CN103354735B - 用于治疗人四肢感染的可弃式装置和用于实现其的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于治疗人身体四肢感染的临时可弃式装置，其包含适于固定人身体四肢的具有基本上棒的形状并设置有外表面(E)的髓内钉(C)、设置有外表面(S)并布置成与髓内钉(C)的外表面(E)的至少一部分相接触的表层(2)，所述表层(2)包含可凝固流体形式的多孔或海绵状生物相容性材料，所述表层(2)包含在外表面(S)上或表层(2)内任意提供的孔(2’)，其中孔(2’)具有随机布置。

Description

用于治疗人四肢感染的可弃式装置和用于实现其的方法

技术领域

本发明涉及可用于医学领域、外科器械技术领域中的装置，特别地，其目的是用于预防和治疗人身体四肢(特别是具有能够被髓内钉固定的长骨的四肢)感染的临时可弃式装置。髓内钉(intramedullary nail)或棒用于对齐(aligning)并固定骨折，以及径向地插入位于四肢长骨(例如股骨或胫骨)中间的髓管中。本发明还涉及用于制备这种装置的方法。

现有技术

为了在骨折、畸形或类似的病理状况后固定人体的长骨，已知使用已知的装置，例如髓内钉，其由中空或实心且或多或少弯曲的金属棒组成，其通常在四肢的远端或近端区域通过针(pin)或十字螺钉(cross screw)将其插入待固定骨的髓内腔内和锚定至待固定的假肢或部件。一旦骨折已固定并愈合，则将针移除并将钉从髓管中取出。

除了植入手术的侵入性之外，与这种治疗有关的问题是感染温床的发作，所述感染温床可由于通常接触植入部位并通过与骨组织相接触的金属合成介质的存在而繁殖的细菌而在局部产生。

为了尽可能减少这种缺点，以完全无菌方式进行上述装置的植入和用适于预防和/或治疗这种感染的物质处理所关心的部分是绝对明智的。

为了试图至少部分地克服上述缺点，已开发了解决方案，其允许直接原位施加这种适于预防和/或治疗上述感染的物质，例如它们是骨水泥或与其混合。

专利US 4863444描述了一种棒状载体，可通过其递送抗生素。由于其长形的构造，该棒可插入穿过皮肤和软组织所产生的通道内，以施加交叉地被引入骨中的包含螺钉或钉的外部装置。

