистракции [3].
Для ежесуточной оценки состояния косного регенерата предложено устройство, приведенное на рис. 1.
Первый электрод датчика вводится в участок сочленения костных фрагментов и представляет собой изолированную от мягких тканей иглу, вторым электродом является опора со спицами компрессионно-дистракционного аппарата.
После включения устройство непрерывно работает в течение периода дистракции.
Устройство каждые сутки замеряет значение работы и вычисляет разницу между последующим и предыдущим суточными значениями, по которой определяется момент начала дистракции и величина перемещения костных фрагментов.
Рис.1 Устройство для ежесуточного контроля состояния костного регенерата
Устройство позволяющее реализовать джоульметрический метод содержит кнопку «Пуск», датчик с двумя электродами, источник стабилизированного тока ИСТ, ключ К, два пороговых элемента ПЭ1 и ПЭ2, схему управления СУ, измеритель временных интервалов ИВИ, временное устройство ВУ, запоминающее устройство ЗУ, арифметическо - логическое устройство АЛУ.
Устройство работает следующим образом: после выполнения остеотомии первый электрод датчика вво-
дится в участок сочленения костных фрагментов. При нажатии кнопки «Пуск» схема управления обнуляет показания измерителя временных интервалов, обнуляются показания временного устройства.
Со схемы управления включается ключ, ток с источника стабилизированного тока поступает на ключ, на первый участок цепи, датчик, второй участок цепи и общую шину. При достижении на датчике напряжения, превышающего порог срабатывания первого порогового элемента, первый пороговый элемент срабатывает и запускает измеритель временных интервалов, который начинает отсчет времени изменения межэлек-тродного потенциала от нижнего уровня до верхнего. При достижении на датчике напряжения, превышающего порог срабатывания второго порогового элемент, второй пороговый элемент срабатывает и прекращается отсчет времени измерителя временных интервалов, значение измерителя временных интервалов поступает на арифметическо - логическое устройство. Информация в измерителе временных интервалов сохраняется до срабатывания временного устройства. Одновременно на арифметическо - логическое устройство, по сигналу с измерителя временных интервалов, из запоминающего устройства считывается значение (по включению питания в запоминающем устройстве содержится нулевое значение). Арифметическо - логическое устройство вычисляет разницу между этими значениями, которая отображается на табло арифметическо -логического устройства.
Арифметическо - логическое устройство вычисляет разницу между последующим и предыдущим значениями соответствующими временным интервалам достижения значений межэлектродного потенциала от нижнего уровня до верхнего пороговых значений пороговых элементов. Поскольку работа ведется на стабилизированных токах при фиксированных значениях верхнего и нижнего уровней межэлектродного потенциала, то разница во временных интервалах соответствует значению работы, затрачиваемой током на перевод исследуемого участка дистракционного костного регенерата из одного состояния в другое.
Арифметическо - логическое устройство, по значению полученной разницы между последующим и предыдущим значениями, вырабатывает определенное количество импульсов, которые поступают на электронный блок управления ЭБУ.
На рис. 2а приведена динамика работы тока на протяжении периода лечения с дистракцией в случае равномерного созревания костного регенерата.
На рис.2б приведена динамика работы тока на протяжении периода лечения с дистракцией в случае неравномерного созревания костного регенерата.
В арифметическо - логическом устройстве происходит сравнение полученной разницы работы тока между последующим и предыдущим значениями АЛ с пороговым значениемАЛ^ (пороговое значение АЛ1 устанавливается экспериментально) (рис. 2а, б).
Также экспериментально установлено, что работа тока уменьшается по мере созревания дистракционно-го костного регенерата. Если АЛ > АЛ^ , то момент начала дистракции еще не наступил, и на электронный
блок управления импульсы не поступают. Если АЛ > АЛ^ , то момент начала дистракции наступил, и на
электронный блок управления поступает количество импульсов, зависящее от разницы работы АЛ , вычисляемой арифметическо - логическим устройством.
В зависимости от свойств косной ткани момент начала дистракции будет определяться в различные сутки. Например, костеобразование в разных возрастных группах пациентов осуществляется с различной интенсивностью, что соответствующим образом влияет на изменение работы тока по мере созревания дис-тракционного костного регенерата. На рис.3 приведена динамика работы тока на протяжении периода созревания костного регенерата в различных возрастных группах: кривая 1 соответствует детскому и под-
ростковому возрасту, кривая 2 соответствует среднему возрасту, кривая 3 - пожилому.
