RU171317U1

RU171317U1 - IMPLANT FOR COMPENSATION OF BONE DEFECTS

Info

Publication number: RU171317U1
Application number: RU2016122555U
Authority: RU
Inventors: Сергей Константинович Гордеев; Олег Викторович Барзинский
Original assignee: Олег Викторович Барзинский; Сергей Константинович Гордеев
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2017-05-29

Abstract

Полезная модель относится к медицине, а именно к хирургии, травматологии и ортопедии, и может быть использована при хирургическом лечении воспалительных и дегенеративно-дистрофических заболеваний кости, а также костных травм.Задачей полезной модели является имплантат, обеспечивающий ускорение формирования костной ткани в местах контакта имплантата с костью пациента и за счет этого более быстрое восстановление опороспособности костного скелета, а также упрощение и повышение надежности эндопротезирования при хирургической компенсации дефектов кости.Технический результат достигается тем, что имплантат выполнен в виде блока цилиндрической или призматической формы, основа которого выполнена из композиционного материала, содержащего многонаправленный армирующий каркас из стержней, сформованных из углеродных волокон, расположенных вдоль оси указанных стержней, и углеродную матрицу, и имеет на верхнем и нижнем основаниях основы имплантата полости глубиной 0,5-5 мм, площадь каждой из которых составляет 10-70% от площади основания, заполненные гидроксиапатитом и/или богатой тромбоцитами плазмой крови. При этом некоторые заранее выбранные стержни одного, нескольких или всех направлений армирования, входящие в армирующий каркас, содержат в своем составе одно или несколько химических соединений из группы: оксид алюминия, карбид кремния, ортофосфат кальция, пирофосфат кальция, оксид титана, карбид титана, оксид циркония, карбид циркония, оксид ниобия, карбид ниобия, оксид гафния, карбид гафния, оксид тантала, карбид тантала, карбид вольфрама, - в количестве 0,1-10% от массы стержня.Применение предлагаемой полезной модели обеспечивает возможность эффективного замещения костных дефектов различного типа, что важно для повышения качества лечения воспалительных и дегенеративно-дистрофических заболеваний кости и костных травм, а рентгеноконтрастность имплантата упрощает ведение операции и послеоперационное обследование пациента. 3 з.п. ф-лы.The utility model relates to medicine, namely to surgery, traumatology and orthopedics, and can be used in the surgical treatment of inflammatory and degenerative-dystrophic bone diseases, as well as bone injuries. The objective of the utility model is an implant, which accelerates the formation of bone tissue at the sites of contact of the implant with the patient’s bone and, as a result, faster restoration of the skeletal support ability, as well as simplification and increased reliability of endoprosthetics during surgical compensation and bone defects. The technical result is achieved by the fact that the implant is made in the form of a block of cylindrical or prismatic shape, the base of which is made of a composite material containing a multidirectional reinforcing frame of rods molded from carbon fibers located along the axis of these rods, and a carbon matrix, and has on the upper and lower bases of the base of the implant cavity with a depth of 0.5-5 mm, the area of each of which is 10-70% of the area of the base, filled with hydroxyapatite and / or richly thrombocyte plasma. Moreover, some pre-selected rods of one, several or all directions of reinforcement included in the reinforcing cage contain one or more chemical compounds from the group: aluminum oxide, silicon carbide, calcium orthophosphate, calcium pyrophosphate, titanium oxide, titanium carbide, oxide zirconium, zirconium carbide, niobium oxide, niobium carbide, hafnium oxide, hafnium carbide, tantalum oxide, tantalum carbide, tungsten carbide, in the amount of 0.1-10% by weight of the rod. The application of the proposed utility model provides the possibility effective replacement of various types of bone defects, which is important for improving the quality of treatment for inflammatory and degenerative bone diseases and bone injuries, and the radiopacity of the implant simplifies the operation and postoperative examination of the patient. 3 s.p. f-ly.

Description

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

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

Известен имплантат, описанный в патенте РФ №2204361. Имплантат выполнен из углерод-углеродного композиционного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и многонаправленный армирующий каркас из стержней, сформованных из углеродных волокон, расположенных вдоль оси указанных стержней. Имплантат может иметь форму призмы (прямоугольной, с основаниями П- или Г-образными) или цилиндра. Известный имплантат обладает достаточным для обеспечения функции опорности уровнем прочности, хорошей биосовместимостью, после операционного применения хорошо фиксируется в кости.A known implant is described in RF patent No. 2204361. The implant is made of a carbon-carbon composite material containing a pyrocarbon matrix and a multidirectional reinforcing frame of rods formed of carbon fibers located along the axis of these rods. The implant may be in the form of a prism (rectangular, with U- or L-shaped bases) or a cylinder. The known implant has a level of strength sufficient to provide support function, good biocompatibility, and is well fixed in the bone after surgical use.

