RU2555777C2

RU2555777C2 - Implant for total extended long bone defect restoration

Info

Publication number: RU2555777C2
Application number: RU2013150565/15A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Смоленцев; Станислав Владимирович Сиваконь; Сергей Васильевич Евдокимов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Мед-Инж-Био"
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2015-07-10
Also published as: RU2013150565A

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention refers to medicine. What is described is a cage for total extended long bone defect restoration representing a hollow cylinder made of a carbon-carbon composite walls of which are perforated with multiple through holes providing surrounding tissue adhesion and blood vessel penetration inside the cylinder. An inner lumen of the cage is filled with a xenogenic osteoplastic material with an axial through hole used to facilitate a fixation procedure.

EFFECT: cage makes it possible to deliver the osteoplastic material to the defect region, prevents its migration and enables improving the results of the long bone defect correction outcome by the reliable fixation of the osteoplastic material within the defect region due to optimum strength characteristics of an outer support frame, the effective regeneration within the defect region by the osteoplastic material, the absence of adverse effects of the long-term implantation, and as a result no necessity to remove the cage, and ensured possibility of the intraoperative adjustment of the cage size depending on the defect size.

1 ex

Description

Изобретение относится к области медицины, а именно к травматологии - ортопедии.The invention relates to medicine, namely to traumatology - orthopedics.

Известны различные способы оперативного лечения протяженных тотальных дефектов длинных трубчатых костей.There are various methods of surgical treatment of extended total defects of long tubular bones.

Известен способ замещения дефекта трубчатой кости, предусматривающий выполнение остеотомии конца одного из отломков кости и дозированное перемещение выделенного фрагмента с формированием регенерата до полного замещения дефекта с последующей фиксацией с помощью компрессионно-дистракционного аппарата (А.с. СССР 313533 МКИЗ А61В 17/00).A known method of replacing a defect in a tubular bone, comprising performing an osteotomy of the end of one of the bone fragments and dosing the selected fragment with the formation of a regenerate until the defect is completely replaced with subsequent fixation using a compression-distraction apparatus (A.S. USSR 313533 MKIZ A61B 17/00).

Однако при выполнении данного способа замещение обширных дефектов сопряжено с длительными сроками формирования и последующей перестройкой костного регенерата, что в значительной степени увеличивает продолжительность лечения. В процессе лечения возможен разрыв регенерата, что приводит к неизбежному укорочению конечности.However, when performing this method, the replacement of extensive defects is associated with long periods of formation and subsequent restructuring of bone regenerate, which significantly increases the duration of treatment. During treatment, rupture of the regenerate is possible, which leads to the inevitable shortening of the limb.

Известен также способ замещения дефекта трубчатой кости, предусматривающий имплантацию опорного каркаса и скрепленных с ним элементов связи. Опорный каркас представляет собой проволочную сетку. Элементы связи выполнены из пористой кальцийфосфатной керамики и выступают в качестве остеопластического материала. В приосевой области установлен скрепленный с опорным каркасом стержень из титанового сплава для фиксации имплантата (Пат. RU 2357702 С1, МПК7, A61F 002/28).There is also a known method for replacing a defect in a tubular bone, involving the implantation of a support frame and bonded elements with it. The supporting frame is a wire mesh. Communication elements are made of porous calcium phosphate ceramics and act as osteoplastic material. In the axial region, a titanium alloy rod fixed to the supporting frame is mounted for fixing the implant (Pat. RU 2357702 C1, IPC7, A61F 002/28).

Однако при применении данного способа в зоне регенерации остаются металлические части имплантата не несущие прочностной нагрузки. Они занимают часть объема регенерата, что не способствует повышению биосовместимости. Это в конечном счете приводит к снижению качества регенерата, повышению вероятности повторных переломов. Кроме того, недостатком применения опорного базиса в виде цилиндрической проволочной спирали может быть следующее: при превышении некоторой длины цилиндрической спирали, но фиксированных диаметре и толщине проволоки, имплантат может потерять устойчивость и сломаться при определенных сжимающих напряжениях, которым подвержены достаточно протяженные костные фрагменты.However, when applying this method, the metal parts of the implant that do not bear the strength load remain in the regeneration zone. They occupy part of the regenerate volume, which does not increase biocompatibility. This ultimately leads to a decrease in the quality of the regenerate, an increase in the likelihood of repeated fractures. In addition, the disadvantage of using a support base in the form of a cylindrical wire spiral can be the following: if a certain length of a cylindrical spiral is exceeded, but the wire diameter and thickness are fixed, the implant may lose stability and break under certain compressive stresses, to which sufficiently long bone fragments are exposed.

