RU2481807C2 - Orthopedic power element - Google Patents
Orthopedic power element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2481807C2 RU2481807C2 RU2011128223/14A RU2011128223A RU2481807C2 RU 2481807 C2 RU2481807 C2 RU 2481807C2 RU 2011128223/14 A RU2011128223/14 A RU 2011128223/14A RU 2011128223 A RU2011128223 A RU 2011128223A RU 2481807 C2 RU2481807 C2 RU 2481807C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power element
- orthopedic
- alloys
- wire
- temperature ranges
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Orthopedics, Nursing, And Contraception (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской ортопедической технике и может использоваться в экстракорпоральных корректорах патологии опорно-двигательного аппарата.The invention relates to medical orthopedic equipment and can be used in extracorporeal correctors of the pathology of the musculoskeletal system.
Широкое распространение патологий опорно-двигательного аппарата, приводящих к снижению качества жизни, а в тяжелых случаях - к утрате трудоспособности, составляет проблему социального масштаба для больных, врачей-ортопедов и соответствующих служб. Стойкие деформации позвоночника и конечностей врожденного или приобретенного генезиса классифицируются по тяжести заболевания, в соответствии с которой используют различные способы лечения и технические средства. При тяжелых запущенных формах искривлений позвоночника применяют широкоинвазивные, часто многоэтапные хирургические операции. В более легких случаях, преимущественно в детском возрасте, используют наружные корригирующие устройства.The widespread pathology of the musculoskeletal system, leading to a decrease in the quality of life, and in severe cases to disability, is a problem of a social scale for patients, orthopedists and related services. Persistent deformities of the spine and extremities of congenital or acquired genesis are classified according to the severity of the disease, in accordance with which various treatment methods and technical means are used. In severe advanced forms of spinal curvature, widely invasive, often multi-stage surgical operations are used. In milder cases, mainly in childhood, external corrective devices are used.
Механическую коррекцию патофизиологического формоизменения скелета сопровождают разгрузкой гравитационного напряжения заданного участка. Для этого используют ортопедические корректоры (корсеты, пояса, воротники). Важную роль, определяющую технические и медицинские характеристики корректирующих устройств, играют силовые элементы. Они должны развивать заданные по величине и направлению усилия, обладая при этом весовыми и габаритными характеристиками, обеспечивающими физический и косметический комфорт для больного в условиях постоянного ношения корректора. Поэтому в усовершенствовании этих устройств силовые элементы составляют один из главных предметов творчества разработчиков.The mechanical correction of the pathophysiological shape change of the skeleton is accompanied by the unloading of the gravitational stress of a given section. To do this, use orthopedic correctors (corsets, belts, collars). An important role that determines the technical and medical characteristics of corrective devices is played by power elements. They must develop the specified in magnitude and direction of effort, while possessing weight and overall characteristics that provide physical and cosmetic comfort for the patient in conditions of constant wearing of the corrector. Therefore, in the improvement of these devices, power elements are one of the main subjects of creativity of developers.
Известен пневматический силовой элемент, используемый в корсетном ортопедическом устройстве (Бардан А.И., Рылеев А.Н. Ортопедический корсет. Заявка на изобретение №96102498/14, A61F 5/02, 12.02.1996). Он выполнен в виде надувной трубки из эластичного материала. При наполнении газом он удлиняется и соединенный трансмиссионными элементами с опорными кольцами лечебного корсета вызывает раздвижение последних и, как следствие, декомпрессию позвоночника. Устройство неудобно в пользовании из-за больших габаритов и сложности активации пневматических силовых элементов.Known pneumatic power element used in a corset orthopedic device (Bardan A.I., Ryleev A.N. Orthopedic corset. Application for invention No. 96102498/14, A61F 5/02, 02/12/1996). It is made in the form of an inflatable tube made of elastic material. When filling with gas, it lengthens and connected by transmission elements with support rings of the medical corset causes the separation of the latter and, as a result, decompression of the spine. The device is inconvenient to use due to the large size and complexity of activation of pneumatic power elements.
