RU2165742C2

RU2165742C2 - Method and device for performing distant reposition in the cases of closed crus fracture

Info

Publication number: RU2165742C2
Application number: RU96105780A
Authority: RU
Inventors: В.Д. Контес
Original assignee: Амурский государственный университет
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 2001-04-27

Abstract

FIELD: medicine; medical engineering. SUBSTANCE: device has electromechanical manipulation system. Foot is fixed on an upright having translation freedom degrees along the vertical and horizontal axis of the system and rotation freedom degree about the vertical axis. Knee joint is rigidly fixed on the second upright of the system. Crus bones reposition is carried out without violating soft tissues integrity under X-ray control. Bone fragments reduction is controlled through screen pictures of the patient and bone parts to be coupled. Manipulation system, X-ray apparatus and video camera are controlled from the remote control desk in making bone fragment reduction. The reposition device has electromechanical manipulation system having electric drive for all kinematic pairs and blocking units. System manipulator is set on movable platform and has longitudinally movable and rotatable upright provided with base and supporting platform. The second upright having units for rigidly fixing the knee joint is movable in vertical direction. Movable radiator head of the X-ray apparatus is connected to remote control units. EFFECT: high accuracy in joining bone fragments; excluded exposure of medical personnel to radiation. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в травматологии, ортопедии. По данным статистических исследований сравнительно высокий процент переломов голени наблюдается в зимний период. Причем в большинстве случаев имеют место закрытые переломы костей голени. Методы современного чрескостного остеосинтеза не всегда позволяют осуществить точное сопоставление (репозицию) костей без вскрытия мягких тканей, т.к. эта операция представляет собой довольно трудную задачу. The invention relates to medicine and can be used in traumatology, orthopedics. According to statistical studies, a relatively high percentage of leg fractures is observed in the winter. Moreover, in most cases there are closed fractures of the lower leg bones. Methods of modern transosseous osteosynthesis do not always allow for accurate comparison (reposition) of bones without opening soft tissues, because this operation is a rather difficult task.

Вскрытие же тканей часто ведет к различным послеоперационным осложнениям, удлинению сроков выздоровления, повторным операциям и другим нежелательным эффектам. Установлено также, что в большинстве случаев закрытых переломов костей голени вполне можно было бы обойтись и без вскрытия тканей, например, при отсутствии дополнительных отломков костей, но при этом необходимо существенно повысить точность и надежность выполнения операми репозиции. Выполнить эти условия можно, лишь осуществляя операцию под рентгеном при отсутствии врача непосредственно в операционном поле. Autopsy of the tissues often leads to various postoperative complications, lengthening the recovery period, repeated operations and other undesirable effects. It was also established that in most cases of closed fractures of the lower leg bones, it would be completely possible to do without opening the tissues, for example, in the absence of additional bone fragments, but it is necessary to significantly increase the accuracy and reliability of performing reposition operations. These conditions can be met only by performing an operation under an x-ray in the absence of a doctor directly in the surgical field.

Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ дистанционной репозиции при переломах костей голени, включающий осуществление репозиции без вскрытия мягких тканей под рентгеном с помощью манипуляторов (US 4.558.697 A 17.12.1985.). Конструкция манипуляторов в известном способе не позволяет достаточно точно осуществлять репозицию и полностью исключить возможность облучения врачей. The closest analogue of the claimed method is a remote reposition method for fractures of the lower leg bones, including repositioning without opening soft tissues under an x-ray using manipulators (US 4,558.697 A 17.12.1985.). The design of the manipulators in the known method does not allow to accurately reposition and completely exclude the possibility of exposure to doctors.

Известна также следяще-направляющая роботизированная система для точного сведения элементов костей голени (US 5086401 A, 04.02.92), состоящая из рентгеновской установки, видеокамер, в 3-х плоскостях перемещающегося манипулятора в виде элементов, соединенных кинематическими парами, снабженными электроприводами, подключенными к системе управления с выносным пультом, рассмотренная в качестве ближайшего аналога устройства. Следует отметить, что работизированная система не обладает достаточной жесткостью для осуществления репозиции, что снижает надежность выполнения операции. A tracking-guiding robotic system is also known for the accurate reduction of the shin bone elements (US 5086401 A, 04/02/92), consisting of an X-ray unit, video cameras, in 3 planes of a moving manipulator in the form of elements connected by kinematic pairs equipped with electric drives connected to control system with a remote control, considered as the closest analogue of the device. It should be noted that the worked system does not have sufficient rigidity for reposition, which reduces the reliability of the operation.