В качестве ближайшего аналога принят способ восстановления целостности трубчатых костей, включающий имплантацию полого опорного каркаса, изготовленного из титанового сплава, цилиндрической формы с решетчатой структурой, заполненного по всему внутреннему объему плотно уложенными мелкофракционированными компонентами, способствующими регенерации кости (пат. RU №2261116 С1, МПК7, A61L 27/26)As the closest analogue, a method has been adopted for restoring the integrity of tubular bones, including implantation of a hollow supporting frame made of a titanium alloy, a cylindrical shape with a lattice structure, filled throughout the entire internal volume with tightly packed finely fractioned components that promote bone regeneration (US Pat. RU No. 2261116 C1, IPC7 , A61L 27/26)

Однако известный способ имеет ряд существенных недостатков.However, the known method has several significant disadvantages.

Укладка остеопластического материала осуществляется по всему внутреннему объему опорного каркаса, что при операциях на костях конечностей затрудняет фиксацию имплантата. Наличие металлических компонентов в составе изделия может привести к осложнениям, связанным с металлозом окружающих тканей, а при необходимости повторных операций в зоне коррекции может затруднить вмешательство. Кроме того, гладкая поверхность металлического каркаса не обеспечивает адгезию окружающих тканей к опорному каркасу. А использование указанного в патенте комплекса активных ингредиентов в мелкофракционированном виде не обеспечивает естественную бимодальную пористость костной ткани, снижая остеокондуктивную функцию остеопластического материала.The laying of osteoplastic material is carried out throughout the entire internal volume of the supporting frame, which during operations on the bones of the limbs makes it difficult to fix the implant. The presence of metal components in the composition of the product can lead to complications associated with metallosis of the surrounding tissues, and if necessary, repeated operations in the correction zone can complicate the intervention. In addition, the smooth surface of the metal frame does not provide adhesion of the surrounding tissue to the supporting frame. And the use of the complex of active ingredients indicated in the patent in a finely fractionated form does not provide the natural bimodal porosity of the bone tissue, reducing the osteoconductive function of the osteoplastic material.

Задачей изобретения является создание высокоэффективного способа восстановления дефекта целостности трубчатой кости, полного восстановления длины оперируемой конечности, полного восстановления нативной кости и предотвращения возможных осложнений.The objective of the invention is to provide a highly effective method for restoring the integrity defect of the tubular bone, the full restoration of the length of the operated limb, the full restoration of the native bone and the prevention of possible complications.

Сущность изобретения состоит в том, что замещение дефекта кости выполняется кейджем, представляющим собой полый цилиндр, имеющий решетчатую структуру, из углеродного войлока пористой структуры, скрепленного атомарным углеродом, представляющего собой углерод-углеродный композит. Кейдж заполнен остеопластическим матриксом ксеногенного происхождения, обладающим естественными микро- и макропорами, таким образом, чтобы стенки цилиндра выступали над поверхностью матрикса на 10-20 мм. В центре остеопластического матрикса имеется сквозное отверстие диаметром от 5 до 12 мм.The essence of the invention lies in the fact that the replacement of a bone defect is performed by a cage, which is a hollow cylinder having a lattice structure, of carbon felt of a porous structure bonded by atomic carbon, which is a carbon-carbon composite. The cage is filled with an osteoplastic matrix of xenogenic origin, which has natural micro- and macropores, so that the cylinder walls protrude 10-20 mm above the matrix surface. In the center of the osteoplastic matrix there is a through hole with a diameter of 5 to 12 mm.

