RU188722U1

RU188722U1 - Fixer for arthrodesis and treatment of pseudarthrosis of the spongy bones

Info

Publication number: RU188722U1
Application number: RU2018125504U
Authority: RU
Inventors: Данил Григорьевич Близнец; Алексей Владимирович Рунков; Эмилия Борисовна Макарова; Кирилл Александрович Бердюгин; Анна Петровна Рубштейн; Игорь Леонидович Шлыков
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2019-04-22

Abstract

Полезная модель относится к медицине и может быть использована при оперативном лечении последствий травм суставов и их дегенеративно-дистрофических заболеваний. Представляет собой канюлированный винт, имеющий муфту из пористого титана, расположенную между шляпкой винта и его резьбовой частью. Диаметр муфты соответствует внешнему диаметру резьбы. Длина резьбовой части варьирует от 1/4 до 2/3 длины всего импланта. Пористость титановой муфты составляет 30-40%, а размер пор 200-400 мкм. Фиксатор выполняют нескольких типоразмеров по диаметру 4, 5, 8, 10, 12 мм, и длине: от 14 мм до 140 мм, в зависимости от размера костных фрагментов, которые требуется скреплять при артродезировании суставов или остеосинтезе псевдоартрозов. Фиксатор вводят по спице так, чтобы резьбовая часть полностью находилась в одном из скрепляемых фрагментов, а муфта из пористого титана перекрывала просвет суставной щели или диастаза (дефекта) в зоне псевдоартроза, задается необходимая компрессия в зоне контакта скрепляемых поверхностей. Поры муфты возможно заполнять интраоперационно остеоиндуктивными препаратами и/или заселять их аутологичными мезенхимальными стволовыми клетками. Повышается надежность фиксации фрагментов перелома (псевдоартроза) при их нестабильности или суставных концов для выполнения артродеза, сокращаются сроки лечения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.The invention relates to medicine and can be used in the surgical treatment of the effects of injuries of the joints and their degenerative-dystrophic diseases. It is a cannulated screw, having a sleeve of porous titanium, located between the screw head and its threaded part. The diameter of the coupling corresponds to the outer diameter of the thread. The length of the threaded part varies from 1/4 to 2/3 of the length of the entire implant. The porosity of the titanium coupling is 30-40%, and the pore size is 200-400 microns. The fixture is made of several standard sizes in diameter of 4, 5, 8, 10, 12 mm, and length: from 14 mm to 140 mm, depending on the size of the bone fragments, which need to be fastened during arthrodesic joints or osteosynthesis of pseudoarthrosis. The retainer is inserted along the needle so that the threaded part is completely in one of the fastened fragments, and the porous titanium coupling overlaps the lumen of the articular gap or diastasis (defect) in the pseudoarthrosis zone, sets the necessary compression in the contact zone of the fastened surfaces. It is possible to fill the pores of the coupling with osteoinductive drugs intraoperatively and / or colonize them with autologous mesenchymal stem cells. The reliability of fixation of fragments of a fracture (pseudoarthrosis) with their instability or articular ends to perform arthrodesis increases, the treatment time is reduced. 1 hp f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использована при оперативном лечении последствий травм суставов и их дегенеративно-дистрофических заболеваний при показаниях к хирургическому замыканию суставов - артродезированию, а также для лечения псевдоартрозов губчатых костей.The invention relates to medicine, namely to traumatology and orthopedics, and can be used in the surgical treatment of the effects of injuries of the joints and their degenerative-dystrophic diseases with indications for surgical closure of the joints - arthrodesis, as well as for the treatment of pseudarthrosis of the spongy bones.

