RU229153U1

RU229153U1 - Finger prosthetic device

Info

Publication number: RU229153U1
Application number: RU2024115314U
Authority: RU
Inventors: Андрей Владимирович Синегуб; Денис Александрович Коваленко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НьюСтеп"
Filing date: 2024-06-04
Publication date: 2024-09-24

Abstract

Полезная модель относится к области медицины, протезирования конечностей, а именно к устройствам для фиксации экзопротезов к телу человека. Технический результат состоит в обеспечении надежного соединения компонентов устройства при обеспечении быстрой и простой их замены. Технический результат достигается за счет того, что устройство для экзопротезирования пальца кисти выполнено сборно-разборным и содержит косметическую и имплантируемую части; имплантируемая часть состоит из абатмента и винта остеоинтегративного, имеющих установочные конусы для их соединения, при этом сопрягаемые поверхности упомянутых конусов соответствуют по конфигурации, а на вершинах конусов выполнена ответная резьба; косметическая часть имеет глухое отверстие для соединения с торцевой частью абатмента, поверхность которого выполнена с лысками, при этом сопрягаемые поверхности глухого отверстия косметической части и торцевой части абатмента соответствуют по конфигурации, а на дне глухого отверстия косметической части и дистальном торце абатмента выполнены разнополюсные магниты.The utility model relates to the field of medicine, limb prosthetics, namely to devices for fixing exoprostheses to the human body. The technical result consists in ensuring a reliable connection of the device components while ensuring their quick and easy replacement. The technical result is achieved due to the fact that the device for exoprosthetics of a finger of the hand is made collapsible and contains a cosmetic part and an implantable part; the implantable part consists of an abutment and an osteointegrative screw having mounting cones for connecting them, wherein the mating surfaces of the said cones correspond in configuration, and a mating thread is made on the tops of the cones; the cosmetic part has a blind hole for connection with the end part of the abutment, the surface of which is made with chamfers, wherein the mating surfaces of the blind hole of the cosmetic part and the end part of the abutment correspond in configuration, and opposite-pole magnets are made on the bottom of the blind hole of the cosmetic part and the distal end of the abutment.

Description

Полезная модель относится к области медицины, протезирования конечностей, а именно к устройствам для фиксации экзопротезов к телу человека.The utility model relates to the field of medicine, limb prosthetics, namely to devices for fixing exoprostheses to the human body.

Установка имплантата в тело человека является сложным процессом, успешность которого зависит от конструкции системы. Положительный эффект определяется степенью остеоинтеграции, то есть способностью тела «принять» инородный объект, а также степенью инфицирования. Также, при использовании протеза у пациента по медицинским или по эстетическим показаниям может возникнуть необходимость в изменении конструкции, замене компонентов или полном отказе от экзопротеза. Для решения такой задачи модульность конструкции будет играть важную роль.Installing an implant in the human body is a complex process, the success of which depends on the design of the system. The positive effect is determined by the degree of osseointegration, i.e. the body's ability to "accept" a foreign object, as well as the degree of infection. Also, when using a prosthesis, a patient may need to change the design, replace components, or completely abandon the exoprosthesis for medical or aesthetic reasons. To solve such a problem, the modularity of the design will play an important role.

Известен патент на изобретение «Чрескожный протез» (RU 2288673), содержащий первый компонент, спрофилированный для имплантации в кость, второй компонент, приспособленный для размещения между костью и кожей, и третий компонент, приспособленный для размещения снаружи поверхности кожи. Компоненты образованы как единое целое и подвергнуты различным видам обработки поверхности.A patent for the invention "Percutaneous prosthesis" (RU 2288673) is known, comprising a first component profiled for implantation into bone, a second component adapted for placement between bone and skin, and a third component adapted for placement outside the skin surface. The components are formed as a single unit and subjected to various types of surface treatment.