В случае, когда момент начала дистракции наступил, электронный блок управления подключает электродвигатель к источнику питания (на рис.1 не показан) и, по количеству импульсов с арифметическо -логического устройства, задает число оборотов вала. На рис.2 точка Л1 соответствует моменту начала
дистракции. В этот момент, арифметическо - логическое устройство вырабатывает 100 импульсов, поступающих на электронный блок управления, что соответствует вращению вала на один оборот, при этом на кривой зависимости работы от степени созревания дистракционного костного регенерата происходит скачкообразное изменение работы на величину ^ . Величина ^ соответствует вращению вала на один оборот и принимается за 100 %. Затем в течение суток работа тока уменьшается до определенной величины.
А, ^
Дж
п п +1 п + 2 г + 3 п + к Сутки
Формирование костаого г
регенерата до момента Дистракция Выздгр°вление
начала дистракции
а)
Рис. 2. Динамика работы тока на протяжении периода лечения
В случае, показанном на рис.2а предполагается, что разница работы тока между последующим и предыдущим суточными значениями АЛ всегда будет равна нулю. Это означает, что величина перемещения костных фрагментов не измениться и будет равна одному обороту вала на протяжении всего периода дистрак-ции.
В действительности, можно выделить три случая, описывающих возможные изменения работы тока от изменений состояния дистракционного костного регенерата за сутки (рис.2б). В первом случае (кривая 1) разница работы между последующим и предыдущим значениями АЛ равна нулю (то есть это случай показанный на рис.2а), арифметическо - логическое устройство вырабатывает 100 импульсов, что соответствует вращению вала на один оборот. Во втором случае (кривая 2) АЛ = А^ , арифметическо - логическое
устройство вырабатывает количество импульсов, пропорциональное величине (/ — АЛ) %, что соответствует
вращению вала на (/—АЛ) % от одного оборота. В третьем случае (кривая 3) АЛ = А^2, арифметическо -
логическое устройство вырабатывает количество импульсов, пропорциональное величине (/ + АЛ) %, что
соответствует вращению вала на (/ + АЛ) % от одного оборота. Например, для ситуации, когда предыду-
щее значение работы находится в точке Л2 , а последующее в точке Л3 = +А^2 , Л арифметическо -логическое устройство 32 вырабатывает количество импульсов, пропорциональное величине ((/ — ) + АЛ)
%, что соответствует вращению вала на ((/ — А^ ) +АЛ) % от одного оборота. Таким образом, поскольку
значение разницы работы между последующим и предыдущим суточными значениями, в процентах, может получиться как положительным, так и отрицательным (±АЛ) , величина дозированных однократных перемещений костных фрагментов 1 определяется как ((/ ±^) —(±М)) % от одного оборота, где АЬ - значение
(%) на которое в предыдущие сутки увеличили или уменьшили перемещение.
Рис.3 приведена динамика работы тока на протяжении периода созревания костного регенерата в различных возрастных группах
При подключении электродвигателя ЭД к источнику питания электронным блоком управления осуществляется вращение вала электродвигателя, пропорциональное количеству импульсов с арифметическо - логического устройства, приводящее в итоге к перемещению промежуточной и дополнительной опор вместе с костными фрагментами, зафиксированными в дополнительной опоре, относительно опоры 1 и ее фрагмента.
Спустя сутки срабатывает временное устройство и выдает сигналы на запоминающее устройство для разрешения записи значения с измерителя временных интервалов и на схему управления, которая по этому сигналу формирует импульс, обнуляющий измеритель временных интервалов. Далее работа устройства осуществляется, циклично, по описанию приведенному выше.
Это устройство позволяет ежесуточно контролировать изменения, происходящие в костном регенерате, определять оптимальный момент начала дистракции и ежесуточную величину дозированных однократных перемещений костных фрагментов. Тем самым достигается оптимизация сроков лечения больных и снижение травматичности.
Кроме того, с помощью датчиков, расположенных в участках сочленения косных фрагментов, осуществляется стимуляция роста костной мозоли, что может существенно сократить сроки лечения больных.
Контроль и стимуляция формирования костного регенерата позволят оценивать изменения, происходящие в костной мозоли на протяжении периода лечения больных, определять оптимальный момент начала дис-тракции, ежесуточную величину дозированных однократных перемещений костных фрагментов, ускорить процесс регенерации костной ткани и, тем самым, оптимизировать сроки лечения больных и уменьшить количество случаев травматичности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Чиркова А.М. Репаративная регенерация и перестройка кости после разрыва дистракционного регенерата / А.М. Чиркова, С.А. Ерофеев // Гений ортопедии, 1997. №4. С. 39 - 42.
2. Попков А.В. Скорость удлинения конечности / А.В. Попков, Э.В. Бурлаков, Д.А. Попков // Гений ортопедии, 1996. №1. С.44 - 46.
3. Геращенко С.И. Джоульметрия и джоульметрические системы: теория и приложение: монография. -
Пенза: Изд-во Пенз. Гос. Ун-та, 2000. 192 с.
