RU2758650C1 - Composite support for external skeletal fixation device - Google Patents
Composite support for external skeletal fixation device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758650C1 RU2758650C1 RU2021101255A RU2021101255A RU2758650C1 RU 2758650 C1 RU2758650 C1 RU 2758650C1 RU 2021101255 A RU2021101255 A RU 2021101255A RU 2021101255 A RU2021101255 A RU 2021101255A RU 2758650 C1 RU2758650 C1 RU 2758650C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- support
- supports
- mpa
- external
- fixation device
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
- A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
- A61B17/60—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like for external osteosynthesis, e.g. distractors, contractors
- A61B17/62—Ring frames, i.e. devices extending around the bones to be positioned
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
Техническое решение относится к медицинской технике, применяемой в области травматологии и ортопедии для скелетной фиксации, а именно к конструкции плоских опор аппаратов, устройств внешней фиксации костей скелета с кольцевыми и полукольцевыми опорами.The technical solution relates to medical equipment used in the field of traumatology and orthopedics for skeletal fixation, namely, to the design of flat supports of apparatus, devices for external fixation of skeletal bones with circular and semi-circular supports.
Уровень техникиState of the art
Устройства (или аппараты) внешней скелетной фиксации, устройства для остеосинтеза, широко известны и применяются в клинической практике при лечении переломов костей, травм суставов, повреждений мягких тканей, для остеосинтеза костей, управляемого остеогенеза по методу Илизарова, для экстренной иммобилизации (стабилизации) скелета для пациентов с политравмой. Устройства обеспечивают обездвиживание отломков (фиксация, стабилизация), их коррекцию, компрессию или дистракцию.Devices (or apparatuses) for external skeletal fixation, devices for osteosynthesis are widely known and are used in clinical practice in the treatment of bone fractures, joint injuries, soft tissue injuries, for osteosynthesis of bones, controlled osteogenesis according to the Ilizarov method, for emergency immobilization (stabilization) of the skeleton for patients with polytrauma. The devices provide immobilization of fragments (fixation, stabilization), their correction, compression or distraction.
Из уровня техники известны различные конструкции опор аппаратов внешней скелетной фиксации.Various designs of supports for external skeletal fixation devices are known from the prior art.
Известен аппарат Г.А. Илизарова для чрескостного остеосинтеза (источник [1]: SU 1055499). Аппарат для чрескостного остеосинтеза, содержит опоры, выполненные в виде плоских колец, и полуколец (дуг, кольцевых секторов). Опоры выполнены металлическими. На опоры установлены спицы с использованием зажимов. Опоры соединены между собой резьбовыми стержнями, с шарнирами, гайками, и образуют блоки фиксации. Аппарат оснащен дистракционными узлами, шарнирными узлами, узлами регулировки и фиксации положения опор и спиц. Опоры выполнены в форме плоских колец и дуг в 1/2 или 3/4 части кольца, со сквозными равномерно расположенными отверстиями. Опора позволяет прочно закрепить проведенные через кость спицы, с силой натяжения 130 кгс и более. Опоры выполняют с внутренним диаметром от 100 до 240мм из нержавеющей стали или титанового сплава.The known apparatus of G.A. Ilizarov for transosseous osteosynthesis (source [1]: SU 1055499). The device for transosseous osteosynthesis contains supports made in the form of flat rings and half rings (arcs, circular sectors). The supports are made of metal. The spokes are installed on the supports using clamps. The supports are interconnected by threaded rods, with hinges, nuts, and form fixation blocks. The device is equipped with distraction knots, hinge knots, knots for adjusting and fixing the position of supports and spokes. The supports are made in the form of flat rings and arcs in 1/2 or 3/4 of the ring, with through evenly spaced holes. The support allows you to firmly fix the knitting needles through the bone, with a tensile force of 130 kgf or more. The supports are made of stainless steel or titanium alloy with an inner diameter of 100 to 240 mm.
Металлические опоры обеспечивают жесткость конструкции аппарата [1], и стабильную фиксацию зафиксированных в нем отломков кости. Резьбовые стержни и опоры аппарата позволяют выдерживать нагрузки более 100 кгс. Однако металлические опоры оставляют тень на рентгенограммах, требуют использования металлообрабатывающих станков для изготовления, относительно тяжелые. Опоры не обеспечивает рентгенопрозрачность, биологическую инертностью, подвержены коррозии. Опоры являются электропроводными, что не позволяет их использовать для размыкания электрической цепи образуемой биологическими тканями и деталями устройства внешней скелетной фиксации. Так как аппарат выполнен из металла, то его конструкция является электропроводной и способна электрически воздействовать на биоэлектрические потенциалы костной ткани. Обнаружение и снятие биопотенциалов может использоваться для мониторинга репарации костной ткани у ортопедотравматологических пациентов. Генерация электрического тока в костной ткани и воздействие на биопотенциалы может использоваться для задач стимуляции, обеспечения благоприятных условий, костеобразования.Metal supports provide rigidity of the apparatus structure [1], and stable fixation of bone fragments fixed in it. Threaded rods and supports of the device allow withstanding loads of more than 100 kgf. However, metal supports leave a shadow on radiographs, require the use of metalworking machines for fabrication, are relatively heavy. The supports do not provide x-ray transparency, biological inertness, and are subject to corrosion. The supports are electrically conductive, which does not allow them to be used to open the electrical circuit formed by biological tissues and parts of the external skeletal fixation device. Since the device is made of metal, its design is electrically conductive and capable of electrically affecting the bioelectric potentials of bone tissue. Detection and removal of biopotentials can be used to monitor bone tissue repair in orthopedic trauma patients. The generation of electric current in the bone tissue and the effect on biopotentials can be used for the tasks of stimulation, providing favorable conditions, and bone formation.
Известен аппарат внешней фиксации детский для чрескостного остеосинтеза (источник [2]: RU 2663636). Содержит опоры, дистракционные стержни для соединения опор, спицы, болты-спицефиксаторы, зажимы для дистракционных стержней или болтов-спицефиксаторов и гайки для дистракционных стержней и болтов-спицефиксаторов. Опоры кольцевые, в поперечном сечении имеют форму шестигранника. Опоры выполнены из титанового сплава марки ВТ6 или из алюминиевого сплава.Known device for external fixation for children for transosseous osteosynthesis (source [2]: RU 2663636). Contains supports, distraction rods for connecting supports, spokes, spoke bolts, clamps for distraction rods or spoke bolts, and nuts for distraction rods and spoke bolts. The supports are annular, in cross-section have the shape of a hexagon. The supports are made of VT6 titanium alloy or aluminum alloy.
Опоры аппарата [2] так же как и опоры аппарата [1] выполнены из металла и обладают значительной массой, что снижает комфортностью при использовании пациентом, из-за высокого веса выполненных из металла опор. Опоры не обеспечивает рентгенопрозрачность. Опоры являются электропроводными, что не позволяет их использовать для размыкания электрической цепи образуемой биологическими тканями и деталями устройства внешней скелетной фиксации. В аппарате [2] электрическая цепь между проведенной через кость спицей и аппаратом внешней фиксации не разомкнута, так как спица из электропроводящего материала контактирует с опорой из электропроводящего материала, соответственно каждая спица не является электрически независимым элементом. Две спицы, установленные на одной опоре аппарата, образуют замкнутую электрическую цепь.The supports of the apparatus [2], as well as the supports of the apparatus [1], are made of metal and have a significant mass, which reduces the comfort when using by the patient, due to the high weight of the supports made of metal. The supports do not provide radiolucency. The supports are electrically conductive, which does not allow them to be used to open the electrical circuit formed by biological tissues and parts of the external skeletal fixation device. In the apparatus [2], the electrical circuit between the wire passed through the bone and the external fixation device is not open, since the wire made of an electrically conductive material is in contact with a support made of an electrically conductive material, respectively, each spoke is not an electrically independent element. Two spokes mounted on one support of the apparatus form a closed electrical circuit.
Опоры аппаратов внешней фиксации, из рентгенопрозрачных материалов, не электропроводных материалов, композитов, армированные углеродным волокном, изготовленные по традиционным технологиям известны.Supports for external fixation devices, made of X-ray transparent materials, non-conductive materials, composites, reinforced with carbon fiber, made according to traditional technologies are known.
Основные компоненты аппаратов внешней фиксации, например, такие как кольца, дуги, в настоящее производятся из некоторых композитных материалов, таких как углеродные волокна, из-за их меньшего веса и рентгенпрозрачных свойств. Несмотря на эти преимущества, фиксирующие устройства, изготовленные из композитов из углеродного волокна, имеют важные недостатки, такие как сложный производственный процесс изготовления, повышающий стоимость.The main components of external fixation devices, such as rings, arcs, are currently made from some composite materials, such as carbon fibers, due to their lighter weight and radiolucent properties. Despite these advantages, fixing devices made from carbon fiber composites have important disadvantages, such as a complicated manufacturing process that increases cost.