还已知一个解决方案，其提供了制备通过使用模具来固定装置的涂层，所述模具在车间或直接在手术期间临植入该装置之前使用。该解决方案显示出一些已知的缺点。

首先，其基本为手工制品类型，导致需要具有必要技能的操作者所拥有的必要技能。另外，这种操作方式意味着加工废弃物的大量产生，导致材料的浪费和整体操作成本的增加。

另外，以该方式，经涂布的装置暴露于空气和接触异物太久，导致受细菌和污染物攻击的高度危险。

另外，从模具中取出的经涂布装置显示出沿着其径向展开的大量毛边，必须将所述毛边移除以使得该装置适当定位。这意味着大大地延长了植入时间，导致患者不适。

本发明的另一个方面涉及出于各种原因临时替换髓内钉的需要，例如复发或植入物位移，一般伴随部位感染。

在这种状况下，有必要移除之前存在的髓内钉并在设置新钉之前治疗植入区域。

同时，通过临时间隔装置保持部位外形不改变以防止组织缩短和变形是必要的，所述临时间隔装置同时能够预防和/或治愈与旧的和新的植入物有关的感染。

发明目的

本发明的目的是通过提供一种用于治疗感染的临时装置来克服上述缺点，所述装置具有高效率和廉价特性。

一个特定目的是提供一种用于治疗感染的即用型临时装置，所述装置不需要使用技术人员。

另一个目的是提供一种用于治疗感染的临时装置，所述装置使得暴露于环境的时间减少并确保高无菌度。

另一个目的是提供一种用于治疗感染的临时装置，所述装置使得对市场上可用材料和产品的使用尽可能大地合理化。

通过根据权利要求1的可弃式临时装置实现了这样的目的以及将在下文中更清楚地出现的其他目的。

一个特定目的是提供一种用于制备用来治疗感染的即用型临时装置的方法，所述装置不需要使用技术人员。

又一个目的是提供一种用于制备用来治疗感染的临时装置的方法，所述装置使得暴露于环境的时间减少并确保高无菌度。

另一个目的是提供一种用于制备用来治疗感染的临时装置的方法，所述装置使得对市场上可用材料和产品的使用尽可能大地合理化。

通过根据权利要求15的用于制备可弃式装置的方法实现了这样的目的以及将在下文中更清楚地出现的其他目的。

本发明的该特定构造允许提供用于治疗感染的即用型临时装置，使得对于制备所述装置来说技术人员的存在不是必需的。

另外，根据本发明的该特定实施方案允许优化材料的使用，完全消除加工废弃物以及减少插入该钉所需的时间。

另外，所述用于治疗感染的临时装置由与待治疗之四肢生物相容性的材料制成。

另外，根据本发明的临时装置使得市场上可用的材料和产品尽可能大地合理化，使得其制备甚至更廉价。

本发明的该特定方面提供了一种用于治疗感染的临时装置，所述装置确保高无菌度。

附图说明

从通过非限制性实施例提供的以下描述和附图中本领域技术人员应更好地理解这些和其他优点，其中：

图1示出了根据本发明的临时装置的一个实施方案的侧视图；

图2示出了图1的临时装置沿着迹线平面II-II的剖视图；

图3示出了根据本发明的临时装置的另一构造的轴视图；

图4示出了图3的临时装置的细节的视图；

图5示出了本发明的一个方案的局部截面的示意图；

图6示出了在采用20×放大率获得的本发明的光学显微镜下的示例性视图。

具体实施方式

参照上图，用附图标记1整体表示的根据本发明的装置为可弃式且临时的类型，并且特别地其将旨在借助髓内钉来固定具有长骨的四肢。在通过下文中非限制性实施例描述的一个实施方案中，装置1包含已知类型的棒状髓内钉C。装置1可还包含市场上可用的并适于用作具有长骨之四肢的固定器的其他类型装置。装置1包含外表面E。

装置1包含含有可凝固流体形式之生物相容性材料的表层2，其接触外表面E的至少一部分。

在本发明的一个方案中，制成表层2的材料优选地选自骨水泥，该材料还可以是可吸收或生物可降解类型。

制成表层2的材料在人体中可以是不溶的(从而是持久的)或可溶的(从而可在人体中被再吸收)。

所述在人体中不溶的材料可获得自：聚甲基丙烯酸甲酯聚合物(PMMA)和/或PMMA酯(例如甲基丙烯酸丁酯等)和/或共聚物(例如PMMA和聚甲基苯乙烯共聚物等)在有机溶剂(例如甲基丙烯酸甲酯(MMA)、氯仿或其他有机溶剂)和/或水中的分散体。

另一方面，所述可溶性材料可获得自：人体中可溶性的聚合物(例如聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸和聚乳酸共聚物(PGA-PLA)、L-聚乳酸和聚乙醇酸共聚物(PLLA共PGA)、L，D-聚乳酸和三亚甲基碳酸酯共聚物(PLDA共TMC)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)衍生物、聚氯乙烯(PVC)、酰胺或纤维素衍生物，等)与有机溶剂(例如甲基丙烯酸甲酯、氯仿或适合用于溶解上述聚合物的其他有机溶剂)和/或水的分散体。

可将可能的药品和/或药物添加至构成表层2的材料中。

可将人体中可溶或不溶的材料分散或溶解在上述特定的有机和/或水性溶剂中，其后施加至髓内钉C或装置1上和/或放置成与其相接触。

上述材料包括所有的光学活性异构体和/或其外消旋形式。

表层2严格地并连续地附着至装置1的外表面E，如将在下文中更好地描述。

因此，表层2一经施加至装置1，不可能将其再从装置1上分开。

从而在表层2和其上施加有表层2的装置1之间获得了完美的和稳定的附着，确保该装置在作为人体骨头骨折之固定器的表现中的稳定性。在制成其的材料固化和凝固后，表层2包括固体多孔或海绵状材料。

