RU162540U1

RU162540U1 - IMPLANT FOR REPLACEMENT OF BONE DEFECTS

Info

Publication number: RU162540U1
Application number: RU2015140462/14U
Authority: RU
Inventors: Андрей Игоревич Снетков; Владимир Иванович Шевцов; Георгий Шотович Голубев; Игорь Михайлович Белов; Елена Сергеевна Иванова; Валерий Алексеевич Медик; Светлана Борисовна Корчагина; Сергей Константинович Гордеев; Олег Викторович Барзинский
Original assignee: Олег Викторович Барзинский; Сергей Константинович Гордеев
Priority date: 2015-09-22
Filing date: 2015-09-22
Publication date: 2016-06-10

Abstract

1. Имплантат для замещения костных дефектов, выполненный из углерод-углеродного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и армирующий каркас из углеродных волокон, отличающийся тем, что он выполнен в виде цилиндрического сегмента усеченного прямого кругового цилиндра, отсеченного плоскостью параллельно цилиндрической оси, при этом длина отсеченного сегмента в плоскости основания цилиндра составляет 0,3-0,8 от диаметра основания цилиндра, а двугранный угол между плоскостями оснований усеченного цилиндра составляет 10-50°.2. Имплантат по п. 1, отличающийся тем, что он имеет сквозное отверстие, параллельное оси цилиндра, диаметром 0,2-0,5 от диаметра цилиндра.3. Имплантат по п. 1, отличающийся тем, что на его цилиндрической поверхности выполнены глухие отверстия диаметром 2-5 мм и глубиной 2-7 мм.4. Имплантат по п. 1, отличающийся тем, что на поверхностях цилиндрических оснований выполнены один или несколько пазов глубиной 1-5 мм и шириной 2-4 мм.1. An implant for the replacement of bone defects made of a carbon-carbon material containing a pyrocarbon matrix and a reinforcing frame made of carbon fibers, characterized in that it is made in the form of a cylindrical segment of a truncated straight circular cylinder, cut off by a plane parallel to the cylindrical axis, while the length of the cut a segment in the plane of the base of the cylinder is 0.3-0.8 of the diameter of the base of the cylinder, and the dihedral angle between the planes of the bases of the truncated cylinder is 10-50 °. 2. The implant according to claim 1, characterized in that it has a through hole parallel to the axis of the cylinder, with a diameter of 0.2-0.5 from the diameter of the cylinder. 3. The implant according to claim 1, characterized in that on its cylindrical surface blind holes are made with a diameter of 2-5 mm and a depth of 2-7 mm. 4. The implant according to claim 1, characterized in that on the surfaces of the cylindrical bases one or more grooves are made with a depth of 1-5 mm and a width of 2-4 mm.

Description

Полезная модель относится к медицине, а именно к хирургии, травматологии и ортопедии и может быть использована при хирургическом лечении воспалительных и дегенеративно-дистрофических заболеваний кости, а также костных травм.The utility model relates to medicine, namely to surgery, traumatology and orthopedics and can be used in the surgical treatment of inflammatory and degenerative-dystrophic bone diseases, as well as bone injuries.

При хирургическом лечении костных заболеваний и травм возникает необходимость компенсации (замещения) костных дефектов с помощью имплантатов. В качестве имплантатов используют костные фрагменты пациента или искусственные материалы, обладающие биосовместимостью и достаточным уровнем прочности.In the surgical treatment of bone diseases and injuries, it becomes necessary to compensate (replace) bone defects with implants. Bone fragments of the patient or artificial materials with biocompatibility and a sufficient level of strength are used as implants.

Известен имплантат, описанный в патенте РФ №2204361 [приор. 04.07.2000, Кл. A61F 2/44]. Имплантат выполнен из углерод-углеродного композиционного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и армирующий каркас из углеродных волокон. Имплантат может иметь форму призмы (прямоугольной, с основаниями П- или Г-образными), в виде цилиндра или таблетки. Известные имплантаты обладают достаточным уровнем прочности, хорошей биосовместимостью, после операционного применения хорошо фиксируются в кости.A known implant described in the patent of the Russian Federation No. 2204361 [prior. 07/04/2000, Cl. A61F 2/44]. The implant is made of a carbon-carbon composite material containing a pyrocarbon matrix and a carbon fiber reinforcing frame. The implant may be in the form of a prism (rectangular, with bases U- or L-shaped), in the form of a cylinder or tablet. Known implants have a sufficient level of strength, good biocompatibility, after surgical use are well fixed in the bone.