Из уровня техники известен аппарат Волкова-Оганесяна (источник [3]: RU 35711). Аппарат [3] также, содержит опоры, выполненные в виде плоских скоб (полуколец (1/2 части колльца), и 5/8 части кольца) с отверстиями, соединенные резьбовыми стержнями с гайками. На опорах закрепляется спицы и/или стрежни шурупы. Опоры (скобы) выполнены из композиционного рентген-прозрачного углепластикового армированного многослойного материала.The Volkov-Oganesyan apparatus is known from the prior art (source [3]: RU 35711). The apparatus [3] also contains supports made in the form of flat brackets (half rings (1/2 of the ring part) and 5/8 of the ring part) with holes, connected by threaded rods with nuts. The spokes and / or rods of the screws are fixed on the supports. Supports (brackets) are made of composite X-ray transparent carbon fiber reinforced multilayer material.
Из уровня техники известна система внешней фиксации из биосовместимого композиционного полимерного материала для чрескостного остеосинтеза (источник [4]: RU 2726999). Система внешней фиксации из биосовместимого композиционного полимерного материала для чрескостного остеосинтеза, содержащая кольцевые плоские опоры с отверстиями, полукольцевые плоские опоры с отверстиями с различным углом отклонения, плоские сектора с отверстиями, дуги с отверстиями, вертикальные резьбовые и гладкие соединительные штанги, пластины с отверстиями, болты фиксации, кронштейны, гайки фиксации, фиксирующие стержни и спицы, дистракционные стержни, зажимы, узлы репозиции. Опоры выполнены из биосовместимого композиционного полимерного материала на основе полиамида (капрон, капролон, найлон, капролоктан), содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно, а в качестве полиамида основы композиционного полимерного композиционного материала содержит полиамид, выбранный из группы поликапроамид (полиамид 6), полигексамителенадинамид (полиамид 66), полигексаметиленсебацинамид (полиамид 610), полигексаметилендодекандиамид (полиамид 612), полиундеканамид (полиамид 11) и полидодекаамид (полиамид 12) при следующем количественном содержании компонентов, мас.%: углеродное волокно 9,5-38,5 полиамидная основа остальное до 100%. При этом в качестве углеродного волокна волокнистого наполнителя биосовместимый композиционный полимерный материал содержит углеродное волокно, полученное из высокомолекулярного гидратцеллюлозного волокна или из полиакрилонитрильного волокна. При этом углеродное волокно биосовместимого композиционного полимерного материала используют в виде рубленого жгута или в виде рубленой нити, при этом длина рубленых жгута или нити углеродного волокна выбрана от 50 мкм до 500 мкм. Технология изготовления деталей предложенной системы внешней фиксации из биосовместимого композиционного полимерного материала для чрескостного остеосинтеза не требует для своего изготовления использования специфического технологического оборудования.A system of external fixation from a biocompatible composite polymer material for transosseous osteosynthesis is known from the prior art (source [4]: RU 2726999). External fixation system made of biocompatible composite polymer material for transosseous osteosynthesis, containing annular flat supports with holes, semi-circular flat supports with holes with different deflection angles, flat sectors with holes, arcs with holes, vertical threaded and smooth connecting rods, plates with holes, bolts fixation, brackets, fixation nuts, fixation rods and wires, distraction rods, clamps, reduction units. The supports are made of a biocompatible composite polymer material based on polyamide (nylon, caprolon, nylon, caproloctane) containing carbon fiber as a fibrous filler, and as a polyamide, the base of the composite polymer composite material contains a polyamide selected from the group of polycaproamide (polyamide 6), polyhexamitelenadinamide (polyamide 66), polyhexamethylene sebacamide (polyamide 610), polyhexamethylene dodecanediamide (polyamide 612), polyundecanamide (polyamide 11) and polydodecaamide (polyamide 12) with the following quantitative content of components, wt%: carbon fiber 9.5-38.5 the rest polyamide base up to 100%. In this case, the biocompatible composite polymer material contains a carbon fiber obtained from a high molecular weight hydrated cellulose fiber or from a polyacrylonitrile fiber as a carbon fiber of a fibrous filler. In this case, the carbon fiber of the biocompatible composite polymer material is used in the form of a chopped rope or in the form of a chopped thread, while the length of the chopped bundle or carbon fiber thread is selected from 50 μm to 500 μm. The technology of manufacturing parts of the proposed external fixation system from a biocompatible composite polymer material for transosseous osteosynthesis does not require the use of specific technological equipment for its manufacture.
Опоры фиксирующих устройств, такие как кольца, пластины, из композитных материалов, содержащих наполнитель, такой как углеродные волокна, привлекательны для применения из-за их меньшего веса и радиопрозрачных свойств. Несмотря на эти преимущества, фиксирующие устройства, изготовленные из композитов из углеродного волокна, все же имеют важные недостатки, такие как их высокая стоимость, сложный и дорогостоящий производственный процесс. Для крепления компонентов друг к другу отверстия опор, болты и гайки являются важными элементами аппарата внешней фиксации. При традиционной технологии производства требуется сверление отверстий в опорах, нарезание резьбы на болтах и гайках, при этом волокна ломаются во время сверления отверстий, или при нарезании резьбы. Поскольку в области просверленного отверстия имеется большое количество открытых сломанных и потрескавшихся волокон, они накапливают загрязнения, затрудняют стерилизацию, и повышают потенциальный риск распространения инфекции.Supports of fixing devices, such as rings, plates, made of composite materials containing a filler such as carbon fibers, are attractive for use because of their lighter weight and radiotransparent properties. Despite these advantages, fixation devices made from carbon fiber composites still have important disadvantages such as their high cost and complex and expensive manufacturing process. For attaching components to each other, support holes, bolts and nuts are important elements of the external fixing device. Traditional production technology requires drilling holes in supports, tapping bolts and nuts, and breaking the fibers during hole drilling or threading. Since there are many open, broken and cracked fibers in the area of the drilled hole, they accumulate contamination, make sterilization difficult, and increase the potential for infection to spread.
Из уровня техники известно использование нейлона армированного углеродным волокном для изготовления зажимов устройства внешней фиксации путем 3D-печати (Источник [4]: Ландаэта, Ф.Дж., Сиозава, Дж. Н., Эрдман, А. и др. Недорогие зажимы для внешней фиксации, напечатанные на 3D-принтере, для развивающихся стран: биомеханическое исследование. 3D Print Med 6, 31 (2020). https://doi.org/10.1186/s41205-020-00084-3 Режим доступа: https://threedmedprint.biomedcentral.com/articles/10.1186/s41205-020-00084-3) Landaeta, F.J., Shiozawa, J.N., Erdman, A. et al. Low cost 3D printed clamps for external fixator for developing countries: a biomechanical study. 3D Print Med 6, 31 (2020). https://doi.org/10.1186/s41205-020-00084-3). На оси стержня установлены четыре двухсекционных зажима, напечатанных на 3D-принтере. Зажим состоит из двух частей: соединительного зажима, который удерживает винт Шанца, и удерживающего зажима, который соединен со стержнем. Зажим, состоящий из двух частей, соединен гайкой и болтом. Зажимы смоделированы с помощью SolidWorks и напечатаны на 3D-принтере Markforged Onyx One (Бостон, Массачусетс) с использованием техники Fused Deposition Modeling (FDM). При подготовке к 3D-печати модели были преобразованы в формат стереолитографии (STL). Материалом (Onyx от Markforged), представляет собой нейлон с рубленым углеродным волокном, беспорядочно распределенным в нити.It is known in the art to use carbon fiber reinforced nylon to make external fixation clamps by 3D printing (Source [4]: Landaeta, F.J., Shiozawa, JN, Erdman, A. et al. Inexpensive external clamps 3D Printed Fixations for Developing Countries: A Biomechanical Study.3D Print Med 6, 31 (2020). https://doi.org/10.1186/s41205-020-00084-3 Access Mode: https: // threedmedprint .biomedcentral.com / articles / 10.1186 / s41205-020-00084-3) Landaeta, FJ, Shiozawa, JN, Erdman, A. et al. Low cost 3D printed clamps for external fixator for developing countries: a biomechanical study. 3D Print Med 6, 31 (2020). https://doi.org/10.1186/s41205-020-00084-3). On the axis of the rod, there are four two-piece 3D-printed clamps. The clamp consists of two parts: a connecting clamp, which holds the Shantz screw, and a holding clamp, which is connected to the stem. The two-piece clamp is connected by a nut and a bolt. Clamps modeled in SolidWorks and 3D printed on Markforged Onyx One (Boston, MA) using Fused Deposition Modeling (FDM) technique. In preparation for 3D printing, the models were converted to stereolithography (STL) format. The material (Onyx from Markforged) is nylon with chopped carbon fiber randomly distributed in the threads.