Недостатком данного технического решения является цельность конструкции, а это приводит к тому, что при необходимости имплантат придется удалять полностью, что может привести к инфекционным и другим осложнениям.The disadvantage of this technical solution is the integrity of the structure, which means that if necessary, the implant will have to be removed completely, which can lead to infections and other complications.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в разработке сборно-разборного устройства для экзопротезирования пальца кисти, обладающего модульной конструкцией для быстрой замены компонентов и обеспечивающей легкую ревизию протеза.The problem, which the claimed utility model is aimed at solving, consists of developing a disassemblable device for exoprosthetics of a finger of the hand, which has a modular design for quick replacement of components and ensures easy revision of the prosthesis.

Для решения поставленной задачи были проведены исследования, которые показали, что использование винта остеоинтегративного и чрескожного абатмента, соединенных посредством установочного конуса, и использование косметической части, соединенной посредством магнита с имплантируемой частью, обеспечивает надежное и быстросъемное соединение. При этом использование резьбовой части у вершины установочного конуса предохраняет конструкцию от самопроизвольного откручивания и обеспечивает простую разборку устройства. При необходимости в ревизии абатмент выкручивается из винта остеоинтегративного, а стома зашивается, что позволяет пациенту легко вернуть дооперационный внешний вид пальца.To solve the problem, studies were conducted that showed that the use of an osteointegrative screw and a percutaneous abutment connected by means of a mounting cone, and the use of a cosmetic part connected by means of a magnet to the implanted part, provides a reliable and quick-release connection. At the same time, the use of a threaded part at the top of the mounting cone protects the structure from spontaneous unscrewing and ensures easy disassembly of the device. If necessary, the abutment is unscrewed from the osteointegrative screw during revision, and the stoma is sutured, which allows the patient to easily return the pre-operative appearance of the finger.

Также было проведено компьютерное конечно-элементное моделирование с различными параметрами нагрузки на устройство. Целью исследования была проверка разработанного устройства при воздействии внешних сил.Computer finite element modeling was also performed with various device load parameters. The aim of the study was to test the developed device under the influence of external forces.

Из проведенных исследований было получено, что оптимальной конусностью является 1/5,2. Нагрузки в 50 Н были приложены к кончику косметической части экзопротеза в радиальном и в осевом направлениях, имитируя движение пальца с целью сжатия или отталкивания предмета. Результаты показали, что при таких нагрузках наибольшие напряжения возникают в месте соединения винта остеоинтегративного и абатмента, при этом коэффициент запаса прочности равен 7-25, что говорит о том, что экзопротез выдерживает нагрузки, необходимые для перемещения предметов, а также для других базовых действий.The studies conducted showed that the optimal taper is 1/5.2. Loads of 50 N were applied to the tip of the cosmetic part of the exoprosthesis in the radial and axial directions, simulating the movement of a finger to compress or push away an object. The results showed that with such loads, the greatest stresses occur at the junction of the osteointegrative screw and the abutment, while the safety factor is 7-25, which indicates that the exoprosthesis can withstand the loads required to move objects, as well as for other basic actions.

На фиг. 1 представлены напряжения, возникающие при приложении нагрузки к кончику пальца во время сжатия предмета. При нагрузке в 25 Н, оптимальной для сжатия и подъема предмета, напряжения составили 116 МПа, при этом коэффициент запаса прочности составил 7,1, что говорит о том, что конструкция выдерживает максимальную нагрузку в 177,5 Н. Fig. 1 shows the stresses that occur when a load is applied to the fingertip during compression of the object. At a load of 25 N, which is optimal for compression and lifting of the object, the stresses were 116 MPa, while the safety factor was 7.1, which indicates that the structure can withstand a maximum load of 177.5 N.