Недостатком известного имплантата является относительно медленное сращивание с костной тканью, окружающей имплантат, например с соседними позвонками позвоночника при использовании имплантата для замещения позвонков. Это увеличивает сроки постельного режима и реабилитацию больных, перенесших операцию с установкой костного имплантата.A disadvantage of the known implant is the relatively slow fusion with the bone tissue surrounding the implant, for example with adjacent vertebrae of the spine when using the implant to replace the vertebrae. This increases the terms of bed rest and rehabilitation of patients who underwent surgery with the installation of a bone implant.

Кроме того, недостатком известного технического решения является очень низкая рентгеноконтрастность основы имплантата - он плохо виден на рентгеновских снимках. Это затрудняет ведение операций с использованием приборов компьютерной томографии, а самое главное - наблюдение за пациентом в послеоперационный период методами рентгеновской диагностики.In addition, the disadvantage of the known technical solution is the very low radiopacity of the implant base - it is poorly visible in x-ray images. This makes it difficult to conduct operations using computed tomography devices, and most importantly, the observation of the patient in the postoperative period by x-ray diagnostics.

Задачей полезной модели является имплантат, обеспечивающий ускорение формирования костной ткани в местах контакта имплантата с костью пациента и за счет этого более быстрое восстановление опороспособности костного скелета, а также упрощение и повышение надежности эндопротезирования при хирургической компенсации дефектов кости.The objective of the utility model is an implant that accelerates the formation of bone tissue at the sites of contact of the implant with the patient’s bone and, as a result, provides faster restoration of the skeletal support ability, as well as simplifying and increasing the reliability of endoprosthetics during surgical compensation of bone defects.

Технический результат достигается тем, что имплантат выполнен в виде блока цилиндрической или призматической формы, основа которого выполнена из композиционного материала, содержащего многонаправленный армирующий каркас из стержней, сформованных из углеродных волокон, расположенных вдоль оси указанных стержней, и углеродную матрицу, и имеет на верхнем и нижнем основании основы имплантата полости глубиной 0,5-5 мм, площадь каждой из которых составляет 10-70% от площади основания, заполненные гидроксиапатитом и/или богатой тромбоцитами плазмой крови. При этом некоторые заранее выбранные стержни, одного, нескольких или всех направлений армирования, входящие в армирующий каркас, содержат в своем составе одно или несколько химических соединений из группы: оксид алюминия, карбид кремния, ортофосфат кальция, пирофосфат кальция, оксид титана, карбид титана, оксид циркония, карбид циркония, оксид ниобия, карбид ниобия, оксид гафния, карбид гафния, оксид тантала, карбид тантала, карбид вольфрама в количестве 0,1-10% от массы стержня.The technical result is achieved by the fact that the implant is made in the form of a block of cylindrical or prismatic shape, the base of which is made of composite material containing a multidirectional reinforcing frame of rods formed of carbon fibers located along the axis of these rods, and a carbon matrix, and has on the upper and lower base of the base of the implant cavity with a depth of 0.5-5 mm, the area of each of which is 10-70% of the base area, filled with hydroxyapatite and / or platelet-rich pla snake blood. Moreover, some pre-selected rods of one, several or all directions of reinforcement included in the reinforcing cage contain one or more chemical compounds from the group: aluminum oxide, silicon carbide, calcium orthophosphate, calcium pyrophosphate, titanium oxide, titanium carbide, zirconium oxide, zirconium carbide, niobium oxide, niobium carbide, hafnium oxide, hafnium carbide, tantalum oxide, tantalum carbide, tungsten carbide in an amount of 0.1-10% by weight of the rod.

При содержании в стержнях армирующей основы химических соединений в количестве менее 0,1 мас.% протез тела позвонков имеет низкую рентгеноконтрастность. Введение в стержни химических соединений в количестве более 10 мас.% нецелесообразно, т.к. это усложняет технологию изготовления стержней и протеза в целом.When the content of chemical compounds in the rods of the reinforcing base is less than 0.1 wt.%, The prosthesis of the vertebral body has a low radiopacity. The introduction into the rods of chemical compounds in an amount of more than 10 wt.% Is impractical, because this complicates the manufacturing technology of the rods and the prosthesis as a whole.