Известная опора [4] не применима для устройств внешней фиксации кости циркулярного типа, например она не пригодна для использования в аппаратах типа Илизарова [1], где применяются плоские кольцевые опоры для установки спиц или костных винтов. Для изготовления путем 3D печати использование материала на основе нейлона требует сложной настройки печати, происходит высокая усадка, необходимо обязательно корректировать размеры с учетом усадки. Температура плавления нейлона от 240 градусов С и выше, экструдер принтера должен обеспечивать нагрев не менее 260 градусов С. Нейлон (Nylon) гигроскопичен и способен может поглощать воду из воздуха более чем на 10% от своего веса, за 24 часа. При печати нейлоном поглотившим воду, вода содержащаяся в нити вскипает и пузырьки воздуха разрывают материал, нарушают его монолитную структуру, что препятствует хорошей адгезии слоя и значительно ослабляет модель, она становится хрупкой. Для того чтобы просушить нейлон, его необходимо поместить в духовку с температурой 80-95 градусов С на 6-8 часов.The known support [4] is not applicable for devices for external fixation of the bone of the circular type, for example, it is not suitable for use in devices of the Ilizarov type [1], where flat annular supports are used to install pins or bone screws. For manufacturing by 3D printing, the use of nylon-based material requires a complex printing setup, there is a high shrinkage, it is imperative to adjust the dimensions taking into account the shrinkage. The melting temperature of nylon is from 240 degrees C and above, the printer's extruder must provide a heating of at least 260 degrees C. Nylon is hygroscopic and can absorb water from the air by more than 10% of its weight in 24 hours. When printing with nylon that has absorbed water, the water contained in the filament boils and air bubbles break the material, violate its monolithic structure, which prevents good adhesion of the layer and significantly weakens the model, it becomes brittle. In order to dry nylon, it must be placed in an oven with a temperature of 80-95 degrees C for 6-8 hours.
Известные аппараты [1;2;3;4] являются наборами деталей, с заранее заданными типоразмерами и не всегда учитывают индивидуальные особенности конкретного пациента. Индивидуальный внешний фиксатор обладал бы такими преимуществами, как оптимальная по габаритам и массе конструкция. Изготовление опор путем 3D печати с использованием техники Fused Deposition Modeling (FDM) требует корректировки их геометрической формы и размеров, в отличие от известных опор, изготавливаемых из металлов. Использование 3d печати позволяет сделать опоры из полимерных материалов, армированных углеродным волокном, доступнее.Known devices [1; 2; 3; 4] are sets of parts with predetermined standard sizes and do not always take into account the individual characteristics of a particular patient. A custom external retainer would have the advantages of a space-saving and weight-optimized design. The manufacture of supports by 3D printing using the Fused Deposition Modeling (FDM) technique requires adjusting their geometric shape and dimensions, in contrast to the known supports made of metals. The use of 3D printing makes it possible to make supports from polymer materials reinforced with carbon fiber more accessible.
Сущность технического решенияThe essence of the technical solution
Не каждая металлическая опора аппарата внешней фиксации кости циркулярного типа, например аппарата Илизарова [1], может быть с заменена композитной опорой напечатанной на 3D принтере из полимера, армированного углеродными волокнами, так как прочность этого материала уступает прочности металла (известной в медицине стали или сплавов титана с пределом прочности на изгиб от 450 до 1200 МПа). Например, при остеосинтезе бедра взрослого человека, используют кольцевые опоры, полукольцевые опоры из нержавеющей стали толщиной в 5 мм, с внутренним диаметром до 240 мм. Такие опоры способны выдерживать нагрузки, возникающие от веса человека при опоре на конечность, и нагрузки возникающие от генерируемых аппаратом дистракционных или компрессионных усилий, нагрузки от натяжения в опорах спиц. Для обеспечения достаточной прочности такой опоры, при изготовлении ее из композитных материалов, например, таких как нейлон, армированный углеродными волокнами (с пределом прочности на изгиб от 45 до 85 МПа), путем 3D печати, потребуется существенное увеличение толщины опоры в 10 раз. Сравнимая по прочности опора, выполненная из нейлона, армированного углеродными волокнами, при аналогичной геометрической форме, будет иметь толщину 50 мм, что не приемлемо с точки зрения обеспечения удобства применения и комфорта использования.Not every metal support of a circular-type external bone fixation apparatus, for example, the Ilizarov apparatus [1], can be replaced with a composite support printed on a 3D printer from a polymer reinforced with carbon fibers, since the strength of this material is inferior to the strength of metal (known in medicine steel or alloys titanium with a bending strength of 450 to 1200 MPa). For example, in the osteosynthesis of the hip of an adult, circular supports, semi-circular supports made of stainless steel 5 mm thick, with an inner diameter of up to 240 mm are used. Such supports are able to withstand the loads arising from the weight of a person when resting on the limb, and loads arising from the distraction or compression forces generated by the apparatus, the load from the tension in the supports of the spokes. To ensure sufficient strength of such a support, when it is made from composite materials, such as nylon reinforced with carbon fibers (with a flexural strength of 45 to 85 MPa), by 3D printing, it will require a significant increase in the thickness of the support by 10 times. A support of comparable strength, made of nylon reinforced with carbon fibers, with a similar geometric shape, will have a thickness of 50 mm, which is not acceptable from the point of view of ease of use and comfort of use.
Так как нагрузки в аппарате внешней фиксации в различных его частях не одинаковы, например крайние опоры между которыми не создается дистракции или компрессии, опоры для фиксации отдельных ненатянутых спиц,, испытывают меньшие нагрузки, в отличие от опор между которыми осуществляется дистракция или компрессия, различные опоры аппарата могут быть выполнены из материалов, отличающейся по прочности, в зависимости от места установки опоры и ее функции в аппарате.Since the loads in the external fixation device in its various parts are not the same, for example, the extreme supports between which no distraction or compression is created, the supports for fixing individual loose pins are less stressed, unlike the supports between which distraction or compression is carried out, various supports devices can be made of materials of different strength, depending on the place of installation of the support and its function in the device.
Одновременно с этим, в медицине, для лечения детей в силу малого размера костей и мышц, не всегда требуется высокая прочность опор, и для фиксации кости достаточно использовать кольцевые или полукольцевые опоры, выполненные путем 3D печати из полимера, с приемлемой толщиной и измененной геометрической формы (по толщине или ширине опоры).At the same time, in medicine, for the treatment of children, due to the small size of bones and muscles, high strength of the supports is not always required, and for fixing the bone, it is sufficient to use circular or semi-circular supports made by 3D printing from polymer with acceptable thickness and a changed geometric shape. (by thickness or width of the support).
Полимерные материалы, армированные углеродным волокном, могут обеспечить лучшее соотношение прочности и веса по сравнению с металлами, а также такие полезные свойства как рентгенпрозрачность и отсутствие электропроводности.Carbon fiber-reinforced polymeric materials can provide a better strength-to-weight ratio than metals, as well as beneficial properties such as radiolucency and no electrical conductivity.
Кроме того в ветеринарии, для лечения мелких животных (например, домашних кошек или собак породы чихуахуа) в силу малого размера костей и мышц, не всегда требуется высокая прочность опор, и для фиксации кости достаточно использовать кольцевые или полукольцевые опоры, выполненные путем 3D печати из нейлона или ABS пластика армированного углеродными волокнами, с приемлемой толщиной и измененной геометрической формы (по толщине или ширине опоры).In addition, in veterinary medicine, for the treatment of small animals (for example, domestic cats or Chihuahua dogs) due to the small size of bones and muscles, high strength of the supports is not always required, and for fixing the bone, it is enough to use ring or semi-circular supports made by 3D printing from nylon or ABS plastic reinforced with carbon fibers, with acceptable thickness and modified geometric shape (thickness or width of the support).
При лечении переломов костей используют электростимуляцию. Для фиксации электродов требуется использовать опоры, не обладающие электропроводностью и не требующие высокой прочности. Для таких целей применимы опоры выполненные путем 3D печати из нейлона или ABS пластика армированного углеродными волокнами, с приемлемой толщиной и измененной геометрической формы (по толщине или ширине опоры).Electrostimulation is used in the treatment of bone fractures. To fix the electrodes, it is required to use supports that are not electrically conductive and do not require high strength. For such purposes, supports made by 3D printing from nylon or ABS plastic reinforced with carbon fibers are applicable, with an acceptable thickness and a modified geometric shape (in terms of thickness or width of the support).