Известен спонгиозный винт, используемый, например, для осуществления одномоментного компрессионного остеосинтеза переломов шейки бедра (Manual of Internal Fixation, 3rd edition /

M.E.,

M., Schneider R., Willenegger H. // Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1991. - 184, 526-527). На заостренном конце спонгиозного винта (для губчатой кости) нарезана резьба, а часть винта со стороны шляпки гладкая без резьбы и диаметр гладкой части меньше, чем резьбовой. Для соединения костных отломков вначале просверливают канал, ввинчивают спонгиозный винт, резьба которого оказывается в глубже расположенном отломке (например в головке бедренной кости). При затягивании резьбы шляпка винта прижимает отломки друг к другу.Known spongy screw used, for example, for the implementation of single-stage compression osteosynthesis of hip fractures (Manual of Internal Fixation, 3rd edition /

ME,

M., Schneider R., Willenegger H. // Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1991. - 184, 526-527). At the pointed end of the spongy screw (for cancellous bone), a thread is cut, and part of the screw on the side of the cap is smooth without thread and the diameter of the smooth part is smaller than the threaded part. To connect the bone fragments, a channel is first drilled through, a spongy screw is screwed in, the thread of which turns into a deeper fragment (for example, in the head of the femur). When tightening the thread, the screw head presses the fragments together.

Однако для создания динамической компрессии между отломками спонгиозный винт не предназначен. Стабилизирующее действие винта обеспечивается только за счет единовременного создания силы трения между поверхностями скрепляемых костных фрагментов в результате компрессии между резьбовой частью винта и его шляпкой. Диаметр костного канала в ближнем фрагменте при прохождении резьбовой части винта увеличивается за счет срезания части костной стенки острой кромкой резьбы винта, что приводит к отсутствию плотного контакта между гладкой частью винта и стенкой костного канала. Таким образом, контакт фиксатора с костной тканью в ближнем фрагменте ограничивается площадью соприкосновения шляпки с опорной костной площадкой. При псевдоартрозах между отломками зачастую остается дефект, а при артродезировании суставов остается суставная щель, не всегда технически возможно обеспечить коаптацию отломков и хороший контакт поверхностей скрепляемых фрагментов. При резорбции контактирующих костных поверхностей силы сдавления исчезают, а отсутствие контакта или ограниченный контакт между фрагментами нивелирует стабилизирующее влияние силы трения, что приводит к потере стабильности фиксации и возникновению неблагоприятных биомеханических условий для сращения костных отломков.However, the spongy screw is not intended to create dynamic compression between fragments. The stabilizing effect of the screw is ensured only by the simultaneous creation of the friction force between the surfaces of the bonded bone fragments as a result of compression between the threaded part of the screw and its cap. The diameter of the bone canal in the proximal fragment during the passage of the threaded part of the screw increases due to cutting off part of the bone wall with the sharp edge of the screw thread, which leads to the absence of tight contact between the smooth part of the screw and the wall of the bone canal. Thus, the contact of the fixer with the bone tissue in the proximal fragment is limited by the contact area of the cap with the supporting bone site. In case of pseudarthrosis, there is often a defect between the fragments, and during arthrodesis of the joints, a joint gap remains, it is not always technically possible to provide a fragment caplet and good contact of the surfaces of the fragments fastened together. During resorption of the contacting bone surfaces, the compression forces disappear, and the lack of contact or limited contact between fragments eliminates the stabilizing effect of the friction force, which leads to loss of stability of fixation and the appearance of unfavorable biomechanical conditions for fusion of bone fragments.

Известен фиксатор IFuse компании SI-Bone, Inc., San Jose, CA, USA (https://si-bone.com/) из пористого титана для артродеза крестцово-подвздошного сочленения, выполненный в форме треугольной призмы с заостренным концом и канюлей для введения по направляющей спице (Rudolf L. (2012) Sacroiliac Joint Arthrodesis-MIS Technique with Titanium Implants - Report of the First 50 Patients and Outcomes (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3529399/). Преимуществами данного фиксатора являются наличие покрытия из пористого титана, обладающего остеокондуктивными свойствами, а также большая площадь контакта импланта с костной тканью. Однако конструкция фиксатора предполагает использование его при заболеваниях крестцово-подвздошного сочленения без значительной нестабильности. Недостатками импланта iFuse являются невозможность дать компрессию на зону артродеза, а также недостаточность фиксирующих. свойств, что делает его неприменимым для артродезирования суставов или остеосинтеза псевдоартрозов при сохраняющейся нестабильности, например, при посттравматических нестабильных деформациях таза.Known fixer IFuse company SI-Bone, Inc., San Jose, CA, USA (https://si-bone.com/) of porous titanium for arthrodesis of the sacroiliac joint, made in the form of a triangular prism with a pointed end and a cannula for introduction by guide needle (Rudolf L. (2012) Sacroiliac Joint Arthrodesis-MIS Technique with Titanium Implants - Report of the First 50 Patients and Outcomes (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3529399/ The advantages of this fixative are the presence of a coating of porous titanium with osteoconductive properties, as well as a large contact area of the implant with bone tissue. However, the design The fixer implies its use in diseases of the sacroiliac articulation without significant instability.The implications of the iFuse implant are the inability to compress the arthrodesis zone, as well as the insufficiency of the fixing properties, which makes it inapplicable for arthrodesic joint or osteosynthesis of pseudoarthrosis with persistent instability, for example, posttraumatic unstable deformations of the pelvis.