Более компактны силовые элементы, использующие деформационную упругость металлических стержней (напр., Петрушевский И.И., Каншиевский С.М., Бондаренко И.В. Ортопедический корсет. А.с. СССР №1724215). Недостаток устройств, как правило, выполняемых из сталистых сплавов, - жесткость и малый рабочий интервал действия.Power elements using the deformation elasticity of metal rods are more compact (e.g. Petrushevsky II, Kanshievsky SM, Bondarenko IV Orthopedic corset. AS USSR No. 1724215). The disadvantage of devices, usually made of steel alloys, is rigidity and a short operating interval.
В отношении вышеупомянутых технических требований заметное преимущество при выполнении силовых элементов имеет сверхэластичный никелид титана. Широкий диапазон эластичной деформации, приближающие указанный материал по механическим свойствам к биологическим тканям, позволяет повысить эффективность действия силовых элементов.With respect to the aforementioned technical requirements, superelastic titanium nickelide has a noticeable advantage in the performance of power elements. A wide range of elastic deformation, approximating the specified material in mechanical properties to biological tissues, improves the efficiency of the action of power elements.
Известен ортопедический силовой элемент корректора искривлений позвоночника (патент РФ №22113544), выполненный их никелид-титановой проволоки в форме меандрообразной плоской пружины. Действие данного силового элемента в составе корректора отличается от действия сталистой пружины значительно большим рабочим интервалом деформации, в котором развивается «мягкое» по величине и равномерности напряжение. В то время как у стальных сплавов ресурс обратимой деформации составляет доли процента, у сплавов на основе титана он достигает 6-8%. Недостаток устройства - боковая деформационная нестабильность.Known orthopedic power element of the spine curvature corrector (RF patent No. 22113544), made of nickel-titanium wire in the form of a meander-shaped flat spring. The action of this power element in the corrector differs from the action of the steel spring by a significantly larger working interval of deformation, in which a “soft” stress and uniformity develops. While in steel alloys, the reversible deformation resource is a fraction of a percent, in titanium-based alloys it reaches 6-8%. The disadvantage of this device is lateral deformation instability.
Этот недостаток минимизирован в другой известной конструкции ортопедического силового элемента (Колумб В.Т., Гюнтер В.Э., Колумб Е.В. Экстракорпоральный ортопедический дистрактор. Заявка на изобретение №2009143516, приоритет 26.11.2009, опубл. бюл. №15, 2011 г. Решение о выдаче патента 02.09.2011). Он выполнен из сверхэластичного сплава на основе никелида титана в виде выгнутой проволочной конструкции с центральным пружинным участком активного действия и передаточными участками отходящих от него плеч. По наибольшему сходству признаков это устройство выбрано в качестве прототипа. Центральный участок, сформированный в виде навитой пружины, обеспечивает, в зависимости от числа и диаметра витков, дозированную характеристику сопротивления деформации и возвращающей силы. Плечевые участки, снабженные концевыми петлями для крепления к элементам ортопедического устройства, не только передают усилия пружины к этим элементам, но также и сами участвуют в деформации и производят возвратное усилие.This disadvantage is minimized in another known construction of an orthopedic power element (Columbus V.T., Gunter E.E., Columbus E.V. Extracorporeal orthopedic distractor. Application for invention No. 2009143516, priority November 26, 2009, publ. Bulletin No. 15, 2011 Decision on the grant of a patent on September 2, 2011). It is made of a superelastic alloy based on titanium nickelide in the form of a curved wire structure with a central spring section of active action and transfer sections of the shoulders extending from it. By the greatest similarity of features, this device is selected as a prototype. The central section, formed in the form of a wound spring, provides, depending on the number and diameter of the turns, a dosed characteristic of the deformation resistance and the restoring force. The shoulder portions equipped with end loops for attaching to the elements of the orthopedic device not only transmit spring forces to these elements, but also themselves participate in the deformation and produce a return force.