Таким образом, для обеспечения комфортного и качественного лечения необходим минимально возможный вес аппарата, различная прочность его опор, в зависимости от места применения, рентген прозрачность отдельных опор, отсутствие у отдельных опор электропроводности, соответствие соединительных размеров (размеров опор, выполненных в них отверстий) опор размерам опор существующих аппаратов, технически осуществимая возможность персонального изготовления при приемлемых затратах.Thus, to ensure a comfortable and high-quality treatment, the minimum possible weight of the device is required, different strength of its supports, depending on the place of application, X-ray transparency of individual supports, the absence of electrical conductivity in individual supports, compliance of the connecting dimensions (sizes of supports, holes made in them) of supports the dimensions of the supports of existing devices, the technically feasible possibility of personal production at an acceptable cost.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, обеспечение возможности облегчения конструкции аппарата циркулярного типа, в сочетании с возможностью персонализации размера опор для нужд частного случая применения, рентгенпрозрачности, отсутствия электрической проводимости, снижения массы опоры относительно металлических опор, возможности комбинирования опор с металлическими опорами аппарата типа Илизарова, повышение доступности. The technical problem to be solved by the invention is to provide the possibility of lightening the design of the circular type apparatus, in combination with the possibility of personalizing the size of the supports for the needs of a particular application, radiolucency, lack of electrical conductivity, reducing the mass of the support relative to metal supports, the possibility of combining supports with metal supports of the apparatus the Ilizarov type, increasing availability.
Технический результат заключается в обеспечении фиксации спиц и/или костных винтов и/или электродов в аппарате внешней скелетной фиксации при обеспечении: возможности облегчения конструкции аппарата циркулярного типа, возможности персонализации размера опор для нужд частного случая применения, рентгенпрозрачности, отсутствия электрической проводимости, снижения массы опоры относительно металлических опор, возможности комбинирования опор с металлическими опорами аппарата типа Илизарова, повышении доступности изготовления. Использование 3d печати обеспечивает возможность индивидуализации опор циркулярных аппаратов, без необходимости иметь в наличии в клинике множество различных типоразмеров. The technical result consists in ensuring the fixation of the pins and / or bone screws and / or electrodes in the apparatus for external skeletal fixation while providing: the possibility of facilitating the design of the circular type apparatus, the possibility of personalizing the size of the supports for the needs of a particular application, radiolucency, the absence of electrical conductivity, and reducing the mass of the support regarding metal supports, the possibility of combining supports with metal supports of the Ilizarov-type apparatus, increasing the availability of manufacturing. The use of 3d printing makes it possible to customize the supports of circular apparatus, without the need to have many different standard sizes available in the clinic.
Технический результат достигается тем, что композитная опора для устройства внешней скелетной фиксации, выполнена циркулярной, плоской, со сквозными равномерно расположенными на плоскости опоры крепежными отверстиями, причем выполнена аддитивным способом послойного наплавления (с диаметром сопла 0,3-0,5 мм) из термопласта ABS, содержащего наполнитель из углеродного волокна в объеме от 12% до 15%, диаметр отверстий находится в диапазоне от 4 до 7,5 мм, ширина опоры от 15 до 30 мм, внутренний диаметр находится в диапазоне от 80 до 160 мм.The technical result is achieved by the fact that the composite support for the external skeletal fixation device is circular, flat, with through holes evenly spaced on the support plane, and is made by an additive method of layer-by-layer fusion (with a nozzle diameter of 0.3-0.5 mm) from thermoplastic ABS containing 12% to 15% carbon fiber filler, hole diameters ranging from 4 to 7.5 mm, support widths 15 to 30 mm, inner diameters ranging from 80 to 160 mm.
Предусмотрено, что для частного случая применения композитная опора для устройства внешней скелетной фиксации выполнена в форме сектора составляющего ½ или ¼ или ¾ или 5/7 от плоского кольца.It is envisaged that for a particular case of application, the composite support for the external skeletal fixation device is made in the form of a sector constituting ½ or ¼ or ¾ or 5/7 of a flat ring.
Предусмотрено, что для частного случая применения композитная опора выполнена в форме сектора кольца с расширением в средней части.It is envisaged that for a particular application, the composite support is made in the form of a ring sector with an expansion in the middle part.
Предусмотрено, что для частного случая применения модуль упругости материала опоры на растяжение составляет 2220 мПа, модуль упругости при растяжении вдоль слоев составляет 3210 мПа, плотность составляет 1.11 г/см3, предел прочности при растяжении составляет 24,65 мПа, прочность на изгиб составляет 74,8 мПа, прочность на сжатие составляет 108,8 мПа, прочность при растяжении вдоль слоев составляет 35,52 мПа.It is provided that for a particular application, the tensile modulus of the support material is 2220 mPa, the tensile modulus along the layers is 3210 mPa, the density is 1.11 g / cm 3 , the tensile strength is 24.65 mPa, and the flexural strength is 74 , 8 MPa, the compressive strength is 108.8 MPa, the tensile strength along the layers is 35.52 MPa.
Предполагается, что материал поры содержит наполнитель из углеродного волокна в объеме до 15%.It is assumed that the pore material contains up to 15% carbon fiber filler.
Опора обеспечивает электрическую изоляцию костного фиксатора (спица, стрежень-фиксатор) или электрода от опор аппарата внешней фиксации, и обеспечивает размыкание электрических цепей в системе «аппарат-кость», необходимое для обеспечения возможности независимого электрического подключения к отдельно взятой металлической спице или электроду.The support provides electrical isolation of the bone fixator (wire, rod-fixator) or electrode from the supports of the external fixation device, and provides the opening of electrical circuits in the "apparatus-bone" system, which is necessary to provide the possibility of independent electrical connection to a single metal wire or electrode.
В одном из вариантов осуществления композитная опора для устройства внешней скелетной фиксации выполнена с расширением в средней части, причем внешний контур опоры образован частью окружности геометрический центр которой смещен относительно центра окружности образующей внутренний контур опоры.In one of the embodiments, the composite support for the external skeletal fixation device is made with expansion in the middle part, and the outer contour of the support is formed by a part of the circle, the geometric center of which is displaced relative to the center of the circle forming the inner contour of the support.
Изобретение поясняется графическими материалами:The invention is illustrated by graphic materials:
Фиг.1 - опора усиленная в форме сектора 3/4 кольца для аппарата внешней скелетной фиксации у детей с расширением в средней части;Figure 1 - support reinforced in the form of a sector 3/4 ring for the apparatus of external skeletal fixation in children with expansion in the middle part;
Фиг.2 - опора в форме сектора 5/7 кольца для аппарата внешней скелетной фиксации у детей; Figure 2 - support in the form of a sector 5/7 of the ring for the apparatus of external skeletal fixation in children;
Фиг.3 - опора в форме сектора 1/2 кольца для аппарата внешней скелетной фиксации у детей;Fig. 3 is a support in the form of a sector 1/2 of a ring for an external skeletal fixation apparatus in children;
Фиг.4 - опора кольцевая для аппарата внешней скелетной фиксации у собак; Fig. 4 is an annular support for the apparatus of external skeletal fixation in dogs;
Фиг.5 - опора для фиксации электрода в форме сектора 1/4 кольца для аппарата внешней скелетной фиксации, установлена в аппарате в комбинации с металлическими опорами (в средней части) и композитными опорами (крайние опоры).Fig. 5 is a support for fixing an electrode in the form of a sector 1/4 of a ring for an external skeletal fixation apparatus, installed in the apparatus in combination with metal supports (in the middle part) and composite supports (extreme supports).
Фиг.6 - опора в форме сектора 1/2 кольца для аппарата внешней скелетной фиксации у собак;Fig. 6 is a support in the form of a sector 1/2 of a ring for an external skeletal fixation apparatus in dogs;
Фиг.7 - аппарат внешней скелетной фиксации у собак с опорами в форме сектора 1/2 кольца и кольцевыми опорами.Fig. 7 - apparatus for external skeletal fixation in dogs with supports in the form of a sector 1/2 ring and annular supports.
Фиг.8 - композитная опора с расширением, внешний контур опоры образован частью окружности геометрический центр которой смещен относительно центра окружности образующей внутренний контур опоры.Fig. 8 is a composite support with expansion, the outer contour of the support is formed by a part of a circle, the geometric center of which is displaced relative to the center of the circle forming the inner contour of the support.