Полезная модель поясняется чертежом. На фиг. 1 изображен разрез имплантата цилиндрической формы. Обозначения: 1 - основа имплантата, выполненная из углеродного композиционного материала, 2 - нижнее основание имплантата, 3 - верхнее основание имплантата, 4 -полости, заполненные гидроксиапатитом и/или богатой тромбоцитами плазмой крови.The utility model is illustrated in the drawing. In FIG. 1 shows a section through a cylindrical implant. Legend: 1 - the base of the implant made of carbon composite material, 2 - the lower base of the implant, 3 - the upper base of the implant, 4 cavities filled with hydroxyapatite and / or platelet-rich blood plasma.

Глубина полостей менее 0,5 мм слишком мала для размещения в ней необходимого количества гидроксиапатита и/или богатой тромбоцитами плазмой крови, что не обеспечивает достижения технического результата. Использование имплантатов с глубиной полости более 5 мм нецелесообразно, т.к. ее заполнение требует излишне большого количества гидроксиапатита и/или богатой тромбоцитами плазмой крови.The depth of the cavities less than 0.5 mm is too small to accommodate the necessary amount of hydroxyapatite and / or platelet-rich blood plasma, which does not ensure the achievement of a technical result. The use of implants with a cavity depth of more than 5 mm is impractical because filling it requires an excessively large amount of hydroxyapatite and / or platelet-rich blood plasma.

Использовать имплантаты с площадью каждой из полостей менее 10% от площади основания имплантата нецелесообразно из-за слишком малой площади контакта между гидроксиапатитом и/или богатой тромбоцитами плазмой крови, введенными в полость, и костью пациента, контактирующей с имплантатом. При площади поверхности полости более 70% от площади основания имплантата чрезмерно уменьшается опорная функция имплантата: уменьшается площадь основы имплантата, контактирующей с костью пациента, следовательно, возрастают механические напряжения в этой зоне, что может вызвать деструкцию имплантата или контактирующей с ним кости.It is not advisable to use implants with an area of each cavity less than 10% of the implant base area due to the too small contact area between the hydroxyapatite and / or platelet-rich blood plasma introduced into the cavity and the bone of the patient in contact with the implant. When the surface area of the cavity is more than 70% of the implant base area, the implant support function is excessively reduced: the area of the implant base in contact with the patient’s bone is reduced, therefore, mechanical stresses in this area increase, which can cause destruction of the implant or the bone in contact with it.

Сущность полезной модели состоит в следующем.The essence of the utility model is as follows.

Основа имплантата, предлагаемого в данном техническом решении, выполнена из углерод-углеродного композиционного материала. Этот материал обладает хорошей биосовместимостью за счет своего состава и гетерогенной структуры. Для достижения высоких механических свойств углеродные волокна располагают в имплантате в различных направлениях, используя для этого изготовленные из углеродных волокон стержни, в которых волокна располагаются вдоль оси стержня. Из стержней собирают многонаправленный каркас, например, укладывая на специальной оснастке стержни послойно: в каждом слое стержни параллельны друг другу и отстоят друг от друга на расстояние, равное диаметру стержня. Следующие слои собирают аналогично предыдущим, но ориентируя стержни под углом 60° к предыдущему и последующему слоям. После сборки необходимой по высоте пачки слоев стержней в образовавшиеся перпендикулярные слоям отверстия вводят дополнительные стержни. Сборку армирующего каркаса осуществляют таким образом, что некоторые заранее выбранные стержни, одного, нескольких или всех направлений армирования, входящие в армирующий каркас, содержат в своем составе одно или несколько химических соединений из группы: оксид алюминия, карбид кремния, ортофосфат кальция, пирофосфат кальция, оксид титана, карбид титана, оксид циркония, карбид циркония, оксид ниобия, карбид ниобия, оксид гафния, карбид гафния, оксид тантала, карбид тантала, карбид вольфрама в количестве 0,1-10% от массы стержня.The implant base proposed in this technical solution is made of carbon-carbon composite material. This material has good biocompatibility due to its composition and heterogeneous structure. To achieve high mechanical properties, carbon fibers are placed in the implant in different directions, using rods made of carbon fibers, in which the fibers are located along the axis of the rod. A multidirectional frame is assembled from the rods, for example, laying the rods in layers on special equipment: in each layer, the rods are parallel to each other and spaced from each other by a distance equal to the diameter of the rod. The following layers are collected similarly to the previous ones, but orienting the rods at an angle of 60 ° to the previous and subsequent layers. After assembling the bundle of layers of rods necessary for height, additional rods are introduced into the holes formed perpendicular to the layers. The assembly of the reinforcing carcass is carried out in such a way that some pre-selected rods of one, several or all directions of reinforcement included in the reinforcing carcass contain one or more chemical compounds from the group: aluminum oxide, silicon carbide, calcium orthophosphate, calcium pyrophosphate, titanium oxide, titanium carbide, zirconium oxide, zirconium carbide, niobium oxide, niobium carbide, hafnium oxide, hafnium carbide, tantalum oxide, tantalum carbide, tungsten carbide in an amount of 0.1-10% by weight of the rod.