Недостатком известных имплантатов является несоответствие формы имплантата встречающимся в хирургической практике размерным особенностям ряда костных дефектов, прежде всего при операциях на длинных костях, в частности, при остеотомии.A disadvantage of the known implants is the mismatch of the implant shape encountered in surgical practice, the dimensional features of a number of bone defects, especially in operations on long bones, in particular, with osteotomy.

Задачей полезной модели является разработка имплантата, обеспечивающего повышение эффективности его применения при замещении костных дефектов при операциях на длинных трубчатых костях, в частности, при остеотомии, за счет лучшего соответствия формы имплантата форме замещаемого костного дефекта.The objective of the utility model is the development of an implant that provides an increase in the effectiveness of its use in replacing bone defects during operations on long tubular bones, in particular, in osteotomy, due to better matching of the implant shape to the shape of the replaced bone defect.

Поставленная задача решается тем, что имплантат для замещения костных дефектов из углерод-углеродного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и армирующий каркас из углеродных волокон, выполнен в виде цилиндрического сегмента усеченного прямого кругового цилиндра, отсеченного плоскостью параллельно цилиндрической оси, при этом длина отсеченного сегмента в плоскости основания цилиндра составляет 0,3-0,8 от диаметра основания цилиндра, а двугранный угол между плоскостями оснований усеченного цилиндра составляет 10-50°.The problem is solved in that the implant for the replacement of bone defects of a carbon-carbon material containing a pyrocarbon matrix and a reinforcing frame of carbon fibers is made in the form of a cylindrical segment of a truncated straight circular cylinder, cut off by a plane parallel to the cylindrical axis, while the length of the cut-off segment in the plane the base of the cylinder is 0.3-0.8 of the diameter of the base of the cylinder, and the dihedral angle between the planes of the bases of the truncated cylinder is 10-50 °.

Если форма имплантата такова, что длина отсеченного цилиндрического сегмента в плоскости основания цилиндра более 0,8 от диаметра цилиндра, то форма имплантата не отвечает требованиям решаемой задачи, т.к. она несущественноотличается от формы известного цилиндрического имплантата. Если длина отсеченного цилиндрического сегмента в плоскости основания цилиндра менее 0,3 от диаметра цилиндра, то форма имплантата не соответствует, встречающимся на практике костным дефектам. При двугранном угле между плоскостями оснований усеченного цилиндра менее 10°, форма имплантата близка к форме прямого цилиндрического сегмента, что не позволяет его использовать при операции остеотомии. Если двугранный угол между плоскостями оснований усеченного цилиндра больше 50°, то форма имплантата не соответствует, встречающимся на практике костным дефектам.If the shape of the implant is such that the length of the cut off cylindrical segment in the plane of the base of the cylinder is more than 0.8 of the cylinder diameter, then the shape of the implant does not meet the requirements of the problem being solved, because it differs insignificantly from the shape of a known cylindrical implant. If the length of the cut off cylindrical segment in the plane of the base of the cylinder is less than 0.3 of the cylinder diameter, then the shape of the implant does not correspond to bone defects encountered in practice. When the dihedral angle between the base planes of the truncated cylinder is less than 10 °, the shape of the implant is close to the shape of a straight cylindrical segment, which does not allow it to be used in osteotomy surgery. If the dihedral angle between the planes of the bases of the truncated cylinder is greater than 50 °, then the shape of the implant does not match the bone defects encountered in practice.

Предпочтительно, чтобы имплантат имел сквозное отверстие, параллельное оси цилиндра. Перед установкой имплантата в костный дефект или в область межпозвонкового диска отверстие может быть заполнено остеоиндуктивным или остеокондуктивным материалом (например, гидроксиапатитом) для ускорения процессов формирования костно-углеродного блока в области имплантации. Предпочтительно, чтобы диаметр отверстия составлял 0,2-0,5 от диаметра цилиндра. Если диаметр отверстия менее 0,2 от диаметра цилиндра, то оно слишком мало и неудобно для размещения в отверстии указанных выше веществ. При диаметре отверстия более 0,5 от диаметра цилиндра имплантат имеет малую площадь поперечного сечения, и, следовательно, низкую прочность при сжатии и изгибе.Preferably, the implant has a through hole parallel to the axis of the cylinder. Before installing the implant in a bone defect or in the region of the intervertebral disc, the opening can be filled with osteoinductive or osteoconductive material (for example, hydroxyapatite) to accelerate the formation of a bone-carbon block in the area of implantation. Preferably, the diameter of the hole is 0.2-0.5 of the diameter of the cylinder. If the hole diameter is less than 0.2 of the cylinder diameter, then it is too small and inconvenient to place the above substances in the hole. When the hole diameter is more than 0.5 of the cylinder diameter, the implant has a small cross-sectional area, and, therefore, low compressive and bending strength.