Осуществление технического решенияImplementation of the technical solution
Пример 1. Опора усиленная, в форме сектора 3/4 кольца для аппарата внешней скелетной фиксации у детей с расширением в средней части (Фиг.1). Композитная опора для устройства внешней скелетной фиксации, выполнена циркулярной, в форме сектора 3/4 кольца, имеет окружность в основе геометрической формы. Опора выполнена плоской, со сквозными равномерно расположенными на плоскости опоры крепежными отверстиями диаметром 7,5мм. Опора выполнена в форме сектора кольца шириной 15мм с расширением в средней части до 30мм, толщиной 7 мм. Внутренний диаметр 160 мм. Опора выполнена аддитивным способом послойного наплавления. Для изготовления использована технология аддитивного производства (англ. Fused deposition modeling (FDM)), в качестве материала для печати выступает термопластики, поставляемые в виде катушек нитей или прутков, а именно термопласт ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) содержащий наполнитель из углеродного волокна 15%. Эти волокна вызывают увеличение прочности и жесткости. Настройки печати: температура сопла 274°C, температура стола 95°C, без обдува, адгезив клей The3D, диаметр сопла 0,5 мм.Example 1. Reinforced support, in the form of a sector 3/4 ring for the apparatus of external skeletal fixation in children with expansion in the middle part (Figure 1). The composite support for the external skeletal fixation device is made circular, in the form of a 3/4 sector of the ring, has a circumference at the base of the geometric shape. The support is made flat, with through fastening holes with a diameter of 7.5 mm, evenly spaced on the support plane. The support is made in the form of a sector of a ring 15mm wide with an extension in the middle part up to 30mm, 7mm thick. Inner diameter 160 mm. The support is made by an additive method of layer-by-layer deposition. Fused deposition modeling (FDM) technology was used for manufacturing, thermoplastics supplied in the form of spools of filaments or rods, namely ABS thermoplastic (acrylonitrile butadiene styrene) containing 15% carbon fiber filler, are used as the printing material. These fibers cause an increase in strength and stiffness. Print settings: nozzle temperature 274 ° C, table temperature 95 ° C, no blowing, The3D adhesive, nozzle diameter 0.5 mm.
Пример 2. Опора в форме сектора 5/7 кольца для аппарата внешней скелетной фиксации у детей (фиг.2). Композитная опора выполнена циркулярной, в форме сектора 5/7 кольца, имеет окружность в основе геометрической формы. Опора выполнена плоской, со сквозными равномерно расположенными на плоскости опоры крепежными отверстиями диаметром 7 мм. Опора выполнена в форме сектора кольца с шириной 20 мм, толщиной 8 мм. Внутренний диаметр 100 мм. Опора выполнена аддитивным способом послойного наплавления. Для изготовления использована технология аддитивного производства (англ. Fused deposition modeling (FDM)), в качестве материала для печати выступает термопластики, поставляемые в виде катушек нитей или прутков, а именно термопласт ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) содержащий наполнитель из углеродного волокна 12%. Эти волокна вызывают увеличение прочности и жесткости. Для лечения детей в силу малого размера костей и мышц, не требуется высокая прочность опор, и для фиксации кости достаточно использовать кольцевые или полукольцевые опоры, выполненные путем 3D печати из полимера, с приемлемой толщиной и измененной геометрической формы (по толщине или ширине опоры). Модуль упругости материала опоры на растяжение составляет 2220 мПа, модуль упругости при растяжении вдоль слоевсоставляет 3210 мПа, плотность составляет 1.11 г/см3, предел прочности при растяжении составляет 24,65 мПа, прочность на изгиб составляет 74,8 мПа, прочность на сжатие составляет 108,8 мПа, прочность при растяжении вдоль слоев составляет 35,52 мПа. Настройки печати: температура сопла 274°С, температура стола 95°С, без обдува, адгезив клей The3D, диаметр сопла 0,3 мм. Example 2. Support in the form of a sector 5/7 ring for the apparatus of external skeletal fixation in children (figure 2). The composite support is made circular, in the form of a sector 5/7 of the ring, has a circle at the base of the geometric shape. The support is made flat, with through fastening holes with a diameter of 7 mm, evenly spaced on the support plane. The support is made in the form of a ring sector with a width of 20 mm and a thickness of 8 mm. Inner diameter 100 mm. The support is made by an additive method of layer-by-layer deposition. Fused deposition modeling (FDM) technology was used for production, thermoplastics supplied in the form of spools of filaments or rods, namely ABS thermoplastic (acrylonitrile butadiene styrene) containing 12% carbon fiber filler, are used as the printing material. These fibers cause an increase in strength and stiffness. For the treatment of children, due to the small size of bones and muscles, high strength of the supports is not required, and for fixing the bone, it is enough to use circular or semi-circular supports made by 3D printing from polymer, with an acceptable thickness and a changed geometric shape (by thickness or width of the support). Modulus Tensile support material is 2220 MPa, the tensile modulus along sloevsostavlyaet 3210 mPas, a density of 1.11 g / cm 3, a tensile strength of 24.65 MPa, the flexural strength of 74.8 MPa, a compressive strength of 108.8 MPa, tensile strength along the layers is 35.52 MPa. Print settings: nozzle temperature 274 ° C, table temperature 95 ° C, no air blowing, adhesive The3D glue, nozzle diameter 0.3 mm.
Пример 3. Опора в форме сектора 1/2 кольца для аппарата внешней скелетной фиксации у детей (Фиг.3). Композитная опора для устройства внешней скелетной фиксации, выполнена циркулярной, в форме сектора 1/2 кольца, имеет окружность в основе геометрической формы. Опора выполнена плоской, со сквозными равномерно расположенными на плоскости опоры крепежными отверстиями диаметром 7 мм. Опора выполнена в форме сектора кольца шириной 15мм с расширением в средней части до 30 мм, толщиной 5 мм. Внутренний диаметр 100 мм. Опора выполнена аддитивным способом послойного наплавления. Для изготовления использована технология аддитивного производства (англ. Fused deposition modeling (FDM)), в качестве материала для печати выступает термопластики, поставляемые в виде катушек нитей или прутков, а именно термопласт ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) содержащий наполнитель из углеродного волокна 15%. Эти волокна вызывают увеличение прочности и жесткости. Настройки печати: температура сопла 274°С, температура стола 95°С, без обдува, адгезив клей The3D, диаметр сопла 0,5 мм.Example 3. Support in the form of a sector 1/2 ring for the apparatus of external skeletal fixation in children (Fig. 3). The composite support for the external skeletal fixation device is made circular, in the form of a sector 1/2 of the ring, has a circumference at the base of the geometric shape. The support is made flat, with through fastening holes with a diameter of 7 mm, evenly spaced on the support plane. The support is made in the form of a sector of a ring 15 mm wide with an expansion in the middle part up to 30 mm, 5 mm thick. Inner diameter 100 mm. The support is made by an additive method of layer-by-layer deposition. Fused deposition modeling (FDM) technology was used for manufacturing, thermoplastics supplied in the form of spools of filaments or rods, namely ABS thermoplastic (acrylonitrile butadiene styrene) containing 15% carbon fiber filler, are used as the printing material. These fibers cause an increase in strength and stiffness. Print settings: nozzle temperature 274 ° C, table temperature 95 ° C, no blowing, adhesive The3D glue, nozzle diameter 0.5 mm.
Пример 4. Опора кольцевая для аппарата внешней скелетной фиксации у собак (фиг.4). Композитная опора выполнена циркулярной, в форме кольца. Опора выполнена плоской, со сквозными равномерно расположенными на плоскости опоры крепежными отверстиями диаметром 4 мм. Опора выполнена в форме сектора кольца с шириной 20 мм, толщиной 10 мм. Внутренний диаметр 80 мм. Опора выполнена аддитивным способом послойного наплавления. Для изготовления использована технология аддитивного производства (англ. Fused deposition modeling (FDM)), в качестве материала для печати выступает термопластики, поставляемые в виде катушек нитей или прутков, а именно термопласт ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) содержащий наполнитель из углеродного волокна 15%. Эти волокна вызывают увеличение прочности и жесткости. Настройки печати: температура сопла 274°С температура стола 95°С без обдува, адгезив клей The3D, диаметр сопла 0,3 мм.Example 4. An annular support for the apparatus of external skeletal fixation in dogs (figure 4). The composite support is circular, in the form of a ring. The support is made flat, with through fastening holes with a diameter of 4 mm, evenly spaced on the support plane. The support is made in the form of a ring sector with a width of 20 mm and a thickness of 10 mm. Inner diameter 80 mm. The support is made by an additive method of layer-by-layer deposition. Fused deposition modeling (FDM) technology was used for manufacturing, thermoplastics supplied in the form of spools of filaments or rods, namely ABS thermoplastic (acrylonitrile butadiene styrene) containing 15% carbon fiber filler, are used as the printing material. These fibers cause an increase in strength and stiffness. Print settings: nozzle temperature 274 ° С table temperature 95 ° С without blowing, adhesive The3D glue, nozzle diameter 0.3 mm.