Для решения этой проблемы было предложено дополнение импланта компрессирующим устройством - патент US 2011/0087294 А1 (https://www.google.com/patents/US20110087294), недостатком которого является сложность устройства (имплант состоит из трех деталей) и техники введения, необходимость использования специального инструментария.To solve this problem, the addition of an implant with a compression device was proposed - US patent 2011/0087294 A1 (https://www.google.com/patents/US20110087294), the disadvantage of which is the complexity of the device (the implant consists of three parts) and the insertion technique, the need use of special tools.

Известен канюлированный компрессирующий винт (патент на полезную модель RU 147760), представляющий собой цилиндрический стержень с наружным диаметром 4-8 мм со стороны проксимального отдела и 9-11 мм со стороны дистального отдела, длиной 40-120 мм, со сквозным осевым отверстием - каналом для возможности введения винта по спице в процессе остеосинтеза и подачи в зону перелома веществ, стимулирующих остеогенез. Со стороны дистального и проксимального отделов стержень снабжен наружной резьбой, а также имеет отверстия, выполненные в стенке винта, при этом часть отверстий расположена на его гладкой поверхности, а часть отверстий расположена на резьбовой части проксимального отдела винта. Винт позволяет компрессировать отломки кости и вводить в зону перелома факторы для улучшения остеорепарации.Known cannulated compression screw (patent for useful model RU 147760), which is a cylindrical rod with an outer diameter of 4-8 mm from the proximal and 9-11 mm from the distal, 40-120 mm long, with a through axial bore - channel for the possibility of introducing the screw through the needle during the process of osteosynthesis and feeding osteogenesis stimulating substances into the fracture zone. From the distal and proximal parts of the rod is provided with an external thread, and also has holes made in the screw wall, with some holes located on its smooth surface, and some holes located on the threaded part of the proximal screw. The screw allows compressing bone fragments and injecting factors into the fracture zone to improve osteoreparation.

Однако представленный фиксатор обладает всеми теми же механическими недостатками, что и классический компрессирующий винт (ограниченная площадь контакта фиксатора с ближним костным фрагментом, потеря фиксационных свойств при уменьшении силы трения между скрепляемыми фрагментами). Кроме того, наличие большого количества отверстий снижает прочностные характеристики винта. Теоретически введение остеоиндуктивных веществ в зону перелома или артродеза может улучшить биологические условия сращения, однако расположение отверстий на винте не всегда может оказаться оптимальным для подведения стимуляторов остеогенеза непосредственно к очагу замедленной остеорегенерации. Также наличие канюли и множества отверстий на теле винта делают введение остеоиндуктивных веществ неконтролируемым, при перфорации винтом костной стенки (например, при остеосинтезе крестца) остеоиндуктивные вещества могут попасть в окружающие мягкие ткани и вызвать процесс гетеротопической оссификации. Кроме того, сам фиксатор не обладает остеокондуктивными свойствами, что может уменьшить эффект остеоиндукции в зоне замедленной регенерации.However, the latch presented has all the same mechanical disadvantages as the classical compression screw (limited area of latch contact with the proximal bone fragment, loss of fixation properties with decreasing friction force between the fragments fastened). In addition, the presence of a large number of holes reduces the strength characteristics of the screw. Theoretically, the introduction of osteoinductive substances into the zone of a fracture or arthrodesis can improve the biological conditions of fusion, however, the location of the holes on the screw may not always be optimal for leading osteogenesis stimulators directly to the center of delayed osteoregeneration. Also, the presence of a cannula and a plurality of holes on the body of the screw make the introduction of osteoinductive substances uncontrollable, when the bone wall wall is perforated with a screw (for example, during osteosynthesis of the sacrum), osteoinductive substances can get into the surrounding soft tissues and cause a heterotopic ossification process. In addition, the fixative itself does not possess osteoconductive properties, which can reduce the effect of osteoinduction in the zone of delayed regeneration.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание фиксатора для артродезирования и лечения псевдоартрозов губчатых костей, обеспечивающего стабильную фиксацию отломков кости и создание в зоне перелома благоприятных условий стимулирующих регенерацию костной ткани.The technical task of the proposed utility model is the creation of a fixator for arthrodesis and the treatment of pseudarthrosis of the spongy bones, ensuring stable fixation of bone fragments and the creation in the fracture zone of favorable conditions stimulating the regeneration of bone tissue.