Предпочтительно, чтобы на поверхностях оснований цилиндра были выполнены один или несколько пазов глубиной 1-5 мм и шириной 2-6 мм. Такие пазы могут быть использованы для установки имплантата в костный дефект с помощью хирургического инструмента, например, корнцанга. При глубине пазов менее 1 мм и ширине менее 2 мм их размеры слишком малы и затруднено применение хирургического инструмента. Пазы шириной более 6 мм и глубиной более 5 мм могут приводить к существенному снижению прочности имплантата, что недопустимо.Preferably, one or more grooves 1-5 mm deep and 2-6 mm wide are made on the surfaces of the cylinder bases. Such grooves can be used to insert an implant into a bone defect using a surgical instrument, such as a forceps. With a groove depth of less than 1 mm and a width of less than 2 mm, their dimensions are too small and the use of a surgical instrument is difficult. Grooves with a width of more than 6 mm and a depth of more than 5 mm can lead to a significant decrease in the strength of the implant, which is unacceptable.

На цилиндрической поверхности имплантата, могут быть выполнены глухие отверстия диаметром 2-5 мм и глубиной 2-7 мм. Такие отверстия, в том числе и резьбовые, могут быть использованы для установки имплантата в костный дефект с помощью хирургического инструмента. При диаметре отверстий менее 2 мм и глубине менее 2 мм их размеры малы и затруднено применение хирургического инструмента. Отверстия диаметром более 5 мм и глубиной более 7 мм могут приводить к существенному снижению прочности имплантата, что недопустимо.On the cylindrical surface of the implant, blind holes with a diameter of 2-5 mm and a depth of 2-7 mm can be made. Such holes, including threaded ones, can be used to install the implant in a bone defect using a surgical instrument. With hole diameters of less than 2 mm and a depth of less than 2 mm, their size is small and the use of a surgical instrument is difficult. Holes with a diameter of more than 5 mm and a depth of more than 7 mm can lead to a significant decrease in the strength of the implant, which is unacceptable.

Предлагаемая полезная модель поясняется следующими фигурами:The proposed utility model is illustrated by the following figures:

Фиг. 1 Имплантат для замещения костных дефектов.FIG. 1 Implant to replace bone defects.

Фиг. 2 Пример имплантата для замещения костных дефектов со сквозным отверстием.FIG. 2 Example of an implant to replace bone defects with a through hole.

Фиг. 3 Пример имплантата для замещения костных дефектов с пазами на поверхности цилиндрических оснований имплантата.FIG. 3 An example of an implant to replace bone defects with grooves on the surface of the cylindrical bases of the implant.

Обозначения на фигурах: Н - высота имплантата, D - диаметр основания имплантата, В - длина в плоскости основания цилиндра отсеченного цилиндрического сегмента имплантата, а - двугранный угол между плоскостями оснований усеченного цилиндра, d - диаметр отверстия.Designations in the figures: H is the height of the implant, D is the diameter of the base of the implant, B is the length in the plane of the base of the cylinder of the cut off cylindrical segment of the implant, and is the dihedral angle between the planes of the bases of the truncated cylinder, d is the diameter of the hole.

Сущность изобретения состоит в следующем. Имплантат, предлагаемый в данном техническом решении, состоит из углерод-углеродного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и армирующий каркас из углеродных волокон, например, многонаправленный каркас из стержней, сформованных из углеродных волокон, расположенных вдоль оси стержней. Используемый углеродный материал обладает биосовместимостью, прочностью, остеокондуктивными свойствами. Имплантат имеет форму, показанную на фиг. 1.The invention consists in the following. The implant proposed in this technical solution consists of a carbon-carbon material containing a pyrocarbon matrix and a reinforcing frame of carbon fibers, for example, a multidirectional frame of rods formed of carbon fibers located along the axis of the rods. The carbon material used has biocompatibility, strength, and osteoconductive properties. The implant has the shape shown in FIG. one.