Кейдж имплантируется в дефект кости таким образом, чтобы стенки цилиндра охватывали концы кости, затем в костномозговой канал проводится интрамедуллярный металлофиксатор для остеосинтеза, обеспечивающий осевую фиксацию концов кости.The cage is implanted into the bone defect so that the cylinder walls cover the ends of the bone, then an intramedullary metal fixator for osteosynthesis is performed into the medullary canal, which ensures axial fixation of the ends of the bone.

Использование изобретения позволяет получить следующий технический результат.Using the invention allows to obtain the following technical result.

Использование войлока, скрепленного атомарным углеродом, не содержащего посторонних примесей, в качестве материала для внешнего опорного каркаса позволяет избежать реакций отторжения и не требует повторных операций для удаления конструкции.The use of felt bonded with atomic carbon, which does not contain extraneous impurities, as a material for the external supporting frame allows avoiding rejection reactions and does not require repeated operations to remove the structure.

Имплантация кейджа из углерод-углеродного композита происходит таким образом, чтобы стенки кейджа охватывают концы кости, не контактируя с раневой поверхностью фрагментов кости, не препятствуя использованию компрессионно-дистракционных методик для стимуляции регенерации в зоне дефекта.The implantation of the cage from the carbon-carbon composite occurs in such a way that the walls of the cage cover the ends of the bone without contacting the wound surface of the bone fragments, without interfering with the use of compression-distraction techniques to stimulate regeneration in the defect zone.

Кейдж, изготовленный из углерод-углеродного композита не будет препятствовать вмешательству в зону имплантации при возникновении такой необходимости.A cage made of a carbon-carbon composite will not interfere with the intervention in the implantation zone when such a need arises.

Углерод-углеродный композит является рентгеннегативным материалом, что позволит в динамике наблюдать процессы регенерации в зоне дефекта.The carbon-carbon composite is an X-ray negative material, which allows dynamics to observe the regeneration processes in the defect zone.

Пористая структура углерод-углеродного композита обеспечивает адгезию клеточных элементов и биологически активных макромолекул и прорастание кровеносных сосудов из окружающих тканей, что способствует регенерации кости.The porous structure of the carbon-carbon composite ensures the adhesion of cellular elements and biologically active macromolecules and the germination of blood vessels from surrounding tissues, which contributes to bone regeneration.

Использование костного матрикса ксеногенного происхождения, обладающего естественными микро- и макропорами, обеспечивающими прорастание остеоиндуцирующих клеточных элементов из концов дефекта кости и сосудов из окружающих тканей, позволит добиться полного замещения дефекта кости.The use of a bone matrix of xenogenic origin, with natural micro- and macropores, ensuring the germination of osteoinductive cell elements from the ends of the bone defect and blood vessels from the surrounding tissues, will allow complete replacement of the bone defect.

Наличие центрального канала в остеопластическом материале позволяет применять интрамедуллярный блокированный остеосинтез.The presence of a central channel in the osteoplastic material allows the use of intramedullary blocked osteosynthesis.

Технический результат достигается за счет того, что кейдж, представляющий из себя сетчатый цилиндр, изготовленный из углерод-углеродного композита, заполненный остеопластическим материалом ксеногенного происхождения, с предварительно сформированным каналом в своем центре, имплантируется в зону дефекта трубчатой кости. Проксимальный и дистальный отломки кости фиксируются интрамедуллярным штифтом, проведенным через центральный канал кейджа с остеопластическим материалом. Кейдж препятствует миграции остеопластического материала из зоны дефекта, но не включается в новообразованную кость и не препятствует восстановлению надкостницы в зоне дефекта.The technical result is achieved due to the fact that the cage, which is a mesh cylinder made of a carbon-carbon composite, filled with osteoplastic material of xenogenic origin, with a preformed channel in its center, is implanted in the zone of the defect of the tubular bone. The proximal and distal bone fragments are fixed with an intramedullary pin drawn through the central channel of the cage with osteoplastic material. Cage prevents the migration of osteoplastic material from the defect zone, but does not join the newly formed bone and does not prevent the restoration of the periosteum in the defect zone.