Пример 5. Опора для фиксации электрода в форме сектора 1/4 кольца для аппарата внешней скелетной фиксации (Фиг.5). На фиг.5 показан аппарат содержащий металлические опоры в средней части, на которых закреплена композитная опора для фиксации электродов, и композитные опоры для фиксации ненатянутых спиц. Опоры соединены металлическим резьбовыми стрежнями с гайками. На опорах установлены спицы. Дистальная и проксимальная опоры выполнена также композитными и предназначены для фиксации стержней шурупов. Композитная опора для фиксации электрода, выполнена циркулярной, в форме сектора 1/4 кольца, имеет окружность в основе геометрической формы. Опора выполнена плоской, со сквозными равномерно расположенными на плоскости опоры крепежными отверстиями диаметром 7,5 мм. Опора выполнена в форме сектора кольца шириной 15 мм, толщиной 8 мм. Внутренний диаметр 120 мм. Опора выполнена аддитивным способом послойного наплавления. Для изготовления использована технология аддитивного производства (англ. Fused deposition modeling (FDM)), в качестве материала для печати выступает термопластики, поставляемые в виде катушек нитей или прутков, а именно термопласт ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) содержащий наполнитель из углеродного волокна 15%. Эти волокна вызывают увеличение прочности и жесткости. Модуль упругости материала опоры на растяжение составляет 2220 мПа, модуль упругости при растяжении вдоль слоев составляет 3210 мПа, плотность составляет 1.11 г/см3, предел прочности при растяжении составляет 24,65 мПа, прочность на изгиб составляет 74,8 мПа, прочность на сжатие составляет 108,8 мПа, прочность при растяжении вдоль слоев составляет 35,52 мПа. Настройки печати: температура сопла 274°С, температура стола 95°С без обдува, адгезив клей The3D, диаметр сопла 0,5 мм. На фиг.5. показаны электроды закрепленные на опоре. Опора обеспечивает электрическую изоляцию костного фиксатора (спица, стрежень-фиксатор) или электрода от опор аппарата внешней фиксации, и обеспечивает размыкание электрических цепей в системе «аппарат-кость», необходимое для обеспечения возможности независимого электрического подключения к отдельно взятой металлической спице или электроду.Example 5. Support for fixing the electrode in the form of a sector 1/4 of the ring for the apparatus of external skeletal fixation (Fig. 5). Figure 5 shows an apparatus containing metal supports in the middle part, on which a composite support is fixed for fixing the electrodes, and composite supports for fixing loose spokes. The supports are connected by metal threaded rods with nuts. The spokes are installed on the supports. The distal and proximal supports are also made of composite materials and are intended for fixing the screw rods. The composite support for fixing the electrode is made circular, in the form of a sector 1/4 of the ring, has a circle at the base of the geometric shape. The support is made flat, with through fastening holes with a diameter of 7.5 mm, evenly spaced on the support plane. The support is made in the form of a sector of a ring 15 mm wide and 8 mm thick. Inner diameter 120 mm. The support is made by an additive method of layer-by-layer deposition. Fused deposition modeling (FDM) technology was used for the production, thermoplastics supplied in the form of spools of filaments or rods are used as a printing material, namely ABS thermoplastic (acrylonitrile butadiene styrene) containing 15% carbon fiber filler. These fibers cause an increase in strength and stiffness. The tensile modulus of the support material is 2220 MPa, the tensile modulus along the layers is 3210 MPa, the density is 1.11 g / cm3, the tensile strength is 24.65 MPa, the flexural strength is 74.8 MPa, and the compressive strength is 108.8 MPa, tensile strength along the layers is 35.52 MPa. Print settings: nozzle temperature 274 ° C, table temperature 95 ° C without blowing, adhesive The3D glue, nozzle diameter 0.5 mm. Fig. 5. shows the electrodes fixed on the support. The support provides electrical isolation of the bone fixator (wire, rod-fixer) or electrode from the supports of the external fixation device, and provides the opening of electrical circuits in the "apparatus-bone" system, which is necessary to provide the possibility of independent electrical connection to a single metal wire or electrode.
Композитная опора для фиксации стержня шурупа выполнена циркулярной, в форме сектора 5/7 кольца, имеет окружность в основе геометрической формы. Опора выполнена плоской, со сквозными равномерно расположенными на плоскости опоры крепежными отверстиями диаметром 7,5 мм. Опора выполнена в форме сектора кольца с шириной 15мм, толщиной 8 мм. Внутренний диаметр 120 мм. Опора выполнена аддитивным способом послойного наплавления. Для изготовления использована технология аддитивного производства (англ. Fused deposition modeling (FDM)), в качестве материала для печати выступает термопластики, поставляемые в виде катушек нитей или прутков, а именно термопласт ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) содержащий наполнитель из углеродного волокна 12%. Эти волокна вызывают увеличение прочности и жесткости. Модуль упругости материала опоры на растяжение составляет 2220 мПа, модуль упругости при растяжении вдоль слоев составляет 3210 мПа, плотность составляет 1.11 г/см3, предел прочности при растяжении составляет 24,65 мПа, прочность на изгиб составляет 74,8 мПа, прочность на сжатие составляет 108,8 мПа, прочность при растяжении вдоль слоев составляет 35,52 мПа. Настройки печати: температура сопла 274°С температура стола 95°С, без обдува, адгезив клей The3D, диаметр сопла 0,3 мм.The composite support for fixing the screw rod is made circular, in the form of a 5/7 sector of the ring, has a circle at the base of the geometric shape. The support is made flat, with through fastening holes with a diameter of 7.5 mm, evenly spaced on the support plane. The support is made in the form of a ring sector with a width of 15 mm and a thickness of 8 mm. Inner diameter 120 mm. The support is made by an additive method of layer-by-layer deposition. Fused deposition modeling (FDM) technology was used for production, thermoplastics supplied in the form of spools of filaments or rods, namely ABS thermoplastic (acrylonitrile butadiene styrene) containing 12% carbon fiber filler, are used as the printing material. These fibers cause an increase in strength and stiffness. The tensile modulus of the support material is 2220 MPa, the tensile modulus along the layers is 3210 MPa, the density is 1.11 g / cm 3 , the tensile strength is 24.65 MPa, the flexural strength is 74.8 MPa, and the compressive strength is is 108.8 MPa, the tensile strength along the layers is 35.52 MPa. Print settings: nozzle temperature 274 ° C table temperature 95 ° C, no air blowing, adhesive The3D glue, nozzle diameter 0.3 mm.
Пример 6. Опора в форме сектора 1/2 кольца для аппарата внешней скелетной фиксации у собак (Фиг.6). Композитная опора для устройства внешней скелетной фиксации, выполнена циркулярной, в форме сектора 1/2 кольца, имеет окружность в основе геометрической формы. Опора выполнена плоской, со сквозными равномерно расположенными на плоскости опоры крепежными отверстиями диаметром 7 мм. Опора выполнена в форме сектора кольца шириной 15мм, толщиной 15 мм. Внутренний диаметр 150 мм. Опора выполнена аддитивным способом послойного наплавления. Для изготовления использована технология аддитивного производства (англ. Fused deposition modeling (FDM)), в качестве материала для печати выступает термопластики, поставляемые в виде катушек нитей или прутков, а именно термопласт ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) содержащий наполнитель из углеродного волокна 15%. Эти волокна вызывают увеличение прочности и жесткости. Настройки печати: температура сопла 274°С, температура стола 95°С, без обдува, адгезив клей The3D, диаметр сопла 0,3 мм.Example 6. Support in the form of a sector 1/2 ring for the apparatus of external skeletal fixation in dogs (Fig. 6). The composite support for the external skeletal fixation device is made circular, in the form of a sector 1/2 of the ring, has a circumference at the base of the geometric shape. The support is made flat, with through fastening holes with a diameter of 7 mm, evenly spaced on the support plane. The support is made in the form of a sector of a ring 15 mm wide and 15 mm thick. Inner diameter 150 mm. The support is made by an additive method of layer-by-layer deposition. Fused deposition modeling (FDM) technology was used for manufacturing, thermoplastics supplied in the form of spools of filaments or rods, namely ABS thermoplastic (acrylonitrile butadiene styrene) containing 15% carbon fiber filler, are used as the printing material. These fibers cause an increase in strength and stiffness. Print settings: nozzle temperature 274 ° C, table temperature 95 ° C, no blowing, adhesive The3D glue, nozzle diameter 0.3 mm.