Его боковая поверхность образована цилиндрической поверхностью и плоскостью, образованной отсеченным цилиндрическим сегментом. Длина отсеченного сегмента составляет 0,3-0,8 от диаметра цилиндрического основания имплантата. Одно из цилиндрических оснований имплантата перпендикулярно цилиндрической оси, а плоскость другого основания образует с плоскостью описанного выше основания двугранный угол 10-50°. Такая форма имплантатов является оптимальной, например, при замещении костных дефектов при остеотомии длинных костей. В этом случае, при установке имплантата в костном дефекте, цилиндрическая поверхность ориентируется параллельно внешней поверхности длинной кости, совпадая с ней по диаметру. При этом цилиндрические основания имплантата сориентированыпо поверхности костного дефекта и обеспечивают исправление взаимного расположения проксимального и дистального эпифизов кости, что важно для правильного взаимного расположения суставов пациента. При установке имплантата в костный дефект обеспечивается контакт поверхностей оснований имплантата со здоровой костной тканью, что создает опороспособность кости.Its lateral surface is formed by a cylindrical surface and a plane formed by a clipped cylindrical segment. The length of the cut off segment is 0.3-0.8 of the diameter of the cylindrical base of the implant. One of the cylindrical bases of the implant is perpendicular to the cylindrical axis, and the plane of the other base forms a dihedral angle of 10-50 ° with the plane of the base described above. This form of implants is optimal, for example, when replacing bone defects in osteotomy of long bones. In this case, when installing the implant in a bone defect, the cylindrical surface is oriented parallel to the outer surface of the long bone, matching its diameter. In this case, the cylindrical base of the implant is oriented along the surface of the bone defect and provides correction of the relative position of the proximal and distal pineal glands, which is important for the correct relative position of the patient's joints. When installing an implant in a bone defect, the surfaces of the implant bases are in contact with healthy bone tissue, which creates bone support ability.

Предпочтительными являются следующие особенности имплантата, которые могут быть использованы в его конструкции в зависимости от принятой хирургом стратегии проведения операции.Preferred are the following features of the implant, which can be used in its design, depending on the strategy adopted by the surgeon for the operation.

Имплантат может иметь сквозное отверстие, как это показано на фиг. 2. Отверстие предназначено для размещения в нем остеокондуктивных или остеоиндуктивных материалов, обеспечивающих ускорение формирования костной ткани, сращивание имплантата с костной тканью и формирование единого костно-углеродного блока в зоне замещаемого дефекта. Такими материалами могут быть фосфаты кальция (гидросиапатит, трикальцийфосфат), в том числе с добавками коллагена или белками, ускоряющими формирование остеобластов (факторы роста костной ткани), или фрагментами костной ткани пациента (аутокость), забор которых может быть осуществлен в ходе операции или перед ней. Кроме того, в этом отверстии могут быть размещены лекарственные средства пролонгированного действия, обеспечивающие медленное выделение активных лекарственных веществ в оперированную область в послеоперационном периоде, что особенно важно при лечении воспалительных заболеваний (костный туберкулез, остеомиелит).The implant may have a through hole, as shown in FIG. 2. The hole is designed to accommodate osteoconductive or osteoinductive materials in it, which accelerate the formation of bone tissue, fusion of the implant with bone tissue and the formation of a single bone-carbon block in the area of the replaced defect. Such materials can be calcium phosphates (hydrosiapatite, tricalcium phosphate), including those with collagen additives or proteins that accelerate the formation of osteoblasts (bone growth factors), or fragments of the patient’s bone tissue (autobone), which can be taken during surgery or before her. In addition, prolonged-action drugs can be placed in this hole, providing a slow release of active drugs into the operated area in the postoperative period, which is especially important in the treatment of inflammatory diseases (bone tuberculosis, osteomyelitis).

Имплантат может иметь глухие отверстия на своей цилиндрической поверхности, например, имеющие внутреннюю резьбу. Отверстия позволяют упростить установку имплантата используя инструмент, например, имеющий внешнюю резьбу того же диаметра, с помощью которой имплантат временно фиксируется на инструменте, а после установки имплантата в костный дефект инструмент вращательными движениями отделяется от имплантата.The implant may have blind holes on its cylindrical surface, for example, having an internal thread. The holes make it easier to install the implant using a tool, for example, having an external thread of the same diameter, with which the implant is temporarily fixed to the tool, and after installing the implant in the bone defect, the tool is separated from the implant by rotational movements.