表层2包含干燥形式的药品和/或药物以与所述材料相混合，和/或包含流体形式的药品和/或药物以使得事先或在固定部位内插入之后浸渍表层2。实际上，根据本发明，表层2设置有孔2’用以浸渍用于治疗感染的药品和/或药物，例如抗生素、生长促进剂、抗炎药和/或抗肿瘤物质。

在本说明书中，术语“孔”指：构成本体(尤其是表层2)的分子之间的小间隙或距离。外表面S上和表层2内任意地提供了孔2’。孔2’大部分相互连通并且具有随机布置。孔2’是天然的并且具有微米尺寸。

孔2’优选地为非穿透孔，即它们在表层2的外表面S和内表面之间没有形成直接和自由的路径。

在本发明的一个方案中，孔2’具有1至200微米的尺寸。在本发明的另一个方案中，孔2’可具有约100微米的尺寸或小于100微米的尺寸，以防止骨穿过其生长。

鉴于装置1的临时性，这种方面是非常重要的。实际上，通过防止骨组织细胞在其中的迁移和生长，小于100微米之尺寸的孔2’使得该装置1具有更好的可移除性。

可用用于治疗感染的药品和/或药物浸渍孔2’和/或孔2’通过的表层2。孔2’允许在表层2的结构内包含药品和/或药物以及使此类物质释放至外部环境(例如骨)。孔2’不直接与髓内钉C或装置1相连通。相反地，孔2’被表层2内提供的髓内钉或该装置1封闭或密封。孔2’充当一种“小容器”，用于包含上述药品和/或药物，之后当它们接触待治疗的植入部位时随时间释放。如果药品和/或药物为干燥形式，此类物质直接包含在表层2内并且孔2’提供了用于使该物质从表层2向外释放的路径。

或者，表层2不直接包含上述药品和/或药物，但是由于孔2’的多孔或海绵状，该表层2适于被流体形式存在的这些物质所浸渍。由于表层2通过表层2内或在其外表面S上分布的孔2’被这种药品和/或药物所浸渍，可对浸渍时间进行控制。例如，可根据特定需求在不同的时间进行浸渍，例如事先、在稳定部位中插入之前或期间、或者甚至在包装装置1之前。

根据所施加材料的厚度和其施加的数目，表层2具有不同厚度。尤其是，表层2具有10微米至1000微米不等的厚度。当表层2的厚度为约10微米时，其形成了一种针对骨生长的屏障。这在钉由钛制得的情况中尤其有用-比硬钢AISI 316L或钴-铬合金更有用，因为表层2建立了用于防止骨组织在钛钉上严格捕获的屏障，使得其随后较容易移除。

表层的厚度为约100至400微米，从而可用于药品或其他药物的释放；如果厚度超过600微米，那么药品释放时间根据在表层2内合并的较大量药品或其他药物而增加。

在任何情况中，如果表层2的厚度超过250微米，那么髓内钉或装置1的大小则有所不同，因此在本发明的一个方案中应避免这个。

表层2的厚度是均匀的；表层2在装置1上不显示施加的间断；另外，表层2影响表层2之材料接触的装置1的整个表面E，如下文中更好解释的。

如果装置1的外表面E基本为线性以及如果装置1包含裂缝、凹槽、凹部或其他类似构造，那么上述两者均可获得表层2的均匀厚度。

表层2的厚度是均匀的和表层2影响其接触的装置1的整个表面这样的事实使得该表层2内包含的物质在空间水平上更好地分布。

如果表层2的厚度和布置不均匀，实际上，在一些与骨的接触区中，可能有表层2中包含过量浓度物质的风险，而在一些其他接触区中可能完全没有该物质。

另外，由于表层2的厚度均匀性和无间断的施加，防止装置1的区域没有表层2。以该方式，防止装置1的材料直接接触骨组织，因为否则的话在这种区域中不会发生感染的预防和/或治愈。