На фиг. 2 представлено напряженно-деформированное состояние элементов модели, возникающие при приложении нагрузки к кончику пальца во время толкания предмета. При нагрузке в 25 Н напряжения составили 33,7 МПа, при этом коэффициент запаса прочности составил 25, значит конструкция выдерживает максимальную нагрузку в 625 Н, приложенной в осевом направлении.Fig. 2 shows the stress-strain state of the model elements that occurs when a load is applied to the fingertip during pushing of an object. With a load of 25 N, the stresses were 33.7 MPa, while the safety factor was 25, which means that the structure can withstand a maximum load of 625 N applied in the axial direction.

По результатам расчета видно, что наибольшие напряжения в модели воспринимает абатмент. При приложении нагрузки в 25 Н напряженно-деформированное состояние в обоих случаях не превышает допустимые значения - коэффициент запаса прочности составляет 7,1 и 25 соответственно. Это означает, что для выполнения стандартных задач с приложением стандартных усилий разработанный протез подходит.The calculation results show that the abutment bears the greatest stress in the model. When applying a load of 25 N, the stress-strain state in both cases does not exceed the permissible values - the safety factor is 7.1 and 25, respectively. This means that the developed prosthesis is suitable for performing standard tasks with the application of standard forces.

Технический результат состоит в обеспечении надежного соединения компонентов устройства при обеспечении быстрой и простой их замены.The technical result consists in ensuring a reliable connection of the device components while ensuring their quick and easy replacement.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для экзопротезирования пальца кисти выполнено сборно-разборным и содержит косметическую и имплантируемую части; имплантируемая часть состоит из абатмента и винта остеоинтегративного, имеющих установочные конусы для их соединения, при этом сопрягаемые поверхности упомянутых конусов соответствуют по конфигурации, а на вершинах конусов выполнена ответная резьба; косметическая часть имеет глухое отверстие для соединения с торцевой частью абатмента, поверхность которого выполнена с лысками, при этом сопрягаемые поверхности глухого отверстия косметической части и торцевой части абатмента соответствуют по конфигурации, а на дне глухого отверстия косметической части и дистальном торце абатмента выполнены разнополюсные магниты. The technical result is achieved due to the fact that the device for exoprosthetics of a finger of the hand is made collapsible and contains a cosmetic part and an implantable part; the implantable part consists of an abutment and an osteointegrative screw having mounting cones for connecting them, wherein the mating surfaces of the said cones correspond in configuration, and a mating thread is made on the tops of the cones; the cosmetic part has a blind hole for connection with the end part of the abutment, the surface of which is made with chamfers, wherein the mating surfaces of the blind hole of the cosmetic part and the end part of the abutment correspond in configuration, and opposite-pole magnets are made on the bottom of the blind hole of the cosmetic part and the distal end of the abutment.

На фигурах изображены:The figures depict:

фиг. 1 - Эпюра напряжения при радиальной нагрузке 25 Н,Fig. 1 - Stress diagram under a radial load of 25 N,

фиг. 2 - Эпюра напряжения при осевой нагрузке 25 Н,Fig. 2 - Stress diagram under an axial load of 25 N,

фиг. 3 - Общий вид имплантата для фиксации экзопротеза пальца, где: 1 - косметическая часть; 2 - имплантируемая часть,Fig. 3 - General view of the implant for fixing the finger exoprosthesis, where: 1 - cosmetic part; 2 - implanted part,

фиг. 4 - Общий вид имплантата (в разрезе, схема), где: 3 - силиконовая часть; 4 - каркас экзопротеза; 5 - магниты; 6 - абатмент; 7 - винт остеоинтегративный; 8 - кость; 9 - культя пациента,Fig. 4 - General view of the implant (in section, diagram), where: 3 - silicone part; 4 - exoprosthesis frame; 5 - magnets; 6 - abutment; 7 - osteointegrative screw; 8 - bone; 9 - patient's stump,