Имплантат может иметь пазы, сформированные на основаниях, как это показано на фиг. 3. Пазы, как и глухие отверстия, позволяют упростить установку имплантата используя инструмент, например, корнцанг.The implant may have grooves formed on the bases, as shown in FIG. 3. Grooves, as well as blind holes, make it easier to install the implant using a tool, such as a forceps.

Указанные предпочтительные дополнительные особенности могут сочетаться в имплантате в различных комбинациях, а сами имплантаты использованы не только в хирургии длинных костей, остеотомии, но при замещении различных костных дефектов, например, в вертебрологии.These preferred additional features can be combined in the implant in various combinations, and the implants themselves are used not only in long bone surgery, osteotomy, but in the replacement of various bone defects, for example, in vertebrology.

Имплантаты применяют следующим образом, например, при замещении костных дефектов при коррегирующей остеотомии с образованием клиновидного диастаза. Перед применением имплантаты стерилизуют. Стерилизация имплантатов осуществляется обычным способом, например, в автоклаве. Предполагаемая форма и размер имплантата определяется хирургом до операции на основании рентгенологической оценки величины получаемого костного клиновидного дефекта. В ходе операции доступ к пораженному отделу кости и радикальный этап операции производят по стандартным хирургическим методикам. После проведения остеотомии и восстановления правильной оси сегмента конечности выполняют замещение клиновидного костного дефекта имплантатом. В состоянии реклинации имплантат плотно внедряют в дефект. Положение имплантата должно соответствовать оси нагрузки кости. Имплантат обеспечивает надежную стабилизацию оперированного отдела кости, что крайне важно для его приживления. В завершающей части операции ткани над областью пластики ушивают 2-3 кетгутовыми швами. Рану послойно ушивают. Накладывают асептическую повязку.Implants are used as follows, for example, when replacing bone defects in corrective osteotomy with the formation of wedge-shaped diastasis. Before use, the implants are sterilized. Sterilization of implants is carried out in the usual way, for example, in an autoclave. The estimated shape and size of the implant is determined by the surgeon before surgery on the basis of an X-ray assessment of the resulting bone wedge-shaped defect. During the operation, access to the affected part of the bone and the radical phase of the operation are performed according to standard surgical techniques. After an osteotomy and restoration of the correct axis of the limb segment, a wedge-shaped bone defect is replaced with an implant. In the state of reclamation, the implant is tightly inserted into the defect. The position of the implant should correspond to the axis of the bone load. The implant provides reliable stabilization of the operated part of the bone, which is extremely important for its engraftment. In the final part of the operation, the tissues over the plastic region are sutured with 2-3 catgut sutures. The wound is sutured in layers. Apply an aseptic dressing.

Таким образом, предлагаемые имплантаты сочетают в себе биологическую совместимость, прочность, фиксационные свойства, связанные с особенностями углеродного материала, из которого они изготовлены, и новую форму имплантата, обеспечивающую лучшее соответствие формамболыпой группы замещаемых костных дефектов. Тем самым достигается повышение эффективности применения имплантатов при замещении костных дефектов.Thus, the proposed implants combine biocompatibility, strength, fixation properties associated with the characteristics of the carbon material from which they are made, and a new form of the implant, which ensures better compliance with the shape of the group of replaceable bone defects. Thereby, an increase in the effectiveness of the use of implants in the replacement of bone defects is achieved.

Claims

1. The implant for the replacement of bone defects made of carbon-carbon material containing a pyrocarbon matrix and a reinforcing frame of carbon fibers, characterized in that it is made in the form of a cylindrical segment of a truncated straight circular cylinder, cut off by a plane parallel to the cylindrical axis, while the length of the cut segment in the plane of the base of the cylinder is 0.3-0.8 of the diameter of the base of the cylinder, and the dihedral angle between the planes of the bases of the truncated cylinder is 10-50 °.

2. The implant according to claim 1, characterized in that it has a through hole parallel to the axis of the cylinder, with a diameter of 0.2-0.5 from the diameter of the cylinder.

3. The implant according to claim 1, characterized in that on its cylindrical surface blind holes are made with a diameter of 2-5 mm and a depth of 2-7 mm.

4. The implant according to claim 1, characterized in that on the surfaces of the cylindrical bases one or more grooves are made with a depth of 1-5 mm and a width of 2-4 mm.