Технический результат - эффективная надежная фиксация фрагментов перелома (псевдоартроза) при их нестабильности или суставных концов для выполнения артродеза, сокращение срока лечения за счет обеспечения перекрытия просвета суставной щели или диастаза (дефекта) в зоне псевдоартроза пористой титановой муфтой и одновременного создания компрессии между резьбовой частью винта и его шляпкой.EFFECT: effective reliable fixation of fracture fragments (pseudoarthrosis) at their instability or articular ends to perform arthrodesis, reduction of the duration of treatment by ensuring overlap of the lumen of the articular fissure or diastasis (defect) in the pseudoarthrosis zone with a porous titanium sleeve and simultaneous compression between the screw threaded part and his hat.

Поставленная задача решается тем, что фиксатор для артродезирования и лечения псевдоартрозов губчатых костей выполнен в виде канюлированного винта, снабженного муфтой из пористого титана, которая расположена между шляпкой винта и его резьбовой частью, причем диаметр муфты соответствует внешнему диаметру резьбы, а длина резьбовой части варьирует от 1/4 до 2/3 длины всего импланта, пористость титановой муфты составляет 30-40%, размер пор 200-400 мкм, причем фиксатор выполняют нескольких типоразмеров по диаметру 4, 5, 8, 10, 12 мм, и длине: от 14 мм до 140 мм, в зависимости от размера костных фрагментов, которые требуется скреплять при артродезировании суставов или остеосинтезе псевдоартрозов.The problem is solved in that the retainer for arthrodesis and the treatment of pseudoarthrosis of the spongy bones is made in the form of a cannulated screw equipped with a porous titanium coupling that is located between the screw head and its threaded part, the coupling diameter corresponding to the outer diameter of the thread, and the length of the threaded part varies from 1/4 to 2/3 of the length of the entire implant, the titanium coupling porosity is 30-40%, the pore size is 200-400 microns, and the fixture is made of several sizes in diameter 4, 5, 8, 10, 12 mm, and length: from 14 mm to 140 mm depending on the size of the bone fragments, which need to be fastened during arthrodesic joints or osteosynthesis of pseudarthrosis.

Наличие компрессирующих свойств фиксатора (возможность создания компрессии между резьбовой частью винта и его шляпкой) повышает силу трения в зоне контакта скрепляемых поверхностей и, следовательно, увеличивает надежность фиксации соединяемых костных отломков.The presence of the compressing properties of the retainer (the ability to create compression between the screw part of the screw and its head) increases the friction force in the contact zone of the fastened surfaces and, consequently, increases the reliability of fixation of the connected bone fragments.