Недостаток данного устройства - узкая область рабочих температур, обусловленная физическими свойствами никелид-титанового сплава. Используемый в медицинских конструкциях сплав ТН-10 по температурному режиму рассчитан на контакт с телом больного. Температурный интервал, в котором он проявляет свойство сверхэластичности, существенное для работы устройства, простирается от +10 до +60°С. В условиях работы вне этого интервала, как то имеет место в экстракорпоральных корректорах, особенно на улице, в холодном климате, этот сплав теряет эластичность, и силовые элементы - работоспособность. В связи с этим область использования устройства оказывается ограниченной.The disadvantage of this device is a narrow range of operating temperatures, due to the physical properties of the nickel-titanium alloy. The TN-10 alloy used in medical structures is designed for contact with the patient’s body according to the temperature regime. The temperature range in which it exhibits a property of superelasticity, essential for the operation of the device, extends from +10 to + 60 ° C. In working conditions outside this interval, as is the case in extracorporeal correctors, especially on the street, in cold climates, this alloy loses its elasticity, and strength elements lose its working capacity. In this regard, the scope of use of the device is limited.
Технический результат предлагаемого изобретения - расширение интервала рабочих температур и области использования устройства.The technical result of the invention is the expansion of the operating temperature range and the field of use of the device.
Указанный технический результат достигается тем, что известный ортопедический силовой элемент, выполненный из сверхэластичного сплава на основе никелида титана в виде выгнутой проволочной конструкции с центральным пружинным участком активного действия и передаточными участками отходящих от него плеч, отличается тем, что в нем проволочная структура выполнена из двух смежно расположенных и механически скрепленных проволочных стержней из сплавов с различающимися, частично перекрывающимися температурными интервалами сверхэластичной деформации.The specified technical result is achieved in that the known orthopedic power element made of a superelastic alloy based on titanium nickelide in the form of a curved wire structure with a central spring section of the active action and the transfer sections of the shoulders extending from it, is characterized in that the wire structure is made of two adjacent and mechanically bonded wire rods of alloys with different, partially overlapping temperature ranges of superelastic deformation.
Достижение технического результата обеспечивается также тем, что проволочные стержни с различающимися температурными диапазонами сверхэластичности взаимно перевиты между собой.The achievement of the technical result is also ensured by the fact that the wire rods with different temperature ranges of superelasticity are mutually intertwined.
Предпочтителен выбор температурных интервалов сверхэластичной деформации сплавов в диапазонах от -30 до +20 и от +10 до +60 градусов Цельсия.Preferred is the choice of temperature ranges for superelastic deformation of alloys in the ranges from -30 to +20 and from +10 to +60 degrees Celsius.
Связь отличительных признаков с реализацией заявленного технического результата подтверждается следующим.The relationship of the hallmarks with the implementation of the claimed technical result is confirmed by the following.
Расширение диапазона рабочих температур обусловлено возможностью целенаправленного выбора интервалов температур, в котором сплавы на основе никелида титана проявляют эффект сверхэластичности. Границы указанных температурных интервалов определяются и регулируются при изготовлении сплавов процентным содержанием никеля. При механическом совмещении двух образцов сплавов с различными температурными интервалами сверхэластичности эффект реализуется в обоих интервалах, причем при условии их частичного перекрытия - в непрерывном интервале от нижней границы нижнего интервала до верхней границы верхнего интервала.The expansion of the operating temperature range is due to the possibility of a targeted choice of temperature ranges in which titanium nickelide-based alloys exhibit a superelastic effect. The boundaries of the indicated temperature ranges are determined and regulated in the manufacture of alloys by the percentage of nickel. When two alloy samples are mechanically combined with different temperature ranges of superelasticity, the effect is realized in both intervals, and with partial overlap, in the continuous interval from the lower boundary of the lower interval to the upper boundary of the upper interval.
