RU2604390C1

RU2604390C1 - Intraosseous pin

Info

Publication number: RU2604390C1
Application number: RU2015127367/14A
Authority: RU
Inventors: Виктор Эдуардович Гюнтер; Александр Николаевич Иванов; Михаил Юрьевич Фатюшин; Ольга Николаевна Меркулова; Валентина Николаевна Ходоренко; Надежда Викторовна Артюхова; Сергей Викторович Гюнтер; Тимофей Леонидович Чекалкин
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2016-12-10

Abstract

FIELD: medical equipment.

SUBSTANCE: invention relates to medical devices. Device comprises support bar in form of assembled in bundle nickelide-titanium threads and tight rod shell made of permeable porous titanium nickelide chemically connected with support rod. Diameters of individual threads and average size of pore walls are 0.9-1.1.

EFFECT: invention provides high mechanical strength in bending deformation.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике.The invention relates to medical equipment.

Одной из главных задач имплантологии является повышение механической прочности технических средств реконструкции опорно-двигательного аппарата больного. К примеру, известны случаи разрушения внутрикостного стального штифта, внедренного в бедренную кость пациента при лечении перелома. Очевидно, что решение указанной задачи адресовано специалистам - материаловедам.One of the main tasks of implantology is to increase the mechanical strength of the technical means of reconstruction of the musculoskeletal system of the patient. For example, there are known cases of destruction of the intraosseous steel pin embedded in the patient's femur during the treatment of a fracture. Obviously, the solution to this problem is addressed to material specialists.

Известный внутрикостный штифт [http://surgeryzone.net/info/info-travmatologia/oslozhneniya-perelomov-bedra.html, Surgeryzone - медицинский сайт > Травматология и ортопедия > Осложнения переломов бедра] и иные крепежные и опорные имплантаты, выполненные из медицинской стали, титана недостаточно соответствуют необходимым качествам, таким как бесконфликтная совместимость с контактируемой тканью (биосовместимость), долговечность работы в условиях знакопеременной деформации, механическая прочность и весогабаритные характеристики.Famous intraosseous pin [http://surgeryzone.net/info/info-travmatologia/oslozhneniya-perelomov-bedra.html, Surgeryzone - medical site> Traumatology and orthopedics> Complications of hip fractures] and other fastening and support implants made of medical steel , titanium does not adequately meet the necessary qualities, such as conflict-free compatibility with contacted tissue (biocompatibility), durability under conditions of alternating deformation, mechanical strength and weight and size characteristics.

Заметным прогрессом в уровне данной техники является открытие и использование в этих целях медицинского сплава на основе никелида титана [Материалы с памятью формы и новые медицинские технологии / Под ред. В.Э. Гюнтера. - Томск: Изд-во «НЛП» МИЦ», 2010. - 360 с.]. Сходство деформационных свойств этого материала с таковыми «живых» тканей максимально (из известных материалов) обеспечивает критерии биосовместимости. Частным следствием биосовместимости является интеграционная особенность материала, т.е. эффективность срастания с контактируемыми тканями организма. Превосходство никелида титана среди известных медицинских материалов, в числе прочих достоинств, обеспечивают ему конкурентную востребованность в хирургической медицине.A notable progress in the level of this technology is the discovery and use for this purpose of a medical alloy based on titanium nickelide [Materials with shape memory and new medical technologies / Ed. V.E. Gunther. - Tomsk: NLP MITs Publishing House, 2010. - 360 p.]. The similarity of the deformation properties of this material with those of "living" tissues to the maximum (from known materials) provides biocompatibility criteria. A particular consequence of biocompatibility is the integration feature of the material, i.e. the effectiveness of intergrowth with contacted tissues of the body. The superiority of titanium nickelide among well-known medical materials, among other advantages, provides it with a competitive demand in surgical medicine.

Гладкая поверхность многих разработанных имплантатов из никелида титана недостаточно адгезивна с органическими тканями. Восполнением этого дефицита явилась композиция монолитных деталей изделия с проницаемо-пористым покрытием его поверхности. Специфическая структура такого покрытия с сильно развитой контактной поверхностью и капиллярным механизмом депонирования физиологических жидкостей обеспечивает прочное и быстрое врастание имплантата.The smooth surface of many developed titanium nickelide implants is not sufficiently adhesive with organic tissues. The deficit was compensated by the composition of monolithic parts of the product with a permeable-porous coating of its surface. The specific structure of such a coating with a highly developed contact surface and the capillary mechanism of the deposition of physiological fluids provides a strong and rapid implant growth.