根据本发明的一个方案，髓内钉C可由相对刚性的金属或非金属材料制得，从而以整体上界定实际间隔装置。

另外，如图3和4所示，握持元件14(例如环)可连接至髓内钉C的近端以协助移除装置1。

在这种情况中，表层2也可包含用于治疗感染的药品和/或药物，例如抗生素、生长促进剂、抗炎药和/或抗肿瘤物质。在流体形式之药品和/或药物的情况下，可在事先、包装装置之前或通过外科医生将其插入部位之后进行浸渍，如上所述。

在本发明的一个方案中，装置1包括无菌覆盖物或护罩，以形成套件从而用于治疗人身体四肢(尤其是对用髓内钉固定敏感的具有长骨的四肢)的感染，并且确保安装之前的最大无菌度条件和贮存保障。

本发明的该特定构造提供了用于治疗感染的即用型临时装置，所述装置消除了使用技术人员的需要。另外，装置优化了目前市场上可用材料和产品的使用，极大地减少了加工废弃物。

最后，这种特定构造提供了用于治疗感染的临时装置1，所述装置1使得其暴露于环境的时间减少，并且确保最佳的无菌度条件。

本发明还包括用于制备临时可弃式装置的方法，所述装置用于治疗人身体四肢感染，包括以下步骤：提供了适合用于固定人身体四肢并设置有外表面E的装置1，制备包含可凝固流体形式之生物相容性材料与有机和/或水性溶剂的溶液，根据在溶液或悬液接触的一部分外表面E上的连续和均匀布置而将溶液或悬液施加至装置1的外表面E的至少一部分上，干燥由此涂覆的装置1用于通过蒸发残余溶剂和/或材料固化来完全消除残余溶剂，从而形成多孔或海绵状表层2，其设置有外表面S并且包括在外表面S内或表层2内任意提供的具有随机布置的孔2’，其中表层2严格地附着至装置1。

本发明的方法包括制备基本呈棒状的髓内钉C的步骤。

本发明的方法包括制备溶液的步骤，其中可凝固流体形式的生物相容性材料展现出在溶剂中约1～75％(w/w)的浓度。

本发明的方法包括生物相容性材料在其施加步骤之前的均匀化的步骤。

本发明的方法还包括施加步骤之后等待10～60分钟的步骤。

本发明的方法包括使施加步骤和等待步骤再重复至少两次以上的步骤。

本发明的方法包括在施加步骤或等待步骤之后蒸发溶剂以消除大部分该溶剂的步骤。

在空气中进行蒸发步骤；蒸发步骤进行约24小时。干燥步骤进行约5小时；干燥步骤在约70℃的温度进行。

由于构成表层2的材料与装置1或髓内钉C之间获得的附着，表层2附着至装置1或髓内钉C。这种附着的性质可以是机械型或化学物理型。机械附着的实例是由装置1或髓内钉C的外表面E上存在的不规则所导致的，例如咬齿和/或微腔，其中根部是构成表层2的材料。另一方面，化学物理附着的实例是由在构成表层2的材料与装置1或该髓内钉C之间施加的分子型的弱力(例如范德华力)诱导的吸引所导致的。通过装置1或髓内钉C在溶液中的至少一次浸没和/或通过该溶液在装置1或髓内钉C上的涂覆和/或喷涂来进行施加步骤。

本方法还包括以下步骤：事先或在固定部位内插入之后将药品或其他药物(例如抗生素)以在材料中约5～65％(w/w)的浓度添加至溶液和/或使表层2浸渍用于治疗感染的药品和/或药物。

在本发明的一个方案中，髓内钉C在溶液中的浸渍速度为1至60cm/分钟，优选是快速的：等于约30cm/分钟；其抽出速度为1至60cm/分钟，优选是慢速的：等于约5cm/分钟。

优选地，材料在溶剂中的浓度为约12～38％(w/w)，更优选约25％(w/w)；优选地，抗生素(例如硫酸庆大霉素)在基础材料中的浓度为约7～23％(w/w)并且更优选约15％。优选地，浸渍时间为30分钟，重复次数为3次或更多次。

在材料固化和凝固期间，溶剂、空气和/或其一部分的溶剂蒸汽蒸发并产生多孔性，以试图寻找逸出路径。固化一经发生，表层2以固体和多孔或海绵状材料的薄层形式保持在装置1上或髓内钉C上，孔2’的形成发生在表层2上或其中。