Таким образом, цель изобретения заключается в том, чтобы максимально повысить точность соединения костных фрагментов при закрытых переломах костей голени под рентгеном и полностью исключить возможность облучения врачей в процессе осуществления репозиции. Thus, the aim of the invention is to maximize the accuracy of the connection of bone fragments with closed fractures of the lower leg under an x-ray and completely exclude the possibility of radiation to doctors during reposition.

Поставленная цель достигается тем, что репозиция осуществляется дистанционно, с вынесенного из операционного поля пульта управления с помощью специального устройства, содержащего электромеханическую манипуляционную систему со следящим электроприводом для всех кинематических пар и блокировочными элементами и пульт с органами дистанционного управления и экраном, соединенный с видеокамерой, при этом электромеханический манипулятор системы установлен на подвижной платформе и содержит стойку, выполненную с возможностью продольного перемещения и вращения относительно ее вертикальной оси и поступательного перемещения вдоль горизонтальной оси платформы, снабженную основанием и упорной площадкой, а вторая стойка с устройством жесткой фиксации коленного сустава выполнена с возможностью перемещения в вертикальном направлении, при этом подвижная излучающая головка рентгеноаппарата подключена к органам дистанционного управления. This goal is achieved by the fact that reposition is carried out remotely from a control panel removed from the operating field using a special device containing an electromechanical manipulation system with a tracking electric drive for all kinematic pairs and blocking elements and a remote control with remote controls and a screen connected to the video camera, this electromechanical manipulator system is mounted on a movable platform and contains a rack made with the possibility of longitudinal movement and rotation about its vertical axis and translational movement along the horizontal axis of the platform, equipped with a base and a thrust platform, and the second rack with a device for rigid fixation of the knee joint is made with the possibility of movement in the vertical direction, while the movable radiating head of the x-ray device is connected to the remote control.

Основные конструктивные особенности репозиционной установки представлены на фиг. 1. Общая кинематическая схема маницуляционной системы представлена на фиг. 2, на фиг. 3 представлен общий вид устройства. Электромеханическая манипуляционная система смонтирована на подвижной платформе 1 и состоит из следующих элементов:
электромеханического трехстепенного опорного манипулятора, имеющего стойку 5 с поступательной степенью подвижности вдоль вертикальной оси, поступательной степени подвижности 11 вдоль горизонтальной оси установки, вращательной степени подвижности 9 вокруг вертикальной оси манипулятора с углом поворота на 45^o в обе стороны относительно оси, опорной площадки 4, упорной площадки 3 с регулируемым углом установки для жесткой фиксации ступни, второй опорной стойки 7, имеющей одну поступательную степень подвижности в вертикальном направлении, фиксирующее устройство 6 и конические винты 12 для жесткой фиксации коленного сустава.The main structural features of the reposition unit are presented in FIG. 1. The general kinematic diagram of the manipulation system is shown in FIG. 2, in FIG. 3 shows a general view of the device. The electromechanical handling system is mounted on a movable platform 1 and consists of the following elements:
an electromechanical three-stage supporting manipulator having a stand 5 with a translational degree of mobility along the vertical axis, a translational degree of mobility 11 along the horizontal axis of the installation, a rotational degree of mobility 9 around the vertical axis of the manipulator with an angle of rotation of 45 ^o in both directions relative to the axis of the supporting platform 4, persistent platforms 3 with an adjustable installation angle for rigid fixation of the foot, the second support column 7 having one translational degree of mobility in the vertical direction, iksiruyuschee device 6 and the conical screws 12 to rigid locking of the knee joint.

Для всех кинематических пар разработан унифицированный следящий электропривод на базе серийного авиационного электромеханизма МП-100М для поступательных пар и МЗК-2 для вращательных кинематических пар. Примененные электромеханизмы имеют достаточно высокие весогабаритные характеристики с развитием усилий до 150 кг для поступательных пар и полезный вращающий момент на выходном устройстве 20 Нм для вращательных пар. For all kinematic pairs a unified tracking electric drive has been developed based on the serial aviation electromechanism MP-100M for translational pairs and MZK-2 for rotational kinematic pairs. The applied electromechanisms have rather high weight and size characteristics with a force development of up to 150 kg for translational pairs and a useful torque at the output device of 20 Nm for rotational pairs.

