RU135251U1

RU135251U1 - BAR FOR EXTREME COATED OSTEOSYNTHESIS

Info

Publication number: RU135251U1
Application number: RU2013136592/14U
Authority: RU
Inventors: Стэлла Вагериосовна ГЮЛЬНАЗАРОВА; Эмилия Борисовна Макарова; Александр Александрович ГАНЖА; Анна Петровна Рубштейн; Илья Шмулевич Трахтенберг
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2013-12-10

Abstract

Стержень для чрескостного остеосинтеза с покрытием, выполненный из сплава титана или железа, отличающийся тем, что покрытие имеет наружный слой из твердого наноструктурированного алмазоподобного нитрида углерода CN, где 0<x<0,4, толщиной 0,5-1,5 мкм и внутренний слой из титана или его соединений с углеродом толщиной 0,05-0,15 мкм, расположенный между металлическим телом стержня и наружным слоем.Coated rod for transosseous osteosynthesis made of an alloy of titanium or iron, characterized in that the coating has an outer layer of solid nanostructured diamond-like carbon nitride CN, where 0 <x <0.4, a thickness of 0.5-1.5 microns and an inner a layer of titanium or its compounds with carbon with a thickness of 0.05-0.15 microns, located between the metal body of the rod and the outer layer.

Description

Полезная модель относится к медицине, а именно к наружному чрескостному остеосинтезу и может быть использована в травматологии и ортопедии для лечения переломов, несращений костей и других видов костной патологии.The utility model relates to medicine, namely to external transosseous osteosynthesis and can be used in traumatology and orthopedics for the treatment of fractures, nonunion of bones and other types of bone pathology.

При чрескостном остеосинтезе в аппаратах внешней фиксации в качестве фиксирующих элементов используются спицы, стержни или их сочетание в гибридных версиях аппаратов внешней фиксации (Бейдик О.В. Спице-стержневой чрескостный остеосинтез в лечении некоторых дефектов сегментов конечностей // автореф. дис. канд. мед. наук - Саратов, 1995 - 23 с; Пусева М.Э. Совершенствование методики чрескостного остеосинтеза при лечении повреждений локтевой кости // Гений ортопедии, 2009, №2, с. 77-81; Боймуратов Г.А., Дурсунов А.Л., Шодиев Б.У. Спице-стержневое устройство для остеосинтеза при внутри- и около суставных переломов коленного сустава // Гений ортопедии, 2010, №2, с. 79-80).In transosseous osteosynthesis in external fixation devices, spokes, rods or a combination of them in hybrid versions of external fixation devices are used as fixing elements (Beidik O.V. Spoke-rod transosseous osteosynthesis in the treatment of some defects of limb segments // Abstract of Cand. Sci. Honey. Science - Saratov, 1995 - 23 s; Puseva ME Improving the technique of transosseous osteosynthesis in the treatment of ulna bone injuries // Orthopedics Genius, 2009, No. 2, p. 77-81; G. Boimuratov, A. L. Dursunov ., Shodiev B.U. Spoke-rod devices for osteosynthesis in intra- and around the knee joint fractures // Genius of Orthopedics 2010, №2, p. 79-80).

Однако используемые стержни изготовленные из сплавов железа или титана, в организме человека подвергаются коррозии, вокруг них развиваются металлозы, возможна костная резорбция, воспаление мягких тканей, а нередко и «спицевой» остеомелит (Омельчук В.П. Влияние на кость силовых воздействий, создаваемых аппаратом для чрескостного остеосинтеза / автореф. дис. канд. мед. наук - Киев, 1991 - 22 с; Ли А.Д., Баширов P.C. Руководство по чрескостному остеосинтезу, Томск, 2002. - с. 307; Карасев А.Г. Ошибки и осложнения при лечении больных с множественными переломами костей конечности // Мат. всеросс. конф. «Ошибки и осложнения в травматологии и ортопедии», Омск, 2011, с.89).However, the used rods made of iron or titanium alloys corrode in the human body, metalloses develop around them, bone resorption, inflammation of soft tissues, and often “spoke” osteomelitis are possible (Omelchuk V.P. Effect of force on the bone created by the device for transosseous osteosynthesis / abstract of the dissertation for Candidate of Medical Sciences - Kiev, 1991 - 22 sec .; Li A.D., Bashirov PC Guide to transosseous osteosynthesis, Tomsk, 2002. - P. 307; Karasev A.G. Errors and complications in the treatment of patients with multiple fractures bones of limbs // Mat. All-Russian Conference “Errors and Complications in Traumatology and Orthopedics”, Omsk, 2011, p. 89).