在该型式中，通过上述物质的反应获得了表层2，装置1一经插入固定部位内，表层2的反应已经结束：构成表层2的材料已经固化并且是多孔的或海绵状，从而用于释放药品和/或药物。

通过溶剂的蒸发反应和通过构成表层2之材料的固化而自然地获得孔2’。由于它们在表层2形成的期间自然地形成这一事实，孔2’不要求特定的制备步骤并且这使得装置1的产生更容易、更快速和更廉价，这与包括管状构件的已知装置不同，其中必须制备在该装置内有效获得的孔或道。

同样地，不需要针对该目的而特别地制备装置1。

实际上，本发明的装置1可包含市场上可用的适于固定长骨的任意装置。以该方式，市场上可用的此类装置变成根据本发明的临时可弃式装置。这种变化的获得还有赖于以下事实：表层2附着至装置1而不需要之前制备此装置并且不需要在装置1的外表面E中具有特定握持或粗糙特性。

然而，在本发明的一个方案中，使用具有基本线性外表面E而没有特定几何状之凹槽或凹部的装置1是优选的，以确保该装置的较好维持和防止其压力下可能的破裂。

由于本发明的方法，获得了表层2的均匀厚度以及其没有间隔的施加；另外，以该方式，表层2影响表层2的材料所接触的装置1的整个表面E。

如果装置1的外表面E基本为线性以及如果装置1包含裂缝、凹槽、凹部或其他类似构造，那么上述两者均可获得表层2的均匀厚度。

表层2的厚度为均匀的和表层2影响其接触的装置1的整个表面这样的事实使得该表层2内包含的物质在空间水平上更好地分布。

如果表层2的厚度和布置不均匀，实际上，在一些与骨的接触区中，可能有这样表层2中包含过度浓度物质的风险，而在一些其他接触区中可能完全没有该物质。另外，由于表层2的厚度均匀性和无间隔的施加，防止装置1的区域没有表层2。实际上，以该方式，防止装置1的材料直接接触骨组织，因为在这种区域中不会发生感染的预防和/或治愈。

多孔表层在装置上的施加不会以任何方式改变初始的使用技术。因此，对于骨内的插入或随后的移除不需要特定仪器。

在稍后的时间，孔2’导致药品和/或药物从表层2中逸出。

在本发明的一个方案中，在每次随后的浸渍时，装置1或髓内钉C是朝上的，用于确保表层2在该髓内钉上的较好覆盖均匀性。每厘米髓内钉涂覆约15～60mg表层2，优选35mg。

图5示出了本发明的一个型式的示意图，其中通过涂覆装置1或髓内钉C来沉积表层2。抗生素G的小球在表层2内可见。图6示出了所拍摄的本发明一个方案的光学显微镜下的视图，其显示了在关于外表面S的0.1mm深度处在20×放大率下的表层2，其中可见孔2’和抗生素G的小球。

根据本发明的装置可进行数种修饰和变化，所有这些都在所附权利要求中表达的发明构思内。在不背离本发明的范围下，所有细节可被其他技术性等价元素替换并且材料可根据需要而不同。同时已特定参照附图描述了装置，描述和权利要求中所用附图标记用于提高本发明的可理解性并且对要求保护的范围不构成限制。

Claims (29)

1.一种用于预防和/或治疗人四肢感染的临时可弃式装置(1)，其包含：

外表面(E)，

具有外部表面(S)的表层(2)，所述表层严格地紧固至所述装置(1)的所述外表面(E)并放置成与其相接触，

所述表层(2)包括可凝固流体、多孔或海绵状形式的生物相容性材料，

所述表层(2)包括在所述外部表面(S)中或所述表层(2)内任意存在的孔(2’)，所述孔(2’)具有随机的排列，

其特征在于，所述表层(2)在所述表层(2)附着于其上并接触的所述外表面(E)的部分上具有连续且均匀的布置，

其中所述孔(2’)具有小于100微米的尺寸。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述表层(2)的所述材料为在人体中是可溶的或不可溶的并且选自包含以下的组：骨水泥，和/或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和/或甲基丙烯酸丁酯和/或共聚物在有机溶剂或者水中的分散体，其中所述共聚物选自PMMA的共聚物和聚甲基苯乙烯的共聚物，和/或包括聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、三亚甲基碳酸酯、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)衍生物、聚氯乙烯(PVC)、酰胺或纤维素衍生物的聚合物与有机溶剂或水的分散体。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述聚乳酸为L聚乳酸或L-D聚乳酸。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述有机溶剂为甲基丙烯酸甲酯(MMA)、氯仿或其他有机溶剂。