Снабжение винта титановой пористой муфтой, обладающей остеокондуктивными свойствами, позволяет обеспечить перекрывание просвета суставной щели или диастаза (дефекта) в зоне псевдоартроза и создать условия для прорастания костной ткани в зоне дефекта или диастаза между скрепляемыми участками кости за счет наличия пор на границе имплантат-кость. Диаметр титановой пористой муфты, равный внешнему диаметру резьбовой части фиксатора, позволяет обеспечить плотный контакт пористой поверхности с костью для лучшего прорастания костной ткани, а также улучшить механические свойства фиксатора за счет увеличения силы трения между поверхностью импланта и костной тканью и повышением прочности самого фиксатора в нагружаемой зоне. Кроме того снабжение винта титановой пористой муфтой позволяет использовать ее как контейнер для остеоиндуктивных препаратов и стволовых мезенхимальных клеток, культивированных непосредственно на имплантате, с возможностью доставки их в зону псевдоартроза или сформированного артродеза, что так же может быть использовано для стимулирования костного сращения в этой зоне. Характеристика пористости титановой муфты (30-40%) и размера пор 200-400 мкм является оптимальной и выбрана согласно проведенному исследованию в Уральском институте травматологии и ортопедии (Макарова Э.Б.: Изучение остеоинтегративных свойств пористых титановых имплантов с нанопокрытиями. Вестник травматологии и ортопедии Урала. 2010. Т. 2. №2. С. 88-91.) Выполнение фиксатора различных типоразмеров по диаметру резьбы: 4-5-8-10-12 мм), и длине от 14 мм до 140 мм позволяет использовать его как для артродезирования мелких суставов стопы и кисти или остеосинтеза при псевдоартрозах мелких костей стопы и кисти (например, ладьевидной кости), так и для артродезирования крупных суставов (крестцово-подвздошное сочленение, голеностопный, подтаранный сустав) или остеосинтеза псевдоартрозов крупных губчатых костей (например, крестца, шейки бедра, таранной кости и т.д.)The supply of a titanium porous screw with osteoconductive properties allows overlapping of the lumen of the joint gap or diastasis (defect) in the pseudoarthrosis zone and creating conditions for bone germination in the defect zone or diastasis between the bonded bone areas due to the presence of pores at the implant-bone interface. The diameter of the titanium porous sleeve, equal to the outer diameter of the threaded part of the retainer, allows for a tight contact of the porous surface with the bone for better sprouting of the bone tissue, as well as improving the mechanical properties of the retainer by increasing the friction force between the implant surface and the bone tissue and increasing the strength of the retainer in the loaded zone. In addition, the supply of the screw with a titanium porous sleeve allows it to be used as a container for osteoinductive drugs and stem mesenchymal cells cultured directly on the implant, with the possibility of delivering them to the pseudoarthrosis zone or formed arthrodesis, which can also be used to stimulate bone fusion in this area. The characteristic of porosity of the titanium coupling (30-40%) and pore size of 200-400 μm is optimal and selected according to the study at the Ural Institute of Traumatology and Orthopedics (Makarova EB: Study of the osteointegrative properties of porous titanium implants with nano-coatings. Bulletin of Traumatology and Orthopedics Ural. 2010. Vol. 2. No. 2. S. 88-91.) The implementation of a clamp of various sizes for thread diameter: 4-5-8-10-12 mm), and a length of 14 mm to 140 mm, allows you to use it as for arthrodesis of small joints of the foot and hand or osteosynthesis Pseudoarthrosis of the small bones of the foot and hand (for example, the navicular bone), and for arthrodesis of large joints (sacroiliac joint, ankle, subtalar joint) or osteosynthesis of pseudoarthrosis of large spongy bones (for example, the sacrum, hip neck, talus, etc.). d.)

Все выше перечисленное позволит добиться сращения в зоне псевдоартроза или артродеза, сократить сроки лечения пациентов с псевдоартрозами губчатых костей и заболеваниями и последствием травм суставов, требующих выполнения артродеза.All of the above will allow to achieve fusion in the area of pseudoarthrosis or arthrodesis, reduce the time of treatment of patients with pseudoarthrosis of the spongy bones and diseases and the consequences of injuries of the joints that require arthrodesis.

На Фиг. 1 представлен фиксатор для артродезирования и лечения псевдоартрозов губчатых костей в разрезе.FIG. 1 shows a fixator for arthrodesis and the treatment of pseudarthrosis of the spongy bones in the section.