Механическое совмещение путем перевивки проволочных элементов обеспечивает плотный механический контакт, при котором в отдельных участках в зависимости от ориентации относительно направления изгиба суммируются либо относительные деформации, либо напряжения. Благодаря непрерывному чередованию таких участков по длине навивки усредненная деформационная характеристика проволочного композита демонстрирует эффект сверхэластичности во всем суммарном температурном интервале.Mechanical alignment by grafting the wire elements provides tight mechanical contact in which either relative deformations or stresses are summed in individual sections depending on the orientation relative to the direction of bending. Due to the continuous alternation of such sections along the length of the winding, the averaged deformation characteristic of the wire composite demonstrates the effect of superelasticity over the entire total temperature range.
Выбор температурных интервалов сверхэластичности двух сплавов в диапазонах, составляющих от -30 до +20 и от +10 до +60 градусов Цельсия, обеспечивает суммарный температурный интервал, достаточный для поддержания работоспособности ортопедического силового элемента в экстракорпоральных устройствах в разнообразных климатических зонах, от холодных до жарких. Численные значения границ температурных интервалов соответствуют типичным маркам никелид-титановых сплавов.The choice of temperature ranges for the superelasticity of the two alloys in the ranges from -30 to +20 and from +10 to +60 degrees Celsius provides a total temperature interval sufficient to maintain the operability of the orthopedic power element in extracorporeal devices in various climatic zones, from cold to hot . The numerical values of the boundaries of the temperature ranges correspond to typical grades of nickel-titanium alloys.
Изобретение поясняется графическими иллюстрациями фиг.1-3.The invention is illustrated by graphic illustrations of figures 1-3.
Ортопедический силовой элемент (фиг.1) выполнен из сверхэластичного сплава на основе никелида титана в виде выгнутой проволочной конструкции с центральным пружинным участком активного действия 1 и передаточными участками отходящих от него плеч 2 с петлеобразными завитками 3 на свободных концах. Проволочный полуфабрикат, из которого выгнута конструкция, образован двумя перевитыми между собой проволочными стержнями из никелида титана, различающимися температурными диапазонами сверхэластичности.The orthopedic power element (Fig. 1) is made of a superelastic alloy based on titanium nickelide in the form of a curved wire structure with a central spring section of the
Работа устройства в различных температурных интервалах поясняется на фиг.2 графиками зависимости напряжения σ от деформации ε для различных сплавов, обозначенных цифрами 1 (низкотемпературный) и 2 (высокотемпературный), построенными для области нижних рабочих температур (фиг.2а) и верхних рабочих температур (фиг.2b).The operation of the device in various temperature ranges is illustrated in FIG. 2 by the graphs of the stress σ versus strain ε for various alloys, indicated by the numbers 1 (low temperature) and 2 (high temperature), constructed for the region of lower working temperatures (FIG. 2a) and upper working temperatures ( fig.2b).