фиг. 5 - Абатмент (в разрезе, схема), где: 10 - цилиндрическая поверхность с лысками; 11 - цилиндрическая часть; 12 - установочный конус; 13 - резьбовая часть,Fig. 5 - Abutment (section, diagram), where: 10 - cylindrical surface with chamfers; 11 - cylindrical part; 12 - mounting cone; 13 - threaded part,

фиг. 6 - Винт остеоинтегративный (в разрезе, схема), где: 14 - установочный конус винта; 15 - резьбовая часть винта; 16 - сквозное отверстие; 17 - канал; 18 - наружная резьба; 19 - самонарезающие канавки.Fig. 6 - Osteointegrative screw (section, diagram), where: 14 - screw mounting cone; 15 - threaded part of the screw; 16 - through hole; 17 - channel; 18 - external thread; 19 - self-tapping grooves.

Устройство для экзопротезирования пальца кисти выполнено сборно-разборным (фиг. 3, 4) и состоит из имплантируемой 2 и косметической 1 частей.The device for exoprosthetics of a finger of the hand is designed to be assembled and disassembled (Fig. 3, 4) and consists of an implantable 2 part and a cosmetic 1 part.

Имплантируемая часть 2 состоит из абатмента 6 (фиг. 5) и соединенного с ним 6 винта остеоинтегративного 7 (фиг. 6).The implanted part 2 consists of an abutment 6 (Fig. 5) and an osteointegrative screw 7 connected to it 6 (Fig. 6).

Косметическая часть 1 представляет собой каркас экзопротеза 4 из титана и нанесенным на него 4 силиконовым покрытием 3, имитирующим внешний вид здорового пальца.The cosmetic part 1 is a frame of the exoprosthesis 4 made of titanium and a silicone coating 3 applied to it, simulating the appearance of a healthy finger.

Абатмент 6 предназначен для соединения винта остеоинтегративного 7 с косметической частью 1. Для соединения абатмента 6 и косметической части 1 используется магнитное соединение с использованием разнополюсных магнитов 5, с силой от 1 до 2 кг, причем один магнит закреплен на торце абатмента 6, а другой (ответный магнит) - на дне глухого осевого отверстия (канала) косметической части 1. Для избегания вращения абатмента 6 и косметической части 1 друг относительно друга на торцевой части 10 абатмента 6 со стороны присоединения косметической части 1 выполнена поверхность с лысками, которая 10 входит в глухое осевое отверстие в косметической части 1 и полностью соответствует по конфигурации его поверхности. Поверхность цилиндрической части 11 абатмента 6 из культи пациента 9 выполнена гладкой.The abutment 6 is intended for connecting the osteointegrative screw 7 with the cosmetic part 1. To connect the abutment 6 and the cosmetic part 1, a magnetic connection is used using opposite-pole magnets 5, with a force of 1 to 2 kg, wherein one magnet is fixed on the end of the abutment 6, and the other (the counter magnet) - on the bottom of the blind axial hole (channel) of the cosmetic part 1. To avoid rotation of the abutment 6 and the cosmetic part 1 relative to each other, a surface with chamfers is made on the end part 10 of the abutment 6 on the side of attachment of the cosmetic part 1, which 10 enters the blind axial hole in the cosmetic part 1 and completely corresponds in configuration to its surface. The surface of the cylindrical part 11 of the abutment 6 from the patient's stump 9 is made smooth.

Установочный конус 12 абатмента 6 обеспечивает присоединение абатмента 6 к винту остеоинтегративному 7 при помощи резьбового соединения 13, выполненного у вершины установочного конуса 12 и предназначенного для сопряжения с резьбовой частью 15 винта остеоинтегративного 7, выполненной 15 у вершины установочного конуса 14.The mounting cone 12 of the abutment 6 ensures the connection of the abutment 6 to the osteointegrative screw 7 using a threaded connection 13 made at the top of the mounting cone 12 and intended for mating with the threaded part 15 of the osteointegrative screw 7, made 15 at the top of the mounting cone 14.