Известен стержень для чрескостного остеосинтеза со сложным покрытием, изготовляемый специальным способом (Пат. РФ 2134082, 1999), используемый в аппаратах внешней фиксации при лечении переломов.A known core for transosseous osteosynthesis with a complex coating, manufactured in a special way (Pat. RF 2134082, 1999), used in external fixation devices in the treatment of fractures.

Покрытие состоит из четырех слоев плазменно напыляемых на металлическую основу стержня: 1 - порошок титана; 2 - смесь порошка титана и порошка корунда Al₂O₃; 3 - порошок корунда Al₂O₃; 4 - порошковый гидроксиапатит с биоактивными свойствами.The coating consists of four layers of plasma sprayed onto the metal base of the rod: 1 - titanium powder; 2 - a mixture of titanium powder and corundum powder Al ₂ O ₃ ; 3 - corundum powder Al ₂ O ₃ ; 4 - powder hydroxyapatite with bioactive properties.

Однако стержень с таким покрытием обладает рядом недостатков:However, a rod with such a coating has several disadvantages:

- требуется особая технология для равномерного нанесения покрытия толщиной 100 мкм на резьбовую часть стержня с сохранением режущей функции кромок;- special technology is required for uniform coating of a thickness of 100 μm on the threaded part of the rod while maintaining the cutting function of the edges;

- нанесение покрытия толщиной 100 мкм с наружным слоем из гидроксиапатита на резьбовую часть стержня неизбежно приведет к повышению коэффициента трения между костной тканью и стержнем и, соответственно повышению температуры в зоне скручивания стержня;- coating with a thickness of 100 μm with an outer layer of hydroxyapatite on the threaded part of the rod will inevitably lead to an increase in the coefficient of friction between the bone tissue and the rod and, accordingly, an increase in temperature in the twisting zone of the rod;

- при вкручивании стержня в костную ткань возникают большие сдвиговые напряжения на границе металлическая основа стержня - покрытие и границах между слоями в самом покрытии. Это может сопровождаться отслоением покрытия от основы и расслоением самого покрытия;- when the rod is screwed into the bone tissue, large shear stresses arise at the boundary of the metal base of the rod - the coating and the boundaries between the layers in the coating itself. This may be accompanied by peeling of the coating from the base and peeling of the coating itself;

- при нарушении целостности покрытия его частицы (зерна размером от 5 до 70 мкм) могут попасть в близлежащие ткани и вызвать нежелательные реакции;- if the integrity of the coating is violated, its particles (grains from 5 to 70 microns in size) can get into nearby tissues and cause undesirable reactions;

- наружный слой из гидроксиапатита толщиной 20-30 мкм является пористым. При введении стержня в костную ткань межтканевая жидкость проникает в поры и непосредственно контактирует со слоем корунда (Al₂O₃). Выход ионов алюминия не обладающего толерантностью к живой ткани, в близлежащие к стержню ткани организма и последующее накопление их в этих тканях в период нахождения в теле пациента, ухудшает биологическую совместимость материала стержня;- the outer layer of hydroxyapatite with a thickness of 20-30 microns is porous. With the introduction of the rod into the bone tissue, the interstitial fluid penetrates the pores and directly contacts the layer of corundum (Al ₂ O ₃ ). The release of aluminum ions that are not tolerant to living tissue into the body tissues adjacent to the core and their subsequent accumulation in these tissues while they are in the patient’s body affects the biological compatibility of the core material;

- при длительной фиксации стержня слой из гидроксиапатита резорбируется и стержень с биоактивным покрытием становится идентичным стержню без биоактивного покрытия.- with long-term fixation of the core, the hydroxyapatite layer is resorbed and the core with a bioactive coating becomes identical to the core without a bioactive coating.

В основу полезной модели положена задача расширения линейки стержней с покрытием для чрескостного остеосинтеза с повышенными прочностными и трибологическими свойствами поверхности стержня.The utility model is based on the task of expanding the line of coated rods for transosseous osteosynthesis with enhanced strength and tribological properties of the rod surface.

Технический результат - создание для аппарата внешней фиксации стержня с покрытием обладающего толерантностью к живой ткани, имеющего повышенные фиксирующие свойства; исключение развития металлоза и воспалительных явлений, а также расшатывания стержня в костной ткани.EFFECT: creation of an external fixation apparatus for a coated rod with tolerance to living tissue, which has enhanced fixing properties; the exclusion of the development of metallosis and inflammatory phenomena, as well as loosening of the rod in the bone tissue.