Фиксатор представляет собой канюлированный винт, имеющий муфту (2) из пористого титана, расположенную между шляпкой винта (1) и его резьбовой частью (3). Диаметр муфты (2) соответствует внешнему диаметру резьбы (3). Длина резьбовой части варьирует от 1/4 до 2/3 длины всего импланта. Пористость титановой муфты составляет 30-40%, а размер пор 200-400 мкм. Фиксатор выполняют нескольких типоразмеров по диаметру 4, 5, 8, 10, 12 мм, и длине: от 14 мм до 140 мм, в зависимости от размера костных фрагментов, которые требуется скреплять при артродезировании суставов или остеосинтезе псевдоартрозов.The retainer is a cannulated screw having a sleeve (2) of porous titanium, located between the head of the screw (1) and its threaded part (3). The diameter of the coupling (2) corresponds to the outer diameter of the thread (3). The length of the threaded part varies from 1/4 to 2/3 of the length of the entire implant. The porosity of the titanium coupling is 30-40%, and the pore size is 200-400 microns. The fixture is made of several standard sizes in diameter of 4, 5, 8, 10, 12 mm, and length: from 14 mm to 140 mm, depending on the size of the bone fragments, which need to be fastened during arthrodesic joints or osteosynthesis of pseudoarthrosis.

Фиксатор используется следующим образом. Проводится направляющая спица через оба скрепляемых костных фрагмента (отломки псевдоартроза или суставные поверхности замыкаемого сустава) в соответствии с запланированным положением фиксатора. По спице с помощью канюлированных сверл формируется канал: для резьбовой части - по диаметру стержня винта, для муфты из пористого титана - по внешнему диаметру муфты. С помощью канюлированной отвертки по спице вводится фиксатор так, чтобы резьбовая часть полностью находилась в одном из скрепляемых фрагментов, а муфта из пористого титана перекрывала просвет суставной щели или диастаза (дефекта) в зоне псевдоартроза. Винт вводится до упора шляпки в наружный кортекс кости, путем продолжения вращения задается необходимая компрессия в зоне контакта скрепляемых поверхностей. С целью активизации костного сращения возможно заполнение пор муфты интраоперационно остеоиндуктивными препаратами и/или заселение их аутологичными мезенхимальными стволовыми клетками, в этом случае имплантат выполняет роль матрицы для формирования новой костной ткани.The latch is used as follows. A guide pin is held through both fastened bone fragments (fragments of a pseudoarthrosis or articular surfaces of a closed joint) in accordance with the planned position of the fixator. A needle forms a channel through the needle with the help of cannulated drills: for the threaded part, according to the diameter of the screw stem, for a coupling of porous titanium, according to the external diameter of the coupling. Using a cannulated screwdriver, a retainer is inserted through the spoke so that the threaded part is completely in one of the fastened fragments, and the sleeve of porous titanium overlaps the lumen of the articular gap or diastasis (defect) in the pseudoarthrosis zone. The screw is inserted all the way into the cap in the outer cortex of the bone; by continuing the rotation, the necessary compression is set in the contact zone of the fastened surfaces. In order to activate bone fusion, it is possible to fill the pores of the sleeve with intraoperative osteoinductive drugs and / or colonize them with autologous mesenchymal stem cells, in this case the implant acts as a matrix for the formation of new bone tissue.

Таким образом, предлагаемая конструкция фиксатора позволяет сочетать в себе фиксирующие и остеокондуктивные свойства, а также может быть использован как контейнер для остеоиндуктивных препаратов и стволовых мезепхимальных клеток, культивированных непосредственно на муфте из пористого титана, с возможностью доставки их в зону псевдоартроза или сформированного артродеза.Thus, the proposed design of the clamp allows you to combine fixative and osteoconductive properties, and can also be used as a container for osteoinductive preparations and stem mesepchimal cells cultured directly on a porous titanium coupling, with the possibility of delivering them to the pseudoarthrosis or formed arthrodesis.

Claims

1. A fixator for arthrodesis and treatment of pseudarthrosis of the spongy bones, made in the form of a cannulated screw, characterized in that it is equipped with a porous titanium coupling that is located between the screw head and its threaded part, the coupling diameter corresponding to the outer diameter of the thread, and the length of the threaded part is from 1/4 to 2/3 of the length of the entire screw.

2. The retainer according to claim 1, characterized in that it is made of several standard sizes in diameter: 4, 5, 8, 10, 12 mm and a length from 14 mm to 140 mm, depending on the size of the bone fragments that need to be fastened during arthrodesic joints or osteosynthesis of pseudarthrosis.