В области низких рабочих температур сплав 1 проявляет свойство сверхэластичности и функционирует в этом качестве, а сплав 2 проявляет сравнительно высокую эластичность, не препятствующую функционированию элемента из сплава 1. В области высоких рабочих температур сплав 2 проявляет свойство сверхэластичности и функционирует в этом качестве, однако сплав 1 при этом проявляет сравнительно низкую эластичность и при некоторых условиях препятствует функционированию элемента из сплава 2. На фиг.3 изображены графики напряжение-деформация для различной ориентации механического сочленения элементарных участков сплавов 1 и 2 относительно приложенного усилия. Если усилие приложено к параллельно соединенным элементам (фиг.3а), то на графике суммируются ординаты кривых, и в итоге сочлененный элементарный участок проявляет высокую упругость, тушующую эффект сверхэластичного поведения. Если усилие приложено к последовательно соединенным элементам (фиг.3b), то на графике суммируются абсциссы кривых, и в итоге сочлененный элементарный участок остается сверхэластично деформируемым. Таким образом, для функционирования устройства в верхней части интервала рабочих температур необходимо наличие зон последовательного сложения усилий. Наилучшим в этом смысле был бы проволочный материал, образованный часто чередующимися по длине участками (дисками), из сплавов 1 и 2, однако формирование такого материала представляло бы неоправданно большую технологическую сложность. Приблизительно такой же эффект достигается при использовании двух перевитых между собой проволочных стержней из сплавов 1 и 2, элементарные участки которых оказываются механически сочлененными во всевозможных ориентациях относительно направления деформации. При этом в таком механическом композите при любых изгибах всегда присутствуют участки, где суммируются деформации и эффект сверхэластичности сплава 2 не тушуется упругостью сплава 1 (фиг.3с).In the region of low operating temperatures,
Достижимость заявленного технического результата проверена лабораторными измерениями деформационных характеристик проволочных элементов, перевитых между собой, а также натурными испытаниями грудопоясничного корсета-дистрактора, предназначенного для декомпрессии позвоночника. Корсет представляет собой два бандажных пояса, соединенных ортопедическими силовыми элементами, выполненными в соответствии с заявляемым техническим решением. Силовые элементы, предварительно напряженные перед фиксацией бандажных поясов на теле, оказывают мягкое постоянное дистракционное действие, приводящее к декомпрессии заинтересованного участка позвоночника и стимулирующее репарацию поврежденных структур. Корсет использовался в условиях домашнего ношения и в полевых условиях в зимнее время. Безотказное функционирование силовых элементов во всех режимах подтверждает заявленный результат: расширение области рабочих температур и вследствие этого расширение области применения устройства.The attainability of the claimed technical result was verified by laboratory measurements of the deformation characteristics of wire elements intertwined with each other, as well as full-scale tests of the thoracolumbar corset-distractor, designed for decompression of the spine. The corset is two bandage belts connected by orthopedic power elements made in accordance with the claimed technical solution. The strength elements, previously strained before fixing the bandage belts on the body, have a soft, constant distraction effect, leading to decompression of the interested part of the spine and stimulating the repair of damaged structures. The corset was used in home wear and in the field in the winter. The trouble-free operation of power elements in all modes confirms the claimed result: the expansion of the range of operating temperatures and, as a result, the expansion of the scope of the device.
Преимущества, реализуемые заявляемым изобретением, могут быть распространены на широкий класс силовых элементов, имеющих общим признаком заранее произведенное совмещение (свивка) двух проволочных компонентов в полуфабрикат, из которого может быть сформирован (выгнут) силовой элемент произвольной структуры.The advantages realized by the claimed invention can be extended to a wide class of power elements, having a common feature, a pre-made alignment (lay) of two wire components into a semi-finished product, from which a power element of an arbitrary structure can be formed (curved).
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011128223/14A RU2481807C2 (en) | 2011-07-07 | 2011-07-07 | Orthopedic power element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011128223/14A RU2481807C2 (en) | 2011-07-07 | 2011-07-07 | Orthopedic power element |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011128223A RU2011128223A (en) | 2013-01-20 |