Затем в каркасе формируют углеродную матрицу, например нагревают каркас в среде углеводородов при температуре выше температуры их разложения в течение времени, необходимого для связывания волокон каркаса образующейся углеродной связкой в единый композит в виде блока. Из полученного углерод-углеродного композиционного блока механически вырезают основу имплантата нужной формы.Then, a carbon matrix is formed in the carcass, for example, the carcass is heated in a hydrocarbon medium at a temperature above their decomposition temperature for the time required to bind the carcass fibers with the resulting carbon bond into a single composite in the form of a block. From the obtained carbon-carbon composite block, the implant base of the desired shape is mechanically cut out.

Для повышения эффективности сращивания имплантата с соседствующей с ним костной тканью и ускоренного формирования костно-углеродного блока, обеспечивающего опорные функции костного скелета, основа имплантата имеет полости на верхнем и нижнем основаниях, т.е. в местах контакта с костными тканями пациента. Эти полости заполнены гидроксиапатитом и/или богатой тромбоцитами плазмой крови.To increase the efficiency of implant splicing with adjacent bone tissue and accelerated formation of a bone-carbon block that provides supporting functions of the bone skeleton, the implant base has cavities on the upper and lower bases, i.e. in places of contact with the bone tissue of the patient. These cavities are filled with hydroxyapatite and / or platelet-rich blood plasma.

Гидроксиапатит, в силу своих остеоиндуктивных свойств, способствует проникновению в него остеина (коллагена 1 типа) и остеобластов, это упрощает доставку таких элементов, как кальций и фосфор, к месту формирования костной ткани, т.е. к оперированной области.Hydroxyapatite, due to its osteoinductive properties, facilitates the penetration of ostein (type 1 collagen) and osteoblasts into it, this simplifies the delivery of elements such as calcium and phosphorus to the site of bone tissue formation, i.e. to the operated area.

Богатая тромбоцитами плазма крови индуцирует формирование новообразованной костной ткани. При операции целесообразно использовать собственную плазму пациента с содержанием в ней тромбоцитов до 1000000 в 1 мл. В оперированной области, т.е. в полости установленного имплантата, тромбоциты в имеющей консистенцию желе плазме крови дегранулируются с освобождением большого количества факторов роста (TGF, PDGF, EGF и др.), что обеспечивает значительную остеоиндукцию (воздействие на полипотентные клетки предшественники). При этом эффект остеогенеза приводит к формированию зрелой костной ткани на поверхности имплантата. За счет этого значительно сокращаются сроки восстановления пациента.Platelet-rich blood plasma induces the formation of newly formed bone tissue. During surgery, it is advisable to use the patient’s own plasma with a platelet content of up to 1,000,000 in 1 ml. In the operated area, i.e. in the cavity of the installed implant, platelets in jelly-containing blood plasma are degranulated with the release of a large number of growth factors (TGF, PDGF, EGF, etc.), which provides significant osteoinduction (exposure to pluripotent precursor cells). In this case, the effect of osteogenesis leads to the formation of mature bone tissue on the surface of the implant. Due to this, the patient recovery time is significantly reduced.

Возможно и целесообразно заполнение полости основы имплантата смесью гидроксиапатита и богатой тромбоцитами плазмы крови. Это ускоряет процессы остеосинтеза.It is possible and advisable to fill the cavity of the implant base with a mixture of hydroxyapatite and platelet-rich blood plasma. This speeds up the processes of osteosynthesis.

Применение при сборке армирующего каркаса стержней, содержащих химические соединения, обеспечивает рентгеноконтрастность имплантата. Он хорошо виден на рентгеновских снимках.The use of rods containing chemical compounds during assembly of the reinforcing carcass provides radiopacity of the implant. It is clearly visible in x-rays.