Известен зубной имплантат (Фиг. 1), внутрикостный цоколь которого выполнен в виде монолитного никелид-титанового стержня в химически скрепленной с ним оболочке из проницаемо-пористого никелида титана [Имплантаты с памятью формы. Научно-практический журнал. - Томск: Изд. «НИИ» МИЦ», 2008. №1-2. С. 36]. Стержень цоколя обеспечивает осевую и радиальную опору протеза, пористо-проницаемая оболочка служит матрицей остеосинтеза, и врастание протеза в альвеолярное ложе. Высокая интеграционная способность устройства позволяет зубное протезирование за одно посещение стоматолога.A known dental implant (Fig. 1), the intraosseous base of which is made in the form of a monolithic titanium nickelide rod in a shell chemically bonded with it from permeable-porous titanium nickelide [Implants with shape memory. Scientific and practical journal. - Tomsk: Ed. "Research Institute" MITs ", 2008. No. 1-2. S. 36]. The base of the cap provides axial and radial support for the prosthesis, the porous-permeable membrane serves as a matrix for osteosynthesis, and the prosthesis grows into the alveolar bed. The high integration ability of the device allows dental prosthetics in one visit to the dentist.

Дефицит изгибной прочности протеза является недостатком устройства, принятого по наибольшему сходству в качестве аналога-прототипа предложения.The lack of flexural strength of the prosthesis is a disadvantage of the device adopted by the greatest similarity as an analogue of the prototype of the proposal.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение механической прочности внутрикостного штифта.The technical result of the invention is to increase the mechanical strength of the intraosseous pin.

Указанный технический результат достигается тем, что во внутрикостном штифте, содержащем опорный стержень из никелида титана и облегающую его оболочку из проницаемо-пористого никелида титана, химически связанную с опорным стержнем, опорный стержень выполнен из собранных в жгут никелид-титановых нитей с диаметром, составляющим отношение 0.9-1.1 со среднестатистической толщиной стенки поры.The specified technical result is achieved by the fact that in the intraosseous pin containing the support rod of titanium nickelide and a shell of permeable-porous titanium nickelide chemically bonded to the support rod, the support rod is made of nickel-titanium filaments assembled into a bundle with a diameter of the ratio 0.9-1.1 with an average pore wall thickness.

Работа устройства, установленного в кость в качестве фиксирующего штифта, сопровождается изгибной деформацией всей композиции «опорный стержень-оболочка». Механическая прочность как предел обратимой деформации до начала разрушения определяется опорным стержнем и дополняется оболочкой. Новизна предлагаемого изобретения, позволяющая повысить механическую прочность штифта, состоит в изменении структуры опорного стержня. Редукция объема материала от цельного монолита до собранного в жгут пучка тонких нитей увеличивает интервал обратимой деформации, не изменяя, практически, опорной функции стержня.The operation of the device installed in the bone as a fixing pin is accompanied by bending deformation of the entire composition of the "support rod-shell". Mechanical strength as the limit of reversible deformation prior to fracture is determined by the support rod and supplemented by the shell. The novelty of the invention, which allows to increase the mechanical strength of the pin, consists in changing the structure of the support rod. The reduction of the volume of the material from a solid monolith to a bundle of fine filaments bundled increases the reversible deformation interval without changing, practically, the support function of the rod.

Химическая связь стержня и оболочки, исключающая взаимное микроперемещение соприкасающихся фрагментов, повышает стабильность формы устройства в работе, не умаляя технического результата. Технология такой связи известна и достигнута в современном производстве изделий из никелида титана. Выбранный интервал соотношений диаметров нитей стержня и размеров пористой микроструктуры оболочки продиктован современными технологическими возможностями волочения и производства проницаемо-пористого никелида титана.The chemical connection of the rod and the shell, eliminating the mutual micromotion of the contacting fragments, increases the stability of the shape of the device in operation, without detracting from the technical result. The technology of such a connection is known and achieved in the modern production of titanium nickelide products. The selected range of ratios between the diameters of the core threads and the dimensions of the porous microstructure of the shell is dictated by modern technological capabilities of drawing and production of permeable-porous titanium nickelide.

Достижимость указанного технического результата определена экспериментальными исследованиями и теоретическим обоснованием авторов. Научная и техническая новизна результатов исследования свидетельствуют о неочевидности предлагаемого решения, т.е. его соответствии критерию «изобретательский уровень».The attainability of the specified technical result is determined by experimental studies and theoretical justification of the authors. The scientific and technical novelty of the research results indicate the non-obviousness of the proposed solution, i.e. its compliance with the criterion of "inventive step".

На иллюстрациях представлено:The illustrations show:

Фиг. 1. Внутрикостный штифт (прототип) в составе зубного протеза: 1 - опорный стержень; 2 - проницаемо-пористая оболочка.FIG. 1. The intraosseous pin (prototype) in the composition of the denture: 1 - supporting rod; 2 - permeable-porous shell.