Для решения поставленной задачи покрытие стержня для чрескостного остеосинтеза выполненного из сплава титана или железа, имеющего с одного конца резьбу для вкручивания в кость, а с другого - метрическую резьбу для закрепления на опоре аппарата внешней фиксации, согласно полезной модели состоит из двух слоев: наружного из твердого наноструктурированного алмазоподобного нитрида углерода CN_x, где 0<x<0,4, с толщиной 0,5-1,5 мкм и внутреннего из титана или его соединений с углеродом толщиной 0,05-0,15 мкм, расположенного между металлическим телом стержня и наружным слоем из твердого наноструктурированного алмазоподобного нитрида углерода.To solve this problem, the coating of the rod for transosseous osteosynthesis made of an alloy of titanium or iron, having a thread at one end for screwing into a bone, and a metric thread at the other end for fixing to the support of an external fixation device, according to a utility model, consists of two layers: solid nanostructured diamond-like carbon nitride CN _x , where 0 <x <0.4, with a thickness of 0.5-1.5 microns and internal from titanium or its compounds with carbon with a thickness of 0.05-0.15 microns, located between the metal body erased rea and an outer layer of solid nanostructured diamond-like carbon nitride.

Применяемый твердый наноструктурированный алмазоподобный нитрид углерода CN_x, где 0<x<0,4, биологически совместим с тканями живых объектов, не токсичен, обладает остеоинтеграционными свойствами (Thomson L.F., Law F. С, Rushton N. et al. Biocompatibility of diamond-like carbon coatings // Biomaterials, 1991. - V. 12. - P. 37-40; Cui F. Z., Li D. J. A review of investigations on biocompatibility of diamond-like carbon and carbon nitride films // Surface and Coatings Technology, 2000. - V. 131. P. 481-487; Rubstein A.P., Makarova E.B., Trakhtenberg I.Sh. et al. Osseointegration of porous titanium modified by diamond-like carbon and carbon nitride // Diamond and Related Materials, 2012. - V. 22. P. 128-135; Биоимплантаты на основе пористого титана с алмазоподобными пленками для замещения костной ткани / А.П. Рубштейн, Э.Б. Макарова, И.Ш. Трахтенберг, Ю.М. Захаров. - Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2012. - 136 с).The applied solid nanostructured diamond-like carbon nitride CN _x , where 0 <x <0.4, is biologically compatible with living tissue, non-toxic, has osseointegration properties (Thomson LF, Law F. C, Rushton N. et al. Biocompatibility of diamond- like carbon coatings // Biomaterials, 1991. - V. 12. - P. 37-40; Cui FZ, Li DJ A review of investigations on biocompatibility of diamond-like carbon and carbon nitride films // Surface and Coatings Technology, 2000. - V. 131. P. 481-487; Rubstein AP, Makarova EB, Trakhtenberg I.Sh. et al. Osseointegration of porous titanium modified by diamond-like carbon and carbon nitride // Diamond and Related Materials, 2012. - V. 22. P. 128-135; Bioimplants based on porous titanium with diamond-like films for amescheniya bone / AP Rubshtein, EB Makarova I.Sh. Trachtenberg, YM Zakharov - Ekaterinburg. RIO UB RAS, 2012. - 136).

Покрытие стержня, состоящее из наружного твердого наноструктурированного алмазоподобного нитрида углерода CN_x, где 0<x<0,4, толщиной 0,5-1,5 мкм и внутреннего слоя из титана или его соединений с углеродом толщиной 0,05-0,15 мкм, позволяет повысить твердость поверхности стержня и обеспечивает надежное сцепление стержня с костью, повышает остеоинтеграцию предупреждая расшатывание стержня, что подтверждено доклиническими токсикологическими и техническими исследованиями. Наличие же внутреннего слоя из титана или его соединений с углеродом толщиной 0,05-0,15 мкм обеспечивает наилучшее химическое взаимодействие как между материалом, из которого выполнен стержень (сплав титана или железа) так и наружным слоем из твердого наноструктурированного алмазоподобного нитрида углерода CN_x, где 0<x<0,4. Его толщина является оптимальной для обеспечения прочной адгезии. Твердое наноструктурированное алмазоподобное CN_x покрытие может быть нанесено на стержень известными способами, например, используя плазменный метод или конденсацию ионов углерода с энергией 100 эВ, образующихся при магнетронном или дуговом распылении графита в атмосфере азота (патент РФ №90678).A core coating consisting of an external solid nanostructured diamond-like carbon nitride CN _x , where 0 <x <0.4, 0.5-1.5 μm thick and an inner layer of titanium or its compounds with carbon 0.05-0.15 thick microns, allows you to increase the hardness of the surface of the rod and provides reliable adhesion of the rod with the bone, increases osseointegration preventing loosening of the rod, which is confirmed by preclinical toxicological and technical studies. The presence of an inner layer of titanium or its compounds with carbon with a thickness of 0.05-0.15 microns provides the best chemical interaction both between the material from which the rod is made (an alloy of titanium or iron) and the outer layer of solid nanostructured diamond-like carbon nitride CN _x where 0 <x <0.4. Its thickness is optimal to ensure strong adhesion. A solid nanostructured diamond-like CN _x coating can be applied to the rod by known methods, for example, using the plasma method or by condensing carbon ions with an energy of 100 eV generated by magnetron or arc sputtering of graphite in a nitrogen atmosphere (RF patent No. 90678).