Винт остеоинтегративный 7 имеет осевой сквозной канал и представляет собой цилиндрическую деталь с конусом в проксимальной части с самонарезающими канавками 19. Это позволяет устанавливать его без предварительного нарезания резьбы в кости культи. В дистальной части осевого сквозного канала винта остеоинтегративного 7 выполнен установочный конус 14, который предназначен для организации однозначного и жесткого соединения с ответной частью - установочным конусом 12 чрескожного абатмента 6. Сопрягаемые поверхности установочных конусов 12 и 14 сходны по конфигурации.The osteointegrative screw 7 has an axial through channel and is a cylindrical part with a cone in the proximal part with self-tapping grooves 19. This allows it to be installed without preliminary thread cutting in the stump bone. In the distal part of the axial through channel of the osteointegrative screw 7, a mounting cone 14 is made, which is intended to organize an unambiguous and rigid connection with the mating part - the mounting cone 12 of the percutaneous abutment 6. The mating surfaces of the mounting cones 12 and 14 are similar in configuration.

На внешней поверхности винта остеоинтегративного 7 для внутрикостной фиксации выполнена наружная резьба 18, соответствующая профилю НВ4 по ГОСТ Р 50582-93 на металлические костные шурупы и имеющая шаг 1,9 мм. Для улучшения остеоинтеграции на винте остеоинтегративном 7 выполнены канал 17 и сквозные отверстия 16, по которым с помощью шприца во время установки может подаваться костный мозг.On the outer surface of the osteointegrative screw 7 for intraosseous fixation, an external thread 18 is made, corresponding to the HB4 profile according to GOST R 50582-93 for metal bone screws and having a pitch of 1.9 mm. To improve osseointegration, a channel 17 and through holes 16 are made on the osteointegrative screw 7, through which bone marrow can be supplied using a syringe during installation.

Имплантат для фиксации экзопротеза пальца устанавливается и работает следующим образом:The implant for fixing the finger exoprosthesis is installed and works as follows:

На основе компьютерной томографии (КТ) рук пациента разрабатывается конструкция имплантата, индивидуализируется диаметр и длина винта остеоинтегративного 7, а также размер и форма косметической части 1, для наилучшего косметического эффекта. Компоненты имплантата, а именно: абатмент 6, каркас экзопротеза 4 и винт остеоинтегративный 7 изготавливаются посредством 3D печати биосовместимым титаном по технологии SLM.Based on the computed tomography (CT) of the patient's hands, the implant design is developed, the diameter and length of the osteointegrative screw 7 are individualized, as well as the size and shape of the cosmetic part 1, for the best cosmetic effect. The implant components, namely: abutment 6, exoprosthesis frame 4 and osteointegrative screw 7 are manufactured by 3D printing with biocompatible titanium using SLM technology.

На основе КТ создается литьевая форма для силиконовой части 1, которая печатается из пластика по технологии SLA. В форму для литья силикона устанавливается каркас экзопротеза 4 и заливается силиконом для закрепления на нем силиконовой части 3 косметической части 1. После затвердевания силикона на основе внешнего вида здоровых пальцев художник создает внешний вид силиконового покрытия 3.Based on the CT, a casting mold is created for the silicone part 1, which is printed from plastic using SLA technology. The frame of the exoprosthesis 4 is installed in the silicone casting mold and filled with silicone to secure the silicone part 3 of the cosmetic part 1 to it. After the silicone has hardened, the artist creates the appearance of the silicone coating 3 based on the appearance of healthy fingers.