Таким образом, предлагаемые имплантаты сочетают в себе биологическую совместимость, опороспособность, остеокондуктивные и остеоиндуктивные свойства, рентгеноконтрастность. Все это обеспечивает хорошее сочетание имплантатов с костным окружением и быстрое срастание имплантата с костным ложем, в которое он установлен, и формирование костно-углеродного блока. За счет этого обеспечивается биофиксация имплантата в организме пациента без применения других материалов для их фиксирования. Особенности состава и структуры материала имплантатов позволяют эффективно использовать их при различных заболеваниях кости. Рентгеноконтрастность имплантата упрощает контроль за его установкой в ходе операции методами компьютерной томографии и делает операционное вмешательство более надежным. Послеоперационное наблюдение за пациентом методами рентгеновского контроля также упрощается.Thus, the proposed implants combine biocompatibility, support ability, osteoconductive and osteoinductive properties, radiopacity. All this provides a good combination of implants with a bone environment and the rapid growth of the implant with the bone bed in which it is installed, and the formation of a bone-carbon block. This ensures biofixation of the implant in the patient's body without the use of other materials for their fixation. Features of the composition and structure of the material of the implants make it possible to effectively use them for various bone diseases. X-ray contrast of the implant simplifies the control of its installation during the operation by computed tomography methods and makes the surgical intervention more reliable. Postoperative monitoring of the patient by x-ray control is also simplified.

При операции по компенсации костного дефекта позвоночника имплантат устанавливают и приводят в рабочее состояние, например, в следующей последовательности. После декомпрессии спинного мозга и резекции тел пораженных позвонков в телах соседних позвонков выполняют пазы-зарубки для установки имплантата. Перед внедрением имплантата производят реклинацию пораженного отдела. Имплантат плотно внедряют в выполненный резекцией межпозвонковый диастаз. После прекращения реклинации имплантат оказывается плотно фиксированным в костном ложе: его основания плотно примыкают к костной ткани пациента, что важно для остеосинтеза, активированного гидроксиапатитом и/или богатой тромбоцитами плазмой крови. После установки имплантата рану послойно ушивают с оставлением дренажа.During surgery to compensate for a bone defect in the spine, the implant is installed and brought into working condition, for example, in the following sequence. After decompression of the spinal cord and resection of the bodies of the affected vertebrae, notch grooves for implant placement are performed in the bodies of neighboring vertebrae. Before implant implantation, the affected section is reclined. The implant is tightly inserted into the resected intervertebral diastasis. After the end of the reclamation, the implant is tightly fixed in the bone bed: its bases are tightly attached to the patient’s bone tissue, which is important for osteosynthesis activated by hydroxyapatite and / or platelet-rich blood plasma. After installation of the implant, the wound is sutured in layers, leaving drainage.

Таким образом, применение предлагаемой полезной модели обеспечивает возможность эффективного замещения костных дефектов различного типа, что важно для повышения качества лечения воспалительных и дегенеративно-дистрофических заболеваний кости и костных травм, а его рентгеноконтрастность упрощает ведение операции и послеоперационное обследование пациента.Thus, the application of the proposed utility model provides the possibility of effective replacement of bone defects of various types, which is important for improving the quality of treatment of inflammatory and degenerative-dystrophic diseases of the bone and bone injuries, and its radiopaque simplifies the operation and postoperative examination of the patient.

Claims

1. An implant for compensating for bone defects in the form of a block made of a carbon-carbon composite material containing a multidirectional reinforcing frame of rods formed of carbon fibers located along the axis of these rods, and a carbon matrix, characterized in that on the upper and lower bases of the block are cavities with a depth of 0.5-5 mm, the area of each of which is 10-70% of the base area, filled with osteoinductive material, and individual pre-selected rods of one, several and whether all directions of reinforcement included in the reinforcing cage contain biocompatible radiopaque chemical compounds in an amount of 0.1-10% by weight of the rod.

2. The implant according to claim 1, characterized in that the block has a cylindrical or prismatic shape.

3. The implant according to claim 1, characterized in that the osteoinductive material is hydroxyapatite and / or blood plasma rich in platelets.

4. The implant according to claim 1, characterized in that the biocompatible radiopaque chemical compounds are selected from the group: aluminum oxide, silicon carbide, calcium orthophosphate, calcium pyrophosphate, titanium oxide, titanium carbide, zirconium oxide, zirconium carbide, niobium oxide, niobium carbide, hafnium oxide, hafnium carbide, tantalum oxide, tantalum carbide, tungsten carbide.