Фиг. 2. Опорный стержень предлагаемого устройства: 3 - линейная сборка жгута; 4 - спиральная сборка жгута.FIG. 2. The supporting rod of the proposed device: 3 - linear assembly of the bundle; 4 - spiral assembly of the tow.

Фиг. 3. Внутрикостный штифт (предложение), вид в продольном разрезе.FIG. 3. Intraosseous pin (offer), view in longitudinal section.

Достижимость технического результата подтверждена лабораторными изменениями прочностных качеств действующего макета внутрикостного штифта в сопоставлении с макетом-прототипом.Achievability of the technical result is confirmed by laboratory changes in the strength properties of the current layout of the intraosseous pin in comparison with the prototype layout.

Пример.Example.

Характеристики сопоставимых объектов, методика их изготовления и измерительного эксперимента следующие.The characteristics of comparable objects, the methodology for their manufacture and measurement experiment are as follows.

Макет предлагаемого устройства (фиг. 3) содержит опорный стержень - выполнен в виде жгута из сложенных в пучок и скрученных спирально никелид-титановых нитей диаметром 60 мкм (фиг. 2, поз. 4). Спиральная форма более технологична при сборке устройства и обеспечивает больший интервал обратимой деформации. Диаметр сформованного опорного стержня 3 мм, длина - 50 мм. Изготовленный опорный стержень помещен в графитовую цилиндрическую форму диаметра 8 мм, в соосной расположенности. Свободное пространство формы заполнено, с уплотнением, порошком шихты никелида титана, и в условиях вакуума произведено спекание изделия. Режим спекания соответствует известному способу [Патент РФ №2394112].The layout of the proposed device (Fig. 3) contains a support rod - made in the form of a bundle of folded into a bundle and twisted spirally nickel-titanium threads with a diameter of 60 μm (Fig. 2, item 4). The spiral form is more technologically advanced when assembling the device and provides a larger interval of reversible deformation. The diameter of the molded support rod 3 mm, length - 50 mm The manufactured support rod is placed in a graphite cylindrical shape with a diameter of 8 mm, in a coaxial arrangement. The free space of the mold is filled, with a seal, with titanium nickelide charge powder, and under sintering the product is sintered. The sintering mode corresponds to the known method [RF Patent No. 2394112].

Способ включает выдержку формы с изделием при температуре 1100°С в течение 30 мин и отжиг спеченного штаба, помещенного в вольфрамовую форму, при температуре 1400°С в течение 30 мин. Способ обеспечивает образование пористо-проницаемой никелид-титановой оболочки штифта и его химическую связь с фрагментами опорного стержня (фиг. 3). Для сопоставленного анализа изготовлен макет внутрикостного штифта с монолитным опорным стержнем и эквивалентными размерами.The method includes holding the mold with the product at a temperature of 1100 ° C for 30 minutes and annealing the sintered headquarters placed in a tungsten mold at a temperature of 1400 ° C for 30 minutes. The method provides the formation of a porous-permeable nickel-titanium shell of the pin and its chemical bond with fragments of the support rod (Fig. 3). For a comparative analysis, a prototype of the intraosseous pin with a monolithic support rod and equivalent dimensions was made.

Сравнение механической прочности произведено в динамометрической установке путем фиксации критических напряжений изгиба образцов (фиксация нагрузки в момент начала разрушения штифта). Проведенные измерения показали, что образцы диаметром 3 мм, длиной - 50 мм сформованного с содержанием опорного стержня в виде жгута из никелид-титановых нитей диаметром 60 мкм по механической прочности превосходят аналог на 50%, а величина деформации изгиба образца до разрушения превышает в 1.5 раза.The mechanical strength was compared in a dynamometer by fixing the critical stresses of the bending of the samples (fixing the load at the beginning of the destruction of the pin). The measurements showed that samples with a diameter of 3 mm, a length of 50 mm, molded with a support rod in the form of a tow of nickel-titanium filaments with a diameter of 60 μm, are 50% superior in mechanical strength and the bending strain of the sample to failure exceeds 1.5 times .

Известность технологических приемов производства устройства, его технологическая доступность и данные потребительского спроса свидетельствуют о соответствии предлагаемого изобретения критерию «промышленная применимость».The fame of technological methods for the production of the device, its technological availability and consumer demand data indicate the compliance of the invention with the criterion of "industrial applicability".

Claims

An intraosseous pin containing a supporting nickel-titanium rod and a sheath of permeable-porous titanium nickelide chemically bonded to the rod, characterized in that the supporting rod is made of nickel-titanium threads assembled into a bundle with a diameter of 0.9-1.1 with the average wall thickness of a single pore.