RU172399U1

RU172399U1 - IMPLANT FOR SURGICAL COMPENSATION OF BONE DEFECTS

Info

Publication number: RU172399U1
Application number: RU2016122558U
Authority: RU
Inventors: Сергей Константинович Гордеев; Олег Викторович Барзинский; Светлана Борисовна Корчагина
Original assignee: Олег Викторович Барзинский; Сергей Константинович Гордеев
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2017-07-06

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 создание имплантата, обеспечивающего упрощение и повышение надежности эндопротезирования при хирургической компенсации дефектов кости.Технический результат достигается тем, что имплантат включает в себя основу в виде блока цилиндрической или призматической формы, покрытую слоем богатой тромбоцитами плазмой крови. Основа имплантата выполнена из композиционного материала, содержащего углеродную матрицу и многонаправленный армирующий каркас из стержней, сформованных из углеродных волокон, расположенных вдоль оси указанных стержней, при этом некоторые заранее выбранные стержни, 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 создание имплантата для замещения костных дефектов, который наряду с хорошими механическими свойствами и инициированием формирования костной ткани на своей поверхности, обладает рентгеноконтрастностью, что делает операцию по его установке более удобной в исполнении, а следовательно, и более надежной по результату. Рентгеноконтрастность имплантата позволяет упростить послеоперационное обследование пациента рентгеновскими методами.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 to create an implant that simplifies and improves the reliability of endoprosthetics during surgical compensation bone defects. The technical result is achieved by the fact that the implant includes a base in the form of a block of cylindrical or prismatic shape, covered with a layer platelet-rich blood plasma. The base of the implant is made of a composite material containing a carbon matrix and a multidirectional reinforcing frame of rods formed of carbon fibers located along the axis of these rods, while some pre-selected rods, rods of one, several or all directions of reinforcement included in the reinforcing frame contain one or more chemical compounds from the group: aluminum oxide, silicon carbide, calcium orthophosphate, calcium pyrophosphate, titanium oxide, titanium carbide, hydroxy zirconium, 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. The application of the proposed utility model provides the creation of an implant to replace bone defects, which Along with good mechanical properties and initiating the formation of bone tissue on its surface, it has X-ray contrast, which makes the operation of its installation more convenient in execution, and therefore more reliable in terms of results. X-ray contrast of the implant allows to simplify the postoperative examination of the patient by X-ray methods.

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 №88952. Имплантат выполнен в виде блока цилиндрической или призматической формы, основа которого выполнена из композиционного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и многонаправленный армирующий каркас из стержней, сформованных из углеродных волокон, расположенных вдоль оси указанных стержней, и покрыта слоем богатой тромбоцитами плазмы крови. Известный имплантат обладает уровнем прочности, обеспечивающим опороспособность оперированной области, хорошо фиксируется в кости, обладает хорошей биосовместимостью, инициирует образование костной ткани на своей поверхности.A known implant is described in RF patent No. 88952. The implant is made in the form of a cylindrical or prismatic block, the base of which is made of a composite material containing a pyrocarbon matrix and a multidirectional reinforcing frame made of rods molded from carbon fibers located along the axis of these rods and covered with a layer of platelet-rich blood plasma. The known implant has a level of strength that provides supportability of the operated area, is well fixed in the bone, has good biocompatibility, and initiates the formation of bone tissue on its surface.

Недостатком известного имплантата 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.A disadvantage of the known implant is the very low radiopacity of the implant base - it is poorly visible on x-rays. 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 создание имплантата, обеспечивающего упрощение и повышение надежности эндопротезирования при хирургической компенсации дефектов кости.The objective of the utility model is to create an implant that simplifies and improves the reliability of endoprosthetics during surgical compensation of bone defects.