На Фиг. 1 представлен стержень от аппарата внешней фиксации с покрытием.In FIG. 1 shows a rod from a coated external fixation apparatus.

Стержень для чрескостного остеосинтеза с покрытием (Фиг. 1) выполнен в виде металлического тела из сплава титана или железа. Покрытие стержня выполнено двухслойным. Наружный его слой изготовлен из твердого наноструктурированного алмазоподобного нитрида углерода CN_x, где 0<x<0,4, толщиной 0,5-1,5 мкм, а внутренний - из титана или его соединений с углеродом толщиной 0,05-0,15 мкм. Стержень с одного конца имеет резьбу для вкручивания в кость, другой конец с метрической резьбой закрепляют на опоре аппарата внешней фиксации.The core for transosseous osteosynthesis with a coating (Fig. 1) is made in the form of a metal body from an alloy of titanium or iron. The coating of the rod is made two-layer. Its outer layer is made of solid nanostructured diamond-like carbon nitride CN _x , where 0 <x <0.4, with a thickness of 0.5-1.5 μm, and the inner one is made of titanium or its compounds with carbon with a thickness of 0.05-0.15 microns. The rod at one end has a thread for screwing into the bone, the other end with a metric thread is fixed to the support of the external fixation apparatus.

Стержень используют при лечении переломов костей с использованием аппаратов внешней фиксации по стандартным методикам. Например, при переломе костей нижней конечности после обезболивания, в проекции введения стержня производят разрез мягких тканей 4-5 мм в нужном направлении. Формируют внутрикостный канал сверлом, соответствующим диаметру стержня. В подготовленный канал вкручивают стержень, предлагаемой конструкции, фиксируя обе кортикальные пластинки кости. Стержень закрепляют на опорном кольце аппарата внешней фиксации. Остальные стержни вводят аналогичным образом. После завершения фиксации отломков стержнями опоры аппарата внешней фиксации соединяют винтовыми тягами, аппарат стабилизируют.The core is used in the treatment of bone fractures using external fixation devices according to standard methods. For example, in case of fracture of the bones of the lower extremity after anesthesia, in the projection of the introduction of the rod, soft tissues are cut 4-5 mm in the desired direction. An intraosseous canal is formed with a drill corresponding to the diameter of the rod. A rod of the proposed design is screwed into the prepared canal, fixing both cortical bone plates. The rod is fixed to the support ring of the external fixation apparatus. The remaining rods are introduced in a similar manner. After the fixation of the fragments by the rods, the supports of the external fixation apparatus are connected by screw rods, the apparatus is stabilized.

Преимуществами использования стержня с двухслойным покрытием для чрескостного остеосинтеза являются: повышение прочностных свойств поверхности; снижение негативных явлений (предотвращение коррозии металла, воспалительных реакций вокруг стержня); исключение расшатывания, за счет улучшения сцепления стержня с костной тканью; увеличение стабильности фиксации костных отломков, что в целом повышает эффективность лечения больных.The advantages of using a rod with a two-layer coating for transosseous osteosynthesis are: increasing the strength properties of the surface; reduction of negative phenomena (prevention of metal corrosion, inflammatory reactions around the rod); the exclusion of loosening due to improved adhesion of the rod with bone tissue; increased stability of fixation of bone fragments, which generally increases the effectiveness of treatment of patients.

Claims

Coated rod for transosseous osteosynthesis made of an alloy of titanium or iron, characterized in that the coating has an outer layer of solid nanostructured diamond-like carbon nitride CN _x , where 0 <x <0.4, with a thickness of 0.5-1.5 μm and the inner layer of titanium or its compounds with carbon with a thickness of 0.05-0.15 microns, located between the metal body of the rod and the outer layer.