Способ осуществляется следующим образом. Осуществляется доступ к сохранившимся фрагментам кости. Через проксимальный фрагмент кости проводится интрамедуллярный штифт до зоны дефекта. На конечность оказывают дистракционное воздействие с целью восстановления анатомической длинны кости, при этом протяженность дефекта увеличивается. Кейдж устанавливается в зону дефекта так, чтобы каркас из углерод-углеродного композита заходил на внешние границы кости. Интрамедуллярный штифт проводится через внутренний канал, сформированный в остеопластическом матриксе, и через дистальный отломок кости и фиксируется по существующим методикам.The method is as follows. Access to the surviving fragments of bone. An intramedullary pin is inserted through the proximal bone fragment to the defect zone. A distraction is exerted on the limb in order to restore the anatomical length of the bone, while the length of the defect increases. The cage is installed in the defect zone so that the carbon-carbon composite frame comes into contact with the external borders of the bone. The intramedullary pin is inserted through the internal channel formed in the osteoplastic matrix and through the distal bone fragment and is fixed according to existing methods.

Пример. Больная Д., 46 лет, обратилась в клинику с диагнозом: «ложный сустав правой плечевой кости».Example. Patient D., 46 years old, came to the clinic with a diagnosis of "false joint of the right humerus."

После предоперационной подготовки больной выполнена операция по предлагаемому способу под общей анестезией.After preoperative preparation, the patient underwent surgery according to the proposed method under general anesthesia.

Первым этапом по наружно-боковой поверхности выполнен стандартный доступ к зоне дефекта. Концы плечевой кости освежены экономной краевой резекцией, костномозговой канал вскрыт и подготовлен к введению интрамедуллярного штифта. Через дополнительный доступ в области верхней трети плеча введен интрамедуллярный штифт до границы проксимального дефекта.The first step on the outer-lateral surface is standard access to the defect zone. The ends of the humerus are refreshed by an economical marginal resection, the medullary canal is opened and prepared for the introduction of an intramedullary pin. Through additional access in the region of the upper third of the shoulder, an intramedullary pin is inserted to the border of the proximal defect.

Вторым этапом выполнена дистракция конечности, кейдж с остеопластическим материалом помещен в зону дефекта так, чтобы опорный каркас из углерод-углеродного композита находился по внешней стороне от кости, а остеопластический матрикс соприкасался с зоной резекции кости. Интрамедуллярный штифт проведен через центральное отверстие в кейдже и через дистальную часть плечевой кости и заблокирован в проксимальном участке. На конечность оказана компрессия и заблокирован дистальный участок.The second stage performed distraction of the limb, a cage with osteoplastic material was placed in the defect zone so that the supporting frame of the carbon-carbon composite was located on the outside of the bone, and the osteoplastic matrix was in contact with the bone resection zone. The intramedullary pin is inserted through the central opening in the cage and through the distal part of the humerus and is blocked in the proximal area. Compression was applied to the limb and the distal portion was blocked.

Иммобилизация в течение 3-х недель. В дальнейшем назначена лечебная физкультура, направленная на восстановление объема движений.Immobilization for 3 weeks. In the future, physiotherapy exercises aimed at restoring the range of motion were prescribed.

На контрольном осмотре через 6 мес. конечность функционирует хорошо, осевая стабильность сохраняется за счет штифта. Отмечается перестройка костного матрикса и образование костной мозоли в зоне дефекта.At the control examination after 6 months. the limb functions well, axial stability is maintained by the pin. There is a restructuring of the bone matrix and the formation of bone marrow in the defect zone.

Claims

A cage for replacing a bone defect, characterized in that it is a hollow cylinder having a lattice structure made of carbon felt of a porous structure bonded by atomic carbon, which is a carbon-carbon composite filled with an osteoplastic matrix of xenogenic origin, with natural micro- and macropores, such so that the cylinder walls protrude above the matrix surface by 10-20 mm, and in the center of the osteoplastic matrix there is a through hole with a diameter of 5 to 12 mm.