RU2481807C2 true RU2481807C2 (en) | 2013-05-20 |
Family
ID=48790020
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011128223/14A RU2481807C2 (en) | 2011-07-07 | 2011-07-07 | Orthopedic power element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2481807C2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU591185A1 (en) * | 1975-04-25 | 1978-02-05 | Рижский Медицинский Институт | Device for relieving the cervical section of vertebral column |
US4492225A (en) * | 1981-03-10 | 1985-01-08 | Etablissements Thuasne & Cie | Cradles and minerva jackets, and manufacturing material therefor |
SU1258403A1 (en) * | 1984-10-11 | 1986-09-23 | Медицинский Отдел Управления Внутренних Дел Омского Облисполкома | Arrangement for extending the spine |
RU2295322C2 (en) * | 2005-05-30 | 2007-03-20 | Виктор Эдуардович Гюнтер | Active orthopedic device member |
US20070293796A1 (en) * | 2006-06-16 | 2007-12-20 | Graham Richard A | Apparatus and method for reduction, correction and/or reversal of aberrant cervical, cervico-thoracic, thoracic, thoraco-lumbar, lumbar and lumbo-sacral/pelvic postures |
RU2009143516A (en) * | 2009-11-24 | 2011-05-27 | Валерий Геннадьевич Колумб (RU) | EXTRACORPORAL ORTHOPEDIC DISTRACTOR |
-
2011
- 2011-07-07 RU RU2011128223/14A patent/RU2481807C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU591185A1 (en) * | 1975-04-25 | 1978-02-05 | Рижский Медицинский Институт | Device for relieving the cervical section of vertebral column |
US4492225A (en) * | 1981-03-10 | 1985-01-08 | Etablissements Thuasne & Cie | Cradles and minerva jackets, and manufacturing material therefor |
SU1258403A1 (en) * | 1984-10-11 | 1986-09-23 | Медицинский Отдел Управления Внутренних Дел Омского Облисполкома | Arrangement for extending the spine |
RU2295322C2 (en) * | 2005-05-30 | 2007-03-20 | Виктор Эдуардович Гюнтер | Active orthopedic device member |
US20070293796A1 (en) * | 2006-06-16 | 2007-12-20 | Graham Richard A | Apparatus and method for reduction, correction and/or reversal of aberrant cervical, cervico-thoracic, thoracic, thoraco-lumbar, lumbar and lumbo-sacral/pelvic postures |
RU2009143516A (en) * | 2009-11-24 | 2011-05-27 | Валерий Геннадьевич Колумб (RU) | EXTRACORPORAL ORTHOPEDIC DISTRACTOR |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011128223A (en) | 2013-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2004228019B2 (en) | Dynamic fixation device and method of use | |
US20170007228A1 (en) | Retractor and retractor blade | |
Martin et al. | Dropped head syndrome: diagnosis and management | |
US20090194206A1 (en) | Systems and methods for wrought nickel/titanium alloy flexible spinal rods | |
Schmerling et al. | Using the shape recovery of nitinol in the Harrington rod treatment of scoliosis | |
US20220054293A1 (en) | External spinal brace | |
US20090192548A1 (en) | Pedicle-laminar dynamic spinal stabilization device | |
CN109414336A (en) | Hallux valgus apparatus for correcting | |
EP2920332B1 (en) | Self-adaptive, ultra-low elastic modulus shape memory alloys | |
US20170340777A1 (en) | Shape Memory Alloy Orthopedic Implant | |
CN108517441B (en) | Low transformation temperature titanium zirconium niobium tantalum marmem, preparation method and applications | |
EP2486858A1 (en) | Method of making an elongated wire for an orthopaedics implant | |
RU2481807C2 (en) | Orthopedic power element | |
Duerig | The metallurgy of Nitinol as it pertains to medical devices | |
WO2003094692A2 (en) | Supreme distracter | |
Chang et al. | Inherent internal friction of Ti50Ni50− xCux shape memory alloys measured under isothermal conditions | |
Pittaccio et al. | Implementation, testing and pilot clinical evaluation of superelastic splints that decrease joint stiffness | |
US20210267644A1 (en) | Metal plate with one-way shape memory effect | |
Nakai et al. | Enhancing functionalities of metallic materials by controlling phase stability for use in orthopedic implants | |
Shima et al. | Bending properties of hollow super-elastic Ti–Ni alloy wires and compound wires with other wires inserted | |
RU2424784C1 (en) | Extracorporal orthopedic distractor | |
Schino et al. | RETRACTED: About some issues concerning shape memory alloys applications in neuro-rehabilitation | |
KR102038019B1 (en) | Orthopedic force element | |
RU2295322C2 (en) | Active orthopedic device member | |
DE102008010476A1 (en) | Osteosynthesis clamp for treating fractures of patient, has U-side piece, where clamp is made of shape memory material i.e. nickel-titanium alloy and is pseudo- and super elastic at room- and body temperature |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130708 |