Затем все компоненты стерилизуются и доставляются в упаковке в медицинский центр, где проводится имплантация. Имплантация выполняется следующим образом. Выполняют установку винта остеоинтегративного 7. При этом винт остеоинтегративный 7 вкручивают в кость 8 пациента без предварительного нарезания резьбы. Затем устанавливают абатмент 6. При этом установочный конус 12 абатмента 6 входит в установочный конус 14 винта остеоинтегративного 7, где происходит сопряжение резьбовых частей 13 и 15, а затем сопряжение установочных конусов 12 и 14 до полного исключения зазоров в конструкции.Then all components are sterilized and delivered in packaging to the medical center where the implantation is performed. The implantation is performed as follows. The osteointegrative screw 7 is installed. In this case, the osteointegrative screw 7 is screwed into the patient's bone 8 without preliminary thread cutting. Then the abutment 6 is installed. In this case, the installation cone 12 of the abutment 6 enters the installation cone 14 of the osteointegrative screw 7, where the conjugation of threaded parts 13 and 15 occurs, and then the conjugation of the installation cones 12 and 14 occurs until the gaps in the structure are completely eliminated.

Далее устанавливают косметическую часть 1, при этом глухое осевое отверстие косметической части 1 надевают до упора на торцевую часть 10 абатмента 6, тем самым адаптируя разнополюсные магниты 5.Next, the cosmetic part 1 is installed, while the blind axial hole of the cosmetic part 1 is put on until it stops on the end part 10 of the abutment 6, thereby adapting the opposite-pole magnets 5.

При надевании каркас плотно прижимается к культе пациента 9 так, что место стыка маскируется под обычное кольцо. При необходимости снятия имплантата разборка производится в обратной последовательности.When putting on, the frame is pressed tightly against the patient's stump 9 so that the joint is masked as a regular ring. If it is necessary to remove the implant, disassembly is performed in the reverse order.

Натяг между остеоинтегративным винтом и абатментом создает надежное соединение, не нуждающегося в дополнительных фиксаторах, что упрощает конструкцию.The tension between the osteointegrative screw and the abutment creates a reliable connection that does not require additional fixators, which simplifies the design.

После реабилитационного периода и завершения остеоинтеграции имплантата, пациент может прикладывать нагрузку при помощи протеза на предметы, перемещая или поднимая их. При этом силовые линии нагрузок будут проходить через кости, позволяя пациенту ощущать поверхность предметов и прикладываемое усилие.After the rehabilitation period and completion of the implant osseointegration, the patient can apply load to objects using the prosthesis, moving or lifting them. In this case, the force lines of the loads will pass through the bones, allowing the patient to feel the surface of the objects and the applied force.

При необходимости ревизии абатмент 6 выкручивается из винта 7, мягкие ткани ушиваются, а винт остеоинтегративный 7 остается в кости культи. Таким образом отсутствует необходимость в проведении сложной инвазивной операции с выкручиванием импланта полностью.If revision is necessary, abutment 6 is unscrewed from screw 7, soft tissues are sutured, and osteointegrative screw 7 remains in the stump bone. Thus, there is no need to perform a complex invasive operation with complete unscrewing of the implant.

При необходимости замены косметической части 1 к ней прилагают усилие более 2 кг, при этом магниты 5 косметической части 1 и абатмента 6 разъединяются и косметическая часть 1 может быть удалена с последующей заменой на новую 1.If it is necessary to replace the cosmetic part 1, a force of more than 2 kg is applied to it, whereby the magnets 5 of the cosmetic part 1 and the abutment 6 are separated and the cosmetic part 1 can be removed and subsequently replaced with a new one 1.

Claims

A device for prosthetic replacement of a finger of the hand, characterized in that it is made collapsible and contains a cosmetic part and an implantable part, the implantable part consists of an abutment and an osteointegrative screw having mounting cones for connecting them, wherein the mating surfaces of the said cones correspond in configuration, and a mating thread is made on the tops of the cones, the cosmetic part has a blind hole for connection with the end part of the abutment, the surface of which is made with chamfers, wherein the mating surfaces of the blind hole of the cosmetic part and the end part of the abutment correspond in configuration, and opposite-pole magnets are made on the bottom of the blind hole of the cosmetic part and the distal end of the abutment.