Технический результат достигается тем, что имплантат включает в себя основу в виде блока цилиндрической или призматической формы, покрытую слоем богатой тромбоцитами плазмой крови. Основа имплантата выполнена из композиционного материала, содержащего углеродную матрицу и многонаправленный армирующий каркас из стержней, сформованных из углеродных волокон, расположенных вдоль оси указанных стержней, при этом некоторые заранее выбранные стержни, 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. Такой имплантат обладает, в отличие от известного, рентгеноконтрастностью, что делает операцию по его установке более удобной в исполнении, а следовательно, и более надежной по результату.The technical result is achieved in that the implant includes a base in the form of a block of a cylindrical or prismatic shape, covered with a layer of platelet-rich blood plasma. The base of the implant is made of a composite material containing a carbon matrix and a multidirectional reinforcing frame of rods formed of carbon fibers located along the axis of these rods, while some pre-selected rods, rods of one, several or all directions of reinforcement included in the reinforcing frame contain one or more chemical compounds from the group: aluminum oxide, silicon carbide, calcium orthophosphate, calcium pyrophosphate, titanium oxide, titanium carbide, hydroxy zirconium carbide, zirconia, 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. Such an implant, in contrast to the known one, has radiopaque, which makes the operation of its installation more convenient in execution, and therefore more reliable in terms of results.

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.

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

Имплантат, предлагаемый в данном техническом решении, состоит из углеродной основы и слоя богатой тромбоцитами плазмы крови, покрывающего основу. Углеродная основа обеспечивает механические свойства имплантата, необходимые для формирования опороспособности костного скелета. Слой богатой тромбоцитами плазмы крови, содержащий комплекс факторов роста, нанесенный на поверхность основы, значительно ускоряет процессы формирования новообразованной кости.The implant proposed in this technical solution consists of a carbon base and a layer of platelet-rich blood plasma covering the base. The carbon base provides the mechanical properties of the implant, necessary for the formation of the supporting ability of the bone skeleton. A layer of platelet-rich blood plasma containing a complex of growth factors deposited on the surface of the base, significantly accelerates the formation of the newly formed bone.

Углеродная основа имплантата, предлагаемого в данном техническом решении, выполнена из композита, имеющего многонаправленный армирующий каркас из стержней, сформованных из углеродных волокон, и связанных в единый композиционный материал пироуглеродной матрицей. 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 carbon base of the implant proposed in this technical solution is made of a composite having a multidirectional reinforcing frame made of rods molded from carbon fibers and bonded into a single composite material with a pyrocarbon matrix. The 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.

Используемый в качестве основы углеродный материал обладает хорошей биосовместимостью за счет своего состава и гетерогенной структуры, которая сформирована углеродными волокнами и углеродной связкой, связывающей углеродные волокна в единый композит.The carbon material used as a base has good biocompatibility due to its composition and heterogeneous structure, which is formed by carbon fibers and a carbon bond that binds carbon fibers into a single composite.

Присутствие в основе имплантата - углеродном композиционном материале - стержней, содержащих предложенные химические соединения, позволяет обеспечить в структуре имплантата, в заранее заданных местах, рентгеноконтрастность основы имплантата. Являясь своеобразными метками, они обеспечивают удобство контроля за установкой имплантата при операции и в ходе послеоперационного наблюдения методами рентгеновской диагностики.The presence of the rods containing the proposed chemical compounds at the base of the implant — the carbon composite material — allows the implant structure to be radiocontrasted in predetermined locations. Being a kind of labels, they provide the convenience of monitoring the installation of the implant during surgery and during postoperative observation by x-ray diagnostic methods.

Сформированный на поверхности основы слой богатой тромбоцитами плазмы крови (с содержанием 0,02-0,5 г плазмы на 1 см поверхности основы) 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.A layer of platelet-rich blood plasma formed on the surface of the base (with a content of 0.02-0.5 g of plasma per 1 cm of the base surface) 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.

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, а также удобство установки имплантата за счет контроля этой процедуры в ходе операции методами компьютерной томографии и методами рентгеновской диагностики. 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.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, as well as the convenience of implant placement due to the control of this procedure during the operation by computed tomography and x-ray diagnostic methods. 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.

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 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, grooves for the implant are inserted 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 platelet-rich blood plasma. After installation of the implant, the wound is sutured in layers, leaving drainage.