Пример 7. Аппарат внешней скелетной фиксации у собак с опорами в форме сектора 1/2 кольца и кольцевыми опорами (фиг.7). В ветеринарии, для лечения мелких животных (например, домашних кошек или собак породы чихуахуа) в силу малого размера костей и мышц, не всегда требуется высокая прочность опор, и для фиксации кости достаточно использовать кольцевые или полукольцевые опоры, выполненные путем 3D печати из нейлона или ABS пластика армированного углеродными волокнами, с приемлемой толщиной и измененной геометрической формы (по толщине или ширине опоры).Аппарат содержит две композитные кольцевые опоры соединенные резьбовыми стержнями для создания компрессии/дистракции. Композитная опора для устройства внешней скелетной фиксации, выполнена циркулярной, в форме кольца, имеет окружность в основе геометрической формы. Опора выполнена плоской, со сквозными равномерно расположенными на плоскости опоры крепежными отверстиями диаметром 4 мм. Опора выполнена в форме сектора кольца шириной 15 мм, толщиной 15 мм. Внутренний диаметр 100 мм. Опора выполнена аддитивным способом послойного наплавления. Для изготовления использована технология аддитивного производства (англ. Fused deposition modeling (FDM)), в качестве материала для печати выступает термопластики, поставляемые в виде катушек нитей или прутков, а именно термопласт ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) содержащий наполнитель из углеродного волокна 15%. Эти волокна вызывают увеличение прочности и жесткости. Настройки печати: температура сопла 274°С, температура стола95°С, без обдува, адгезив клей The3D, диаметр сопла 0,3 мм.Example 7. Apparatus for external skeletal fixation in dogs with supports in the form of a sector 1/2 ring and annular supports (Fig. 7). In veterinary medicine, for the treatment of small animals (for example, domestic cats or Chihuahua dogs) due to the small size of bones and muscles, high strength of the supports is not always required, and for fixing the bone, it is enough to use ring or semi-circular supports made by 3D printing from nylon or ABS plastic reinforced with carbon fibers, with acceptable thickness and modified geometry (thickness or width of the support). The device contains two composite annular supports connected by threaded rods to create compression / distraction. The composite support for the external skeletal fixation device is made circular, in the form of a ring, has a circle in the base of the geometric shape. The support is made flat, with through fastening holes with a diameter of 4 mm, evenly spaced on the support plane. The support is made in the form of a sector of a ring 15 mm wide and 15 mm thick. Inner diameter 100 mm. The support is made by an additive method of layer-by-layer deposition. Fused deposition modeling (FDM) technology was used for manufacturing, thermoplastics supplied in the form of spools of filaments or rods, namely ABS thermoplastic (acrylonitrile butadiene styrene) containing 15% carbon fiber filler, are used as the printing material. These fibers cause an increase in strength and stiffness. Print settings: nozzle temperature 274 ° C, table temperature 95 ° C, no air blowing, adhesive The3D glue, nozzle diameter 0.3 mm.
Содержит две композитные опоры, в форме сектора 1/2 кольца. Опора выполнены плоскими, со сквозными равномерно расположенными на плоскости опоры крепежными отверстиями диаметром 4мм. Опоры выполнены в форме сектора кольца шириной 15мм, толщиной 15 мм. Внутренний диаметр 100 мм. Опора выполнена аддитивным способом послойного наплавления. Для изготовления использована технология аддитивного производства (англ. Fused deposition modeling (FDM)), в качестве материала для печати выступает термопластики, поставляемые в виде катушек нитей или прутков, а именно термопласт ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) содержащий наполнитель из углеродного волокна 15%. Эти волокна вызывают увеличение прочности и жесткости. Настройки печати: температура сопла 274°С, температура стола 95°С, без обдува, адгезив клей The3D, диаметр сопла 0,3 мм.Contains two composite supports, in the form of a sector 1/2 ring. The support is made flat, with through fastening holes with a diameter of 4 mm, evenly spaced on the support plane. The supports are made in the form of a sector of a ring 15 mm wide and 15 mm thick. Inner diameter 100 mm. The support is made by an additive method of layer-by-layer deposition. Fused deposition modeling (FDM) technology was used for manufacturing, thermoplastics supplied in the form of spools of filaments or rods, namely ABS thermoplastic (acrylonitrile butadiene styrene) containing 15% carbon fiber filler, are used as the printing material. These fibers cause an increase in strength and stiffness. Print settings: nozzle temperature 274 ° C, table temperature 95 ° C, no blowing, adhesive The3D glue, nozzle diameter 0.3 mm.
Пример 8. Композитная опора (фиг.8) для устройства внешней скелетной фиксации. Выполнена форме сектора кольца, имеет окружность в основе геометрической формы. Внутренний контур образует окружность меньшего диаметра. Внешний контур образует окружность большего диаметра. Расширение в средней части выполнено плавно, причем внешний контур опоры образован частью окружности геометрический центр которой смещен относительно центра окружности образующей внутренний контур опоры. Опора выполнена плоской, со сквозными равномерно расположенными на плоскости опоры крепежными отверстиями диаметром 7,6 мм. Опора выполнена в форме толщиной 8 мм. Внутренний диаметр 170 мм. Опора выполнена аддитивным способом послойного наплавления. Для изготовления использована технология аддитивного производства (англ. Fused deposition modeling (FDM)), в качестве материала для печати выступает термопластики, поставляемые в виде катушек нитей или прутков, а именно термопласт ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) содержащий наполнитель из углеродного волокна 15%. Эти волокна вызывают увеличение прочности и жесткости, жесткость также повышена за счет геометрической формы опоры. Настройки печати: температура сопла 274°C температура стола 95°C, без обдува, адгезив клей The3D, диаметр сопла 0,5 мм.Example 8. Composite support (Fig. 8) for an external skeletal fixation device. It is made in the form of a ring sector, has a circle at the base of the geometric shape. The inner contour forms a circle with a smaller diameter. The outer contour forms a circle with a larger diameter. The expansion in the middle part is made smoothly, and the outer contour of the support is formed by a part of the circle, the geometric center of which is displaced relative to the center of the circle forming the inner contour of the support. The support is made flat, with through fastening holes with a diameter of 7.6 mm, evenly spaced on the support plane. The support is made in a mold with a thickness of 8 mm. Inner diameter 170 mm. The support is made by an additive method of layer-by-layer deposition. Fused deposition modeling (FDM) technology was used for manufacturing, thermoplastics supplied in the form of spools of filaments or rods, namely ABS thermoplastic (acrylonitrile butadiene styrene) containing 15% carbon fiber filler, are used as the printing material. These fibers cause an increase in strength and rigidity, and rigidity is also increased due to the geometric shape of the support. Print settings: nozzle temperature 274 ° C table temperature 95 ° C, no blowing, The3D adhesive, nozzle diameter 0.5 mm.
ИспользованиеUsage
Композитные опоры монтируют в циркулярный аппарат внешней фиксации типа аппарата Илизарова. Соединяют между собой и/или с металлическими опорами резьбовыми стержнями с гайками, используя для этого отверстия. В кости проводят спицы и фиксируют их на опорах крепежными элементами (болты спицефиксаторы) устанавливаемыми в отверстия. Затягивают гайки гаечным ключом, обеспечивая жесткое соединение опор, резьбовых стрежней и спиц. В крепежные отверстия устанавливают резьбовые дистракционные стержни аппарата внешней фиксации (аппарат Илизарова). Composite supports are mounted in a circular external fixation apparatus such as the Ilizarov apparatus. They are connected to each other and / or to metal supports by threaded rods with nuts, using holes for this. Spokes are passed into the bone and fixed on the supports with fasteners (spoke fixing bolts) installed in the holes. Tighten the nuts with a wrench, ensuring a rigid connection of the supports, threaded rods and spokes. The threaded distraction rods of the external fixation apparatus (Ilizarov apparatus) are installed in the mounting holes.