Все применяемые в установке электромеханизмы снабжены специальными тормозными муфтами, предотвращающими выбег исполнительного устройства после отработки заданного перемещения. All electromechanisms used in the installation are equipped with special brake clutches to prevent the actuator from sticking out after practicing a given movement.

На установке находятся местный пульт управления 2 для выполнения установочных перемещений по всем управляемым координатам манипуляционной системы. At the installation there is a local control panel 2 for performing installation movements along all controlled coordinates of the manipulation system.

Оперируемая голень патента закрепляется на специальной репозиционной установке 1 пяткой на основании 4 стойки 5 с прижимом ступни к упорной площадке 3 и жесткой ее фиксации при помощи ремней и бинтов. Коленный сустав закрепляется на стойке 7 в специальном фиксирующем устройстве 6 с помощью конических винтов 12 и ремней. The patented tibia is fixed on a special reposition unit with 1 heel on the base of 4 racks 5 with the foot pressed against the thrust pad 3 and its rigid fixation using belts and bandages. The knee joint is fixed on the stand 7 in a special locking device 6 using conical screws 12 and belts.

Подвижная излучающая головка 14 (фиг. З) рентгенаппарата 5 выставляется врачом над местом закрытого перелома кости голени. The movable radiating head 14 (Fig. 3) of the X-ray apparatus 5 is set by the doctor above the closed fracture of the leg bone.

Видеокамера 13, связывающая визуально пациента с врачом, передает изображение на дистанционный пульт 16. Здесь же установлен и второй экран с изображением места закрытого перелома кости голени патента. На дистанционный пульт выведены все органы управления репозиционной установкой, включением видеокамеры и рентгенаппарата. Врач анализирует визуально положения сопрягаемых участков костей и при помощи кнопок подает управляющие сигналы на соответствующие входы следящих систем отдельных степеней подвижности с учетом визуальной оценки достигнутого результата. Врач по выбору может выставить желаемую скорость отработки следящих систем в регулируемом диапазоне 1: 10. A video camera 13, visually connecting the patient to the doctor, transmits the image to the remote control 16. A second screen with the image of the site of a closed fracture of the patent shin bone is also installed here. The remote control displays all the controls of the reposition unit, turning on the video camera and the X-ray machine. The doctor visually analyzes the position of the mating sections of the bones and uses the buttons to send control signals to the corresponding inputs of the tracking systems of individual degrees of mobility, taking into account the visual assessment of the achieved result. Optionally, the doctor can set the desired speed of testing the tracking systems in an adjustable range of 1: 10.

Таким образом, выполняя дозированные перемещения по отдельным степеням подвижности (в зависимости от текущего результата) врач дистанционно осуществляет репозицию непосредственно под визуальным контролем всего операционного поля и пациента. Thus, by performing metered movements along individual degrees of mobility (depending on the current result), the doctor remotely repositions directly under the visual control of the entire surgical field and the patient.

Для повышения надежности система управления имеет двойную блокировку как со стороны врача, так и со стороны пациента от возможных нештатных ситуаций. С целью повышения электробезопасности все функциональные блоки репозиционной установки имеют питающие напряжения, не превышающие 24 В. To increase reliability, the control system has a double lock both on the part of the doctor and on the part of the patient from possible emergency situations. In order to increase electrical safety, all functional units of the reposition unit have supply voltages not exceeding 24 V.

Claims

1. The method of remote reposition with closed fractures of the lower leg without opening soft tissues under the x-ray using a manipulator, characterized in that they use an electromechanical manipulation system, on one rack of which having translational degrees of mobility along the vertical and horizontal axes of the system and rotational degree of mobility around the vertical the axis of the rack, rigidly fix the foot, on the second rack of the system, the knee joint is rigidly fixed, after which reposition is performed, controlling the transmission e on the screen matches the image of bones and sections of the patient and at the same time controlling the handling system, X-ray machines and video recorder with remote control.

2. A device for remote reposition with closed fractures of the lower leg bones, containing an electromechanical manipulation system with a follow-up electric drive for all kinematic pairs and locking elements and a remote control with remote controls and a screen connected to a video camera, characterized in that the electromechanical manipulator of the system is mounted on a movable platform and contains a rack made with the possibility of longitudinal movement and rotation about its vertical axis and translational rooms along the horizontal axis of the platform, equipped with a base and a thrust platform, and the second rack with a device for rigid fixation of the knee joint is movable in the vertical direction, while the movable radiating head of the X-ray device is connected to the remote control.