Следующий пример характеризует сущность предлагаемой полезной модели.The following example characterizes the essence of the proposed utility model.

Имплантат для замещения костных дефектов в виде блока цилиндрической формы с диаметром 22 мм и высотой 26 мм состоит из углеродной основы, покрытой слоем богатой тромбоцитами плазмой крови. Основа имплантата состоит из углеродных волокон (объемное содержание 28%) и углеродного связующего. Пористость основы имплантата - 7%. Углеродная основа имплантата получена путем сборки армирующего каркаса из стержней диаметром 1,2 мм, сформованных из углеродных волокон, расположенных вдоль оси стержня. Каркас имеет четыре направления армирования: три - в плоскости основания цилиндра, образуя угол 60° между направлениями армирования, четвертое направление армирования - перпендикулярно первым трем. В стержнях четвертого направления содержится карбид гафния (2,5% масс.). Формирование связующего проводят из газообразного углеводорода - метана - при температуре 1000°С до обеспечения указанной выше пористости. Необходимая форма основе имплантат придана механической обработкой (точение, фрезерование). Поверхность цилиндрического блока покрыта слоем богатой тромбоцитами плазмой крови (содержание в ней тромбоцитов не менее 750000 в 1 мл) с содержанием 0,1 г на 1 см² поверхности основы. Сделанные рентгеновские снимки показали рентгеноконтрастность имплантата: на снимках отчетливо видны входящие в структуру материала стержни, причем только те, что имеют вертикальную ориентацию в каркасе материала основы имплантата.An implant for replacing bone defects in the form of a cylindrical block with a diameter of 22 mm and a height of 26 mm consists of a carbon base coated with a layer of platelet-rich blood plasma. The implant base consists of carbon fibers (28% by volume) and a carbon binder. The porosity of the implant base is 7%. The carbon base of the implant was obtained by assembling a reinforcing frame from rods with a diameter of 1.2 mm, molded from carbon fibers located along the axis of the rod. The frame has four directions of reinforcement: three - in the plane of the base of the cylinder, forming an angle of 60 ° between the directions of reinforcement, the fourth direction of reinforcement - perpendicular to the first three. The fourth direction rods contain hafnium carbide (2.5% by weight). The formation of the binder is carried out from a gaseous hydrocarbon - methane - at a temperature of 1000 ° C to ensure the above porosity. The necessary shape of the implant is given by machining (turning, milling). The surface of the cylindrical block is covered with a layer of platelet-rich blood plasma (platelet content of at least 750,000 per 1 ml) with a content of 0.1 g per 1 cm ^{2 of} the base surface. The X-ray photographs showed the radiopacity of the implant: the rods included in the structure of the material are clearly visible in the images, and only those that have a vertical orientation in the skeleton of the implant base material.

Таким образом, применение предлагаемой полезной модели обеспечивает создание имплантата для замещения костных дефектов, который наряду с хорошими механическими свойствами и инициированием формирования костной ткани на своей поверхности, обладает рентгеноконтрастностью, что делает операцию по его установке более удобной в исполнении, а следовательно, и более надежной по результату. Рентгеноконтрастность имплантата позволяет упростить послеоперационное обследование пациента рентгеновскими методами.Thus, the application of the proposed utility model provides the creation of an implant to replace bone defects, which, along with good mechanical properties and initiating the formation of bone tissue on its surface, has radiopaque contrast, which makes the operation of its installation more convenient in execution and, therefore, more reliable by the result. X-ray contrast of the implant allows to simplify the postoperative examination of the patient by X-ray methods.

Claims

An implant for surgical compensation of bone defects in the form of a block having the form of a replaceable bone defect, the base of which is made of a carbon-carbon composite material containing a multidirectional reinforcing frame made of rods molded from carbon fibers along the axis of these rods and covered with a layer rich in platelet plasma blood, characterized in that the individual pre-selected rods, rods of one, several or all directions of reinforcement included in the reinforcing frame, with contain in their composition zirconium oxide in an amount of 0.1-10% by weight of the rod.