Опоры могут быть индивидуально изготовлены на 3D принтере (FDM печать) из известных материалов и использованы по назначению в профильных отделениях медицинских или ветеринарных клиник, как самостоятельно так и для облегчения аппарата Илизарова, для расширения его возможностей, например для целей осуществления электростимуляции или снятия электрических потенциалов. При этом в комбинированных аппаратах (пример на фиг.5) металлические опоры обеспечивают жесткость конструкции аппарата, и возможность давать компрессию или дистракции на месте перелома/остеотомии кости. Крайние композитные опоры позволяют обеспечить стабильность не значительно увеличивая общий вес аппарата и не затеняя рентгенограммы. Композитная опора для электродов позволяет установить электроды на опоре аппарата. Опоры обеспечивает рентгенопрозрачность, биологическую инертностью, не подвержены коррозии. Опоры являются электропроводными, что позволяет их использовать для размыкания электрической цепи образуемой биологическими тканями и деталями устройства внешней скелетной фиксации. Обнаружение и снятие биопотенциалов может использоваться для мониторинга репарации костной ткани у ортопедотравматологических пациентов. Генерация электрического тока в костной ткани и воздействие на биопотенциалы может использоваться для задач стимуляции, обеспечения благоприятных условий, костеобразования.Supports can be individually made on a 3D printer (FDM printing) from known materials and used as intended in specialized departments of medical or veterinary clinics, both independently and to facilitate the Ilizarov apparatus, to expand its capabilities, for example, for the purpose of electrostimulation or removal of electrical potentials ... At the same time, in combined devices (example in Fig. 5), metal supports provide the rigidity of the device structure, and the ability to provide compression or distraction at the site of bone fracture / osteotomy. Extreme composite supports provide stability without significantly increasing the overall weight of the device and without obscuring radiographs. The composite electrode support allows the electrodes to be mounted on the machine support. The supports provide radiolucency, biological inertness, and are not subject to corrosion. The supports are electrically conductive, which allows them to be used to open the electrical circuit formed by biological tissues and parts of the external skeletal fixation device. Detection and removal of biopotentials can be used to monitor bone tissue repair in orthopedic trauma patients. The generation of electric current in the bone tissue and the effect on biopotentials can be used for the tasks of stimulation, providing favorable conditions, and bone formation.
Опоры могут быть изготовлены на 3D принтере (FDM печать) что делает их более доступными так как не требует организации специализированного технологически сложного производственного процесса, что обеспечивает им преимущества, особенно для ветеринарных целей и применений в нестандартных клинических ситуациях. Композитные опоры позволяют сформировать оптимальный внешний фиксатор обладающий такими преимуществами, как оптимальная по габаритам и массе конструкция. Использование опор повышает комфортностью для пациента.The supports can be made on a 3D printer (FDM printing), which makes them more accessible as it does not require the organization of a specialized technologically complex production process, which provides them with advantages, especially for veterinary purposes and applications in non-standard clinical situations. Composite supports make it possible to form an optimal external retainer with such advantages as an optimal design in terms of dimensions and weight. The use of supports increases patient comfort.
При лечении переломов костей используют электростимуляцию. Для фиксации электродов требуется использовать опоры, не обладающие электропроводностью и не требующие высокой прочности. Для таких целей применимы опоры выполненные путем 3D печати из нейлона или ABS пластика армированного углеродными волокнами, с приемлемой толщиной и измененной геометрической формы (по толщине или ширине опоры).Electrostimulation is used in the treatment of bone fractures. To fix the electrodes, it is required to use supports that are not electrically conductive and do not require high strength. For such purposes, supports made by 3D printing from nylon or ABS plastic reinforced with carbon fibers are applicable, with an acceptable thickness and a modified geometric shape (in terms of thickness or width of the support).
Таким образом, использование композитных опор повышает комфортность и качество лечения (обеспечивается минимально возможный вес аппарата). Различная прочность опор, в зависимости от места применения, рентген прозрачность отдельных опор, отсутствие у отдельных опор электропроводности, соответствие соединительных размеров (размеров опор, выполненных в них отверстий) опор размерам опор существующих аппаратов, технически осуществимая возможность персонального изготовления при приемлемых затратах являются существенными преимуществами перед известными аналогами.Thus, the use of composite supports increases the comfort and quality of treatment (the minimum possible weight of the device is ensured). Different strengths of supports, depending on the place of application, X-ray transparency of individual supports, lack of electrical conductivity for individual supports, correspondence of the connecting dimensions (dimensions of supports, holes made in them) of supports to the sizes of supports of existing devices, the technically feasible possibility of personal production at reasonable costs are significant advantages before known analogues.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021101255A RU2758650C1 (en) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | Composite support for external skeletal fixation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021101255A RU2758650C1 (en) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | Composite support for external skeletal fixation device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2758650C1 true RU2758650C1 (en) | 2021-11-01 |
Family
ID=78466720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021101255A RU2758650C1 (en) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | Composite support for external skeletal fixation device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2758650C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU216076U1 (en) * | 2022-07-25 | 2023-01-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аграрный университет" | Pin and pin apparatus for external fixation of femoral fractures in dogs of medium and large sizes |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1659035A1 (en) * | 1989-03-15 | 1991-06-30 | Центральный научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им.Н.Н.Приорова | Compression-distraction apparatus for treating forearm bone fractures or false bones |
| RU40879U1 (en) * | 2003-10-30 | 2004-10-10 | Ооо "Пктф" | RING FOR COMPRESSION-DISTRACTION DEVICE |
| WO2005096759A2 (en) * | 2004-04-01 | 2005-10-20 | Greene, Tweed Of Delaware, Inc. | Braided composite structures |
| US20190343566A1 (en) * | 2018-05-09 | 2019-11-14 | Warsaw Orthopedic, Inc. | Bone screw and method of manufacture |
| RU2727030C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-07-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Ника" (ООО "Ника") | External fixation system of biocompatible composite polymer material for transosseous osteosynthesis |
-
2021
- 2021-01-22 RU RU2021101255A patent/RU2758650C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1659035A1 (en) * | 1989-03-15 | 1991-06-30 | Центральный научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им.Н.Н.Приорова | Compression-distraction apparatus for treating forearm bone fractures or false bones |
| RU40879U1 (en) * | 2003-10-30 | 2004-10-10 | Ооо "Пктф" | RING FOR COMPRESSION-DISTRACTION DEVICE |
| WO2005096759A2 (en) * | 2004-04-01 | 2005-10-20 | Greene, Tweed Of Delaware, Inc. | Braided composite structures |
| US20190343566A1 (en) * | 2018-05-09 | 2019-11-14 | Warsaw Orthopedic, Inc. | Bone screw and method of manufacture |
| RU2727030C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-07-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Ника" (ООО "Ника") | External fixation system of biocompatible composite polymer material for transosseous osteosynthesis |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU216076U1 (en) * | 2022-07-25 | 2023-01-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аграрный университет" | Pin and pin apparatus for external fixation of femoral fractures in dogs of medium and large sizes |
| RU2810435C1 (en) * | 2023-05-12 | 2023-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "КАРБОНТЕКС" | Method of creating structural sector of ilizarov apparatus ring |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bradley et al. | Carbon fibre reinforced epoxy as a high strength, low modulus material for internal fixation plates | |
| US20200155208A1 (en) | Metal alloy mono and poly-filament wire reinforced carbon fiber plating system | |
| RU2758650C1 (en) | Composite support for external skeletal fixation device | |
| CN103445839B (en) | Ankle multidimensional regulation-control orthosis | |
| CN113209389A (en) | Medical orthopedic bone nail and preparation method thereof | |
| CN201088622Y (en) | Internal and external hexagon hollow pressure titanium bolt | |
| Suuronen et al. | New generation biodegradable plate for fracture fixation: Comparison of bending strengths of mandibular osteotomies fixed with absorbable self-reinforced multi-layer poly-L-lactide plates and metallic plates—An experimental study in sheep | |
| RU2726999C1 (en) | External fixation system of biocompatible composite polymer material for transosseous osteosynthesis | |
| RU2727030C1 (en) | External fixation system of biocompatible composite polymer material for transosseous osteosynthesis | |
| CN103445835B (en) | Hip joint correction and thighbone extender | |
| RU2741406C1 (en) | External fixation system of biocompatible composite polymer material for transosseous osteosynthesis | |
| Haug et al. | A comparison of microscrew and suture fixation for porous high-density polyethylene orbital floor implants | |
| RU2352284C1 (en) | Device for treatment of difficult fractures of radial bone | |
| CN110101919A (en) | A kind of high-strength, fatigue-resistant low elastic modulus orthopaedics implant | |
| RU2691326C1 (en) | Absorbable intramedullary nail for fixing fractures of long tubular bones | |
| CN203425018U (en) | Shoulder joint dynamic-static combined regulating external fixing device | |
| CN220423949U (en) | External fixing frame for tibia fracture | |
| Huang et al. | Stabilization of multiple rib fractures in a canine model | |
| CN208598585U (en) | A kind of shin bone reconstruction Titanium Mesh | |
| De Bastiani et al. | Dynamic axial external fixation | |
| CN201208297Y (en) | Fixture device by pedicle of vertebral arch | |
| Iwanaga et al. | Comparison of the Biomechanical Stiffness of Titanium and Sonic Weld RX Osteofixation Systems for Monoblock Zygomaticomaxillary Complex Fractures | |
| CN218651979U (en) | Metacarpal plate for fracture of metacarpal head and metacarpal neck | |
| CN103445833A (en) | Shoulder joint dynamic and static combined regulation external fixator | |
| Widanage et al. | Developments in circular external fixators: A review |