5.根据权利要求2所述的装置，其中所述骨水泥为可再吸收或生物可降解骨水泥。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述孔(2’)具有1至小于100微米的微米尺寸。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述孔(2’)为相互连通的孔。

8.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述表层(2)通过机械附着和/或化学物理附着与所述装置(1)的所述外表面(E)紧密地紧固。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述机械附着是由于所述装置(1)的所述外表面(E)上的粗糙度。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述机械附着是由于所述表层(2)的材料所迁入的咬齿和/或微腔。

11.根据权利要求8所述的装置，其中所述化学物理附着是由于所述表层(2)与所述装置(1)之间所施加的弱的分子力的诱导吸引。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述弱的分子力是范德华力。

13.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述表层(2)具有10微米至1000微米的可变的厚度。

14.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述表层(2)具有100至400微米的厚度。

15.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述装置包含髓内钉(C)且所述外表面为髓内钉的外表面，所述髓内钉由相对刚性的金属或非金属材料制成。

16.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述表层(2)包含药物，其为适于与制成所述表层(2)的所述材料相混合的干燥形式和/或以适于允许在固定部位中插入之前或期间浸渍所述表层(2)的流体形式。

17.根据权利要求15所述的装置，其中所述髓内钉(C)包含操作工具(14)以便于所述装置的移除。

18.根据权利要求1或2所述的装置，其包含无菌护罩包装以容纳所述装置(1)。

19.一种用于实现临时可弃式装置(1)的方法，所述装置用于预防和/或治疗人四肢感染，所述方法包括以下步骤：

提供适于固定人四肢并设置有外表面(E)的装置(1)，

布置包含流体可凝固形式之生物相容性材料与有机水性溶剂的溶液，

在所述装置(1)的所述外表面(E)上施加所述溶液，

使所述装置(1)在约70℃的温度下干燥从而通过蒸发残余溶剂和/或聚合所述材料来完全移除残余溶剂，由此实现多孔或海绵状表层(2)，其具有外部表面(S)并包含一些以任意方式在所述外部表面(S)上或所述表层(2)内存在的且随机布置的孔(2’)，其中所述表层(2)严格地紧固至所述装置(1)，其中所述孔(2’)具有小于100微米的尺寸。

20.根据权利要求19所述的方法，其中通过将所述装置(1)至少一次浸入所述溶液中和/或通过将所述溶液涂抹和/或喷涂在所述装置(1)上来实现所述施加步骤。

21.根据权利要求19至20之一所述的方法，其包括以下步骤：

以在所述材料中5～65％(w/w)的浓度将药物添加至所述溶液，和/或

在固定部位中插入之前或期间用用于治疗感染的药品和/或其他药物浸渍所述表层(2)。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述药物为抗生素。

23.根据权利要求19至20之一所述的方法，其中所述布置溶液的步骤包括在所述溶剂中具有1～75％(w/w)之浓度的所述生物相容性材料。

24.根据权利要求19至20之一所述的方法，包括在所述施加步骤之前所述溶液的均匀化步骤。

25.根据权利要求19至20之一所述的方法，包括在所述施加步骤之后等待10至60分钟的步骤。

26.根据权利要求25所述的方法，包括使所述施加步骤和所述等待步骤再重复至少两次的步骤。

27.根据权利要求19至20之一所述的方法，包括蒸发所述溶剂以清除大部分所述溶剂本身的步骤。

28.根据权利要求19至20之一所述的方法，其中所述干燥步骤进行约5小时。

29.根据权利要求19所述的方法，其中所述提供装置(1)的步骤包括预先布置基本上呈棒状的髓内钉(C)。